保偏光纖的測(cè)試實(shí)驗(yàn)

背景介紹

在各種光纖干涉儀器中，要想得到最大的相干效率，就需要光纖傳播光的偏振態(tài)十分穩(wěn)定。光在單模光纖中傳輸實(shí)際上是兩個(gè)相互正交的偏振基模，當(dāng)光纖為理想光纖時(shí)傳輸?shù)幕Ｊ莾蓚€(gè)相互正交的二重簡(jiǎn)并態(tài)，而實(shí)際的光纖由于拉制中會(huì)出現(xiàn)不可避免的缺陷，這種缺陷會(huì)破壞二重簡(jiǎn)并態(tài)導(dǎo)致傳輸光的偏振態(tài)發(fā)生改變，且隨著光纖長(zhǎng)度增長(zhǎng)這種效應(yīng)會(huì)越來(lái)越明顯，這時(shí)最好的辦法就是采用保偏光纖。

保偏光纖就是保持光纖中基模的偏振態(tài)，其中最為常見(jiàn)的方法是人為地在光纖中引入很大的雙折射，使兩個(gè)基模的傳播常數(shù)相差很大，這樣兩個(gè)基模不易發(fā)生耦合從而實(shí)現(xiàn)保偏。

圖1. 熊貓保偏光纖結(jié)構(gòu)

目前應(yīng)用最廣的就是“熊貓”型保偏光纖(如圖1所示【光電讀書(shū)注：圖中兩側(cè)的應(yīng)力區(qū)摻雜應(yīng)為氧化硼B(yǎng)2O3】)，它是以應(yīng)力雙折射為主的高雙折射光纖結(jié)構(gòu)，通過(guò)摻硼層的線應(yīng)力經(jīng)過(guò)光彈效應(yīng)轉(zhuǎn)換為折射率差，從而引起很高的雙折射。

圖2. 快慢軸示意圖

保偏光纖有兩個(gè)主要的傳輸軸，分別稱為光纖的快軸和慢軸(如圖2所示)，其中快軸折射率小、光傳輸速度快，慢軸折射率大、光傳輸速度慢。精確測(cè)量快慢軸時(shí)延差對(duì)于評(píng)估光纖制備、光器件制造及光通信鏈路非常有意義，使用光頻域反射技術(shù)(OFDR)和光矢量分析儀可實(shí)現(xiàn)高精度(±0.1ps)地測(cè)量保偏光纖快慢軸時(shí)延差。

測(cè)試實(shí)驗(yàn)

使用OCI1500測(cè)量1m長(zhǎng)的熊貓保偏光纖快慢軸時(shí)延差，設(shè)置空間分辨率為10μm，測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

圖3. OCI1500測(cè)試時(shí)延

測(cè)得快慢軸距離差為0.0003m，折射率為1.468200，根據(jù)時(shí)延計(jì)算公式{t=(s*n)/c}可計(jì)算出快慢軸的實(shí)際時(shí)延為t=(0.0003*1.468200)/3*10^8=1.47ps。 昊衡科技的光矢量分析系統(tǒng)(OCI-V)可以用來(lái)測(cè)量偏振相關(guān)損耗PDL、偏振模色散PMD、群延時(shí)GD、色散CD等光學(xué)參數(shù)，測(cè)量精度可達(dá)皮秒(ps)量級(jí)。

使用OCI-V測(cè)量1m長(zhǎng)的熊貓保偏光纖快慢軸時(shí)延差，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

圖4. OCI-V測(cè)試PMD 從圖中可以看出，不同波長(zhǎng)下的PMD值基本一致，讀出保偏光纖的PMD為1.52ps，與OCI1500測(cè)得結(jié)果僅差0.05ps，認(rèn)為兩臺(tái)儀器測(cè)量結(jié)果一致。

總結(jié)

OFDR光頻域反射技術(shù)和光矢量分析儀(OCI-V)都能高精度地測(cè)量保偏光纖快慢軸時(shí)延差，且光矢量分析儀(OCI-V)能夠測(cè)量每個(gè)波長(zhǎng)下的PMD。使用OCI1500和OCI-V兩臺(tái)儀器測(cè)量結(jié)果誤差在0.1ps以內(nèi)，可以認(rèn)為兩臺(tái)儀器測(cè)量結(jié)果一致，且兩設(shè)備測(cè)量精度可相互印證。

審核編輯：湯梓紅