光纤的双折射及偏振特性-精品

决定。 四、单模光纤的偏振色散
由于存在双折射，单模光纤中基模LPx, LPy的相位常数
x , y 不同，从而引进偏振色散，设这两个模式传输单位长度
所用的时间各 为0 x,x y ，y于是d d 单x位d 长d 度y 上d 产d 生的时延差为:
等效折射指数：n x , n y
xk0n xc n x, yk0n yc n y 故： 01 cd(n dx ny)nx cny cd(nd x ny)
0
0
2
2
2
3
2
3
2
3 2
2
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二、线双折射
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A. 参数：
1、线双折射率：L x y
EExi
Ey
j
E0
expjt
J0(Ur/a)(ejxzi J0(U)
ejyz
B. 应力双折射
光纤中的应力双折射是由于光弹效应引起的，光纤材料 本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的
折射指数相同，设为n。当光纤受力时，引起了弹性形变， 通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化，使材料变为各
Байду номын сангаас
向异性，从而呈现出双折射。
1. 光纤弯曲
2. 光纤侧向受压力
y
F
Ax R
y x
Ex Ex0 cos(t xz) Ey Ey0 cos(t yz)
幅度比 REy0/Ex0
相位差 y x(yx)z
E
Ex Ey
Ex0 Ey0
expj(t expj(t
xz) yz)
1
Ex Rexp( j)
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由于光纤中存在线双折射，两正交线偏振光的相
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位差沿光纤变化，从而使合成光的偏振态沿光纤周期性变
化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度，叫做拍长。
在一个拍长上，两正交偏振光的相位差变化了2π，因而有：
L LB 2
LB
2 L
0
B
双折射越厉害，拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界
n1 a x
双折射率：L
e2 2
()32 2
限定最短的拍长 LB min ：拍长最小对应最大上折射
1b amin em 2 2a x 2.n 5102L 1Bmin
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1-7 2020/5/12 例：n 1 1 . 4 , 0 6 . 0 , 1 0 . 3 m , 若 3 L B m 5 m i, b n / a 0 9 . 5 ％。5
A：光纤外径；E：材料的杨氏弹性模量，对石英玻璃： E6 .5 110 N 0/m 2
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µ：材料的泊松比，对石英玻璃： µ＝0.6
光纤的侧向受压也得到光纤线延迟器，其线延迟量由压力F
圆双折射：光纤对左旋和右旋偏振光有不同的相位常数。
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HE11 是由两个旋转方向不同的光分成的。
Faraday 磁光效应，光纤的扭转。
椭圆双折射：当线和圆同时存在时，形成椭圆双折射。 Ex, Ey
4. 不同。
5. 3.由偏振模色散引起的典型的群时延是0.5ps/km（对短距
6. 离光纤）。
7. 4.群速不同：偏振色散（PMD）Polarization Mode Disp
8. rsion。
9. 光的偏振态沿光纤轴向变化：光纤输出偏振态的不稳定
10. 性。
5. 双折射：线、圆、椭圆
6. 线双折射：x y ，应力变形。
p12 p22
p13 p23
对石英玻璃
p00..2172ii
j j
p31 p32 p33
弯曲光纤相当于一线延迟器。适当选取曲率半径R和弯曲 光纤的圈数可做成光纤型的λ/4“波片”或λ/2“波片”。这可以 用来构成光纤型偏振控制器。
2. 光纤侧向受压力
设单 位l长度所4 n 加0 3压k0力1 为E F，(p 则1应1 力p1 双)2折F A 射率为：
干扰的长度周期，它就可抵御这种干扰而有保持偏振状态
的能力。
4、消光比和功率耦合系数
在传输过程中，两个正交的线偏振模之间存在耦合，如在光
纤输入端激发x方向的线偏振模，其功率为P x ，由于耦合，
在光纤的输出端出现了y方向的线偏振模，其功率为 P y。用
消光比和功率耦合系数h来表示这一对正交线偏振模的耦
j)
Ex
E0
expj(t
xz)
J0(Ur/a) J0(U)
Ey
E0
expj(t
yz)
J0(Ur/a) J0(U)
2、归一化双折射B：BBL
k0
xk 0 ynxnynef
f
k 0 ：真空总的波数 neff ：等效折射率指数差
nx,ny：LPx,LPy模的等效折射率指数
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L comm3un、ica拍tion长s B ：
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§3 光纤的双折射及偏振特性
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一、Introduction
1. SMF实际上有两个简并模：LP0y1, LP0x1
2. 实际光纤并不完善（光纤芯子的椭圆变形，光纤内部
3. 的残余应力），两个模式并不简并，纵向相位常数β略有
a A：光纤外径
R：曲率半径
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线P：双弹折光射子：数 ，l 二阶x 张量y 0 .2k 0 5 n 3 (p 1 1p 1) 2 1 ( ) R A 2
p11 p p21
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合作用：
tanh( L)
Px Py
L：、光h越纤大长，度保；偏h：能耦力合越系强数。；这两参数说明光纤的保偏能力，
三、光纤的线双折射
A：光纤截面y 的非圆性变形
n2 b
椭圆度： e1b/a2