Okrągłe włókno PM
Do światłowodu można wprowadzić koncepcję dwójłomności kołowej, tak więc dwa prostopadłe tryby polaryzacji są we włóknie spolaryzowane kołowo zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara --, jest to tak zwane włókno kołowe PM. Najbardziej powszechnym sposobem osiągnięcia dwójłomności pierścieniowej w kołowym (osiowo symetrycznym) światłowodzie jest skręcenie światłowodu, co powoduje różnicę w stałych propagacji pomiędzy głównym oscylującym trybem polaryzacji kołowej w kierunku zgodnym i przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W ten sposób mody tych dwóch fal spolaryzowanych kołowo są oddzielone. Można również wziąć pod uwagę, że naprężenie zewnętrzne może zmienić kąt azymutu w kierunku długości włókna, co może spowodować dwójłomność pierścienia na włóknie. Jeśli włókno światłowodowe jest skręcone, powstają naprężenia skręcające, w wyniku czego powstają właściwości optyczne związane ze zniekształceniami.
Rdzeń światłowodu można również ułożyć wzdłuż ścieżki spiralnej w płaszczu, dzięki czemu można uzyskać również dwójłomność pierścieniową. Powoduje to, że światło przemieszcza się po spiralnej ścieżce, tworząc skręt optyczny. Dwójłomność można osiągnąć tylko dzięki wpływowi geometrii. Takie włókno może być stosowane jako włókno jednomodowe i będzie powodować stosunkowo duże straty w trybie wysokiego rzędu.
Pierścieniowe włókno PM ze spiralną strukturą rdzenia może być stosowane w dziedzinie wykrywania prądu zgodnie z efektem Faradaya. Światłowody można wytwarzać za pomocą prętów bimetalicznych i wstępnie uformowanych rur, które podczas ciągnienia włókien obracają wstępnie uformowane rury, tworząc spirale.
Liniowe włókno PM
Istnieją dwa główne typy włókien LINEAR PM, a mianowicie typ pojedynczej polaryzacji i typ dwójłomności. W porównaniu z dwoma podstawowymi trybami polaryzacji, główną cechą trybu pojedynczej polaryzacji jest to, że charakteryzuje się on dużą stratą transmisji. W przypadku włókien dwójłomnych stałe propagacji pomiędzy dwoma modami polaryzacji w głównym trybie oscylacji są oczywiście różne. Aby zachować polaryzację liniową, można zastosować wiele konstrukcji światłowodów, co zostanie omówione później.
Szczeliny krawędziowe i tunele krawędziowe liniowe światłowód PM
Światłowód ze szczeliną krawędziową integruje dwie szczeliny o współczynniku załamania światła niższym niż współczynnik płaszcza. Szczeliny znajdują się po dwóch stronach centralnego rdzenia światłowodowego. Ten typ włókna ma rozkład współczynnika załamania światła w kształcie litery W wzdłuż osi X i schodkowy rozkład współczynnika załamania światła wzdłuż osi Y. Szczególnym przykładem struktury krawędziowo-szczelinowej jest włókno tunelowe krawędziowe. W tych liniowych włóknach PM do rdzenia włókna wprowadzana jest anizotropia geometryczna w celu uzyskania włókien dwójłomności.
Liniowe włókno PM ze obciążonymi elementami
Skuteczną metodą wprowadzenia dużej dwójłomności do włókna jest wprowadzenie do rdzenia włókna nierównomiernego naprężenia o podwójnej symetrii geometrycznej. W wyniku efektu fotoelastycznego naprężenie zmienia współczynnik załamania światła rdzenia włókna, co można zaobserwować poprzez wzór polaryzacji wzdłuż wrzeciona włókna, a także skutki dwójłomności. Wymagane naprężenie można uzyskać stosując dwa równomiernie i niezależnie obciążone komponenty (SAP) umieszczone w obszarze płaszcza naprzeciw rdzenia włókna. Dlatego dopóki współczynnik załamania SAP jest niższy lub równy współczynnikowi załamania płaszcza, nie będzie wtórnego trybu oscylacji w SAP.
Najpopularniejszymi kształtami używanymi w SAP są kształt muszki i okrąg. Włókna te nazywane są odpowiednio włóknami muszki i pandy. Przekroje poprzeczne tych dwóch włókien pokazano na poniższym rysunku. Modalna dwójłomność stosowana w tych włóknach reprezentuje dwójłomność geometryczną i indukowaną naprężeniami. Dwójłomność geometryczna jest bardzo mała i można ją pominąć w przypadku światłowodu z rdzeniem kołowym. Wykazano, że dwójłomność tych rdzeni włókiennych można poprawić, umieszczając SAP blisko rdzenia włókna, ale należy je umieścić bardzo blisko rdzenia włókna, aby nie doszło do zwiększenia strat włókien, szczególnie jeśli materiał na SAP nie jest dwutlenkiem krzemu. Światłowód Panda został ulepszony, aby osiągnąć dwójłomność w wyższym trybie, bardzo niskie straty i niski przesłuch.
