偏振消光比测量

偏振消光比测量
随着光纤传感技术的突破性进展，光纤传感系统在国民经济的各个领域中得到广泛应用。

作为相位、频移等传感信号的重要解调方法之一，相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、电流传感等传感领域的核心技术。

而控制偏振态，实现干涉信号的稳定输出，则是相干探测的关键部分。

因此，我们可以看到，在传感领域，光的偏振是大家共同关注的问题。

下面我们简单介绍一下偏振消光比的基本概念及测量技术。

所谓光的偏振，是指在光的传播过程中其能量分布的偏向性。

光是一种横波，其能量分布于传播方向的横截面上，而能量是如何分布的就是偏振所要描述的问题。

对于完全偏振光，能量在此平面内的分布是确定的，有固定的方向性。

自然光在能量分布上是没有任何方向的，是完全随机的。

我们日常所见到的绝大部分光是介于这两个状态之间的，其能量分布既有一定的随机性也有一定的偏向性。

偏振消光比是沿偏振主态方向分解的两个正交偏振分量之间的比例关系，单位是dB。

100:1意味着20dB，10000:1意味着40dB。

对于起偏器来说，消光比越高，将输入光变为线偏振光的能力就越强。

对于光源来说，消光比越高输出光就会越接近于线偏振光。

理论上线偏光的能量完全集中于一个方向上，消光比无穷大；圆偏光的能量平均分布于两正交方向上，消光比为0；椭圆偏振光，消光比介于0和无穷之间；由于各轴上的能量都相等，非偏振光的消光比为0。

实际上，40dB消光比已经相当高了，低偏光源的消光比一般小于0.5dB。

图1 3种偏振光
在实际的科研应用中，我们一般使用旋转检偏器法作为偏振消光比的
测量方法。

假设检偏器的消光比足够高，远大于光源的消光比并且可以连续旋转。

当检偏器的主轴方向与输入光的主偏振分量方向重合的时候，功率计探测到的功率最大；当起偏方向与偏振态主方向正交的时候，功率计探测到的功率最小；这样消光比就可以通过下列公式计算得出：
()dB P P PER min
max 10log 10=
图2 光源与待测器件的测量方法
图2a为测量待测光源消光比的光路图。

图2b为测量待测起偏器消光比的光路图，也可以在起偏器右侧加入待测器件并通过此种方式测量待测器件的消光比。

在测试光路中，每经过一个器件（具有起偏作用的器件除外）、一段光纤、一个接头，偏振串音都会增加，测试到的消光比都会逐级劣化。

而且对于测试光源，要求功率稳定，因为光源的功率变化会影响消光比的测试结果；要求低偏振度，因为如果有线偏振分量，旋转起偏器后的功率损耗会发生变化，从而影响消光比测量的准确性。

图3 组装好的消光比测试系统
如图3所示，可以看到经过起偏器起偏后测得具有较高的消光比，当然较高的消光比需要较稳定的光源，性能较高的偏振片，高品质的光纤以及精度较高的消光比测试仪（以上消光比测试系统及实验数据全由拓普光研提供），消光比测试仪内部包括：准直光路、可旋转检偏器、探测器、控制电路、软件算法、数值显示、通信接口等部分。

具有测试速度快、测试精度高、性价比高等诸多优点。