La fibre à maintien de polarisation a un rôle précis dans les systèmes optiques cohérents : elle stabilise les chemins optiques sélectionnés qui doivent fournir une polarisation linéaire connue à un composant sensible à la polarisation.
Ce n'est normalement pas la fibre utilisée entre les émetteurs-récepteurs cohérents 100G, 400G ou 800G. La ligne de transmission est généralement une fibre monomode standard, tandis que la fibre PM apparaît à l'intérieur d'un émetteur, d'un récepteur, d'un moteur optique, d'un boîtier photonique ou d'une configuration de test. La quantité exacte de fibre PM dépend de la quantité de gestion de polarisation mise en œuvre avec des composants discrets et de la quantité intégrée sur une puce photonique.
Ce guide explique où s'adapte la fibre PM, pourquoi elle est différente du multiplexage par répartition de polarisation et de la dispersion des modes de polarisation, et ce que les ingénieurs doivent spécifier lors de l'achat de tresses PM, de cordons de brassage, de coupleurs ou de réseaux de fibres pour une optique cohérente. Les lecteurs qui ont besoin d'une introduction plus large peuvent commencer par le guide du site pourprincipes fondamentaux des fibres à maintien de polarisation.
Réponse rapide : où la fibre PM est-elle utilisée ?
La fibre PM est généralement envisagée pour ces chemins sensibles à la polarisation :
- Un laser à largeur de raie étroite connecté à un modulateur IQ externe
- Un laser oscillateur local connecté à un hybride optique cohérent
- Répartiteurs, coupleurs, isolateurs, amplificateurs et combineurs PM discrets
- Réseau de fibres PM couplé à un circuit intégré photonique sensible à la polarisation
- Voies de test en laboratoire et en production nécessitant un alignement de polarisation reproductible
L'interface de ligne externe est différente. Un récepteur cohérent est conçu pour accepter une entrée dont l'état de polarisation change pendant la transmission. Il sépare deux composantes orthogonales et utilise le traitement du signal numérique pour reconstruire les flux de données transmis.
Fibre PM, PDM, PMD et diversité de polarisation
| Terme | Ce qu'il décrit | Ce que ça ne veut pas dire |
|---|---|---|
| Fibre à maintien de polarisation | Une fibre spécialisée biréfringente qui réduit le couplage entre deux modes de polarisation principaux lorsque la lumière est projetée le long d'un axe. | Il ne convertit pas la lumière d'entrée arbitraire en un état de polarisation pur |
| Multiplexage par répartition en polarisation | Deux états de polarisation orthogonaux transportant des flux de symboles indépendants | Il ne nécessite pas deux fibres de ligne PM distinctes |
| Dispersion du mode de polarisation | Retard différentiel entre les modes de polarisation dans le chemin de transmission | Il n'est pas éliminé simplement en ajoutant un court cavalier PM |
| Réception à diversité de polarisation | Une architecture de récepteur optique et numérique qui récupère les deux composantes de polarisation | Il n'est pas nécessaire que le signal de ligne entrant reste aligné sur un axe physique fixe |
Ce que la fibre PM préserve réellement
La fibre PM contient une biréfringence délibérément introduite. Lorsque la lumière polarisée linéairement est couplée avec précision à l'axe rapide ou lent, la relation de phase entre les deux modes principaux change suffisamment rapidement pour réduire le couplage de modes indésirable provoqué par une perturbation environnementale modérée.
Le résultat pratique est une orientation de polarisation plus stable à la fin d’un trajet PM contrôlé. Les performances dépendent toujours de l'alignement du lancement, du codage des connecteurs, des épissures, de la flexion, de la température et de chaque composant intermédiaire.
La fibre PM ne doit pas non plus être confondue avec un élément polarisant. UNpolariseur mécaniqueest destiné à favoriser une polarisation, tandis que la fibre PM est destinée à préserver une relation de polarisation déjà définie.
Pourquoi les signaux PDM peuvent voyager via SMF standard
Un émetteur cohérent multiplexé en polarisation lance des données indépendantes sur deux champs optiques orthogonaux. Une fois que le signal entre dans la ligne, les contraintes mécaniques, la température, les courbures, les épissures et les éléments du réseau modifient son état de polarisation.
