Introduktion til polarisering
Når lys passerer gennem et punkt i rummet, bevæger retningen og amplituden af det oscillerende elektriske felt sig langs en sti over tid. En elektromagnetisk feltvektor vinkelret på hinanden i et tværsnit (et plan vinkelret på fremadretningen) repræsenterer et polariseret lysbølgesignal. Polarisationen defineres ved hjælp af den elektriske feltvektor som en funktion af tiden i overensstemmelse med det mønster, der er sporet på tværs af tværsnittet. Polarisering kan opdeles i lineær, elliptisk eller cirkulær polarisering, hvoraf lineær polarisering er den enkleste. Polarisering af enhver art er et problem i fiberoptisk transmission.
Ethvert radiokommunikations- og fiberoptisk målesystem er en enhed, der er i stand til at analysere interferens mellem to typer lysbølger. Vi kan ikke bruge den information, der gives af interferensen, medmindre amplituden af kombinationerne forbliver stabile over tid, dvs. lysbølgerne er i samme polarisationstilstand. I dette tilfælde er det nødvendigt at anvende optiske fibre, der er i stand til at transmittere stabile polariseringstilstande. For at løse dette problem blev der udviklet optiske fibre, der kan opretholde polarisering.
Hvad er PM-fiber?
Diffusionen af polarisering af lyset i fiberen bliver ukontrolleret (afhængigt af bølgelængden) og afhænger af enhver bøjning af fiberen samt temperaturtilstanden. Specielle optiske fibre er nødvendige for at opnå de ønskede optiske egenskaber, som påvirkes af polariseringen af lys, når det passerer gennem fiberen. Mange systemer, såsom fiberinterferometre og sensorer, fiberlasere og elektrooptiske modulatorer, har også polarisationsafhængige tab, der påvirker systemets ydeevne. Dette problem kan løses ved hjælp af specielle optiske fibre kaldet PM-fibre.
Princippet om PM-fiber
Hvis polariseringen af det lys, der udsendes i fiberen, er koaksial med en dobbeltbrydningsakse, vil den forblive sådan, selvom fiberen er bøjet. Ifølge princippet om ensartet tilstandskobling kan det fysiske princip bag dette fænomen forstås. På grund af det stærke dobbeltbrydningsfænomen er udbredelseskonstanterne for de to polarisationsmetoder forskellige, så det relative møde mellem de involverede tilstande har tendens til at glide hurtigt. Derfor, så længe enhver interferens langs lyset har en effektiv rumlig Fourier-komponent (og et bølgetal svarende til forskellen mellem forplantningskonstanterne for de to tilstande), kan den derfor matches effektivt til begge tilstande. Hvis forskellen er stor nok, vil den generelle forstyrrelse i lyset ændre sig gradvist og langsomt for at opnå effektiv tilstandskobling. Så princippet om PM-fiber gør nok forskel.
Blandt de mest almindelige anvendelser af optisk fiber langdistancekommunikation bruges PM-fiber til at introducere lys fra et sted til et andet i tilstanden af lineær polarisering. For at opnå dette resultat skal flere betingelser være opfyldt. Indgangsfiberen skal være stærkt polariseret for at undgå transmission af langsom akse og hurtig aksetilstand, hvor outputpolariseringstilstanden er uforudsigelig.
Af samme grund skal det elektriske felt i den optiske fiber justeres nøjagtigt og nøjagtigt med hovedaksen for en optisk fiber (som normalt er den langsomme akse i industriel praksis). Hvis PM-fiberbanekablet er sammensat af segmenterede fibre, der er forbundet med fiberforbindelser eller splejsesamlinger, er matchende fiberrotation og positionering et meget kritisk problem. Desuden skal stikket installeres på PM-fiberen, og under installationen af stikket vil den genererede interne spænding ikke medføre, at det elektriske felt projiceres på den optiske akse, der ikke bruges på fiberen.
Anvendelser af PM-fiber
PM-fibre anvendes i områder, hvor polarisationsdrift ikke er tilladt, såsom temperaturændringer. Eksempler på dette er fiberinterferometre og nogle fiberlasere. Ulempen ved at bruge sådanne fibre er, at de normalt kræver præcis orientering af polarisationen, hvilket kan forårsage flere problemer. Samtidig er udbredelsestabet højere end for optiske standardfibre, og det er vanskeligt at holde alle typer optiske fibre i polarisationsbevarende form.
PM-fibre anvendes i specifikke applikationer såsom fiberfølende applikationer, interferometri og kvantenøgledistribution. Det bruges også almindeligt i langdistance kommunikation mellem lasergeneratorer og modulatorer, som kræver polariseret lys som input. Det bruges sjældent til transmission over lang afstand, fordi PM-fiber er meget dyr og har en højere dæmpning end single-mode fiber.
Krav til brug af PM-fiber
Terminal: Når terminalen på en PM-fiber er et optisk stik, er det vigtigt at forbinde stressstangen til stikket, normalt ved hjælp af en nøgle.
Splejsning: Splejsning af PM-fibre skal også udføres meget omhyggeligt. Når fiberen er smeltet sammen, skal X-, Y- og Z-akserne være godt placeret, og rotationspositioneringen skal være godt placeret, så spændingsbjælken kan placeres nøjagtigt.
Et andet krav er, at den indfaldende tilstand ved enden af fiberen skal være i overensstemmelse med retningen af fibertværsnittets tværgående hovedakse.
