Polarisations-maintaining (PM) fiber bevarar en stabil linjär polarisation genom att göra något som kan låta kontraintuitivt: det introducerar medvetetstark, väl-definierad dubbelbrytning. Istället för att försöka göra fibern perfekt symmetrisk skapar PM-fiber två ortogonala polarisationsegenmoder med olika effektiva brytningsindex och utbredningskonstanter.
Denna inbyggda-skillnad är mycket större och mer kontrollerad än den svaga, slumpmässiga dubbelbrytning som vanlig fiber kan få från böjning, kvarvarande spänningar, temperaturförändringar eller tillverkningsfel. När ingångspolarisationen är inriktad med en av fiberns huvudaxlar, undertrycks oönskad koppling till den ortogonala polarisationsmoden kraftigt. För en bredare introduktion till hur ljus leds i en fiber, se denna översikt överfiberoptiska-principer och struktur.
Vad är polarisering-att underhålla fiber?
PM-fiber är en specialoptisk fiber designad för att bibehålla orienteringen av linjärt polariserat ljus. Det är vanligtvis en enkel-fiber med en avsiktligt asymmetrisk spänning eller geometriprofil. Om du jämför PM-fiber med konventionella konstruktioner, Hengtongs översikt överolika typer av optisk fiberger användbar bakgrund om standardfiberkategorier.
PM fiber gör detintebevara varje godtycklig ingångspolarisationstillstånd. Dess mest tillförlitliga drifttillstånd erhålls när linjärt polariserat ljus sänds ut längs en av dess två huvudsakliga dubbelbrytande axlar. Dessa yxor kallas vanligtvissnabb axelochlångsam axel.
Hur stark dubbelbrytning förhindrar polarisationskoppling
Den fysiska nyckeltanken är inte att miljöstress alltid är "för svag" för att påverka fibern. Snarare skapar stark dubbelbrytning en stor skillnad mellan utbredningskonstanterna för de två ortogonala polarisationsegenmoden. Eftersom deras relativa fas ändras snabbt längs fibern, är vanliga långsamt varierande störningar dåliga på att koppla optisk effekt koherent från en egenmod till den andra.
Ett klassiskt Optica papper påpolarisation som håller i slumpmässigt störda fibrerbeskriver höggradigt dubbelbrytande PM-fibrer i termer av deras dubbelbrytning och polarisationsslaglängd. I praktiska termer ger starkare dubbelbrytning en kortare slaglängd, vilket gör typiska störningar i långa-skalor mindre effektiva vid körlägeskoppling.
Fast Axis och Slow Axis
De två huvudsakliga polarisationsaxlarna har olika effektiva brytningsindex. Axeln med det lägre effektiva brytningsindexet är den snabba axeln eftersom dess fashastighet är högre, medan axeln med det högre effektiva brytningsindexet är den långsamma axeln.
Om det elektriska ingångsfältet är inriktat med endera axeln, exciteras idealiskt endast en polarisationsegenmod. Med lite kraft i det ortogonala läget förblir den lanserade linjära polarisationen stabil när den fortplantar sig.
Polarisation Beat Längd
Polarisationsslaglängden är det avstånd över vilket de två polarisationsegenmoden ackumulerar en relativ fasförskjutning på 2π. För en våglängd λ och effektiv indexskillnad Δn kan det skrivas som:
Lb = λ / |Δn|
För en given våglängd motsvarar en större dubbelbrytning en kortare slaglängd. Slaglängden är därför en användbar teknisk indikator på hur starkt de två polarisationslägena är åtskilda.
Hur är dubbelbrytning inbyggd i PM-fiber?
Två vanliga designmetoder är stress-inducerad dubbelbrytning och geometri-inducerad dubbelbrytning. Båda skapar en stabil skillnad mellan de effektiva brytningsindexen för de två ortogonala polarisationsmoderna. En tidig studie av tillämpad optik jämfördes direktspännings-inducerade och elliptiska-kärnpolarisationsfibrer-upprätthåller fibrer, inklusive deras -slaglängdsbeteende.
