Fiber optik çekirdeği tam bir daire değilse, ışık iletimine ne gibi zararları olur?
Eğer fiber çekirdeği (çekirdek) mutlak bir daire değilse (yani, geometrik yuvarlak olmama, eliptiklik veya düzensiz simetri varsa), elektromanyetik dalga kılavuzu fiziğinde ve pratik fiber optik iletiminde bir dizi olumsuz fiziksel etki ortaya çıkar. Başlıca zararlar şu yönlerden gelir:
1. Polarizasyon Dejenerasyonunu Bozmak, Geometrik Çift Kırılma ve Polarizasyon Modu Dağılımı (PMD) Oluşturmak
İdeal dairesel simetrik tek modlu fiber optikte, temel mod (LP_{01} modu) aslında birbirine dik olan iki polarizasyon yönüne sahip dejeneratif duruma sahiptir (genellikle x ve y eksenleri boyunca tanımlanır). Mükemmel geometrik simetri nedeniyle, bu iki polarizasyon durumu aynı yayılma sabitine (eta_x = eta_y) sahiptir ve fiber boyunca aynı faz ve grup hızlarında yayılır.
Ancak, çekirdek dairesel olmayan bir şekil alırsa (hafif bir elips gibi), bu geometrik dairesel simetri bozulur ve iki dik polarizasyon durumunun dejenerasyonu ortadan kalkar. Bu durumda, iki polarizasyon modunun yayılma sabitleri eşit olmaz ($eta_x
eq eta_y$), bu da fiber içinde geometrik çift kırılmaya ($\Delta n = |n_x - n_y|
eq 0$) neden olur. Bu ciddi ışık iletim hasarına yol açar:
- Polarizasyon Modu Dağılımı (PMD, Polarization Mode Dispersion): İki polarizasyon bileşeni iletim sırasında grup hızı farkı yaşar. İletim mesafesi arttıkça, ışık darbeleri zaman alanında bölünür veya genişler, bu da sinyal bozulmasına neden olur. Yüksek bit hızına sahip, uzun mesafeli optik iletişim sistemlerinde, PMD, iletim bant genişliğini ve röle mesafesini sınırlayan temel darboğazlardan biridir.
- Çıkış Polarizasyon Durumu (SOP) Kararsızlığı: Dış ortam gürültüsü (sıcaklık değişimleri, küçük mekanik bükülmeler gibi) kuantize çift kırılma dağılımını sürekli olarak değiştirdiğinden, fiberin çıkış ucundaki polarizasyon durumu rastgele kayar. Bu, koherent optik iletişim sistemleri ve polarizasyona duyarlı sensörler için ciddi demodülasyon parazitine neden olur.
2. Mod Alanı Bozulması ve Eklem/Bağlantı Kayıplarının Artması
Çekirdeğin dairesel olmaması, elektromanyetik alan dağılımının uzamsal olarak bozulmasına neden olur ve temel modun mod alanı dağılımını (MFD) homojen bir daireden eliptik veya düzensiz bir şekle dönüştürür:
- Eklem Kaybı (Splice Loss) Artışı: Fiber hizalama veya ekleme sırasında, iki fiberin geometrik merkezleri tam olarak hizalansa bile, fiberlerden birinin (veya her ikisinin) çekirdeği dairesel değilse, mod alanı profilleri mükemmel bir şekilde çakışamaz. Bu mod alanı uyumsuzluğu (Mode Field Mismatch) ek optik saçılımaya neden olarak eklem kaybını önemli ölçüde artırır.
- Bağlantı Verimliliği Düşüşü: Yarı iletken lazer diyotlar (LD’ler) veya dairesel simetrik dalga kılavuzu cihazlarıyla bağlanırken, bozulmuş mod alanı, ışık bağlantı verimliliğini büyük ölçüde azaltır ve montaj sırasında uzamsal tolerans hassasiyetini artırır.
3. Kesim Dalgaboyunu (Cutoff Wavelength) Değiştirmek
Fiberin geometrik boyutu, her modun sınır koşullarını doğrudan belirler. Çekirdek daireselliğindeki bozulma, simetrik kesim koşullarını kaydırarak tek modlu fiberin kesim dalgaboyunun (\ ext{\lambda}_c) belirli polarizasyon yönlerinde kaymasına neden olur. Gerçek çalışma dalgaboyu kesim dalgaboyuna yakınsa, çekirdek daireselliğindeki bozulma, yüksek dereceli modların (örneğin LP_{11} modu) bazı yönlerde tamamen kesilmemesine neden olabilir, bu da tek modlu fiberi etkili bir şekilde “çift modlu/çok modlu fiber” haline getirerek çok modlu girişim dağılımına yol açar.
İstisnai Mühendislik Uygulaması: Polarizasyonu Koruyan Fiber (PM Fiber)
Sıradan iletim ve iletişim fiberlerinde, dairesel olmama durumu çekim işlemi sırasında üretim kusuru olarak kabul edilir ve kesinlikle kontrol edilmesi gerekir. Ancak belirli polarizasyonu koruyan fiber uygulamalarında, mühendisler, harici ortam gürültüsünden çok daha güçlü, kararlı bir çift kırılma (\Delta n \sim 10^{-4}) sağlamak için kasten dairesel olmayan asimetrik yapılar (örneğin güçlü eliptik çekirdekler veya çekirdek etrafında panda gözü benzeri asimetrik yüksek gerilimli bölgeler) tasarlar, böylece girdi ışığını sınırlı polarizasyon eksenlerinde iletmeye zorlayarak polarizasyon durumlarının rastgele kuplajlanmasını önler.
İlgili Yüksek Hassasiyetli Özel Fiber Ürün Önerileri
Yukarıdaki iletim bozulmalarını kesinlikle önlemek, ultra düşük polarizasyon modu dağılımı ve yüksek geometrik tutarlılık sağlamak gereken sensörler veya yüksek sıcaklıkta iletişim iletimlerinde, Dacheng Yongsheng (OFSCN®), hassas cam çubuk çekim işlemiyle üstün geometrik simetriye sahip özel fiberler sunar:
-
- Teknik Özellikler: Yüksek saflıkta, yüksek eş merkezlilikte standart G.652D tek modlu fiber çekirdeği kullanılır, dairesel olmama ve kaplama eş merkezlilik hatası sıkı bir şekilde kontrol edilir, böylece çok düşük öz geometrik çift kırılma ve polarizasyon dağılımı sağlanır.
- Standart Resim:
-
- Teknik Özellikler: Ultra düşük dairesel olmama ve üstün bükülme direnci özelliklerini birleştirir, sınırlı fiziksel alanda yüksek yoğunluklu, bükülmeye duyarsız optik sinyal iletimi ve algılama için uygundur.
- Standart Resim:
-
Aktif polarizasyon koruması gerektiren uygulamalar için, yüksek simetrili dairesel olmayan gerilim yapılarına sahip polarizasyonu koruyan fiberler kullanılabilir:
OFSCN® 300℃ Poliimit Panda Tipi PM Optik Fiber- Teknik Özellikler: Panda tipi yüksek hassasiyetli simetrik gerilim ekseni tasarımı kullanılır, özellikle yüksek ve düşük sıcaklıklardaki aşırı ortamlarda (çalışma sıcaklığı -200^ ext{°} ext{C} ila 350^ ext{°} ext{C} arasındadır) ışık polarizasyon durumunu kararlı bir şekilde korumak için tasarlanmıştır.
- Standart Resim:
