Fibra óptica que mantiene la polarización

En fibra óptica , la fibra óptica que mantiene la polarización ( PMF o fibra PM ) es una fibra óptica monomodo en la que la luz polarizada linealmente , si se introduce correctamente en la fibra, mantiene una polarización lineal durante la propagación y sale de la fibra en un estado de polarización lineal específico; hay poco o ningún acoplamiento cruzado de potencia óptica entre los dos modos de polarización . Dicha fibra se utiliza en aplicaciones especiales en las que es esencial preservar la polarización.

En una fibra ordinaria (que no mantiene la polarización), dos modos de polarización (por ejemplo, polarización vertical y horizontal) tienen la misma velocidad de fase nominal debido a la simetría circular de la fibra. Sin embargo, pequeñas cantidades de birrefringencia aleatoria en una fibra de este tipo, o curvaturas en la fibra, causarán una pequeña cantidad de diafonía entre el modo de polarización vertical y el horizontal. Y dado que incluso una pequeña porción de fibra, sobre la que se puede aplicar un coeficiente de acoplamiento minúsculo, tiene muchos miles de longitudes de onda, incluso ese pequeño acoplamiento entre los dos modos de polarización, aplicado coherentemente, puede conducir a una gran transferencia de potencia al modo horizontal, cambiando por completo el estado neto de polarización de la onda. Dado que ese coeficiente de acoplamiento no fue intencional y fue el resultado de una tensión o curvatura arbitraria aplicada a la fibra, el estado de polarización de salida será en sí mismo aleatorio y variará a medida que varíen esas tensiones o curvaturas; también variará con la longitud de onda.

Las fibras que mantienen la polarización funcionan introduciendo intencionalmente una birrefringencia lineal sistemática en la fibra, de modo que hay dos modos de polarización bien definidos que se propagan a lo largo de la fibra con velocidades de fase muy distintas. La longitud de batido L _b de dicha fibra (para una longitud de onda particular) es la distancia (normalmente unos pocos milímetros) en la que la onda en un modo experimentará un retraso adicional de una longitud de onda en comparación con el otro modo de polarización. Por lo tanto, una longitud L _b /2 de dicha fibra es equivalente a una placa de media onda . Ahora considere que podría haber un acoplamiento aleatorio entre los dos estados de polarización en una longitud significativa de dicha fibra. En el punto 0 a lo largo de la fibra, la onda en el modo de polarización 1 induce una amplitud en el modo 2 en alguna fase. Sin embargo, en el punto 1/2 L _b a lo largo de la fibra, el mismo coeficiente de acoplamiento entre los modos de polarización induce una amplitud en el modo 2 que ahora está 180 grados fuera de fase con la onda acoplada en el punto cero, lo que lleva a la cancelación . En el punto L _b a lo largo de la fibra, el acoplamiento vuelve a estar en la fase original, pero en 3/2 L _b vuelve a estar desfasado, y así sucesivamente. De este modo, se elimina la posibilidad de una adición coherente de amplitudes de onda a través de la diafonía en distancias mucho mayores que L _b . La mayor parte de la potencia de la onda permanece en el modo de polarización original y sale de la fibra en la polarización de ese modo, tal como está orientada en el extremo de la fibra. Los conectores de fibra óptica utilizados para fibras de PM están especialmente diseñados para que los dos modos de polarización estén alineados y salgan en una orientación específica.

Tenga en cuenta que una fibra que mantiene la polarización no polariza la luz como lo hace un polarizador . En cambio, la fibra de PM mantiene la polarización lineal de la luz polarizada linealmente siempre que se lance a la fibra alineada con uno de los modos de polarización de la fibra. Lanzar luz polarizada linealmente a la fibra en un ángulo diferente excitará ambos modos de polarización, conduciendo la misma onda a velocidades de fase ligeramente diferentes. En la mayoría de los puntos a lo largo de la fibra, la polarización neta será un estado polarizado elípticamente , con un retorno al estado de polarización original después de un número entero de longitudes de pulso. En consecuencia, si se lanza luz láser visible a la fibra que excita ambos modos de polarización, se observa dispersión de la luz que se propaga vista desde un lado con un patrón de luz y oscuridad periódico a lo largo de cada longitud de pulso, ya que la dispersión es preferentemente perpendicular a la dirección de polarización.

Se utilizan varios diseños diferentes para crear birrefringencia en una fibra. ^[1] La fibra puede ser geométricamente asimétrica o tener un perfil de índice de refracción que sea asimétrico, como el diseño que utiliza un revestimiento elíptico como se muestra en el diagrama. Alternativamente, la tensión inducida permanentemente en la fibra producirá birrefringencia por tensión ; esto se puede lograr utilizando varillas de otro material incluidas dentro del revestimiento. Se utilizan varias formas diferentes de varilla, y la fibra resultante se vende bajo marcas como "PANDA" y "Bow-tie". ("PANDA" se refiere a la semejanza de la sección transversal de la fibra con la cara de un panda , y también es un acrónimo de "Polarization-maintaining AND Absorption-reducing" [Mantenimiento de la polarización y reducción de la absorción]).

Es posible crear una fibra óptica circularmente birrefringente simplemente utilizando una fibra monomodo común (circularmente simétrica) y torciéndola, lo que genera una tensión torsional interna. Esto hace que la velocidad de fase de las polarizaciones circulares derecha e izquierda sea significativamente diferente. Por lo tanto, las dos polarizaciones circulares se propagan con poca diafonía entre ellas.

Las fibras ópticas que mantienen la polarización se utilizan en aplicaciones especiales, como en la detección por fibra óptica , la interferometría y la distribución de claves cuánticas . También se utilizan comúnmente en telecomunicaciones para la conexión entre un láser fuente y un modulador , ya que el modulador requiere luz polarizada como entrada. Rara vez se utilizan para la transmisión a larga distancia, porque la fibra PM es cara y tiene una mayor atenuación que la fibra monomodo . Otra aplicación importante son los giroscopios de fibra óptica , que se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial.

La salida de una fibra de PM se caracteriza típicamente por su índice de extinción de polarización (PER), la relación entre luz polarizada correctamente e incorrectamente, expresada en decibeles . La calidad de los cables de conexión y pigtails de PM se puede caracterizar con un medidor de PER. Las buenas fibras de PM tienen índices de extinción superiores a 20 dB.

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022.
• Norma militar 2196

• Especificaciones de fibra PANDA de Fujikura para el tipo más común de fibra PM
• Diafonía de polarización en fibra de PM