La fibra de-manteniment de la polarització, o fibra PM, és un tipus de fibra òptica d'un-mode únic dissenyada per preservar dos eixos de polarització ortogonals-ben definits. Aquesta funció addicional la fa més exigent que la fibra-de mode únic convencional en gairebé totes les etapes del seu cicle de vida. La fabricació ha de crear i controlar una birrefringència estable; l'empalmament ha d'alinear tant els nuclis òptics com els eixos de polarització; els connectors necessiten una relació controlada entre l'eix de la fibra i la clau del connector; i el conjunt acabat s'ha de verificar pel rendiment de la polarització en lloc de la pèrdua d'inserció sola.
És per això que simplement especificar fibra PM no garanteix que un sistema acabat mantingui bé la polarització. La fibra, l'empalmament, el connector, el procés de muntatge i el mètode de prova contribueixen a la relació final d'extinció de polarització, o PER.
Què fa que la polarització-mantenint la fibra sigui diferent de la fibra estàndard-mode únic?
En ordinarifibra monomode-, la principal preocupació de la transmissió és mantenir la llum en el mode espacial fonamental amb una baixa atenuació i una dispersió acceptable. Els dos estats de polarització ortogonal no estan separats intencionadament amb la força suficient per evitar que les pertorbacions ambientals canviïn l'estat de polarització.
La fibra PM es fa deliberadament birrefringent. Els seus dos eixos de polarització principals, comunament anomenats eix ràpid i eix lent, tenen diferents índexs de refracció efectius. Quan la llum polaritzada linealment es llança al llarg d'un eix principal, la birrefringència ajuda a suprimir l'acoblament a l'eix ortogonal. La distància sobre la qual els dos modes de polarització acumulen una diferència de fase de 2π s'anomenallargada del batec; una longitud de ritme més curta correspon generalment a una birrefringència més forta.
La fibra PM pertany a la família més àmplia defibra òptica, però la seva geometria i criteris d'acceptació són més especialitzats. L'IEC publica una especificació secció dedicada per al manteniment de fibres-de polarització enIEC 60793-2-70, que reflecteix el fet que la fibra PM té requisits més enllà dels de la fibra de mode únic-de propòsit general-.
Per què la fibra PM és més difícil de fabricar?
El repte de fabricació comença amb l'estructura que crea birrefringència. En una fibra PM de tipus PANDA-comú, per exemple, les regions d'aplicació-d'estrès es col·loquen als costats oposats del nucli. Després de treure i refredar el vidre, l'estrès diferencial produït per aquestes regions crea una forta birrefringència induïda per l'estrès-. Altres dissenys de PM poden utilitzar diferents geometries de tensió o asimetria estructural, però es manté el mateix objectiu d'enginyeria: crear dos eixos principals estables i mantenir les seves propietats consistents al llarg de la fibra.
En comparació amb la fibra-de mode únic estàndard, el fabricant ha de controlar diverses variables addicionals:
- Tens{0}}aplicant la geometria:la mida, la posició, la simetria i la composició de les regions-productores de tensió influeixen en la birrefringència resultant.
- Alineació del nucli-a-estructura:el nucli òptic ha de romandre posicionat amb precisió en relació a l'estructura de tensió de manera que els eixos principals siguin predictibles.
- Birrefringència i durada del ritme:Les condicions de dibuix, la composició del vidre, la geometria i la tensió residual poden canviar el comportament de manteniment de la polarització{0}.
- Coherència de l'eix:l'orientació i la simetria de l'estructura interna han de romandre estables al llarg de la longitud fabricada.
- Dibuix-estabilitat del procés:La variació dimensional o tèrmica durant el dibuix pot afectar tant les propietats òptiques ordinàries com el camp de tensió responsable del manteniment de la polarització.
- Control de qualitat addicional:les mesures geomètriques soles no són suficients; Les propietats relacionades amb la polarització-també s'han de caracteritzar en condicions definides.
Aquests controls afegits ajuden a explicar per què la fibra PM requereix una disciplina de procés més estricta que la fibra estàndard. Els antecedents generals sobre la producció de fibra es poden trobar a Hengtong'sDescripció general de la fabricació de cables de fibra òptica, mentre que la fibra PM afegeix el repte separat de controlar la pròpia estructura birrefringent.
