Wprowadzenie do polaryzacji
Gdy światło przechodzi przez punkt w przestrzeni, kierunek i amplituda oscylującego pola elektrycznego przemieszczają się po ścieżce w czasie. Wektor pola elektromagnetycznego ustawiony pod kątem prostym w przekroju poprzecznym (płaszczyzna prostopadła do kierunku natarcia) reprezentuje spolaryzowany sygnał fali świetlnej. Polaryzację określa się za pomocą wektora pola elektrycznego w funkcji czasu, zgodnie ze wzorem narysowanym na przekroju. Polaryzację można podzielić na polaryzację liniową, eliptyczną lub kołową, z czego polaryzacja liniowa jest najprostsza. Problemem w transmisji światłowodowej jest jakakolwiek polaryzacja.
Każdy radiokomunikacyjny i światłowodowy system pomiarowy jest urządzeniem zdolnym do analizy zakłóceń pomiędzy dwoma rodzajami fal świetlnych. Nie możemy wykorzystać informacji uzyskanych z interferencji, jeśli amplitudy kombinacji nie pozostaną stabilne w czasie, to znaczy fale świetlne będą w tym samym stanie polaryzacji. W tym przypadku konieczne jest zastosowanie światłowodów zdolnych do przenoszenia stabilnych stanów polaryzacji. Aby więc rozwiązać ten problem,włókna optycznektóre mogą utrzymać polaryzację.
Co to jest włókno PM?
Rozproszenie polaryzacji światła w światłowodzie staje się niekontrolowane (w zależności od długości fali) i zależy od ewentualnego zgięcia światłowodu oraz stanu temperatury. Aby uzyskać pożądane właściwości optyczne, na które wpływa polaryzacja światła przechodzącego przez włókno, potrzebne są specjalne światłowody. Wiele systemów, takich jak interferometry i czujniki światłowodowe, lasery światłowodowe i modulatory elektrooptyczne, również charakteryzuje się stratami zależnymi od polaryzacji, które wpływają na wydajność systemu. Problem ten można rozwiązać stosując specjalne światłowody zwane włóknami PM.
Zasada włókna PM
Jeśli polaryzacja światła emitowanego do światłowodu jest współosiowa z osią dwójłomności, pozostanie taka nawet po zgięciu światłowodu. Zgodnie z zasadą sprzężenia trybu jednorodnego można zrozumieć zasadę fizyczną stojącą za tym zjawiskiem. Ze względu na silne zjawisko dwójłomności stałe propagacji dwóch modów polaryzacji są różne, więc względne spotkanie zaangażowanych modów ma tendencję do szybkiego dryfu. Dlatego też, jeśli jakakolwiek interferencja wzdłuż światła ma efektywną przestrzenną składową Fouriera (oraz liczbę falową odpowiadającą różnicy między stałymi propagacji dwóch modów), można ją skutecznie dopasować do obu modów. Jeśli różnica jest wystarczająco duża, ogólne zakłócenia w świetle będą się zmieniać stopniowo i powoli, aby osiągnąć efektywne sprzężenie modów. Zatem zasada działania włókna PM robi wystarczającą różnicę.
Wśród najczęstszych zastosowań komunikacji światłowodowej na duże odległości, światłowód PM służy do wprowadzania światła z jednego miejsca do drugiego w stan polaryzacji liniowej. Aby osiągnąć taki efekt należy spełnić kilka warunków. Światłowód wejściowy musi być silnie spolaryzowany, aby uniknąć przesyłania trybów wolnej i szybkiej osi, w których stan polaryzacji wyjściowej jest nieprzewidywalny.
Z tego samego powodu pole elektryczne wświatłowódmusi być precyzyjnie i dokładnie wyrównany z główną osią światłowodu (która w praktyce przemysłowej jest zwykle osią wolną). Jeśli kabel światłowodowy PM składa się z segmentowanych włókien połączonych złączami światłowodowymi lub złączami światłowodowymi, dopasowanie rotacji i pozycjonowania włókien jest bardzo krytycznym problemem. Dodatkowo złącze musi być zamontowane na włóknie PM, a podczas montażu złącza powstałe naprężenia wewnętrzne nie spowodują rzutowania pola elektrycznego na oś optyczną nie wykorzystywaną na włóknie.
Zastosowania włókna PM
Włókna PM są stosowane w obszarach, w których dryf polaryzacji jest niedopuszczalny, np. przy zmianach temperatury. Przykładami są interferometry światłowodowe i niektóre lasery światłowodowe. Wadą stosowania takich włókien jest to, że zazwyczaj wymagają one dokładnego ukierunkowania polaryzacji, co może przysporzyć większych kłopotów. Jednocześnie straty propagacyjne są wyższe niż w przypadku standardowych włókien optycznych i trudno jest utrzymać wszystkie typy włókien optycznych w formie zachowującej polaryzację.
Włókna PM są wykorzystywane w określonych zastosowaniach, takich jak wykrywanie włókien, interferometria i dystrybucja klucza kwantowego. Jest również powszechnie stosowany w komunikacji na duże odległości pomiędzy generatorami laserowymi i modulatorami, które wymagają na wejściu światła spolaryzowanego. Jest rzadko używany do transmisji na duże odległości, ponieważ włókno PM jest bardzo drogie i ma większe tłumienie niż światłowód jednomodowy.
Wymagania dotyczące stosowania włókien PM
Zacisk: Gdy zakończeniem światłowodu PM jest złącze optyczne, ważne jest podłączenie pręta naprężającego do złącza, zwykle za pomocą klucza.
Łączenie: Łączenie włókien PM również należy wykonywać bardzo ostrożnie. Kiedy włókno jest stopione, osie X, Y i Z powinny być dobrze ustawione, a pozycja obrotu musi być dobrze ustawiona, aby można było precyzyjnie ustawić pręt naprężający.
Kolejnym wymaganiem jest to, aby warunki padania na końcu światłowodu były zgodne z kierunkiem poprzecznej osi głównej światłowoduwłóknoPrzekrój.
