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光電必學(xué)微知識(shí)：什么是“保偏光纖”
來(lái)源： 閱讀：902 發(fā)布時(shí)間：2022-03-17 11:41:05
光電必學(xué)微知識(shí)：什么是“保偏光纖”
什么是“保偏光纖”？今天的這篇文章可以幫助您學(xué)習(xí)一下，希望大家能夠收藏！
縮寫(xiě)：PM光纖 
定義：具有很強(qiáng)雙折射的、可以保持某一方向線偏振的入射光束的偏振態(tài)的特種光纖。
光纖即使具有圓對(duì)稱的結(jié)構(gòu)也存在一定程度的雙折射效應(yīng)，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中總是受到一些機(jī)械應(yīng)力或者其它效應(yīng)會(huì)破壞對(duì)稱性。因此，光在光纖中傳播時(shí)偏振態(tài)會(huì)發(fā)生不受控制的改變（與波長(zhǎng)有關(guān)），并且還與光纖彎曲和溫度有關(guān)。
保偏光纖原理
這一問(wèn)題可以通過(guò)采用保偏光纖來(lái)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(qiáng)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(gè)軸平行，即使光纖存在彎曲，光的偏振態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化。其物理原理是利用了相干模式耦合。
由于很強(qiáng)的雙折射效應(yīng)，兩個(gè)偏振模式的傳播常數(shù)不同，因此它們的相對(duì)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(gè)模式發(fā)生有效耦合，除非它具有一個(gè)與兩偏振模式的傳播常數(shù)差匹配的波數(shù)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(jìn)行有效的模式耦合。
得到保偏光纖的方法
常用的引入強(qiáng)雙折射的方法是在預(yù)制棒的纖芯相反兩側(cè)（不一定為橢圓形的）加入兩種改進(jìn)玻璃組分的應(yīng)力棒（具有不同程度的熱膨脹）（如圖1）。采用這種預(yù)制棒拉制光纖時(shí)，應(yīng)力會(huì)造成機(jī)械應(yīng)力在某一特定的方向。另一種方案是在纖芯周?chē)捎脵E圓形的不同玻璃材料的包層。
圖片
圖1：熊貓型保偏光纖（左）和領(lǐng)結(jié)型保偏光纖（右）。內(nèi)置的壓力部分是由不同玻璃得到的，圖中為灰色區(qū)域顯示。
另一種技術(shù)是采用一個(gè)橢圓形的纖芯稱為形狀雙折射。這時(shí)即使沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力，橢圓形的形狀本身就會(huì)產(chǎn)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(duì)稱的就可以產(chǎn)生很強(qiáng)的雙折射，也可以同時(shí)采用應(yīng)力部分（需要折射率匹配）。任何一種情況雙折射拍長(zhǎng)都很短（幾個(gè)毫米甚至更短）以至于附加的應(yīng)力效應(yīng)只會(huì)使偏振態(tài)發(fā)生很小的混合現(xiàn)象。這種光纖的折射率差是10-3 量級(jí)，而所有的玻璃PM光纖的折射率差為10-4 量級(jí)。
應(yīng)用
保偏光纖主要應(yīng)用到不允許偏振態(tài)發(fā)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(diǎn)是必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)偏振方向，因此制作過(guò)程比較復(fù)雜。同時(shí)，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(yán)格對(duì)準(zhǔn)造成的，也可能來(lái)自于模式混合。后者在存在機(jī)械應(yīng)力的情況下會(huì)顯著增大（例如，在光纖連接器中）。如果實(shí)際應(yīng)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(zhì)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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