保偏光學及保偏器件簡述

光纖在線編輯部  2019-08-06 10:30:40  文章來源:本站消息  版權所有,未經許可嚴禁轉載.

導讀:隨著光纖通信行業的快速發展,光纖在通信行業扮演著越來越重要的角色。本文介紹了保偏光學及保偏器件。

作者:光越科技 工程部經理 胡江民
8/6/2019,隨著光纖通信行業的快速發展,光纖在通信行業扮演著越來越重要的角色。普通單模光纖中傳播著彼此正交的兩個基模HEz 和HEt ,當這兩個基模傳輸系數一樣時,單模光纖將會保持光纖內傳輸光的偏振態,具有保偏作用。偏振光是指光的振動面只限于一固定位置。自然光可以分解為大小相同偏振方向垂直的兩個線偏振光,讓自然光通過一個起偏器,可以使得自然光變成線偏振光,且偏振方向與起偏器固定偏振方向一致,如圖1所示。


    但實際上,由于光纖本身及光纖耦合引入的形變及應力后,產生雙折射現象,使得光纖內光的偏振態不規則的變化,使得光纖出射光的偏振態與輸入時的偏振態相差很大。這就無法滿足相干光纖通信,干涉型光纖傳感器等對輸出光偏振態的嚴格要求。模式耦合發生在快慢軸相互傳遞之處,而且和溫度,光源波長等因素有關,因此模式耦合便具有隨機性。雙折射產生的原因分為內部原因以及外部原因,內部原因包括拉制光纖時,纖芯由圓拉成了橢圓,會產生幾何形狀的雙折射;光纖纖芯,包層,涂覆層摻雜的材料不一樣,熱膨脹系數不同,產生應力雙折射;以及彎曲,受壓,震動等外部原因。除了雙折射的產生對偏振態的影響外,保偏光纖保持偏振態不變的能力受到光纖瑞利散射的影響,會迫使少量功率出現在其他方向上。

    因此人們開始研究可以保證輸入光的偏振態方向的保偏光纖及相關器件。70年代末,首次有人提出通過提高光纖固有雙折射來減小外界微小雙折射對光纖內偏振態的影響。增大光纖的固有快慢軸向折射率差,使得在生產過程中引入的折射率變化遠小于光纖的固有折射率差,從而使得對光纖傳輸光的偏振態的影響減小。快慢軸的雙折射率差越大,快慢軸方向上的相速差越大,之間模式交叉就會越困難 (其中快軸為折射率小的方向,光傳輸速度較快的一個光軸,垂直穿過兩個應力區中心連線的中點;慢軸為穿過兩個應力區終點的一個光軸,為折射率大的方向,傳輸速度較慢) 。所以將偏振光偏振方向與其中一軸對齊,分到另一軸的偏振分量就會很小。這樣從而保持傳輸光的偏振態。但是在另一軸上必不可少會分到一部分偏振分量,這時候就有一個很重要的參數——消光比(ER),這是保偏光纖及保偏器件最重要的參數之一。偏振消光比表示的是當偏振光偏振方向與快慢軸其中一個軸向對齊之后,通過元器件后,沿原方向軸向的偏振分量與垂直方向處的偏振分量的比值。如果沒有出現模式交叉耦合,測出來的消光比將是一個理想的數值。

    在保偏光纖應用中,光纖連接器必不可少。消光比是衡量保偏連接器的重要參數。表征連接器保持偏振信號偏振態的能力。由于保偏光纖與普通光纖相比有不同的規格,使得保偏連接器比普通連接器要求高的多。最重要的就是偏振軸的對中,盡管光纖在熔接時已經對快慢軸進行了精確對中,但是光纖端面的微小傾斜也會引起光纖扭動,并且角度偏差對消光比影響很大,因此在光纖熔接時,需要盡量將光纖端面切平;二是連接時引入的應力,應力引起的雙折射效應,會使雙折射軸旋轉,使得消光比減小。

    保偏光纖主要應用在不允許偏振態發生改變的器件中。缺點:必須嚴格對準偏振方向,制造過程比較復雜,并且保偏光纖傳輸損耗比普通光纖高。

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    光越科技公司是一家專業研發、生產、銷售具有國際領先水準的光纖元器件和模組的大型港資企業,在保偏器件的研究及優化上在行業內屬于頂尖企業,創下了國內多項第一,屬于政府重點鼓勵的高新科技產業。現公司開發的2000nm波段保偏產品采用了法拉第旋光角匹配技術使現有的原材料可以制作2000nm的保偏器件,使得全世界范圍內都沒有標準的2000nm法拉第標準轉子得以實現公司標準。通過精準選材,使2000nm高功率激光通過器件時產生的熱透鏡效應可以忽略不計,從而確保器件的功率范圍內安全工作;通過精準選材,使光學材料在2000nm范圍幾乎沒有吸收,從而有別于傳統1550nm通信器件慣用材料,獲得業界優秀的極低損耗。光越科技在光學相干斷層成像術(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)也有相應的產品,現公司開發的OCT模塊類產品大量用于醫療(OCT)以及光纖傳感領域。基于邁克爾遜干涉現象實現光程調控技術,精密控制參考臂與干涉臂的光程差,使模塊達到微米量級的探測、傳感精度,滿足醫用或傳感光學相干層析的要求。


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