Le récepteur ne s’attend pas à ce que les axes X et Y d’origine arrivent inchangés. Un frontal à diversité de polarisation produit des observations électriques des deux composants, et un égaliseur numérique à entrées multiples et sorties multiples estime et inverse le mélange. Cette architecture est définie dans le règlement de l'OIFaccord de récepteur cohérent à double polarisation.
Où s'intègre la fibre PM dans un émetteur cohérent
Livraison laser-modulateur
Un modulateur IQ externe interagit normalement avec une polarisation spécifique du guide d'onde. Si la polarisation d'entrée tourne, la puissance couplée et la réponse de modulation peuvent changer. Une queue de cochon PM ouAssemblage de cordon de brassage PMpeut fournir une interface laser-modulateur stable lorsque la source, le connecteur et le modulateur utilisent la même convention d'axe.
Une faible réflexion arrière peut également avoir de l’importance autour d’un laser à largeur de raie étroite. Lorsque les interfaces des composants sont compatibles,Câbles de brassage PM FC/APCsont une option pour les connexions polies en angle. Les interfaces à fibre nue ou à couplage de puces peuvent à la place nécessiter une queue de cochon personnalisée ou unAssemblage PM avec revêtement AR. L'interface correcte doit provenir des spécifications du laser et du modulateur plutôt que d'une préférence générique pour APC.
Génération d'un signal cohérent à double polarisation
Dans un émetteur discret, la lumière porteuse peut être divisée en deux chemins de modulateur. Les champs optiques modulés sont combinés avec une relation de polarisation à 90 degrés pour former un signal à double polarisation. L'OIFaccord d'émetteur en quadrature multiplexé en polarisationfournit une référence industrielle pour les fonctions intégrées du transmetteur PMQ.
Les fibres PM et les composants passifs PM peuvent être utiles entre des dispositifs discrets, mais uniquement lorsque la chaîne complète maintient une relation d'axe contrôlée. Un séparateur standard ou une épissure orientée de manière aléatoire inséré dans cette chaîne peut mettre fin à la section PM contrôlée même si les fibres environnantes sont classées PM.
Lorsqu'un chemin optique discret nécessite une séparation tout en préservant la polarisation, un chemin optique adaptéCoupleur de filtre PMpeut être envisagée. Sa longueur d'onde, sa convention d'axe, sa perte d'insertion, sa perte excessive et le comportement du boîtier doivent toujours correspondre à la conception réelle.
Réseaux de fibres PM et puces photoniques
Un réseau de fibres PM peut fournir plusieurs canaux optiques alignés à un circuit intégré photonique. L’assemblage doit contrôler bien plus que le nombre et le pas des fibres. Les interfaces importantes incluent :
- Orientation rapide ou lente de l'axe par rapport au mode sensible à la polarisation de la puce
- Alignement angulaire sur toutes les fibres
- Compatibilité mode-champ avec les coupleurs de bord ou de réseau
- Uniformité de la perte d'insertion d'un canal à l'autre
- Stabilité mécanique pendant la fixation et les cycles de température
Une intégration plus élevée n’augmente pas automatiquement le nombre de fibres PM externes. Les séparateurs, rotateurs, combineurs, modulateurs et hybrides sur puce peuvent raccourcir ou supprimer des sections PM discrètes.
Où la fibre PM s'intègre dans un récepteur cohérent
Le chemin de l'oscillateur local
Un récepteur cohérent mélange le signal entrant avec un oscillateur local, ou LO, laser. Dans une implémentation discrète, le chemin LO peut utiliser une fibre PM lorsque l'hybride optique ou l'interface de puce attend une polarisation définie.
La raison est locale au package récepteur. Le LO doit éclairer les modes optiques prévus de manière cohérente ; il n'est pas nécessaire de préserver l'état de polarisation de l'émetteur distant sur le réseau.
Réception en diversité de polarisation
L'entrée ligne est séparée en deux composants orthogonaux et mélangée avec le LO dans des hybrides optiques cohérents. Les photodiodes, les amplificateurs transimpédance, les convertisseurs analogique-numérique et le DSP cohérent produisent et traitent ensuite les observations électriques nécessaires à la récupération des données.
