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La sollecitazione meccanica modifica significativamente gli indici di rifrazione dei materiali della fibra in modo anisotropo, a causa della mancanza di simmetria. L’as- se lungo la linea con cui sono allineati gli stress rod è chiamato asse lento, mentre l’altro asse è chiamato asse veloce. In presenza di sollecitazioni meccaniche residue, lungo l’asse lento si forma una polarizzazione esclusiva. Simulazione multifisica delle fibre PM La progettazione, la caratterizzazione e la previsione delle prestazioni delle fibre PM richiedono l’uso di si- mulazioni multifisiche, in cui le analisi termiche e mec- caniche possono essere risolte insieme alle analisi degli autovalori e alla simulazione elettromagnetica vetto- riale. Questo tipo di modellazione e analisi può risultare complesso, ma il software COMSOL Multiphysics® basa- to sugli elementi finiti lo semplifica, poiché consente ai progettisti di fibre ottiche di: 1. Combinare virtualmente qualsiasi fisica e risolverle insieme; 2. Modellare facilmente le proprietà anisotrope dei ma- teriali che dipendono da variabili risolte in altre fisi- che; 3. Sfruttare il potente beam envelope method, che ren- de molto efficienti le simulazioni di fibre ottiche. La figura 4 mostra il risultato dell’analisi dei modi al con- torno in 2,5D eseguita in COMSOL che confronta i casi con e senza sollecitazione meccanica. Quando si caratterizza una fibra PM, si può eccitare un campo polarizzato in un piano tra i due assi di polariz- zazione per misurare la lunghezza di beat. La lunghezza di beat delle tipiche fibre PM è dell’ordine dei millimetri, molto più corta di quella delle fibre ordinarie. La figura 5 mostra una simulazione 3D full wave di una fibra PANDA con una polarizzazione lineare a 45 gradi, risultato di una polarizzazione circolare dell’asse lento. In questo articolo abbiamo discusso le simulazioni mul- tifisiche full-wave di fibre ottiche, che sono concettual- mente semplici ma richiedono tecniche di modellazio- ne e simulazione sofisticate. L’efficiente beam envelope method per le simulazioni di fibre ottiche consente la si- mulazione 3D di lunghe sezioni di fibre. Questo metodo, utilizzato in combinazione con simulazioni multifisiche che includono l’espansione termica e le sollecitazioni meccaniche e che tengono conto delle proprietà aniso- trope dei materiali, consente di analizzare gli effetti della birifrangenza. T&M OPTICAL FIBERS RIFERIMENTI 1. B. Sjodin, “Wave Optics: Beam-Envelope Method Efficiently Analyzes Photonic Components,” Laser Focus World, 9 Nov. 2017; https://www.laserfocusworld.com/ software-accessories/software/article/16548112/wave- optics-beamenvelope-method-efficiently-analyzes- photonic-components . Fig. 4 – Grafici 2D con (a destra) e senza (a sinistra) la differenza delle componenti x e y del tensore delle sollecitazioni (riga superiore) e del modo limite di ordine inferiore e del vettore campo elettrico (riga inferiore) Fig. 5 – Simulazione 3D full-wave di una fibra PANDA. Il modo fondamentale è mostrato in un diagramma di contorno arcobaleno sul contorno di ingresso. La polarizzazione lineare a 45 gradi rispetto all’asse lento (orizzontale) è rappresentata da una freccia nera. La forma d’onda magenta rappresenta l’evoluzione del vettore campo elettrico. Si noti che la scala di lunghezza lungo l’asse della fibra è ridotta per motivi di visualizzazione ELETTRONICA OGGI 510 - MAGGIO 2023 61