Okrągłe włókno PM
Do światłowodu można wprowadzić pojęcie dwójłomności kołowej, tak więc dwa tryby polaryzacji prostokątnej są spolaryzowane kołowo w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara - tak zwane okrągłe włókno PM. Najczęstszym sposobem uzyskania dwójłomności pierścieniowej w światłowodzie kołowym (osiowo symetrycznym) jest skręcenie światłowodu, co powoduje różnicę w stałych propagacji między oscylacyjnym głównym trybem polaryzacji kołowej w kierunkach zgodnych z ruchem wskazówek zegara i przeciwnych do ruchu wskazówek zegara. W ten sposób mody tych dwóch fal spolaryzowanych kołowo są odsprzęgane. Można również uznać, że naprężenie zewnętrzne może zmienić kąt azymutu w kierunku długości włókna, co może generować dwójłomność pierścienia na światłowodzie. Jeśli światłowód jest skręcony, generowane jest naprężenie skręcające, co powoduje właściwości optyczne związane z odkształceniem.
Rdzeń światłowodu można również ułożyć wzdłuż spiralnej ścieżki w płaszczu, tak że można również uzyskać dwójłomność pierścienia. To powoduje, że światło przemieszcza się po spiralnej ścieżce, tworząc rotację optyczną. Dwójłomność można osiągnąć tylko dzięki wpływowi geometrii. Taki światłowód może być używany jako światłowód jednomodowy i będzie powodował stosunkowo duże straty w trybie wyższego rzędu.
Pierścieniowe włókno PM ze spiralną strukturą rdzenia może być stosowane w dziedzinie wykrywania prądu zgodnie z efektem Faradaya. Światłowody mogą być wykonane przy użyciu bimetalicznych prętów i wstępnie uformowanych rur, które wirują wstępnie uformowane rury, tworząc spirale podczas ciągnienia włókien.
Liniowe włókno PM
Istnieją dwa główne typy włókien LINEAR PM, a mianowicie typ o pojedynczej polaryzacji i typ dwójłomności. W porównaniu z dwoma podstawowymi trybami polaryzacji, główną cechą pojedynczego trybu polaryzacji jest to, że ma on duże straty transmisji. Dla typów włókien dwójłomnych stałe propagacji między dwoma trybami polaryzacji w głównym trybie oscylacji są oczywiście różne. W celu utrzymania polaryzacji liniowej można zastosować wiele konstrukcji światłowodów, co zostanie omówione później.
Szczeliny krawędziowe i tunele krawędziowe Liniowe włókna PM
Światłowód szczelinowy łączy w sobie dwie szczeliny o współczynniku załamania światła mniejszym niż współczynnik płaszcza. Gniazda znajdują się po dwóch stronach środkowego rdzenia światłowodu. Ten typ światłowodu ma rozkład współczynnika załamania światła w kształcie litery W wzdłuż osi X i skokowy rozkład współczynnika załamania wzdłuż osi Y. Światłowód tunelu krawędziowego jest specjalnym przykładem struktury szczeliny krawędziowej. W tych liniowych włóknach PM anizotropia geometryczna jest wprowadzana do rdzenia włókna w celu uzyskania włókien dwójłomnych.
Liniowe włókno PM z elementami naprężonymi
Skuteczną metodą wprowadzenia wysokiej dwójłomności do włókna jest wprowadzenie do rdzenia włókna nierównomiernego naprężenia o podwójnej symetrii geometrycznej. W wyniku efektu fotosprężystości naprężenie zmienia współczynnik załamania rdzenia włókna, co można zaobserwować poprzez wzór polaryzacji wzdłuż wrzeciona światłowodu, a także skutki dwójłomności. Wymagane naprężenie można uzyskać, stosując dwa jednakowo i niezależnie obciążone elementy (SAP) umieszczone w obszarze płaszcza naprzeciw rdzenia włókna. Dlatego tak długo, jak współczynnik załamania światła SAP jest mniejszy lub równy współczynnikowi załamania płaszcza, nie będzie wtórnego trybu oscylacji przez SAP.
Najpopularniejszymi kształtami używanymi w SAP są kształt muszki i koło. Włókna te nazywane są odpowiednio włóknami muszki i pandy. Przekroje tych dwóch włókien pokazano na poniższym rysunku. Dwójłomność modalna zastosowana w tych włóknach reprezentuje dwójłomność geometryczną i wywołaną stresem. Dwójłomność geometryczna jest bardzo mała i można ją zignorować w przypadku włókna o okrągłym rdzeniu. Wykazano, że dwójłomność tych rdzeni światłowodowych można poprawić, gdy SAPs są umieszczone blisko rdzenia światłowodu, ale muszą być umieszczone bardzo blisko rdzenia włókna, aby nie było wzrostu strat włókien, szczególnie jeśli materiał na SAP nie jest dwutlenkiem krzemu. Włókno Panda zostało ulepszone, aby uzyskać dwójłomność w wyższym trybie, bardzo niskie straty i niski przesłuch.
