Długość taktu (BL): zdefiniowana jako Lp=λ/B,
Reprezentuje długość wymaganą, aby spolaryzowane światło obróciło się we włóknie o 360 stopni. Im mniejsza długość dudnienia, tym większa różnica prędkości pomiędzy szybką i wolną osią, tym silniejsza jest dwójłomność. Jako wskaźnik mierzący zdolność włókna do utrzymywania dwójłomności, długość impulsu ma tę zaletę, że nie mają na nią wpływu warunki takie jak długość włókna, zginanie lub napięcie i może bezpośrednio odzwierciedlać działanie włókna.
Współczynnik ekstynkcji (ER): zdefiniowany jako ER=10log(Pu/Pw),
Gdzie Pw reprezentuje energię przekazywaną wzdłuż osi padania, a Pu reprezentuje energię powiązaną z kierunkiem drugiej osi. Im mniejszy współczynnik ekstynkcji, tym trudniej jest sprzęgnąć sygnał optyczny z drugą osią. Na przykład, gdy współczynnik tłumienia wynosi -30dB, stosunek energii utrzymującej oś padającą do energii sprzężenia z drugą osią wynosi 1000:1; Gdy współczynnik tłumienia wynosi -20dB, stosunek energii wynosi 100:1.
Tłumienie światłowodu utrzymującego polaryzację
Jednakże strata rozproszenia jest głównym czynnikiem wpływającym na tłumienie włókna polaryzacyjnego, szczególnie gdy strefa naprężeń jest zaprojektowana w celu zwiększenia współczynnika rozszerzalności cieplnej szkła, dyfuzja boru podczas ciągnienia w wysokiej temperaturze doprowadzi do wzrostu tłumienia włókna. Warto zauważyć, że oś prędkości światłowodu utrzymującego polaryzację nie wykazuje znaczącej różnicy w tłumieniu.
Wewnętrzne przyczyny wrażliwości na dwójłomność
Wady konstrukcyjne spowodowane rozwojem światłowodu:
Struktura rdzenia światłowodu ma istotny wpływ na zachowanie dwójłomności. Idealnie okrągły rdzeń zapewnia niską dwójłomność, podczas gdy owalny rdzeń charakteryzuje się wysoką dwójłomnością. W przypadku włókien o niskiej dwójłomności utrzymujących polaryzację odkształcenie rdzenia może prowadzić do defektów strukturalnych, które można zmniejszyć poprzez obracanie prefabrykowanych prętów. W przypadku włókna o wysokiej dwójłomności odkształcenie obszaru naprężenia jest główną wadą strukturalną, a jego wpływ jest znacznie większy niż odkształcenie rdzenia.
Efekty nieliniowe:
Efekt Kerra jest głównym zaburzeniem nieliniowym wpływającym na dwójłomność modową światłowodu utrzymującego polaryzację. Efekt Kerra jest szczególnie ważny w przypadku włókien o niskiej dwójłomności przy dużej mocy wejściowej. Przy niskim poborze mocy, takim jak żyroskopy światłowodowe lub spójne systemy transmisji optycznej, efekty nieliniowe mogą również powodować szum.
Wrażliwość na dwójłomność spowodowaną przyczynami zewnętrznymi
Warunki temperaturowe:
Wahania temperatury stanowią poważny problem w zastosowaniu światłowodów utrzymujących polaryzację. Zmiana temperatury powoduje rozszerzalność cieplną i kurczenie się włókna na zimno, co wpływa na działanie dwójłomności. W przypadku włókien utrzymujących polaryzację z dwoma dużymi obszarami naprężeń wpływ temperatury jest szczególnie znaczący. W celu ograniczenia wpływu temperatury można zastosować powłoki o różnej grubości, proces wyżarzania, dobór różnych materiałów powłokowych lub dostosowanie domieszki materiału szklanego.
Zakłócenia mechaniczne:
Zakłócenia mechaniczne mają bezpośredni wpływ na dwójłomność światłowodu o niskiej dwójłomności. Jednakże włókna o dużej dwójłomności (zwłaszcza te o krótkiej długości impulsu) charakteryzują się wysokimi naprężeniami wewnętrznymi i są odporne na działanie naprężeń zewnętrznych. Jednakże optymalizacja długości uderzenia może spowodować więcej defektów i lokalnych naprężeń. Zginanie i skręcanie ogólnie ma niewielki wpływ na przesłuch w włóknach o wysokiej dwójłomności, ale największym problemem jest ciśnienie poprzeczne (na przykład, jeśli gołe włókno jest dociskane do szczeliny w kształcie litery V, musi to mieć wpływ na przesłuch, a azymut 45 stopni jest najbardziej ostry kierunek sprzęgania modów).
W przypadku włókien światłowodowych nawojowych należy uwzględnić dwójłomność powstającą w wyniku bocznego skręcenia lub naprężenia osiowego. Dodatkowo, w przypadku stosunkowo małego promienia zgięcia, nie można pominąć nacisku poprzecznego wywołanego zginaniem włókna. Najlepszym sposobem uniknięcia tych zakłóceń jest użycie dobrego materiału powłokowego, który z pewnością będzie grubszy.
Efekty elektromagnetyczne:
Pole elektromagnetyczne wprowadza również dwójłomność, gdzie efekt Kerra osiąga się za pomocą poprzecznego pola elektrycznego, a efekt Faradaya za pomocą pola magnetycznego. Te efekty elektromagnetyczne można zastosować przy opracowywaniu izolatorów, ale należy ich unikać w zastosowaniach takich jak żyroskopy światłowodowe.
Krótkie podsumowanie
Na działanie światłowodu utrzymującego polaryzację wpływa wiele czynników, które również oddziałują na siebie, tworząc złożony system. Aby zoptymalizować działanie światłowodu utrzymującego polaryzację, należy kompleksowo i zbilansować różne czynniki. W porównaniu ze światłowodem komunikacyjnym, światłowód utrzymujący polaryzację jako element zastosowań czujnikowych musi być wrażliwy na niektóre warunki zewnętrzne, unikając jednocześnie nadmiernej wrażliwości na inne warunki. Dlatego trudno jest zaprojektować i opracować włókno utrzymujące polaryzację. Jednak wraz z szybkim rozwojem zastosowań, takich jak Internet przedmiotów, rośnie zapotrzebowanie na światłowody specjalistyczne, co będzie napędzać ciągły postęp i innowacje w zakresie włókien utrzymujących polaryzację i powiązanych technologii.