Se você está começando a entrar no mundo da fibra óptica, todos os termos técnicos e abreviações podem parecer esmagadores. Por isso, criei este série glossário de fibras - para ajudá-lo a entender o que esses termos realmente significam, da maneira mais simples possível.

Explicarei tudo do ponto de vista de um especialista do setor, usando fotos reais sempre que possível (não apenas renderizações sofisticadas). Também evito explicações excessivamente complexas, mantendo a linguagem clara e direta, para que você possa ter certeza de que entenderá o real significado desses termos após a leitura.

Hoje, vamos falar sobre: Fibra com manutenção de polarização (PM)

ÍNDICE DE CONTEÚDO

Resposta rápida: O que é a fibra PM?

A fibra com manutenção de polarização, geralmente chamada de fibra PM, é uma fibra óptica especial projetada para manter um sinal de luz polarizado linearmente alinhado com um dos dois eixos integrados à medida que se propaga.

Ordinário fibra monomodo transmite um único modo espacial, mas isso não significa que ela mantenha um único estado de polarização estável. Pequenas curvaturas, pressão, variações de temperatura e variações de fabricação podem alterar a polarização. A fibra PM reduz essa mistura indesejada ao criar uma diferença forte e controlada entre os dois eixos de polarização.

O ponto mais importante é simples: A fibra PM mantém um estado de polarização corretamente transmitido. Ela não gera luz polarizada a partir de luz não polarizada.

Diagrama esquemático de fibra com manutenção de polarização

Fonte da imagem: Vlink

O que significa “polarização”?

A luz é uma onda eletromagnética. Seu campo elétrico se move em uma determinada direção à medida que a luz avança. A polarização descreve como essa direção se comporta.

No caso da luz polarizada linearmente, o campo elétrico se move principalmente ao longo de uma direção fixa. Alguns sistemas ópticos precisam que essa direção permaneça estável. Entre os exemplos estão os giroscópios de fibra, os interferômetros, os sistemas de comunicação coerentes, os lasers e os equipamentos de detecção.

Se a polarização sofrer desvios, o sistema pode perder precisão de medição, potência ou estabilidade. É por isso que existe a fibra PM.

Por que a fibra monomodo comum não mantém a polarização estável?

O nome “fibra monomodo” pode causar confusão. Significa que a fibra transporta um único modo espacial principal. Não significa que apenas uma polarização possa se propagar por ela.

Duas componentes de polarização perpendiculares ainda podem se propagar em uma fibra monomodo padrão. Em uma fibra ideal e perfeitamente simétrica, elas se comportariam quase da mesma forma. A fibra real nunca está totalmente isenta de tensão. Curvaturas, compressões, variações de temperatura, instalação do cabeamento e manuseio dos conectores podem causar perturbações nela.

Essas perturbações alteram a relação entre as duas componentes de polarização. A polarização de saída pode, portanto, mudar mesmo quando a polarização de entrada permanece a mesma.

Como funciona o PM Fiber?

A fibra PM cria deliberadamente uma propriedade chamada birrefringência. Em termos simples, a fibra proporciona condições ópticas ligeiramente diferentes para duas direções de polarização perpendiculares.

Essas duas direções são chamadas de eixo rápido e eixo lento.

  • A luz alinhada com o eixo rápido apresenta um índice de refração efetivo ligeiramente menor.
  • A luz alinhada com o eixo lento apresenta um índice de refração efetivo ligeiramente maior.

Como os dois eixos se comportam de maneira diferente, a luz emitida ao longo de um eixo tem menor probabilidade de se acoplar ao outro eixo. A polarização é, portanto, mais estável.

As peças que aplicam tensão formam os dois eixos

O projeto mais conhecido é a fibra PANDA. Nele, duas hastes que aplicam tensão são posicionadas ao lado do núcleo. À medida que o vidro esfria durante a fabricação, essas hastes criam uma tensão controlada ao redor do núcleo. Essa tensão dá origem aos eixos rápido e lento.

