光纖偏振器

光纖偏振器是利用特殊的光纖結構使輸入光變為線偏振光（即起偏振）的光器件。

基本介紹

• 中文名：光纖偏振器
• 外文名：optical fiberpolarizer
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

利用特殊的光纖結構使輸入光變為線偏振光（即起偏振）的光器件。圖1中給出了光纖偏振器的一種結構形式。將普通單模光纖嵌入石英塊中有一定曲率的溝槽內，磨拋去部分包層使光纖具D形截面，磨拋平面與光纖芯區保留一定厚度的殘留包層，而後在其上真空蒸鍍介質薄層（如MgF2）和金屬薄層（如Al），就做成一隻光纖偏振器。普通單模光纖中的光可分解成電場相互正交的兩個線偏振成分，二者經過光纖偏振器時損耗不同，電場方向垂直於光纖的磨拋平面的偏振成分被金屬層強烈吸收，電場在磨拋面內的偏振成分幾乎無損耗地通過，實現了起偏振的功能。光纖偏振器的主要參數是消光比和插入損耗，前者可用線偏輸入光，通過偏振器後所得最大輸出光強與旋轉90°後所得的最小光強之比來衡量。適當控制殘留包層厚度，選擇介質層材料且控制其厚度，並蒸鍍適當的金屬膜層，可使光纖偏振器的消光比達到10萬倍（40dB）偏振器的插入損耗可小於ldB。光纖偏振器也可用一段保偏光纖繞在合適直徑的圓環上構成。用光纖偏振器與光纖型法拉第旋轉器組合可構成光纖型隔離器。

圖1 光纖偏振器的結構示意圖

分類

光纖偏振器可分為彎曲型光纖偏振器,片式元件型光纖偏振器,利用纖芯與金屬或雙折射晶體相接觸原理的接觸型光纖偏振器等三類。

彎曲型光纖偏振器

3.1 基本原理

圖2所示的光纖(熊貓光纖)，在兩側存在著對纖芯施加拉應力的機構。由於纖芯(玻璃)所具有的雙折射特性,在應力作用下x軸方向的折射率分量比y軸方向的折射率分量大。

圖2 熊貓光纖斷面結構

另外,當光纖被彎曲時(小曲率半徑) 由於彎曲損失的色散作用，纖芯折射率較小時,其色散作用將發生在較短波長一側,反之亦然(如圖3)。於是光纖獲得單偏振功能特性,即在某波長範圍內x偏振光損失小而y偏振光損失大,光纖輸出光近似於x偏振光。

圖3 偏振保持光纖彎曲損失的色散特性

片式元件型光纖偏振器

這種偏振器的構成原理是,利用片式偏振元件的偏振光軸與偏保光纖的雙折射軸相配合而構成的一種組合式光纖偏振器件。採用刻有溝槽(槽寬150μm)的石英基片,將熊貓光纖用粘合劑固定在溝槽內,此時光纖雙折射主軸與基片表面垂直放置。相繼在從基片表面至光纖芯部形成貫通性縫隙。縫隙寬約比片式偏振元件寬度大40拌m。為減少光反射作用,縫隙應與光纖軸向有一定傾斜度。然後,將片式偏振元件插入縫隙的同時,檢測消光比參數值。在光纖雙折射軸與片式偏振元件偏光軸相一致時(消光比最大)用粘合劑固定。做成的偏振器裝入5mmx5mmx15mm鋁盒中實現小型化目標。

4.1 特性

一個典型的片式元件型光纖偏振器的波長特性示於圖4。在波長為1.3μm和1.55μm時,插入損失分別為0.5dB和0.4dB。關於溫度特性的研究結果示於圖5。在低溫下偏振器插入損失有增大的傾向，但變化不大，而消光比卻表現出非常穩定的特性。另外，經過600℃ 100h和-20℃ 100h這樣的熱循環作用10次後,評價各特性值均未劣化。

圖4 消光比與插入損失的波長特性