什么是光的“偏振”

偏振

偏振是光的一個非常重要的特性。眾所周知，光是一種電磁波?？梢詫⑵窭斫鉃楣獾恼駝臃较?，如果光的波動是確定方向，則稱之為偏振光，激光是最常見的偏振光；如果光的波動方向是隨機的不同的方向，則稱非偏振光，陽光、白熾燈等常見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：光的振動方向不變，只是大小隨著相位變化。也就是我們最常見的一維橫波。

圓偏振光：光的矢量端點軌跡為圓，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：光的矢量端點為橢圓。圓所在的平面垂直于傳播方向。

事實上，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度為 0的橢圓偏振光，把圓偏振光看作長軸和短軸相等的橢圓偏振光。因此本質都為橢圓偏振光。

偏振度

偏振度: Degree of Polarization (DOP)，是指某一偏振態(tài)的光在總光強中所占的比例，通常來講是指強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，光在其中能夠完整的保留其偏振態(tài)。但在真實應用中，光纖結構并不是完全均勻的，形狀缺陷以及應力的存在使得光波無法保持偏振態(tài)，也就是說，一束線偏振光，在傳輸?shù)倪^程中會有一部分泄露到垂直的偏振方向上，降低了偏振度，經(jīng)過一段距離的光纖傳輸，其會變?yōu)榉瞧窆狻?/span>

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

雙折射

什么是雙折射效應呢？簡單的講，它是介質對于不同方向偏振光的各向異性，在某個方向上的折射率大，另一個方向上的折射率小，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方向稱為快軸，慢的那個方向稱為慢軸。

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

因此我們在實際使用的過程中，應該將光的偏振方向與快軸或者慢軸對齊，這樣能夠獲得最佳的信噪比。

偏振相關損耗PDL和偏振消光比PER

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

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

在傳統(tǒng)的光信號傳輸中，我們是不希望光表現(xiàn)出一定的偏振度的，因為傳輸信號的偏振不僅局限于光纖網(wǎng)絡之內，因此器件的插入損耗隨偏振狀態(tài)而異。這樣就導致了光強隨著偏振態(tài)的旋轉、變化而波動。這種效應雖然在單個器件上表現(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，從而導致信號惡化。在這種情況下，我們希望光的 PDL越小越好。

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

偏振相關增益PDG

與PDL相反，PDG是指光波通過光放大器后在偏振強分量方向得到的增益要小于偏振弱分量的增益（因為強分量更加容易達到增益飽和）。兩分量經(jīng)過放大器后增益之差就叫做偏振相關增益（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，可以把一個光脈沖分解成為 x方向和 y方向的垂直光脈沖，以相同的速度進行傳播，這兩個光脈沖在光纖末端會疊加成輸入時的偏振態(tài)。但實際情況中，種種因素會導致 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，總會在光纖內殘留一定的應力，導致光纖的折射率分布不均勻。加上一些外部因素的干擾，這些因素共同導致了 x和 y方向的光脈沖之間產(chǎn)生一定的時延，這個時延就是偏振模色散。

用一句話總結，偏振模色散是快軸和慢軸上主偏振模之間的差分群時延。

天津見合八方光電科技有限公司

天津見合八方光電科技有限公司（http://tj.jhbf.cc），是一家致力于光子集成技術的研發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè)，目前已推出全系列半導體光放大器SOA產(chǎn)品（1060nm,1310nm,1550nm），并可提供各種保偏半導體光放大器SOA器件。

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