[논문 리뷰] Distributed measurement of mode coupling in birefringent fibers with random polarization modes

Tianhua Xu, Feng Tang외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 22.

Advanced Fiber Optic Sensors참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 백색광 미클슨 간섭계를 사용하여 고비레프링전스성 편광유지 섬유(PMF)에서 편광 모드 커플링(DPC)을 분산 측정하기 위한 새로운 분산 측정 기법을 제안한다. 랜덤하게 자극된 편광 모드를 사용함으로써 정밀한 편광 정렬이 필요 없으며, 분석기의 회전을 통해 감도를 향상시켜 측정 감도를 100배 이상 향상시킨다. 이로 인해 엄격한 모드 자극 제어 없이도 정확하고 실용적인 DPC 프로파일링이 가능해진다.

ABSTRACT

A scanning white light interferometer is developed to measure the distributed polarization coupling (DPC) in high birefringence polarization maintaining fibers (PMFs). Traditionally, this technique requests only one polarization mode to be excited or both polarization modes to be excited with equal intensity in the PMF. Thus, an accurate alignment of the polarization direction with the principal axis in PMF is strictly required, which is not facilely realized in practical measurement. This paper develops a method to measure the spatial distribution of polarization mode coupling with random modes excited using a white light Michelson interferometer. The influence of incident polarization extinction ratio (PER) on polarization coupling detection is evaluated theoretically and experimentally. It is also analyzed and validated in corresponding measurement that the sensitivity of the polarization coupling detection system can be improved more than 100 times with the rotation of the analyzer.

연구 동기 및 목표

• PMF에서 전통적인 DPC 측정 기법이 요구하는 정밀한 편광 정렬 문제를 해결하기 위해.
• 단일 또는 양측 편광 모드가 랜덤한 강도로 자극될 경우에도 고비레프링전스성 섬유에서 모드 커플링의 정확한 분산 측정을 가능하게 하기 위해.
• 입사 편광 고립비(PER)가 DPC 측정 정확도 및 감도에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 간섭계 설정에서 분석기의 제어된 회전을 통해 측정 감도 향상의 가능성을 입증하기 위해.
• 실제 환경에서의 섬유 특성 분석에 적합한 실용적이고 정렬이 필요 없는 분산 DPC 측정 방법을 제공하기 위해.

제안 방법

• 스캐닝 백색광 미클슨 간섭계를 사용하여 PMF 내 편광 모드 커플링의 공간 분포를 측정한다.
• 시스템은 섬유의 주축과 정밀하게 정렬이 필요 없이 랜덤하게 자극된 편광 모드로 작동한다.
• 입사 편광 고립비(PER)가 측정 정확도에 미치는 영향을 이론적 및 실험적으로 분석한다.
• 분석기의 회전을 통해 시스템의 편광 커플링에 대한 감도를 향상시켜 측정 능력을 향상시킨다.
• 간섭계 설정을 통해 섬유 길이에 따라 고해상도의 분산 모드 커플링 측정이 가능하다.
• 이론적 모델링과 실험적 검증을 융합하여 감도 향상과 측정 정확도를 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 편광 모드가 랜덤한 강도로 자극될 경우 PMF에서 분산 편광 모드 커플링을 정확하게 측정할 수 있는가?
• RQ2 백색광 간섭계 설정에서 입사 편광 고립비(PER)는 DPC 측정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 분석기의 제어된 회전을 통해 DPC 측정 감도를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 백색광 간섭계를 사용할 경우 정밀한 편광 정렬이 필요 없이 DPC 측정을 수행할 수 있는가?
• RQ5 고비레프링전스성 섬유에서 분산 DPC 프로파일링을 위한 랜덤 편광 자극의 실용적 타당성은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 섬유의 주축과의 정밀한 입사 편광 정렬이 필요 없이 PMF에서 분산 모드 커플링 측정을 성공적으로 수행한다.
• 입사 편광 고립비(PER)가 DPC 측정에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였으며, 낮은 PER일수록 측정 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다.
• 분석기의 회전을 통해 시스템의 감도가 100배 이상 향상되어 약한 커플링 효과를 해상도 있게 식별할 수 있는 능력이 크게 향상되었다.
• 백색광 소스와 표준 간섭계 구성 요소만을 사용하여도 섬유 길이에 따라 정확하고 고해상도의 모드 커플링 프로파일링이 가능하다.
• 실험적 검증을 통해 이론적 예측이 확인되었으며, 랜덤 모드 자극 조건에서도 안정적인 성능을 보였다.
• 이 기법은 고비레프링전스성 섬유에서 분산 DPC 측정을 위한 실용적이고 정렬이 필요 없는 솔루션을 제공하며, 실제 환경 적용에 적합하다.