Patchcordy utrzymujące polaryzację
15 stycznia 2019

Typowi użytkownicy światłowodów jednomodowych nie zwracają uwagi na stan polaryzacji światła. Zwykle myślimy o światłowodach jednomodowych jako propagujących tylko jeden podstawowy mod, nie dwa mody o ortogonalnych stanach polaryzacji. Aby zmniejszyć poszerzanie impulsu pożądana jest wręcz minimalizacja dyspersji polaryzacyjnej standardowych włókien jednomodowych. W takich światłowodach wyjściowy stan polaryzacji jest losowy i nie może być kontrolowany. Jednakże w niektórych zastosowaniach niezbędne jest utrzymanie stanu polaryzacji światła podczas jego propagacji przez światłowód. Do takich układów należą czujniki, lasery oraz interferometry światłowodowe. Ponadto możliwe są przyrządy i układy, które charakteryzują się różnymi stratami w zależności od polaryzacji światła. W takich przypadkach aby utrzymać stały poziom strat niezbędne jest działanie na kontrolowanym stanie polaryzacji światła. Do korzystania z takich układów nie wystarczą standardowe światłowody jednomodowe ze zbyt wysoką dyspersją chromatyczną, potrzebna jest inna struktura włókna.

Światłowody utrzymujące polaryzację (ang. Polarization Maintaining – PM) posiadają asymetryczną strukturę, która utrzymuje stan polaryzacji wejściowej. Utrzymywanie polaryzacji może być zapewnione na różne sposoby, z których najczęściej spotykanym w zastosowaniach komercyjnych są elementy naprężeniowe umieszczone asymetrycznie wewnątrz światłowodu, jak pokazano na Rys. 1. Rysunek przedstawia światłowód typu Panda, który jest wygodny w zastosowaniach, ponieważ średnica jego rdzenia oraz apretura numeryczna jest kompatybilna z parametrami standardowych włókien jednomodowych.

Podczas procesu wyciągania włókna elementy naprężeniowe i pozostałe części włókna zastygają w różnych temperaturach. Powstałe naprężenia powodują wzrost efektywnego współczynnika załamania neff w kierunku Y (Rys. 1). neff jest więc różny w kierunkach Y i X. Różnica współczynników załamania określana jest jako dwójłomność. Włókno będzie utrzymywać stan polaryzacji propagowanego w nim sygnału, jeżeli będzie ono właściwie ułożone w stosunku do wprowadzanego liniowo spolaryzowanego światła (tak, aby oś polaryzacji była równoległa do jednej z wyróżnionych osi włókna). Jeśli natomiast osie polaryzacji i włókna nie będą równoległe, światłowód nie będzie działał jak włókno utrzymujące polaryzację.

Rys. 1. Światłowód utrzymujący polaryzację typu Panda i jego wyróżnione osie

Ponieważ współczynnik załamania światła wzdłuż osi Y jest wyższy niż wzdłuż osi X, prędkość światła spolaryzowanego wzdłuż tej osi jest mniejsza, a oś Y określa się jako oś wolną światłowodu. Oś X jest osią szybką światłowodu.

Wykorzystanie światłowodów utrzymujących polaryzację na całej długości układu od źródła światła do odbiornika nie wystarcza, aby zapewnić kontrolę stanu polaryzacji światła w całym układzie. Kluczowe jest również ustawienie wszystkich elementów układu względem siebie. Parametrem mówiącym jaka część mocy optycznej jest spolaryzowana wzdłuż danej osi jest współczynnik wygaszenia polaryzacji (ang. polarization extinction ratio – PER). PER definiowany jest jako stosunek minimalnej i maksymalnej mocy optycznej światła o danym stanie polaryzacji.

PER układu obliczyć można mierząc wyjściową moc optyczną podczas obrotu polaryzatora na wyjściu układu. W idealnym przypadku polaryzacja liniowa powinna być w pełni blokowana przez polaryzator ustawiony prostopadle do osi polaryzacji. Przy obliczaniu PER odejmuje się wyrażone w decybelach wartości minimalne i maksymalne uzyskane podczas pomiaru. Zmiana warunków środowiskowych w czasie pomiaru może zakłócić jego wynik, ponieważ zmiana naprężeń lub temperatury powoduje zmiany dwójłomności. Może to być korzystne, kiedy efekt ten wykorzystany jest w czujnikach naprężenia lub temperatury, ale powoduje zakłócenia sygnału podczas pomiarów stanu polaryzacji w innych układach.

