Introduzione alla polarizzazione
Mentre la luce passa attraverso un punto nello spazio, la direzione e l'ampiezza del campo elettrico oscillante viaggiano lungo un percorso nel tempo. Un vettore di campo elettromagnetico ad angolo retto l'uno rispetto all'altro in una sezione trasversale (un piano perpendicolare alla direzione di avanzamento) rappresenta un segnale d'onda di luce polarizzato. La polarizzazione è definita utilizzando il vettore di campo elettrico in funzione del tempo, in base al modello tracciato attraverso la sezione trasversale. La polarizzazione può essere divisa in polarizzazione lineare, ellittica o circolare, di cui la polarizzazione lineare è la più semplice. La polarizzazione di qualsiasi tipo è un problema nella trasmissione in fibra ottica.
Qualsiasi sistema di comunicazione radio e misurazione in fibra ottica è un dispositivo in grado di analizzare le interferenze tra due tipi di onde luminose. Non possiamo usare le informazioni fornite dall'interferenza a meno che le ampiezze delle combinazioni non rimangano stabili nel tempo, cioè le onde luminose si trovano nello stesso stato di polarizzazione. In questo caso è necessario utilizzare fibre ottiche in grado di trasmettere stati di polarizzazione stabili. Quindi, per risolvere questo problema, sono state sviluppate fibre ottiche in grado di mantenere la polarizzazione.
Cos'è la fibra PM?
La diffusione della polarizzazione della luce nella fibra diventa incontrollata (a seconda della lunghezza d'onda) e dipende da qualsiasi piegatura della fibra e dallo stato di temperatura. Sono necessarie speciali fibre ottiche per ottenere le proprietà ottiche desiderate, che sono influenzate dalla polarizzazione della luce mentre passa attraverso la fibra. Molti sistemi, come interferometri e sensori in fibra, laser a fibra e modulatori elettro-ottici, hanno anche perdite dipendenti dalla polarizzazione che influenzano le prestazioni del sistema. Questo problema può essere risolto utilizzando speciali fibre ottiche chiamate fibre PM.
Il principio della fibra PM
Se la polarizzazione della luce emessa nella fibra è coassiale con un asse di birifrangenza, rimarrà tale anche se la fibra è piegata. Secondo il principio dell'accoppiamento uniforme della modalità, il principio fisico alla base di questo fenomeno può essere compreso. A causa del forte fenomeno di birifrangenza, le costanti di propagazione dei due modi di polarizzazione sono diverse, quindi l'incontro relativo dei modi coinvolti tende ad andare alla deriva rapidamente. Pertanto, finché ogni interferenza lungo la luce ha un'efficace componente spaziale di Fourier (e un numero d'onda corrispondente alla differenza tra le costanti di propagazione delle due modalità), può essere effettivamente abbinata ad entrambe le modalità. Se la differenza è abbastanza grande, il disturbo generale nella luce cambierà gradualmente e lentamente per ottenere un accoppiamento di modalità efficace. Quindi il principio della fibra PM fa abbastanza differenza.
Tra le applicazioni più comuni della comunicazione a lunga distanza in fibra ottica, la fibra PM viene utilizzata per introdurre la luce da un luogo all'altro nello stato di polarizzazione lineare. Per raggiungere questo risultato, è necessario soddisfare diverse condizioni. La fibra di ingresso deve essere altamente polarizzata per evitare di trasmettere modalità asse lento e asse veloce, in cui lo stato di polarizzazione di uscita è imprevedibile.
Per lo stesso motivo, il campo elettrico nella fibra ottica deve essere allineato con precisione e precisione con l'asse principale di una fibra ottica (che di solito è l'asse lento nella pratica industriale). Se il cavo del percorso in fibra PM è composto da fibre segmentate collegate da connettori in fibra o giunti di giunzione, la rotazione e il posizionamento della fibra corrispondenti è un problema molto critico. Inoltre, il connettore deve essere installato sulla fibra PM e durante l'installazione del connettore, lo stress interno generato non causerà la proiezione del campo elettrico sull'asse ottico non utilizzato sulla fibra.
Applicazioni della fibra PM
Le fibre PM vengono utilizzate in aree in cui la deriva di polarizzazione non è consentita, come le variazioni di temperatura. Esempi di questo sono gli interferometri a fibra e alcuni laser a fibra. Lo svantaggio dell'uso di tali fibre è che di solito richiedono un orientamento preciso della polarizzazione, che può causare più problemi. Allo stesso tempo, la perdita di propagazione è superiore a quella delle fibre ottiche standard ed è difficile mantenere tutti i tipi di fibre ottiche in forma di mantenimento della polarizzazione.
Le fibre PM sono utilizzate in applicazioni specifiche come applicazioni di rilevamento delle fibre, interferometria e distribuzione delle chiavi quantistiche. È anche comunemente usato nelle comunicazioni a lunga distanza tra generatori laser e modulatori, che richiedono luce polarizzata come input. È usato raramente per la trasmissione a lunga distanza perché la fibra PM è molto costosa e ha un'attenuazione più elevata rispetto alla fibra mono-modalità.
Requisiti per l'uso della fibra PM
Terminale: Quando il terminale di una fibra PM è un connettore ottico, è importante collegare l'asta di stress al connettore, di solito per mezzo di una chiave.
Giunzione: Anche le fibre pm di giunzione devono essere fatte con molta attenzione. Quando la fibra è fusa, gli assi X, Y e Z devono essere ben posizionati e il posizionamento della rotazione deve essere ben posizionato in modo che la barra di sollecitazione possa essere posizionata con precisione.
Un altro requisito è che la condizione incidente alla fine della fibra deve essere coerente con la direzione dell'asse principale trasversale della sezione trasversale della fibra.
