Эффект деполяризации в двулучепреломленных

Принцип сохранения поляризации волокон (см. приложение 2) подразумевает создание сильного двулучепреломления, которое разделяет поляризационные моды в одномодовом волокне. Когда свет находится в одном поляризационном состоянии, в этом состоянии он будет оставаться главным образом на входе, поскольку двулучепреломление индуцируется гораздо выше, чем паразитные дефекты.

Поведение сохранения поляризации волокон можно объяснить с двумя ортогональных поляризационными модами и случайным соединением точек, в которых небольшое количество света переносится из одной моды в другую. Средний темп интенсивности (или мощности) переноса называется h -параметром волокна [1], при этом

, (5.1)

где I_p – интенсивность первичной поляризационной моды на входе и I_c – интенсивность поперечной моды. Типичное значение h 10^–5 м^–1 (сохранение поляризации до 20 дБ/км).

Наиболее известные сохраняющие поляризацию волокна, используемые в волоконном гироскопе, основаны на линейном двулучепреломлении, которое вызвано добавочно напряженной структурой в облицовке. Они сохраняют состояние линейной поляризации, когда это состояние сочетается на входе вдоль основной оси волокна с двулучепреломлением.

В волоконном гироскопе это сохранение поляризации поддерживает наибольшую мощность в основной и обратной волнах, избегая затухания сигнала. Лишь небольшая часть передается в поперечной необратной волне, и, кроме того, при использовании широкополосного источника, это дает деполяризацию, потому что свет распространяется с различными скоростями по сравнению с основной модой [2]. Распространение волн в широком спектре может быть проанализировано с учетом того, что они состоят из волнового пакета с длиной, равной длине декогерентности L_dc. (Как описано в приложении 1, функция когерентности является колоколообразной функцией без строгой ширина границы). Определение длины когерентности зависит от публикаций. В этой книге мы используем классическое определение длины когерентности L_c [3], которое является на самом деле rms полуширинной или полуширинной от 1σ: это длина, которая сохраняется в отличие от хорошей интерференции. Мы предпочитаем называть ее длиной «декогерентности» L_dc, она базируется на простой формуле λ²/Δ λ _FWHM, где Δ λ _FWHM является полной шириной от половины максимальной интенсивности спектра источника света. L_dc является на самом деле половиной шириной от 4σ: это длина, который почти полностью разрушает контраст. Обратите внимание, что некоторые авторы используют третье определение для функции гауссовой когерентности: половина ширины от 1/ e, которая является на самом деле половиной ширины от 2σ.) Когда имеется продольно-поперечная поляризация, основной и поперечный волновые импульсы теряют свои перекрытия из-за их разной скорости (Рисунок 5.1), которая дает статистическую декорреляцию между обеими пересекающимися модами, которая называется деполяризацией. Это

(5.2)

где Δ n_b разность показателей при двулучепреломлении и Λ – пульсация двулучепреломления по длине волокна. Как указано в приложении 2, эта простая формула применяется, только если разность показателей при двулучепреломлении Δ n_b зависит от длины волны, как это бывает в случае с волокном, двулучепреломление которого индуцируется напряжением, что широко используется в волоконном гироскопе. В общем случае должна учитываться дисперсия и имеем L_d/L_dc = 1/[Δ n_b +ω(d(Δ n_b)/d ω)] [2]. Например, SLD на 850 нм имеет типичный спектр шириной Δ λ _FWHM 20 нм, которая дает

L_dс =36 мкм

и типичное значение Δ n_b =5х10 ^{̶ 4}, поэтому

L_d =7 см.

Однако эта деполяризация не является полностью эквивалентентом естественно неполяризованного света. Неполяризованный свет по-прежнему прекрасно неполяризован независимо от двулучепреломления при распространении в среде (если затухание не зависит от поляризации): две ортогональные поляризации всегда являются статистически некоррелируемыми. С деполяризацией широкого спектра с двулучепреломляющим распространением, с другой стороны, хорошая корреляция может быть восстановлена компенсацией за задержку. Например, если после распространения в двулучепреломляющей среде свет распространяется вдоль той же длины двулучепреломляющей среды, но основная ось повернута на 90 град, обе поляризационные моды распространяются половину пути в быстрой моде и половину пути в медленной моде: они деполяризованы в середине, но они будут поляризованными снова в конце, поскольку первая задержка компенсируется второй.

Полный анализ проблемы поляризации в волоконном гироскопе имеет целью избежать такой компенсации, с тем чтобы в полной мере воспользоваться этим эффектом деполяризации, который резко снижает необратимость.