Les produits intégrés peuvent combiner les fonctions optiques de l'émetteur et du récepteur en un seul package. L'OIFAccord de mise en œuvre IC-TROSAillustre cette évolution vers des sous-ensembles optiques d’émission-réception cohérents et intégrés. À mesure que l'intégration augmente, un cavalier PM externe peut devenir une courte queue de cochon interne, une interface de réseau de fibres ou une fonction de polarisation sur puce.
Pourquoi la ligne de transmission utilise une fibre monomode standard
Les systèmes de lignes de télécommunications sont construits autour d'une fibre monomode standardisée à faibles pertes, y compris une fibre caractérisée parUIT-T G.652. Les itinéraires métropolitains, régionaux et longue distance existants, les amplificateurs, les ROADM, les équipements de surveillance, les pratiques d'épissage et les procédures de réparation sont conçus autour de ces fibres de ligne.
Le maintien d'un axe PM mécanique via un réseau de porteurs installé ajouterait des contraintes de connectique, d'épissage, d'orientation et de réparation sans supprimer le besoin d'un récepteur cohérent. Le système s'attend déjà à une rotation de polarisation et à un niveau spécifié de dégradation liée à la polarisation.
FOCCGamme de cordons de brassage monomode OS2représente le type de connectivité monomode standard utilisée en dehors des chemins de composants contrôlés par polarisation. Une section contrôlée par PM doit donc avoir un début et une fin clairs ; l'insertion d'un câble PM court entre les sections SMF ordinaires ne permet pas le maintien de la polarisation de la ligne.
Fibre PM à 100G, 400G et 800G
| Génération de système | Architecture de ligne cohérente | Emplacements possibles des fibres PM | Dépendance de l'architecture principale |
|---|---|---|---|
| 100G cohérent | QPSK couramment à double polarisation dans les conceptions de transport cohérentes établies | Chemin laser vers modulateur, chaîne passive PM discrète, livraison LO | Composants émetteurs et récepteurs externes ou intégrés |
| 400ZR | Interface 400G cohérente à porteuse unique utilisant une modulation à double polarisation et un DSP cohérent | Interface laser ou source externe, sous-ensemble optique interne, réseau de fibres PM si nécessaire | Photonique sur silicium, InP, laser externe et conception de boîtiers |
| 800ZR | Interface de ligne cohérente 800G à longueur d'onde unique pour des applications point à point définies | Couplage laser/PIC dépendant de l'architecture et chemins internes sensibles à la polarisation | Débit de symboles, intégration optique, conception thermique et architecture de couplage |
| Au-delà de 800G | Peut utiliser des débits de symboles plus élevés, des moteurs parallèles, plusieurs porteuses ou une intégration plus poussée | Pigtails ou réseaux PM uniquement là où les interfaces sensibles à la polarisation restent externes à la puce | Architecture de moteur optique spécifique au produit |
Systèmes cohérents 100G
Les systèmes cohérents 100G ont établi une transmission pratique à double polarisation avec détection cohérente et égalisation numérique. Une conception discrète peut exposer plusieurs chemins contrôlés par PM, tandis qu'une conception plus intégrée place les fonctions de multiplexage de polarisation dans un seul ensemble optique.
La question technique importante n’est pas de savoir si l’étiquette indique « 100G ». Il s'agit de savoir si le laser, le modulateur, le séparateur, le combineur et le récepteur sélectionnés exposent des interfaces sensibles à la polarisation couplées à des fibres.
400ZR
Le courantAccord de mise en œuvre OIF 400ZRdéfinit une interface de ligne numérique cohérente 400G pour des applications spécifiées. Il standardise l'interface cohérente externe, mais il n'exige pas que chaque fournisseur utilise la même disposition interne de fibre PM.
Un module peut utiliser un sous-ensemble intégré silicium-photonique ou optique InP, une source laser externe, une courte queue de cochon PM ou une interface à réseau de fibres. Les exigences en matière de composants PM doivent donc être obtenues à partir de la conception réelle du moteur optique.
