Polarisationsupprätthållande optisk fiber

Bild av tvärsnittet av en polarisationsbevarande optisk fiberkabel, tagen med en upplyst mikroskopisk tittare som kallas fiberskop. De två små, ögonliknande cirklarna är stressstavarna och den lilla cirkeln mellan dem är kärnan. Den större cirkeln som omger dem är beklädnaden, vanligtvis 125 mikron i diameter.

Inom fiberoptik är polarisationsupprätthållande optisk fiber ( PMF eller PM-fiber ) en enkelmodig optisk fiber där linjärt polariserat ljus , om det på rätt sätt skickas in i fibern, upprätthåller en linjär polarisation under utbredningen och lämnar fibern i en specifik linjär polarisation stat; det finns liten eller ingen korskoppling av optisk effekt mellan de två polarisationslägena . Sådan fiber används i speciella applikationer där det är viktigt att bevara polarisering.

Polarisationsöverhörning

I en vanlig (icke-polarisationsupprätthållande) fiber har två polarisationslägen (säg vertikal och horisontell polarisation) samma nominella fashastighet på grund av fiberns cirkulära symmetri. Emellertid kommer små mängder av slumpmässig dubbelbrytning i en sådan fiber, eller böjning i fibern, att orsaka en liten mängd överhörning från vertikal till horisontell polarisationsmod. Och eftersom till och med en kort del fiber, över vilken en liten kopplingskoefficient kan tillämpas, är många tusen våglängder lång, kan även den lilla kopplingen mellan de två polarisationslägena, applicerad koherent, leda till en stor kraftöverföring till det horisontella läget, helt förändra vågens nettopolariseringstillstånd. Eftersom den kopplingskoefficienten var oavsiktlig och ett resultat av godtycklig påkänning eller böjning som applicerades på fibern, kommer polarisationens utgångstillstånd i sig att vara slumpmässigt och kommer att variera när dessa påkänningar eller böjningar varierar; det kommer också att variera med våglängden.

Funktionsprincip

Polarisationsupprätthållande fibrer fungerar genom att avsiktligt införa en systematisk linjär dubbelbrytning i fibern, så att det finns två väldefinierade polarisationsmoder som utbreder sig längs fibern med mycket distinkta fashastigheter. Slaglängden Lb för en sådan fiber (för en viss våglängd) är det avstånd (typiskt några millimeter) över vilket vågen i en mod kommer att uppleva en ytterligare fördröjning av en våglängd jämfört med den andra _{polarisationsmoden} . Således är en längd Lb _/ 2 av en sådan fiber ekvivalent med en halvvågsplatta . Tänk nu på att det kan finnas en slumpmässig koppling mellan de två polarisationstillstånden över en betydande längd av sådan fiber. Vid punkt 0 längs fibern inducerar vågen i polarisationsmod 1 en amplitud till mod 2 vid någon fas. Men vid punkten 1/2 Lb _längs fibern inducerar samma kopplingskoefficient mellan polarisationsmoden en amplitud till mod 2 som nu är 180 grader ur fas med vågen kopplad vid nollpunkten, vilket leder till annullering . Vid punkten Lb _längs fibern är kopplingen återigen i den ursprungliga fasen, men vid 3/2 Lb _är den återigen ur fas och så vidare. Möjligheten för koherent addition av vågamplituder genom överhörning över avstånd som är mycket större än Lb _elimineras således. Det mesta av vågens kraft förblir i det ursprungliga polariseringsläget och lämnar fibern i det lägets polarisering när den är orienterad vid fiberänden. Optiska fiberkontakter som används för PM-fibrer är speciellt nyckelade så att de två polarisationslägena är inriktade och går ut i en specifik orientering.

Observera att en polarisationsbevarande fiber inte polariserar ljus som en polarisator gör. Snarare upprätthåller PM-fiber den linjära polariseringen av linjärt polariserat ljus förutsatt att det skickas in i fibern i linje med en av fiberns polarisationslägen. Att lansera linjärt polariserat ljus i fibern i en annan vinkel kommer att excitera båda polarisationslägena, vilket leder samma våg med något olika fashastigheter. På de flesta punkter längs fibern kommer nettopolarisationen att vara ett elliptiskt polariserat tillstånd, med en återgång till det ursprungliga polarisationstillståndet efter ett heltal av slaglängder. Följaktligen, om synligt laserljus skickas in i fibern, exciterande båda polarisationslägena, observeras spridning av utbredningsljus sett från sidan med ett ljust och mörkt mönster periodiskt över varje slaglängd, eftersom spridningen är företrädesvis vinkelrät mot polarisationsriktningen.

Mönster

Tvärsnitt av tre typer av PM-fiber.

Flera olika mönster används för att skapa dubbelbrytning i en fiber. Fibern kan vara geometriskt asymmetrisk eller ha en brytningsindexprofil som är asymmetrisk såsom designen med användning av en elliptisk beklädnad som visas i diagrammet. Alternativt spänningar som permanent induceras i fibern att ge spänningsdubbelbrytning ; detta kan åstadkommas med hjälp av stavar av annat material som ingår i beklädnaden. Flera olika former av spön används, och den resulterande fibern säljs under varumärken som "PANDA" och "Bow-tie". ("PANDA" hänvisar till likheten mellan fiberns tvärsnitt och ansiktet på en panda , och är också en förkortning för "Polarisationsupprätthållande OCH Absorptionsreducerande".)

Det är möjligt att skapa en cirkulärt dubbelbrytande optisk fiber bara genom att använda en vanlig (cirkulärt symmetrisk) singelmodsfiber och vrida den, vilket skapar inre vridspänningar. Det gör att fashastigheten för höger och vänster cirkulära polarisationer skiljer sig markant. Sålunda fortplantar sig de två cirkulära polarisationerna med lite överhörning mellan dem

Ansökningar

Polarisationsupprätthållande optiska fibrer används i speciella applikationer, såsom i fiberoptisk avkänning , interferometri och kvantnyckeldistribution . De används också ofta inom telekommunikation för anslutningen mellan en källlaser och en modulator , eftersom modulatorn kräver polariserat ljus som ingång. De används sällan för långdistansöverföring, eftersom PM-fiber är dyrt och har högre dämpning än singlemode-fiber . En annan viktig tillämpning är fiberoptiska gyroskop , som används flitigt inom flygindustrin.

Utgången från en PM-fiber kännetecknas vanligtvis av dess polarisationsutsläckningsförhållande (PER) – förhållandet mellan korrekt och felaktigt polariserat ljus, uttryckt i decibel . Kvaliteten på PM patchcords och pigtails kan karakteriseras med en PER meter. Bra PM-fibrer har utsläckningsförhållanden på över 20 dB.

• Den här artikeln innehåller material från allmän egendom från Federal Standard 1037C . General Services Administration . Arkiverad från originalet den 22 januari 2022.
• MIL-STD-2196

externa länkar

• Fujikuras PANDA Fiber Specs för den vanligaste typen av PM-fiber
• Polarisation Crosstalk i PM Fiber