انواع فیبر PM

فیبر PM گرد
مفهوم دوشکستگی دایره‌ای را می‌توان به فیبر وارد کرد، بنابراین دو حالت قطبش راست‌زاویه به صورت دایره‌ای در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت در فیبر -- به اصطلاح فیبر PM دایره‌ای قطبی می‌شوند. رایج ترین راه برای دستیابی به انکسار دوگانه حلقه در فیبر نوری دایره ای (متقارن محوری) چرخاندن فیبر است که باعث ایجاد تفاوت در ثابت های انتشار بین حالت اصلی نوسانی قطبش دایره ای در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت می شود. بنابراین، حالت های این دو موج دایره ای قطبی شده جدا می شوند. همچنین می توان در نظر گرفت که تنش خارجی می تواند زاویه آزیموت را در جهت طول الیاف تغییر دهد که می تواند انکسار دوگانه حلقه را روی فیبر ایجاد کند. اگر یک فیبر نوری پیچ خورده باشد، تنش پیچشی ایجاد می‌شود که در نتیجه خواص نوری مرتبط با اعوجاج ایجاد می‌شود.
هسته فیبر فیبر را می توان در امتداد مسیر مارپیچی در روکش قرار داد تا انکسار دوگانه حلقه نیز بدست آید. این باعث می شود که نور در یک مسیر مارپیچی حرکت کند و یک چرخش نوری را تشکیل دهد. انکسار دوگانه تنها به دلیل تأثیر هندسه قابل دستیابی است. چنین فیبری را می توان به عنوان فیبر تک حالته استفاده کرد و در حالت مرتبه بالا باعث تلفات نسبتاً بالایی می شود.
فیبر PM حلقوی با ساختار هسته فیبر مارپیچ می تواند در زمینه سنجش جریان با توجه به اثر فارادی استفاده شود. فیبرهای نوری را می‌توان با استفاده از میله‌های دو فلزی و لوله‌های پیش‌فرم‌شده، که لوله‌های پیش‌فرم‌شده را می‌چرخانند تا در طول کشیدن فیبر، مارپیچ‌ها را تشکیل دهند.

فیبر خطی PM
دو نوع اصلی فیبر LINEAR PM وجود دارد که عبارتند از نوع پلاریزاسیون منفرد و نوع دوشکستگی. در مقایسه با دو حالت پلاریزاسیون اصلی، ویژگی اصلی حالت تک قطبی این است که افت انتقال زیادی دارد. برای انواع الیاف دوشکستگی، ثابت های انتشار بین دو حالت پلاریزاسیون در حالت اصلی نوسان به وضوح متفاوت است. برای حفظ پلاریزاسیون خطی می توان از طرح های فیبر نوری متعدد استفاده کرد که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.

شیارهای لبه و تونل های لبه فیبر PM خطی
فیبر لبه شیار دارای دو شیار با ضریب شکست کمتر از ضریب روکش است. شکاف ها در دو طرف هسته فیبر مرکزی قرار دارند. این نوع فیبر دارای توزیع ضریب شکست W شکل در امتداد محور X و توزیع ضریب شکست پله ای در امتداد محور Y است. فیبر لبه تونل نمونه خاصی از ساختار لبه شیار است. در این الیاف PM خطی، ناهمسانگردی هندسی به هسته فیبر وارد می شود تا الیاف دوشکستگی به دست آید.

فیبر PM خطی با اجزای تحت تنش
یک روش موثر برای وارد کردن انکسار دوگانه بالا به فیبر، وارد کردن تنش غیر یکنواخت با تقارن هندسی مضاعف به هسته فیبر است. در نتیجه اثر فوتوالاستیک، تنش ضریب شکست هسته فیبر را تغییر می‌دهد که می‌توان آن را از طریق الگوی پلاریزاسیون در امتداد دوک فیبر و همچنین نتایج انکسار دوگانه مشاهده کرد. تنش مورد نیاز را می توان با استفاده از دو مولفه با تنش مساوی و مستقل (SAP) که در ناحیه روکش در مقابل هسته فیبر قرار دارند به دست آورد. بنابراین تا زمانی که ضریب شکست SAPها کمتر یا مساوی با ضریب شکست روکش باشد، حالت نوسان ثانویه از طریق SAP ها وجود نخواهد داشت.
رایج ترین شکل هایی که برای SAP ها استفاده می شود، شکل پاپیون و دایره است. این الیاف را به ترتیب الیاف پاپیونی و پاندا می نامند. سطح مقطع این دو الیاف در شکل زیر نشان داده شده است. انکسار دوگانه مودال استفاده شده در این الیاف نشان دهنده انکسار دوگانه هندسی و ناشی از استرس است. شکست مضاعف هندسی بسیار کوچک است و می توان آن را برای فیبر هسته دایره ای نادیده گرفت. نشان داده شده است که وقتی SAP ها نزدیک به هسته فیبر قرار می گیرند، می توان انکسار مضاعف این هسته های الیاف را بهبود بخشید، اما باید خیلی نزدیک به هسته فیبر قرار گیرد تا اتلاف فیبر افزایش پیدا نکند، به خصوص اگر مواد روی SAP ها دی اکسید سیلیکون نیستند. فیبر پاندا برای دستیابی به دوشکستگی حالت بالاتر، تلفات بسیار کم و تداخل کم بهبود یافته است.

