光纤偏振器

光纤偏振器可分为弯曲型光纤偏振器,片式元件型光纤偏振器,利用纤芯与金属或双折射晶体相接触原理的接触型光纤偏振器等三类。

这种偏振器的构成原理是,利用片式偏振元件的偏振光轴与偏保光纤的双折射轴相配合而构成的一种组合式光纤偏振器件。采用刻有沟槽(槽宽150μm)的石英基片,将熊猫光纤用粘合剂固定在沟槽内,此时光纤双折射主轴与基片表面垂直放置。相继在从基片表面至光纤芯部形成贯通性缝隙。缝隙宽约比片式偏振元件宽度大40拌m。为减少光反射作用,缝隙应与光纤轴向有一定倾斜度。然后,将片式偏振元件插入缝隙的同时,检测消光比参数值。在光纤双折射轴与片式偏振元件偏光轴相一致时(消光比最大)用粘合剂固定。做成的偏振器装入5mmx5mmx15mm铝盒中实现小型化目标。

一个典型的片式元件型光纤偏振器的波长特性示于图4。在波长为1.3μm和1.55μm时,插入损失分别为0.5dB和0.4dB。关于温度特性的研究结果示于图5。在低温下偏振器插入损失有增大的倾向，但变化不大，而消光比却表现出非常稳定的特性。另外，经过600℃ 100h和-20℃ 100h这样的热循环作用10次后,评价各特性值均未劣化。

利用特殊的光纤结构使输入光变为线偏振光(即起偏振)的光器件。图1中给出了光纤偏振器的一种结构形式。将普通单模光纤嵌入石英块中有一定曲率的沟槽内，磨抛去部分包层使光纤具D形截面，磨抛平面与光纤芯区保留一定厚度的残留包层，而后在其上真空蒸镀介质薄层(如MgF2)和金属薄层(如Al)，就做成一只光纤偏振器。普通单模光纤中的光可分解成电场相互正交的两个线偏振成分，二者经过光纤偏振器时损耗不同，电场方向垂直于光纤的磨抛平面的偏振成分被金属层强烈吸收，电场在磨抛面内的偏振成分几乎无损耗地通过，实现了起偏振的功能。光纤偏振器的主要参数是消光比和插入损耗，前者可用线偏输入光，通过偏振器后所得最大输出光强与旋转90°后所得的最小光强之比来衡量。适当控制残留包层厚度，选择介质层材料且控制其厚度，并蒸镀适当的金属膜层，可使光纤偏振器的消光比达到10万倍(40dB)偏振器的插入损耗可小于ldB。光纤偏振器也可用一段保偏光纤绕在合适直径的圆环上构成。用光纤偏振器与光纤型法拉第旋转器组合可构成光纤型隔离器。

图2所示的光纤(熊猫光纤)，在两侧存在着对纤芯施加拉应力的机构。由于纤芯(玻璃)所具有的双折射特性,在应力作用下x轴方向的折射率分量比y轴方向的折射率分量大。

另外,当光纤被弯曲时(小曲率半径) 由于弯曲损失的色散作用，纤芯折射率较小时,其色散作用将发生在较短波长一侧,反之亦然(如图3)。于是光纤获得单偏振功能特性,即在某波长范围内x偏振光损失小而y偏振光损失大,光纤输出光近似于x偏振光。