Stress-Inducerad dubbelbrytning: PANDA och rosett-knytfiber
I stress--inducerad PM-fiber placeras specialdesignade områden för-påfrestning runt kärnan. I PANDA-fiber är två delar som applicerar spänningar- på motsatta sidor av kärnan. Dessa regioner använder vanligtvis glaskompositioner med termiska-expansionsegenskaper som skiljer sig från den omgivande kiseldioxiden.
När fibern svalnar efter dragning skapar missanpassningen i termisk kontraktion ett kontrollerat restspänningsfält över kärnan. Genom den fotoelastiska effekten producerar den spänningen olika brytningsindex längs två ortogonala riktningar. Bow-fiber använder en annan spännings-regiongeometri för att uppnå samma grundläggande mål: stabil, stark linjär dubbelbrytning.
Geometri-Inducerad dubbelbrytning: elliptisk-kärnfiber
Ett annat tillvägagångssätt är att göra själva kärnan asymmetrisk, såsom en elliptisk kärna. Den geometriska asymmetrin ändrar gränsvillkoren som ses av de två ortogonalt polariserade lägena, vilket ger olika effektiva brytningsindex även utan att förlita sig på samma spännings-stavarrangemang som används i PANDA-fiber.
Resultatet är återigen ett par väl-definierade polarisationsegenaxlar som kan upprätthålla en lanserad linjär polarisation när ingången är korrekt justerad.
Vad händer om ingångspolarisationen är feljusterad?
Om ljus skickas i en vinkel mot huvudaxlarna, bryts ingångsfältet upp i komponenter längs båda egenmoden. Båda lägena fortplantar sig sedan samtidigt och ackumulerar fas med olika hastigheter.
Vid en utskjutningsvinkel på 45 grader, till exempel, exciteras de två axlarna med jämförbara fältamplituder. Den relativa fasen mellan dem ändras med utbredningsavståndet och kan också svara på våglängds- och miljöförändringar. Utsignalen kan därför bli elliptisk eller rotera snarare än att förbli i det ursprungliga linjära tillståndet.
Det är därför PM-system kräver rotationsinriktning inte bara vid startpunkten utan även vid kopplingar och skarvar. För allmänna anslutningsgrunder, segrundläggande-fiberoptisk kontakt; för permanenta leder, denna guide tillfiberfusionger relaterad skarvningsbakgrund. Forskning omgår med i polarisering-upprätthåller enkel-fibervisar också varför axelfel vid en led kan överföra energi till det oönskade polariseringstillståndet.
Hur mäts prestanda för PM Fiber?
Flera parametrar är användbara när du specificerar eller utvärderar ett PM-fibersystem:
- Dubbelbrytning (Δn):den effektiva brytningsindex-skillnaden mellan de två huvudsakliga polarisationslägena.
- Slaglängd:avståndet som krävs för en 2π relativ fasackumulering mellan de två moderna. Kortare slaglängd indikerar generellt starkare dubbelbrytning vid samma våglängd.
- Polarisationsutsläckningsförhållande (PER):ett mått på hur mycket optisk effekt som finns kvar i den önskade polarisationen i förhållande till den ortogonala polarisationen. En högre PER indikerar bättre polarisationsrenhet.
- Polarisationsöverhörning:mängden oönskad effekt kopplad från den lanserade egenaxeln till den ortogonala egenaxeln.
- Axelinriktning:rotationsnoggrannheten mellan ingångspolarisationen, fiberaxlarna, kontaktnyckling och skarvorientering.
Dessa PM-specifika mätningar skiljer sig från allmänna kabelkvalificeringstester som dämpning, införingsförlust, OTDR-analys, dragprovning och miljötester. Hengtongs översikt överfiber-optisk kabeltestningförklarar de bredare optiska och mekaniska testkategorierna.
Var används polarisation-underhåll av fiber?
PM-fiber används när okontrollerad polarisationsdrift skulle minska mätnoggrannheten, störa moduleringen eller destabilisera ett optiskt system. Typiska tillämpningar inkluderar fiber-optiska gyroskop, interferometriska sensorer, koherenta optiska system, laserleverans, fiberlasrar och polarisationskänslig-testutrustning.
