Fibra óptica que mantiene la polarización

En fibra óptica , la fibra óptica de mantenimiento de polarización ( PMF o fibra PM ) es una fibra óptica monomodo en la que la luz polarizada linealmente , si se introduce correctamente en la fibra, mantiene una polarización lineal durante su propagación , saliendo de ella en un estado de polarización lineal específico; existe poca o ninguna interferencia de potencia óptica entre los dos modos de polarización . Este tipo de fibra se utiliza en aplicaciones especiales donde la preservación de la polarización es esencial.

En una fibra óptica convencional (que no mantiene la polarización), los diferentes modos de polarización tienen la misma velocidad de fase nominal debido a la simetría circular de la fibra. La birrefringencia inducida por tensión en dicha fibra, o la flexión de la misma, provoca una pequeña interferencia entre los distintos modos. A lo largo de la fibra, este acoplamiento mínimo entre modos transfiere cantidades significativas de potencia entre ellos, modificando por completo el estado de polarización de la onda. Los cambios de polarización debidos a la tensión en una fibra varían aleatoriamente según varíen las tensiones, así como con la temperatura de la fibra y la longitud de onda de la luz.

Las fibras de mantenimiento de polarización funcionan introduciendo intencionalmente una birrefringencia lineal sistemática en la fibra, de modo que existen dos modos de polarización bien definidos que se propagan a lo largo de la fibra con velocidades de fase muy distintas. La longitud de batido L _b de dicha fibra (para una longitud de onda particular) es la distancia (típicamente unos pocos milímetros) sobre la cual la onda en un modo experimentará un retardo adicional de una longitud de onda en comparación con el otro modo de polarización. Por lo tanto, una longitud L _b /2 de dicha fibra es equivalente a una placa de media onda . Ahora bien, consideremos que podría haber un acoplamiento aleatorio entre los dos estados de polarización a lo largo de una longitud significativa de dicha fibra. En el punto 0 a lo largo de la fibra, la onda en el modo de polarización 1 induce una amplitud en el modo 2 en cierta fase. Sin embargo, en el punto 1/2 L _b a lo largo de la fibra, el mismo coeficiente de acoplamiento entre los modos de polarización induce una amplitud en el modo 2 que ahora está 180 grados desfasada con la onda acoplada en el punto cero, lo que lleva a la cancelación . En el punto L _b a lo largo de la fibra, el acoplamiento vuelve a estar en la fase original, pero a 3/2 L _b vuelve a estar desfasado, y así sucesivamente. De este modo, se elimina la posibilidad de suma coherente de amplitudes de onda mediante diafonía a distancias mucho mayores que L _b . La mayor parte de la potencia de la onda permanece en el modo de polarización original y sale de la fibra con la polarización de dicho modo, tal como está orientada en el extremo de la fibra. Los conectores de fibra óptica utilizados para fibras PM están especialmente diseñados para que los dos modos de polarización se alineen y salgan con una orientación específica.

Cabe destacar que una fibra de mantenimiento de polarización no polariza la luz como lo hace un polarizador . En cambio, la fibra PM mantiene la polarización lineal de la luz polarizada linealmente siempre que esta se introduzca en la fibra alineada con uno de sus modos de polarización. Si se introduce luz polarizada linealmente en la fibra con un ángulo diferente, se excitarán ambos modos de polarización, lo que provocará que la misma onda se propague a velocidades de fase ligeramente distintas. En la mayoría de los puntos a lo largo de la fibra, la polarización resultante será elíptica , volviendo al estado de polarización original tras un número entero de longitudes de batido. Por consiguiente, si se introduce luz láser visible en la fibra excitando ambos modos de polarización, se observa dispersión de la luz propagada, vista lateralmente, con un patrón de luces y sombras periódico en cada longitud de batido, dado que la dispersión es preferentemente perpendicular a la dirección de polarización.

Se utilizan varios diseños diferentes para crear birrefringencia en una fibra. ^{[ 1 ]} La fibra puede ser geométricamente asimétrica o tener un perfil de índice de refracción asimétrico, como el diseño que utiliza un revestimiento elíptico , tal como se muestra en el diagrama. Alternativamente, la tensión inducida permanentemente en la fibra producirá birrefringencia por tensión ; esto se puede lograr utilizando varillas de otro material incluidas dentro del revestimiento. Se utilizan varias formas diferentes de varillas, y la fibra resultante se vende bajo marcas como "PANDA" y "Bow-tie". ("PANDA" hace referencia a la semejanza de la sección transversal de la fibra con la cara de un panda , y también es un acrónimo de "Polarization-mantaining AND Absorption-reducing" (Mantiene la polarización Y reduce la absorción).

Es posible crear una fibra óptica birrefringente circular simplemente utilizando una fibra monomodo ordinaria (de simetría circular) y retorciéndola, creando así una tensión torsional interna. Esto provoca que la velocidad de fase de las polarizaciones circulares derecha e izquierda difiera significativamente. Por lo tanto, las dos polarizaciones circulares se propagan con poca diafonía entre ellas.

Las fibras ópticas de mantenimiento de polarización se utilizan en aplicaciones especiales, como la detección por fibra óptica , la interferometría y la distribución de claves cuánticas . También se emplean comúnmente en telecomunicaciones para la conexión entre un láser fuente y un modulador , ya que este último requiere luz polarizada como entrada. Raramente se utilizan para la transmisión a larga distancia, debido a que la fibra PM es costosa y presenta una atenuación mayor que la fibra monomodo . Otra aplicación importante son los giroscopios de fibra óptica , ampliamente utilizados en la industria aeroespacial.

La salida de una fibra PM se caracteriza típicamente por su relación de extinción de polarización (PER), que es la relación entre la luz correctamente y la incorrectamente polarizada, expresada en decibelios . La calidad de los latiguillos y pigtails PM se puede caracterizar con un medidor de PER . Las buenas fibras PM tienen relaciones de extinción superiores a 20 dB.

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022.
• MIL-STD-2196

• Especificaciones de la fibra PANDA de Fujikura para el tipo más común de fibra PM.
• Diafonía de polarización en fibra PM