Introducció a la polarització
A mesura que la llum travessa un punt de l’espai, la direcció i l’amplitud del camp elèctric oscil·lant viatja al llarg d’un recorregut al llarg del temps. Un vector de camp electromagnètic en angle recte entre si en una secció transversal (un pla perpendicular a la direcció d’avanç) representa un senyal d’ona de llum polaritzada. La polarització es defineix utilitzant el vector de camp elèctric en funció del temps, d’acord amb el patró traçat a través de la secció transversal. La polarització es pot dividir en polarització lineal, el·líptica o circular, de la qual la polarització lineal és la més senzilla. La polarització de qualsevol tipus és un problema en la transmissió de fibra òptica.
Qualsevol sistema de radiocomunicació i mesurament de fibra òptica és un dispositiu capaç d’analitzar les interferències entre dos tipus d’ones de llum. No podem utilitzar la informació que proporciona la interferència tret que les amplituds de les combinacions es mantinguin estables al llarg del temps, és a dir, que les ones de llum estiguin en el mateix estat de polarització. En aquest cas és necessari utilitzar fibres òptiques capaces de transmetre estats de polarització estables. Així, per solucionar aquest problema, es van desenvolupar fibres òptiques que poden mantenir la polarització.
Què és la fibra PM?
La difusió de la polarització de la llum a la fibra es fa incontrolada (depenent de la longitud d’ona) i depèn de qualsevol flexió de la fibra, així com de l’estat de temperatura. Calen fibres òptiques especials per aconseguir les propietats òptiques desitjades, que es veuen afectades per la polarització de la llum al seu pas per la fibra. Molts sistemes, com ara interferòmetres i sensors de fibra, làsers de fibra i moduladors electro-òptics, també tenen pèrdues dependents de la polarització que afecten el rendiment del sistema. Aquest problema es pot resoldre utilitzant fibres òptiques especials anomenades fibres PM.
El principi de la fibra PM
Si la polarització de la llum emesa a la fibra és coaxial amb un eix de birrefringència, la mantindrà fins i tot si la fibra està doblegada. D'acord amb el principi d'acoblament de manera uniforme, es pot entendre el principi físic darrere d'aquest fenomen. A causa del fort fenomen de la birrefringència, les constants de propagació dels dos modes de polarització són diferents, de manera que la reunió relativa dels modes implicats tendeix a derivar ràpidament. Per tant, sempre que qualsevol interferència al llarg de la llum tingui un component espacial eficaç de Fourier (i un número d'ona que correspongui a la diferència entre les constants de propagació dels dos modes), es pot fer coincidir eficaçment amb els dos modes. Si la diferència és prou gran, la pertorbació general de la llum canviarà gradualment i lentament per aconseguir un acoblament de mode efectiu. Per tant, el principi de la fibra PM fa prou diferències.
Entre les aplicacions més comunes de la comunicació de llarga distància de fibra òptica, la fibra PM s’utilitza per introduir la llum d’un lloc a un altre en l’estat de polarització lineal. Per aconseguir aquest resultat, s’han de complir diverses condicions. La fibra d'entrada ha d'estar altament polaritzada per evitar transmetre modes d'eix lent i eix ràpid, en els quals l'estat de polarització de sortida sigui impredictible.
Per la mateixa raó, el camp elèctric de la fibra òptica ha d’estar alineat amb precisió i precisió amb l’eix principal d’una fibra òptica (que sol ser l’eix lent en la pràctica industrial). Si el cable de recorregut de fibra PM es compon de fibres segmentades connectades mitjançant connectors de fibra o juntes de connexió, la rotació i el posicionament de la fibra són un problema molt crític. A més, el connector s’ha d’instal·lar a la fibra PM i, durant la instal·lació del connector, la tensió interna generada no farà que el camp elèctric es projecti sobre l’eix òptic que no s’utilitza a la fibra.
Aplicacions de fibra PM
Les fibres PM s’utilitzen a zones on no es permet la deriva de polarització, com ara canvis de temperatura. Alguns exemples d'això són els interferòmetres de fibra i alguns làsers de fibra. L’inconvenient d’utilitzar aquestes fibres és que normalment requereixen una orientació precisa de la polarització, cosa que pot causar més problemes. Al mateix temps, la pèrdua de propagació és superior a la de les fibres òptiques estàndard, i és difícil mantenir tot tipus de fibres òptiques en forma de polarització.
Les fibres PM s’utilitzen en aplicacions específiques, com ara aplicacions de detecció de fibra, interferometria i distribució de claus quàntiques. També s’utilitza habitualment en comunicacions de llarga distància entre generadors làser i moduladors, que requereixen llum polaritzada com a entrada. Poques vegades s’utilitza per a transmissions de llarga distància perquè la fibra PM és molt cara i té una atenuació més alta que la fibra monomode.
Requisits per a l'ús de fibra PM
Terminal: quan el terminal d’una fibra PM és un connector òptic, és important connectar la barra de tensió al connector, generalment mitjançant una clau.
Empalmament: també s’han de fer empalmes de fibres PM amb molta cura. Quan es fusiona la fibra, els eixos X, Y i Z haurien d’estar ben posicionats i el posicionament de la rotació ha d’estar ben posicionat de manera que la barra d’esforç es pugui situar amb precisió.
Un altre requisit és que l'estat incident al final de la fibra ha de ser coherent amb la direcció de l'eix principal transversal de la secció transversal de la fibra.