Moteurs 800ZR et de capacité supérieure
LeAccord de mise en œuvre OIF 800ZRdéfinit une interface de ligne cohérente 800G à longueur d'onde unique pour les applications DWDM à travée unique spécifiées. Comme pour le 400ZR, la norme de ligne ne prescrit pas un agencement interne universel de fibres.
À 800G et au-delà, la perte de couplage, la largeur de raie laser, la bande passante RF, la stabilité thermique, la tolérance d'assemblage et l'uniformité des canaux deviennent de plus en plus importantes. Les réseaux de fibres PM peuvent être utiles dans certaines conceptions à laser externe ou à couplage parallèle, tandis que les boîtiers hautement intégrés peuvent exposer peu ou pas de fibre PM discrète.
Moteurs optiques discrets et intégrés
| Architecture | Gestion typique de la polarisation | Implication du composant PM |
|---|---|---|
| Laser discret et modulateur externe | Les chemins couplés par fibre connectent des composants optiques séparés | Plus susceptible de nécessiter des tresses PM, des séparateurs PM, des connecteurs contrôlés par axe et des épissures PM |
| Émetteur ou récepteur intégré PIC | Plusieurs fonctions de polarisation sont transférées sur une seule puce photonique | La fibre PM peut rester à l'interface laser/PIC ou LO/PIC |
| IC-TROSA ou sous-ensemble optique cohérent hautement intégré | Les fonctions optiques de transmission et de réception partagent un seul package | Les sections PM externes peuvent être raccourcies, cachées à l'intérieur du boîtier ou remplacées par des fonctions sur puce |
| Planche à pain de laboratoire | Les composants discrets sont intentionnellement accessibles | Les cavaliers PM, les contrôleurs, les coupleurs et les équipements de mesure sont souvent utilisés pour la répétabilité |
Cette comparaison est un guide d'architecture et non une déclaration selon laquelle tous les produits utilisant un même débit de données utilisent la même disposition des composants.
Comment spécifier les composants PM pour une optique cohérente
Définissez d'abord le chemin contrôlé
Indiquez la source, la destination et le but de la section PM. Par exemple:
Source:sortie laser à largeur de raie étroite
Destination:entrée du modulateur sensible à la polarisation
But:maintenir la polarisation linéaire requise et la relation connecteur-axe dans tout l'assemblage
Cette description est plus utile que de demander « un câble High-PER PM » sans identifier les appareils connectés.
Utiliser un modèle de spécification d'approvisionnement
| Champ de spécification | Que déclarer | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Longueur d'onde de fonctionnement | La longueur d'onde réelle du laser ou du test et la plage utilisable | Détermine le comportement monomode, le MFD, le revêtement et la compatibilité des composants |
| Conception de fibre PM | PANDA, Bow-Tie ou la fibre exactement approuvée | Contrôle la biréfringence, la manipulation et le processus d'épissage |
| Diamètre du champ de mode | Valeur requise ou compatibilité avec l'appareil connecté | Réduit les désadaptations de couplage et d’épissure |
| Exigence de polarisation | PER au niveau du système et méthode de test requise | Empêche la comparaison des résultats mesurés dans différentes conditions |
| Convention de l'axe | Axe rapide ou lent par rapport à la clé du connecteur ou à la donnée du package | Empêche les connexions mécaniquement correctes mais optiquement tournées |
| Tolérance angulaire | L'erreur d'alignement clé-à-axe ou fibre-à-puce autorisée | Contrôle les fuites de polarisation |
| Perte d'insertion et de retour | Limites pour l'assemblage complet sous les interfaces indiquées | Protège la puissance optique et la stabilité du laser |
| Terminaison | Type de connecteur, poli, tresse, fibre nue, pas de réseau ou revêtement | Assure la compatibilité mécanique et optique |
| Environnement | Exigences en matière de température, de courbure, de déformation, de gaine et d'emballage | Préserve les performances dans l’assemblage réel |
| Dossier de vérification | Rapport requis, image d'axe, résultat PER, résultat IL/RL et traçabilité série | Rend l’inspection entrante reproductible |
Une comparaison complète des structures de fibres est disponible dans le siteGuide des fibres PANDA vs Bow-Tie. La conception appropriée doit être sélectionnée à partir des exigences relatives aux dispositifs et à l'assemblage plutôt qu'à partir du seul nom de la structure.
