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偏振光纤概要及实用中的几个问题

发布时间:2017-01-07 18:03:36点击率:

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在使用激光作为载波进行通信或工具作加工处理、医疗、传感、探测时,通常需要对激光的偏振态进行管理。如果系统需要维持激光的某种特殊偏振态,在非自由空间的场合,保偏光纤或保圆光纤将是封闭通道方式保持激光偏振态的实用解决方案。

对于保偏光纤来说,最为常见的是在传统单模光纤纤芯附近增加应力区的一类特殊光纤。它实际上可以传输两种互相正交的线偏振光,从这个意义上看,它并不是单模的。在使用过程中,需要线偏光输入且精确对轴(无论快轴或慢轴),否则,将因为快轴及慢轴上的分量可以比拟且传输常数不同而获得偏振态随机的椭圆偏振光。对轴包含一系列的方法、工具和测试设备,也需要从业人员对保偏光纤有足够的理解。

如果在传统单模光纤纤芯两侧加入明显靠近纤芯的应力区或空孔,使两个正交方向上的偏振分量的传播常数明显不同,并使其中一个偏振分量因吸收、散射或逸出从而产生明显的衰减,则将制成单偏振光纤----从吹毛求疵的角度,它才是真正的单模光纤。它能将任何偏振态的输入光起偏,只是其衰减与输入偏振态及其与单偏振光纤的主轴对准情况相关。在保偏光纤的工作轴方向引入缺陷,比如研磨至一定深度并加以吸光或耗散处理,也能使常规的保偏光纤具有起偏功能,在这个研磨处理范围,它也是一种特殊形式的单偏振光纤。

使用光子晶体光纤的生产方法可以很方便的依照设计者的需求灵活的制作光子晶体保偏光纤。由于它的数值孔径更易调整和控制,纤芯可以是纯熔融石英,它在高功率激光系统中的应用颇具技术优势。

虽然,保偏光纤在常态下能保持线偏振,并对一般的环境变化(如温度、振动、湿度等)不敏感,可是当外界应力大到足以影响保偏光纤的固有内应力时,保偏光纤对线偏振的保持将相应劣化。而一旦劣化,原始的线偏振将有一定分量耦合进与之正交的方向。这种情况不易进行补偿。更为严重的是,光纤链路中,只需一点上受到劣化,此后的部分将相应受到影响。所以在工艺上对保偏光纤的保护至关重要。

盘绕光纤形成的应力以及光纤布线过程产生的扭转力都将不可避免的引起保偏光纤性能的劣化,使在其中传输的线偏光退化。而某些测试过程,乃至一些偏振器件,反而基于这些应力过程产生的效应获得想要的参量或特性,比如需要产生一个特定偏振态的偏振光。

除了保持线偏振,还有保持特定偏振态的旋转光纤。这种光纤几乎可以基于现有所有的单模光纤及保偏光纤来生产,甚至可以设计特别的应力区和折射率分布,以对不同旋向的偏振光形成高度相近或不同的传播常数,最终达到保持特定偏振态甚至滤除特定偏振光的目的。

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