Per què és més difícil l'empalmament de fibra PM?
Quan s'uneixen fibres d'un-mode senzill, la tasca essencial d'alineació és alinear els dos nuclis amb una alineació lateral i angular precisa abans de la fusió. Amb la fibra PM, l'alineació del nucli és només una part de la feina. Els eixos ràpid i lent de les dues fibres també s'han d'alinear rotacionalment.
Si els nuclis estan centrats però els eixos principals giren entre si, una mica de potència òptica llançada en un eix de la primera fibra s'acobla a l'eix ortogonal de la segona fibra. L'empalmament pot mostrar una pèrdua d'inserció baixa mentre encara produeix una diafonia de polarització inacceptable. És per això que una estimació de-pèrdua d'empalmament convencional no pot confirmar per si sola un bon empalmament PM.
Les empalmadores de fusió especials poden utilitzar imatges de-visió lateral o altres mètodes d'anàlisi de perfil- per identificar l'estructura interna de PM i, a continuació, girar una o les dues fibres abans de la fusió. El mètode exacte d'imatge i alineació depèn del disseny de la fibra i de l'empalmador. Per exemple, la de FujikuraDocumentació FSM-100Pdescriu les etapes de rotació i l'alineació-basada en el perfil per a la fibra PM, il·lustrant per què el treball amb PM sovint necessita equips més enllà d'una empalmadora d'alineació bàsica-.
Per obtenir una introducció més àmplia a la preparació d'empalmes de fusió-i al control del procés, vegeu Hengtong'sguia per a l'empalmament de fibra òptica. Les aplicacions de PM afegeixen el requisit d'eix-de rotació a sobre d'aquests passos de preparació estàndard.
Com afecta la desalineació angular la relació d'extinció de la polarització?
En un empalmament idealitzat on l'error de l'eix de rotació és l'única font de diafonia, un angle de desalineació θ divideix la potència òptica aproximadament segons cos²θ a l'eix previst i sin²θ a l'eix ortogonal. Sota aquesta hipòtesi simplificada, el límit PER causat només per la desalineació de l'eix és:
PER ≈ 20 log10 (cot θ)
La relació és no lineal, per això uns quants graus poden importar substancialment quan el PER objectiu és alt.
| Desalineació de l'eix | Límit PER idealitzat només per desalineació |
|---|---|
| 0,5 graus | Uns 41,2 dB |
| 1 grau | Uns 35,2 dB |
| 2 graus | Uns 29,1 dB |
| 3 graus | Uns 25,6 dB |
| 5 graus | Uns 21,2 dB |
Aquests valors són il·lustracions teòriques, no es garanteixen resultats d'empalmament. El PER real també es pot limitar per la polarització de la font, la birrefringència imperfecta de la fibra, l'estrès local, la flexió, l'escalfament de l'empalmament, la codificació del connector, la concatenació de components i la configuració de la mesura. S'ha identificat un treball experimental publicat per Opticadesalineació angular geomètrica de l'eix birrefringentcom a causa d'extinció-degradació de la relació després de la fusió.
Per què els connectors de fibra PM requereixen l'alineació de claus?
Un connector PM necessita més que un bon centrat del nucli i una cara extrema neta. La seva clau mecànica ha de tenir una relació angular controlada amb un eix principal especificat de la fibra. En cas contrari, dos connectors es poden acoblar mecànicament mentre els seus eixos de polarització romanen desplaçats rotacionalment.
Per tant, la convenció clau s'hauria de definir a l'especificació del muntatge. Segons el producte i el fabricant, la clau pot fer referència a l'eix lent o a l'eix ràpid; no és segur suposar que cada assemblea de PM segueix la mateixa convenció. El requisit rellevant és que la convenció especificada sigui coneguda, fabricada de manera coherent i verificada.
Això es formalitza aIEC 61300-3-55, que cobreix la relació d'extinció de la polarització, l'orientació-de l'eix principal i la precisió de la codificació del connector per a la polarització-mantenint components òptics passius.
