Runde PM-Faser
Das Konzept der zirkulären Doppelbrechung kann in die Faser eingeführt werden, sodass die beiden rechtwinkligen Polarisationsmoden in der Faser --, der sogenannten kreisförmigen PM-Faser, im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zirkular polarisiert sind. Der gebräuchlichste Weg, Ringdoppelbrechung in einer kreisförmigen (axialsymmetrischen) optischen Faser zu erreichen, besteht darin, die Faser zu verdrehen, was zu einem Unterschied in den Ausbreitungskonstanten zwischen der oszillierenden Hauptmode der Zirkularpolarisation im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn führt. Dadurch werden die Moden dieser beiden zirkular polarisierten Wellen entkoppelt. Es kann auch berücksichtigt werden, dass die äußere Spannung den Azimutwinkel in Faserlängsrichtung ändern kann, was zu einer Ringdoppelbrechung auf der Faser führen kann. Wenn eine optische Faser verdreht wird, entsteht eine Torsionsspannung, die zu optischen Eigenschaften führt, die mit einer Verzerrung einhergehen.
Der Faserkern der Faser kann auch entlang der Spiralbahn im Mantel verlegt werden, so dass auch die Ringdoppelbrechung erhalten werden kann. Dadurch bewegt sich das Licht spiralförmig und erzeugt eine optische Drehung. Doppelbrechung kann nur aufgrund des Einflusses der Geometrie erreicht werden. Eine solche Faser kann als Singlemode-Faser verwendet werden und verursacht im Modus höherer Ordnung relativ hohe Verluste.
Die ringförmige PM-Faser mit spiralförmiger Faserkernstruktur kann im Bereich der Strommessung nach dem Faraday-Effekt eingesetzt werden. Optische Fasern können aus Bimetallstäben und vorgeformten Röhren hergestellt werden, die die vorgeformten Röhren beim Faserziehen zu Spiralen drehen.
Lineare PM-Faser
Es gibt zwei Haupttypen linearer PM-Fasern, nämlich den Typ mit einfacher Polarisation und den Typ mit Doppelbrechung. Im Vergleich zu den beiden grundlegenden Polarisationsmodi besteht das Hauptmerkmal des Einzelpolarisationsmodus darin, dass er einen großen Übertragungsverlust aufweist. Bei doppelbrechenden Fasertypen sind die Ausbreitungskonstanten zwischen den beiden Polarisationsmodi im Hauptschwingungsmodus offensichtlich unterschiedlich. Zur Aufrechterhaltung der linearen Polarisation können mehrere Glasfaserdesigns verwendet werden, worauf später noch eingegangen wird.
Kantenschlitze und Kantentunnel linearer PM-Faser
Die Edge-Slot-Faser integriert zwei Schlitze mit einem Brechungsindex, der niedriger als der Mantelindex ist. Die Schlitze befinden sich auf zwei Seiten des zentralen Faserkerns. Dieser Fasertyp weist eine W-förmige Brechungsindexverteilung entlang der X-Achse und eine stufenförmige Brechungsindexverteilung entlang der Y-Achse auf. Die Edge-Tunnel-Faser ist ein besonderes Beispiel einer Edge-Slot-Struktur. Bei diesen linearen PM-Fasern wird geometrische Anisotropie in den Faserkern eingeführt, um doppelbrechende Fasern zu erhalten.
Lineare PM-Faser mit beanspruchten Komponenten
Eine wirksame Methode, um eine hohe Doppelbrechung in die Faser einzuführen, besteht darin, die ungleichmäßige Spannung mit doppelter geometrischer Symmetrie in den Faserkern einzubringen. Durch den photoelastischen Effekt verändert die Spannung den Brechungsindex des Faserkerns, was durch das Polarisationsmuster entlang der Faserspindel sowie die Ergebnisse der Doppelbrechung beobachtet werden kann. Die erforderliche Spannung kann durch die Verwendung zweier gleich und unabhängig beanspruchter Komponenten (SAPs) erreicht werden, die sich im Mantelbereich gegenüber dem Faserkern befinden. Solange der Brechungsindex der SAPs kleiner oder gleich dem Brechungsindex der Umhüllung ist, gibt es daher keinen sekundären Schwingungsmodus durch die SAPs.
Die am häufigsten für SAPs verwendeten Formen sind die Fliege-Form und der Kreis. Diese Fasern werden Fliege- bzw. Panda-Fasern genannt. Die Querschnitte dieser beiden Fasern sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Die in diesen Fasern verwendete modale Doppelbrechung stellt eine geometrische und spannungsinduzierte Doppelbrechung dar. Die geometrische Doppelbrechung ist sehr gering und kann bei der kreisförmigen Kernfaser vernachlässigt werden. Es hat sich gezeigt, dass die Doppelbrechung dieser Faserkerne verbessert werden kann, wenn SAPs nahe am Faserkern platziert werden. Sie müssen jedoch sehr nahe am Faserkern platziert werden, damit der Faserverlust nicht zunimmt, insbesondere wenn das Material auf Bei den SAPs handelt es sich nicht um Siliziumdioxid. Die Panda-Faser wurde verbessert, um eine höhere Modendoppelbrechung, sehr geringe Verluste und geringes Übersprechen zu erreichen.
