Hiểu biết

Sợi quang-duy trì phân cực hay sợi PM, là một loại sợi quang-chế độ đơn được thiết kế để bảo toàn hai trục phân cực trực giao-được xác định rõ. Chức năng bổ sung đó khiến nó có yêu cầu khắt khe hơn so với cáp quang chế độ đơn-thông thường ở hầu hết mọi giai đoạn trong vòng đời của nó. Sản xuất phải tạo ra và kiểm soát được hiện tượng lưỡng chiết ổn định; mối nối phải căn chỉnh cả lõi quang và trục phân cực; các đầu nối cần có mối quan hệ được kiểm soát giữa trục sợi và phím đầu nối; và việc lắp ráp hoàn thiện phải được xác minh về hiệu suất phân cực thay vì chỉ mất phần chèn.

Đây là lý do tại sao chỉ xác định sợi PM không đảm bảo rằng hệ thống hoàn thiện sẽ duy trì phân cực tốt. Sợi, mối nối, đầu nối, quy trình lắp ráp và phương pháp thử nghiệm đều góp phần vào tỷ lệ tuyệt chủng phân cực cuối cùng, hay PER.

Điều gì tạo nên sự phân cực-Duy trì sợi khác với sợi đơn chế độ-tiêu chuẩn?

Bình thườngsợi đơn chế độ, mối quan tâm truyền tải chính là giữ ánh sáng ở chế độ không gian cơ bản với độ suy giảm thấp và độ phân tán chấp nhận được. Hai trạng thái phân cực trực giao không được cố ý tách ra đủ mạnh để ngăn chặn sự xáo trộn môi trường làm thay đổi trạng thái phân cực.

Sợi PM được cố tình tạo ra lưỡng chiết. Hai trục phân cực chính của nó, thường được gọi là trục nhanh và trục chậm, có chiết suất hiệu dụng khác nhau. Khi ánh sáng phân cực tuyến tính được phóng dọc theo một trục chính, hiện tượng lưỡng chiết giúp triệt tiêu sự ghép nối với trục trực giao. Khoảng cách mà hai chế độ phân cực tích tụ độ lệch pha 2π được gọi làđộ dài nhịp; độ dài nhịp ngắn hơn thường tương ứng với khả năng lưỡng chiết mạnh hơn.

Sợi PM thuộc họ rộng hơn củasợi quang, nhưng hình học và tiêu chí chấp nhận của nó chuyên biệt hơn. IEC xuất bản thông số kỹ thuật từng phần dành riêng cho việc phân cực-duy trì sợi trongIEC 60793-2-70, phản ánh thực tế là sợi PM có những yêu cầu vượt xa các yêu cầu của sợi chế độ đơn-mục đích chung-.

Tại sao sợi PM khó sản xuất hơn?

Thử thách chế tạo bắt đầu với cấu trúc tạo ra hiện tượng lưỡng chiết. Ví dụ: trong sợi PM loại PANDA-thông thường, các vùng tác dụng ứng suất-được đặt ở các phía đối diện của lõi. Sau khi thủy tinh được kéo ra và làm nguội, ứng suất chênh lệch do các vùng này tạo ra tạo ra ứng suất mạnh-gây ra hiện tượng lưỡng chiết. Các thiết kế PM khác có thể sử dụng các dạng hình học ứng suất khác nhau hoặc sự bất đối xứng về cấu trúc, nhưng vẫn có cùng một mục tiêu kỹ thuật: tạo ra hai trục chính ổn định và giữ cho các đặc tính của chúng nhất quán dọc theo sợi.

Do đó, so với cáp quang đơn mode tiêu chuẩn, nhà sản xuất phải kiểm soát một số biến bổ sung:

• Căng thẳng-áp dụng hình học:kích thước, vị trí, tính đối xứng và thành phần của các vùng tạo ra ứng suất-ảnh hưởng đến hiện tượng lưỡng chiết thu được.
• Căn chỉnh cốt lõi-với-cấu trúc:lõi quang phải được giữ ở vị trí chính xác so với cấu trúc ứng suất sao cho có thể dự đoán được các trục chính.
• Lưỡng chiết và độ dài nhịp:điều kiện vẽ, thành phần thủy tinh, hình học và ứng suất dư có thể thay đổi hành vi duy trì{0}}phân cực.
• Tính nhất quán của trục:hướng và tính đối xứng của kết cấu bên trong phải ổn định dọc theo chiều dài sản xuất.
• Độ ổn định của quy trình vẽ-:sự thay đổi kích thước hoặc nhiệt trong quá trình vẽ có thể ảnh hưởng đến cả tính chất quang học thông thường và trường ứng suất chịu trách nhiệm duy trì sự phân cực.
• Kiểm soát chất lượng bổ sung:chỉ các phép đo hình học thôi là chưa đủ; các thuộc tính liên quan đến phân cực-cũng phải được đặc trưng trong các điều kiện xác định.

