Круглое волокно PM
В волокно может быть введена концепция кругового двойного лучепреломления, так что две прямоугольные поляризационные моды имеют круговую поляризацию по часовой стрелке и против часовой стрелки в волокне - так называемое круговое PM-волокно. Наиболее распространенный способ достижения кольцевого двойного лучепреломления в круговом (осесимметричном) оптическом волокне - это скручивание волокна, которое создает разницу в постоянных распространения между осциллирующей основной модой круговой поляризации по часовой стрелке и против часовой стрелки. Таким образом, моды этих двух волн с круговой поляризацией разделены. Также можно учитывать, что внешнее напряжение может изменять азимутальный угол в направлении длины волокна, что может вызвать кольцевое двойное лучепреломление в волокне. Если оптическое волокно скручено, возникает скручивающее напряжение, приводящее к оптическим свойствам, связанным с искажением.
Сердцевина волокна также может быть уложена по спирали в оболочке, так что также может быть получено кольцевое двулучепреломление. Это заставляет свет двигаться по спиральной траектории, образуя оптическое вращение. Двулучепреломление может быть достигнуто только из-за влияния геометрии. Такое волокно можно использовать как одномодовое волокно, и оно вызовет относительно высокие потери в моде высокого порядка.
Кольцевое волокно из PM со спиральной структурой сердцевины волокна может быть использовано в области измерения тока в соответствии с эффектом Фарадея. Оптические волокна могут быть изготовлены с использованием биметаллических стержней и предварительно сформованных трубок, которые вращают предварительно сформованные трубки для формирования спиралей во время вытяжки волокна.
Линейное волокно PM
Существует два основных типа ЛИНЕЙНОГО PM-волокна, а именно с однополяризацией и с двойным лучепреломлением. По сравнению с двумя основными поляризационными модами, основная характеристика однополяризационного режима состоит в том, что он имеет большие потери при передаче. Очевидно, что для волокон с двойным лучепреломлением постоянные распространения между двумя модами поляризации в основной моде колебаний различаются. Для поддержания линейной поляризации можно использовать несколько конструкций оптического волокна, что будет обсуждаться позже.
Краевые прорези и краевые туннели линейное PM-волокно
Волокно с краевыми прорезями объединяет две прорези с показателем преломления ниже, чем показатель оболочки. Прорези расположены с двух сторон от центральной жилы волокна. Этот тип волокна имеет W-образное распределение показателя преломления по оси X и ступенчатое распределение показателя преломления по оси Y. Волокно с краевым туннелем представляет собой особый пример структуры с краями и пазами. В этих линейных PM-волокнах геометрическая анизотропия вводится в сердцевину волокна для получения волокон с двойным лучепреломлением.
Линейное PM-волокно с напряженными компонентами
Эффективный метод обеспечения высокого двойного лучепреломления в волокне - это введение в сердцевину волокна неоднородного напряжения с двойной геометрической симметрией. В результате фотоупругого эффекта напряжение изменяет показатель преломления сердцевины волокна, что можно наблюдать по картине поляризации вдоль веретена волокна, а также по результатам двулучепреломления. Требуемое напряжение может быть получено с помощью двух компонентов (SAP) с равным и независимым напряжением, расположенных в области оболочки напротив сердцевины волокна. Следовательно, пока показатель преломления SAP ниже или равен показателю преломления оболочки, вторичный режим колебаний через SAP не будет.
Наиболее распространенными формами, используемыми для SAP, являются форма галстука-бабочки и круг. Эти волокна называются волокнами бабочки и панды соответственно. Поперечные сечения этих двух волокон показаны на рисунке ниже. Модальное двойное лучепреломление, используемое в этих волокнах, представляет собой геометрическое и вызванное напряжением двойное лучепреломление. Геометрическое двойное лучепреломление очень мало, и для волокна с круглой сердцевиной им можно пренебречь. Было показано, что двулучепреломление этих сердцевин волокна может быть улучшено, если SAP расположены близко к сердцевине волокна, но они должны быть размещены очень близко к сердцевине волокна, чтобы не было увеличения потерь в волокне, особенно если материал на SAP не является диоксидом кремния. Волокно Panda было усовершенствовано для достижения более высокого двойного лучепреломления в моде, очень низких потерь и низких перекрестных помех.
