A fibra-que mantém a polarização (PM) preserva uma polarização linear estável fazendo algo que pode parecer contra-intuitivo: ela introduz deliberadamentebirrefringência forte e bem{0}}definida. Em vez de tentar tornar a fibra perfeitamente simétrica, a fibra PM cria dois modos próprios de polarização ortogonal com diferentes índices de refração efetivos e constantes de propagação.
Essa diferença-incorporada é muito maior e mais controlada do que a birrefringência fraca e aleatória que a fibra comum pode adquirir devido à flexão, tensão residual, mudanças de temperatura ou imperfeições de fabricação. Quando a polarização de entrada está alinhada com um dos eixos principais da fibra, o acoplamento indesejado no modo de polarização ortogonal é fortemente suprimido. Para uma introdução mais ampla sobre como a luz é guiada em uma fibra, consulte esta visão geral deprincípios e estrutura-de fibra óptica.
O que é polarização-que mantém a fibra?
A fibra PM é uma fibra óptica especial projetada para manter a orientação da luz polarizada linearmente. Geralmente é uma fibra-de modo único com tensão ou perfil geométrico deliberadamente assimétrico. Se você estiver comparando a fibra PM com projetos convencionais, a visão geral da Hengtong sobrediferentes tipos de fibra ópticafornece informações úteis sobre categorias de fibra padrão.
A fibra PM faznãopreserve todos os estados de polarização de entrada arbitrários. Sua condição operacional mais confiável é obtida quando a luz polarizada linearmente é lançada ao longo de um de seus dois principais eixos birrefringentes. Esses eixos são comumente chamados deeixo rápidoeeixo lento.
Como a forte birrefringência impede o acoplamento de polarização
A idéia física chave não é que o estresse ambiental seja sempre “fraco demais” para afetar a fibra. Em vez disso, a forte birrefringência cria uma grande diferença entre as constantes de propagação dos dois modos próprios de polarização ortogonal. Como sua fase relativa muda rapidamente ao longo da fibra, perturbações comuns de variação lenta são fracas no acoplamento coerente da potência óptica de um modo próprio para o outro.
Um clássico papel Optica empolarização retida em fibras perturbadas aleatoriamentedescreve fibras PM altamente birrefringentes em termos de birrefringência e comprimento de batimento de polarização. Em termos práticos, uma birrefringência mais forte produz uma duração de batimento mais curta, tornando os distúrbios típicos de{1}}escala longa menos eficazes no acoplamento do modo de condução.
Eixo Rápido e Eixo Lento
Os dois eixos principais de polarização têm diferentes índices de refração efetivos. O eixo com menor índice de refração efetivo é o eixo rápido porque sua velocidade de fase é maior, enquanto o eixo com maior índice de refração efetivo é o eixo lento.
Se o campo elétrico de entrada estiver alinhado com qualquer um dos eixos, idealmente apenas um modo próprio de polarização será excitado. Com pouca potência no modo ortogonal, a polarização linear lançada permanece estável à medida que se propaga.
Comprimento da batida de polarização
O comprimento do batimento de polarização é a distância sobre a qual os dois modos próprios de polarização acumulam uma mudança de fase relativa de 2π. Para um comprimento de onda λ e diferença de índice efetiva Δn, pode ser escrito como:
Lb = λ / |Δn|
Para um determinado comprimento de onda, uma birrefringência maior corresponde a um comprimento de batimento mais curto. A duração do batimento é, portanto, um indicador de engenharia útil de quão fortemente os dois modos de polarização estão separados.
Como a birrefringência é incorporada à fibra PM?
Duas abordagens de projeto comuns são birrefringência-induzida por tensão e birrefringência-induzida por geometria. Ambos criam uma diferença estável entre os índices de refração efetivos dos dois modos de polarização ortogonal. Um estudo inicial de Óptica Aplicada comparou diretamentefibras-induzidas por estresse e elípticas-polarização central-de manutenção, incluindo o comportamento-da duração da batida.
