标签: 保偏光纤

什么是保偏（PM）光纤？ 从理论上来说，光纤是圆芯的应该不会产生双折射，并且光纤的偏振态在传播过程中是不会改变的。然而，在实际中，常规光纤在生产过程中，会受到外力作用等原因，使光纤粗细不均匀或弯曲等，就会使其产生双折射现象。当光纤受到任何外部干扰，例如波长、弯曲度、温度等的影响因素时，光的偏振态在常规光纤中传输时就会变得杂乱无章。 而保偏光纤的应用则是可以解决这一偏振态变化的问题，但它并不是消除光纤中的双折射现象，而是通过在光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射， 来消除应力对入射光偏振态的影响。 保偏光纤是如何影响光纤内的双折射效应？保偏光纤在拉制过程中，当线偏振光沿光纤的一个特征轴传输时，部分光信号会耦合进入另一个与之垂直的特征轴，最终造成出射偏振光信号偏振消光比的下降，从而影响了双折射效应。 如何制造保偏光纤？ 常用的引入高双折射的方法可在预制棒的光纤芯中引入几何对称的不均匀应力来实现，通过在纤芯两侧加入两种改进玻璃组分的应力棒。 应力型保偏光纤主要是依靠嵌入的应力棒和光纤纤芯的热膨胀系数的不同来产生热应力，在热应力作用下导致材料折射率的变化，从而产生双折射效应。另一种方案是采用椭圆形的纤芯，椭圆形的形状本身就会产生一定程度的形状双折射，即使没有机械应力。 保偏光纤的结构 椭圆包层型、领结型和熊猫型是三种应用较为广泛的三类保偏光纤，都属于应力型保偏光纤。 什么是快轴和慢轴？ 保偏光纤通过在穿过光纤的两个垂直极化中引起光速差来工作。这种双折射在光纤内产生两个主要的传输轴，分别称为光纤的快轴和慢轴。其中快轴为折射率小的方向，光传输速度较快的一个光轴，垂直穿过两个应力区中心连线的中点；慢轴为穿过两个应力区终点的一个光轴，为折射率大的方向，传输速度较慢。 什么是拍长？ 若入射线偏振光的偏振方向与光纤的快轴或慢轴一致，则光在传输过程中其偏振态保持不变。若入射光的偏振方向和快轴或慢轴成一夹角，会同时激发两种传播常数不同的正交偏振模式，两个偏振分量间功率的周期交换，这个周期就称为拍长。拍长是光纤双折射程度的一个非常客观的参数，与光纤长度、输入光的偏振和对准等都没有关系，可以很好的反映光纤偏振态的周期性变化。周期性是指偏振状态沿光纤长度方向从线偏→椭偏→圆偏→椭偏→线偏→椭偏→圆偏→椭偏→线偏的过程，在整数个拍长后返回原始线偏状态。 拍长的公式是Lp=λ/B，λ波长，B是双折射。拍长越小，快、慢轴的光速差越大，双折射性能越强。典型的B值：普通光纤B=10（－7），保偏光纤B＝10（－4） 什么是消光比？ 保偏光纤是如何实现保偏原理的，将偏振光偏振方向与其中一轴对齐，分到另一轴的偏振分量就会很小，从而保持传输光的偏振态。这时候就引入了消光比（ER）参数来反映光纤保持偏振态的优劣程度。当偏振光偏振方向与快慢轴其中一个轴对齐后，通过元器件产生两个正交偏振模态，沿原方向轴向的偏振分量与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质量的重要参数，消光比越大，该偏振器质量越高。 ER = 10 log(Pmax/Pmin) 保偏（PM）跳线工作原理 保偏跳线（Polarization Maintaining Optical Connector）是通过精准的连接器键位来实现偏振模态的耦合对准。相比传统的光纤跳线，保偏跳线具有保偏光纤传输偏振光信号，能够保证线偏振的方向不变，提高相干信噪比，实现物理量的高精度测量等优势。 保偏连接器是两根保偏光纤耦合的重要组件，确保两根保偏光纤在耦合时的偏振模态保持偏振光原有的偏振状态，维持高的消光比进行传输。 