Spécifier PER avec ses conditions de test
Le taux d'extinction de polarisation n'a de sens que lorsque la configuration de test est définie. Enregistrez au moins :
- Tester la longueur d'onde et la polarisation de la source
- Longueur de fibre ou d'assemblage
- État du connecteur et de l'adaptateur
- Méthode de lancement de l'axe
- État du pliage et du montage
- Température ou état environnemental
- Que le résultat soit au niveau de la fibre uniquement, au niveau des composants ou de bout en bout
A testeur de rapport d'extinction de polarisationpeut prendre en charge la vérification des composants et des câbles lorsque sa méthode et sa longueur d'onde correspondent aux exigences. Les assemblages multifibres ou matriciels peuvent nécessiter desTests MT-FA PERAinsi, l'alignement et l'uniformité des canaux sont évalués de manière cohérente.
Clé du connecteur de contrôle et alignement des épissures
Le dessin d'achat doit définir quel axe PM s'aligne sur la clé du connecteur ou sur les données de l'emballage. Il doit également indiquer si les deux extrémités utilisent la même orientation ou si une rotation délibérée de 90 degrés est requise.
L'épissage par fusion PM doit aligner les axes principaux ainsi que les noyaux. Une épissure à faibles pertes peut néanmoins produire de mauvaises performances de polarisation. Les principes généraux de préparation et de résiliation sont abordés dans l'article du site surépissure et terminaison de fibres, mais les assemblages PM nécessitent une observation et une vérification supplémentaires des axes.
Examiner toute la chaîne PM
Chaque élément entre la source polarisée et la destination sensible à la polarisation affecte le résultat. L'examen doit inclure :
- Queue de cochon laser
- Orientation du connecteur et de l'adaptateur
- Coupleur ou répartiteur PM
- Épissures
- Isolateur ou amplificateur
- Alignement des réseaux de fibres
- Axe d'entrée modulateur ou PIC
FOCCgamme de produits à maintien de polarisationcomprend des assemblages et des équipements de test pour différentes parties de cette chaîne. Les composants doivent être sélectionnés comme un seul chemin optique plutôt que comme des éléments de catalogue sans rapport.
Chemin optique cohérent conceptuel
- Un laser à largeur de raie étroite produit le support optique.
- Un chemin contrôlé par PM achemine la porteuse vers une interface d'émetteur sensible à la polarisation.
- L'émetteur crée des données optiques indépendantes sur deux états de polarisation orthogonaux.
- Le signal à double polarisation entre dans la fibre de ligne monomode standard.
- Son état de polarisation change et se mélange au fur et à mesure de son déplacement dans le réseau.
- Un récepteur à diversité de polarisation observe deux composantes orthogonales.
- Un oscillateur local atteint le récepteur hybride via un chemin interne dépendant de l'architecture qui peut utiliser une fibre PM.
- Les photodétecteurs et l'électronique analogique produisent les signaux électriques.
- Les convertisseurs analogique-numérique échantillonnent les signaux.
- Le MIMO DSP récupère les flux de polarisation transmis et compense les déficiences de ligne prises en charge.
Il s'agit d'une architecture conceptuelle. Un module réel peut combiner plusieurs étapes sur une seule puce ou à l'intérieur d'un sous-ensemble optique.
Flux de travail de dépannage PER
Lorsque la perte d'insertion est acceptable mais que le PER est inférieur aux exigences, examinez dans cet ordre :
- Confirmez le lancement.Vérifiez que la source est polarisée linéairement et alignée sur l’axe PM prévu.
- Vérifiez le codage du connecteur.Comparez l'orientation réelle de la clé vers l'axe avec le dessin aux deux extrémités.
- Inspectez les adaptateurs et les interfaces d’accouplement.Confirmez qu’aucune interface sans clé ou mal orientée n’a été introduite.
