用扰偏器消除光信息传输中的偏振相关损害 TB] %?L:
一、偏振相关损害的种类: ^4Ra$<
随着光网络的日益普及,以及光信息传输速度的不断提高,由光的偏振所引起的偏振相关损害越来越不可忽视。由于不同偏振态的入射光、光纤及光器件的偏振特性的不同,在光纤中进行信息传输时候都会受到不同的影响,都会给光信息传输造成各种影响。为此,消除偏振相关损害就成了众多光电子产业人士的重要工作。 6Q,-ZM=Z_p
偏振相关损害主要包括以下几个类型: ^e$;I8l
1 、光纤中的偏振模色散( PMD ), O6P0Am7s
2 、无源光器件中的偏振相关损耗( PDL ), Qp7|p
3 、电光调制器中的偏振相关调制( PDM ), c'_-jdi`>_
4 、光放大器中的偏振相关增益( PDG ), lKs*KwG
5 、 WDM 滤波器中的偏振相关波长( PDW ), omM*h{z$$
6 、接收机中的偏振相关响应( PDR ), )5lo^Qb
7 、传感器和相干通讯系统中的偏振相关响应度( PDS )。 B&0^3iKFi
消除偏振损害的一个非常有效的手段,就是使用扰偏器。 :X[(ymWNE
二、扰偏器的主要种类及工作原理 ze
Qgg|;
扰偏器的工作原理,就是将通过扰偏器的偏振光,以较高的速度不断改变其偏振态( SOP ),从而在总体时间段里,其综合效果失去了偏振特性。也就是说,在某一个瞬间它还是一个偏振度( DOP )为 1 的偏振光,但从平均时间上看,它就是一个 DOP= 0 的非偏振光。这个过程就叫做“扰偏”,经过“扰偏”的光叫做“扰偏光”。 c/ wzV
目前常见的扰偏器有三种类型,分别是:铌酸锂晶体扰偏器、柱型压电陶瓷谐振扰偏器和光纤挤压型扰偏器。下面分别介绍这三种扰偏器的工作原理和特性。 ]GYO`,
? 铌酸锂晶体扰偏器: &I.UEF2,
这种扰偏器是利用了铌酸锂晶体的电光效应,在晶体外施加电场,可以改变晶体的折射率。当光通过晶体的时候,在晶体外加入一个不断改变的电场,使得晶体的折射率不断发生变化,从而使这束光的偏振状态发生变化(图 1 )。 -6MgC9]
: j&M&+
图 1 t=iSMe
因为铌酸锂晶体的电光效应的响应速度很高,所以这种扰偏器的优点是扰偏速度快。但也存在缺点。一个主要缺点是插入损耗大。这是因为光在通过扰偏器的时候,需要进行多次的从光纤到晶体的界面出入。另一个主要缺点是造价高。这是因为这种扰偏器结构相对复杂,晶体器件成本也较高。 ]Ff"o7gT
这种扰偏器还有一个缺点是对偏振的敏感度高(偏振敏感度是指由于入射光的偏振态不同,仪器的扰偏效果也会发生变化)。当入射光的偏振方向正好和晶体的电场方向成 45 度角的时候,这种扰偏器的扰偏效果最好。遗憾的是在实际应用中,这样理想的情况是非常少的。为了解决这一矛盾,可以采用多级晶体器件,以不同的电场角度串联起来。但是这样一来插入损耗更大,制作成本也成倍增加。 "G P!]3t
? 柱型压电陶瓷谐振扰偏器 krZ J"`
这种扰偏器的主要结构是将光纤缠绕在柱型的压电陶瓷上,在压电陶瓷上施加电压,压电陶瓷会发生形变,从而使得上面的光纤产生拉伸,由于光弹效应,进而使得光纤内部的折射率发生变化(产生双折射),造成光纤内传输的光的偏振态的变化(图 2)。 p_Fc:%j>
$]4^ENkI
图 2 1oaiA/bq
电压变化频率与柱型压电陶瓷产生谐振的情况下,这种扰偏器的工作效率最高。在实际应用中,通常是采用多个柱型串联使用,从而降低这种扰偏器的偏振敏感度。这是因为单一柱型的扰偏效果,会受到入射光初始偏振态的影响。 vm)&