昊衡科技演示：保偏光纤快慢轴时延差测量

6/15/2021，在各种光纤干涉仪器中，要想得到最大的相干效率，就需要光纤传播光的偏振态十分稳定。光在单模光纤中传输实际上是两个相互正交的偏振基模，当光纤为理想光纤时传输的基模是两个相互正交的二重简并态，而实际的光纤由于拉制中会出现不可避免的缺陷，这种缺陷会破坏二重简并态导致传输光的偏振态发生改变，且随着光纤长度增长这种效应会越来越明显，这时最好的办法就是采用保偏光纤。
保偏光纤就是保持光纤中基模的偏振态，其中最为常见的方法是人为地在光纤中引入很大的双折射，使两个基模的传播常数相差很大，这样两个基模不易发生耦合从而实现保偏。


图1. 熊猫保偏光纤结构

   目前应用最广的就是“熊猫”型保偏光纤（如图1所示），它是以应力双折射为主的高双折射光纤结构，通过掺硼层的线应力经过光弹效应转换为折射率差，从而引起很高的双折射。

 
图2. 快慢轴示意图

   保偏光纤有两个主要的传输轴，分别称为光纤的快轴和慢轴（如图2所示），其中快轴折射率小、光传输速度快，慢轴折射率大、光传输速度慢。精确测量快慢轴时延差对于评估光纤制备、光器件制造及光通信链路非常有意义，使用光频域反射技术（OFDR）和光矢量分析仪可实现高精度（±0.1ps）地测量保偏光纤快慢轴时延差。

测试实验：
使用OCI1500测量1m长的熊猫保偏光纤快慢轴时延差，设置空间分辨率为10μm，测量结果如图3所示。 


 图3. OCI1500测试时延

测得快慢轴距离差为0.0003m，折射率为1.468200，根据时延计算公式{t=(s*n)/c}可计算出快慢轴的实际时延为t=(0.0003*1.468200)/3*10^8=1.47ps。昊衡科技的光矢量分析系统（OCI-V）可以用来测量偏振相关损耗PDL、偏振模色散PMD、群延时GD、色散CD等光学参数，测量精度可达皮秒（ps）量级。使用OCI-V测量1m长的熊猫保偏光纤快慢轴时延差，测量结果如图4所示。


 图4. OCI-V测试PMD

   从图中可以看出，不同波长下的PMD值基本一致，读出保偏光纤的PMD为1.52ps，与OCI1500测得结果仅差0.05ps，认为两台仪器测量结果一致。

总结
   OFDR光频域反射技术和光矢量分析仪（OCI-V）都能高精度地测量保偏光纤快慢轴时延差，且光矢量分析仪（OCI-V）能够测量每个波长下的PMD。使用OCI1500和OCI-V两台仪器测量结果误差在0.1ps以内，可以认为两台仪器测量结果一致，且两设备测量精度可相互印证。