Introduction à la polarisation
Lorsque la lumière traverse un point de l’espace, la direction et l’amplitude du champ électrique oscillant se déplacent le long d’un chemin au fil du temps. Un vecteur de champ électromagnétique perpendiculairement l'un à l'autre dans une section transversale (un plan perpendiculaire à la direction d'avancement) représente un signal d'onde lumineuse polarisée. La polarisation est définie à l'aide du vecteur champ électrique en fonction du temps, conformément au motif tracé sur la section transversale. La polarisation peut être divisée en polarisation linéaire, elliptique ou circulaire, dont la polarisation linéaire est la plus simple. La polarisation, quelle qu'elle soit, constitue un problème dans la transmission par fibre optique.
Tout système de communication radio et de mesure par fibre optique est un appareil capable d'analyser les interférences entre deux types d'ondes lumineuses. On ne peut utiliser l’information donnée par l’interférence que si les amplitudes des combinaisons restent stables dans le temps, c’est-à-dire que les ondes lumineuses sont dans le même état de polarisation. Dans ce cas il est nécessaire d'utiliser des fibres optiques capables de transmettre des états de polarisation stables. Alors pour résoudre ce problème,fibres optiquescapables de maintenir la polarisation ont été développés.
Qu'est-ce que la fibre PM ?
La diffusion de la polarisation de la lumière dans la fibre devient incontrôlée (selon la longueur d'onde) et dépend d'une éventuelle courbure de la fibre ainsi que de l'état de température. Des fibres optiques spéciales sont nécessaires pour obtenir les propriétés optiques souhaitées, qui sont affectées par la polarisation de la lumière lorsqu'elle traverse la fibre. De nombreux systèmes, tels que les interféromètres et capteurs à fibre, les lasers à fibre et les modulateurs électro-optiques, présentent également des pertes dépendant de la polarisation qui affectent les performances du système. Ce problème peut être résolu en utilisant des fibres optiques spéciales appelées fibres PM.
Le principe de la fibre PM
Si la polarisation de la lumière émise dans la fibre est coaxiale à un axe de biréfringence, elle le restera même si la fibre est courbée. Selon le principe du couplage de modes uniformes, le principe physique derrière ce phénomène peut être compris. En raison du fort phénomène de biréfringence, les constantes de propagation des deux modes de polarisation sont différentes, de sorte que la rencontre relative des modes impliqués a tendance à dériver rapidement. Par conséquent, tant que toute interférence le long de la lumière a une composante de Fourier spatiale efficace (et un nombre d’onde correspondant à la différence entre les constantes de propagation des deux modes), elle peut être efficacement adaptée aux deux modes. Si la différence est suffisamment grande, la perturbation générale de la lumière changera progressivement et lentement pour obtenir un couplage de mode efficace. Le principe de la fibre PM fait donc suffisamment de différence.
Parmi les applications les plus courantes de la communication longue distance par fibre optique, la fibre PM est utilisée pour introduire la lumière d'un endroit à un autre dans un état de polarisation linéaire. Pour parvenir à ce résultat, plusieurs conditions doivent être remplies. La fibre d'entrée doit être fortement polarisée pour éviter de transmettre des modes d'axe lent et d'axe rapide, dans lesquels l'état de polarisation de sortie est imprévisible.
Pour la même raison, le champ électrique dansla fibre optiquedoit être aligné avec précision et exactitude avec l'axe principal d'une fibre optique (qui est généralement l'axe lent dans la pratique industrielle). Si le câble de chemin de fibre PM est composé de fibres segmentées reliées par des connecteurs de fibre ou des joints d'épissure, l'adaptation de la rotation et du positionnement des fibres est un problème très critique. De plus, le connecteur doit être installé sur la fibre PM, et lors de l'installation du connecteur, la contrainte interne générée ne provoquera pas la projection du champ électrique sur l'axe optique non utilisé sur la fibre.
Applications de la fibre PM
Les fibres PM sont utilisées dans les zones où la dérive de polarisation n'est pas autorisée, comme les changements de température. Des exemples en sont les interféromètres à fibre et certains lasers à fibre. L’inconvénient de l’utilisation de telles fibres est qu’elles nécessitent généralement une orientation précise de la polarisation, ce qui peut causer davantage de problèmes. Dans le même temps, la perte de propagation est supérieure à celle des fibres optiques standard et il est difficile de maintenir tous les types de fibres optiques sous forme de rétention de polarisation.
Les fibres PM sont utilisées dans des applications spécifiques telles que les applications de détection de fibres, l'interférométrie et la distribution de clés quantiques. Il est également couramment utilisé dans les communications longue distance entre les générateurs laser et les modulateurs, qui nécessitent une lumière polarisée en entrée. Elle est rarement utilisée pour la transmission longue distance car la fibre PM est très coûteuse et présente une atténuation plus élevée que la fibre monomode.
Exigences pour l'utilisation de la fibre PM
Borne : Lorsque la borne d'une fibre PM est un connecteur optique, il est important de relier la tige de contrainte au connecteur, généralement au moyen d'une clé.
Épissage : L'épissage des fibres PM doit également être effectué avec beaucoup de soin. Lorsque la fibre est fusionnée, les axes X, Y et Z doivent être bien positionnés et le positionnement de rotation doit être bien positionné afin que la barre de contrainte puisse être positionnée avec précision.
Une autre exigence est que la condition incidente à l'extrémité de la fibre doit être cohérente avec la direction de l'axe principal transversal dela fibrecoupe transversale.
