什么是保偏(PM)光纖?

從理論上來說，光纖是圓芯的應該不會產生雙折射，并且光纖的偏振態(tài)在傳播過程中是不會改變的。然而，在實際中，常規(guī)光纖在生產過程中，會受到外力作用等原因，使光纖粗細不均勻或彎曲等，就會使其產生雙折射現象。當光纖受到任何外部干擾，例如波長、彎曲度、溫度等的影響因素時，光的偏振態(tài)在常規(guī)光纖中傳輸時就會變得雜亂無章。

而保偏光纖的應用則是可以解決這一偏振態(tài)變化的問題，但它并不是消除光纖中的雙折射現象，而是通過在光纖幾何尺寸上的設計，產生更強烈的雙折射， 來消除應力對入射光偏振態(tài)的影響。

保偏光纖是如何影響光纖內的雙折射效應?保偏光纖在拉制過程中，當線偏振光沿光纖的一個特征軸傳輸時，部分光信號會耦合進入另一個與之垂直的特征軸，最終造成出射偏振光信號偏振消光比的下降，從而影響了雙折射效應。

如何制造保偏光纖?

常用的引入高雙折射的方法可在預制棒的光纖芯中引入幾何對稱的不均勻應力來實現，通過在纖芯兩側加入兩種改進玻璃組分的應力棒。 應力型保偏光纖主要是依靠嵌入的應力棒和光纖纖芯的熱膨脹系數的不同來產生熱應力，在熱應力作用下導致材料折射率的變化，從而產生雙折射效應。另一種方案是采用橢圓形的纖芯，橢圓形的形狀本身就會產生一定程度的形狀雙折射，即使沒有機械應力。

保偏光纖的結構

橢圓包層型、領結型和熊貓型是三種應用較為廣泛的三類保偏光纖，都屬于應力型保偏光纖。

什么是快軸和慢軸?

保偏光纖通過在穿過光纖的兩個垂直極化中引起光速差來工作。這種雙折射在光纖內產生兩個主要的傳輸軸，分別稱為光纖的快軸和慢軸。其中快軸為折射率小的方向，光傳輸速度較快的一個光軸，垂直穿過兩個應力區(qū)中心連線的中點;慢軸為穿過兩個應力區(qū)終點的一個光軸，為折射率大的方向，傳輸速度較慢。

什么是拍長?

若入射線偏振光的偏振方向與光纖的快軸或慢軸一致，則光在傳輸過程中其偏振態(tài)保持不變。若入射光的偏振方向和快軸或慢軸成一夾角，會同時激發(fā)兩種傳播常數不同的正交偏振模式，兩個偏振分量間功率的周期交換，這個周期就稱為拍長。拍長是光纖雙折射程度的一個非常客觀的參數，與光纖長度、輸入光的偏振和對準等都沒有關系，可以很好的反映光纖偏振態(tài)的周期性變化。周期性是指偏振狀態(tài)沿光纖長度方向從線偏→橢偏→圓偏→橢偏→線偏→橢偏→圓偏→橢偏→線偏的過程，在整數個拍長后返回原始線偏狀態(tài)。

拍長的公式是Lp=λ/B，λ波長，B是雙折射。拍長越小，快、慢軸的光速差越大，雙折射性能越強。典型的B值：普通光纖B=10(-7)，保偏光纖B=10(-4)

什么是消光比?

保偏光纖是如何實現保偏原理的，將偏振光偏振方向與其中一軸對齊，分到另一軸的偏振分量就會很小，從而保持傳輸光的偏振態(tài)。這時候就引入了消光比(ER)參數來反映光纖保持偏振態(tài)的優(yōu)劣程度。當偏振光偏振方向與快慢軸其中一個軸對齊后，通過元器件產生兩個正交偏振模態(tài)，沿原方向軸向的偏振分量與垂直方向的偏振分量的比值，就是消光比。消光比是衡量偏振器質量的重要參數，消光比越大，該偏振器質量越高。

ER = 10 log(Pmax/Pmin)

保偏(PM)跳線工作原理

保偏跳線(Polarization Maintaining Optical Connector)是通過精準的連接器鍵位來實現偏振模態(tài)的耦合對準。相比傳統(tǒng)的光纖跳線，保偏跳線具有保偏光纖傳輸偏振光信號，能夠保證線偏振的方向不變，提高相干信噪比，實現物理量的高精度測量等優(yōu)勢。

保偏連接器是兩根保偏光纖耦合的重要組件，確保兩根保偏光纖在耦合時的偏振模態(tài)保持偏振光原有的偏振狀態(tài)，維持高的消光比進行傳輸。 這就需要精準對接兩根光纖中慢軸或快軸，盡量減小θ角度誤差。將偏振光偏振方向與其中一軸對齊，分到另一軸的偏振分量就會很小，從而保持傳輸光的偏振態(tài)。保偏角度和消光比是反映保持偏振態(tài)的優(yōu)劣程度。

如何對準“貓眼”?

應力棒與光纖纖芯平行，施加的應力在光纖纖芯內產生雙折射，有利于光僅延一個方向偏振傳播，從而維持保偏工作。熊貓型應力棒是圓柱形的，而領結型采用梯形棱鏡應力棒。

一般來說，保偏光纖保持偏振態(tài)的好壞依賴于偏振光的入射狀態(tài)，要求偏振光的偏振態(tài)與保偏光纖快、慢軸方向耦合對準。要保證兩根光纖以較高的消光比傳輸，就必須保證保偏光纖通過光纖連接器端接時，應力棒應該與連接器Key鍵對齊。Key鍵是否對齊，直接決定了保偏連接器鏈路傳輸的功能，這個指標非常關鍵。

應力棒要與連接器key鍵對齊，市面上常規(guī)的生產做法是：在插芯中充填353ND固化膠，在膠水還未固定時，通過旋轉纖芯在放大鏡下來對準應力棒(貓眼)，對準后再固化。這樣做的問題點是，在對準“貓眼”后，需要移動連接器進行烘烤固化，纖芯極易發(fā)生轉動，并且固化膠存在一定的粘度，導致對準后在固化前纖芯發(fā)生旋轉偏移，“貓眼”的對準角度只能達到±5度以內，整條跳線的消光比只能達到20dB以上。而且一旦偏移角度過大，連接器端必須剪斷重新加頭，浪費工時，且品質難以保證。

為了解決以上問題，億源通自主設計了一款能360度旋轉插芯來對準“貓眼”的保偏連接器。通過旋轉固化后的插芯來代替旋轉光纜纖芯，當“貓眼”對準后，再固定插芯尾炳，達到精準定位的目的。經過驗證，HYC系列保偏連接器，對準角度偏差可控制在±1度以內，消光比能達到25dB以上。

應用于哪里?

保偏光纖一般是應用在對偏振態(tài)比較敏感的應用中，如干涉儀，或是激光器。還經常應用于光纖陀螺，光纖水聽器等傳感器和DWDM、EDFA等光纖通信系統(tǒng)。