光電必學微知識：什么是“保偏光纖”

來源：閱讀：917 發布時間：2022-03-17 11:41:05

什么是“保偏光纖”？今天的這篇文章可以幫助您學習一下，希望大家能夠收藏！

縮寫：PM光纖

定義：具有很強雙折射的、可以保持某一方向線偏振的入射光束的偏振態的特種光纖。

光纖即使具有圓對稱的結構也存在一定程度的雙折射效應，因為在實際應用中總是受到一些機械應力或者其它效應會破壞對稱性。因此，光在光纖中傳播時偏振態會發生不受控制的改變（與波長有關），并且還與光纖彎曲和溫度有關。

保偏光纖原理

這一問題可以通過采用保偏光纖來解決，后者并不是不存在雙折射，相反的，這是一種特種光纖，具有很強的雙折射（高雙折射光纖，PM光纖）。只要入射光纖中光的偏振方向與保偏光纖的一個軸平行，即使光纖存在彎曲，光的偏振態也不會發生變化。其物理原理是利用了相干模式耦合。

由于很強的雙折射效應，兩個偏振模式的傳播常數不同，因此它們的相對相位很快就逐漸變大。因此，任何光纖中存在的干擾都能與兩個模式發生有效耦合，除非它具有一個與兩偏振模式的傳播常數差匹配的波數的空間傅里葉分量。如果差值足夠大，光纖中普通的干擾變化很緩慢，不能進行有效的模式耦合。

得到保偏光纖的方法

常用的引入強雙折射的方法是在預制棒的纖芯相反兩側（不一定為橢圓形的）加入兩種改進玻璃組分的應力棒（具有不同程度的熱膨脹）（如圖1）。采用這種預制棒拉制光纖時，應力會造成機械應力在某一特定的方向。另一種方案是在纖芯周圍采用橢圓形的不同玻璃材料的包層。

圖1：熊貓型保偏光纖（左）和領結型保偏光纖（右）。內置的壓力部分是由不同玻璃得到的，圖中為灰色區域顯示。

另一種技術是采用一個橢圓形的纖芯稱為形狀雙折射。這時即使沒有機械應力，橢圓形的形狀本身就會產生一定程度的形狀雙折射。

在光子晶體光纖中，如果空氣孔為非對稱的就可以產生很強的雙折射，也可以同時采用應力部分（需要折射率匹配）。任何一種情況雙折射拍長都很短（幾個毫米甚至更短）以至于附加的應力效應只會使偏振態發生很小的混合現象。這種光纖的折射率差是10-3 量級，而所有的玻璃PM光纖的折射率差為10-4 量級。

應用

保偏光纖主要應用到不允許偏振態發生變化（例如，由溫度變化引起的）的器件中。例如，光纖干涉儀和一些光纖激光器中。采用這種光纖的缺點是必須嚴格對準偏振方向，因此制作過程比較復雜。同時，保偏光纖的傳輸損耗比普通光纖高，而且不是所有的光纖都可以制作成保偏的形式。

保偏光纖中出射光的偏振消光比可能比入射光的要低。這可能是由于入射光偏振方向與保偏軸并不是嚴格對準造成的，也可能來自于模式混合。后者在存在機械應力的情況下會顯著增大（例如，在光纖連接器中）。如果實際應用中需要很高的偏振消光比（例如，在干涉儀中），需要在光纖后面采用附加的高質量偏振器。

不要將保偏光纖與單偏振光纖混淆一起，后者只傳輸特定方向的線偏振光。

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