El mateix principi s'aplica a completarconjunts de cable de fibra òptica: la geometria del connector, l'orientació de l'eix, l'alleujament de la tensió, l'encaminament i les proves formen part de la cadena de rendiment-de polarització acabada.
Per què la baixa pèrdua d'empalmament no significa necessàriament un bon rendiment PM
Un empalmament pot semblar excel·lent en un empalmador de fusió convencional i encara té un rendiment de polarització deficient. Això es deu al fet que la pèrdua d'inserció i el PER mesuren diferents modes de fallada.
- Pèrdua d'insercióprincipalment indica quanta potència òptica total es perd a través de l'articulació.
- PERindica amb quina força es manté la potència concentrada a l'eix de polarització previst en relació amb l'eix ortogonal.
Un petit error de rotació pot transferir potència entre els dos eixos PM sense provocar una gran-pèrdua de potència total. Per aquest motiu, els conjunts de PM s'han d'acceptar tant amb criteris òptics convencionals com amb criteris específics de polarització-quan l'aplicació ho requereixi.
Què s'ha de verificar després de l'empalmament i la connectorització?
Un pla pràctic de qualitat de la fibra PM-hauria de definir les condicions de mesura abans que comenci la producció. Com a mínim, l'especificació hauria d'indicar la longitud d'ona de funcionament, la condició de llançament, el PER necessari, la convenció de l'eix del connector-i si el requisit s'aplica a un component individual o al conjunt complet.
Els elements de verificació útils poden incloure:
- pèrdua d'inserció a la longitud d'ona especificada;
- relació d'extinció de polarització del conjunt acabat;
- orientació clau-a-de l'eix per als productes connectoritzats;
- splicing-alineació de l'eix o configuració validada del programa-splicing;
- inspecció final-de la cara i neteja del connector;
- repetibilitat després de la manipulació, l'encaminament o l'exposició ambiental quan sigui rellevant per a l'aplicació.
de HengtongRecurs de proves de cable de fibra òpticaproporciona una referència interna útil per al paper més ampli de la verificació en la producció de-cable òptic. Per als productes PM, el pla de prova hauria d'incloure, a més, les mètriques de polarització requerides per l'aplicació.
Fibra d'-mode únic estàndard versus fibra PM: quins canvis en la producció?
| Àrea de procés | Fibra d'-mode únic estàndard | Polarització-Manteniment de la fibra |
|---|---|---|
| Estructura de fibra | La geometria del nucli i del revestiment són el focus òptic principal | Geometria del nucli més una estructura birrefringent controlada |
| Alineació d'unió | L'alineació del nucli és el requisit principal | Alineació del nucli més alineació de l'eix principal-de rotació |
| Connectorització | Predominen la geometria del nucli/de la virola i la qualitat-de la cara final | Aquests requisits més l'orientació controlada de la clau-a-de l'eix |
| Prova d'acceptació | Normalment l'atenuació, la pèrdua d'inserció, la pèrdua de retorn, la geometria i les comprovacions òptiques relacionades | Comprovacions convencionals més PER i, si s'especifica, verificació d'eix/clau |
| Sensibilitat del procés | La desalineació apareix principalment com a pèrdua òptica | La desalineació rotacional pot degradar el PER fins i tot quan la pèrdua segueix sent baixa |
Un flux de treball pràctic per a muntatges de fibra PM
- Definir el requisit òptic.Especifiqueu la longitud d'ona, el tipus de fibra, el PER objectiu, la pèrdua d'inserció acceptable, l'entorn operatiu i la longitud del conjunt.
- Definir la convenció d'eix.Indiqueu si la clau del connector o una altra referència mecànica correspon a l'eix ràpid o l'eix lent.
- Utilitzeu un mètode d'alineació adequat.Seleccioneu equips i programes d'empalmament adequats per a l'estructura PM particular en lloc d'assumir que un mètode d'imatge funciona per a cada disseny.
- Control de manipulació i encaminament.Eviteu l'estrès innecessari, la flexió forta o la torsió que poden complicar el comportament de polarització.
- Comproveu el muntatge acabat.Mesureu les propietats que importen a nivell de sistema, especialment PER quan la puresa de polarització és un requisit funcional.
