Einführung in die Polarisation
Wenn Licht durch einen Punkt im Raum fällt, wandern Richtung und Amplitude des oszillierenden elektrischen Feldes im Laufe der Zeit auf einem Weg. Ein elektromagnetischer Feldvektor im rechten Winkel zueinander in einem Transversalschnitt (einer Ebene senkrecht zur Vorschubrichtung) stellt ein polarisiertes Lichtwellensignal dar. Die Polarisation wird mithilfe des elektrischen Feldvektors als Funktion der Zeit entsprechend dem über den Querschnitt verfolgten Muster definiert. Die Polarisation kann in lineare, elliptische oder zirkulare Polarisation unterteilt werden, wobei die lineare Polarisation die einfachste ist. Polarisation jeglicher Art ist ein Problem bei der Glasfaserübertragung.
Jedes Funkkommunikations- und Glasfasermesssystem ist ein Gerät, das die Interferenz zwischen zwei Arten von Lichtwellen analysieren kann. Wir können die durch die Interferenz gegebenen Informationen nur nutzen, wenn die Amplituden der Kombinationen über die Zeit stabil bleiben, das heißt, die Lichtwellen befinden sich im gleichen Polarisationszustand. In diesem Fall ist es notwendig, optische Fasern zu verwenden, die stabile Polarisationszustände übertragen können. Um dieses Problem zu lösen,optische Fasernentwickelt, die die Polarisierung aufrechterhalten können.
Was ist PM-Faser?
Die Ausbreitung der Polarisation des Lichts in der Faser wird unkontrolliert (abhängig von der Wellenlänge) und hängt von einer etwaigen Biegung der Faser sowie dem Temperaturzustand ab. Um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen, sind spezielle optische Fasern erforderlich, die durch die Polarisation des Lichts beim Durchgang durch die Faser beeinflusst werden. Viele Systeme wie Faserinterferometer und -sensoren, Faserlaser und elektrooptische Modulatoren weisen auch polarisationsabhängige Verluste auf, die sich auf die Systemleistung auswirken. Dieses Problem kann durch den Einsatz spezieller optischer Fasern, sogenannter PM-Fasern, gelöst werden.
Das Prinzip der PM-Faser
Wenn die Polarisation des in die Faser emittierten Lichts koaxial zu einer Doppelbrechungsachse ist, bleibt sie dies auch dann, wenn die Faser gebogen wird. Nach dem Prinzip der gleichmäßigen Modenkopplung lässt sich das physikalische Prinzip hinter diesem Phänomen verstehen. Aufgrund des starken Doppelbrechungsphänomens sind die Ausbreitungskonstanten der beiden Polarisationsmodi unterschiedlich, sodass das relative Zusammentreffen der beteiligten Modi dazu neigt, schnell zu driften. Solange also jede Interferenz entlang des Lichts eine effektive räumliche Fourier-Komponente aufweist (und eine Wellenzahl, die der Differenz zwischen den Ausbreitungskonstanten der beiden Moden entspricht), kann sie effektiv an beide Moden angepasst werden. Wenn der Unterschied groß genug ist, ändert sich die allgemeine Störung des Lichts allmählich und langsam, um eine effektive Modenkopplung zu erreichen. Das Prinzip der PM-Faser macht also einen ausreichenden Unterschied.
Zu den häufigsten Anwendungen der Glasfaser-Fernkommunikation gehört die PM-Faser, mit der Licht von einem Ort zum anderen in den Zustand der linearen Polarisation gebracht wird. Um dieses Ergebnis zu erreichen, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein. Die Eingangsfaser muss stark polarisiert sein, um die Übertragung von Slow-Axis- und Fast-Axis-Modi zu vermeiden, bei denen der Ausgangspolarisationszustand unvorhersehbar ist.
Aus dem gleichen Grund ist das elektrische Feld indie optische Fasermüssen präzise und genau auf die Hauptachse einer optischen Faser (in der industriellen Praxis meist die langsame Achse) ausgerichtet sein. Wenn das PM-Faserpfadkabel aus segmentierten Fasern besteht, die durch Faserverbinder oder Spleißverbindungen verbunden sind, ist die Anpassung der Faserrotation und -positionierung ein sehr kritisches Problem. Darüber hinaus muss der Stecker auf der PM-Faser installiert werden, und während der Installation des Steckers führt die erzeugte innere Spannung nicht dazu, dass das elektrische Feld auf die optische Achse projiziert wird, die nicht auf der Faser verwendet wird.
Anwendungen von PM-Fasern
PM-Fasern werden in Bereichen eingesetzt, in denen Polarisationsdrift nicht zulässig ist, beispielsweise bei Temperaturänderungen. Beispiele hierfür sind Faserinterferometer und einige Faserlaser. Der Nachteil bei der Verwendung solcher Fasern besteht darin, dass sie in der Regel eine präzise Ausrichtung der Polarisation erfordern, was zu größeren Problemen führen kann. Gleichzeitig ist der Ausbreitungsverlust höher als bei Standard-Lichtwellenleitern und es ist schwierig, alle Arten von Lichtwellenleitern in einer polarisationserhaltenden Form zu halten.
PM-Fasern werden in bestimmten Anwendungen wie Fasersensoranwendungen, Interferometrie und Quantenschlüsselverteilung verwendet. Es wird auch häufig bei der Fernkommunikation zwischen Lasergeneratoren und Modulatoren verwendet, die polarisiertes Licht als Eingabe benötigen. Für die Übertragung über große Entfernungen wird es selten verwendet, da PM-Fasern sehr teuer sind und eine höhere Dämpfung aufweisen als Singlemode-Fasern.
Anforderungen für den Einsatz von PM-Fasern
Anschluss: Wenn der Anschluss einer PM-Faser ein optischer Steckverbinder ist, ist es wichtig, den Spannungsstab mit dem Steckverbinder zu verbinden, normalerweise mithilfe einer Passfeder.
Spleißen: Auch das Spleißen von PM-Fasern sollte sehr sorgfältig erfolgen. Wenn die Faser verschmolzen ist, sollten die X-, Y- und Z-Achsen gut positioniert sein und die Rotationspositionierung muss gut positioniert sein, damit der Spannungsstab präzise positioniert werden kann.
Eine weitere Anforderung besteht darin, dass die Einfallsbedingung am Ende der Faser mit der Richtung der transversalen Hauptachse von übereinstimmen mussdie FaserQuerschnitt.
