偏振控制及偏振测试基础知识.doc

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1、偏振控制及偏振测试基础知识偏振控制及偏振测试基础知识1.偏振态的表示方法2.偏振态的控制方法3.偏振态的测量方法4.偏振度(DOP)及其测暈5.偏振消光比(PER)及其测量6.偏振相关损耗(PDL)及其测量7.偏振模色散(PMD)随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高WDM系统中单信道的传输速率。口前，单波长传输速率为40Gb/s的系统正在建设屮，而传输速率更高的系统也已经进入了人们的视野，这对光纤小的偏振模色散(PMD),偏振相关调制(PDM),放人器的偏振相关增益(PDG)等均提出了更高的要求。尤其是近两年，偏振复用、相干探测技术成为在

2、现已铺设的光缆中实现史高速率传输的热点解决方案，赢得了业内人士的普遍关注。另一方血，随着光纤传感技术的突破性进展，光纤传感系统在国民经济的各个领域屮得到广泛应用。作为解调相位、频移等传感信号的重要方法之一，相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、电流传感等传感领域的核心技术。而控制偏振态，实现干涉信号的稳定输出，则是相T探测的关键部分。因此，我们可以看到，无论是在通讯领域，还是在传感领域，光的偏振都是人家共同关注的问题。下血我们简单介绍一•下偏振的基木概念、偏振的控制方法及几个重要偏振特性的测量技术。1.偏振态的表示方法所谓光的偏振，是指在光的传

3、播过程中其能量分布的偏向性。光是一种横波，其能量分布是横向的，也就分布于传播方向的横载血上。而能量在此平血上如何分布，则是偏振所要描述的问题了。对于完全偏振光，能量在此平血内的分布是确定的，有固定的方向性。而对于口然光，其能暈分布是没有任何方向上的偏向的，是完全随机的。我们日常见到的绝人部分光，则是介于这两个状态之间的，其能量的分布既有一定的随机性，也有一定的偏向性。光是电磁波，其偏振状态可以川光的电矢量來描述。根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。此外，由电矢量还可以派生出來其他儿种表示方法，如偏振椭圆、Stokes

4、参数、邦加球，另外还可以通过琼斯矩阵、米勒矩阵來表示一个偏振器件对偏振态的影响或改变。下面我们仅就Stokes参数、邦加球表示法做详细说明。Stokes参数通过SO、SI、S2、S3等4个参数来全面描述光源的偏振特性。4个Stokes参数的定义如下：50=P051二PX-PYS2=P+45-P-45S3=PL-PR其中,P0是总光功率(包括偏振光部分和非偏振光部分)，PX、PY、P+45、P-45、PL、PR分别代表沿X轴(0°方向)、Y轴(90。方向)、+45°方向、-45。方向、右旋(RHC)轴、左旋(LHC)轴的光功率。我们定义偏振度(D0P)来

5、表征偏振光占总光强的比重。不同类型光源,D0P也不同,取值范围从0〜1。DFB激光器、外腔半导体激光器的D0P较高，接近1。而放人的自发辐射光源(ASE)、发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLED)的DOP较低。当DOP二1时,我们将SI、S2、S3对S0进行归一化,并把S1、S2、S3作为-•组坐标，就可以得到一个球的方程S12+S22+S32=1,也就是我们所说的邦加球。我们可以看到，赤道线上各点S3=0,对应于线偏振光；两个极点S1=S2=0,对应于圆偏振光；球血上的貝:他点对应于椭圆偏振光；球血以内的部分DOP<1,对应于部分偏振光。图

6、1.通过邦加球表征偏振态返冋2.偏振态的控制方法H前，商用的偏振控制器种类很多，具体方法和实际性能各不相同，但其原理均是通过双折射效应來使一个偏振态的两个分量产生不同相位延迟，从而再重新生成所期望的徧振态。根据其技术原理，偏振控制器人体可分为三类：A、由多个延迟固定、方位角可变的波片组成；B、由单个延迟可调、方位角可变的波片组成；C、由多个方位角固定、延迟可调的波片组成；图％是一个典型的偏振控制器的结构图，它由三个延迟固定、方位角可变的波片组成，一个入/2(IIWP)波片处于两个X/4(QWP)波片屮间，每个波片都可沿着光轴相对于其它波片自由转动。第一

7、个入/4波片的作用是将任意输入偏振光转变为线偏振光，然后入/2波片将此线偏振光旋转到任一希望得到的偏振方向，于是笫二个入/4波片就能将该偏振光转变为任何希望得到的输出偏振态。虽然，这种方法应用在商用化的产品屮L1经颇见成效，但这项技术存在很多缺点。首先，光线的准直、对轴、聚焦不仅费时，而且耗费众多劳力。其次，波片、微透镜等元件都价格不菲，并且需要镀增透膜、抛磨斜角以减少背向反射。再次，由于不可避免的要将光从一根光纤屮耦合输岀，然后再将具聚焦进入另一•根光纤，以至于插入损耗很人。而且，波片本身就对波长敏感的，从而使得此种偏振控制器也对波长敏感。最后，使用

8、电动机或其它机械器件旋转波片，都会限制偏振控制器的控制速度。基于相同原理的全光纤偏振控制器（如