光是一种电磁波，描述电磁振荡传输的主要参量除频率、振幅、相位外，还有一个重要特性，即偏振态。偏振态即电场矢量取向，在电磁学中成为极化态，在光学中多称偏振态。信号光在光纤中传输的过程中，由于受到外界条件变化的影响，其偏振态可能沿光纤轴向发生变化，这对某些应用场合可能影响严重。例如，在相干光纤通信中，要求本振光与信号光的偏振态保持一致，否则接收灵敏度将大为下降；另一方面，偏振态因受到外界条件变化的调制而发生改变的这一特性，也可以被利用来构成光纤传感器，从而发挥独到的作用。
保偏光纤偏振特性简介及其应用
摘要：光是一种电磁波，描述电磁振荡传输的主要参量除频率、振幅、相位外，还有一个重要特性，即偏振态。偏振态即电场矢量取向，在电磁学中成为极化态，在光学中多称偏振态。信号光在光纤中传输的过程中，由于受到外界条件变化的影响，其偏振态可能沿光纤轴向发生变化，这对某些应用场合可能影响严重。例如，在相干光纤通信中，要求本振光与信号光的偏振态保持一致，否则接收灵敏度将大为下降；另一方面，偏振态因受到外界条件变化的调制而发生改变的这一特性，也可以被利用来构成光纤传感器，从而发挥独到的作用。
一、光纤内部光的偏振态
对多模光纤无须考虑偏振问题；但对单模光纤，偏振态在传输过程中发生改变则是重要特征，应予以高度重视。实际光纤的制作不可能绝对完善；另外在外部环境的作用下，其对称轴不可能绝对理想。例如，光纤芯产生椭圆变形或光纤内部具有残余应力等。这将使两正交的偏振模相位常数不等，从而引起在光纤中传输的速度不同，这种现象叫做光纤双折射。双折射引起一系列复杂的效应，例如，由于双折射两模式群速度不同，他们之间的简并被破坏，因而引起偏振模色散。
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。
图1偏振态简易示图
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，z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。
二、保偏光纤的制造及其原理
从产生的机理来看，双折射主要分为3类：(1)形状双折射：电介质材料几何形状的各向异性,导致材料的介电常数ε(r)和材料的导磁率μ(r)的各向异性,将引起材料折射率n(r)的各向异性。(2)应力双折射：主要指来自材料内部的热应力和材料外部的机械应力,材料在受到应力引起材料折射率的变化即弹光效应而产生双折射。(3)外界电磁场引起的双折射：横向电场在光纤中引起的克尔(Kerr)效应会产生线双折射,纵向磁场在光纤中引起的法拉第效应会产生圆双折射。
保偏光纤的制造。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。
三、保偏光纤的应用前景
保偏光纤在今后几年内将有较大的市场需求。随着新技术的飞速发展和新产品的不断开发，保偏光纤将沿着以下几个方向发展：
（1）采用光子晶体光纤新技术制造新型的高性能保偏光纤；
（2）开发温度适应性保偏光纤 ，以适应航空航天等领域环境的要求；
（3）开发出各种掺稀土保偏光纤 ，满足光放大器等器件应用的需求；
（4）开发氟化物保偏光纤 ，促进纤维光学干涉技术在红外天文学技术领域的发展。
结语：保偏光纤传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。保偏光纤作为一种特种光纤，在光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统中有着巨大的应用潜力。
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