Взаимодействия в кольцевом резонаторе волокна

Наблюдаемая взаимность является основной особенностью И-ВОГ (см. главу 3), и эту взаимность конфигурации также возможно определить в Р-ВОГ. Его следует использовать только как "отражения" поверхностей резонатора с встроенными в линию поляризаторами на два провода одномодового волокна [10] (Рисунок 11.7). С такой конфигурацией, каждая пара противонаправленных волн, которые рециркулируют в то же самое время такое же количество раз

вдоль резонатора, следуя именно по тому же пути, включая соединительные провода, в противоположных направлениях: две противонаправленные волны накапливаются именно в одной фазе, и они имеют из-за взаимности те же затухания. Поскольку это действительно для всех рециркуляционных пар, ответы резонанатора с использованием такой взаимной конфигурации совершенно идентичны в обоих противоположных направлениях.

Однако использование строго взаимных конфигураций не является основополагающим для Р-ВОГ, как это имеет место в И-ВОГ, и аналогичные превращения также были получены в портах передачи многоволоконного кольцевого резонатора [11]. Можно считать, что второе устройство связи мгновенно выключено и небольшое количество интенсивности света резонирует внутри полости и что паразитные фазовые сдвиги в ответвлении устройства связи не влияют на измерение этой интенсивности.

Основная проблема взаимодействия в кольцевом резонаторе исходит от поляризации и двулучепреломления. Как уже видели, одномодовое волокно фактически передает две моды поляризации со слегка различными скоростями в связи с двулучепреломлением (см. приложение 2). Таким образом, кольцевой резонатор из одномодового волокна имеет два резонанса, которые соответствуют этим двум модам поляризации [3,11-13]. Вдоль одного кольцевого пролета из одной точки в резонаторе обратно в ту же точку, существует общее количество двулучепреломлений, которые могут быть представлены вектором поворота на сфере Пуанкаре (см. приложение 2). Два ортогональных состояния поляризации, соответствующие пересечению сферы с этим вектором, являются двумя собственными состояниями поляризации резонатора и учитываются точкой. Когда свет распространяется вдоль волокон резонатора, эти два состояния могут меняться в зависимости от двулучепреломления, но они остаются ортогональными и возвращаются обратно в исходное состояние после одного цикла обработки. Это условие необходимо для получения резонансной многократной интерференции нескольких различных рециркуляционных волн, поскольку они должны быть в том же состоянии поляризации необходимо комбинировать конструктивно.

Затем резонаторы имеют два набора резонансов, соответствующих поляризации их двух мод, которые распространяются по кольцу на один оборот вдоль различных оптических длин n ₁ L_r и n ₂ L_r в связи с двулучепреломлением. При взаимности эти два состояния идентичны в обоих противоположных направлениях (когда система не вращается!). Сначала казалось, что Р-ВОГ может работать с обычным одномодовым волокном, используя резонанс только одной моды поляризации [6]. Однако точные измерения центральной резонансной частоты не терпят малых асимметричных пиков или шероховатостей откликов. На практике всегда есть некоторый свет, сочетающий состояние скрещенной поляризации в связи с паразитным рассогласованием поляризации ввода волн, и эффект резонансного ответа этих паразитных скрещенных мод снижает симметрию основной резонансного сигнала. Описанные ранее взаимные конфигурации, не избежали этой асимметрии, но гарантировали, что она идентична в противоположных направлениях [10]. Однако может возникнуть угасание поляризации и ограничение неприятия поляризатора, который дает паразитные эффекты типа амплитудных в связи с высокой согласованностью источника. Невозможно воспользоваться преимуществом эффектов реполяризации, как в случае И-ВОГ, работающих с широкополосными источниками (см. главу 5).

Чтобы избежать угасания поляризации и уменьшить влияние резонанса пересеченных мод, было бы идеально иметь резонатор с волокном одной поляризации [13]; но такие волокна является деликатными в использовании и большинство нынешних систем используют вместо этого сохраняющие поляризацию волокна [10,14].

С сохранением поляризации большинство оптической мощности остается в одной моде резонатора, но есть еще некоторый свет в скрещенных модах из-за возникновения паразитной скрещенной, особенно в устройствах связи. Есть еще небольшой резонанс в дополнение к основному сигналу. Кроме того, положение этого паразитного резонансного сдвига зависит от температуры в том, что касается резонансного отклика основной моды [14]. Это дает нестабильную асимметрию резонансных пиков (Рисунок 11.8). Фактически

резонансы двух поляризационных мод имеют периодичность, равную периодичности свободных спектральных диапазонов n_sL_r и n_fL_r, где n_s и n_f – соответственно показатели преломления медленной и быстрой мод. В волокнах, в которых двулучепреломление вызвано напряжениями, разность показателей преломления n_s – n_f обычно находится около 10^–3 /°C, а при изменении температуры (n_s – n_f) L_r равно длине волны источника λ, небольшой паразитный сдвиг свободного спектрального диапазона переходит в основной резонансный сигнал. С резонатором длиной 10 м и двулучепреломлением биения длиной 1 мм получаются с изменением температуры только 0,1 °С. Заметим, однако, что сохраняющие поляризацию волокна используются в эллиптическом ядре при меньшей зависимости от температуры (около 10^–5 /°C вместо того, чтобы 10^–3 /°C); но, на практике они не часто используются, в связи с низким сохранением поляризации.

Чтобы избежать этой проблемы резонанса скрещенных мод поляризации, было предложено размещение поляризационных элементов внутри резонатора [13]; Однако совсем недавно очень перспективное (и тонкое) решение было описано [15,16] и продемонстрировано [11]. Петля резонатора по-прежнему сделана из волокна, сохраняющего поляризацию, но соединена с поворотом на 90 град к основной оси волокна и помещена внутрь резонатора (Рисунок 11.9).

В такой конфигурации, несмотря на две моды поляризации волокна, резонатор становится с точки зрения поляризации одномодовым. Диапазон составного резонатора теперь состоит из распространения вдоль резонатора быстрой моды, а затем распространяется медленная мода. Оптическая длина резонатора становится (n_s + n_f) L_r и свободный спектральный диапазон l/(n_s + n_f) L_r. Эта идея аналогична кольцу Мёбиуса, которое имеет только одну "сторону", в то время как лента имеет две стороны [17]!