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【技術(shù)分享】 超低偏振光源之消偏技術(shù)
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作者:hltoptical
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發(fā)布時間: 2019-07-16
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“ 引言__
偏振度DOP(Degree of polarization)是光源的一項重要特性，其定義為偏振光在總光功率中所占的比例。
DOP較高的光源有DFB激光器、外腔結(jié)構(gòu)的激光器等，通常應(yīng)用于電信系統(tǒng)的光發(fā)射機(jī)或干涉儀的光源。
DOP較低的光源有放大的自發(fā)輻射光源、發(fā)光二極管、超輻射發(fā)光二極管如表1等，它們在光纖傳感領(lǐng)域有著非常重要的作用。例如，在光纖電流互感器中.使用低DOP光源可以有效去除偏振相關(guān)損耗（polarization dependent loss.PDL）及探測器對偏振敏感等因素的影響，提高傳感器的性能指標(biāo)。 __”
表1 低偏振SLED光源
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光源 |
低偏振SLED光源 |
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波長范圍 |
1250-1650nm或者50nm |
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功率譜密度 |
-20dBm |
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消偏前偏振度 |
＜15% |
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消偏后偏振度 |
＜2% |
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優(yōu)點 |
低相干度性、偏振相關(guān)損耗小、瑞利散射弱、低探測噪聲 |
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應(yīng)用領(lǐng)域 |
集成光學(xué)器件測試、白光干涉儀、光纖傳感等 |
常用消偏技術(shù)
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常用消偏技術(shù)
目前在實際應(yīng)用中，通常采用消偏器或偏振合波器等消偏技術(shù)來消除光源的偏振特性。理論上，消偏器可以將偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镈OP接近于0的非偏振光，這類偏振器一般由雙折射晶體、保偏光纖或其他方法制成。消偏器按實現(xiàn)方法可以分為電光型、聲控型、Lyot型及環(huán)形，其中Lyot型消偏器適用于寬譜光源，簡單實用，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種消偏器。
消偏器之Lyot
▽ 消偏器之Lyot型 ▽
Lyot型消偏器由兩段保偏光纖按偏振主軸成一定的夾角θ(= 45°)熔接而成，兩段光纖長度之比為L1:L2=1:2。光波在保偏光纖中傳輸，X、Y兩個正交方向（即偏振軸上）分別傳輸兩個互不兼并的基模，其傳播常數(shù)不相等，具有兩個偏振態(tài)。光波進(jìn)人保偏光纖中，會產(chǎn)生時延特性，輸出端兩偏振軸上的光波產(chǎn)生光程差。因此，消偏器的設(shè)計首先需要消除X、Y兩個偏振軸偏振光的相干性，即保證兩偏振軸上光波的光程差大于光波的相干長度，從時間上拉開兩個偏振態(tài)，使出射光互不相干。其次，使相互熔接的兩根保偏光纖雙折射軸成45°，保證消偏器輸出的光沿兩個主軸方向光強(qiáng)相等，最終實現(xiàn)對輸入光的消偏。光波傳輸分析如圖2所示。
圖2 光波傳輸分析
具體操作流程，可咨詢我司
▽ 消偏器之緊湊無源型 ▽
根據(jù)Lyot型消偏器的局限性，有學(xué)者提出了一種與輸入線偏振光振動方向無關(guān)的緊湊型無源偏振器。
原理：首先，用人為的偏振相關(guān)延遲代替保偏光纖的雙折射，即一光束由偏振分束器(PBS) 分成兩個沿空間不同光學(xué)介質(zhì)或路徑傳播的正交偏振分量，這樣，在兩分量之間形成一定長度光程差所需的空間距離可遠(yuǎn)小于保偏光纖的長度。
其次，在入射光束進(jìn)入消偏器之前先通過一個1/4波片，線偏振光被轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光，由于1/4波片和偏振分束器二者光軸的夾角是45°，所以由偏振分束器分開的兩束正交偏振光強(qiáng)度相等，與入射線偏振光振動方向無關(guān)。
圖3 緊湊無源型消偏器結(jié)構(gòu)
實驗結(jié)果表明，對于任意方向振動的線偏振光，消偏器輸出光的偏振度及其起伏都很小。如圖3所示，偏振分束器PBS1和PBS2的光軸在X0Z面內(nèi)，1/4波片的光軸與x軸的夾角是45°。線偏振光準(zhǔn)之后先通過1/4波片，變成一個長軸或短軸在1/4波片光軸方向的橢圓偏振光，然后偏振分束器1分成強(qiáng)度相等的兩個正交偏振分量，經(jīng)過不同光路傳播，最后由偏振分束器PBS2合為一束光進(jìn)入輸出準(zhǔn)直器，兩個光路之間的時間延遲差應(yīng)大于光源的相干時間。只要由偏振分束器PBS2合成時兩個正交分量的強(qiáng)度相同，且不相關(guān)，即可達(dá)到消偏的目的。整體來看，緊湊無源型消偏器雖然有獨特的優(yōu)點，但偏振精度不如Lyot型消偏器。
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