مقدمة إلى الاستقطاب
عندما يمر الضوء عبر نقطة في الفضاء، فإن اتجاه وسعة المجال الكهربائي المتذبذب ينتقل على طول المسار مع مرور الوقت. يمثل متجه المجال الكهرومغناطيسي بزوايا قائمة لبعضها البعض في مقطع عرضي (مستوى متعامد مع اتجاه التقدم) إشارة موجة ضوئية مستقطبة. يتم تعريف الاستقطاب باستخدام متجه المجال الكهربائي كدالة للوقت، وفقًا للنمط المرسوم عبر المقطع العرضي. يمكن تقسيم الاستقطاب إلى استقطاب خطي أو إهليلجي أو دائري، ويعتبر الاستقطاب الخطي أبسطها. يمثل الاستقطاب من أي نوع مشكلة في نقل الألياف الضوئية.
أي نظام للاتصالات الراديوية وقياس الألياف الضوئية هو جهاز قادر على تحليل التداخل بين نوعين من موجات الضوء. لا يمكننا استخدام المعلومات المقدمة من التداخل ما لم تظل اتساع المجموعات مستقرة مع مرور الوقت، أي أن موجات الضوء تكون في نفس حالة الاستقطاب. وفي هذه الحالة من الضروري استخدام ألياف بصرية قادرة على نقل حالات الاستقطاب المستقرة. لذلك من أجل حل هذه المشكلة،الألياف البصريةالتي يمكن أن تحافظ على الاستقطاب تم تطويرها.
ما هي ألياف PM؟
يصبح انتشار استقطاب الضوء في الألياف غير قابل للتحكم (اعتمادًا على الطول الموجي) ويعتمد على أي انحناء للألياف بالإضافة إلى حالة درجة الحرارة. هناك حاجة إلى ألياف بصرية خاصة لتحقيق الخصائص البصرية المطلوبة، والتي تتأثر باستقطاب الضوء أثناء مروره عبر الألياف. العديد من الأنظمة، مثل أجهزة قياس تداخل الألياف وأجهزة الاستشعار، وأشعة الليزر الليفية، والمعدلات الكهروضوئية، لها أيضًا خسائر تعتمد على الاستقطاب مما يؤثر على أداء النظام. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام ألياف بصرية خاصة تسمى ألياف PM.
مبدأ ألياف PM
إذا كان استقطاب الضوء المنبعث إلى داخل الألياف متحد المحور مع محور الانكسار المزدوج، فإنه سيبقى كذلك حتى لو تم ثني الألياف. وفقا لمبدأ اقتران الوضع الموحد، يمكن فهم المبدأ الفيزيائي وراء هذه الظاهرة. وبسبب ظاهرة الانكسار المزدوج القوية، تختلف ثوابت الانتشار في وضعي الاستقطاب، وبالتالي فإن الاجتماع النسبي للأنماط المعنية يميل إلى الانجراف بسرعة. لذلك، طالما أن أي تداخل على طول الضوء له مكون فورييه مكاني فعال (ورقم موجة يتوافق مع الفرق بين ثوابت الانتشار في الوضعين)، فيمكن مطابقته بشكل فعال لكلا الوضعين. إذا كان الفرق كبيرًا بما فيه الكفاية، فإن الاضطراب العام في الضوء سيتغير تدريجيًا وببطء لتحقيق وضع الاقتران الفعال. لذا فإن مبدأ ألياف PM يحدث فرقًا كافيًا.
من بين التطبيقات الأكثر شيوعًا للاتصالات لمسافات طويلة بالألياف الضوئية، يتم استخدام ألياف PM لإدخال الضوء من مكان إلى آخر في حالة الاستقطاب الخطي. ومن أجل تحقيق هذه النتيجة، لا بد من استيفاء عدة شروط. يجب أن تكون ألياف الإدخال مستقطبة بدرجة عالية لتجنب نقل أوضاع المحور البطيء والمحور السريع، حيث لا يمكن التنبؤ بحالة استقطاب الإخراج.
لنفس السبب، المجال الكهربائي فيالألياف الضوئيةيجب أن تتم محاذاتها بدقة ودقة مع المحور الرئيسي للألياف الضوئية (والذي عادة ما يكون المحور البطيء في الممارسة الصناعية). إذا كان كابل مسار الألياف PM يتكون من ألياف مجزأة متصلة بواسطة موصلات ألياف أو وصلات ربط، فإن مطابقة دوران الألياف وتحديد موضعها يمثل مشكلة حرجة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تثبيت الموصل على ألياف PM، وأثناء تركيب الموصل، لن يتسبب الضغط الداخلي المتولد في إسقاط المجال الكهربائي على المحور البصري غير المستخدم على الألياف.
تطبيقات الألياف PM
تُستخدم ألياف PM في المناطق التي لا يُسمح فيها بانحراف الاستقطاب، مثل التغيرات في درجات الحرارة. ومن الأمثلة على ذلك مقاييس تداخل الألياف وبعض أجهزة ليزر الألياف. عيب استخدام مثل هذه الألياف هو أنها تتطلب عادةً توجيهًا دقيقًا للاستقطاب، مما قد يسبب المزيد من المتاعب. وفي الوقت نفسه، تكون خسارة الانتشار أعلى من خسارة الألياف الضوئية القياسية، ومن الصعب الحفاظ على جميع أنواع الألياف الضوئية في شكل الاحتفاظ بالاستقطاب.
تُستخدم ألياف PM في تطبيقات محددة مثل تطبيقات استشعار الألياف وقياس التداخل وتوزيع المفتاح الكمي. كما يُستخدم بشكل شائع في الاتصالات بعيدة المدى بين مولدات الليزر وأجهزة تعديله، والتي تتطلب ضوءًا مستقطبًا كمدخل. نادرًا ما يتم استخدامه للإرسال لمسافات طويلة لأن ألياف PM باهظة الثمن ولها توهين أعلى من الألياف أحادية الوضع.
متطلبات استخدام الألياف PM
المحطة الطرفية: عندما تكون محطة الألياف PM عبارة عن موصل بصري، فمن المهم توصيل قضيب الضغط بالموصل، عادةً عن طريق مفتاح.
الربط: يجب أيضًا أن يتم ربط ألياف PM بعناية فائقة. عندما يتم دمج الألياف، يجب أن تكون المحاور X وY وZ في وضع جيد ويجب أن يكون موضع الدوران في وضع جيد بحيث يمكن وضع شريط الضغط بدقة.
الشرط الآخر هو أن حالة الحادث في نهاية الألياف يجب أن تكون متوافقة مع اتجاه المحور الرئيسي العرضيالأليافالمقطع العرضي.
