Кіріспе
Бір реттік оптикалық талшық сызықтық поляризацияланған жарық үшін. Талшықты оптикада поляризацияны сақтайтын оптикалық талшық (PMF немесе PM талшығы) – егер жарық дұрыс бағытталса, сызықтық поляризацияланған жарық таралу барысында өзінің сызықтық поляризациясын сақтап, талшықтан белгілі бір сызықтық поляризация күйінде шығады. Бұл жағдайда, екі поляризациялық режим арасында оптикалық қуаттың өзара алмасуы минимал болады немесе мүлдем болмайды. Мұндай талшықтар поляризацияны сақтау маңызды арнайы қолдануларда пайдаланылады.
In fiber optics, polarization maintaining optical fiber (PMF or PM fiber) is a single mode optical fiber in which linearly polarized light, if properly launched into the fiber, maintains a linear polarization during propagation, exiting the fiber in a specific linear polarization state; there is little or no cross coupling of optical power between the two polarization modes. Such fiber is used in special applications where preserving polarization is essential.
Поляризациялық аудиоды тыңдау
Кәдімгі (поляризацияны сақтамайтын) талшықта екі поляризациялық режим (мысалы, тік және көлденең поляризация) талшықтың дөңгелек симметриясының арқасында бірдей номиналды фазалық жылдамдыққа ие. Дегенмен, мұндай талшықтағы шамалы мөлшердегі кездейсоқ қос сыну немесе талшықтың иілуі тік поляризациядан көлденең поляризациялық режимге шамалы қиылысу тудырады. Ал тіпті кішкентай байланыс коэффициенті қолданылатын талшықтың қысқа бөлігі мыңдаған толқын ұзындығына тең болғандықтан, екі поляризациялық режим арасындағы осы шамалы байланыс та, бірізді қолданылса, көлденең режимге үлкен қуат беруге алып келуі мүмкін, бұл толқынның поляризациясының жалпы күйін толығымен өзгертеді. Аталған байланыс коэффициенті мақсатты емес болғандықтан және талшыққа түсірілген кездейсоқ кернеудің немесе иілудің салдары болғандықтан, поляризацияның шығыс күйі де кездейсоқ болады және осы кернеулер немесе иілулер өзгергенде өзгереді; сонымен қатар, ол толқын ұзындығына да байланысты өзгереді.
Жұмыс істеу принципі
Поляризацияны сақтайтын талшықтар, талшықта жүйелі түрде сызықтық қос сындылуды (двойное лучепреломление) енгізу арқылы жұмыс істейді, соның нәтижесінде талшықта өте ерекше фазалық жылдамдықпен таралатын екі анық поляризациялық режим пайда болады. Мұндай талшықтың соққы ұзындығы Lb (белгілі бір толқын ұзындығы үшін) – бұл бір режимдегі толқынның екінші поляризациялық режимге қарағанда бір толқын ұзындығына тең қосымша кешігуді бастан өткеретін қашықтық (әдетте бірнеше миллиметр). Осылайша, мұндай талшықтың Lb/2 ұзындығы жарты толқынды пластинаға тең. Енді, екі поляризациялық күй арасында осындай талшықтың елеулі ұзындығында кездейсоқ байланыс болуы мүмкін екенін қарастырайық. Талшықтың 0 нүктесінде поляризациялық режимдегі 1-ші толқын, 2-ші режимге белгілі бір фазада амплитуданы енгізеді. Алайда, талшықтың 1/2 Lb нүктесінде, поляризациялық режимдер арасындағы бірдей байланыс коэффициенті 2-ші режимге амплитуданы тудырады, ол нөлдік нүктеде байланысқан толқынмен 180 градусқа фазадан тыс болып, осылайша өшірілуге (күшін жоюға) әкеледі. Lb нүктесінде байланыс қайта бастапқы фазада болады, бірақ 3/2 Lb нүктесінде ол қайтадан фазадан тыс болады, және т.с.