常见保偏光无源器件概览

      人们对保偏光纤及保偏器件的需求和研究已有很长的历史。只是限于系统成本和器件工艺制作难度，保偏器件在很长的时间里，并未得到普遍的重视和足够的提高。

      由于生产普通光纤难以克服的椭圆度和残余应力，以及在使用过程中不可避免的受外力和磁场的影响，所以普通光纤将随机改变在其中传输的二个简并模的相位差，使其偏振态随机变化。PDL、PMD等系统噪声引起的功率代价降低了系统的灵敏度，特别是在要求分波干涉的场合，普通光纤系统捉襟见肘，得不到令人满意的结果，体现出其局限。

         既然外加应力﹑本身缺陷和残余应力产生的随机应力方向随机改变传输光的偏振态，那如果在光纤内部引入比这些力更大的且方向恒定的固有应力，使外加应力﹑本身缺陷和残余应力引起的双折射可以忽略，则偏振方向与内部固有应力方向平行或正交的传输光将永远保持其偏振态。

        对保偏器件的研发和生产，很多学者和工程技术人员倾注了很多精力，使保偏器件的生产越来越成熟；但总体来看，仍然是生产滞后于研究；不过，随着生产工艺的不断完善，在目前大多数的使用情形，保偏器件已可满足需求。保偏器件的发展方向，是高的消光比﹑消光比对环境不敏感﹑器件性能稳定可靠﹑体积更小﹑成本更低。下面简单的介绍几种保偏器件的现状和用途：

     一、偏振光合束器（PBC）：

         PBC是Polarization Beam Combiner的缩写，意即偏振光合束器，也叫偏振复用器。该器件的机理有基于双折射棱镜的，有基于偏振薄膜的，也有基于光子晶体的，总的原则是将两束偏振方向正交的线偏光合成一束，或反之。其中偏振薄膜型PBC体积最大，成本最高，不久将被市场淘汰是不争的事实。光子晶体并未成熟，它的使用方便性尚需实践，它的可靠性尚待研究；不过，作为新兴的技术，它的美好前景很值期待。PBC最普遍的用途即是用于分布式FRA中进行泵浦增强与消除偏振依赖性，也多见于对需要增强泵浦功率而普通波分复用器又不能实现的同波长或不同波长泵浦源进行组合。现在的光通信系统，主要开发更宽波段，往波长更密集的方向发展，甚至出现了对50GHZ，25GHZ波长间隔的DWDM的需求。事实上，一味的追求波长密集，将使系统成本呈急剧增加；而相干光通信和偏振复用，将是系统增加容量不错的手段。若用PBC进行偏振复用，则即使是两个完全相同波长的光载波，也能在同一根光纤中互不干扰的传输，这就相当于使系统容量提高2倍。在这方面，国内外都有研究人员在做有益的工作。将PBC反向使用，便是偏振光分束器，也可称作偏振解复用器。由于该类器件在分束时同时具有起偏作用，该器件又可作起偏器，其优良的器件指标，IL〈 0.3dB，ER 〉28dB。

          基于该器件发展起来的有IPBC、IPBS，它们是在一个器件里合成了普通意义上的隔离器，同时具备PBC、PBS的功能，对上游系统或光源起抑制反射光的作用。对于要求极高的系统，双级型IPBC/S 是不错的选择，其峰值隔离度可达60dB。

二、保偏耦合器:

目前可商用的保偏耦合器主要基于融锥法，薄膜波片分光法，棱镜分光法。融锥法制作耦合器, 关键在应力轴的对准和控制，因而融锥系统成本很高，但欣喜的是国内已有厂商制作该类保偏耦合器，打破了国外对该技术的垄断。融锥型耦合器的优势所在，即是附加损耗低，体积小；但融锥型保偏耦合器由于其应力区的存在，使该器件的关键参数，也就是消光比，始终成为潜在的隐患，并对温度敏感。在这方面，仍需要更多细致的工作进行改进。而薄膜波片分光技术，依托成熟的镀膜工艺和微光学加工工艺，已生产出稳定可靠的产品。棱镜分光法是新兴起的技术，它的最大优点，就是消光比很高，与前两种方法比较，棱镜分光法普遍高出3~5dB，成为保偏耦合器中的佼佼者。不管哪种类型，都可做任意分光比。该种器件使用最多的领域是光纤传感，通过分波干涉，测量特定物理量；也有用于保偏系统中分功率及光源中作功率/波长监控。

三、保偏80um小包层光纤产品系列：

相对于125um包层直径保偏光纤，80um包层直径光纤有更多优势：其体积更小，可节省系统空间；其弯曲损耗更低，可使系统小型化；其弯曲内应力更小，可保证系统的长期可靠性。对于光纤陀螺仪中必然使用的光纤盘绕，80um光纤提供了远优于125um光纤的抗疲劳特性，工作寿命大大长于125um系统。对于航天航空航海及一些需要测量自身角速率的飞行器来说，没有什么比稳定可靠更重要的了。可以说，80um包层直径光纤是为光纤陀螺仪量身定做。光纤陀螺仪采用保偏系统比较优越，但有些生产商基于成本和集成难度考虑，也选用非保偏系统。相关的无源器件，主要有耦合器，隔离器, 起偏器等。用于陀螺仪光源，也有80um波分复用器。

 80um小包层光纤器件，也多用于多普勒速度计，全息探测器，水听器等。

    四、其他保偏器件简介：

起偏器：可对任意偏振态的输入光起偏，该类器件，全光纤型的单偏振光纤起偏器具有最优良的特性。

       保偏波分复用器：原则上可将任意不同的两个或两个以上波长进行合波和分波，该类器件，目前以薄膜滤波片型最为常见，也有融锥型和布拉格光栅型。

       保偏环形器：一般意义上的保偏环形器，只有一个光轴如慢轴工作而快轴截止或反之，不过即便如  此，正常的使用已足够。

       保偏隔离器：除了具备普通隔离器的功能外，该类器件增加了保偏功能。快﹑慢轴同时工作或兼备起偏功能的都可选用。

几乎所有普通光纤器件，都可在相类似的功能上制作出保偏型器件；至于诸如保偏法拉第旋转器﹑保偏法拉第旋转镜﹑保偏跳线﹑以及集多种功能的合成器件，在这里不再详述。