A fibra-de manutenção de polarização, ou fibra PM, é um tipo de fibra óptica-de modo único projetada para preservar dois eixos de polarização ortogonais bem-definidos. Essa função extra a torna mais exigente do que a fibra monomodo-convencional em quase todas as fases do seu ciclo de vida. A fabricação precisa criar e controlar a birrefringência estável; a emenda deve alinhar os núcleos ópticos e os eixos de polarização; os conectores precisam de uma relação controlada entre o eixo da fibra e a chave do conector; e a montagem finalizada deve ser verificada quanto ao desempenho de polarização, e não apenas à perda de inserção.
É por isso que simplesmente especificar a fibra PM não garante que um sistema acabado manterá bem a polarização. A fibra, a emenda, o conector, o processo de montagem e o método de teste contribuem para a taxa final de extinção de polarização, ou PER.
O que torna a polarização-que mantém a fibra diferente da fibra monomodo-padrão?
Em comumfibra-monomodo, a principal preocupação de transmissão é manter a luz no modo espacial fundamental com baixa atenuação e dispersão aceitável. Os dois estados de polarização ortogonais não são intencionalmente separados com força suficiente para evitar que distúrbios ambientais alterem o estado de polarização.
A fibra PM é deliberadamente birrefringente. Seus dois principais eixos de polarização, comumente chamados de eixo rápido e eixo lento, possuem diferentes índices de refração efetivos. Quando a luz polarizada linearmente é lançada ao longo de um eixo principal, a birrefringência ajuda a suprimir o acoplamento no eixo ortogonal. A distância sobre a qual os dois modos de polarização acumulam uma diferença de fase de 2π é chamada deduração da batida; comprimento de batimento mais curto geralmente corresponde a birrefringência mais forte.
A fibra PM pertence à família mais ampla defibra óptica, mas sua geometria e critérios de aceitação são mais especializados. A IEC publica uma especificação seccional dedicada para polarização-mantendo fibras emCEI 60793-2-70, refletindo o fato de que a fibra PM tem requisitos além daqueles da fibra de modo único-de uso geral-.
Por que a fibra PM é mais difícil de fabricar?
O desafio da fabricação começa com a estrutura que cria a birrefringência. Em uma fibra PM comum-do tipo PANDA, por exemplo, as regiões-de aplicação de tensão são colocadas em lados opostos do núcleo. Depois que o vidro é estirado e resfriado, a tensão diferencial produzida por essas regiões cria uma forte birrefringência induzida por tensão-. Outros projetos de PM podem usar diferentes geometrias de tensão ou assimetria estrutural, mas o mesmo objetivo de engenharia permanece: criar dois eixos principais estáveis e manter suas propriedades consistentes ao longo da fibra.
Em comparação com a fibra-monomodo padrão, o fabricante precisa, portanto, controlar diversas variáveis adicionais:
- Tensão-aplicando geometria:o tamanho, a posição, a simetria e a composição das regiões{0}produtoras de tensão influenciam a birrefringência resultante.
- Alinhamento do núcleo-à{1}}estrutura:o núcleo óptico deve permanecer posicionado com precisão em relação à estrutura de tensão para que os eixos principais sejam previsíveis.
- Birrefringência e duração do batimento:condições de desenho, composição do vidro, geometria e tensão residual podem alterar o comportamento de manutenção-da polarização.
- Consistência do eixo:a orientação e a simetria da estrutura interna devem permanecer estáveis ao longo do comprimento fabricado.
- Desenhe a-estabilidade do processo:a variação dimensional ou térmica durante o estiramento pode afetar tanto as propriedades ópticas comuns quanto o campo de tensão responsável pela manutenção da polarização.
- Controle de qualidade adicional:as medidas geométricas por si só não são suficientes; propriedades relacionadas à polarização-também devem ser caracterizadas sob condições definidas.
Esses controles adicionais ajudam a explicar por que a fibra PM exige uma disciplina de processo mais rígida do que a fibra padrão. Informações gerais sobre a produção de fibras podem ser encontradas no livro da Hengtongvisão geral da fabricação de cabos de fibra óptica, enquanto a fibra PM acrescenta o desafio separado de controlar a própria estrutura birrefringente.
