光纤偏振技术

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1、·32·光纤光缆传输技术2011血光纤偏振控制及偏振相关测试技术丁楠(中国电子科技集团公司第八研究所淮南232001)(摘要】随着光纤通信及传感技术的发展，光纤的偏振特性越来越引起人们的关注。如何消除偏振带来的影响，更好地利用偏振特性，已成为业内人士研究的重点。简单介绍了偏振的基本概念，重点论述了光纤偏振控制技术及几个主要偏振特性的测试方法。[关键词]光纤偏振；偏振控制；偏振态；偏振度；偏振相关损耗；消光比；偏振模色散1引言布既有一定的随机性，也有一定的偏向性。光是电磁波，其偏振状态可以用电矢量来

2、描述。随着光纤通信技术的飞速发展，各大通信运营商根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏振正在不断提高波分复用(WDM)系统中单信道的传光、圆偏振光和椭圆偏振光。由电矢量可以派生出几输速率。目前，单波长传输速率40Gbps的系统正在种偏振态表征方法，如偏振椭圆、Stokes参数及邦加建设中，而传输速率更高的系统也已经进人人们的视球等。下面我们仅对Stokes参数和邦加球表征法加线。由此对光纤中的偏振模色散(PMD)、偏振相关以简单说明。调制(PDM)、放大器的偏振相关增益(PDG)等都提Sto

3、kes参数通过、s。、S2和s3这4个参数来全出了更高的要求。尤其近几年，偏振复用技术成为在面描述光源的偏振特性。4个Stokes参数的定义如现有光缆中实现更高速率传输的热点解决方案。另下：外，随着“物联网”技术的高速发展，光纤传感系统在so=Po国民经济的各个领域得到广泛应用。作为相位、频移S=Px-PY等传感信号的重要解调方法之一，光纤干涉技术成为=P+45。一P-45~分布式传感、角速度传感、声学传感和电流传感等领：PL+PR域的核心技术，而控制偏振态是实现干涉信号稳定输式中，P0是总的光功

4、率(包括偏振光和非偏振光两部出的关键。分)；Px、PY、P+45。、P-45~~、PL和PR分别代表沿x轴因此可以看出，无论是在通信领域还是传感领(o方向)、Y轴(90。方向)、+45。方向、一45。方向、右域，光的偏振都是大家关注的重点问题。本文将重点旋(gHc)轴、左旋(LHC)轴的光功率。定义偏振度介绍偏振相关的控制及测试技术。(DOP)来表征偏振光强度占总光强的比重。2偏振态的定义及表征方法：颦，f萎l【0

5、OP的取值范围为0～1。性。光是一种横波，其能量分布是横向的，分布于传DFB激光器、外腔半导体激光器的DOP较高，接近播方向的横截面上，偏振态描述的就是能量在此平面1。而放大的自发发射(ASE)光源、发光二极管上的分布。对于完全偏振光，能量在此平面上的分布(LID)和超辐射发光二极管(SLD)的DOP较低。是确定的，有固定的方向性。而自然光的能量分布则当DOP=1时，我们将Ss2和对so进行归是完全随机的，没有任何方向上的偏向性。我们日常一化，并将S、S2和作为一组坐标，由此得到一个见到的绝大部分

6、光介于这两个状态之间，其能量的分球体的方程++=1，也就是我们所说的邦加第1期光纤偏振控制及偏振相关测试技术·33·球(如图1所示)。可以看到，赤道上各点的s3=0，耦合人另一根光纤，导致插入损耗很大；而且，波片本对应于线偏振光；两个极点的S。=S2：0，对应于圆偏身对波长敏感，从而使此种偏振控制器也对波长敏振光；球面上的其它点对应于椭圆偏振光；球面以内感，采用机械装置旋转波片会降低偏振控制器的控制的部分DOP<1，对应于部分偏振光。速度。而基于相同原理的全光纤偏振控制器(如图3所示)则可以达到减

7、小插入损耗、降低成本的目的。在此偏振控制器中，三个光纤环取代了自由空间的延迟波片。光纤环弯曲产生的应力可以产生与光纤环直径平方成反比的双折射效应。调节光纤线圈的直径及圈数，即可得到任意希望得到的全光纤波片。但是这种控制器也存在对波长敏感、控制速度慢的缺点。而且，为了减少光纤的弯曲损耗，光纤线圈直径不能太小。所以，这种偏振控制器的体积比较大，主要限于实验室使用。图1邦加球表征偏振态3偏振态的控制方法偏振态的控制方法种类很多，具体实现方法和实QWPHWPQWP际性能各不相同。但其原理均是通过双折射效应

8、来图3全光纤偏振控制器使一个偏振态的两个分量产生不同的相位延迟，从而重新生成所期望的偏振态。根据其实现方法，偏振态机械旋转波片难以满足调节速度方面的要求，如控制器大体可分为三类：何提高控制速度成了偏振控制技术发展的一个关键①由多个延迟固定、方位角可变的波片组成；要素。因此，人们研发出基于Ibo材料的电光晶②由单个延迟可调、方位角可变的波片组成；体快速偏振控制器(如图4所示)。这种偏振控制器③由多个方位角固定、延迟可调的波片组成。由三个波导结构组成，其中两个波导用来充当入，4波图2示