Przy wykonywaniu pomiarów należy zwrócić uwagę na rodzaj używanego źródła światła. Wykorzystanie koherentnego źródła powoduje powstanie efektów interferencyjnych, co może skutkować różnymi odczytami PER w zależności od zgięć jeżeli światło jest wprowadzone wzdłuż obu osi światłowodu. Jeśli sygnały wyjściowe dwóch stanów polaryzacyjnych są w fazie lub przeciwfazie, sygnał wyjściowy jest spolaryzowany liniowo, mimo nieprawidłowego wprowadzenia światła na wejściu układu. Aby uniknąć zbyt optymistycznych wyników włókno powinno być zginane (np. na mandreli) podczas pomiaru najgorszej możliwej wartości PER. Zamiast gięcia można również wykorzystać grzanie lub chłodzenie. Niespójne źródło światła nie powoduje efektów interferencyjnych, ale wyniki pomiaru PER wykonanego przy jego użyciu mogą być nieprawidłowe, jeżeli mierzony układ jest przystosowany do pracy ze spójnymi źródłami światła.

PER może być także mierzony pasywnie. Taki pomiar polega na inspekcji wizualnej dopasowania elementów układu względem siebie. Wartość PER jest obliczana z kąta dopasowania:

Powinno być osiągnięte dopasowanie możliwie najbliżej 0°. Przy odchyleniu osi połączonych lub zespawanych światłowodów o mniej niż 1,8° PER ma wartość 30 dB. Poniżej tego kąta wartość PER spada do 20 dB dla kątów o wartości około 6°.

Pasywna metoda pomiaru PER jest często szybsza niż metoda aktywna, ale obarczona jest kluczową wadą. Ta metoda wykorzystywana jest głównie przy dopasowywaniu złączy optycznych, które mogą wprowadzać naprężenia we włóknie i zmienić współczynnik wygaszenia polaryzacji. Z powodu tych naprężeń oś geometryczna światłowodu w złączu często odbiega od jego osi optycznej. Różnice miedzy kątem nachylenia osi mogą wynosić nawet 2°, co jest wystarczające do znacznego przekłamania wyniku pomiaru PER.

Patchcordy i inne przyrządy utrzymujące polaryzację są konektoryzowane złączami PM. Złącza te mogą być regulowane aby zapewnić dobre ułożenie osi światłowodu względem klucza złącza. Złącza posiadają dodatkowy gwint, który umożliwia obracanie ferruli wraz z umieszczonym w niej włóknem względem body wtyku (Rys. 2). Proces regulowania położenia osi światłowodu zwany kluczowaniem oparty jest na pasywnej metodzie pomiaru PER z wykorzystaniem specjalistycznego sprzętu pomiarowego. Rys. 3 przedstawia widok złącza PM z przodu podczas procesu kluczowania. Złącza po kluczowaniu zostają zaklejone aby położenie włókna nie zmieniało się przy ich wykorzystywaniu. Standardem na rynku jest kluczowanie do osi wolnej, ale w zależności od zastosowania spotykane jest również kluczowanie do osi szybkiej lub pod kątem 45 stopni.

Fig. 2. Złącze utrzymujące polaryzację

Fig. 3. Kluczowanie do osi wolnej

Fibrain posiada w ofercie patchcordy utrzymujące polaryzację zakończone złączami PM FC/APC lub FC/PC zoptymalizowane na pracę na różnych zakresach spektralnych. Złącza wykonane są z wysokiej jakości materiałów, co zapewnia niezawodność i niskie straty wtrąceniowe. Każde złącze jest kluczowane. Gwarantowane są wartości PER powyżej 22 dB.

×

Pliki cookies w naszym serwisie.

Informacji zarejestrowanych w plikach "cookies" używamy m.in. w celach reklamowych i statystycznych oraz w celu dostosowania naszych serwisów do indywidualnych potrzeb użytkowników. Możesz zmienić ustawienia dotyczące "cookies" w swojej przeglądarce internetowej. Jeżeli pozostawisz te ustawienia bez zmian pliki cookies zostaną zapisane w pamięci urządzenia. Zmiana ustawień plików "cookies" może ograniczyć funkcjonalność serwisu. Nie pokazuj więcej tego komunikatu.