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La figura 2 mostra un caso estremizzato del problema tecnico descritto in precedenza: il nucleo di una fibra ottica è involontariamente rastremato (tapered) e la polarizzazione lineare iniziale ruota mentre il modo si propaga lungo la fibra. Questa simulazione è stata eseguita utilizzando un’interfaccia dedicata al Beam Envelope Method all’interno del Wave Optics Module. Il fenomeno della rotazione della polarizzazione non può essere compreso con approssimazioni scalari, ma è di natura puramente vettoriale a causa dell’intera- zione tra il campo elettrico del laser e il materiale dei componenti ottici. Pertanto, per analizzare le fibre ottiche è necessaria una simulazione full-wave. Fibre a mantenimento di polarizzazione In una fibra ottica isotropa, i modi di ordine inferio- re sono degeneri in due sensi. Questo significa che possono esistere due modi polarizzati linearmente e ortogonali a causa della simmetria circolare della se- zione trasversale. Non esiste alcun meccanismo che impedisca a una polarizzazione dei due modi degeneri di accoppiarsi a un altro modo con polarizzazione di- versa in una fibra ottica isotropa. Qualsiasi deviazione dall’isotropia o dalla simmetria circolare del materia- le può causare l’accoppiamento dei modi di polariz- zazione. Nelle fibre ottiche reali, a causa delle imperfezioni di fabbricazione o della birifrangenza del materiale, un piccolo accoppiamento di polarizzazione è inevitabile durante la propagazione. Il più piccolo accoppiamento diventa significativo, accumulandosi, quando il fascio si propaga su una lunga distanza. Pertanto, il piano di polarizzazione di una normale fibra ottica ruota. Per mitigare il problema della rotazione della polarizzazio- ne, si può ingegnerizzare una grande birifrangenza nella fibra. In questa situazione, l’accoppiamento di un modo di polarizzazione con un altro avviene raramente. Pertanto, è possibile realizzare una polarizzazione esclusiva lungo un asse scelto in modo preferenziale. Tuttavia, non è possi- bile ottenere questo risultato con le fibre ordinarie, poiché non sono in grado di supportare una grande birifrangen- za; è invece necessario utilizzare fibre a mantenimento di polarizzazione (Polarization-Maintaining, PM). Le fibre PM più comuni includono le fibre bow-tie, a cristallo fotonico e PANDA (Fig. 3). Le fibre PANDA e a cristallo fotonico sono ampiamente utilizzate per le telecomunicazioni, mentre le fibre bow-tie sono spesso impiegate per i sensori, come i sensori di torsione e i sensori giroscopici. Come si può quindi realizzare intenzionalmente una grande birifrangenza? Per cominciare, le fibre PM vengo- no preparate con l’asse del nucleo (core rod) racchiuso da due assi di sollecitazione (stress rod) in un’asse di rive- stimento (cladding rod) e poi portato ad alta temperatura fino a raggiungere le dimensioni della fibra progettata. Una volta raffreddati, gli stress rod presentano una solle- citazione meccanica residua dovuta al contrasto del coef- ficiente di espansione termica. A questo scopo, gli stress rod sono tipicamente addizionati con B2O3. Per creare una birifrangenza, è possibile aggiungere un altro stress rod accanto al core rod, mentre gli stress rod hanno un diverso coefficiente di espansione termica (CTE) rispetto al core e al cladding. T&M OPTICAL FIBERS Fig. 3 – Fibre PM tipiche: bow-tie (a sinistra), cristallo fotonico (al centro) e PANDA (a destra). ELETTRONICA OGGI 510 - MAGGIO 2023 60