Si acabas de adentrarte en el mundo de la fibra óptica, todos los términos técnicos y abreviaturas pueden resultarte abrumadores. Por eso he creado este serie de glosarios sobre fibra - para ayudarle a entender lo que significan realmente estos términos, de la forma más sencilla posible.

Te lo explicaré todo desde el punto de vista de un experto del sector, utilizando fotos reales siempre que pueda (no sólo renders extravagantes). También evito las explicaciones demasiado complejas, manteniendo un lenguaje claro y directo, para que puedas estar seguro de que entenderás el significado real de estos términos después de leerlos.

Hoy vamos a hablar de: Fibra con mantenimiento de polarización (PM)

ÍNDICE

Respuesta rápida: ¿Qué es la fibra PM?

La fibra de mantenimiento de polarización, conocida habitualmente como fibra PM, es una fibra óptica especial diseñada para mantener una señal de luz polarizada linealmente alineada con uno de los dos ejes incorporados a medida que se propaga.

Ordinario fibra monomodo transporta un único modo espacial, pero esto no significa que mantenga un único estado de polarización estable. Las pequeñas curvaturas, la presión, los cambios de temperatura y las variaciones de fabricación pueden alterar la polarización. La fibra PM reduce esta mezcla no deseada creando una diferencia marcada y controlada entre los dos ejes de polarización.

Lo más importante es muy sencillo: La fibra PM mantiene un estado de polarización correctamente iniciado. No genera luz polarizada a partir de luz no polarizada.

Diagrama esquemático de una fibra que conserva la polarización

Fuente de la imagen: Vlink

¿Qué significa “polarización”?

La luz es una onda electromagnética. Su campo eléctrico se desplaza en una dirección mientras la luz avanza. La polarización describe cómo se comporta esa dirección.

En el caso de la luz polarizada linealmente, el campo eléctrico se desplaza principalmente en una dirección fija. Algunos sistemas ópticos necesitan que esta dirección se mantenga estable. Entre los ejemplos se incluyen los giroscopios de fibra, los interferómetros, los sistemas de comunicación coherentes, los láseres y los equipos de detección.

Si la polarización se desvía, el sistema puede perder precisión en la medición, potencia o estabilidad. Por eso existe la fibra PM.

¿Por qué la fibra monomodo convencional no mantiene estable la polarización?

El nombre “fibra monomodo” puede resultar confuso. Significa que la fibra transporta un único modo espacial principal. No significa que solo pueda propagarse por ella una única polarización.

En una fibra monomodo estándar pueden propagarse dos componentes de polarización perpendiculares. En una fibra ideal y perfectamente simétrica, se comportarían casi de la misma manera. Sin embargo, las fibras reales nunca están completamente libres de tensiones. La flexión, la compresión, los cambios de temperatura, el cableado y la manipulación de los conectores pueden alterarlas.

Estas perturbaciones modifican la relación entre los dos componentes de polarización. Por lo tanto, la polarización de salida puede variar aunque la de entrada se mantenga igual.

¿Cómo funciona PM Fiber?

La fibra PM genera deliberadamente una propiedad denominada birrefringencia. En términos sencillos, la fibra hace que las condiciones ópticas de las dos direcciones de polarización perpendiculares sean ligeramente diferentes.

Estas dos direcciones se denominan «eje rápido» y «eje lento».

  • La luz alineada con el eje rápido tiene un índice de refracción efectivo ligeramente inferior.
  • La luz alineada con el eje lento tiene un índice de refracción efectivo ligeramente superior.

Dado que los dos ejes se comportan de forma diferente, la luz emitida a lo largo de un eje tiene menos probabilidades de acoplarse al otro eje. Por lo tanto, la polarización es más estable.

Las piezas que ejercen tensión definen los dos ejes

El diseño más conocido es la fibra PANDA. Consiste en colocar dos varillas que ejercen tensión a ambos lados del núcleo. A medida que el vidrio se enfría durante el proceso de fabricación, estas varillas generan una tensión controlada alrededor del núcleo. Esa tensión da lugar a los ejes rápido y lento.