Совет: в настоящее время самым популярным в промышленности PM-волокном является круглое волокно Panda. Волокно Panda одним из многих преимуществ перед другими волокнами PM является размер волокна и числовая апертура по сравнению с обычными одномодовыми волокнами. Минимальные потери на устройстве обеспечиваются при использовании обоих типов света.
Линейное PM-волокно с эллиптической структурой
Проведено первое предложенное экспериментальное исследование практических однополяризационных световодов с низкими потерями на трех типах оптических структур: эллиптическая сердцевина, эллиптическая оболочка и эллиптическое оптоволокно. Ранние исследования кабеля с эллиптическим волокном на сердечнике включают расчет поляризационного двойного лучепреломления. На первом этапе прямоугольный диэлектрический волновод используется для оценки двойного лучепреломления волокна с эллиптической сердцевиной. В эксперименте по использованию PM-волокна впервые было изготовлено волокно с сердцевиной в форме гантели. Длину поляризационных биений можно уменьшить за счет увеличения разницы показателей преломления оболочки сердцевины волокна. Однако из-за ограничений практического применения невозможно слишком сильно увеличить разницу показателей преломления. Увеличение разницы показателей преломления приводит к потерям при передаче, и сращивание становится более трудным, поскольку радиус сердцевины должен быть уменьшен. Типичное значение двойного лучепреломления для эллиптического волокна выше, чем для волокна с эллиптической оболочкой. Но потери в сердечнике эллиптического волокна выше, чем в волокне с эллиптической оболочкой.
Линейное волокно из PM с модуляцией показателя преломления
Для однополяризованного волокна, которое изолирует длину волны отсечки двух прямоугольных колебаний, способ увеличения ширины полосы частот заключается в выборе распределения показателя преломления, которое позволяет только одному состоянию поляризации находиться на границе отсечки. Высокое двойное лучепреломление может быть достигнуто путем введения угловой модуляции показателя внутренней оболочки трехслойного волокна эллиптического поперечного сечения. При исследовании трехслойных оптических волокон эллиптического поперечного сечения используется метод возмущений, в котором прямоугольный волоконный световод с сердцевиной принимается в качестве эталонной структуры. При работе с одной поляризацией испытания на двойное лучепреломление на трех слоях эллипсоидального волокна показывают, что правильная угловая модуляция показателя внутренней оболочки может улучшить двулучепреломление и расширить диапазон длин волн.
Распределение показателя преломления называется профилем бабочки. Это асимметричный W-образный контур, состоящий из сплошной сердцевины волокна и оболочки, окружающей сердцевину волокна. В облицовке контур имеет максимальное значение NCL, изменяется вверх по радиусу и углу, а также имеет условие максимального убывания по оси X. У этой формы есть два свойства для реализации одномодового режима работы с одной поляризацией. Во-первых, форма асимметрична, что сделает константы распространения двух основных мод колебаний под прямыми углами разными, а во-вторых, затухание в замке гарантирует, что каждая мода имеет длину волны отсечки. Волокна бабочки обладают слабой проводимостью, поэтому ответ на скалярное волновое уравнение можно использовать для определения поля моды и постоянной распространения. Ответ относится к тригонометрическим функциям и функциям Матье, которые используются для объяснения корреляции поперечных координат в оболочке сердцевины волокна. Эти функции не ортогональны друг другу, что требует бесконечного набора функций для учета модальных полей в различных областях и удовлетворения граничных условий. Полученный геометрический график двулучепреломления по сравнению со стандартной частотой V показывает, что степень уменьшения показателя преломления вдоль оси X увеличивает асимметрию, таким образом увеличивая максимальное и V значения двулучепреломления. Пиковое значение двулучепреломления характерно для некруглых волокон. Двулучепреломление мод можно улучшить, внося в волокно анизотропию. Что касается анизотропии, это может быть достигнуто путем присвоения разных распределений показателя преломления двум поляризациям моды. Геометрическое двулучепреломление меньше, чем анизотропное двулучепреломление. Однако капля в оболочке в форме бабочки может обеспечить двойную поляризацию для колеблющейся длины волны отсечки основной моды, которая разделена окном длин волн, в котором можно добиться работы в одномодовом режиме с одной поляризацией.