Tipp: Derzeit die beliebteste PMFaserIn der Branche ist die runde Panda-Faser. Einer der vielen Vorteile von Panda-Fasern gegenüber anderen PM-Fasern ist die Fasergröße und die numerische Apertur im Vergleich zu herkömmlichen Singlemode-Fasern. Bei Verwendung beider Lichtarten ist ein minimaler Verlust am Gerät gewährleistet.
Lineare PM-Faser mit elliptischer Struktur
Die erste vorgeschlagene experimentelle Studie praktischer verlustarmer Einzelpolarisationsfasern an drei Arten optischer Strukturen wurde durchgeführt: elliptischer Kern, elliptischer Mantel und elliptische Mantelfaser. Die frühe Forschung an Kabeln mit elliptischem Faserkern umfasste die Berechnung der Polarisationsdoppelbrechung. Im ersten Schritt wird der rechteckige dielektrische Wellenleiter verwendet, um die Doppelbrechung der elliptischen Kernfaser abzuschätzen. Im Experiment mit der erstmaligen Verwendung von PM-Fasern wurde eine Art Faser mit einem hantelförmigen Faserkern hergestellt. Die Länge der Polarisationsschwebung kann durch Erhöhen der Brechungsindexdifferenz des Faserkernmantels verringert werden. Aufgrund praktischer Anwendungsbeschränkungen ist es jedoch nicht möglich, den Brechungsindexunterschied zu stark zu erhöhen. Eine Erhöhung der Brechungsindexdifferenz führt zu Übertragungsverlusten und das Spleißen wird schwieriger, da der Kernradius verringert werden muss. Der typische Doppelbrechungswert für elliptische Fasern ist höher als der für elliptische Mantelfasern. Der Verlust des elliptischen Faserkerns ist jedoch höher als der der elliptischen UmmantelungFaser.
Lineare PM-Faser mit Brechungsindexmodulation
Für eine einfach polarisierte Faser, die die Grenzwellenlänge zweier rechtwinkliger Schwingungen isoliert, besteht eine Methode zur Vergrößerung der Frequenzbandbreite darin, eine Brechungsindexverteilung auszuwählen, die nur zulässt, dass sich ein Polarisationszustand an der Grenzwellenlänge befindet. Die hohe Doppelbrechung kann durch Einführung einer Winkelmodulation in den Innenmantelindex der dreischichtigen Faser mit elliptischem Querschnitt erreicht werden. Bei der Untersuchung dreischichtiger optischer Fasern mit elliptischem Querschnitt wird ein Störungsansatz gewählt, bei dem der rechteckige Faserkernwellenleiter als Referenzstruktur angenommen wird. Im Einzelpolarisationsbetrieb zeigen Doppelbrechungstests an drei Schichten ellipsoider Fasern, dass eine ordnungsgemäße Winkelmodulation des inneren Mantelindex die Doppelbrechung verbessern und den Wellenlängenbereich erweitern kann.
Die Brechungsindexverteilung wird Schmetterlingsprofil genannt. Hierbei handelt es sich um eine asymmetrische W-Kontur, die sich aus einem einheitlichen Faserkern und dem den Faserkern umgebenden Mantel zusammensetzt. In der Verkleidung hat die Kontur den maximalen NCL-Wert, ändert sich nach oben in Radius und Winkel und weist den maximalen Abstiegszustand entlang der X-Achse auf. Es gibt zwei Eigenschaften dieser Form, um einen Single-Mode-Einzelpolarisationsbetrieb zu realisieren. Erstens ist die Form asymmetrisch, wodurch sich die Ausbreitungskonstanten der beiden Hauptschwingungsmodi im rechten Winkel unterscheiden, und zweitens sorgt die Dämpfung innerhalb des Schlosses dafür, dass jeder Modus eine Grenzwellenlänge hat. Butterfly-Fasern haben eine schwache Leitfähigkeit, daher kann die Antwort auf die Skalarwellengleichung verwendet werden, um das Modenfeld und die Ausbreitungskonstante zu bestimmen. Die Antwort bezieht sich auf trigonometrische Funktionen und Mathieu-Funktionen, die zur Erklärung der Korrelation von Querkoordinaten in der Verkleidung des verwendet werdenFaserkern. Diese Funktionen sind nicht orthogonal zueinander, weshalb ein unendlicher Satz von Funktionen erforderlich ist, um die Modalfelder in verschiedenen Regionen zu berücksichtigen und die Randbedingungen zu erfüllen. Das resultierende geometrische Doppelbrechungsdiagramm zeigt im Vergleich zur Standardfrequenz V, dass das Ausmaß, in dem der Brechungsindex entlang der X-Achse abnimmt, die Asymmetrie erhöht und somit die Maximal- und V-Werte der Doppelbrechung erhöht. Der Spitzenwert der Doppelbrechung ist charakteristisch für nicht kreisförmige Fasern. Die Modendoppelbrechung kann durch Einführung einer Anisotropie in die Faser verbessert werden. Die Anisotropie kann dadurch erreicht werden, dass den beiden Polarisationen einer Mode unterschiedliche Brechungsindexverteilungen zugeordnet werden. Die geometrische Doppelbrechung ist geringer als die anisotrope Doppelbrechung. Der Abfall in der schmetterlingsförmigen Umhüllung kann jedoch für eine doppelte Polarisation der Grenzwellenlänge des oszillierenden Hauptmodus sorgen, die durch ein Wellenlängenfenster getrennt ist, in dem es möglich ist, einen Einzelmodusbetrieb mit einfacher Polarisation zu erreichen.