Birrefringência induzida por estresse-: PANDA e fibra de gravata borboleta-
Na fibra PM{0}}induzida por tensão, regiões de aplicação-de tensão especialmente projetadas são colocadas ao redor do núcleo. Na fibra PANDA, duas peças de aplicação de tensão são posicionadas em lados opostos do núcleo. Essas regiões geralmente usam composições de vidro com propriedades de expansão-térmica diferentes da sílica circundante.
À medida que a fibra esfria após a trefilação, a incompatibilidade na contração térmica cria um campo de tensão residual controlado através do núcleo. Através do efeito fotoelástico, essa tensão produz diferentes índices de refração ao longo de duas direções ortogonais. A fibra-de gravata borboleta usa uma geometria de região-de tensão diferente para atingir o mesmo objetivo básico: birrefringência linear forte e estável.
Geometria-Birrefringência induzida: fibra de núcleo-elíptica
Outra abordagem é tornar o próprio núcleo assimétrico, como um núcleo elíptico. A assimetria geométrica altera as condições de contorno vistas pelos dois modos polarizados ortogonalmente, produzindo diferentes índices de refração efetivos, mesmo sem depender do mesmo arranjo de hastes de tensão-usado na fibra PANDA.
O resultado é novamente um par de eixos próprios de polarização bem{0}definidos que podem manter uma polarização linear iniciada quando a entrada está alinhada corretamente.
O que acontece se a polarização de entrada estiver desalinhada?
Se a luz for lançada em um ângulo em relação aos eixos principais, o campo de entrada se decompõe em componentes ao longo de ambos os modos próprios. Ambos os modos se propagam simultaneamente e acumulam fase em taxas diferentes.
Num ângulo de lançamento de 45 graus, por exemplo, os dois eixos são excitados com amplitudes de campo comparáveis. A fase relativa entre eles muda com a distância de propagação e também pode responder ao comprimento de onda e às mudanças ambientais. A saída pode, portanto, tornar-se elíptica ou girar em vez de permanecer no estado linear original.
É por isso que os sistemas PM exigem alinhamento rotacional não apenas no ponto de lançamento, mas também em conectores e emendas. Para fundamentos gerais de conexão, consulteprincípios básicos-de conectores de fibra óptica; para juntas permanentes, este guia parafusão de fibrafornece informações de emenda relacionadas. Pesquisa sobrejunta-se à polarização-mantendo a fibra-monomodotambém mostra por que o desalinhamento do eixo em uma junta pode transferir energia para o estado de polarização indesejado.
Como é medido o desempenho da fibra PM?
Vários parâmetros são úteis ao especificar ou avaliar um sistema de fibra PM:
- Birrefringência (Δn):a diferença do índice-de refração efetivo entre os dois modos de polarização principais.
- Duração da batida:a distância necessária para um acúmulo de fase relativa de 2π entre os dois modos. Comprimento de batimento mais curto geralmente indica birrefringência mais forte no mesmo comprimento de onda.
- Razão de extinção de polarização (PER):uma medida de quanta potência óptica permanece na polarização desejada em relação à polarização ortogonal. Um PER mais alto indica melhor pureza de polarização.
- Crosstalk de polarização:a quantidade de energia indesejada acoplada do eixo próprio lançado ao eixo próprio ortogonal.
- Alinhamento do eixo:a precisão rotacional entre a polarização de entrada, os eixos da fibra, a codificação do conector e a orientação da emenda.
Essas medições específicas-de PM são diferentes dos testes gerais de qualificação de cabos, como atenuação, perda de inserção, análise de OTDR, testes de tração e testes ambientais. Visão geral de Hengtong sobretestes de cabos-de fibra ópticaexplica essas categorias mais amplas de testes ópticos e mecânicos.
Onde a fibra de{0}manutenção de polarização é usada?
A fibra PM é usada quando o desvio descontrolado de polarização reduziria a precisão da medição, interferiria na modulação ou desestabilizaria um sistema óptico. As aplicações típicas incluem giroscópios-de fibra óptica, sensores interferométricos, sistemas ópticos coerentes, fornecimento de laser, lasers de fibra e equipamentos de teste sensíveis à polarização-.
