昊衡科技演示：保偏光纖快慢軸時延差測量

  背景介紹

  在各種光纖干涉儀器中，要想得到最大的相干效率，就需要光纖傳播光的偏振態(tài)十分穩(wěn)定。光在單模光纖中傳輸實際上是兩個相互正交的偏振基模，當光纖為理想光纖時傳輸?shù)幕Ｊ莾蓚€相互正交的二重簡并態(tài)，而實際的光纖由于拉制中會出現(xiàn)不可避免的缺陷，這種缺陷會破壞二重簡并態(tài)導致傳輸光的偏振態(tài)發(fā)生改變，且隨著光纖長度增長這種效應會越來越明顯，這時最好的辦法就是采用保偏光纖。

  保偏光纖就是保持光纖中基模的偏振態(tài)，其中最為常見的方法是人為地在光纖中引入很大的雙折射，使兩個基模的傳播常數(shù)相差很大，這樣兩個基模不易發(fā)生耦合從而實現(xiàn)保偏。

  圖1. 熊貓保偏光纖結(jié)構(gòu)

  目前應用最廣的就是“熊貓”型保偏光纖(如圖1所示)，它是以應力雙折射為主的高雙折射光纖結(jié)構(gòu)，通過摻硼層的線應力經(jīng)過光彈效應轉(zhuǎn)換為折射率差，從而引起很高的雙折射。

  圖2. 快慢軸示意圖

  保偏光纖有兩個主要的傳輸軸，分別稱為光纖的快軸和慢軸(如圖2所示)，其中快軸折射率小、光傳輸速度快，慢軸折射率大、光傳輸速度慢。精確測量快慢軸時延差對于評估光纖制備、光器件制造及光通信鏈路非常有意義，使用光頻域反射技術(OFDR)和光矢量分析儀可實現(xiàn)高精度(±0.1ps)地測量保偏光纖快慢軸時延差。

  測試實驗：

  使用OCI1500測量1m長的熊貓保偏光纖快慢軸時延差，設置空間分辨率為10μm，測量結(jié)果如圖3所示。

  圖3. OCI1500測試時延

  測得快慢軸距離差為0.0003m，折射率為1.468200，根據(jù)時延計算公式{t=(s*n)/c}可計算出快慢軸的實際時延為t=(0.0003*1.468200)/3*10^8=1.47ps。

  昊衡科技的光矢量分析系統(tǒng)(OCI-V)可以用來測量偏振相關損耗PDL、偏振模色散PMD、群延時GD、色散CD等光學參數(shù)，測量精度可達皮秒(ps)量級。

  使用OCI-V測量1m長的熊貓保偏光纖快慢軸時延差，測量結(jié)果如圖4所示。

  圖4. OCI-V測試PMD

  從圖中可以看出，不同波長下的PMD值基本一致，讀出保偏光纖的PMD為1.52ps，與OCI1500測得結(jié)果僅差0.05ps，認為兩臺儀器測量結(jié)果一致。

  總結(jié)

  OFDR光頻域反射技術和光矢量分析儀(OCI-V)都能高精度地測量保偏光纖快慢軸時延差，且光矢量分析儀(OCI-V)能夠測量每個波長下的PMD。使用OCI1500和OCI-V兩臺儀器測量結(jié)果誤差在0.1ps以內(nèi)，可以認為兩臺儀器測量結(jié)果一致，且兩設備測量精度可相互印證。