Otros diseños, como la fibra en forma de pajarita y la fibra con revestimiento elíptico, generan birrefringencia de formas diferentes. El objetivo básico es el mismo: mantener los dos ejes de polarización claramente separados.

La alineación de los datos de entrada es fundamental

La fibra PM solo funciona correctamente cuando la luz polarizada está alineada con uno de los ejes principales en la entrada.

Si la luz incide formando un ángulo entre los ejes, parte de la potencia se propaga por cada uno de ellos. Las dos partes acumulan fase a ritmos diferentes. La polarización de salida puede entonces volverse elíptica o variar en función de la longitud de onda, la temperatura y la longitud.

Por este motivo, los conectores, empalmes y conjuntos PM requieren una alineación rotacional. La chaveta del conector suele tomar como referencia un eje determinado, pero la convención exacta debe confirmarse en el plano o en la ficha técnica. Una conexión de baja pérdida puede presentar, aun así, un rendimiento de polarización deficiente si los ejes están desalineados.

Diagrama esquemático de la inyección axial correcta y de la inyección con un desplazamiento de 45° para fibra pm.

Tres términos sencillos que conviene conocer

Birrefringencia

La birrefringencia es la diferencia entre los índices de refracción efectivos de los dos ejes:

B = |n_rápido − n_lento|

Por lo general, una diferencia mayor reduce la probabilidad de que se produzca un acoplamiento no deseado entre los ejes.

Duración del compás

La longitud de ciclo es la distancia a lo largo de la cual los dos componentes de polarización acumulan una diferencia de fase completa de 360 grados:

L_b = λ / B

En este caso, λ es la longitud de onda y B es la birrefringencia. Una longitud de batido menor indica una birrefringencia mayor. La longitud de batido siempre debe compararse a la longitud de onda indicada.

Relación de extinción por polarización

La relación de extinción por polarización, o PER, compara la potencia en el eje deseado con la potencia en el eje no deseado:

PER (dB) = 10 log10(P_deseada / P_no deseada)

Cuanto mayor sea el PER, mejor. Por ejemplo, un valor de 20 dB significa que la potencia en el eje deseado es 100 veces mayor que la potencia en el eje no deseado. El resultado de la medición depende de la fuente, la alineación de emisión, la longitud de la fibra, los conectores, los empalmes, las curvaturas y el método de ensayo.

Los fabricantes también pueden especificar la diafonía de polarización como un valor negativo. En ese caso, cuanto más negativo sea el resultado, mejor. Comprueba siempre qué medida se utiliza en la ficha técnica.

Tipos habituales de fibra PM

Tipo Cómo se produce la birrefringencia Motivo habitual para utilizarlo
PANDA
Junto al núcleo hay dos varillas de tensión.
De fácil acceso y de uso habitual en sistemas de comunicación, sensores y conjuntos láser
Pajarita
Alrededor del núcleo hay zonas de tensión con forma de pajarita
Birefringencia elevada inducida por tensión para aplicaciones especializadas
Con núcleo elíptico o revestimiento elíptico
Un núcleo o revestimiento asimétrico crea dos ejes
Se utiliza cuando se necesita una geometría diferente o un diseño específico

PANDA es el nombre que verán la mayoría de los compradores, pero el tipo de fibra por sí solo no garantiza que sea adecuada para una aplicación concreta. La longitud de onda, el recubrimiento, la atenuación, las dimensiones, el PER o la diafonía y los requisitos ambientales siguen siendo factores importantes.

Fibra PM frente a otros tipos de fibra

Tipo de fibra Objetivo principal ¿Conserva la polarización? Nota importante
Fibra monomodo estándar
Transmitir un modo espacial a largas distancias
No de forma fiable
La polarización puede variar en función de la tensión y la temperatura
Fibra que mantiene la polarización
Mantén la luz alineada con el eje elegido
Sí, siempre que se ponga en marcha y se maneje correctamente
No polariza la luz no polarizada.
Fibra de polarización única
Conducir una polarización y suprimir en gran medida la otra
Sí, dentro del rango de longitudes de onda para el que ha sido diseñado
Funciona de forma diferente a la fibra PM convencional

No elijas fibra PM solo porque un sistema utilice luz monomodo. Muchos enlaces habituales de telecomunicaciones no necesitan mantenimiento de polarización.

