怎么樣才能準(zhǔn)確測量器件的PDL? sMVk]Mb  
用擾偏器消除光信息傳輸中的偏振相關(guān)損害 2[=3-1c  
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一、偏振相關(guān)損害的種類： :J@3:+sr  
隨著光網(wǎng)絡(luò)的日益普及，以及光信息傳輸速度的不斷提高，由光的偏振所引起的偏振相關(guān)損害越來越不可忽視。由于不同偏振態(tài)的入射光、光纖及光器件的偏振特性的不同，在光纖中進(jìn)行信息傳輸時候都會受到不同的影響，都會給光信息傳輸造成各種影響。為此，消除偏振相關(guān)損害就成了眾多光電子產(chǎn)業(yè)人士的重要工作。 CvZ\Z472.j  
偏振相關(guān)損害主要包括以下幾個類型： a {x3FQ  
1 、光纖中的偏振模色散（ PMD ）， )l! /7WKY  
2 、無源光器件中的偏振相關(guān)損耗（ PDL ）， {U>N*&_`  
3 、電光調(diào)制器中的偏振相關(guān)調(diào)制（ PDM ）， vw:GNpg'R6  
4 、光放大器中的偏振相關(guān)增益（ PDG ）， ~a4Y8r  
5 、 WDM 濾波器中的偏振相關(guān)波長（ PDW ）， %rhZH^2  
6 、接收機(jī)中的偏振相關(guān)響應(yīng)（ PDR ）， f34/whD65  
7 、傳感器和相干通訊系統(tǒng)中的偏振相關(guān)響應(yīng)度（ PDS ）。 yEjiMtQll]  
消除偏振損害的一個非常有效的手段，就是使用擾偏器。 f|_\GVW  
二、擾偏器的主要種類及工作原理 IUEpE9_  
擾偏器的工作原理，就是將通過擾偏器的偏振光，以較高的速度不斷改變其偏振態(tài)（ SOP ），從而在總體時間段里，其綜合效果失去了偏振特性。也就是說，在某一個瞬間它還是一個偏振度（ DOP ）為 1 的偏振光，但從平均時間上看，它就是一個 DOP＝ 0 的非偏振光。這個過程就叫做“擾偏”，經(jīng)過“擾偏”的光叫做“擾偏光”。 1MO-60  
目前常見的擾偏器有三種類型，分別是：鈮酸鋰晶體擾偏器、柱型壓電陶瓷諧振擾偏器和光纖擠壓型擾偏器。下面分別介紹這三種擾偏器的工作原理和特性。 j `!Ge  
? 鈮酸鋰晶體擾偏器： ){)
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這種擾偏器是利用了鈮酸鋰晶體的電光效應(yīng)，在晶體外施加電場，可以改變晶體的折射率。當(dāng)光通過晶體的時候，在晶體外加入一個不斷改變的電場，使得晶體的折射率不斷發(fā)生變化，從而使這束光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化（圖 1 ）。 co\Il]`R/  
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圖 1 cK\ u  
因?yàn)殁壦徜嚲�體的電光效應(yīng)的響應(yīng)速度很高，所以這種擾偏器的優(yōu)點(diǎn)是擾偏速度快。但也存在缺點(diǎn)。一個主要缺點(diǎn)是插入損耗大。這是因?yàn)楣庠谕ㄟ^擾偏器的時候，需要進(jìn)行多次的從光纖到晶體的界面出入。另一個主要缺點(diǎn)是造價高。這是因?yàn)檫@種擾偏器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，晶體器件成本也較高。 i5Sya]FN  
這種擾偏器還有一個缺點(diǎn)是對偏振的敏感度高（偏振敏感度是指由于入射光的偏振態(tài)不同，儀器的擾偏效果也會發(fā)生變化）。當(dāng)入射光的偏振方向正好和晶體的電場方向成 45 度角的時候，這種擾偏器的擾偏效果最好。遺憾的是在實(shí)際應(yīng)用中，這樣理想的情況是非常少的。為了解決這一矛盾，可以采用多級晶體器件，以不同的電場角度串聯(lián)起來。但是這樣一來插入損耗更大，制作成本也成倍增加。 =NY55t.  
