Polarisasi-mempertahankan serat (PM) mempertahankan polarisasi linier yang stabil dengan melakukan sesuatu yang mungkin terdengar berlawanan dengan intuisi: serat tersebut dengan sengaja memperkenalkanbirefringence yang kuat dan jelas-. Alih-alih mencoba membuat serat simetris sempurna, serat PM menciptakan dua mode eigen polarisasi ortogonal dengan indeks bias efektif dan konstanta propagasi berbeda.
Perbedaan bawaan ini jauh lebih besar dan lebih terkendali dibandingkan birefringence acak dan lemah yang dapat diperoleh serat biasa dari pembengkokan, tegangan sisa, perubahan suhu, atau ketidaksempurnaan produksi. Ketika polarisasi masukan sejajar dengan salah satu sumbu utama serat, penggabungan yang tidak diinginkan ke mode polarisasi ortogonal akan ditekan dengan kuat. Untuk pengenalan yang lebih luas tentang bagaimana cahaya dipandu dalam serat, lihat ikhtisar iniprinsip dan struktur-serat optik.
Apa Itu Polarisasi-Mempertahankan Serat?
Serat PM adalah serat optik khusus yang dirancang untuk mempertahankan orientasi cahaya terpolarisasi linier. Biasanya berupa serat-mode tunggal dengan profil tegangan atau geometri yang sengaja dibuat asimetris. Jika Anda membandingkan serat PM dengan desain konvensional, ikhtisar Hengtongberbagai jenis serat optikmemberikan latar belakang yang berguna tentang kategori serat standar.
Serat PM bisabukanpertahankan setiap keadaan polarisasi masukan yang berubah-ubah. Kondisi pengoperasian yang paling andal diperoleh ketika cahaya terpolarisasi linier diluncurkan di sepanjang salah satu dari dua sumbu birefringent utamanya. Sumbu tersebut biasa disebut dengansumbu cepatDansumbu lambat.
Seberapa Kuat Birefringence Mencegah Kopling Polarisasi
Ide fisik utamanya bukanlah bahwa tekanan lingkungan selalu "terlalu lemah" untuk mempengaruhi serat. Sebaliknya, birefringence yang kuat menciptakan perbedaan besar antara konstanta propagasi kedua mode eigen polarisasi ortogonal. Karena fase relatifnya berubah dengan cepat di sepanjang serat, gangguan biasa yang bervariasi secara perlahan tidak mampu menggabungkan daya optik secara koheren dari satu mode eigen ke mode eigen lainnya.
Kertas Optica klasikpolarisasi yang terjadi pada serat yang terganggu secara acakmenggambarkan serat PM yang sangat birefringent dalam hal birefringence dan panjang denyut polarisasinya. Dalam istilah praktisnya, birefringence yang lebih kuat menghasilkan panjang ketukan yang lebih pendek, sehingga membuat gangguan-berskala panjang yang umum menjadi kurang efektif dalam penggabungan mode mengemudi.
Sumbu Cepat dan Sumbu Lambat
Kedua sumbu polarisasi utama mempunyai indeks bias efektif yang berbeda. Sumbu dengan indeks bias efektif lebih rendah merupakan sumbu cepat karena kecepatan fasenya lebih tinggi, sedangkan sumbu dengan indeks bias efektif lebih tinggi adalah sumbu lambat.
Jika medan listrik masukan sejajar dengan salah satu sumbu, idealnya hanya satu mode eigen polarisasi yang tereksitasi. Dengan daya yang kecil dalam mode ortogonal, polarisasi linier yang diluncurkan tetap stabil saat merambat.
Panjang Detak Polarisasi
Panjang denyut polarisasi adalah jarak di mana dua mode eigen polarisasi mengakumulasi pergeseran fasa relatif sebesar 2π. Untuk panjang gelombang λ dan selisih indeks efektif Δn, dapat ditulis sebagai:
Lb = λ / |Δn|
Untuk panjang gelombang tertentu, birefringence yang lebih besar berarti panjang ketukan yang lebih pendek. Oleh karena itu, panjang ketukan merupakan indikator teknik yang berguna tentang seberapa kuat kedua mode polarisasi dipisahkan.
Bagaimana Birefringence Dibangun pada Serat PM?
Dua pendekatan desain yang umum adalah birefringence yang diinduksi stres-dan birefringence yang diinduksi geometri-. Keduanya menciptakan perbedaan yang stabil antara indeks bias efektif dari dua mode polarisasi ortogonal. Sebuah studi Optik Terapan awal membandingkan secara langsungtegangan-induksi dan elips-polarisasi inti-pemelihara serat, termasuk perilaku-panjang iramanya.