Outros modelos, como a fibra em forma de gravata borboleta e a fibra revestida elíptica, geram birrefringência de maneiras diferentes. O objetivo básico é o mesmo: manter os dois eixos de polarização claramente separados.

O alinhamento dos dados de entrada é fundamental

A fibra PM só funciona conforme o esperado quando a luz polarizada está alinhada com um dos eixos principais na entrada.

Se a luz incidir em um ângulo entre os eixos, parte da energia se propaga em cada eixo. As duas partes acumulam fase em ritmos diferentes. A polarização na saída pode, então, tornar-se elíptica ou variar com o comprimento de onda, a temperatura e o comprimento.

É por isso que os conectores, emendas e conjuntos PM exigem alinhamento rotacional. A chave do conector é normalmente referenciada a um eixo escolhido, mas a convenção exata deve ser confirmada no desenho ou na ficha técnica. Uma conexão de baixa perda ainda pode apresentar baixo desempenho de polarização se os eixos estiverem desalinhados.

Diagrama esquemático da injeção axial correta e da injeção com deslocamento de 45° para fibra pm.

Três termos simples que vale a pena conhecer

Birrefringência

A birrefringência é a diferença entre os índices de refração efetivos dos dois eixos:

B = |n_rápido − n_lento|

Uma diferença maior geralmente reduz a probabilidade de ocorrer acoplamento indesejado entre os eixos.

Duração do compasso

O comprimento de batida é a distância ao longo da qual as duas componentes de polarização acumulam uma diferença de fase total de 360 graus:

L_b = λ / B

Aqui, λ é o comprimento de onda e B é a birrefringência. Um comprimento de batimento menor indica uma birrefringência mais forte. O comprimento de batimento deve sempre ser comparado no comprimento de onda indicado.

Relação de extinção por polarização

A razão de extinção de polarização, ou PER, compara a potência no eixo desejado com a potência no eixo indesejado:

PER (dB) = 10 log10(P_desejado / P_indesejado)

Um PER mais alto é melhor. Por exemplo, 20 dB significa que a potência no eixo desejado é 100 vezes maior que a potência no eixo indesejado. O resultado da medição depende da fonte, do alinhamento de lançamento, do comprimento da fibra, dos conectores, das emendas, da curvatura e do método de teste.

Os fabricantes também podem especificar a diafonia de polarização como um valor negativo. Nesse caso, quanto mais negativo for o resultado, melhor. Verifique sempre qual medida a ficha técnica utiliza.

Tipos comuns de fibra PM

Tipo Como isso gera birrefringência Motivo comum para usá-lo
PANDA
Duas barras de tensão estão posicionadas ao lado do núcleo
Amplamente disponíveis e comumente utilizados em sistemas de comunicação, sensores e conjuntos a laser
Gravata-borboleta
Regiões de tensão em forma de gravata-borboleta circundam o núcleo
Birefringência intensa induzida por tensão para aplicações especializadas
Com núcleo elíptico ou revestimento elíptico
Um núcleo ou revestimento assimétrico cria dois eixos
Utilizado quando é necessária uma geometria diferente ou um projeto especializado

PANDA é o nome que a maioria dos compradores verá, mas o tipo de fibra, por si só, não garante que ela seja adequada para uma determinada aplicação. O comprimento de onda, o revestimento, a atenuação, as dimensões, o PER ou a diafonia e os requisitos ambientais continuam sendo fatores importantes.

Fibra PM x outros tipos de fibra

Tipo de fibra Objetivo principal Isso preserva a polarização? Observação importante
Fibra monomodo padrão
Transmitir um modo espacial por longas distâncias
Não de forma confiável
A polarização pode sofrer desvio devido à tensão e à temperatura
Fibra com manutenção de polarização
Mantenha a luz alinhada com um eixo escolhido
Sim, quando lançado e manuseado corretamente
Ele não polariza a luz não polarizada
Fibra de polarização única
Conduzir uma polarização enquanto suprime fortemente a outra
Sim, dentro da faixa de comprimento de onda para a qual foi projetado
Funciona de maneira diferente da fibra PM comum

Não escolha a fibra PM apenas porque um sistema utiliza luz monomodo. Muitos links comuns de telecomunicações não precisam de manutenção de polarização.