? 柱型壓電陶瓷諧振擾偏器 X=1o$:7  
這種擾偏器的主要結(jié)構(gòu)是將光纖纏繞在柱型的壓電陶瓷上，在壓電陶瓷上施加電壓，壓電陶瓷會發(fā)生形變，從而使得上面的光纖產(chǎn)生拉伸，由于光彈效應(yīng)，進(jìn)而使得光纖內(nèi)部的折射率發(fā)生變化（產(chǎn)生雙折射），造成光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾钠�振態(tài)的變化（圖 2）。 PCL ;Z  
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圖 2 uxDM #  
電壓變化頻率與柱型壓電陶瓷產(chǎn)生諧振的情況下，這種擾偏器的工作效率最高。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是采用多個柱型串聯(lián)使用，從而降低這種擾偏器的偏振敏感度。這是因?yàn)閱我恢�型的擾偏效果，會受到入射光初始偏振態(tài)的影響。 EFx>Hu/[G  
與鈮酸鋰晶體擾偏器相比，這種擾偏器的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小、偏振損耗（ PDL ）低、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是體積大、擾偏速度低，另外，由于陶瓷柱膨脹時光纖產(chǎn)生大量的拉伸，導(dǎo)致殘余調(diào)制位相大。 Q
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3 、擠壓光纖型擾偏器 4'`P+p"A  
這種擾偏器的結(jié)構(gòu)，是在光纖兩側(cè)加上兩塊壓電陶瓷，壓電陶瓷通電后對光纖進(jìn)行擠壓，使光纖產(chǎn)生雙折射，從而實(shí)現(xiàn)擾偏（圖三）。 <FU?^
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圖 3 +ansN~3  
同樣，這種擾偏器通常將幾個擠壓器串聯(lián)使用，目的是排除對入射光的偏振敏感度。 H#V&5|K%  
這種擾偏器的驅(qū)動電壓頻率既可以是擠壓器的諧振頻率，也可以是較低頻率。與鈮酸鋰晶體擾偏器相比，它具有插入損耗和偏振相關(guān)損耗（ PDL ）小，同時制作成本低。與柱型壓電陶瓷諧振擾偏器相比，它還具有體積小、殘余調(diào)制位相低和使用方便的優(yōu)點(diǎn)。另外，與上面所說的兩種擾偏器中任何一個相比，它都具有低殘余相位調(diào)制和低殘余振幅調(diào)制（動態(tài)損耗）的優(yōu)勢。低殘余相位調(diào)制在光學(xué)系統(tǒng)中對于避免干涉相關(guān)噪聲非常重要，而對于用在 PDL 和 DOP 測量儀器方面的擾偏器，對低殘余振幅調(diào)制的要求是很嚴(yán)格的。 uY>M3h#qx  
圖四所示為通用光電公司生產(chǎn)的用于 OEM 應(yīng)用的光纖擠壓器型擾偏器板卡。 | ?vm.zp  
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圖 4 8kdJtEW3  
三、擾偏器的性能 vK+reXE  
在實(shí)際應(yīng)用中，除了上面提到的體積、成本、插入損耗、偏振相關(guān)損耗、殘余相位等特性，用戶應(yīng)當(dāng)關(guān)心擾偏器的這些性能指標(biāo)： 1 、擾偏均勻性； 2 、擾偏器的工作波長； 3 、擾偏器的溫度系數(shù)； O<V 4j,  
擾偏均勻性一般是通過測量擾偏光經(jīng)過一段時間后的偏振度和測量邦加球上偏振態(tài)覆蓋區(qū)的均勻性來體現(xiàn)。圖 5A 展示了用圖 4所示擾偏器板卡實(shí)現(xiàn)的邦加球上完美的擾偏均勻性。圖 5B 表示的是探測器帶寬與 DOP 之間的的函數(shù)關(guān)系。圖 5C 展示了波長靈敏度。由圖 5C 可知，多段光纖擠壓器型擾偏器對波長變化的敏感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它類型的擾偏器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，光纖擠壓器型擾偏器對溫度變化的敏感度也是較低的，如圖 5D 所示。 #|,cy,v4  
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圖 5 R)*DkL!  
擾偏器的工作壽命也是用戶關(guān)心的事情。對于光纖擠壓器型擾偏器，如果不做特殊工藝處理和保護(hù)，光纖會很快損壞。通用光電公司從 1996 年起花了很大力氣對在應(yīng)力狀態(tài)下光纖受損失效的機(jī)理及保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究。采用通用光電公司的專利光纖保護(hù)技術(shù)，經(jīng)測算，擠壓器中的光纖在最大工作應(yīng)力下的平均失靈年限（ MTTF ）可達(dá)到 20 億年。 V7nOT*N:Q  
通用光電公司（ General Photonics ）除了生產(chǎn)應(yīng)用于 OEM 的電路板卡式的擾偏器（型號 PCD-003/004 ），有利于用戶設(shè)計到自己的儀器當(dāng)中，還生產(chǎn)出一種可以直接獨(dú)立工作的擾偏儀（圖 6 ），特別方便于光器件廠商和設(shè)備制造商用戶放在桌面上直接使用。 *-Yw%uR  
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