с. Осылайша, Lb-ден әлдеқайда үлкен қашықтықтағы қиылысу арқылы толқын амплитудаларын когерентті түрде қосу мүмкіндігі жойылады. Толқынның көп бөлігі бастапқы поляризациялық режимде қалады және талшықтың соңында сол режимнің поляризациясымен талшықтан шығады. ПМ талшықтарына арналған оптикалық жалғастырғыштар (коннекторлар) екі поляризациялық режимнің сәйкес келіп, белгілі бір бағытта шығуы үшін арнайы кілттерімен жабдықталған. Поляризацияны сақтайтын талшықтар, поляризатор сияқты жарықты поляризацияламайды. Керісінше, ПМ талшығы, егер сызықтық поляризацияланған жарық талшықтың поляризациялық режимдерінің бірімен сәйкес бағытта жіберілсе, оның сызықтық поляризациясын сақтайды. Сызықтық поляризацияланған жарықты талшыққа басқа бұрышпен жіберу екі поляризациялық режимді де қозады, олар бірдей толқынды сәл әртүрлі фазалық жылдамдықпен жүргізеді. Талшықтың көп бөлігіндегі жалпы поляризация эллипстік поляризацияланған күйде болады, ал соққы ұзындығының толық санынан кейін бастапқы поляризациялық күйге оралады. Соның салдарынан, егер көрінетін лазерлік жарық екі поляризациялық режимді де қоза отырып талшыққа жіберілсе, таралатын жарықтың таралуын бүйінен қарағанда, әрбір соққы ұзындығы бойынша периодты жарық және қараңғы үлгілерде көруге болады, себебі шашырау поляризациялық бағытқа перпендикуляр болады.
Үлгілер
Бірнеше түрлі конструкциялар талшықта екі сынуды (бирефрингияны) жасау үшін қолданылады. Талшық геометриялық тұрғыдан асимметриялық болуы мүмкін, немесе диаграммада көрсетілгендей, эллипстік қаптаманы қолданатын конструкция сияқты, асимметриялық сындыру көрсеткіші профиліне ие болуы мүмкін. Басқаша айтқанда, талшықтағы тұрақты түрде туындаған кернеулер кернеулік екі сынуға (бирефрингияға) әкеледі; мұны қаптаманың ішіне басқа материалдан жасалған таяқшаларды енгізу арқылы жүзеге асыруға болады. Әртүрлі пішінді таяқшалар қолданылады, ал нәтижесінде алынған талшық "PANDA" және "Bow tie" сияқты брендтік аттармен сатылады. ("PANDA" атауы талшықтың қимасының панданың бетіне ұқсас болуын көрсетеді, сонымен қатар "Поляризацияны сақтау және сіңіруді азайту" деген сөздердің аббревиатурасы болып табылады.) Жай (циркульдік симметриялы) бір режимді талшықты бұрап, ішкі бұрылу кернеуін тудыру арқылы дөңгелек екі сынушы (бирефрингиялы) оптикалық талшықты жасауға болады. Бұл оң және сол жақ шеңберлік поляризацияның фазалық жылдамдықтарының айтарлықтай өзгеше болуына себеп болады. Осылайша, екі шеңберлік поляризация өте аз араласумен таралады.
Қолданбалар
Поляризацияны сақтайтын оптикалық талшықтар арнайы қолданыстарда қолданылады, мысалы, талшықты оптикалық сенсорлар, интерферометрия және кванттық кілт тарату сияқты. Олар телекоммуникацияда лазерлік сәулелендіргіш пен модулятор арасындағы қосылыс үшін де жиі пайдаланылады, себебі модуляторға кіріс ретінде поляризацияланған жарық қажет. PM талшығының құны жоғары және бір модты талшықтан әлсіреуі көп болғандықтан, олар ұзақ қашықтыққа сигнал беру үшін сирек қолданылады. Тағы бір маңызды қолданыс – кеңінен аэроғарыш өнеркәсібінде қолданылатын талшықты оптикалық гироскоптар. PM талшығының шығысы әдетте поляризациялық жойылмау коэффициенті (PER) арқылы сипатталады – дұрыс және бұрыс поляризацияланған жарықтың қатынасы, децибелмен өлшенген. PM патчкорлар мен пигтейлдердің сапасын PER метрмен бағалауға болады. Жақсы PM талшықтарында 20 дБ-дан жоғары жойылмау коэффициенттері болады.