Por que a emenda de fibra PM é mais difícil?
Ao emendar fibras-monomodo comuns, a tarefa essencial de alinhamento é colocar os dois núcleos em alinhamento lateral e angular preciso antes da fusão. Com a fibra PM, o alinhamento do núcleo é apenas parte do trabalho. Os eixos rápido e lento das duas fibras também devem estar alinhados rotacionalmente.
Se os núcleos estiverem centralizados, mas os eixos principais forem girados um em relação ao outro, alguma energia óptica lançada em um eixo da primeira fibra acopla-se no eixo ortogonal da segunda fibra. A emenda pode apresentar baixa perda de inserção e ainda produzir diafonia de polarização inaceitável. É por isso que uma estimativa de perda-de emenda convencional não pode, por si só, confirmar uma boa emenda PM.
Os emendadores de fusão especializados podem usar imagens de visualização lateral ou outros métodos de análise de perfil para identificar a estrutura interna do PM e, em seguida, girar uma ou ambas as fibras antes da fusão. O método exato de imagem e alinhamento depende do design da fibra e do splicer. Por exemplo, FujikuraDocumentação do FSM-100Pdescreve estágios rotacionais e alinhamento-baseado em perfil para fibra PM, ilustrando por que o trabalho de PM geralmente precisa de equipamentos além de um splicer de alinhamento-de núcleo básico.
Para uma introdução mais ampla à preparação-de emendas de fusão e ao controle de processos, consulte o livro da Hengtongguia para emenda de fibra óptica. Os aplicativos PM adicionam o requisito do eixo-rotacional além dessas etapas de preparação padrão.
Como o desalinhamento angular afeta a taxa de extinção de polarização?
Em uma emenda idealizada onde o erro do eixo rotacional é a única fonte de diafonia, um ângulo de desalinhamento θ divide a potência óptica aproximadamente de acordo com cos²θ no eixo pretendido e sin²θ no eixo ortogonal. Sob essa suposição simplificada, o limite PER causado apenas pelo desalinhamento do eixo é:
PER ≈ 20 log10(berço θ)
A relação não é linear, razão pela qual alguns graus podem ser substancialmente importantes quando o PER alvo é alto.
| Desalinhamento do eixo | Limite PER idealizado apenas por desalinhamento |
|---|---|
| 0,5 grau | Cerca de 41,2 dB |
| 1 grau | Cerca de 35,2 dB |
| 2 graus | Cerca de 29,1 dB |
| 3 graus | Cerca de 25,6 dB |
| 5 graus | Cerca de 21,2 dB |
Esses valores são ilustrações teóricas e não resultados de emenda garantidos. O PER real também pode ser limitado pela polarização da fonte, birrefringência imperfeita da fibra, tensão local, flexão, aquecimento da emenda, chaveamento do conector, concatenação de componentes e configuração de medição. Trabalho experimental publicado pela Optica identificoudesalinhamento angular geométrico do eixo birrefringentecomo causa da degradação-da taxa de extinção após a fusão.
Por que os conectores de fibra PM exigem alinhamento de chave?
Um conector PM precisa de mais do que uma boa centralização do núcleo e uma face final limpa. Sua chaveta mecânica deve ter uma relação angular controlada com um eixo principal especificado da fibra. Caso contrário, dois conectores podem se encaixar mecanicamente enquanto seus eixos de polarização permanecem rotacionalmente deslocados.
A convenção chave deve, portanto, ser definida na especificação de montagem. Dependendo do produto e do fabricante, a chave pode estar referenciada ao eixo lento ou ao eixo rápido; não é seguro presumir que todas as assembleias do PM seguem a mesma convenção. O requisito relevante é que a convenção especificada seja conhecida, fabricada de forma consistente e verificada.
Isto é formalizado emCEI 61300-3-55, que abrange a taxa de extinção de polarização, a orientação do eixo-principal e a precisão da codificação do conector para polarização-mantendo componentes ópticos passivos.
