Fibra de manutenção de polarização para giroscópios

A fibra óptica de manutenção de polarização (PM) é um componente chave dos giroscópios de fibra óptica, dispositivos que medem a rotação em mísseis, aeronaves, navios e satélites. Eles são um tipo de sensor interferométrico no qual a diferença de fase entre dois caminhos de luz é medida.

 

A fibra monomodo padrão guia uma única onda de luz composta por dois componentes (X e Y) que são guiados uniformemente, desde que a fibra tenha geometria e propriedades de material perfeitas e não seja dobrada. Pequenas imperfeições, como leve ovalização ou microcurvaturas na fibra, podem causar pequenas “birrefringências”, resultando em dois componentes da onda viajando em velocidades ligeiramente diferentes. Esta diferença de velocidade não é suficiente para limitar o acoplamento cruzado que ocorre aleatoriamente entre os 2 componentes. Se a luz polarizada de um laser for lançada em uma fibra não PM, o estado de polarização será degradado à medida que ocorre o acoplamento cruzado.

 

Qual a diferença entre a fibra PM? A fibra PM foi projetada propositadamente para ter maior birrefringência. Existem várias maneiras de induzir birrefringência em uma fibra. OFS usa o projeto de “haste de tensão dupla”, no qual hastes de tensão com coeficiente de expansão térmica diferente são inseridas em lados opostos da pré-forma de fibra durante a fabricação e criam tensão na fibra, resultando na criação de eixos lentos e rápidos. Quando a luz polarizada é lançada apenas no eixo lento ou rápido, ela é menos propensa ao acoplamento cruzado ao eixo oposto, mesmo durante a flexão, de modo que o acoplamento cruzado é minimizado. Daí o nome "manutenção da polarização", uma vez que o estado de polarização de entrada é mantido.

 

Os giroscópios de fibra óptica geralmente empregam três bobinas, uma para cada plano em que a rotação pode ocorrer. As bobinas de detecção podem usar centenas ou até milhares de metros em cada bobina. A fibra PM permitiu o uso e o crescimento de giroscópios de fibra óptica que são frequentemente combinados com acelerômetros e magnetômetros em unidades de navegação inercial que medem a velocidade, orientação e forças gravitacionais de uma nave.