نکته: در حال حاضر محبوب ترین PM استفیبردر صنعت الیاف پاندا گرد است. فیبر پاندا یکی از مزایای بسیاری نسبت به سایر الیاف PM اندازه فیبر و دیافراگم عددی در مقایسه با الیاف تک حالته معمولی است. هنگام استفاده از هر دو نوع نور، حداقل تلفات دستگاه تضمین می شود.

فیبر PM خطی با ساختار بیضوی
اولین مطالعه تجربی پیشنهادی فیبرهای تک قطبی کم تلفات عملی بر روی سه نوع ساختار نوری انجام شده است: هسته بیضوی، روکش بیضی و فیبر غلاف بیضوی. تحقیقات اولیه کابل هسته فیبر بیضوی شامل محاسبه انکسار دو قطبی می شود. در مرحله اول از موجبر دی الکتریک مستطیلی برای تخمین انکسار دوگانه فیبر هسته بیضوی استفاده می شود. در آزمایش استفاده از فیبر PM برای اولین بار، نوعی الیاف با هسته فیبر دمبل شکل ساخته شد. طول ضربان قطبش را می توان با افزایش اختلاف ضریب شکست روکش هسته فیبر کاهش داد. با این حال، به دلیل محدودیت های کاربردی، نمی توان اختلاف ضریب شکست را بیش از حد افزایش داد. افزایش اختلاف ضریب شکست منجر به تلفات انتقال می شود و اتصال سخت تر می شود زیرا شعاع هسته باید کاهش یابد. مقدار انکسار دوگانه معمولی برای الیاف بیضوی بیشتر از الیاف روکش بیضی است. اما از دست دادن هسته فیبر بیضوی بیشتر از روکش بیضی استفیبر.

فیبر خطی PM با مدولاسیون ضریب شکست
برای یک فیبر تک قطبی که طول موج قطع دو نوسان زاویه راست را جدا می‌کند، روشی برای افزایش پهنای باند فرکانس آن انتخاب توزیع ضریب شکست است که اجازه می‌دهد فقط یک حالت قطبش در نقطه قطع باشد. انکسار مضاعف بالا را می توان با معرفی مدولاسیون زاویه ای به شاخص روکش داخلی فیبر مقطع سه لایه بیضوی به دست آورد. در مطالعه فیبرهای نوری با مقطع سه لایه بیضوی، یک رویکرد اغتشاش اتخاذ شده است که در آن موجبر هسته فیبر مستطیلی به عنوان ساختار مرجع در نظر گرفته شده است. در عملیات پلاریزاسیون تک، آزمایش‌های انکسار مضاعف بر روی سه لایه فیبر بیضی نشان می‌دهد که مدولاسیون زاویه‌ای مناسب شاخص روکش داخلی می‌تواند انکسار مضاعف را افزایش داده و دامنه طول موج را گسترش دهد.

توزیع ضریب شکست پروانه ای نامیده می شود. این یک کانتور W نامتقارن است که از یک هسته فیبر ثابت و روکشی که هسته فیبر را احاطه کرده است، تشکیل شده است. در روکش، کانتور دارای حداکثر مقدار NCL است و از نظر شعاع و زاویه به سمت بالا تغییر می کند و حداکثر شرایط نزولی را در امتداد محور X دارد. دو ویژگی این شکل برای تحقق عملیات تک قطبی شدن تک حالته وجود دارد. اول، شکل نامتقارن است، که ثابت‌های انتشار دو حالت اصلی نوسان در زوایای قائم را متفاوت می‌کند، و دوم، تضعیف درون قلعه تضمین می‌کند که هر حالت دارای طول موج قطع است. فیبرهای پروانه ای رسانایی ضعیفی دارند، بنابراین می توان از پاسخ معادله موج اسکالر برای تعیین میدان مد و ثابت انتشار استفاده کرد. پاسخ مربوط به توابع مثلثاتی و توابع Mathieu است که برای توضیح همبستگی مختصات عرضی در روکش فلزی استفاده می شود.هسته فیبر. این توابع متعامد با یکدیگر نیستند، که به مجموعه بی‌نهایتی از توابع برای محاسبه میدان‌های مدال در مناطق مختلف و برآوردن شرایط مرزی نیاز دارند. نمودار انکسار دوگانه هندسی حاصل، در مقایسه با فرکانس استاندارد V، نشان می‌دهد که درجه کاهش ضریب شکست در امتداد محور X، عدم تقارن را افزایش می‌دهد، بنابراین مقادیر حداکثر و V انکسار دوگانه را افزایش می‌دهد. مقدار اوج شکست دوگانه مشخصه الیاف غیر دایره ای است. انکسار دوگانه حالت را می توان با وارد کردن ناهمسانگردی به فیبر بهبود بخشید. برای ناهمسانگردی، می توان آن را با اختصاص توزیع های مختلف ضریب شکست به دو قطبش یک مد به دست آورد. شکست دوگانه هندسی کمتر از شکست دوگانه ناهمسانگرد است. با این حال، افت در روکش پروانه ای شکل می تواند قطبش مضاعف را برای طول موج قطع حالت اصلی نوسانی ایجاد کند، که با یک پنجره طول موج از هم جدا می شود که در آن امکان دستیابی به عملکرد تک حالت پلاریزاسیون منفرد وجود دارد.