- Registra les condicions.Un número PER és molt més útil quan es documenta la longitud d'ona, la condició de llançament, l'equip i la configuració de prova.
Com obtenir una fibra PM o un conjunt de fibra personalitzada de manera més eficaç
Per als projectes sensibles a la-polarització, la compra s'hauria d'impulsar per una especificació tècnica en lloc d'una sol·licitud genèrica de "fibra PM-d'alta qualitat". Abans de fer una comanda, demaneu al proveïdor que confirmi el disseny de la fibra, la longitud d'ona de funcionament, la longitud-o la birrefringència, si escau, el tipus de connector, la convenció de l'eix-a-la clau, el PER objectiu, el límit de pèrdua d'inserció-, els requisits d'empalmament i l'informe de prova que acompanyarà el muntatge.
Si el projecte requereix una construcció no-estàndard, la de Hengtongcable de fibra òptica personalitzatEl recurs és un punt de partida rellevant per discutir les dimensions, els materials, la configuració del conjunt i els requisits de prova. Per a una aplicació específica de PM-, el següent pas important és proporcionar a l'equip d'enginyeria els requisits de polarització i alineació d'eix-per tal que els criteris de capacitat i acceptació es puguin confirmar abans de la producció.
Per discutir l'especificació d'un projecte, els dibuixos, la quantitat, la configuració del connector o els requisits de prova, utilitzeu Hengtong'spàgina de contacte.
Preguntes freqüents sobre la fabricació i l'empalmament de fibra PM
Es pot empalmar la fibra PM amb una empalmadora de fusió estàndard?
Un empalmador de fusió bàsic pot ser capaç de fusionar físicament el vidre, però això no vol dir que pugui produir un empalmament alt-PER PM. Si la màquina no pot identificar i alinear rotacionalment els eixos principals amb prou precisió, l'empalmament pot tenir una pèrdua d'inserció acceptable però una mala relació d'extinció de polarització. Per tant, l'equip necessari depèn del disseny de la fibra PM-i de l'objectiu PER.
Què passa si els nuclis estan alineats però els eixos PM no?
Algunes potències s'acoblen de l'eix de polarització previst a l'eix ortogonal. La potència total transmesa pot continuar sent alta, de manera que les mesures de pèrdua-normals d'empalmament poden perdre el problema, mentre que el PER es degrada.
Quanta desalineació dels eixos és acceptable?
No hi ha un únic angle universal per a cada projecte. L'error admissible depèn del sistema PER requerit i d'altres fonts de diafonia de polarització. En el model d'únic-error- d'eix idealitzat, aproximadament 2 graus de desajust ja corresponen a un límit PER proper a 29 dB. Un conjunt real pot funcionar pitjor perquè es combinen múltiples fonts d'error.
Què indica la clau d'un connector PM?
Proporciona una referència angular mecànica relacionada amb un dels eixos principals de la fibra. L'especificació del producte ha de definir la convenció exacta d'eix-ràpid o lent-; no s'ha d'assumir sense documentació.
L'ús de fibra PM garanteix automàticament el manteniment de la polarització?
No. La fibra PM proporciona la guia d'ona birrefringent necessària per preservar la polarització al llarg d'un eix principal, però el rendiment del sistema també depèn de l'alineació de llançament, empalmes, connectors, flexió i tensió, interfícies de components i condicions de mesura. Per tant, el manteniment de la polarització és un resultat a nivell-de muntatge i de sistema-, no només una etiqueta de material.
Conclusió
La polarització-mantenir la fibra és més exigent perquè afegeix un segon problema d'alineació a la fibra òptica normal: els eixos de polarització han de romandre controlats així com el nucli òptic. La fabricació ha de crear una estructura birrefringent estable, l'empalmament ha de preservar l'orientació de l'eix, els connectors han de mantenir una relació definida entre claus-a-i els conjunts acabats s'han de provar per PER en condicions especificades.
Per als equips d'enginyeria, la lliçó pràctica és senzilla: no avalueu una solució PM només per la fitxa de dades de fibra o la pèrdua d'empalmament. Definiu la convenció de l'eix, controleu el procés de muntatge i verifiqueu el rendiment de la polarització al nivell on s'utilitzarà realment el component.