Girişimsel algılamada, spektrum ayrıldıktan sonra ışığın polarizasyon durumunun bozulmamasını nasıl sağlarız?
Girişimsel fiber optik sensör sistemlerinde (Fiber Optik Cayroskop - FOG, Sagnac / Michelson / Mach-Zehnder interferometre vb.) ışık ayırımından sonra polarizasyon durumunun (SOP, State of Polarization) karışmamasını ve yüksek polarizasyon kararlılığını korumasını sağlamak, polarizasyon sönümlemesini (Polarization Fading) önlemenin ve yüksek saçak görünürlüğünü (Fringe Visibility) garanti etmenin anahtarıdır.
Işık ayırımından sonra polarizasyon durumunun karışmadan kararlı kalmasını sağlamak, hem fiziksel prensipler hem de mühendislik entegrasyonu düzeylerinde güvence altına alınmalıdır:
Bir. Işık Ayırımından Sonra Polarizasyon Durumunun Karışmamasını Sağlamanın Temel Teknik Prensibi
1. Yüksek Çift Kırılma Ortamının Tanıtılması: Polarizasyon Koruyucu Fiber (PM Fiber) Kullanımı
Sıradan tek modlu fiber (SMF), üretimindeki artık dairesel olmama ve dış fiziksel çevre değişiklikleri (bükülme, gerilim, sıcaklık dalgalanmaları) nedeniyle rastgele ve zamana göre değişen bir çift kırılmaya neden olur, bu da polarizasyon durumunun iletim sırasında rastgele kaymasına yol açar.
Polarizasyon koruyucu fiber, çekirdeğin her iki yanına yüksek derecede asimetrik gerilim yapıları (Panda, Bow-tie vb. gibi) yerleştirerek, büyük bir özgül çift kırılma ( B = |n_x - n_y| \approx 10^{-4} ) yaratır. Bu, fiberin iki dik ana eksenindeki (hızlı ve yavaş eksen) yayılma sabiti farkını \Delta \beta büyük ölçüde artırır ve iki eksen arasındaki enerji kuplajını büyük ölçüde sınırlar. Giriş ışığının polarizasyon yönü bu ana eksenlerden birine hassas bir şekilde hizalandığı sürece, ışık iletim sırasında bu polarizasyon durumunu kilitleyebilir ve kararlı bir şekilde koruyabilir.
2. Polarizasyon Koruyucu Ayırıcı / Birleştirici (PM Splitter/Coupler) Kullanımı
Standart düzlemsel ışık dalga kılavuzu (PLC) veya eriyik çift konik (FBT) ayırıcılar polarizasyon koruma işlevine sahip değildir; ışık bölündükten sonra polarizasyon yönü rastgele dağılır.
Bölünmüş polarizasyon durumunun kararlı kalmasını sağlamak için, polarizasyon koruyucu fiberden (PMF) üretilmiş polarizasyon koruyucu ayırıcılar kullanılmalıdır. Polarizasyon koruyucu ayırıcılar üretilirken, giriş ve çıkıştaki tüm dalı fiberlerinin hızlı/yavaş eksenleri, cihazın iç kuplaj yapısının ana eksenleriyle son derece hassas bir polarizasyon ekseni hizalaması sağlamalıdır.
3. Polarizasyon Ekseni Hizalama Hatasının Kesinlikle Kontrol Edilmesi
Sistem entegrasyonu, ekleme ve montaj sırasında, ışık kaynağı, polarizasyon koruyucu ayırıcı ve interferometre kolu fiberinin ana eksenleri hassas bir şekilde hizalanmalıdır. Ana eksenler arasındaki hizalama açısı hatası \theta , dik eksene bir miktar enerjinin kuplajına neden olur, bu da polarizasyon sıfır oranını (PER, Polarization Extinction Ratio) düşürür. Yaklaşık hesaplama ilişkisi şöyledir:
\text{PER} \approx 10 \log_{10} \left( \cot^2 \theta \right)
Genellikle \theta 'nin sıfıra yakın olmasını sağlamak için polarizasyon hizalama (uç yüzey gözlem yöntemi veya profil hizalama yöntemi) işlevine sahip polarizasyon koruyucu ekleme makineleri kullanılır.