O mesmo princípio se aplica para completarconjuntos de cabos de fibra óptica: a geometria do conector, a orientação do eixo, o alívio de tensão, o roteamento e os testes tornam-se parte da cadeia de desempenho-de polarização finalizada.
Por que a baixa perda de emenda não significa necessariamente um bom desempenho de PM
Uma emenda pode parecer excelente em uma emenda de fusão convencional e ainda assim ter um desempenho de polarização ruim. Isso ocorre porque a perda de inserção e o PER medem diferentes modos de falha.
- Perda de inserçãoindica principalmente quanta potência óptica total é perdida através da junta.
- PORindica quão fortemente a energia permanece concentrada no eixo de polarização pretendido em relação ao eixo ortogonal.
Um pequeno erro rotacional pode transferir energia entre os dois eixos PM sem causar uma grande-perda total de energia. Por esse motivo, os conjuntos PM devem ser aceitos de acordo com critérios ópticos convencionais e critérios específicos de polarização-quando a aplicação os exigir.
O que deve ser verificado após emenda e conectorização?
Um plano prático-de qualidade da fibra PM deve definir as condições de medição antes do início da produção. No mínimo, a especificação deve indicar o comprimento de onda operacional, a condição de inicialização, o PER necessário, a convenção do eixo-do conector e se o requisito se aplica a um componente individual ou à montagem completa.
Itens de verificação úteis podem incluir:
- perda de inserção no comprimento de onda especificado;
- taxa de extinção de polarização do conjunto acabado;
- orientação da chave-para{1}}o eixo para produtos conectorizados;
- emenda-alinhamento do eixo ou emenda validada-configurações do programa;
- inspeção-de face final e limpeza do conector;
- repetibilidade após manuseio, roteamento ou exposição ambiental quando relevante para a aplicação.
Hengtongrecurso de teste de cabos de fibra ópticafornece uma referência interna útil para a função mais ampla de verificação na produção de{{0}cabos ópticos. Para produtos PM, o plano de teste deve incluir adicionalmente as métricas de polarização exigidas pela aplicação.
Fibra-monomodo padrão versus fibra PM: quais mudanças na produção?
| Área de Processo | Fibra-de modo único padrão | Polarização-Manutenção da fibra |
|---|---|---|
| Estrutura de fibra | A geometria do núcleo e do revestimento é o principal foco óptico | Geometria central mais uma estrutura birrefringente controlada |
| Alinhamento de emenda | O alinhamento central é o requisito principal | Alinhamento central mais alinhamento do eixo-principal rotacional |
| Connectorização | A geometria do núcleo/ponteira e a qualidade-da face final dominam | Esses requisitos mais a chave controlada-para-a orientação do eixo |
| Teste de aceitação | Normalmente atenuação, perda de inserção, perda de retorno, geometria e verificações ópticas relacionadas | Verificações convencionais mais PER e, quando especificado, verificação de eixo/chaveamento |
| Sensibilidade do processo | O desalinhamento aparece principalmente como perda óptica | O desalinhamento rotacional pode degradar o PER mesmo quando a perda permanece baixa |
Um fluxo de trabalho prático para montagens de fibra PM
- Defina o requisito óptico.Especifique comprimento de onda, tipo de fibra, PER alvo, perda de inserção aceitável, ambiente operacional e comprimento de montagem.
- Defina a convenção do eixo.Informar se a chave do conector ou outra referência mecânica corresponde ao eixo rápido ou ao eixo lento.
- Use um método de alinhamento apropriado.Selecione equipamentos e programas de emenda adequados para a estrutura PM específica, em vez de presumir que um método de imagem funciona para cada projeto.
- Tratamento e roteamento de controle.Evite tensões desnecessárias, dobras apertadas ou torções que podem complicar o comportamento de polarização.
- Verifique a montagem concluída.Meça as propriedades importantes no nível do sistema, especialmente PER quando a pureza da polarização for um requisito funcional.