Những biện pháp kiểm soát bổ sung này giúp giải thích tại sao sợi PM yêu cầu kỷ luật quy trình chặt chẽ hơn so với sợi tiêu chuẩn. Nền tảng chung về sản xuất sợi có thể được tìm thấy trong cuốn sách của Hengtong.tổng quan về sản xuất cáp quang, trong khi sợi PM bổ sung thêm thách thức riêng trong việc kiểm soát chính cấu trúc lưỡng chiết.

Tại sao việc nối sợi PM lại khó khăn hơn?

Khi nối các sợi quang đơn mode thông thường, nhiệm vụ căn chỉnh thiết yếu là đưa hai lõi vào sự căn chỉnh chính xác theo chiều ngang và góc trước khi hợp nhất. Với sợi PM, việc căn chỉnh lõi chỉ là một phần công việc. Trục nhanh và trục chậm của hai sợi cũng phải được căn chỉnh quay.

Nếu các lõi được đặt ở giữa nhưng các trục chính quay tương đối với nhau thì một số công suất quang được phóng vào một trục của sợi thứ nhất sẽ kết hợp với trục trực giao của sợi thứ hai. Mối nối có thể có suy hao chèn thấp trong khi vẫn tạo ra nhiễu xuyên âm phân cực không thể chấp nhận được. Đó là lý do tại sao việc ước tính tổn thất-mối nối thông thường không thể tự mình xác nhận mối nối PM tốt.

Bộ ghép nối nhiệt hạch đặc biệt có thể sử dụng các phương pháp phân tích hình ảnh-xem bên hoặc cấu hình- khác để xác định cấu trúc PM bên trong, sau đó xoay một hoặc cả hai sợi trước khi hợp nhất. Phương pháp tạo ảnh và căn chỉnh chính xác phụ thuộc vào thiết kế sợi và bộ ghép. Ví dụ: FujikuraTài liệu FSM-100Pmô tả các giai đoạn quay và căn chỉnh-dựa trên cấu hình cho sợi PM, minh họa lý do tại sao công việc PM thường cần thiết bị ngoài bộ ghép căn chỉnh-lõi cơ bản.

Để có phần giới thiệu rộng hơn về việc chuẩn bị mối nối-kết hợp và kiểm soát quy trình, hãy xem Hengtonghướng dẫn nối cáp quang. Ứng dụng PM thêm yêu cầu-trục quay vào đầu các bước chuẩn bị tiêu chuẩn đó.

Độ lệch góc ảnh hưởng đến tỷ lệ tuyệt chủng phân cực như thế nào?

Trong mối nối lý tưởng hóa trong đó lỗi trục quay là nguồn duy nhất của nhiễu xuyên âm, góc lệch θ chia công suất quang xấp xỉ theo cos²θ trên trục dự định và sin²θ trên trục trực giao. Theo giả định đơn giản hóa đó, giới hạn PER do sai lệch trục gây ra là:

PER ≈ 20 log10(cũi θ)

Mối quan hệ này là phi tuyến tính, đó là lý do tại sao một vài độ có thể có ý nghĩa quan trọng khi PER mục tiêu cao.

Các giá trị này là minh họa lý thuyết, không đảm bảo kết quả mối nối. PER thực tế cũng có thể bị giới hạn bởi sự phân cực nguồn, sự lưỡng chiết sợi không hoàn hảo, ứng suất cục bộ, sự uốn cong, làm nóng mối nối, khóa đầu nối, nối thành phần và thiết lập phép đo. Công trình thí nghiệm do Optica công bố đã xác địnhđộ lệch góc hình học của trục lưỡng chiếtlà nguyên nhân làm suy giảm-tỷ lệ tuyệt chủng sau khi hợp nhất.

Tại sao đầu nối sợi PM lại yêu cầu căn chỉnh phím?

Đầu nối PM cần nhiều thứ hơn ngoài việc định tâm lõi tốt và mặt đầu sạch. Chìa khóa cơ của nó phải có mối quan hệ góc được kiểm soát với trục chính được chỉ định của sợi. Mặt khác, hai đầu nối có thể kết hợp cơ học trong khi trục phân cực của chúng vẫn lệch nhau.

Do đó, quy ước chính phải được xác định trong đặc tả lắp ráp. Tùy thuộc vào sản phẩm và nhà sản xuất, khóa có thể được tham chiếu đến trục chậm hoặc trục nhanh; sẽ không an toàn khi cho rằng mọi hội đồng PM đều tuân theo cùng một quy ước. Yêu cầu liên quan là quy ước cụ thể phải được biết, được thực hiện một cách nhất quán và được xác minh.

