偏振

偏振是光的一個(gè)非常重要的特性。眾所周知，光是一種電磁波?？梢詫⑵窭斫鉃楣獾恼駝?dòng)方向，如果光的波動(dòng)是確定方向，則稱(chēng)之為偏振光，激光是最常見(jiàn)的偏振光；如果光的波動(dòng)方向是隨機(jī)的不同的方向，則稱(chēng)非偏振光，陽(yáng)光、白熾燈等常見(jiàn)光源都是都是非偏振光。

偏振光

偏振光一般分為三種：

線偏振光：光的振動(dòng)方向不變，只是大小隨著相位變化。也就是我們最常見(jiàn)的一維橫波。

圓偏振光：光的矢量端點(diǎn)軌跡為圓，即大小不變，角度隨著相位變化。圓所在的平面垂直于傳播方向。

橢圓偏振光：光的矢量端點(diǎn)為橢圓。圓所在的平面垂直于傳播方向。

事實(shí)上，線偏振和圓偏振都是橢圓偏振光的特例，可以把線偏振光看作是短軸長(zhǎng)度為 0的橢圓偏振光，把圓偏振光看作長(zhǎng)軸和短軸相等的橢圓偏振光，因此本質(zhì)都為橢圓偏振光。

偏振光可分為線偏振光和部分偏振光。線偏振光是光在傳播過(guò)程中，只包含一種振動(dòng)，振動(dòng)方向保持在同一平面內(nèi)。反之部分偏振光，是包含一切可能方向的振動(dòng)，

偏振度

偏振度: Degree of Polarization (DOP)，是指某一偏振態(tài)的光在總光強(qiáng)中所占的比例，通常來(lái)講是指強(qiáng)度最大的那一偏振態(tài)。

保偏光纖

理想情況下中，光纖為均勻等圓的介質(zhì)，光在其中能夠完整的保留其偏振態(tài)。但在真實(shí)應(yīng)用中，光纖結(jié)構(gòu)并不是完全均勻的，形狀缺陷以及應(yīng)力的存在使得光波無(wú)法保持偏振態(tài)，也就是說(shuō)，一束線偏振光，在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有一部分泄露到垂直的偏振方向上，降低了偏振度，經(jīng)過(guò)一段距離的光纖傳輸，其會(huì)變?yōu)榉瞧窆狻?/p>

在某些應(yīng)用中，我們需要使用偏振光，因此保偏光纖應(yīng)運(yùn)而生。保偏光纖則通過(guò)人為制造應(yīng)力，產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，從而保持偏振態(tài)。

雙折射

什么是雙折射效應(yīng)呢？簡(jiǎn)單的講，它是介質(zhì)對(duì)于不同方向偏振光的各向異性，在某個(gè)方向上的折射率大，另一個(gè)方向上的折射率小，產(chǎn)生了光程差，這樣就將光分離成了偏振方向垂直的兩束。

我們把傳輸速度快的那個(gè)方向稱(chēng)為快軸，慢的那個(gè)方向稱(chēng)為慢軸。

雙折射率越大，兩個(gè)軸上的相位速度的差越大，這樣在傳輸過(guò)程中泄露到另一個(gè)軸上的信號(hào)相位各不相同，就無(wú)法形成一組有效的信號(hào)，而淪落為噪聲，雙折射率越大，在傳輸過(guò)程中的模式交叉就越困難。

因此我們?cè)趯?shí)際使用的過(guò)程中，應(yīng)該將光的偏振方向與快軸或者慢軸對(duì)齊，這樣能夠獲得最佳的信噪比。

偏振相關(guān)損耗PDL和偏振消光比PER

偏振相關(guān)損耗: Polarization Determined Loss (PDL)，偏振消光比: Polarization Extinction Ratio (PER)，這兩者其實(shí)代表的含義都是相同的，只是應(yīng)用的場(chǎng)景不同。

偏振相關(guān)損耗，或者偏振消光比，是指光強(qiáng)最大的偏振態(tài)和光強(qiáng)最小的偏振態(tài)之間的光強(qiáng)之比。

在傳統(tǒng)的光信號(hào)傳輸中，我們是不希望光表現(xiàn)出一定的偏振度的，因?yàn)閭鬏斝盘?hào)的偏振不僅局限于光纖網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)，因此器件的插入損耗隨偏振狀態(tài)而異。這樣就導(dǎo)致了光強(qiáng)隨著偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)、變化而波動(dòng)。這種效應(yīng)雖然在單個(gè)器件上表現(xiàn)的不明顯，但是隨著光器件的累加可能產(chǎn)生很明顯的波動(dòng)，從而導(dǎo)致信號(hào)惡化。在這種情況下，我們希望光的 PDL越小越好。

而在某些情況下，我們希望信號(hào)光的偏振態(tài)的光強(qiáng)遠(yuǎn)大于其它偏振態(tài)的光強(qiáng)，其它的偏振態(tài)相當(dāng)于一種噪聲，因此我們希望 PER越大越好。

偏振相關(guān)增益PDG

與PDL相反，PDG是指光波通過(guò)光放大器后在偏振強(qiáng)分量方向得到的增益要小于偏振弱分量的增益（因?yàn)閺?qiáng)分量更加容易達(dá)到增益飽和）。兩分量經(jīng)過(guò)放大器后增益之差就叫做偏振相關(guān)增益（PDG）。其與PDL相比，PDG主要是描述的是不同偏振光的增益特性，PDL描述的是對(duì)不同偏振光的損耗特性。

偏振模色散

在理想的圓形單模光纖內(nèi)，可以把一個(gè)光脈沖分解成為 x 方向和 y方向的垂直光脈沖，以相同的速度進(jìn)行傳播，這兩個(gè)光脈沖在光纖末端會(huì)疊加成輸入時(shí)的偏振態(tài)。但實(shí)際情況中，種種因素會(huì)導(dǎo)致 x和 y方向的光脈沖有不同的傳播速度。首先，光纖都是有一定的橢圓度的，不可能完全是正圓；另外拉制光纖時(shí)，總會(huì)在光纖內(nèi)殘留一定的應(yīng)力，導(dǎo)致光纖的折射率分布不均勻。加上一些外部因素的干擾，這些因素共同導(dǎo)致了 x和 y方向的光脈沖之間產(chǎn)生一定的時(shí)延，這個(gè)時(shí)延就是偏振模色散。

用一句話總結(jié)，偏振模色散是快軸和慢軸上主偏振模之間的差分群時(shí)延。

審核編輯：湯梓紅