作者：光越科技 工程部經(jīng)理 胡江民
8/6/2019，隨著光纖通信行業(yè)的快速發(fā)展，光纖在通信行業(yè)扮演著越來(lái)越重要的角色。普通單模光纖中傳播著彼此正交的兩個(gè)基模HEz 和HEt ,當(dāng)這兩個(gè)基模傳輸系數(shù)一樣時(shí)，單模光纖將會(huì)保持光纖內(nèi)傳輸光的偏振態(tài)，具有保偏作用。偏振光是指光的振動(dòng)面只限于一固定位置。自然光可以分解為大小相同偏振方向垂直的兩個(gè)線偏振光，讓自然光通過(guò)一個(gè)起偏器，可以使得自然光變成線偏振光,且偏振方向與起偏器固定偏振方向一致，如圖1所示。


    但實(shí)際上，由于光纖本身及光纖耦合引入的形變及應(yīng)力后，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，使得光纖內(nèi)光的偏振態(tài)不規(guī)則的變化，使得光纖出射光的偏振態(tài)與輸入時(shí)的偏振態(tài)相差很大。這就無(wú)法滿足相干光纖通信，干涉型光纖傳感器等對(duì)輸出光偏振態(tài)的嚴(yán)格要求。模式耦合發(fā)生在快慢軸相互傳遞之處，而且和溫度，光源波長(zhǎng)等因素有關(guān)，因此模式耦合便具有隨機(jī)性。雙折射產(chǎn)生的原因分為內(nèi)部原因以及外部原因，內(nèi)部原因包括拉制光纖時(shí)，纖芯由圓拉成了橢圓，會(huì)產(chǎn)生幾何形狀的雙折射；光纖纖芯，包層，涂覆層摻雜的材料不一樣，熱膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生應(yīng)力雙折射；以及彎曲，受壓，震動(dòng)等外部原因。除了雙折射的產(chǎn)生對(duì)偏振態(tài)的影響外，保偏光纖保持偏振態(tài)不變的能力受到光纖瑞利散射的影響，會(huì)迫使少量功率出現(xiàn)在其他方向上。

    因此人們開(kāi)始研究可以保證輸入光的偏振態(tài)方向的保偏光纖及相關(guān)器件。70年代末，首次有人提出通過(guò)提高光纖固有雙折射來(lái)減小外界微小雙折射對(duì)光纖內(nèi)偏振態(tài)的影響。增大光纖的固有快慢軸向折射率差，使得在生產(chǎn)過(guò)程中引入的折射率變化遠(yuǎn)小于光纖的固有折射率差，從而使得對(duì)光纖傳輸光的偏振態(tài)的影響減小。快慢軸的雙折射率差越大，快慢軸方向上的相速差越大，之間模式交叉就會(huì)越困難 (其中快軸為折射率小的方向，光傳輸速度較快的一個(gè)光軸，垂直穿過(guò)兩個(gè)應(yīng)力區(qū)中心連線的中點(diǎn)；慢軸為穿過(guò)兩個(gè)應(yīng)力區(qū)終點(diǎn)的一個(gè)光軸，為折射率大的方向，傳輸速度較慢) 。所以將偏振光偏振方向與其中一軸對(duì)齊，分到另一軸的偏振分量就會(huì)很小。這樣從而保持傳輸光的偏振態(tài)。但是在另一軸上必不可少會(huì)分到一部分偏振分量，這時(shí)候就有一個(gè)很重要的參數(shù)——消光比（ER），這是保偏光纖及保偏器件最重要的參數(shù)之一。偏振消光比表示的是當(dāng)偏振光偏振方向與快慢軸其中一個(gè)軸向?qū)�齊之后，通過(guò)元器件后，沿原方向軸向的偏振分量與垂直方向處的偏振分量的比值。如果沒(méi)有出現(xiàn)模式交叉耦合，測(cè)出來(lái)的消光比將是一個(gè)理想的數(shù)值。

    在保偏光纖應(yīng)用中，光纖連接器必不可少。消光比是衡量保偏連接器的重要參數(shù)。表征連接器保持偏振信號(hào)偏振態(tài)的能力。由于保偏光纖與普通光纖相比有不同的規(guī)格，使得保偏連接器比普通連接器要求高的多。最重要的就是偏振軸的對(duì)中，盡管光纖在熔接時(shí)已經(jīng)對(duì)快慢軸進(jìn)行了精確對(duì)中，但是光纖端面的微小傾斜也會(huì)引起光纖扭動(dòng)，并且角度偏差對(duì)消光比影響很大，因此在光纖熔接時(shí)，需要盡量將光纖端面切平；二是連接時(shí)引入的應(yīng)力，應(yīng)力引起的雙折射效應(yīng)，會(huì)使雙折射軸旋轉(zhuǎn)，使得消光比減小。

    保偏光纖主要應(yīng)用在不允許偏振態(tài)發(fā)生改變的器件中。缺點(diǎn)：必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)偏振方向，制造過(guò)程比較復(fù)雜，并且保偏光纖傳輸損耗比普通光纖高。



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