- Registre as condições.Um número PER é muito mais útil quando o comprimento de onda, a condição de lançamento, o equipamento e a configuração do teste são documentados.
Como obter uma fibra PM ou um conjunto de fibra personalizado de forma mais eficaz
Para projetos sensíveis-à polarização, a compra deve ser orientada por uma especificação técnica, e não por uma solicitação genérica de "fibra PM de alta-qualidade". Antes de fazer um pedido, peça ao fornecedor para confirmar o projeto da fibra, comprimento de onda operacional, comprimento-de batimento ou requisito de birrefringência quando aplicável, tipo de conector, convenção de eixo-para-chave, PER alvo, limite de perda-de inserção, requisitos de emenda e o relatório de teste que acompanhará a montagem.
Se o projeto exigir uma construção fora do{0}}padrão, a Hengtongcabo de fibra óptica personalizadoO recurso é um ponto de partida relevante para discutir dimensões, materiais, configuração de montagem e requisitos de teste. Para uma aplicação-específica de PM, a próxima etapa importante é fornecer à equipe de engenharia os requisitos de polarização e{2}}alinhamento de eixo para que os critérios de capacidade e aceitação possam ser confirmados antes da produção.
Para discutir especificações de projeto, desenhos, quantidade, configuração de conector ou requisitos de teste, use o site da Hengtongpágina de contato.
Perguntas frequentes sobre fabricação e emenda de fibra PM
A fibra PM pode ser emendada com um splicer de fusão padrão?
Um splicer de fusão básico pode ser capaz de fundir fisicamente o vidro, mas isso não significa que ele possa produzir uma emenda-PER PM alta. Se a máquina não conseguir identificar e alinhar rotacionalmente os eixos principais com precisão suficiente, a emenda pode ter uma perda de inserção aceitável, mas uma taxa de extinção de polarização baixa. O equipamento necessário, portanto, depende do projeto da fibra-PM e da meta PER.
O que acontece se os núcleos estiverem alinhados, mas os eixos PM não?
Algumas potências acoplam-se do eixo de polarização pretendido ao eixo ortogonal. A potência total transmitida pode permanecer alta, portanto, medições comuns de perda-de emenda podem ignorar o problema, enquanto o PER degrada.
Quanto desalinhamento do eixo é aceitável?
Não existe um ângulo universal único para cada projeto. O erro permitido depende do PER do sistema necessário e de outras fontes de diafonia de polarização. No modelo idealizado de -erro-apenas, aproximadamente 2 graus de incompatibilidade já correspondem a um limite PER próximo de 29 dB. Uma montagem real pode ter um desempenho pior porque várias fontes de erro se combinam.
O que indica a chave em um conector PM?
Fornece uma referência angular mecânica relacionada a um dos eixos principais da fibra. A convenção exata do eixo-rápido ou do eixo-lento deve ser definida pela especificação do produto; não deve ser assumido sem documentação.
O uso de fibra PM garante automaticamente a manutenção da polarização?
Não. A fibra PM fornece o guia de onda birrefringente necessário para preservar a polarização ao longo de um eixo principal, mas o desempenho do sistema também depende do alinhamento de lançamento, emendas, conectores, flexão e tensão, interfaces de componentes e condições de medição. A manutenção da polarização é, portanto, um resultado em nível de-montagem e de nível-de sistema, e não apenas um rótulo de material.
Conclusão
A fibra-que mantém a polarização é mais exigente porque adiciona um segundo problema de alinhamento à fibra óptica comum: os eixos de polarização devem permanecer controlados, assim como o núcleo óptico. A fabricação deve criar uma estrutura birrefringente estável, a emenda deve preservar a orientação do eixo, os conectores devem manter uma relação de chave-para{3}}eixo definida e as montagens finalizadas devem ser testadas quanto a PER sob condições especificadas.
Para as equipes de engenharia, a lição prática é simples: não avalie uma solução PM apenas pela folha de dados da fibra ou pela perda de emenda. Defina a convenção do eixo, controle o processo de montagem e verifique o desempenho da polarização no nível onde o componente será realmente utilizado.