这就需要精准对接两根光纤中慢轴或快轴，尽量减小θ角度误差。将偏振光偏振方向与其中一轴对齐，分到另一轴的偏振分量就会很小，从而保持传输光的偏振态。保偏角度和消光比是反映保持偏振态的优劣程度。 如何对准“猫眼”？ 应力棒与光纤纤芯平行，施加的应力在光纤纤芯内产生双折射，有利于光仅延一个方向偏振传播，从而维持保偏工作。熊猫型应力棒是圆柱形的，而领结型采用梯形棱镜应力棒。 一般来说，保偏光纤保持偏振态的好坏依赖于偏振光的入射状态，要求偏振光的偏振态与保偏光纤快、慢轴方向耦合对准。要保证两根光纤以较高的消光比传输，就必须保证保偏光纤通过光纤连接器端接时，应力棒应该与连接器Key键对齐。Key键是否对齐，直接决定了保偏连接器链路传输的功能，这个指标非常关键。 应力棒要与连接器key键对齐，市面上常规的生产做法是：在插芯中充填353ND固化胶，在胶水还未固定时，通过旋转纤芯在放大镜下来对准应力棒（猫眼），对准后再固化。这样做的问题点是，在对准“猫眼”后，需要移动连接器进行烘烤固化，纤芯极易发生转动，并且固化胶存在一定的粘度，导致对准后在固化前纤芯发生旋转偏移，“猫眼”的对准角度只能达到±5度以内，整条跳线的消光比只能达到20dB以上。而且一旦偏移角度过大，连接器端必须剪断重新加头，浪费工时，且品质难以保证。 为了解决以上问题，亿源通自主设计了一款能360度旋转插芯来对准“猫眼”的保偏连接器。通过旋转固化后的插芯来代替旋转光缆纤芯，当“猫眼”对准后，再固定插芯尾炳，达到精准定位的目的。经过验证，HYC系列保偏连接器，对准角度偏差可控制在±1度以内，消光比能达到25dB以上。 应用于哪里？ 保偏光纤一般是应用在对偏振态比较敏感的应用中，如干涉仪，或是激光器。还经常应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统。 亿源通科技专注于无源光通信光器件研发生产制造20余年，可为客户提供定制化各种光纤连接器、跳线、PLC分路器、WDM波分复用器、MEMS光开关、环形器、耦合器、Hybrid器件等。亿源通推出了自主研发的可360°旋转插芯的保偏光纤连接器、跳线产品，包括LC\SC\FC连接头类型。

保偏光纤连接器（Polarization-maintaining，“PM”）作为一种特殊应用的连接器，广泛应用于光纤传感、干涉测量、平面波导、相干光传输及长距离双向光传输系统中。要了解保偏连接器，必然要使用到保偏光纤，首先需要知道什么是保偏光纤。 目前市面上出现的保偏光纤基本有以下几种截面类型： 其中最常见的是第五种，也叫熊猫光纤（因截面图看起来像熊猫脸，故而得名“熊猫光纤”）。那么这种光纤与普通单模光纤相比，有什么不同呢？ 保偏光纤，是一种特殊类型的单模光纤。普通的单模光纤能够传输随机偏振光，而保偏光纤只能传输一种方向上的偏振光。在保偏光纤中，传播到光纤中的线性偏振光波的偏振在传播过程中得以保持，偏振面之间光功率的交叉耦合很小或没有。对于某些需要偏振光输入的光纤组件（例如外部调制器），这种偏振方向保持功能极为重要。通过在光纤材料本身中产生应力，即可以保持光波延特定方向产生偏振的这一特性，因此出现了以下结构的保偏光纤。 应力棒在光纤中产生应力，有利于光仅延一个方向偏振传播。当PM光纤通过光纤连接器端接时，应力棒应该与连接器Key键对齐。Key键是否对齐，直接决定了PM连接器链路传输的功能，这个指标非常关键。 那要如何保证应力棒与连接器的key键是对齐的呢？如果要保证准确对齐，是否需要在连接器的结构上做一些特殊设计？ 应力棒要与连接器key键对齐，市面上常规的生产做法是：在插芯中充填353ND固化胶，在胶水还未固定时，通过旋转纤芯在放大镜下来对准应力棒（猫眼），对准后再固化。