Wskazówka: obecnie najpopularniejszym włóknem PM w branży jest włókno okrągłe Panda. Włókno Panda Jedną z wielu zalet w porównaniu z innymi włóknami PM jest rozmiar włókna i apertura numeryczna w porównaniu z konwencjonalnymi włóknami jednomodowymi. Przy zastosowaniu obu rodzajów światła zapewnione są minimalne straty na urządzeniu.
Liniowe włókno PM o eliptycznej strukturze
Przeprowadzono pierwsze proponowane badanie eksperymentalne praktycznych niskostratnych włókien jednopolaryzacyjnych na trzech typach struktur optycznych: eliptycznym rdzeniu, eliptycznym płaszczu i eliptycznym włóknie osłonowym. Wczesne badania kabli z rdzeniem eliptycznym obejmują obliczenia dwójłomności polaryzacji. W pierwszym etapie prostokątny falowód dielektryczny służy do oszacowania dwójłomności eliptycznego włókna rdzeniowego. W eksperymencie z użyciem włókna PM po raz pierwszy wytworzono rodzaj włókna z rdzeniem w kształcie hantli. Długość uderzenia polaryzacyjnego można zmniejszyć, zwiększając różnicę współczynnika załamania światła płaszcza rdzenia włókna. Jednak ze względu na ograniczenia praktyczne nie jest możliwe zbyt duże zwiększenie różnicy współczynnika załamania światła. Zwiększenie różnicy współczynnika załamania powoduje straty w transmisji, a splatanie staje się trudniejsze, ponieważ promień rdzenia musi zostać zmniejszony. Typowa wartość dwójłomności dla włókna eliptycznego jest wyższa niż dla eliptycznego włókna płaszczowego. Jednak utrata eliptycznego rdzenia światłowodu jest większa niż w przypadku eliptycznego włókna płaszczowego.
Liniowe włókno PM z modulacją współczynnika załamania światła
W przypadku światłowodu jednospolaryzowanego, które izoluje długość fali odcięcia dwóch oscylacji pod kątem prostym, metodą zwiększenia szerokości pasma częstotliwości jest wybranie takiego rozkładu współczynnika załamania światła, który pozwala na występowanie tylko jednego stanu polaryzacji na granicy. Wysoką dwójłomność można osiągnąć przez wprowadzenie modulacji kątowej do wskaźnika płaszcza wewnętrznego trójwarstwowego włókna eliptycznego o przekroju poprzecznym. W badaniu trójwarstwowych światłowodów eliptycznych o przekroju poprzecznym przyjęto podejście perturbacyjne, w którym za strukturę odniesienia przyjmuje się falowód z prostokątnym rdzeniem światłowodowym. W operacji pojedynczej polaryzacji, testy dwójłomności na trzech warstwach włókna elipsoidalnego pokazują, że odpowiednia modulacja kątowa wskaźnika wewnętrznego płaszcza może zwiększyć dwójłomność i rozszerzyć zakres długości fal.
Rozkład współczynnika załamania światła nazywany jest profilem motyla. Jest to asymetryczny kontur W, który składa się ze spójnego rdzenia światłowodowego i płaszcza otaczającego rdzeń światłowodowy. W okładzinie kontur ma maksymalną wartość NCL i zmienia się w górę pod względem promienia i kąta oraz ma maksymalne opadanie wzdłuż osi X. Istnieją dwie właściwości tego kształtu do realizacji operacji jednomodowej z pojedynczą polaryzacją. Po pierwsze, kształt jest asymetryczny, co spowoduje, że stałe propagacji dwóch głównych trybów oscylacji pod kątem prostym będą różne, a po drugie, tłumienie w zamku zapewnia, że każdy mod ma odciętą długość fali. Włókna motyla mają słabe przewodnictwo, więc odpowiedź na równanie fali skalarnej można wykorzystać do określenia pola modu i stałej propagacji. Odpowiedź dotyczy funkcji trygonometrycznych i funkcji Mathieu, które służą do wyjaśnienia korelacji współrzędnych poprzecznych w płaszczu rdzenia światłowodu. Te funkcje nie są względem siebie ortogonalne, co wymaga nieskończonego zestawu funkcji, aby uwzględnić pola modalne w różnych regionach i spełnić warunki brzegowe. Uzyskany geometryczny wykres dwójłomności, w porównaniu ze standardową częstotliwością V, pokazuje, że stopień, w jakim współczynnik załamania światła spada wzdłuż osi X, zwiększa asymetrię, zwiększając tym samym maksymalne i V wartości dwójłomności. Szczytowa wartość dwójłomności jest charakterystyczna dla włókien niekolistych. Dwójłomność modową można poprawić, wprowadzając anizotropię do włókna. W przypadku anizotropii można to osiągnąć, przypisując różne rozkłady współczynnika załamania światła do dwóch polaryzacji modu. Dwójłomność geometryczna jest mniejsza niż dwójłomność anizotropowa. Jednak spadek osłony w kształcie motyla może zapewnić podwójną polaryzację oscylującej długości fali odcięcia głównego trybu, która jest oddzielona oknem długości fali, w którym możliwe jest osiągnięcie pracy w trybie pojedynczej polaryzacji w jednym trybie.