Em muitos destes sistemas, a escolha da fibra é apenas uma parte do projeto. O caminho óptico completo também deve preservar a orientação do eixo através de pigtails, conectores, emendas, acopladores e outros componentes.
Fibra PM vs. Fibra de modo único-padrão
A fibra-de modo único padrão guia um modo espacial, mas ainda oferece suporte a dois estados de polarização ortogonais. Uma pequena birrefringência aleatória ao longo da fibra comum pode fazer com que o estado de polarização evolua de forma imprevisível com a temperatura, flexão e tensão.
A fibra PM também opera comumente em um único modo espacial, mas sua birrefringência deliberadamente forte separa os dois modos próprios de polarização o suficiente para reduzir o acoplamento entre eles. Esta é a razão essencial pela qual a fibra PM pode manter uma polarização linear selecionada, enquanto a fibra monomodo comum geralmente não pode garantir a mesma orientação de polarização em sua saída.
Para obter informações-de produto sobre fibras ópticas convencionais, você também pode analisar o relatório da Hengtongportfólio de fibra óptica.
Perguntas frequentes
A fibra PM mantém algum estado de polarização?
Não. A fibra PM foi projetada principalmente para manter a polarização linear lançada ao longo de um de seus eixos principais. Se ambos os eixos estiverem excitados, a fase relativa entre os modos muda durante a propagação, de modo que o estado de saída pode variar.
Qual é a diferença entre o eixo rápido e o eixo lento?
O eixo rápido tem o menor índice de refração efetivo e, portanto, a maior velocidade de fase. O eixo lento tem o maior índice de refração efetivo e menor velocidade de fase. Juntos eles formam os dois principais eixos birrefringentes da fibra.
O que acontece se a luz for lançada a 45 graus em relação aos eixos PM?
Ambos os modos próprios de polarização estão excitados. Como eles se propagam com constantes de fase diferentes, sua fase relativa muda ao longo da fibra, de modo que a polarização de saída geralmente não permanecerá no mesmo estado linear da entrada.
A fibra PM é o mesmo que fibra polarizadora?
A fibra PM foi projetada para guiar ambos os modos próprios de polarização ortogonal enquanto suprime o acoplamento entre eles. Uma fibra de polarização ou de polarização única-é projetada de modo que uma polarização seja fortemente favorecida ou a polarização ortogonal seja altamente atenuada.
As mudanças de curvatura ou de temperatura podem afetar a fibra PM?
Sim. A fibra PM é mais resistente a mudanças de polarização causadas por perturbações ambientais típicas, mas não é imune a tensões severas, flexões apertadas, tensões no conector, emendas inadequadas ou desalinhamento do eixo. Esses efeitos podem aumentar o crosstalk e reduzir o PER.
O que deve ser especificado ao adquirir um conjunto de fibra PM?
As especificações úteis incluem comprimento de onda operacional, design de fibra PM, atenuação, comprimento de batimento ou birrefringência, PER alvo ou diafonia, tipo de conector, chave do conector-para{1}}orientação do eixo, comprimento da fibra, requisitos de revestimento ou jaqueta e o relatório de teste necessário. Se o seu projeto também envolve montagens de fibra óptica-personalizadas ou integração de cabos,entre em contato com Hengtongcom a aplicação e as especificações exigidas para que a capacidade apropriada possa ser confirmada antes da cotação.
Resumo
A manutenção da polarização-da fibra não "bloqueia" a polarização eliminando a birrefringência. Ele faz o oposto: cria uma birrefringência forte e controlada, de modo que os dois modos próprios de polarização ortogonal tenham constantes de propagação suficientemente diferentes. Quando a luz é lançada ao longo de um eixo principal, esta separação suprime o acoplamento de modo indesejado e ajuda a preservar a polarização linear.
As chaves práticas são diretas: escolha um design PM apropriado, entenda seus eixos rápidos e lentos, use comprimento de batida e diafonia de polarização ou PER como indicadores de desempenho e mantenha o alinhamento rotacional preciso em cada lançamento, conector e emenda no caminho óptico.