I många av dessa system är valet av fiber bara en del av designen. Den fullständiga optiska banan måste också bevara axelorientering genom pigtails, kopplingar, skarvar, kopplingar och andra komponenter.
PM Fiber vs Standard Single-Mode Fiber
Standard enkel-modefiber styr ett rumsligt läge men stöder fortfarande två ortogonala polarisationstillstånd. Små slumpmässiga dubbelbrytningar längs vanlig fiber kan göra att polarisationstillståndet utvecklas oförutsägbart med temperatur, böjning och stress.
PM-fiber fungerar också vanligtvis i ett enda rumsligt läge, men dess avsiktligt starka dubbelbrytning separerar de två polarisationsegenmoden tillräckligt för att minska kopplingen mellan dem. Detta är det väsentliga skälet till att PM-fiber kan bibehålla en vald linjär polarisation medan vanlig enkel-modfiber i allmänhet inte kan garantera samma polarisationsorientering vid dess utgång.
För bakgrund på produkt-nivå om konventionella optiska fibrer kan du också granska Hengtongsoptisk fiberportfölj.
FAQ
Bibehåller PM-fiber något polariseringstillstånd?
Nej. PM-fiber är i första hand utformad för att upprätthålla linjär polarisering som lanseras längs en av dess huvudaxlar. Om båda axlarna är exciterade, ändras den relativa fasen mellan lägena under fortplantningen, så utgångstillståndet kan variera.
Vad är skillnaden mellan den snabba axeln och den långsamma axeln?
Den snabba axeln har det lägre effektiva brytningsindexet och därför den högre fashastigheten. Den långsamma axeln har högre effektiva brytningsindex och lägre fashastighet. Tillsammans bildar de fiberns två huvudsakliga dubbelbrytande axlar.
Vad händer om ljuset avfyras i 45 grader mot PM-axlarna?
Båda polarisationsegenmoden är exciterade. Eftersom de utbreder sig med olika faskonstanter, ändras deras relativa fas längs fibern, så att utpolariseringen i allmänhet inte kommer att förbli samma linjära tillstånd som ingången.
Är PM-fiber detsamma som polariserande fiber?
Nej. PM-fiber är utformad för att styra båda ortogonala polarisationsegenmoden samtidigt som kopplingen mellan dem undertrycks. En polariserande eller enkel-polarisationsfiber är utformad så att en polarisation gynnas starkt eller att den ortogonala polarisationen är mycket dämpad.
Kan böjning eller temperaturförändringar påverka PM-fiber?
Ja. PM-fiber är mer motståndskraftig mot polarisationsförändringar orsakade av typiska miljöstörningar, men den är inte immun mot svår påfrestning, snäv böjning, kontaktspänningar, dålig skarvning eller axelfel. Dessa effekter kan öka överhörning och minska PER.
Vad ska anges vid köp av en PM-fiberenhet?
Användbara specifikationer inkluderar driftsvåglängd, PM-fiberdesign, dämpning, slaglängd eller dubbelbrytning, mål-PER eller överhörning, kontakttyp, kontaktnyckel-till-axelorientering, fiberlängd, krav på beläggning eller mantel och den obligatoriska testrapporten. Om ditt projekt även omfattar anpassade optiska-fiberenheter eller kabelintegration,kontakta Hengtongmed applikationen och nödvändiga specifikationer så att lämplig kapacitet kan bekräftas före offert.
Sammanfattning
Polarisationsupprätthållande-fiber "låser" inte polarisering genom att eliminera dubbelbrytning. Den gör motsatsen: den skapar stark, kontrollerad dubbelbrytning så att de två ortogonala polarisationsegenmoderna har tillräckligt olika utbredningskonstanter. När ljus sänds ut längs en huvudaxel undertrycker denna separation oönskad lägeskoppling och hjälper till att bevara linjär polarisering.
De praktiska nycklarna är enkla: välj en lämplig PM-design, förstå dess snabba och långsamma axlar, använd slaglängd och polarisationsöverhörning eller PER som prestandaindikatorer, och bibehåll exakt rotationsinriktning genom varje lansering, kontakt och skarv i den optiska banan.