Оптическое волокно с сохранением поляризации
В волоконной оптике оптическое волокно с сохранением поляризации ( PMF или PM волокно ) представляет собой одномодовое оптическое волокно , в котором линейно поляризованный свет , если его правильно запустить в волокно, сохраняет линейную поляризацию во время распространения , выходя из волокна в определенной линейной поляризации. состояние; перекрестная связь оптической мощности между двумя режимами поляризации незначительна или отсутствует . Такое волокно используется в специальных приложениях, где важно сохранение поляризации.
В обычном (не поддерживающем поляризацию) волокне две моды поляризации (скажем, вертикальная и горизонтальная поляризация) имеют одинаковую номинальную фазовую скорость из-за круговой симметрии волокна. Однако небольшое количество случайного двойного лучепреломленияв таком волокне или изгиб волокна вызовет небольшое количество перекрестных помех от режима вертикальной поляризации к режиму горизонтальной поляризации. И поскольку даже короткий участок волокна, на котором может применяться крошечный коэффициент связи, имеет длину во многие тысячи длин волн, даже эта небольшая связь между двумя поляризационными модами, применяемая когерентно, может привести к передаче большой мощности в горизонтальную моду, полностью изменяя чистое состояние поляризации волны. Поскольку этот коэффициент связи был непреднамеренным и стал результатом произвольного напряжения или изгиба, приложенного к волокну, выходное состояние поляризации само по себе будет случайным и будет меняться по мере изменения этих напряжений или изгибов; она также будет меняться в зависимости от длины волны.
Волокна с сохранением поляризации работают за счет преднамеренного введения в волокно систематического линейного двойного лучепреломления , так что существуют две четко определенные моды поляризации, которые распространяются по волокну с очень разными фазовыми скоростями. Длина биений L b такого волокна (для конкретной длины волны) представляет собой расстояние (обычно несколько миллиметров), на котором волна в одной моде будет испытывать дополнительную задержку на одну длину волны по сравнению с другой модой поляризации. Таким образом, длина L b /2 такого волокна эквивалентна полуволновой пластине. Теперь представьте, что может существовать случайная связь между двумя состояниями поляризации на значительной длине такого волокна. В точке 0 вдоль волокна волна в поляризационной моде 1 индуцирует амплитуду в моде 2 на некоторой фазе. Однако в точке 1/2 L b вдоль волокна один и тот же коэффициент связи между модами поляризации индуцирует амплитуду в моде 2, которая теперь на 180 градусов не совпадает по фазе с волной, связанной в нулевой точке, что приводит к компенсации . В точке L b на волокне связь снова находится в исходной фазе, но в точке 3/2 L b снова не в фазе и т. д. Возможность когерентного сложения амплитуд волн через перекрестные помехи на расстояниях, значительно превышающих Lb , таким образом, исключается. Большая часть мощности волны остается в исходной моде поляризации и выходит из волокна с поляризацией этой моды, поскольку она ориентирована на конец волокна. Соединители оптических волокон, используемые для волокон с постоянными магнитами, имеют специальные ключи, так что две моды поляризации выровнены и выходят в определенной ориентации.
Обратите внимание, что волокно с сохранением поляризации не поляризует свет, как это делает поляризатор . Скорее, PM-волокно поддерживает линейную поляризацию линейно поляризованного света при условии, что он направляется в волокно, совмещенное с одной из мод поляризации волокна. Запуск линейно поляризованного света в волокно под другим углом возбудит обе поляризационные моды, проводя одну и ту же волну с немного разными фазовыми скоростями. В большинстве точек вдоль волокна чистая поляризация будет эллиптически поляризованной .состояние с возвратом в исходное состояние поляризации через целое число длин ударов. Следовательно, если видимый лазерный свет запускается в волокно, возбуждающее обе поляризационные моды, рассеяние распространяющегося света, если смотреть сбоку, наблюдается с периодической картиной света и тени на каждой длине биения, поскольку рассеяние преимущественно перпендикулярно направлению поляризации.
