消偏振器

消偏器也稱退偏器,是將偏振光變成非偏振光的一種偏振器件。 按照消偏的原理可分為單波長消偏器和白光消偏器。對於寬譜光波(白光) ,Loyt消偏器是目前較適用的一種,最早的Loyt消偏器是由厚度為1:2 ,主軸夾角為45°的兩個石英波片串聯而成。 在消偏型光纖陀螺 中的消偏器是 Loyt 光纖消偏器 ,它是 由兩段長度 z :f2 = 1:2 ,折射率主軸相對旋轉45°的保偏光纖熔接而成 ,其工作原理是利用沿保偏光纖的兩雙折射主軸傳輸的光的時延特性,將偏振光的兩種偏振本徵態(x 軸偏振態,Y 軸偏振態 ) 從時間上拉開,從而實現輸入光的消偏 , Z. 至少要大於光源的去相干長度。 這種消偏器的誤差主要是由兩段光纖45°角的對接精度控制。

基本介紹

  • 中文名:消偏振器
  • 外文名:Depolarizer
  • 領域:光學
  • 別稱:退偏器
  • 屬性:將偏振光變成非偏振光的偏振器件
  • 分類:單波長消偏器和白光消偏器
簡介,消偏振原理,消偏器的結構及瓊斯矩陣,消偏作用分析,套用,

簡介

消偏器也稱退偏器,是將偏振光變成非偏振光的一種偏振器件。 按照消偏的原理可分為單波長消偏器和白光消偏器。對於寬譜光波(白光) ,Loyt消偏器是目前較適用的一種,最早的Loyt消偏器是由厚度為1:2 ,主軸夾角為45°的兩個石英波片串聯而成。 在消偏型光纖陀螺 中的消偏器是 Loyt 光纖消偏器 ,它是 由兩段長度 z :f2 = 1:2 ,折射率主軸相對旋轉45°的保偏光纖熔接而成 ,其工作原理是利用沿保偏光纖的兩雙折射主軸傳輸的光的時延特性,將偏振光的兩種偏振本徵態(x 軸偏振態,Y 軸偏振態 ) 從時間上拉開,從而實現輸入光的消偏 , Z. 至少要大於光源的去相干長度。 這種消偏器的誤差主要是由兩段光纖45°角的對接精度控制。

消偏振原理

消偏器的結構及瓊斯矩陣

Loyt光纖消偏器如圖1所示,由兩段長度之比為
折射率主軸相對旋轉的保偏光纖熔接而成。
光在消偏器中的傳播如圖2所示,設消偏器在光纖
入口處光波為u(0),它可在
的雙折射快慢軸x、y方向上分解為
,經光纖
傳輸後為
,這時
之間有了
的相對延遲,在光纖
的入口處,
再在
的快慢軸x',y'方向上分解為
,當到達
的末端時,在x',y'方向相對延遲
圖2直觀地表示各光波分量
空間位置的延遲情況。
Loyt光纖消偏振器結構示意圖Loyt光纖消偏振器結構示意圖
光波在光纖消偏器中的傳播示意圖光波在光纖消偏器中的傳播示意圖
出於消除偏振的目的,要求輸出口各分量不相干,這就必須使
滿足
。取
即可滿足這個條件,其中乙為光波的相干時間。
當用瓊斯矩陣來描述光路器件的傳輸特性時,有
(1)一段保偏光纖的瓊斯矩陣:
其中r、s代表兩個偏振方向,v為光波的主頻率,l為該段光纖的主長度。
(2)兩段光纖主軸的錯位引起的旋轉因子:
其中
代表相對旋轉的角度。
這樣,設輸入偏振光與消偏器連線埠主軸成45“角時,消偏器的瓊斯矩陣可以表示為:
由於輸出口各光波分量不相干涉,所以
是互不相關的。

消偏作用分析

任意偏振度的光波可以用相干矩陣表示為
其中
代表光波在兩個正交的偏振分量的強度,
設該光波通過光纖消偏振器後的相干矩陣為
,則
上式中D+為D的厄密共扼矩陣,<·>指時間平均。由於
互不相關,故有
其中
為上述任意相位,但
,求得
可見,從消偏器輸出的光波成為偏振度P=0的完全非偏振光。由於
是符合客觀情況的任意值,故這一結論適用於任何偏振態的光波,從而實現了消除偏振的作用。

套用

消偏光纖陀螺:消偏光纖陀螺 (SM —FO G ) 的光纖環採用的是單模光纖繞制而成,並在單模光纖敏感環的兩端加入Loyt消偏器,使光以完全非偏振形式在敏感環中傳輸,它主要利用了非偏振光在任意兩個正交的偏振方向上不相干,並且能量也在這兩個方向上等量分布的特性,使得 出射光 的主波與耦合波並不發生干涉,這樣減少了由於光纖環內部的耦合、雙折射、以及環境干擾引入的非互易性相位差對輸出光強的影響。這樣的結構可以消除信號消失,抑制偏振誤差和穩定中心波長。

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