La fibre de maintien de polarisation-(PM) préserve une polarisation linéaire stable en faisant quelque chose qui peut sembler contre-intuitif : elle introduit délibérémentbiréfringence forte et bien-définie. Au lieu d'essayer de rendre la fibre parfaitement symétrique, la fibre PM crée deux modes propres de polarisation orthogonaux avec des indices de réfraction effectifs et des constantes de propagation différents.
Cette différence intrinsèque-est beaucoup plus importante et mieux contrôlée que la faible biréfringence aléatoire que les fibres ordinaires peuvent acquérir en raison de la flexion, des contraintes résiduelles, des changements de température ou des imperfections de fabrication. Lorsque la polarisation d'entrée est alignée sur l'un des axes principaux de la fibre, le couplage indésirable dans le mode de polarisation orthogonale est fortement supprimé. Pour une introduction plus large à la manière dont la lumière est guidée dans une fibre, consultez cet aperçu de-principes et structure de la fibre optique.
Qu'est-ce que la polarisation-maintenant la fibre ?
La fibre PM est une fibre optique spécialisée conçue pour maintenir l'orientation de la lumière polarisée linéairement. Il s'agit généralement d'une fibre monomode-avec un profil de contrainte ou de géométrie délibérément asymétrique. Si vous comparez la fibre PM avec des conceptions conventionnelles, l'aperçu de Hengtongdifférents types de fibre optiquefournit des informations utiles sur les catégories de fibres standard.
La fibre PM faitpaspréserver chaque état de polarisation d'entrée arbitraire. Sa condition de fonctionnement la plus fiable est obtenue lorsqu'une lumière polarisée linéairement est lancée le long de l'un de ses deux axes biréfringents principaux. Ces axes sont communément appelés lesaxe rapideetaxe lent.
Comment une forte biréfringence empêche le couplage de polarisation
L’idée physique clé n’est pas que le stress environnemental soit toujours « trop faible » pour affecter la fibre. Au contraire, une forte biréfringence crée une grande différence entre les constantes de propagation des deux modes propres de polarisation orthogonale. Parce que leur phase relative change rapidement le long de la fibre, les perturbations ordinaires à variation lente ne parviennent pas à coupler la puissance optique de manière cohérente d'un mode propre à l'autre.
Un papier Optica classique surmaintien de la polarisation dans des fibres perturbées de manière aléatoiredécrit les fibres PM hautement biréfringentes en termes de biréfringence et de longueur de battement de polarisation. En termes pratiques, une biréfringence plus forte produit une durée de battement plus courte, ce qui rend les perturbations typiques à longue échelle -moins efficaces pour le couplage des modes de conduite.
Axe rapide et axe lent
Les deux axes principaux de polarisation ont des indices de réfraction effectifs différents. L'axe avec l'indice de réfraction effectif le plus faible est l'axe rapide car sa vitesse de phase est plus élevée, tandis que l'axe avec l'indice de réfraction effectif le plus élevé est l'axe lent.
Si le champ électrique d’entrée est aligné sur l’un ou l’autre des axes, idéalement, un seul mode propre de polarisation est excité. Avec peu de puissance en mode orthogonal, la polarisation linéaire lancée reste stable au fur et à mesure de sa propagation.
Longueur de battement de polarisation
La longueur de battement de polarisation est la distance sur laquelle les deux modes propres de polarisation accumulent un déphasage relatif de 2π. Pour une longueur d’onde λ et une différence d’indice efficace Δn, cela peut s’écrire :
Lb = λ / |Δn|
Pour une longueur d’onde donnée, une biréfringence plus grande correspond à une longueur de battement plus courte. La longueur de battement est donc un indicateur technique utile de la force avec laquelle les deux modes de polarisation sont séparés.
Comment la biréfringence est-elle intégrée à la fibre PM ?
Deux approches de conception courantes sont la biréfringence induite par la contrainte-et la biréfringence induite par la géométrie-. Les deux créent une différence stable entre les indices de réfraction effectifs des deux modes de polarisation orthogonale. Une première étude d'optique appliquée directement comparéeFibres de maintien de la polarisation du noyau induite par la contrainte-et elliptique--, y compris leur comportement en termes de-longueur de temps.
