光纖通信-保偏光纖拍長(zhǎng)測(cè)量pc

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 認(rèn)識(shí)保偏光纖雙折射效應(yīng)特性2. 用測(cè)偏振度方法測(cè)量保偏光纖拍長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)原理1. 光的偏振狀態(tài)及單模光纖中的雙折射效應(yīng)光本質(zhì)上是一種光頻段的電磁場(chǎng)， 一般以其電場(chǎng)分量描述場(chǎng)矢的振動(dòng)特性， 很多光源的光場(chǎng) 聚集狀態(tài)（或振動(dòng)的疊加）并不像左圖所示的具有確定的振動(dòng)面（現(xiàn)為紙平面），而是表現(xiàn)為沿偏振光各方向的隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程（混沌光） ，振動(dòng)是無(wú)序的。另外激光輸出一般具有線(xiàn)偏振的特性，振動(dòng)方向是確定的，在振動(dòng)面內(nèi)任意直角坐標(biāo)系xoy中可分解為Ex, Ey兩個(gè)分量，當(dāng)具有任意振動(dòng)方向的線(xiàn)偏振光通過(guò)單模光纖時(shí)，光纖介質(zhì)與光場(chǎng)的相互作用可以使光的振動(dòng)狀態(tài)引起變化，也可以保持光的線(xiàn)偏振不變，也能使其失去偏

2、振而成為混沌光，這取決于所使用的光纖。光的振動(dòng) 狀態(tài)引起變化的含義是指 Ex, Ey兩個(gè)分量在經(jīng)過(guò)光纖后相位上的變化有所不同，即產(chǎn)生附加位 相差，光纖對(duì)光產(chǎn)生雙折射的原因是多方面的，一般由內(nèi)部應(yīng)力或形變引起，一種比較理想的情況是光的偏振狀態(tài)發(fā)生從線(xiàn)偏振t橢圓偏振t圓偏振t橢圓偏振t線(xiàn)偏振等周而復(fù)始的變化，這種交換偏振狀態(tài)的次序可以沿著光纖的全部長(zhǎng)度進(jìn)行。偏振變換經(jīng)過(guò)2n位相差的距離為 Lp ,保偏光纖的橫截稱(chēng)為光纖的拍長(zhǎng)，拍長(zhǎng)與雙折射 n的關(guān)系是;n = nslow - n fast=2二 n - 02兀九0LP：n*其中nfast和n slow是光纖內(nèi)與雙折射對(duì)應(yīng)的兩個(gè)感應(yīng)方向（稱(chēng)快軸和慢軸

3、）的折射率，二 是單位長(zhǎng)度的位相增量（橫向傳播系數(shù)變化）2. 偏振保持光纖線(xiàn)偏在完美圓對(duì)稱(chēng)單模光纖中，HEn模的兩個(gè)偏振分量（正交偏振的LP。!模）以相同的速度傳播，這時(shí)它們具有相同的傳播常數(shù) ，線(xiàn)偏振得以保持（LP01模維持簡(jiǎn)并）。如果光纖不是很好圓對(duì)稱(chēng)的，即光纖是雙折射的，導(dǎo)致兩個(gè)偏振分量有不同的傳播常數(shù)，這時(shí)光纖內(nèi)慢軸和快軸分別沿 著橢圓的長(zhǎng)軸和短軸方向。 光纖的橢圓形可能是在制造中的偶然誤差所致，也可能是人為控制的，一般通過(guò)在光纖中施加應(yīng)力區(qū)來(lái)形成雙折射。如圖所示為領(lǐng)結(jié)型雙折射光纖。此處慢軸平行于領(lǐng) 結(jié)的高應(yīng)力軸（平行于領(lǐng)結(jié)）而快軸垂直于高應(yīng)力軸。當(dāng)光與光纖介質(zhì)相互作用時(shí)，大部分光會(huì)被

