簡介
保偏光纖在拉制過程中,由於光纖內部產生的結構缺陷會造成保偏性能的下降,即當線偏振光沿光纖的一個特徵軸傳輸時,部分光信號會耦合進入另一個與之垂直的特徵軸,最終造成出射偏振光信號偏振消光比的下降。這種缺陷就是影響光纖內的雙折射效應. 保偏光纖中,雙折射效應越強,拍長越短,保持傳輸光偏振態越好。
普通光纖就算製造得再對稱,在實際套用中也會受到機械應力變得不對稱,產生雙折射現象,因此光的偏振態在普通光纖中傳輸的時候就會毫無規律地變化。主要的影響因素有波長、彎曲度、溫度等 。
作用
保偏光纖可以解決偏振態變化的問題,但它並不能消除光纖中的雙折射現象,反而是在通過光纖幾何尺寸上的設計,產生更強烈的雙折射效應,來消除應力對入射光偏振態的影響。
所以保偏光纖一般是套用在對偏振態比較敏感的套用中,如干涉儀,或是雷射器,或是用在光源與外調製器之間的連線中等等 。
基本原理
理想的標準單模光纖具有良好的幾何圓對稱性,因而所傳輸的基模HE11是兩正交模式的二重簡併模態。在實際的光纖中,由於缺陷的存在,這種二重簡併被破壞,從而引起模態雙折射。為了在標準單模光纖中維持模的偏振,就需要將雙折射引入到光纖中,使HEx11和HEy11兩模式的有效折射率不同,兩正交模的傳播常數βx與βy差別增大,兩模式耦合幾率減小。如果光在光纖一個光軸平行的方向上被線性偏振,那么光將維持其偏振態在光纖中進行傳輸。如果在沿著光纖傳輸時,光在其它角度被線性偏振,偏振態將發生變化,從線性到橢圓到線性,再到橢圓並再次返回到線性,具有通常所說的差拍周期長度LP。這種變化是模的正交分量間的相位差的結果,相差由它們的傳播常數之間的差別產生。差拍長度越短,光纖對偏振的不規則性效應就越具有彈性,光纖對線性偏振光的偏振保持能力就越強。
從產生的機理來看,雙折射主要分為3類:
(1)形狀雙折射:電介質材料幾何形狀的各向異性,導致材料的介電常數ε(r)和材料的導磁率μ(r)的各向異性,將引起材料折射率n(r)的各向異性。
(2)應力雙折射:主要指來自材料內部的熱應力和材料外部的機械應力,材料在受到應力引起材料折射率的變化即彈光效應而產生雙折射。
(3)外界電磁場引起的雙折射:橫向電場在光纖中引起的克爾(Kerr)效應會產生線雙折射,縱向磁場在光纖中引起的法拉第效應會產生圓雙折射 。
套用及發展方向
保偏光纖在今後幾年內將有較大的市場需求。隨著世界新技術的飛速發展和新產品的不斷開發 ,保偏光纖將沿著以下幾個方向發展:
(1)採用光子晶體光纖新技術製造新型的高性能保偏光纖;
(2)開發溫度適應性保偏光纖 ,以適應航空航天等領域環境的要求;
(3)開發出各種摻稀土保偏光纖 ,滿足光放大器等器件套用的需求;
(4)開發氟化物保偏光纖 ,促進纖維光學干涉技術在紅外天文學技術領域的發展;
(5)低衰減保偏光纖 :隨著單模光纖技術的不斷完善 ,損耗、材料色散和波導色散已經不再是影響光纖通信的主要因素 ,單模光纖的偏振模色散( PMD) 逐漸成為限制光纖通信質量的最嚴重的瓶頸 ,在10 Gbit / s及以上的高 速光纖通信系統中表現尤為突出。為了解決 PMD 帶來傳輸系統性能惡化的 問題 ,一般都採取了對 PMD 進行補償的解決方案 ,但是PMD對溫度等環 境條件、 以及光源波長的輕微擾動都非常敏感 ,會隨時間發生隨機變化 , 這些都給光纖通信系統的 PMD 補償帶來困難。 如果低衰減的保偏光纖能夠研製成功 ,將為高速傳輸系統中的 PMD問題的解決提供新的解決方案;
(6)利用克爾效應和法拉第鏇光效應製造偏振光器件 。