Что такое разветвитель волокон, сохраняющий поляризацию?

В таких передовых областях, как оптоволоконная связь, квантовые вычисления и прецизионные датчики, стабильность состояния поляризации оптического сигнала напрямую определяет пределы производительности системы. Будучи ключевым компонентом управления оптической поляризацией, оптоволоконный разветвитель с сохранением поляризации (PM) благодаря своей уникальной конструкции обеспечивает точное управление состоянием оптической поляризации и распределением мощности.

Волоконный разветвитель с сохранением поляризации (PMFS) — это пассивное оптическое устройство на основе волокна с сохранением поляризации (PMF). Его основная функция — распределение оптической мощности по нескольким выходным портам в определённом соотношении, сохраняя при этом неизменным состояние поляризации падающего света.

По сравнению со стандартными разветвителями, разветвители PM-волокна не только распределяют оптическую мощность, но и сохраняют состояние поляризации оптического сигнала, что критически важно для приложений, чувствительных к поляризации. В этой статье представлен подробный анализ принципов работы, характеристик производительности, преимуществ и областей применения разветвителей PM-волокна, а также профессиональные рекомендации по выбору.

Принцип работы разветвителей волокна PM

Принцип работы разветвителей PM-волокна основан на эффекте двойного лучепреломления, характерном для волокон, сохраняющих поляризацию. Благодаря асимметричной структуре (например, в составе волокон типа Panda, создающих напряжение), две ортогональные поляризационные компоненты световой волны (быстрая и медленная оси) распространяются с разной скоростью, создавая стабильную разность фаз.

Эффект двойного лучепреломления в PM-волокне

Волокно PM создаёт сильный эффект двойного лучепреломления внутри волокна за счёт создания областей приложения напряжения по обе стороны от сердечника (например, структуры «Панда» и «Галстук-бабочка»). Такая конструкция устанавливает две чёткие главные оси:

• Быстрая ось : направление с меньшим показателем преломления, где свет распространяется быстрее.

• Медленная ось : направление с большим показателем преломления, где свет распространяется медленнее.

При излучении линейно поляризованного света вдоль одной из главных осей (быстрой или медленной) PM-волокна его состояние поляризации может оставаться стабильным на больших расстояниях. Если направление поляризации не совпадает с осями, оптическая мощность будет накладываться друг на друга, вызывая поляризационные перекрёстные помехи.

Методы разделения пучка

В разветвителях волокон PM используются различные технологии для разделения пучка с сохранением состояния поляризации:

• Микрооптические разветвители : используют комбинации линз и стеклянных капилляров для достижения распределения оптического поля с помощью прецизионных оптических элементов.

• Разделители со сплавленным биконическим конусом (FBT) : объединяют несколько волокон PM вместе, нагревают и сплавляют их, затем растягивают, формируя связанную волноводную структуру.

• Планарные разветвители световых волн (PLC) : используют полупроводниковые процессы для создания оптических волноводных решеток на кристалле, обеспечивая более точное распределение оптической мощности.

Эти технологии обеспечивают строгое выравнивание осей поляризации на всех портах, предотвращая наложение выходного состояния поляризации и достигая точного распределения оптической мощности.

Ключевые показатели производительности для разветвителей волокна PM

Оценка производительности разветвителя PM-волокна включает в себя не только стандартные оптические параметры, но и специфические параметры, связанные с поляризацией.

Поляризационные характеристики

• Коэффициент затухания (PER) : ключевой параметр, измеряющий способность разветвителя поддерживать состояние поляризации, определяемый как логарифмическое отношение мощностей в двух ортогональных модах поляризации. Высококачественные разветвители на основе PM-волокна обычно достигают коэффициента затухания 25 дБ и выше**. Более высокий коэффициент затухания указывает на более высокую способность поддерживать состояние поляризации.

• Потери, зависящие от поляризации (PDL) : изменение вносимых потерь, вызванное изменениями состояния поляризации на входе. Разветвители PM PLC могут сжимать PDL до уровня ниже 0,2 дБ, а высококачественные продукты достигают 0,1 дБ.

Стандартные оптические показатели

• Вносимые потери : затухание выходной оптической мощности относительно входной. Типичные вносимые потери для высококачественных разветвителей PM-волокна составляют менее 0,5 дБ**.

• Равномерность : постоянство мощности на выходных портах, особенно важно для многоканальных разветвителей.

• Возвратные потери : показывают долю падающего света, отраженного обратно к источнику. Чем выше возвратные потери, тем лучше, поскольку это снижает влияние отраженного света на источник и систему.