İki. İlgili Mühendislik Düzeyinde Polarizasyon Koruma ve Bölme Teknik Çözümleri
Polarizasyon ve sıcaklık kararlılığına son derece yüksek gereksinim duyan veya hatta aşırı yüksek ve düşük sıcaklıklar gibi zorlu ortamlarda çalışması gereken girişimsel sensörler gibi uygulamalar için, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) tarafından sağlanan özel polarizasyon koruyucu fiber ve eşleştirilmiş bölme çözümleri kullanılabilir:
1. OFSCN® 300℃ Poliimid Panda Tipi PM Optik Fiber (300℃'ye Dayanıklı Poliimid Panda Polarizasyon Koruyucu Fiber)
Bu ürün, zorlu ortamlarda yüksek hassasiyetli polarizasyon koruması için tasarlanmıştır ve yüksek hassasiyetli panda gerilim yapısı ile yüksek kararlılığa sahip poliimid kaplamayı kullanır.
- Fiziksel Göstergeler: Çekirdek çapı 9\ \mu\text{m} , kaplama çapı 125\ \mu\text{m} , kaplama çapı 155\ \mu\text{m} .
- Uygulanabilir Dalga Boyu: 1550\text{ nm} .
- Çevre Direnci: Çalışma sıcaklığı aralığı -200\text{ ℃} ile +350\text{ ℃} (veya -270\text{ ℃} ile +350\text{ ℃} ) arasında.
- Uygulama Değeri: Geniş sıcaklık aralığı, güçlü titreşim ve güçlü radyasyon gibi aşırı ortamlarda bile yüksek çift kırılmayı koruyarak, harici termal stresin fiberin polarizasyon durumuna müdahalesini etkili bir şekilde bastırır, bu da girişimsel sensör optik yolları ve fiber optik cayroskop hassasiyet döngüleri için ideal bir seçimdir.
2. OFSCN® Optik Fiber Ayırıcı (Optik Fiber Splitter)
Bu ayırıcı ürün genellikle büyük projelerde çok kanallı sinyal genişletmesi için kullanılır. Yüksek hassasiyetli koherent girişim içeren sensör ağlarında, çok kanallı paralel girişim sinyali çözme gerçekleştirmek için, özel tasarım sırasında polarizasyon koruma (PM) spesifikasyonları belirtilmeli, tüm polarizasyon koruyucu fiber eklenerek ayırıcı cihaz üretilmeli, böylece her bölünmüş optik dalganın polarizasyon yönü kesinlikle tutarlı kalmalıdır.
Üç. Özet
Girişimsel fiber optik sensörlerde, bölünmeden sonra “polarizasyonun karışmamasını” sağlamanın standart uygulaması tam polarizasyon koruyucu (All-PM) şemayı uygulamaktır. Yani: yüksek sıfır oranına sahip doğrusal polarizasyonlu bir ışık kaynağı seçmek, yüksek hassasiyetli hizalamalı polarizasyon koruyucu ayırıcı aracılığıyla güç dağıtımı yapmak, ardından yüksek kırılma indisi tekdüzeliğine sahip polarizasyon koruyucu fiber (örn. OFSCN® 300℃ Poliimid Panda Tipi PM Optik Fiber ) kullanarak iletim ve girişim kollarını oluşturmak. Tüm optik yoldaki ana eksen hizalaması ve harici pertürbasyonlara karşı yüksek dirençli özgül çift kırılma, sıcaklık ve bükülmeden kaynaklanan polarizasyon faz sapmasını tamamen ortadan kaldırabilir.