Seção transversal da fibra PM vs. da Panda Fiebr

Como ler uma ficha técnica da PM Fiber

1. Comprimento de onda de operação e comprimento de onda de corte

As fibras PM são projetadas para faixas específicas de comprimento de onda, como 850, 1060, 1310 ou 1550 nm. Verifique se o comprimento de onda de operação está dentro da faixa especificada. Verifique também o comprimento de onda de corte para garantir que a fibra opere na região de modo único pretendida.

2. Duração da batida

Um comprimento de batida menor geralmente indica uma birrefringência mais forte. Compare os valores somente quando o comprimento de onda e as condições de teste forem semelhantes.

3. PER ou interferência de polarização

Isso indica o grau de manutenção da potência pelo conjunto no eixo selecionado. O valor medido na fibra nua não é necessariamente o mesmo que o resultado obtido com um cabo de conexão pronto. O alinhamento do conector, a emenda, a flexão e o manuseio podem reduzir o desempenho.

4. Atenuação

A atenuação indica a perda óptica por unidade de comprimento, geralmente expressa em dB/km. Em conjuntos PM curtos, as perdas nos conectores e nas emendas podem ser mais significativas do que a atenuação da fibra por quilômetro.

5. Diâmetro do campo modal e abertura numérica

Esses valores afetam o acoplamento e a compatibilidade das emendas. Uma incompatibilidade entre duas fibras pode causar perda adicional, mesmo que ambos os produtos sejam descritos como fibra PM.

6. Revestimento, camada de proteção e camada tampão

Verifique o diâmetro do vidro, o diâmetro do revestimento, o material do revestimento e a faixa de temperatura. Os revestimentos padrão de acrilato, os revestimentos para altas temperaturas e os revestimentos metálicos são indicados para diferentes ambientes.

7. Requisitos relativos à curvatura

A curvatura pode causar perdas e alterar a polarização. Respeite o raio mínimo de curvatura indicado pelo fornecedor e as condições de teste. Nossos Guia sobre o raio de curvatura da fibra explica a diferença fundamental entre macroflexão e microflexão.

Cartão de referência rápida da ficha técnica da fibra com manutenção de polarização

Um exemplo real de ficha técnica

A ficha técnica do PANDA PM 1550 da Corning, publicada em janeiro de 2019, apresenta estes valores para esse produto específico:

Parâmetro Valor e estado declarados
Comprimento de onda de operação
1550 nm
Atenuação máxima
0,5 dB/km a 1.550 nm
Diâmetro do campo modal
10,5 ± 0,5 µm a 1550 nm
Duração do compasso
3,0 a 5,0 mm a 1.550 nm
Interferência cruzada máxima
−30 dB a 100 m
Interferência cruzada típica
−40 dB a 4 m

Esses valores de PM da fibra não são universais. Eles constituem um exemplo útil de como as especificações estão ligadas ao comprimento de onda e ao comprimento de teste. O comprador deve consultar a ficha técnica específica da fibra ou do conjunto de cabos que está sendo considerado.

Onde a fibra PM é utilizada?

Entre as aplicações mais comuns estão:

  • Giroscópios de fibra óptica e sistemas de navegação
  • Sensores interferométricos e de corrente
  • Comunicação óptica coerente
  • Lasers de fibra e sistemas de transmissão de laser
  • Equipamento de teste sensível à polarização
  • Óptica quântica e instrumentos de pesquisa
  • Dispositivos fotônicos integrados

Em um sistema pronto, a fibra é apenas uma parte do caminho de polarização. Conectores de fibra óptica, as emendas, os acopladores e outros componentes também devem garantir o alinhamento e o desempenho exigidos.

