Envoltura de mandril

En fibra óptica multimodo, envoltura de mandril es una técnica utilizada para atenuar preferentemente la potencia de modo de alto orden de una señal óptica que se propaga. En consecuencia, si la fibra propaga una energía sustancial en los modos afectados, la distribución modal cambiará.

Un envoltura de varilla cilíndrica consiste en un número específico de vueltas de fibra en un mandril de tamaño específico, según las características de la fibra y la distribución modal deseada. Tiene aplicación en pruebas de rendimiento de transmisión óptica, para crear una distribución de potencia de modo definido o para evitar la propagación multimodo en fibra monomodo. Si la fibra de lanzamiento se llena por completo antes de la envoltura del mandril, los modos de orden superior se eliminarán, dejando solo los modos de orden inferior. Si la fibra de lanzamiento está insuficientemente llena, por ejemplo, como consecuencia de haber sido energizada por un diodo láser o un LED emisor de borde, no habrá ningún efecto sobre la distribución de energía del modo o las mediciones de pérdida.

En la fibra multimodo, la envoltura del mandril se usa para eliminar el efecto de la 'pérdida transitoria', la tendencia de los modos de orden superior a experimentar pérdidas mayores que los modos de orden inferior. La suma numérica (en decibelios) de la pérdida medida de múltiples segmentos de fibra y/o componentes sobrestima la pérdida del conjunto concatenado si cada segmento o componente se ha medido con una distribución de potencia de modo completo.

En las mediciones de fibra óptica monomodo, se utiliza para imponer una verdadera propagación monomodo en longitudes de onda cercanas o inferiores a la longitud de onda de corte teórica, a la que puede existir una potencia sustancial en un grupo de modo de orden superior. En este uso, comúnmente se denomina filtro de modo de orden superior (HOMF).

En última instancia, el efecto de la envoltura del mandril en las mediciones ópticas depende de la distribución de energía del modo de propagación. Un mecanismo de pérdida adicional no tiene efecto a menos que haya energía presente en los modos afectados.

Principio de funcionamiento

El efecto de doblar físicamente una fibra óptica alrededor de una forma cilíndrica es modificar ligeramente el índice de refracción efectivo en la región curva, lo que reduce localmente el volumen modal efectivo de la fibra. Esto hace que la potencia óptica en los modos de orden más alto no esté guiada, o sea tan débilmente guiada que se libere en un estado no unido, absorbida por el revestimiento de la fibra o expulsada por completo de la fibra. El efecto práctico de la envoltura del mandril es atenuar la potencia óptica que se propaga en los modos de orden más alto. Los modos de orden inferior no se ven afectados y no experimentan una mayor pérdida ni conversión a otros modos (mezcla de modos).

Determinación de las condiciones adecuadas de envoltura del mandril

El diámetro del mandril y el número de vueltas se eligen para eliminar ciertos modos de forma reproducible. Se observa empíricamente que más de 5 vueltas completas de 360 grados crean una pequeña pérdida adicional, por lo que comúnmente se especifican de 3 a 5 vueltas. El diámetro del mandril afecta hasta qué punto en el volumen modal ocurre la desvinculación modal. Experimentalmente, se traza la potencia transmitida desde una fibra envuelta en la que se ha excitado una distribución de potencia modal uniforme, en función del diámetro del mandril, manteniendo un número constante de vueltas. Esto revela reducciones escalonadas en la potencia transmitida a medida que disminuye el diámetro, donde cada paso es el punto en el que el mandril comienza a afectar al siguiente grupo de modo inferior. Para obtener la mejor reproducibilidad de la medición, se seleccionaría un diámetro que no esté cerca de dicha transición, aunque esto puede no ser posible si las mediciones se deben realizar en un rango de longitudes de onda. El volumen modal total en una fibra es una función de la longitud de onda, por lo que el diámetro del mandril en el que se producen las transiciones del grupo modal cambiará con la longitud de onda.