这样做的问题点是，在对准“猫眼”后，需要移动连接器进行烘烤固化，纤芯极易发生转动，并且固化胶存在一定的粘度，导致对准后在固化前纤芯发生旋转偏移，“猫眼”的对准角度只能达到±5度以内，整条跳线的消光比只能达到20dB以上。而且一旦偏移角度过大，连接器端必须剪断重新加头，浪费工时，且品质难以保证。 为了解决以上问题，亿源通（英文简称“HYC”）自主设计了一款能360度旋转插芯来对准“猫眼”的保偏连接器。通过旋转固化后的插芯来代替旋转光缆纤芯，当“猫眼”对准后，再固定插芯尾炳，达到精准定位的目的。经过验证，HYC系列保偏连接器，对准角度偏差可控制在±1度以内，消光比能达到25dB以上。 该方案可广泛应用于对偏振态比较敏感的仪器或场景中，如太空、高辐射环境、抗辐射产品、单偏振传输领域、EDFA、光纤陀螺、光纤传感设备、光纤水听器、光纤电流传感器、航天、航海、无人驾驶系统、通信、高敏感干涉仪器、保偏波分复用器等诸多领域。

什么是保偏（PM）光纤？ 从理论上来说，光纤是圆芯的应该不会产生双折射，并且光纤的偏振态在传播过程中是不会改变的。然而，在实际中，常规光纤在生产过程中，会受到外力作用等原因，使光纤粗细不均匀或弯曲等，就会使其产生双折射现象。当光纤受到任何外部干扰，例如波长、弯曲度、温度等的影响因素时，光的偏振态在常规光纤中传输时就会变得杂乱无章。 作为一种特种光纤，保偏光纤（Polarization Maintaining Optical Fiber）是通过光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射效应，来消除应力对入射光偏振态的影响，从而解决偏振态变化的问题。保偏光纤具有很强的双折射，只要入射光纤中光的偏振方向与保偏光纤的一个轴平行，即使光纤存在弯曲，光的偏振态也不会发生变化。对于某些需要保证偏证光输入的特殊应用中，保持偏振的功能就显得尤为重要。 保偏（PM）跳线工作原理 保偏跳线（Polarization Maintaining Optical Connector）是通过精准的连接器键位来实现偏振模态的耦合对准。相比传统的光纤跳线，保偏跳线具有保偏光纤传输偏振光信号，能够保证线偏振的方向不变，提高相干信噪比，实现物理量的高精度测量等优势。 保偏连接器是两根保偏光纤耦合的重要组件，确保两根保偏光纤在耦合时的偏振模态保持偏振光原有的偏振状态，维持高的消光比进行传输。这就需要精准对接两根光纤中慢轴或快轴，尽量减小θ角度误差。将偏振光偏振方向与其中一轴对齐，分到另一轴的偏振分量就会很小，从而保持传输光的偏振态。保偏角度和消光比是反映保持偏振态的优劣程度。 360°插芯可调的 保偏连接器 为了匹配一些特殊应用的场景，亿源通研制出一款新型的保偏连接器。亿源通自主设计开发的这款保偏连接器具有360°插芯可调，在组装制作的过程中，可通过旋转插芯来保证保偏光纤跳线的偏振光轴和接头定位键的精准对准。 相比较于传统的旋转光缆纤芯操作，旋转插芯操作只需要短时间占用操作设备，各项规格指标均高于业界水平（保偏角度可控在±1°以内，维持较高的消光比≥25dB）。为了灵活的满足客户需求，此保偏连接器还设计了多种类型可供选择（LC/FC/SC, APC/PC等）。 由于其良好的偏振态保持能力，PM保偏跳线一般应用于对偏振态比较敏感的仪器或场景中，主要用于太空、高辐射环境、抗辐射产品、单偏振传输领域、EDFA、光纤陀螺、光纤传感设备、光纤水听器、光纤电流传感器、航天、航海、无人驾驶系统、通信、高敏感干涉仪器、保偏波分复用器等诸多领域。