Stres-Birefringence yang Diinduksi: PANDA dan Busur-Serat Dasi
Dalam serat PM yang diinduksi tegangan, daerah yang menerapkan tegangan yang dirancang khusus ditempatkan di sekitar inti. Dalam serat PANDA, dua bagian yang memberikan tegangan-diposisikan pada sisi inti yang berlawanan. Wilayah ini biasanya menggunakan komposisi kaca dengan sifat-muai panas yang berbeda dari silika di sekitarnya.
Saat serat mendingin setelah ditarik, ketidaksesuaian dalam kontraksi termal menciptakan medan tegangan sisa yang terkendali di seluruh inti. Melalui efek fotoelastik, tegangan tersebut menghasilkan indeks bias yang berbeda sepanjang dua arah ortogonal. Serat-dasi kupu-kupu menggunakan geometri wilayah tegangan-yang berbeda untuk mencapai tujuan dasar yang sama: birefringence linier yang stabil dan kuat.
Geometri-Birefringence Terinduksi: Elips-Serat Inti
Pendekatan lain adalah dengan membuat inti itu sendiri asimetris, seperti inti elips. Asimetri geometris mengubah kondisi batas yang terlihat oleh dua mode terpolarisasi ortogonal, menghasilkan indeks bias efektif yang berbeda bahkan tanpa bergantung pada susunan batang tegangan yang sama yang digunakan dalam serat PANDA.
Hasilnya sekali lagi adalah sepasang sumbu eigen{0}}polarisasi yang terdefinisi dengan baik yang dapat mempertahankan polarisasi linier yang diluncurkan ketika masukan diselaraskan dengan benar.
Apa Yang Terjadi Jika Polarisasi Input Tidak Sejajar?
Jika cahaya diluncurkan pada sudut sumbu utama, bidang masukan terurai menjadi komponen-komponen di sepanjang kedua mode eigen. Kedua mode tersebut kemudian merambat secara bersamaan dan mengumpulkan fase dengan kecepatan berbeda.
Pada sudut peluncuran 45 derajat, misalnya, kedua sumbu tereksitasi dengan amplitudo medan yang sebanding. Fase relatif di antara keduanya berubah seiring dengan jarak propagasi dan juga dapat merespons panjang gelombang dan perubahan lingkungan. Oleh karena itu, keluarannya mungkin menjadi elips atau berputar daripada tetap dalam keadaan linier aslinya.
Inilah sebabnya mengapa sistem PM memerlukan penyelarasan rotasi tidak hanya pada titik peluncuran tetapi juga pada konektor dan sambungan. Untuk dasar-dasar koneksi umum, lihatserat-dasar-dasar konektor optik; untuk sambungan permanen, panduan ini untukfusi seratmenyediakan latar belakang penyambungan terkait. Penelitian tentangbergabung dalam polarisasi-mempertahankan-serat mode tunggaljuga menunjukkan mengapa ketidaksejajaran sumbu pada suatu sambungan dapat mentransfer energi ke keadaan polarisasi yang tidak diinginkan.
Bagaimana Kinerja Serat PM Diukur?
Beberapa parameter berguna ketika menentukan atau mengevaluasi sistem serat PM:
- Birefringensi (Δn):perbedaan indeks bias{0}}efektif antara dua mode polarisasi utama.
- Panjang ketukan:jarak yang diperlukan untuk akumulasi fase relatif 2π antara dua mode. Panjang ketukan yang lebih pendek umumnya menunjukkan birefringence yang lebih kuat pada panjang gelombang yang sama.
- Rasio kepunahan polarisasi (PER):ukuran seberapa besar daya optik yang tersisa pada polarisasi yang diinginkan relatif terhadap polarisasi ortogonal. PER yang lebih tinggi menunjukkan kemurnian polarisasi yang lebih baik.
- Crosstalk polarisasi:jumlah daya yang tidak diinginkan digabungkan dari eigenaxis yang diluncurkan ke dalam eigenaxis ortogonal.
- Penjajaran sumbu:akurasi rotasi antara polarisasi masukan, sumbu serat, penguncian konektor, dan orientasi sambungan.
Pengukuran spesifik PM-ini berbeda dari pengujian kualifikasi kabel umum seperti atenuasi, insertion loss, analisis OTDR, pengujian tarik, dan pengujian lingkungan. Ikhtisar Hengtong tentangpengujian kabel serat-optikmenjelaskan kategori pengujian optik dan mekanik yang lebih luas.
Di Mana Polarisasi-Mempertahankan Serat Digunakan?
Serat PM digunakan ketika penyimpangan polarisasi yang tidak terkendali akan mengurangi akurasi pengukuran, mengganggu modulasi, atau mengganggu kestabilan sistem optik. Aplikasi yang umum mencakup giroskop serat-optik, sensor interferometri, sistem optik koheren, pengiriman laser, laser serat, dan peralatan uji sensitif-polarisasi.
