用擾偏器消除偏振相關(guān)損害
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相關(guān)損害越來(lái)越敏感。這類(lèi)損害包括：光纖中的偏振模色散（PMD），無(wú)源光器件中的偏振相關(guān)損耗（PDL），電光調制器中的偏振相關(guān)調制（PDM），光放大器中的偏振相關(guān)增益（PDG），WDM濾波器中的偏振相關(guān)波長(cháng)（PDW），接收機中的偏振相關(guān)響應（PDR），傳感器和相干通訊系統中的偏振相關(guān)靈敏度（PDS）。
擾偏技術(shù)可用來(lái)減輕偏振相關(guān)損害。一束完全偏振光，如果它的偏振態(tài)（SOP）受到外來(lái)因素的控制，以某一個(gè)速率發(fā)生隨機變化，那么這束光就被稱(chēng)為“擾偏光”。擾偏光在任何瞬時(shí)的偏振態(tài)的偏振度（DOP）都接近1。然而，從平均時(shí)間上看，它的DOP接近0。所以，擾偏光的DOP取決于平均時(shí)間取值的長(cháng)度或探測器的檢測帶寬。
擾偏器的原理和特點(diǎn)
擾偏器使用偏振調制方法動(dòng)態(tài)改變SOP。目前，已有一些采用不同技術(shù)的擾偏器，主要有LiNbO3（鈮酸鋰晶體）擾偏器、諧振光纖環(huán)擾偏器和光纖擠壓擾偏器。
鈮酸鋰晶體擾偏器：利用電光效應調制偏振態(tài)。如LiNbO3相位調制器，當一束線(xiàn)偏振光與擾偏器調制電場(chǎng)成45度角入射的時(shí)候，它就是一個(gè)擾偏器。這種擾偏器的優(yōu)點(diǎn)是速度高，缺點(diǎn)是插入損耗高、PDL高、殘余振幅調制（動(dòng)態(tài)損耗）高、輸入偏振態(tài)的不同對擾偏效果的影響大（偏振靈敏度高）、成本高。
雖然采用多個(gè)帶有不同電場(chǎng)方向的調制器件（圖1A）可以減小入射偏振態(tài)變化對擾偏效果產(chǎn)生的影響，但代價(jià)是增加了這種擾偏器的復雜性和成本。
諧振光纖環(huán)擾偏器：這種擾偏器的基本結構是在可膨脹的壓電陶瓷圓柱上纏繞光纖。對圓柱加一個(gè)電場(chǎng)使其膨脹，進(jìn)而由于光彈效應引起光纖內的雙折射，從而實(shí)現對光纖內的偏振光的偏振調制。如果電場(chǎng)頻率與壓電圓柱體的諧振頻率一致，則這種偏振調制效率最高。在實(shí)際應用中，同時(shí)串聯(lián)使用多個(gè)具有不同定位的光纖圓柱體可以減小擾偏器的偏振靈敏度（圖1B）。與LiNbO3擾偏器相比，膨脹光纖環(huán)擾偏器具有插入損耗低、PDL低和成本低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是體積大、擾偏速度低和光纖拉伸導致的殘余相位調制大。
擠壓光纖擾偏器：擠壓光纖引起的光彈效應可在光纖內引起大的雙折射，如果入射光的偏振態(tài)與擠壓方向成45度角，則可產(chǎn)生大的偏振調制，這就構成了擠壓光纖擾偏器。串聯(lián)使用多個(gè)互成45度的光纖擠壓器，就成了一個(gè)對入射偏振態(tài)不敏感的擾偏器（圖1C）。該儀器既可工作在高頻諧振擾偏模式下，也可工作在低頻非諧振擾偏模式下。與LiNbO3擾偏器相比，這種儀器具有插入損耗低、PDL低和成本低的優(yōu)點(diǎn)。與諧振光纖環(huán)擾偏器相比，它具有體積小、殘余相位調制低和使用靈活的優(yōu)點(diǎn)。另外，與LiNbO3擾偏器和光纖環(huán)擾偏器兩者中任何一個(gè)相比，它都具有殘余相位調制低和殘余振幅調制（動(dòng)態(tài)損耗）低的優(yōu)勢。低殘余相位調制在光學(xué)系統中對于避免干涉相關(guān)噪聲非常重要，而對于PDL和DOP測量?jì)x器，擾偏器的殘余振幅調制要求很低。圖2所示為用于OEM的擠壓光纖擾偏器電路板。
擾偏器的性能
對擾偏器性能的測試，一般是通過(guò)測量擾偏光經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后的偏振度和測量邦加球上偏振態(tài)覆蓋區的均勻性來(lái)實(shí)現的。在實(shí)際應用中，擾偏器的波長(cháng)和溫度靈敏性也非常重要。
圖3A展示了用圖2所示擾偏器電路板在邦加球上實(shí)現的完美的擾偏均勻性。圖3B表示的是作為探測器帶寬函數的DOP。圖3B展示了波長(cháng)靈敏度。由圖3C可知，多段光纖擠壓擾偏器對波長(cháng)變化的靈敏度遠遠低于其它類(lèi)型的擾偏器。實(shí)驗結果還顯示，光纖擠壓擾偏器對溫度變化的敏感度也是較低的，如圖3D所示。