Как и в случае с разветвителями волокна Fibermart PM, мы проводим 100% проверку качества каждой единицы перед отправкой клиенту. Все разветвители PM соответствуют указанным ниже спецификациям:

Примечания:

Для устройств с разъемами вносимые потери (IL) увеличиваются на 0,3 дБ, возвратные потери (RL) уменьшаются на 5 дБ, а коэффициент затухания (ER) уменьшается на 2 дБ.

Технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления.

Примечания к ключевым параметрам

Диапазон длин волн: данные в этой таблице в первую очередь применимы к наиболее распространённым длинам волн PM: PM1310 и PM1550. Fibermart также предлагает индивидуальные опции для других длин волн (например, 460 нм, 630 нм, 780 нм, 980 нм, 1064 нм, 1310 нм, 1550 нм или по индивидуальному заказу).

Объяснение ключевых показателей:

Вносимые потери : снижение оптической мощности при прохождении сигнала через разветвитель. Чем ниже значение, тем лучше.

Коэффициент затухания : измеряет способность устройства поддерживать состояние поляризации. Это ключевой показатель для компонентов PM, и чем выше значение, тем лучше.

Равномерность : отражает равномерность распределения мощности по выходным портам. Чем ниже значение, тем выше равномерность.

Показатели экологической стабильности

Разветвители PM-волокна часто работают в широком диапазоне температур (например, от -40°C до +85°C), поэтому стабильность характеристик критически важна. Температурно-зависимые потери являются ключевым показателем для оценки изменения характеристик в различных температурных условиях.

Применение PM Splitter

Разветвители PM-волокна играют незаменимую роль в высокоточных системах, чувствительных к состоянию поляризации.

Волоконно-оптические сенсорные системы

В волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) разветвители волокон с постоянным магнитом (PM) распределяют линейно поляризованный свет в петлю интерферометра Саньяка, что позволяет измерять угловую скорость путём обнаружения разности фаз, вызванной вращением. Их характеристики поляризационных перекрестных помех ниже -40 дБ обеспечивают стабильность смещения гироскопа лучше 0,001°/ч**.

Распределенные волоконно-оптические сенсорные системы также используют разветвители волоконно-оптических линий связи для поддержания состояния поляризации сигналов датчиков при контроле деформации и температуры, что повышает точность определения местоположения до уровня счетчика.

Квантовые коммуникационные сети

В системах квантового распределения ключей (QKD), например, использующих протокол BB84, для подготовки фотонов с четырёхуровневой поляризацией используются разветвители с PM-волокном. Их коэффициент затухания напрямую влияет на скорость генерации ключей. Эксперименты показывают, что использование разветвителя с PER=25 дБ может снизить частоту квантовых битовых ошибок до уровня ниже 1,2%.

Когерентная оптическая связь

В когерентных приёмниках 100G/400G оптоволоконные разветвители PM объединяют излучение гетеродина и сигнальное излучение в оптический гибрид 90°. Низкие потери позволяют повысить чувствительность приёмника на 2 дБ, увеличивая дальность передачи.

Высокоточные измерительные системы

• Интерферометрия : волоконные разветвители PM используются для распределения оптических путей в интерферометрах, поддерживая состояние поляризации для получения высококонтрастных интерференционных полос.

• Волоконные лазеры : использование разветвителей волокон PM внутри резонатора лазера помогает поддерживать состояние поляризации лазера, улучшая когерентность и стабильность.

• Биомедицинская визуализация : такие методы, как оптическая когерентная томография (ОКТ), используют разветвители ПМ-волокна для поддержания состояния поляризации, что повышает качество изображения.

Как выбрать разветвитель PM-волокна? Типы разветвителей PM-волокна

Чтобы выбрать правильный разветвитель волокна PM, необходимо учесть несколько технических факторов, чтобы убедиться, что он соответствует требованиям конкретного применения.

Сопоставление параметров производительности

Выберите соответствующие параметры производительности на основе ключевых требований сценария применения:

• Коэффициент затухания : квантовая связь и высокоточная интерферометрия обычно требуют высокого PER, превышающего 25 дБ, тогда как для общих применений может быть достаточно 20 дБ.

• Вносимые потери : выбирайте разветвитель с низкими вносимыми потерями (<0,5 дБ), если бюджет мощности системы ограничен.

• Потери, зависящие от поляризации : для систем, чувствительных к изменениям состояния поляризации, следует выбирать разветвители с низким PDL (<0,2 дБ).