Điều này được chính thức hóa trongIEC 61300-3-55, bao gồm tỷ lệ tuyệt chủng phân cực,-hướng trục chính và độ chính xác của khóa đầu nối để phân cực-duy trì các thành phần quang học thụ động.

Nguyên tắc tương tự được áp dụng để hoàn thànhcụm cáp quang: hình dạng đầu nối, hướng trục, giảm sức căng, định tuyến và kiểm tra đều trở thành một phần của chuỗi hiệu suất-phân cực hoàn thiện.

Tại sao suy hao mối nối thấp không nhất thiết có nghĩa là hiệu suất PM tốt

Mối nối có thể trông tuyệt vời trên máy hàn nhiệt hạch thông thường nhưng vẫn có hiệu suất phân cực kém. Điều này là do tổn thất chèn và PER đo các dạng lỗi khác nhau.

• Mất chènchủ yếu cho biết tổng công suất quang bị mất qua khớp là bao nhiêu.
• PERcho biết mức độ tập trung năng lượng mạnh vào trục phân cực dự định so với trục trực giao.

Một lỗi quay nhỏ có thể truyền công suất giữa hai trục PM mà không gây ra tổn thất điện năng tổng-lớn. Vì lý do này, các tổ hợp PM phải được chấp nhận theo cả tiêu chí quang học thông thường và tiêu chí cụ thể về phân cực-trong trường hợp ứng dụng yêu cầu chúng.

Điều gì cần được xác minh sau khi nối và kết nối?

Kế hoạch chất lượng sợi-PM thực tế phải xác định các điều kiện đo lường trước khi bắt đầu sản xuất. Tối thiểu, thông số kỹ thuật phải nêu rõ bước sóng hoạt động, điều kiện khởi động, PER bắt buộc, quy ước trục-của đầu nối và liệu yêu cầu đó có áp dụng cho một bộ phận riêng lẻ hay cụm lắp ráp hoàn chỉnh hay không.

Các mục xác minh hữu ích có thể bao gồm:

• mất chèn ở bước sóng xác định;
• tỷ lệ triệt tiêu phân cực của tổ hợp đã hoàn thành;
• hướng phím-đến-trục cho các sản phẩm được kết nối;
• mối nối-căn chỉnh trục hoặc cài đặt chương trình mối nối-đã được xác thực;
• -kiểm tra bề mặt cuối và độ sạch của đầu nối;
• khả năng lặp lại sau khi xử lý, định tuyến hoặc tiếp xúc với môi trường khi có liên quan đến ứng dụng.

của Hengtongtài nguyên thử nghiệm cáp quangcung cấp tài liệu tham khảo nội bộ hữu ích cho vai trò xác minh rộng hơn trong quá trình sản xuất cáp quang-. Đối với các sản phẩm PM, kế hoạch kiểm tra phải bao gồm thêm các số liệu phân cực mà ứng dụng yêu cầu.

Sợi quang chế độ- đơn tiêu chuẩn so với sợi PM: Những thay đổi nào trong sản xuất?

Quy trình làm việc thực tế cho việc lắp ráp sợi PM

1. Xác định yêu cầu quang học.Chỉ định bước sóng, loại sợi, PER mục tiêu, suy hao chèn chấp nhận được, môi trường vận hành và chiều dài lắp ráp.
2. Xác định quy ước trục.Nêu rõ phím kết nối hoặc tham chiếu cơ học khác tương ứng với trục nhanh hay trục chậm.
3. Sử dụng phương pháp căn chỉnh thích hợp.Chọn thiết bị và chương trình nối phù hợp với cấu trúc PM cụ thể thay vì cho rằng một phương pháp tạo ảnh phù hợp với mọi thiết kế.
4. Kiểm soát xử lý và định tuyến.Tránh căng thẳng không cần thiết, uốn cong hoặc xoắn chặt có thể làm phức tạp hành vi phân cực.
5. Xác minh việc lắp ráp hoàn chỉnh.Đo các thuộc tính quan trọng ở cấp độ hệ thống, đặc biệt là PER khi độ tinh khiết phân cực là một yêu cầu chức năng.
6. Ghi lại các điều kiện.Số PER hữu ích hơn nhiều khi bước sóng, điều kiện phóng, thiết bị và cấu hình thử nghiệm được ghi lại.