Wskazówka: Obecnie najpopularniejszy PMbłonnikw branży jest okrągłe włókno Panda. Jedną z wielu zalet włókna Panda w porównaniu z innymi włóknami PM jest rozmiar włókna i apertura numeryczna w porównaniu z konwencjonalnymi włóknami jednomodowymi. Minimalne straty na urządzeniu są zapewnione przy zastosowaniu obu rodzajów światła.
Liniowe włókno PM o strukturze eliptycznej
Przeprowadzono pierwsze zaproponowane badania eksperymentalne praktycznych niskostratnych włókien o pojedynczej polaryzacji na trzech typach struktur optycznych: rdzeniu eliptycznym, płaszczu eliptycznym i włóknie z eliptyczną osłoną. Wczesne badania nad kablem z rdzeniem eliptycznym obejmują obliczenie dwójłomności polaryzacji. W pierwszym etapie do oceny dwójłomności eliptycznego włókna rdzeniowego wykorzystuje się prostokątny falowód dielektryczny. W eksperymencie z pierwszym użyciem włókna PM wytworzono rodzaj włókna z rdzeniem w kształcie hantli. Długość dudnienia polaryzacyjnego można zmniejszyć poprzez zwiększenie różnicy współczynnika załamania światła płaszcza rdzenia włókna. Jednak ze względu na praktyczne ograniczenia zastosowań nie jest możliwe zbyt duże zwiększenie różnicy współczynnika załamania światła. Zwiększanie różnicy współczynnika załamania światła powoduje straty w transmisji, a łączenie staje się trudniejsze, ponieważ należy zmniejszyć promień rdzenia. Typowa wartość dwójłomności dla włókna eliptycznego jest wyższa niż dla włókna eliptycznego. Jednak utrata rdzenia z włókna eliptycznego jest większa niż w przypadku płaszcza eliptycznegobłonnik.
Liniowe światłowód PM z modulacją współczynnika załamania światła
W przypadku światłowodu pojedynczo spolaryzowanego, który izoluje długość fali odcięcia dwóch oscylacji pod kątem prostym, metodą zwiększenia szerokości pasma częstotliwości jest wybranie takiego rozkładu współczynnika załamania światła, który pozwala, aby tylko jeden stan polaryzacji znajdował się na granicy odcięcia. Wysoką dwójłomność można osiągnąć poprzez wprowadzenie modulacji kątowej do współczynnika płaszcza wewnętrznego trójwarstwowego włókna o eliptycznym przekroju poprzecznym. W badaniach trójwarstwowych włókien światłowodowych o przekroju eliptycznym przyjmuje się podejście perturbacyjne, w którym za strukturę odniesienia przyjmuje się falowód z prostokątnym rdzeniem światłowodu. W przypadku pojedynczej polaryzacji testy dwójłomności na trzech warstwach elipsoidalnego włókna pokazują, że odpowiednia modulacja kątowa współczynnika 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, a także ma maksymalny stan malejący wzdłuż osi X. Istnieją dwie właściwości tego kształtu umożliwiające realizację operacji w trybie jednomodowym z pojedynczą polaryzacją. Po pierwsze, kształt jest asymetryczny, co powoduje, że stałe propagacji dwóch głównych modów oscylacji pod kątem prostym są różne, a po drugie, tłumienie w zamku zapewnia, że każdy mod ma długość fali odcięcia. Włókna motylkowe mają słabą przewodność, więc odpowiedź na równanie fali skalarnej można wykorzystać do określenia pola modowego i stałej propagacji. Odpowiedź dotyczy funkcji trygonometrycznych i funkcji Mathieu, które służą do wyjaśnienia korelacji współrzędnych poprzecznych w płaszczurdzeń włóknisty. Funkcje te nie są względem siebie ortogonalne, co wymaga nieskończonego zbioru funkcji, aby uwzględnić pola modalne w różnych obszarach i spełnić warunki brzegowe. Powstały geometryczny wykres dwójłomności, w porównaniu ze standardową częstotliwością V, pokazuje, że stopień, w jakim współczynnik załamania światła maleje wzdłuż osi X, zwiększa asymetrię, zwiększając w ten sposób wartości maksymalne i V dwójłomności. Wartość szczytowa dwójłomności jest charakterystyczna dla włókien niekołowych. Dwójłomność modową można poprawić poprzez wprowadzenie anizotropii do światłowodu. W przypadku anizotropii można to osiągnąć, przypisując różne rozkłady współczynnika załamania światła do dwóch polaryzacji modu. Dwójłomność geometryczna jest mniejsza niż dwójłomność anizotropowa. Jednakże spadek płaszcza w kształcie motyla może zapewnić podwójną polaryzację w stosunku do długości fali odcięcia oscylującego trybu głównego, która jest oddzielona oknem długości fali, w którym możliwe jest osiągnięcie pracy w trybie jednomodowym z pojedynczą polaryzacją.
