Optické vlákno udržující polarizaci - Polarization-maintaining optical fiber

Obrázek průřezu propojovacího kabelu s optickým vláknem udržujícím polarizaci, pořízený osvětleným mikroskopickým prohlížečem zvaným a fibroskop. Dva malé, oko podobné kruhy jsou stresové tyče a malý kruh mezi nimi je jádro. Větší kruh, který je obklopuje, je opláštění, obvykle 125 mikrony v průměru.

v optická vlákna, optické vlákno udržující polarizaci (PMF nebo Vlákno PM) je single-mode optické vlákno ve kterém lineárně polarizovaný světlo, pokud je správně spuštěno do vlákna, udržuje lineární polarizaci během propagace, opuštění vlákna ve specifickém stavu lineární polarizace; existuje malá nebo žádná křížová vazba optiky Napájení mezi těmito dvěma polarizacemi režimy. Takové vlákno se používá ve speciálních aplikacích, kde je zásadní zachování polarizace.

Polarizační přeslech

V běžném (nepolarizačně udržujícím) vlákně mají dva režimy polarizace (řekněme vertikální a horizontální polarizace) stejnou nominální hodnotu fázová rychlost kvůli kruhové symetrii vláken. Jakkoli malé množství náhodných dvojlom v takovém vlákně nebo ohyb ve vlákně způsobí malé množství přeslechů z režimu vertikální do horizontální polarizace. A protože i krátká část vlákna, na kterou se může vztahovat malý koeficient vazby, je dlouhá tisíce vlnových délek, i tato malá vazba mezi dvěma režimy polarizace, aplikovaná koherentně, může vést k velkému přenosu energie do režimu vodorovného, úplná změna čistého stavu polarizace vlny. Protože tento vazební koeficient nebyl zamýšlen a výsledkem libovolného napětí nebo ohybu působícího na vlákno, bude výstupní stav polarizace sám náhodný a bude se měnit podle toho, jak se tato napětí nebo ohyby mění; bude se také měnit s vlnovou délkou.

Princip činnosti

Vlákna udržující polarizaci fungují záměrně zavedení systematické lineární dvojlom ve vlákně, takže existují dva dobře definované režimy polarizace, které se šíří podél vlákna s velmi odlišnými fázovými rychlostmi. The délka rytmu Lb takového vlákna (pro konkrétní vlnovou délku) je vzdálenost (typicky několik milimetrů), po kterou vlna v jednom režimu zažije další zpoždění jedné vlnové délky ve srovnání s druhým polarizačním režimem. Tedy délka Lb / 2 takového vlákna odpovídá a půlvlnová deska. Nyní zvažte, že by mohlo dojít k náhodnému propojení mezi dvěma stavy polarizace na významné délce takového vlákna. V bodě 0 podél vlákna vlna v polarizačním režimu 1 indukuje v určité fázi amplitudu do režimu 2. Nicméně v bodě 1/2 Lb podél vlákna stejný vazební koeficient mezi režimy polarizace indukuje amplitudu do režimu 2, který je nyní 180 stupňů z fáze s vlnou spojenou v bodě nula, vedoucí k zrušení. V bodě Lb podél vlákna je spojka opět v původní fázi, ale na 3/2 Lb je to opět mimo fázi atd. Možnost koherentního přidání vlnových amplitud přeslechy na vzdálenosti mnohem větší než Lb je tedy vyloučeno. Většina energie vlny zůstává v původním polarizačním režimu a opouští vlákno v polarizaci tohoto režimu, protože je orientováno na konci vlákna. Konektory z optických vláken použitá pro vlákna PM jsou speciálně zaklíněna tak, aby byly oba režimy polarizace vyrovnány a vystupovaly ve specifické orientaci.

Pamatujte, že vlákno udržující polarizaci nepolarizuje světlo jako a polarizátor dělá. Spíše vlákno PM udržuje lineární polarizaci lineárně polarizovaného světla za předpokladu, že je vypuštěno do vlákna vyrovnaného s jedním z polarizačních režimů vlákna. Spuštění lineárně polarizovaného světla do vlákna pod jiným úhlem rozruší oba režimy polarizace a povede stejnou vlnu při mírně odlišných fázových rychlostech. Ve většině bodů podél vlákna bude polarizace sítě elipticky polarizovaný stavu s návratem do původního stavu polarizace po celočíselném počtu délek tepů. V důsledku toho, pokud je viditelné laserové světlo vypuštěno do vlákna vzrušujícího oba režimy polarizace, je pozorován rozptyl šířícího se světla při pohledu ze strany se světelným a tmavým vzorem periodickým po každé délce rytmu, protože rozptyl je přednostně kolmý ke směru polarizace.

Designy

Průřezy tří typů PM vláken.

K vytvoření dvojlomnosti vlákna se používá několik různých návrhů.[1] Vlákno může být geometricky asymetrické nebo může mít profil indexu lomu, který je asymetrický, jako je design využívající eliptický opláštění jak je znázorněno na obrázku. Alternativně, stres permanentně indukované ve vlákně bude produkovat stres dvojlom; toho lze dosáhnout pomocí tyčí z jiného materiálu obsažených v plášti. Používá se několik různých tvarů prutu a výsledné vlákno se prodává pod značkami jako „PANDA“ a „Motýlek“. („PANDA“ označuje podobnost průřezu vlákna s obličejem a panda, a je také zkratkou slova „Polarizace udržující A Absorpce snižující“.)

Je možné vytvořit a kruhově dvojlomný optické vlákno pouze pomocí běžného (kruhově symetrického) jednovidového vlákna a zkroucením, čímž se vytvoří vnitřní torzní napětí. To způsobí, že fázová rychlost pravé a levé kruhové polarizace se významně liší. Tak se obě kruhové polarizace šíří s malým přeslechem mezi nimi

Aplikace

Optická vlákna udržující polarizaci se používají ve speciálních aplikacích, například v snímání z optických vláken, interferometrie a kvantová distribuce klíčů. Jsou také běžně používány v telekomunikace pro spojení mezi zdrojem laser a a modulátor, protože modulátor vyžaduje jako vstup polarizované světlo. Zřídka se používají pro dálkový přenos, protože vlákno PM je drahé a má vyšší útlum než singlemode vlákno. Další důležitou aplikací je gyroskopy z optických vláken, které jsou široce používány v leteckém a kosmickém průmyslu.

Výstup vlákna PM je typicky charakterizován jeho poměr vyhynutí polarizace (PER) - poměr správně a nesprávně polarizovaného světla, vyjádřený v decibely. Kvalita PM patchcordy a copánky lze charakterizovat a PER metr. Dobrá vlákna PM mají extinkční poměry vyšší než 20 dB.

Reference

  1. ^ Carter, Adrian; Samson, Bryce (srpen 2004). "Vlákna ve stylu PANDA přesahují hranice telekomunikací". Svět laserového ostření.

externí odkazy