Конфигурация выравнивания осей поляризации

Разветвители волокна PM могут быть настроены в соответствии с требованиями приложения для выравнивания оси поляризации:

• Выравнивание по углу 0 градусов : быстрая ось к быстрой оси или медленная ось к медленной оси. Это наиболее распространённая конфигурация.

• Выравнивание под углом 90 градусов : быстрая ось к медленной оси, подходит для определенных типов интерферометров и сенсорных систем.

• Выравнивание под углом 45 градусов : используется для определенных применений, например, для определенных типов деполяризаторов.

Коэффициент разделения и количество каналов

Выберите подходящий коэффициент разделения и количество каналов в зависимости от архитектуры системы:

• 1x2, 1x4, 2x2 : Обычные конфигурации с небольшим количеством каналов для более простых систем.

• 1x8, 1x16, 1x32 : конфигурации с большим количеством каналов для многопользовательских или многосенсорных систем.

Коэффициент разделения может быть равным (например, 50:50) или неравным (например, 10:90) и выбирается в зависимости от требований к мощности в различных узлах системы.

Стили упаковки

Выберите подходящий стиль пакета в зависимости от среды установки:

• Голое волокно : подходит для интеграции в коммутационные панели или испытательное оборудование.

• Миниатюрная стальная трубка : миниатюрный корпус для применения в условиях ограниченного пространства.

• Тип коробки (ABS) : Сочетание размера и защиты, широко используется в распределительных коробках для оптоволокна.

• Подключаемый тип : модульная конструкция для простоты установки и обслуживания.

• Тип для монтажа в стойку : стандартное 19-дюймовое шасси, подходящее для высокоплотного развертывания в центрах обработки данных.

Совместимость типов волокон

Убедитесь, что тип PM-волокна, используемого в разветвителе, совместим с другими компонентами системы. Распространенные типы PM-волокон:

• Panda : наиболее широко используемый тип ПМ-волокна.

• Галстук-бабочка : имеет особую форму области приложения нагрузки.

• Эллиптическая оболочка : создает двойное лучепреломление за счет своей геометрической формы.

Краткое содержание

Будучи ключевым компонентом современных оптических систем, разветвители с фазовой поляризацией (PM) обеспечивают прочную основу для высокоточных оптических систем благодаря точному управлению состоянием оптической поляризации и распределением мощности. Их широкое применение в волоконно-оптических датчиках, квантовой связи, когерентной оптической связи и других областях подтверждает их незаменимость.

В связи с непрерывным развитием квантовых вычислений, связи 6G и передовых сенсорных технологий требования к производительности разветвителей волокон PM будут становиться все более жесткими — направлениями технологического прогресса станут более высокие коэффициенты затухания, меньшие потери, более компактная компоновка и более широкие диапазоны рабочих температур.

Ищете высококачественные решения для разветвителей оптоволокна PM?

Добро пожаловать в Fibermart ! Мы предлагаем полный ассортимент разветвителей для оптоволокна PM с различными коэффициентами разделения, диапазонами длин волн и вариантами корпусов, отвечающими самым высоким требованиям. Наша профессиональная техническая команда готова предоставить вам персональные рекомендации по выбору продукции и техническую поддержку.

Fibermart — ваш партнер в области оптических решений, обеспечивающий точное управление освещением.

Часто задаваемые вопросы

В: Я запросил объединитель волокон PM, а вы предложили мне разветвитель. Почему?

A: Это одно и то же устройство, используемое в противоположных направлениях. Все разветвители можно использовать как сумматоры, если вы понимаете, что разделение будет происходить в обоих направлениях, как описано в указаниях по применению.

В: Что такое направленность в оптоволоконном разветвителе PM?

О: Направленность — это мера того, сколько нежелательного света может быть отражено или направлено из одного выходного порта разветвителя в другой. Например, свет из входного порта разветвителя 50/50 обычно равномерно распределяется по двум выходным портам. Направленность — это мера того, сколько света может быть передано из одного выходного порта в другой.

В: Сколько волокон или портов я могу получить для сплиттеров PM?

A: Стандартные конфигурации — 1x2, 2x2 и 1x3. Используя эти базовые разветвители в качестве «строительных блоков», мы можем увеличить количество входных и выходных портов. Готовое устройство будет помещено в коробку или корпус для защиты отдельных разветвителей.

В: Останется ли соотношение разделения одинаковым для запуска как по медленной, так и по быстрой оси для стандартного блока?

A: Нет. Для стандартного (готового к использованию) разветвителя PM коэффициент разделения оптимизирован только для распространения по медленной оси. Для равномерного коэффициента разделения

как медленная, так и быстрая ось, это может быть сделано по индивидуальному заказу.