Введение
В многорежимной волоконной оптике обертывание вокруг оправки – это техника, используемая для избирательного ослабления мощности высших порядков оптического сигнала. Следовательно, если волокно распространяет значительную энергию в затронутых модах, модальное распределение изменится. Цилиндрическая обмотка вокруг оправки состоит из заданного числа витков волокна на оправке определенного размера, в зависимости от характеристик волокна и требуемого модального распределения. Она применяется в испытаниях оптической передачи для создания заданного распределения мощности мод или для предотвращения многомодового распространения в одномодовом волокне. Если волокно ввода полностью заполнено перед обмоткой вокруг оправки, моды высших порядков будут отсечены, оставив только моды низших порядков. Если волокно ввода недозаполнено, например, из-за возбуждения лазерным диодом или светодиодом с краевым излучением, это не повлияет на распределение мощности мод или измерения потерь. В многомодовом волокне обертывание вокруг оправки используется для устранения эффекта "временных потерь" – тенденции высших мод испытывать большие потери, чем моды низших порядков. Числовое сложение (в децибелах) измеренных потерь нескольких сегментов и/или компонентов волокна завысит потери объединенного набора, если каждый сегмент или компонент измерялся при полном модальном распределении мощности. При измерениях одномодового оптического волокна она используется для обеспечения истинного одномодового распространения на длинах волн, близких или ниже теоретической длины отсечки, при которых существенная мощность может присутствовать в группе мод высших порядков. В этом применении она обычно называется фильтром высших мод (HOMF). В конечном счете, влияние обертывания вокруг оправки на оптические измерения зависит от распределения мощности распространяющихся мод. Дополнительный механизм потерь не оказывает влияния, если мощность присутствует в затронутых модах.
Принцип действия
Физическое изгибание оптического волокна вокруг цилиндрической формы незначительно изменяет эффективный показатель преломления в изогнутой области, локально уменьшая эффективный объем моды волокна. Это приводит к тому, что оптическая мощность в модах высшего порядка перестает распространяться в волноводе, или становится настолько слабо направленной, что высвобождается в несвязанное состояние, поглощается оболочкой волокна или полностью выходит из волокна. Практический эффект намотки на оправку заключается в ослаблении оптической мощности, распространяющейся в модах высшего порядка. Моды низшего порядка остаются неизменными, не испытывая ни увеличения потерь, ни перехода в другие моды (смешения мод).
Определение соответствующих условий обертывания мандриля
Диаметр мандреля и количество витков выбираются для подавления определенных мод воспроизводимым способом. Эмпирически установлено, что более 5 полных обмоток на 360 градусов дают незначительное дополнительное затухание, поэтому обычно указывается от 3 до 5 витков. Диаметр мандреля влияет на глубину проникновения в объем моды при разделении мод. Экспериментально измеряют мощность, передаваемую из обернутого волокна, в которое возбуждено равномерное распределение модальной мощности, в зависимости от диаметра мандреля, при постоянном количестве витков. Это демонстрирует ступенчатое уменьшение передаваемой мощности при уменьшении диаметра, где каждая ступень соответствует точке, в которой мандрель начинает влиять на следующую группу мод более низкого порядка. Для обеспечения наилучшей воспроизводимости измерений следует выбирать диаметр, не находящийся вблизи такого перехода, хотя это может быть невозможно, если измерения необходимо проводить в диапазоне длин волн. Общий объем моды волокна зависит от длины волны, поэтому диаметр мандреля, при котором происходят переходы между группами мод, будет изменяться в зависимости от длины волны.