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發布時間:2016-06-29 19:46:53點擊率:
人們對保偏光纖及保偏器件的需求和研究已有很長的歷史。只是限于系統成本和器件工藝制作難度,保偏器件在很長的時間里,并未得到普遍的重視和足夠的提高。
由于生產普通光纖難以克服的橢圓度和殘余應力,以及在使用過程中不可避免的受外力和磁場的影響,所以普通光纖將隨機改變在其中傳輸的二個簡并模的相位差,使其偏振態隨機變化。PDL、PMD等系統噪聲引起的功率代價降低了系統的靈敏度,特別是在要求分波干涉的場合,普通光纖系統捉襟見肘,得不到令人滿意的結果,體現出其局限。
既然外加應力﹑本身缺陷和殘余應力產生的隨機應力方向隨機改變傳輸光的偏振態,那如果在光纖內部引入比這些力更大的且方向恒定的固有應力,使外加應力﹑本身缺陷和殘余應力引起的雙折射可以忽略,則偏振方向與內部固有應力方向平行或正交的傳輸光將永遠保持其偏振態。
對保偏器件的研發和生產,很多學者和工程技術人員傾注了很多精力,使保偏器件的生產越來越成熟;但總體來看,仍然是生產滯后于研究;不過,隨著生產工藝的不斷完善,在目前大多數的使用情形,保偏器件已可滿足需求。保偏器件的發展方向,是高的消光比﹑消光比對環境不敏感﹑器件性能穩定可靠﹑體積更小﹑成本更低。下面簡單的介紹幾種保偏器件的現狀和用途:
一、偏振光合束器(PBC):
PBC是Polarization Beam Combiner的縮寫,意即偏振光合束器,也叫偏振復用器。該器件的機理有基于雙折射棱鏡的,有基于偏振薄膜的,也有基于光子晶體的,總的原則是將兩束偏振方向正交的線偏光合成一束,或反之。其中偏振薄膜型PBC體積最大,成本最高,不久將被市場淘汰是不爭的事實。光子晶體并未成熟,它的使用方便性尚需實踐,它的可靠性尚待研究;不過,作為新興的技術,它的美好前景很值期待。PBC最普遍的用途即是用于分布式FRA中進行泵浦增強與消除偏振依賴性,也多見于對需要增強泵浦功率而普通波分復用器又不能實現的同波長或不同波長泵浦源進行組合。現在的光通信系統,主要開發更寬波段,往波長更密集的方向發展,甚至出現了對50GHZ,25GHZ波長間隔的DWDM的需求。事實上,一味的追求波長密集,將使系統成本呈急劇增加;而相干光通信和偏振復用,將是系統增加容量不錯的手段。若用PBC進行偏振復用,則即使是兩個完全相同波長的光載波,也能在同一根光纖中互不干擾的傳輸,這就相當于使系統容量提高2倍。在這方面,國內外都有研究人員在做有益的工作。將PBC反向使用,便是偏振光分束器,也可稱作偏振解復用器。由于該類器件在分束時同時具有起偏作用,該器件又可作起偏器,其優良的器件指標,IL〈 0.3dB,ER 〉28dB。
基于該器件發展起來的有IPBC、IPBS,它們是在一個器件里合成了普通意義上的隔離器,同時具備PBC、PBS的功能,對上游系統或光源起抑制反射光的作用。對于要求極高的系統,雙級型IPBC/S 是不錯的選擇,其峰值隔離度可達60dB。
二、保偏耦合器:
目前可商用的保偏耦合器主要基于融錐法,薄膜波片分光法,棱鏡分光法。融錐法制作耦合器, 關鍵在應力軸的對準和控制,因而融錐系統成本很高,但欣喜的是國內已有廠商制作該類保偏耦合器,打破了國外對該技術的壟斷。融錐型耦合器的優勢所在,即是附加損耗低,體積小;但融錐型保偏耦合器由于其應力區的存在,使該器件的關鍵參數,也就是消光比,始終成為潛在的隱患,并對溫度敏感。在這方面,仍需要更多細致的工作進行改進。而薄膜波片分光技術,依托成熟的鍍膜工藝和微光學加工工藝,已生產出穩定可靠的產品。棱鏡分光法是新興起的技術,它的最大優點,就是消光比很高,與前兩種方法比較,棱鏡分光法普遍高出3~5dB,成為保偏耦合器中的佼佼者。不管哪種類型,都可做任意分光比。該種器件使用最多的領域是光纖傳感,通過分波干涉,測量特定物理量;也有用于保偏系統中分功率及光源中作功率/波長監控。
三、保偏80um小包層光纖產品系列:
相對于125um包層直徑保偏光纖,80um包層直徑光纖有更多優勢:其體積更小,可節省系統空間;其彎曲損耗更低,可使系統小型化;其彎曲內應力更小,可保證系統的長期可靠性。對于光纖陀螺儀中必然使用的光纖盤繞,80um光纖提供了遠優于125um光纖的抗疲勞特性,工作壽命大大長于125um系統。對于航天航空航海及一些需要測量自身角速率的飛行器來說,沒有什么比穩定可靠更重要的了。可以說,80um包層直徑光纖是為光纖陀螺儀量身定做。光纖陀螺儀采用保偏系統比較優越,但有些生產商基于成本和集成難度考慮,也選用非保偏系統。相關的無源器件,主要有耦合器,隔離器, 起偏器等。用于陀螺儀光源,也有80um波分復用器。
80um小包層光纖器件,也多用于多普勒速度計,全息探測器,水聽器等。
四、其他保偏器件簡介:
起偏器:可對任意偏振態的輸入光起偏,該類器件,全光纖型的單偏振光纖起偏器具有最優良的特性。
保偏波分復用器:原則上可將任意不同的兩個或兩個以上波長進行合波和分波,該類器件,目前以薄膜濾波片型最為常見,也有融錐型和布拉格光柵型。
保偏環形器:一般意義上的保偏環形器,只有一個光軸如慢軸工作而快軸截止或反之,不過即便如 此,正常的使用已足夠。
保偏隔離器:除了具備普通隔離器的功能外,該類器件增加了保偏功能。快﹑慢軸同時工作或兼備起偏功能的都可選用。
幾乎所有普通光纖器件,都可在相類似的功能上制作出保偏型器件;至于諸如保偏法拉第旋轉器﹑保偏法拉第旋轉鏡﹑保偏跳線﹑以及集多種功能的合成器件,在這里不再詳述。
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