用擾偏器消除光信息傳輸中的偏振相關(guān)損害
B~BUW WMfp 一、偏振相關(guān)損害的種類：
: (RL8 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(shí)候都會(huì)受到不同的影響，都會(huì)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。
6|i`@|# 偏振相關(guān)損害主要包括以下幾個(gè)類型：
.8%vd 1 、光纖中的偏振模色散（ PMD ），
w0\4 Wa 2 、無源光器件中的偏振相關(guān)損耗（ PDL ），
Do(P dF6A 3 、電光調(diào)制器中的偏振相關(guān)調(diào)制（ PDM ），
xz="|H D); 4 、光放大器中的偏振相關(guān)增益（ PDG ），
dvxf lLd @ 5 、 WDM 濾波器中的偏振相關(guān)
波長（ PDW ），
0A@-9w=u 6 、接收機(jī)中的偏振相關(guān)響應(yīng)（ PDR ），
a\Tr!Be, 7 、
傳感器和相干通訊
系統(tǒng)中的偏振相關(guān)響應(yīng)度（ PDS ）。
DZF[dxH 消除偏振損害的一個(gè)非常有效的手段，就是使用擾偏器。
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Hr 二、擾偏器的主要種類及工作
原理 9PW m@
Nlf 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(shí)間段里，其綜合效果失去了偏振特性。也就是說，在某一個(gè)瞬間它還是一個(gè)偏振度（ DOP ）為 1 的偏振光，但從平均時(shí)間上看，它就是一個(gè) DOP＝ 0 的非偏振光。這個(gè)過程就叫做“擾偏”，經(jīng)過“擾偏”的光叫做“擾偏光”。
vr<)Ay 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。
i{4'cdr? ? 鈮酸鋰晶體擾偏器：
d7\k gh 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(shí)候，在晶體外加入一個(gè)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 ）。
US"2O!u !+%Az*ik 圖 1
+i2YX7Of 因?yàn)殁壦徜嚲w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(gè)主要缺點(diǎn)是插入損耗大。這是因?yàn)楣庠谕ㄟ^擾偏器的時(shí)候，需要進(jìn)行多次的從光纖到晶體的界面出入。另一個(gè)主要缺點(diǎn)是造價(jià)高。這是因?yàn)檫@種擾偏器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，晶體器件成本也較高。
!;ZBL;qY9 這種擾偏器還有一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)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(huì)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(shí)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(jí)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。
v5P*<U Ax ? 柱型壓電陶瓷諧振擾偏器
fWqv3nY^ 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(huì)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)墓獾钠駪B(tài)的變化（圖 2）。
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1 圖 2
\;'_|bu3 . 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(gè)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)閱我恢偷臄_偏效果，會(huì)受到入射光初始偏振態(tài)的影響。
Cd$dn HVh 與鈮酸鋰晶體擾偏器相比，這種擾偏器的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小、偏振損耗（ PDL ）低、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是體積大、擾偏速度低，另外，由于陶瓷柱膨脹時(shí)光纖產(chǎn)生大量的拉伸，導(dǎo)致殘余調(diào)制位相大。
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5!ndu 3 、擠壓光纖型擾偏器
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O|Td'Z 這種擾偏器的結(jié)構(gòu)，是在光纖兩側(cè)加上兩塊壓電陶瓷，壓電陶瓷通電后對(duì)光纖進(jìn)行擠壓，使光纖產(chǎn)生雙折射，從而實(shí)現(xiàn)擾偏（圖三）。
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0{V Z8 q.U*X5 圖 3
\IO$ +Guh 同樣，這種擾偏器通常將幾個(gè)擠壓器串聯(lián)使用，目的是排除對(duì)入射光的偏振敏感度。
Q|6Ls$'$ 這種擾偏器的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(gè)相比，它都具有低殘余相位調(diào)制和低殘余振幅調(diào)制（動(dòng)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(duì)于避免干涉相關(guān)噪聲非常重要，而對(duì)于用在 PDL 和 DOP 測量儀器方面的擾偏器，對(duì)低殘余振幅調(diào)制的要求是很嚴(yán)格的。
q+r ` e 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。
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