偏振控制及偏振测试基础知识.pdfVIP

偏振控制及偏振测试基础知识

1.偏振态的表示方法

2.偏振态的控制方法

3.偏振态的测量方法

4.偏振度（DOP）及其测量

5.偏振消光比（PER）及其测量

6.偏振相关损耗（PDL）及其测量

7.偏振模色散（PMD）

随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高WDM系统中单信道的传输速率。目前，

单波长传输速率为40Gb/s的系统正在建设中，而传输速率更高的系统也已经进入了人们的视野，这

对光纤中的偏振模色散（PMD），偏振相关调制（PDM），放大器的偏振相关增益（PDG）等均提出

了更高的要求。尤其是近两年，偏振复用、相干探测技术成为在现已铺设的光缆中实现更高速率传输

的热点解决方案，赢得了业内人士的普遍关注。

另一方面，随着光纤传感技术的突破性进展，光纤传感系统在国民经济的各个领域中得到广泛应用。

作为解调相位、频移等传感信号的重要方法之一，相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、

电流传感等传感领域的核心技术。而控制偏振态，实现干涉信号的稳定输出，则是相干探测的关键部

分。

因此，我们可以看到，无论是在通讯领域，还是在传感领域，光的偏振都是大家共同关注的问题。下面

我们简单介绍一下偏振的基本概念、偏振的控制方法及几个重要偏振特性的测量技术。

1.偏振态的表示方法

所谓光的偏振，是指在光的传播过程中其能量分布的偏向性。光是一种横波，其能量分布是横向的，

也就分布于传播方向的横截面上。而能量在此平面上如何分布，则是偏振所要描述的问题了。对于完

全偏振光，能量在此平面内的分布是确定的，有固定的方向性。而对于自然光，其能量分布是没有任

何方向上的偏向的，是完全随机的。我们日常见到的绝大部分光，则是介于这两个状态之间的，其能

量的分布既有一定的随机性，也有一定的偏向性。

光是电磁波，其偏振状态可以用光的电矢量来描述。根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏

振光、圆偏振光和椭圆偏振光。此外，由电矢量还可以派生出来其他几种表示方法，如偏振椭圆、

Stokes参数、邦加球，另外还可以通过琼斯矩阵、米勒矩阵来表示一个偏振器件对偏振态的影响或改

变。下面我们仅就Stokes参数、邦加球表示法做详细说明。

Stokes参数通过S0、S1、S2、S3等4个参数来全面描述光源的偏振特性。4个Stokes参数的定义

如下：

S0=P0

S1=PX–PY

S2=P+45-P-45

S3=PL-PR

其中，P0是总光功率（包括偏振光部分和非偏振光部分），PX、PY、P+45、P-45、PL、PR分别

代表沿X轴（0°方向）、Y轴（90°方向）、+45°方向、-45°方向、右旋（RHC）轴、左旋（LHC）轴

的光功率。我们定义偏振度（DOP）来表征偏振光占总光强的比重。

不同类型光源，DOP也不同，取值范围从0～1。DFB激光器、外腔半导体激光器的DOP较高，接近

1。而放大的自发辐射光源（ASE）、发光二极管（LED）、超辐射发光二极管（SLED）的DOP较低。

当DOP=1时，我们将S1、S2、S3对S0进行归一化，并把S1、S2、S3作为一组坐标，就可以得到

一个球的方程S12+S22+S32＝1，也就是我们所说的邦加球。我们可以看到，赤道线上各点S3＝0，

对应于线偏振光；两个极点S1＝S2＝0，对应于圆偏振光；球面上的其他点对应于椭圆偏振光；球面

以内的部分DOP1，对应于部分偏振光。

图1.通过邦加球表征偏振态

返回

2.偏振态的控制方法

目前，商用的偏振控制器种类很多，具体方法和实际性能各不相同，但其原理均是通过双折射效应

来使一个偏振态的两个分量产生不同相位延迟，从而再重新生成所期望的偏振态。根据其技术原理，

偏振控制器大体可分为三类：

A、由多个延迟固定、方位角可变的波片组成；

B、由单个延迟