工作壽命也是系統和工業(yè)應用中需要考慮的一個(gè)重要參數。有些用戶(hù)會(huì )對光纖擠壓器中光纖在應力下的使用壽命提出疑問(wèn)。事實(shí)上，如果不正確使用和保護，光纖會(huì )在很短的時(shí)間內損壞。通用光電公司從1996年起花了很大力氣對在應力狀態(tài)下光纖受損失效的機理及保護技術(shù)進(jìn)行了研究。采用通用光電公司的光纖保護專(zhuān)利技術(shù)，經(jīng)測算，擠壓器中的光纖在最大工作應力下的平均失靈時(shí)間（MTTF）可達到20億年。這一結果并不值得驚訝，因為光纖擠壓器將應力作用于光纖時(shí)，其應力的大小，和保偏光纖中由兩根應力桿引起的應力是一個(gè)數量級。在耐久性測試中，光纖通過(guò)了一萬(wàn)億次擠壓后仍保持性能不變。
擾偏器還可依據對驅動(dòng)頻率的要求不同來(lái)分類(lèi)。對于光纖擠壓擾偏器，其內部的各個(gè)擠壓器所要求的驅動(dòng)頻率是不一樣的。為了獲得最佳結果，它們之間的頻率關(guān)系不應是諧振或次諧振關(guān)系。有一種類(lèi)型的擾偏器，其驅動(dòng)頻率是在出廠(chǎng)前設定好的，不能更改。這類(lèi)擾偏器通常是利用壓電轉換器的諧振特性獲得最佳擾偏效率的。除此之外，通用光電公司還設計了一款適于手提和現場(chǎng)測試的微型擾偏器。這種微型擾偏器的擾偏速率可通過(guò)按鍵或計算機指令步進(jìn)式改變，范圍從幾Hz到幾萬(wàn)Hz。
擾偏器的用途
擾偏器廣泛用于光通信網(wǎng)絡(luò )、光纖傳感系統、測試測量系統中。如圖4A所示，對于PDG或超長(cháng)距離傳輸系統中的摻鉺光纖放大器，擾偏器可接在接收端，用于減小偏振相關(guān)增益。對于這一應用，擾偏速率應大大高于光纖放大器的增益恢復時(shí)間常數的倒數（在10Hz數量級）。
擾偏器還可用來(lái)輔助監控WDM系統的PMD，如圖4B所示。一般來(lái)講，可通過(guò)測量流經(jīng)光纖的光數據流的偏振度監控PMD。DOP值低通常代表PMD大。然而，這種測量也可能不準，因為如果注入光纖的光的偏振態(tài)與光纖的主偏振態(tài)對準，那么無(wú)論兩個(gè)偏振態(tài)之間的差分群延遲（DGD）有多大，測量的DOP值總會(huì )很大。避免這一測量誤差的一個(gè)有效方法，就是在發(fā)射端使用擾偏器。另外，它還可以使接收端的PMD補償器中的偏振態(tài)測量?jì)x對PSP進(jìn)行識別，這樣可加速對PMD的補償。在光網(wǎng)絡(luò )方面的其它應用還有，在擾偏器后面放置起偏器來(lái)監控WDM信號的信噪比。
擾偏器還可用來(lái)消除光纖傳感器的偏振衰減，如圖4C所示。在這種系統中，響應曲線(xiàn)的包絡(luò )線(xiàn)獨立于相對偏振波動(dòng)。
在偏振敏感儀器（如衍射光柵光譜分析儀）前放置一臺擾偏器，如果擾偏速率遠遠超過(guò)儀器中探測器的速度，則可有效消除偏振影響，如圖4D所示。另外，借助于一臺數字示波器，擾偏器可以測量被測器件的PDL值。器件的PDL值可由下式計算：
PDL=10log（Vmax / Vmin）
式中，Vmax和Vmin是數字示波器顯示的最大和最小信號值。
如果泵浦激光是高偏振的，那么拉曼放大器PDG通常較大。為了使PDG值最小，必須使用消偏的泵浦光源。泵浦光源的DOP值與放大器的PDG值有直接的聯(lián)系，所以必須仔細校驗。DOP可由昂貴的基于偏光計的偏振分析儀來(lái)檢測。然而，這種儀器對于低DOP值（<5%）的光源不夠精確。擾偏器加上一臺數字示波器，即可精確測量DOP值，原理如圖4F所示。假設用數字示波器測得的最大和最小電壓值分別為Vmax和Vmin，那么光源的DOP值可由下式計算：
DOP=（Vmax - Vmin）/（Vmax +Vmin）
目前，有一些公司在生產(chǎn)不同類(lèi)型的擾偏器，例如：ILX光波公司制造的獨立的桌面型儀器（型號為PSC 8420）、EXFO公司生產(chǎn)的測試儀器的插入模塊（型號為IQS-5100B）、通用光電公司（General Photonics）生產(chǎn)的桌面型擾偏儀（型號PCD-104）和用于OEM的電路板式擾偏器（型號PCD-003/004）。這些擾偏器都有各自固定的市場(chǎng)和優(yōu)勢。對于一個(gè)特定的用戶(hù)來(lái)講，哪種型號最佳，取決于其應用領(lǐng)域、使用者的喜好以及對價(jià)格的要求等。
不同類(lèi)型的擾偏器。A)、鈮酸鋰晶體擾偏器。B）、諧振光纖環(huán)擾偏器。C)、擠壓光纖擾偏器。
光纖擠壓擾偏器板卡
擠壓光纖擾偏器的技術(shù)參數。
擾偏器的不同應用。
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