-Biréfringence induite par le stress : PANDA et fibre de nœud papillon-fibre de nœud papillon
Dans la fibre PM induite par la contrainte-, des régions spécialement conçues-appliquant la contrainte sont placées autour du noyau. Dans la fibre PANDA, deux parties appliquant des contraintes-sont positionnées sur les côtés opposés du noyau. Ces régions utilisent couramment des compositions de verre avec des propriétés de dilatation thermique - différentes de celles de la silice environnante.
À mesure que la fibre refroidit après l'étirage, la différence de contraction thermique crée un champ de contraintes résiduelles contrôlées à travers l'âme. Grâce à l'effet photoélastique, cette contrainte produit différents indices de réfraction dans deux directions orthogonales. La fibre de nœud papillon-utilise une géométrie de région de contrainte-différente pour atteindre le même objectif de base : une biréfringence linéaire stable et forte.
Géométrie-Biréfringence induite : fibre elliptique-noyau
Une autre approche consiste à rendre le noyau lui-même asymétrique, comme un noyau elliptique. L'asymétrie géométrique modifie les conditions aux limites observées par les deux modes polarisés orthogonalement, produisant différents indices de réfraction effectifs même sans compter sur le même agencement de bâtonnets de contrainte - utilisé dans la fibre PANDA.
Le résultat est à nouveau une paire d'axes propres de polarisation bien-définis qui peuvent maintenir une polarisation linéaire lancée lorsque l'entrée est correctement alignée.
Que se passe-t-il si la polarisation d'entrée est mal alignée ?
Si la lumière est projetée selon un angle par rapport aux axes principaux, le champ d'entrée se décompose en composants le long des deux modes propres. Les deux modes se propagent alors simultanément et accumulent des phases à des rythmes différents.
Par exemple, à un angle de lancement de 45 degrés, les deux axes sont excités avec des amplitudes de champ comparables. La phase relative entre eux change avec la distance de propagation et peut également répondre aux changements de longueur d'onde et d'environnement. La sortie peut donc devenir elliptique ou tourner plutôt que de rester dans l'état linéaire d'origine.
C'est pourquoi les systèmes PM nécessitent un alignement rotatif non seulement au point de lancement mais également au niveau des connecteurs et des épissures. Pour les principes généraux de connexion, voirbases du connecteur fibre optique-; pour les joints permanents, ce guide pourfusion de fibresfournit un arrière-plan d'épissage connexe. Recherche surparticipe à la polarisation-maintenant la fibre monomode-montre également pourquoi le désalignement de l'axe au niveau d'une articulation peut transférer de l'énergie dans un état de polarisation indésirable.
Comment les performances de la fibre PM sont-elles mesurées ?
Plusieurs paramètres sont utiles lors de la spécification ou de l'évaluation d'un système fibre PM :
- Biréfringence (Δn) :la différence d'indice de réfraction effective-entre les deux principaux modes de polarisation.
- Durée du battement :la distance requise pour une accumulation de phase relative 2π entre les deux modes. Une longueur de battement plus courte indique généralement une biréfringence plus forte à la même longueur d'onde.
- Taux d'extinction de polarisation (PER) :une mesure de la quantité de puissance optique restant dans la polarisation souhaitée par rapport à la polarisation orthogonale. Un PER plus élevé indique une meilleure pureté de polarisation.
- Diaphonie de polarisation :la quantité de puissance indésirable couplée de l'axe propre lancé à l'axe propre orthogonal.
- Alignement des axes :la précision de rotation entre la polarisation d'entrée, les axes de la fibre, le codage du connecteur et l'orientation de l'épissure.
Ces mesures spécifiques aux PM-sont différentes des tests généraux de qualification des câbles tels que l'atténuation, la perte d'insertion, l'analyse OTDR, les tests de traction et les tests environnementaux. Aperçu de Hengtong surtest de-câbles à fibre optiqueexplique ces catégories plus larges de tests optiques et mécaniques.
Où la fibre de maintien de la polarisation-est-elle utilisée ?
La fibre PM est utilisée lorsqu'une dérive de polarisation incontrôlée réduirait la précision des mesures, interférerait avec la modulation ou déstabiliserait un système optique. Les applications typiques incluent les gyroscopes à fibre optique-, les capteurs interférométriques, les systèmes optiques cohérents, la distribution laser, les lasers à fibre et les équipements de test sensibles à la polarisation-.
