光纖通信-保偏光纖拍長測量pc

1、實驗?zāi)康?. 認(rèn)識保偏光纖雙折射效應(yīng)特性2. 用測偏振度方法測量保偏光纖拍長實驗原理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， 一般以其電場分量描述場矢的振動特性， 很多光源的光場 聚集狀態(tài)（或振動的疊加）并不像左圖所示的具有確定的振動面（現(xiàn)為紙平面），而是表現(xiàn)為沿偏振光各方向的隨機振動過程（混沌光） ，振動是無序的。另外激光輸出一般具有線偏振的特性，振動方向是確定的，在振動面內(nèi)任意直角坐標(biāo)系xoy中可分解為Ex, Ey兩個分量，當(dāng)具有任意振動方向的線偏振光通過單模光纖時，光纖介質(zhì)與光場的相互作用可以使光的振動狀態(tài)引起變化，也可以保持光的線偏振不變，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 狀態(tài)引起變化的含義是指 Ex, Ey兩個分量在經(jīng)過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)生從線偏振t橢圓偏振t圓偏振t橢圓偏振t線偏振等周而復(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度進行。偏振變換經(jīng)過2n位相差的距離為 Lp ,保偏光纖的橫截稱為光纖的拍長，拍長與雙折射 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)與雙折射對應(yīng)的兩個感應(yīng)方向（稱快軸和慢軸

3、）的折射率，二 是單位長度的位相增量（橫向傳播系數(shù)變化）2. 偏振保持光纖線偏在完美圓對稱單模光纖中，HEn模的兩個偏振分量（正交偏振的LP。!模）以相同的速度傳播，這時它們具有相同的傳播常數(shù) ，線偏振得以保持（LP01模維持簡并）。如果光纖不是很好圓對稱的，即光纖是雙折射的，導(dǎo)致兩個偏振分量有不同的傳播常數(shù)，這時光纖內(nèi)慢軸和快軸分別沿 著橢圓的長軸和短軸方向。 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，一般通過在光纖中施加應(yīng)力區(qū)來形成雙折射。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，大部分光會被

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)入射光為線偏振時，沿著光纖慢軸方向?qū)?有很少的光散射，大多數(shù)散射光會沿著或靠近快軸的方向，如圖所示。這意味著如果我們讓線偏 振光通過此類光纖介質(zhì)，介質(zhì)使光的偏振方向發(fā)生變化（嚴(yán)格講應(yīng)是場矢方向）卻沒有使其混沌,同時我們可以跟蹤和測量偏振狀態(tài)的變化。利用上述線偏振光沿兩個偏振感應(yīng)軸散射不同的現(xiàn)象可以觀測保偏光纖的拍長，如圖W表激光示觀察沿慢軸方向時的弱散射，S表示觀察沿快軸方向時的強散射。3. 保偏光纖拍長的保偏度測量方法一個通過測量輸出偏振光的保偏度來間接測量保偏光纖拍長的裝置如圖所示，設(shè)入射線偏振光與

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上進行偏振光的檢測,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，場分量Ex,Ey可寫成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)果表述為強度之間的關(guān)系-=(l Ex |2 -|Ey |2)/(| Ex |2 |Ey |2) 二cos2rcos2r sin 2 s in 2rcos對于給定的入，當(dāng)=0時上式取極值，這意味著沿偏振光的長短軸作分量檢測，亦即沿光纖的慢，快軸方向進行檢測，因此，這個值就是偏振度p,二就是光纖出端偏振光(一般為橢圓)的長軸方位角。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，P極大-1“ (2m 1)時，P極小=| cos |4實驗儀器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.功率檢測裝置&光纖切割刀9.光纖剝離器實驗內(nèi)容1. 調(diào)整光路及保偏光纖的偏振入射狀態(tài)，觀察輸出光斑。2. 在45度線偏光入射條件下測量最小偏振度P。3. 從光纖出端剪（切）去 1mm左右光纖（標(biāo)稱拍長 2mm），重測最小偏振度 P2。4. 計算保偏光纖拍長，: 二：1 二 2 1 = arccosP2arccosR2兀2皿1I =p 耶| arccos P2 - arccos