Introduzione alla polarizzazione
Quando la luce passa attraverso un punto nello spazio, la direzione e l'ampiezza del campo elettrico oscillante viaggia lungo un percorso nel tempo. Un vettore di campo elettromagnetico ad angolo retto tra loro in una sezione trasversale (un piano perpendicolare alla direzione di avanzamento) rappresenta un segnale d'onda luminosa polarizzata. La polarizzazione è definita utilizzando il vettore campo elettrico in funzione del tempo, secondo l'andamento tracciato lungo 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 misurazione di comunicazione radio e fibra ottica è un dispositivo in grado di analizzare l'interferenza tra due tipi di onde luminose. Non possiamo utilizzare l'informazione data dall'interferenza se le ampiezze delle combinazioni non rimangono stabili nel tempo, cioè le onde luminose non 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,fibre ottichein grado di mantenere la polarizzazione sono stati sviluppati.
Cos'è la fibra PM?
La diffusione della polarizzazione della luce nella fibra diventa incontrollata (a seconda della lunghezza d'onda) e dipende da un'eventuale flessione della fibra nonché dallo stato di temperatura. Per ottenere le proprietà ottiche desiderate sono necessarie fibre ottiche speciali, che sono influenzate dalla polarizzazione della luce mentre passa attraverso la fibra. Molti sistemi, come interferometri e sensori in fibra, laser in fibra e modulatori elettro-ottici, presentano anche perdite dipendenti dalla polarizzazione che influiscono sulle prestazioni del sistema. Questo problema può essere risolto utilizzando fibre ottiche speciali 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 viene piegata. Secondo il principio dell'accoppiamento modale uniforme, è possibile comprendere il principio fisico alla base di questo fenomeno. A causa del forte fenomeno della birifrangenza, le costanti di propagazione dei due modi di polarizzazione sono diverse, quindi l'incontro relativo dei modi coinvolti tende a spostarsi rapidamente. Pertanto, fintanto che qualsiasi 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 efficacemente adattata a entrambe le modalità. Se la differenza è abbastanza grande, il disturbo generale della luce cambierà gradualmente e lentamente per ottenere un accoppiamento modale 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 ottenere questo risultato è necessario che siano soddisfatte diverse condizioni. La fibra di ingresso deve essere altamente polarizzata per evitare di trasmettere modalità ad asse lento e ad asse veloce, in cui lo stato di polarizzazione dell'uscita è imprevedibile.
Per lo stesso motivo, il campo elettrico inla fibra otticadeve essere allineato in modo preciso e accurato con l'asse principale di una fibra ottica (che solitamente 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, far corrispondere la rotazione e il posizionamento della fibra è un problema molto critico. Inoltre il connettore deve essere installato sulla fibra PM e durante l'installazione del connettore le sollecitazioni interne generate non faranno sì che il campo elettrico venga proiettato sull'asse ottico non utilizzato sulla fibra.
Applicazioni della fibra PM
Le fibre PM vengono utilizzate in aree in cui non è consentita la deriva della polarizzazione, come i cambiamenti di temperatura. Esempi di ciò sono gli interferometri a fibra e alcuni laser a fibra. Lo svantaggio dell'utilizzo di tali fibre è che di solito richiedono un orientamento preciso della polarizzazione, il che può causare maggiori 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 una forma che ritenga la polarizzazione.
Le fibre PM vengono utilizzate in applicazioni specifiche come applicazioni di rilevamento di fibre, interferometria e distribuzione di chiavi quantistiche. È anche comunemente usato nelle comunicazioni a lunga distanza tra generatori laser e modulatori, che richiedono luce polarizzata come input. Viene utilizzata raramente per la trasmissione a lunga distanza perché la fibra PM è molto costosa e ha un'attenuazione maggiore rispetto alla fibra monomodale.
Requisiti per l'utilizzo della fibra PM
Terminale: Quando il terminale di una fibra PM è un connettore ottico, è importante collegare l'asta di tensionamento al connettore, solitamente mediante una chiave.
Giunzione: Anche la giunzione delle fibre PM deve essere eseguita con molta attenzione. Quando la fibra è fusa, gli assi X, Y e Z dovrebbero 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 all'estremità della fibra deve essere coerente con la direzione dell'asse principale trasversalela fibrasezione trasversale.