Sección transversal de la fibra PM frente a la de Panda Fiebr

Cómo leer una ficha técnica de fibra PM

1. Longitud de onda operativa y longitud de onda de corte

Las fibras PM están diseñadas para rangos de longitudes de onda concretos, como 850, 1060, 1310 o 1550 nm. Asegúrate de que la longitud de onda de funcionamiento se encuentre dentro del rango especificado. Comprueba también la longitud de onda de corte para que la fibra funcione en la región monomodo prevista.

2. Duración del compás

Una longitud de onda más corta suele indicar una birrefringencia más intensa. Compara los valores únicamente cuando la longitud de onda y las condiciones de ensayo sean similares.

3. PER o diafonía de polarización

Esto indica la capacidad del conjunto para mantener la potencia en el eje seleccionado. El valor de la fibra sin recubrimiento no es necesariamente el mismo que el resultado de un cable de conexión terminado. La alineación de los conectores, el empalme, la flexión y la manipulación pueden reducir el rendimiento.

4. Atenuación

La atenuación indica la pérdida óptica por unidad de longitud, normalmente expresada en dB/km. En el caso de conjuntos PM cortos, las pérdidas en los conectores y en los empalmes pueden ser más importantes que la atenuación de la fibra por kilómetro.

5. Diámetro del campo modal y apertura numérica

Estos valores influyen en el acoplamiento y en la compatibilidad de los empalmes. Una falta de compatibilidad entre dos fibras puede provocar pérdidas adicionales, incluso si ambos productos se describen como fibra PM.

6. Revestimiento, recubrimiento y capa amortiguadora

Comprueba el diámetro del cristal, el diámetro del recubrimiento, el material del recubrimiento y el rango de temperaturas. Los recubrimientos estándar de acrilato, los recubrimientos para altas temperaturas y los recubrimientos metálicos se adaptan a distintos entornos.

7. Requisitos de flexión

La flexión puede provocar pérdidas y alterar la polarización. Respeta el radio de curvatura mínimo indicado por el proveedor y las condiciones de prueba. Nuestro Guía sobre el radio de curvatura de la fibra óptica explica la diferencia fundamental entre la macroflexión y la microflexión.

Ficha técnica de la fibra de mantenimiento de polarización: tarjeta de referencia rápida

Un ejemplo real de ficha técnica

La ficha técnica del PANDA PM 1550 de Corning, publicada en enero de 2019, recoge estos valores para ese producto concreto:

Parámetro Valor y estado publicados
Longitud de onda de funcionamiento
1550 nm
Atenuación máxima
0,5 dB/km a 1550 nm
Diámetro del campo modal
10,5 ± 0,5 µm a 1550 nm
Duración del compás
De 3,0 a 5,0 mm a 1550 nm
Diafonía máxima
−30 dB a 100 m
Interferencia cruzada típica
−40 dB a 4 m

Estos valores de PM de la fibra no son universales. Constituyen un ejemplo útil de cómo las especificaciones dependen de la longitud de onda y de la longitud de prueba. El comprador debe consultar la ficha técnica concreta de la fibra o el conjunto de cables que esté considerando adquirir.

¿Dónde se utiliza la fibra PM?

Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen:

  • Giroscopios de fibra óptica y sistemas de navegación
  • Sensores interferométricos y de corriente
  • Comunicación óptica coherente
  • Láseres de fibra y sistemas de transmisión de láser
  • Equipos de ensayo sensibles a la polarización
  • Óptica cuántica e instrumentos de investigación
  • Dispositivos fotónicos integrados

En un sistema montado, la fibra es solo una parte de la trayectoria de polarización. Conectores de fibra óptica, los empalmes, los acopladores y otros componentes también deben garantizar la alineación y el rendimiento requeridos.