Dalam banyak sistem ini, pemilihan serat hanyalah salah satu bagian dari desain. Jalur optik yang lengkap juga harus mempertahankan orientasi sumbu melalui kuncir, konektor, sambungan, skrup, dan komponen lainnya.
Serat PM vs. Serat Mode Tunggal-Standar
Serat mode-tunggal standar memandu satu mode spasial namun tetap mendukung dua status polarisasi ortogonal. Birefringence acak kecil di sepanjang serat biasa dapat menyebabkan keadaan polarisasi berkembang secara tidak terduga seiring dengan suhu, pembengkokan, dan tekanan.
Serat PM juga umumnya beroperasi dalam mode spasial tunggal, tetapi birefringence kuatnya sengaja memisahkan dua mode eigen polarisasi untuk mengurangi kopling di antara keduanya. Inilah alasan penting mengapa serat PM dapat mempertahankan polarisasi linier yang dipilih, sedangkan serat mode tunggal-umumnya tidak dapat menjamin orientasi polarisasi yang sama pada keluarannya.
Untuk latar belakang-tingkat produk pada serat optik konvensional, Anda juga dapat meninjau Hengtongportofolio serat optik.
Pertanyaan Umum
Apakah serat PM mempertahankan kondisi polarisasi?
Tidak. Serat PM terutama dirancang untuk mempertahankan polarisasi linier yang diluncurkan di sepanjang salah satu sumbu utamanya. Jika kedua sumbu tereksitasi, fase relatif antara mode berubah selama propagasi, sehingga keadaan keluaran dapat bervariasi.
Apa perbedaan antara sumbu cepat dan sumbu lambat?
Sumbu cepat mempunyai indeks bias efektif yang lebih rendah sehingga kecepatan fasanya lebih tinggi. Sumbu lambat memiliki indeks bias efektif yang lebih tinggi dan kecepatan fase yang lebih rendah. Bersama-sama mereka membentuk dua sumbu birefringent utama pada serat.
Apa yang terjadi jika cahaya diluncurkan pada sudut 45 derajat terhadap sumbu PM?
Kedua mode eigen polarisasi bersemangat. Karena mereka merambat dengan konstanta fasa yang berbeda, fasa relatifnya berubah sepanjang serat, sehingga polarisasi keluaran umumnya tidak akan tetap dalam keadaan linier yang sama dengan masukan.
Apakah serat PM sama dengan serat polarisasi?
Tidak. Serat PM dirancang untuk memandu mode eigen polarisasi ortogonal sekaligus menekan kopling di antara keduanya. Serat polarisasi atau-polarisasi tunggal dirancang sedemikian rupa sehingga satu polarisasi sangat disukai atau polarisasi ortogonal sangat dilemahkan.
Dapatkah pembengkokan atau perubahan suhu mempengaruhi serat PM?
Ya. Serat PM lebih tahan terhadap perubahan polarisasi yang disebabkan oleh gangguan lingkungan pada umumnya, namun tidak kebal terhadap tekanan berat, tekukan yang ketat, tegangan konektor, penyambungan yang buruk, atau ketidaksejajaran sumbu. Efek ini dapat meningkatkan crosstalk dan mengurangi PER.
Apa yang harus ditentukan saat membeli rakitan serat PM?
Spesifikasi yang berguna mencakup panjang gelombang pengoperasian, desain serat PM, atenuasi, panjang ketukan atau birefringence, PER target atau crosstalk, jenis konektor, orientasi kunci konektor-ke-sumbu, panjang serat, persyaratan pelapis atau jaket, dan laporan pengujian yang diperlukan. Jika proyek Anda juga melibatkan-perakitan serat optik khusus atau integrasi kabel,hubungi Hengtongdengan aplikasi dan spesifikasi yang diperlukan sehingga kemampuan yang sesuai dapat dikonfirmasi sebelum penawaran.
Ringkasan
Polarisasi-mempertahankan serat tidak "mengunci" polarisasi dengan menghilangkan birefringence. Hal ini justru sebaliknya: ia menciptakan birefringence yang kuat dan terkendali sehingga kedua mode eigen polarisasi ortogonal memiliki konstanta propagasi yang cukup berbeda. Ketika cahaya diluncurkan sepanjang satu sumbu utama, pemisahan ini menekan penggandengan mode yang tidak diinginkan dan membantu mempertahankan polarisasi linier.
Kunci praktisnya sangat mudah: pilih desain PM yang sesuai, pahami sumbu cepat dan lambatnya, gunakan panjang ketukan dan crosstalk polarisasi atau PER sebagai indikator kinerja, dan pertahankan keselarasan rotasi yang akurat melalui setiap peluncuran, konektor, dan sambungan di jalur optik.