- Examinez chaque épissure.Une épissure peut avoir de faibles pertes tout en contenant une erreur d'axe angulaire inacceptable.
- Identifiez les composants non PM.Un séparateur, un coupleur, une queue de cochon ou une section de fibre standard peut terminer le chemin de polarisation contrôlée.
- Supprimez le stress involontaire.Détendez-vous dans les virages serrés, les serre-câbles, les pinces, les torsions et les tensions près des bottes ou des emballages.
- Répétez le test dans les conditions spécifiées.Utilisez la longueur d’onde, le luminaire, la température et la méthode de mesure requis.
La caractérisation en laboratoire peut également utiliser uncontrôleur de polarisationpour examiner la sensibilité ou établir un état d'entrée reproductible, mais un contrôleur ne remplace pas un assemblage PM correctement conçu. La portée plus large du FOCCSolutions de test des appareils PMpeut être examiné lorsqu’un processus de mesure de bout en bout est requis.
Erreurs de conception courantes
- Utilisation de la fibre PM pour résoudre la ligne PMD :les systèmes de lignes cohérentes s'appuient sur le SMF standard, les spécifications optiques et le DSP du récepteur plutôt que sur un câble PM sur le parcours.
- En supposant que la fibre PM crée une lumière polarisée :il préserve une polarisation correctement lancée ; il ne remplace pas un polariseur.
- Confondre PDM avec deux câbles PM :deux flux de données de polarisation partagent une interface de ligne cohérente.
- Comparaison des valeurs PER sans conditions :différentes longueurs d'onde, longueurs, courbures, connecteurs et méthodes de lancement peuvent rendre les chiffres incomparables.
- Vérification de la perte d'insertion uniquement :une faible perte ne prouve pas un alignement correct des axes.
- Spécification des composants individuellement :une interface non contrôlée peut rompre la relation de polarisation de bout en bout prévue.
Lorsque la fibre PM n'est pas requise
La fibre PM n’apporte généralement aucun avantage au niveau du système lorsque :
- Le chemin est un câblage ordinaire côté ligne entre des modules cohérents
- L'appareil en aval est insensible à la polarisation
- Un court cavalier PM serait placé entre deux sections SMF standard sans destination définie sensible à la polarisation.
- Le package photonique intègre déjà la gestion de polarisation requise
- Le système n'a pas de convention d'axe de connecteur ou d'épissure contrôlée
- Le but est simplement de réduire la dispersion chromatique ou la ligne PMD
FAQ
Q : La fibre PM est-elle utilisée comme fibre de transmission 100G ou 400G ?
R : Normalement, non. La ligne est une fibre monomode standard, tandis que la fibre PM est utilisée uniquement dans les chemins internes ou de test nécessitant une polarisation connue.
Q : Pourquoi un modulateur IQ a-t-il besoin de fibre PM ?
R : Certains modulateurs IQ couplés à des fibres nécessitent une lumière alignée sur une polarisation de guide d'ondes spécifique. Une interface PM correctement spécifiée stabilise cette condition de lancement.
Q : Où la fibre PM peut-elle apparaître dans un récepteur cohérent ?
R : Un emplacement courant dépendant de l'architecture est le chemin de livraison de l'oscillateur local. Les récepteurs intégrés peuvent raccourcir ou internaliser cette section PM.
Q : Chaque module 400ZR ou 800ZR contient-il les mêmes composants PM ?
R : Non. Les accords d'interface de ligne OIF définissent un comportement externe interopérable, et non une configuration de fibre interne obligatoire. L'architecture photonique et d'emballage du module détermine ses interfaces PM.
Q : La fibre PM peut-elle être épissée au SMF standard ?
R : Oui, mais la section standard-SMF ne conservera pas la même relation d'axe contrôlé. L'épissure doit être utilisée là où la conception termine intentionnellement le chemin PM.
Q : La photonique sur silicium supprime-t-elle le besoin de fibre PM ?
R : Il peut réduire ou déplacer les besoins en fibres PM en intégrant des fonctions de polarisation sur la puce. Une interface externe à laser ou à réseau de fibres peut toujours nécessiter un contrôle PM.