Como escolher uma fibra PM ou um conjunto PM

Antes de comprar, responda a estas perguntas:

  1. Quais são o comprimento de onda operacional exato e a largura de banda?
  2. Qual modelo de PM e de fibra o equipamento requer?
  3. Qual eixo deve servir de referência para a luz: o eixo lento ou o eixo rápido?
  4. Qual é o valor de PER ou crosstalk exigido e em qual comprimento de teste?
  5. Que tipo de conector, polimento, orientação da chave e tolerância do eixo são necessários?
  6. Quais são os requisitos máximos para perda de inserção e perda de retorno?
  7. Quais são as condições de temperatura, curvatura, revestimento e mecânicas aplicáveis?
  8. O item será fornecido como fibra nua, pigtail ou pronto para uso? cabo de conexão de fibra óptica?

Para conjuntos, solicite um desenho que identifique o eixo com chaveta. Pergunte também se o PER é medido no conjunto completo e se o resultado inclui o conector.

Erros comuns

Erro 1: Presumir que a fibra PM gera luz polarizada

Não. Ainda é necessário um polarizador ou uma fonte polarizada quando a entrada ainda não está polarizada.

Erro 2: Ignorar o alinhamento dos eixos

Uma boa perda de inserção não garante um bom PER. Os eixos devem estar alinhados ao longo dos conectores e emendas.

Erro 3: Comparar especificações sem levar em conta as condições

Um valor de diafonia a 4 m não pode ser comparado diretamente com um valor medido a 100 m. O mesmo se aplica ao comprimento de onda, ao estado de curvatura e à temperatura.

Erro 4: Tratar todas as fibras PANDA como intercambiáveis

Eles podem apresentar diferentes diâmetros de campo modal, revestimentos, comprimentos de onda de corte, níveis de teste de resistência e limites ambientais.

Erro 5: Usar fibra PM quando a fibra padrão já é suficiente

As fibras PM e os conjuntos PM costumam ser mais caros e exigem um manuseio mais cuidadoso. Utilize-os quando o sistema realmente depender da estabilidade da polarização.

Perguntas frequentes sobre CWDM

A fibra PM é a mesma coisa que a fibra monomodo?

A fibra PM é normalmente um tipo de fibra monomodo, mas a fibra monomodo padrão não mantém a polarização.

Ele pode transportar luz não polarizada, mas não transforma essa luz em uma polarização linear estável. A principal vantagem se manifesta quando a luz polarizada é lançada ao longo de um eixo principal.

Muitos sistemas utilizam o eixo lento, mas nem todos. Siga as especificações do fabricante do laser, do componente ou do instrumento e confirme a convenção de chave do conector.

Sim, mas a junção não garante mais a manutenção da polarização além da seção PM. O desajuste do campo de modo também pode causar perdas.

Sim. Um emendador adequado deve identificar e alinhar as estruturas ou eixos de tensão. O simples alinhamento do núcleo, por si só, pode resultar em baixas perdas, mas em um desempenho de polarização insatisfatório.

Um PER medido mais alto indica uma melhor separação entre a potência de polarização desejada e a indesejada. No entanto, isso deve ser avaliado considerando condições reais de comprimento, curvatura, comprimento de onda, temperatura, conector e teste.

A conclusão simples

A fibra PM foi projetada para manter a luz polarizada alinhada com um eixo interno selecionado. Isso é possível graças à forte birrefringência criada entre um eixo rápido e um eixo lento.

Lembre-se de três pontos:

  1. A fibra PM mantém a polarização; ela não a cria.
  2. O alinhamento correto dos eixos é tão importante quanto uma baixa perda óptica.
  3. Os valores da ficha técnica só fazem sentido quando o comprimento de onda, o comprimento, a curvatura e as condições de teste são informados.

Com esses conceitos básicos, fica muito mais fácil entender e comparar uma ficha técnica de fibra PM.

Fonte

  1. IEC 60793-2-70:2017 – Fibras ópticas, Parte 2-70: Fibras com manutenção de polarização
  2. Enciclopédia da RP Photonics – Fibras com manutenção de polarização
  3. Corning – Folha de dados da fibra óptica PANDA PM 1550
  4. FiberLabs – Glossário de fibras com manutenção de polarização
  5. Optica / Revista de Tecnologia de Ondas de Luz – Conexões em fibra com manutenção da polarização

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