保偏光纖

保偏光纖：保偏光纖傳輸線偏振光，廣泛用於航天、航空、航海、工業製造技術及通信等國民經濟的各個領域。在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖感測器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實現對物理量的高精度測量。保偏光纖作為一種特種光纖，主要套用於光纖陀螺，光纖水聽器等感測器和DWDM、EDFA等光纖通信系統。由於光纖陀螺及光纖水聽器等可用於軍用慣導和聲吶，屬於高新科技產品，而保偏光纖又是其核心部件，因而保偏光纖曾經被西方已開發國家列入對我國禁運的清單。國內部分光纖生產公司已能生產。

基本介紹

• 中文名：保偏光纖
• 外文名：Polarization-maintaining fiber
• 定義：保偏光纖傳輸線偏振光
• 適用範圍：航天、航空
• 基礎：光學相干檢測

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旋光效應製造偏振光器件。