Dans bon nombre de ces systèmes, le choix de la fibre ne représente qu’une partie de la conception. Le chemin optique complet doit également préserver l'orientation de l'axe à travers les tresses, les connecteurs, les épissures, les coupleurs et autres composants.
Fibre PM par rapport à la fibre monomode standard-
La fibre monomode standard-guide un mode spatial mais prend toujours en charge deux états de polarisation orthogonaux. Une petite biréfringence aléatoire le long d'une fibre ordinaire peut entraîner une évolution imprévisible de l'état de polarisation en fonction de la température, de la flexion et des contraintes.
La fibre PM fonctionne également généralement dans un seul mode spatial, mais sa biréfringence volontairement forte sépare suffisamment les deux modes propres de polarisation pour réduire le couplage entre eux. C'est la raison essentielle pour laquelle la fibre PM peut maintenir une polarisation linéaire sélectionnée alors que la fibre monomode ordinaire -ne peut généralement pas garantir la même orientation de polarisation à sa sortie.
Pour obtenir des informations-au niveau du produit sur les fibres optiques conventionnelles, vous pouvez également consulter le document Hengtong.portefeuille de fibres optiques.
FAQ
La fibre PM maintient-elle un état de polarisation ?
Non. La fibre PM est principalement conçue pour maintenir une polarisation linéaire lancée le long de l'un de ses axes principaux. Si les deux axes sont excités, la phase relative entre les modes change pendant la propagation, donc l'état de sortie peut varier.
Quelle est la différence entre l’axe rapide et l’axe lent ?
L'axe rapide a l'indice de réfraction effectif le plus faible et donc la vitesse de phase la plus élevée. L'axe lent a l'indice de réfraction effectif le plus élevé et la vitesse de phase la plus faible. Ensemble, ils forment les deux axes biréfringents principaux de la fibre.
Que se passe-t-il si la lumière est lancée à 45 degrés par rapport aux axes PM ?
Les deux modes propres de polarisation sont excités. Parce qu'ils se propagent avec des constantes de phase différentes, leur phase relative change le long de la fibre, de sorte que la polarisation de sortie ne restera généralement pas le même état linéaire que l'entrée.
La fibre PM est-elle la même chose que la fibre polarisante ?
La fibre PM est conçue pour guider les deux modes propres de polarisation orthogonale tout en supprimant le couplage entre eux. Une fibre polarisante ou à polarisation unique-est conçue de telle sorte qu'une polarisation est fortement favorisée ou que la polarisation orthogonale est fortement atténuée.
La flexion ou les changements de température peuvent-ils affecter la fibre PM ?
Oui. La fibre PM est plus résistante aux changements de polarisation provoqués par des perturbations environnementales typiques, mais elle n'est pas à l'abri de contraintes sévères, de flexions serrées, de contraintes de connecteur, d'un mauvais épissage ou d'un désalignement des axes. Ces effets peuvent augmenter la diaphonie et réduire le PER.
Que faut-il spécifier lors de l'achat d'un assemblage de fibres PM ?
Les spécifications utiles incluent la longueur d'onde de fonctionnement, la conception de la fibre PM, l'atténuation, la longueur de battement ou la biréfringence, le PER cible ou la diaphonie, le type de connecteur, la clé du connecteur-à-l'orientation de l'axe, la longueur de la fibre, les exigences en matière de revêtement ou de gaine et le rapport de test requis. Si votre projet implique également des assemblages de fibres optiques- personnalisés ou une intégration de câbles,contacter Hengtongavec l'application et les spécifications requises afin que la capacité appropriée puisse être confirmée avant le devis.
Résumé
La fibre de maintien de polarisation-ne "verrouille" pas la polarisation en éliminant la biréfringence. Il fait le contraire : il crée une biréfringence forte et contrôlée de sorte que les deux modes propres de polarisation orthogonale aient des constantes de propagation suffisamment différentes. Lorsque la lumière est projetée le long d’un axe principal, cette séparation supprime le couplage de modes indésirables et contribue à préserver la polarisation linéaire.
Les clés pratiques sont simples : choisir une conception PM appropriée, comprendre ses axes rapides et lents, utiliser la longueur de battement et la diaphonie de polarisation ou PER comme indicateurs de performances, et maintenir un alignement de rotation précis à travers chaque lancement, connecteur et épissure dans le chemin optique.