4、傳播， 而有一小部分光被介質(zhì)中的電子和缺陷散射。如果入射光是混沌光，光向所有方向散射，而當(dāng)入射光為線(xiàn)偏振時(shí)，沿著光纖慢軸方向?qū)?huì) 有很少的光散射，大多數(shù)散射光會(huì)沿著或靠近快軸的方向，如圖所示。這意味著如果我們讓線(xiàn)偏 振光通過(guò)此類(lèi)光纖介質(zhì)，介質(zhì)使光的偏振方向發(fā)生變化（嚴(yán)格講應(yīng)是場(chǎng)矢方向）卻沒(méi)有使其混沌,同時(shí)我們可以跟蹤和測(cè)量偏振狀態(tài)的變化。利用上述線(xiàn)偏振光沿兩個(gè)偏振感應(yīng)軸散射不同的現(xiàn)象可以觀(guān)測(cè)保偏光纖的拍長(zhǎng)，如圖W表激光示觀(guān)察沿慢軸方向時(shí)的弱散射，S表示觀(guān)察沿快軸方向時(shí)的強(qiáng)散射。3. 保偏光纖拍長(zhǎng)的保偏度測(cè)量方法一個(gè)通過(guò)測(cè)量輸出偏振光的保偏度來(lái)間接測(cè)量保偏光纖拍長(zhǎng)的裝置如圖所示，設(shè)入射線(xiàn)偏振光與

5、任意直角坐標(biāo)系 xoy的x軸的夾角為 ，則入射線(xiàn)偏振光的瓊斯矩陣形式為PI光纖的瓊斯矩陣(相當(dāng)于一個(gè)移相器，延遲量IG =co *= Eoexp(t)!sinejexp(j 2)exp(j 二)2 一X,在光纖出端橫截面內(nèi)的任意方向X , Y上進(jìn)行偏振光的檢測(cè),述Y方向用xoy系的旋轉(zhuǎn)矩陣描cos 日sinT =R I. si n 日 cosB因此，在xoy系中，場(chǎng)分量Ex,Ey可寫(xiě)成E cos。sinB exp(j 歹 ，Ey_si n 日 cos*9exp(-j2)Eexp(jcot) = 如。a )cos2 日 cos2 日 十 sin2 日 sin20 +1 sin 兇 sin 兇0c

6、osd2sin2 8 cos2 0 + cos2 日 sin20 -sin 2日 sin$ cos- 2 一將輸出結(jié)果表述為強(qiáng)度之間的關(guān)系-=(l Ex |2 -|Ey |2)/(| Ex |2 |Ey |2) 二cos2rcos2r sin 2 s in 2rcos對(duì)于給定的入，當(dāng)=0時(shí)上式取極值，這意味著沿偏振光的長(zhǎng)短軸作分量檢測(cè)，亦即沿光纖的慢，快軸方向進(jìn)行檢測(cè)，因此，這個(gè)值就是偏振度p,二就是光纖出端偏振光(一般為橢圓)的長(zhǎng)軸方位角。有下式恒等成立tg2)- tg2n0cos偏振度為1 max - 1 min2221/2P(cos 2“sin 2r0 cos )I 亠I .并有如下取極值條件max min710 =m 2 時(shí)，P極大-1“ (2m 1)時(shí)，P極小=| cos |4實(shí)驗(yàn)儀器1.激光器裝置2.偏振器裝置3.耦合器裝置4.光纖定位器裝置，出纖5.透鏡裝置6.檢偏裝置7.功率檢測(cè)裝置&光纖切割刀9.光纖剝離器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 調(diào)整光路及保偏光纖的偏振入射狀態(tài)，觀(guān)察輸出光斑。2. 在45度線(xiàn)偏光入射條件下測(cè)量最小偏振度P。3. 從光纖出端剪（切）去 1mm左右光纖（標(biāo)稱(chēng)拍長(zhǎng) 2mm），重測(cè)最小偏振度 P2。4. 計(jì)算保偏光纖拍長(zhǎng)，: 二：1 二 2 1 = arccosP2arccosR2兀2皿1I =p 耶| arccos P2 - arccos