Cách tìm nguồn sợi PM hoặc sợi tùy chỉnh hiệu quả hơn

Đối với-dự án nhạy cảm về phân cực, việc mua hàng phải được thúc đẩy bởi thông số kỹ thuật thay vì yêu cầu chung chung về "sợi PM chất lượng cao". Trước khi đặt hàng, hãy yêu cầu nhà cung cấp xác nhận thiết kế sợi, bước sóng hoạt động, yêu cầu về nhịp-độ dài hoặc lưỡng chiết nếu có, loại đầu nối, trục-đến-quy ước chính, PER mục tiêu, giới hạn tổn thất chèn-, yêu cầu mối nối và báo cáo thử nghiệm sẽ đi kèm với cụm lắp ráp.

Nếu dự án yêu cầu kết cấu không-theo tiêu chuẩn, Hengtong'scáp quang tùy chỉnhtài nguyên là điểm khởi đầu phù hợp để thảo luận về kích thước, vật liệu, cấu hình lắp ráp và các yêu cầu thử nghiệm. Đối với một ứng dụng cụ thể-PM, bước quan trọng tiếp theo là cung cấp cho nhóm kỹ thuật các yêu cầu về độ phân cực và căn chỉnh trục-để có thể xác nhận các tiêu chí về khả năng và chấp nhận trước khi sản xuất.

Để thảo luận về thông số kỹ thuật, bản vẽ, số lượng, cấu hình đầu nối hoặc yêu cầu kiểm tra của dự án, hãy sử dụng Hengtong'strang liên hệ.

Câu hỏi thường gặp về sản xuất và nối sợi PM

Sợi PM có thể được nối bằng máy hàn nhiệt hạch tiêu chuẩn không?

Máy hàn nhiệt hạch cơ bản có thể nung chảy kính về mặt vật lý, nhưng điều đó không có nghĩa là nó có thể tạo ra mối nối có -PER PM cao. Nếu máy không thể xác định và căn chỉnh xoay các trục chính với độ chính xác vừa đủ thì mối nối có thể có suy hao chèn chấp nhận được nhưng tỷ lệ tuyệt chủng phân cực kém. Do đó, thiết bị cần thiết phụ thuộc vào thiết kế sợi PM-và mục tiêu PER.

Điều gì xảy ra nếu các lõi được căn chỉnh nhưng trục PM thì không?

Một số cặp công suất từ ​​trục phân cực dự định vào trục trực giao. Tổng công suất truyền có thể vẫn ở mức cao, do đó, các phép đo suy hao mối nối-thông thường có thể bỏ sót vấn đề, trong khi PER suy giảm.

Độ lệch trục bao nhiêu có thể chấp nhận được?

Không có góc nhìn chung duy nhất cho mọi dự án. Sai số cho phép phụ thuộc vào PER hệ thống được yêu cầu và vào các nguồn nhiễu xuyên âm phân cực khác. Trong mô hình chỉ có-lỗi-trục lý tưởng hóa, khoảng 2 độ không khớp đã tương ứng với giới hạn PER gần 29 dB. Một tổ hợp thực sự có thể hoạt động kém hơn do có nhiều nguồn lỗi kết hợp với nhau.

Phím trên đầu nối PM biểu thị điều gì?

Nó cung cấp một tham chiếu góc cơ học liên quan đến một trong các trục chính của sợi. Quy ước trục-nhanh hoặc trục chậm-chính xác phải được xác định theo thông số kỹ thuật của sản phẩm; nó không nên được giả định mà không có tài liệu.

Việc sử dụng sợi PM có tự động đảm bảo duy trì phân cực không?

Không. Sợi PM cung cấp ống dẫn sóng lưỡng chiết cần thiết để duy trì sự phân cực dọc theo trục chính, nhưng hiệu suất hệ thống cũng phụ thuộc vào sự căn chỉnh phóng, mối nối, đầu nối, độ uốn và ứng suất, các giao diện thành phần và điều kiện đo. Do đó, việc bảo trì phân cực là kết quả ở cấp độ-tập hợp và cấp độ hệ thống- chứ không chỉ đơn thuần là nhãn vật liệu.

Phần kết luận

Việc duy trì sợi quang-phân cực đòi hỏi khắt khe hơn vì nó gây ra vấn đề căn chỉnh thứ hai cho sợi quang thông thường: các trục phân cực cũng như lõi quang vẫn phải được kiểm soát. Quá trình sản xuất phải tạo ra cấu trúc lưỡng chiết ổn định, mối nối phải duy trì hướng trục, đầu nối phải duy trì mối quan hệ khóa-với-trục đã xác định và các cụm lắp ráp hoàn thiện phải được kiểm tra PER trong các điều kiện cụ thể.

Đối với các nhóm kỹ thuật, bài học thực tế rất đơn giản: đừng đánh giá giải pháp PM chỉ bằng bảng dữ liệu sợi hoặc suy hao mối nối. Xác định quy ước trục, kiểm soát quá trình lắp ráp và xác minh hiệu suất phân cực ở cấp độ mà thành phần sẽ thực sự được sử dụng.