Cómo elegir una fibra PM o un conjunto PM

Antes de comprar, responde a estas preguntas:

  1. ¿Cuál es la longitud de onda y el ancho de banda exactos de funcionamiento?
  2. ¿Qué diseño de PM y qué modelo de fibra requiere el equipo?
  3. ¿Qué eje debería llevar la luz: el eje lento o el rápido?
  4. ¿Qué valor de PER o de diafonía se requiere, y en qué longitud de prueba?
  5. ¿Qué tipo de conector, pulido, orientación de la llave y tolerancia del eje se requieren?
  6. ¿Cuáles son los requisitos máximos de pérdida de inserción y pérdida de retorno?
  7. ¿Qué temperatura, radio de curvatura, recubrimiento y condiciones mecánicas se aplican?
  8. ¿Se suministrará el artículo como fibra desnuda, pigtail o con terminación? cable de fibra óptica?

En el caso de los conjuntos, solicita un plano en el que se identifique el eje con chaveta. Pregunta también si el PER se mide en el conjunto completo y si el resultado incluye el conector.

Errores habituales

Error 1: Dar por sentado que la fibra PM genera luz polarizada

No es así. Se sigue necesitando un polarizador o una fuente polarizada cuando la señal de entrada aún no está polarizada.

Error n.º 2: Ignorar la alineación de los ejes

Una buena pérdida de inserción no garantiza un buen PER. Los ejes deben estar alineados a lo largo de los conectores y los empalmes.

Error n.º 3: Comparar especificaciones sin tener en cuenta las condiciones

Un valor de diafonía a 4 m no puede compararse directamente con uno medido a 100 m. Lo mismo ocurre con la longitud de onda, el estado de curvatura y la temperatura.

Error n.º 4: Considerar que todas las fibras PANDA son intercambiables

Pueden presentar diferentes diámetros de campo modal, recubrimientos, longitudes de onda de corte, niveles de prueba de resistencia y límites ambientales.

Error n.º 5: Utilizar fibra PM cuando basta con la fibra estándar

Las fibras PM y los conjuntos PM suelen ser más caros y requieren un manejo más cuidadoso. Utilízalos cuando el sistema dependa realmente de la estabilidad de la polarización.

Preguntas frecuentes sobre CWDM

¿La fibra PM es lo mismo que la fibra monomodo?

La fibra PM suele ser un tipo de fibra monomodo, pero la fibra monomodo estándar no mantiene la polarización.

Puede transportar luz no polarizada, pero no la convertirá en una polarización lineal estable. La principal ventaja se aprecia cuando la luz polarizada se introduce a lo largo de un eje principal.

Muchos sistemas utilizan el eje lento, pero no todos. Sigue las instrucciones del fabricante del láser, del componente o del instrumento y comprueba la convención de clave del conector.

Sí, pero la unión ya no garantiza el mantenimiento de la polarización más allá de la sección PM. La desajustación del campo modal también puede provocar pérdidas.

Sí. Un empalmador adecuado debe identificar y alinear las estructuras o los ejes de tensión. La mera alineación del núcleo, por sí sola, puede dar lugar a bajas pérdidas, pero a un rendimiento deficiente en cuanto a la polarización.

Un PER medido más alto indica una mayor separación entre la potencia de polarización deseada y la no deseada. No obstante, debe evaluarse teniendo en cuenta condiciones reales de longitud, curvatura, longitud de onda, temperatura, conector y ensayo.

La conclusión sencilla

La fibra PM está diseñada para mantener la luz polarizada alineada con un eje interno seleccionado. Para ello, genera una fuerte birrefringencia entre un eje rápido y un eje lento.

Recuerda tres cosas:

  1. La fibra PM mantiene la polarización; no la genera.
  2. Una alineación correcta de los ejes es tan importante como una baja pérdida óptica.
  3. Los valores de las fichas técnicas solo tienen sentido cuando se incluyen la longitud de onda, la longitud, la flexión y las condiciones de ensayo.

Con estos conceptos básicos, resulta mucho más fácil comprender y comparar las fichas técnicas de las fibras PM.

Fuente

  1. IEC 60793-2-70:2017 – Fibras ópticas. Parte 2-70: Fibras con mantenimiento de la polarización
  2. Enciclopedia de RP Photonics – Fibras con mantenimiento de polarización
  3. Corning – Ficha técnica de la fibra óptica PANDA PM 1550
  4. FiberLabs – Glosario de fibra con mantenimiento de polarización
  5. Optica / Journal of Lightwave Technology – Conexiones de fibra con mantenimiento de la polarización

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