你所不了解的保偏光纤 普通光纤在制造过程中，会受到机械应力作用，使光纤变得不对称，从而产生双折射现象，因此，光的偏振态在普通光纤中传输时就会毫无规律地变化。造成这一现象的主要的影响因素有波长、弯曲度、温度等等。 为了解决偏振态变化的问题，保偏光纤应运而生。作为一种特种光纤，保偏光纤传输线偏振光，能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，实现物理量的高精度测量。   保偏光纤的这一特性使得其多应用在对偏振态比较敏感的领域，如干涉仪、激光器或是光源与外调制器之间的连接中等等。 在国内，保偏光纤产品的发展受到应用的限制。在早期，国内保偏光纤的研制尝试过不同光纤结构，包括领结型 (Bow-Tie) 应力区、椭圆应力区，并最终选择了熊猫型应力区的光纤结构 ; 光纤工作波长也从 850nm 向 1310nm 和 1550nm 迁移 ; 光纤的几何大小也逐渐从 125 微米包层直径 /250 微米涂敷层直径结构向 80 微米包层直径 /165 微米涂敷层直径结构转移。所有的上述技术变迁都是为了使光纤陀螺具有更高精度、更好的环境稳定性和更小的体积和重量。   随着科技的发展，保偏光纤也得到了进一步的优化，应用领域也由原来的光纤陀螺逐步扩展到了光纤通信领域和电力传感领域。   几何指标的优化 保偏光纤的几何指标优化包括两个方面的内容，首先是产品几何容差的减小，包括光纤的包层直径容差和涂敷层直径容差，更小的容差可以保证光纤产品具有更好的几何一致性，几公里、甚至几十公里的保偏光纤产品保持高度的几何一致性，是其在光纤陀螺和光纤器件方面的应用所必须的。在几何容差的控制方面，保偏光纤应该达到甚至优于通信光器件制作的单模光纤产品。第二，是几何指标的小型化，即减涂敷层直径的保偏光纤产品，包括 80 微米包层直径 /135 微米涂敷层直径，或者 80 微米包层直径 /125 微米涂敷层直径的保偏光纤产品的研制和推广，甚至更小包层直径 ( 如 60 微米包层直径 ) 的保偏光纤产品的研制和推广。保偏光纤产品的小型化对于促进光纤陀螺产品的小型化、提高其热稳定性具有关键的意义，但这种新产品的研制和使用需要和应用单位紧密合作，通过应用牵引发展。   光纤的材料性能优化 保偏光纤的材料性能是决定保偏光纤应用的稳定性、一致性和可靠性的关键。应用中保偏光纤的后续处理，主要有绕环、熔融拉锥、机械磨削抛光等方式。针对各种处理方式和应用方式，要求保偏光纤产品具有良好的适应性，即要求光纤涂敷层具有柔软、耐摩擦、与玻璃包层附着紧密、温度一致性好的特点 ; 要求光纤玻璃部分具有容易磨削抛光、不崩边、不开裂的特点 ; 同时要求光纤在高温拉锥过程中保持绝热变化，差损小、串音劣化小的特点。为了达到上述要求，需要优化保偏光纤的涂敷层材料和组合、优化保偏光纤的纤芯掺杂和应力区掺杂、优化保偏光纤中的应力分布和结构。通过这些材料的优化处理、以及光纤制造工艺的优化处理，所制造出的保偏光纤产品是可以满足上述工艺处理要求的。   新型保偏光纤产品的研制 为了满足一些特殊的应用要求，需要研制新型的保偏光纤产品，其中有两个方向是值得关注的。一个方向是为了满足太空或者其他高辐射环境的应用需求，有必要研制抗辐射的保偏光纤产品。另一个方向是为了获得真正的单偏振传输，有必要研制单偏振单模光纤。将单偏振光纤用于光纤陀螺等传感领域不仅在理论上具有更好的一致性，而且也获得了许多的实验支持。   小编认为，在国内，保偏光纤产品的应用和市场不断成长的同时，保偏光纤产品的质量和适用性也在不断进行优化和升级，满足时下的新要求。飞速光纤 (FS.COM) 提供 单模保偏 (PM) 光纤跳线，跳线长度、工作波长可定制，广泛应用于需保持 PM 状态下的偏振敏感光纤系统中的光传输。