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OCI1500、OLI、OCI-V分别测试保偏光纤快慢轴时延差的一致性

更新时间:2023-03-09 点击量:788

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。一般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,而实际拉制中光纤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,这时应采用保偏光纤。


保偏光纤就是保持光纤中基模的偏振态,最常见的是人为的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,这样两个基模就不易发生耦合实现保偏。


目前市场上应用最多的是“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。


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图1. 熊猫保偏光纤结构


而保偏光纤是有两个主要的传输轴,分别称为光纤的快轴慢轴(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。

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图2. 快慢轴示意图


如何在光纤制备、光器件制造及光通信链路精确测量快慢轴时延差?本文我们将使用OCI、OCI-V和OLI测量保偏光纤快慢轴时延差,用三台仪器对同一保偏光纤进行测试,再对比三者测试结果的区别。

OCI1500、OLI、OCI-V测试论证

①采用高分辨光学链路诊断仪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。由于快慢轴传输光的速度不同,光从起点到光纤尾端的时间会不同,在测试结果上表现为两个峰值。

测得快慢轴距离差为0.0003m,折射率为1.468200,根据 时延计算公式可计算出快慢轴的实际时延为t=(0.0003*1.468200)/3*10^8=1.47ps。

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图3. OCI1500测试时延


采用低成本光学链路诊断仪OLI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。

测得快慢轴距离差为0.000289m,折射率为1.468200,根据时延计算公式可计算出快慢轴的实际时延为t=(0.000289*1.468200)/3*10^8=1.42ps。

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图4. OLI测试时延


采用光矢量分析仪(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5所示。

测得的时延差可以直接从图中读出为1.425ps,且随着波长的增大,保偏光纤快慢轴的时延会略微增大。

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图5. OCI-V测试时延


以上显示OCI1500、OLI与OCI-V的测试结果最大仅差0.05ps,这说明三台仪器测量结果一致性很高。


因此,使用OCI1500、OCI-V和OLI均能高精度地测试出保偏光纤快慢轴时延差,并且OCI1500和OLI在测试结果表现为一致,测试的保偏光纤快慢轴时延差都是扫频波长的群时延,而OCI-V测试结果为每个波长下的保偏光纤快慢轴时延差。同时OCI1500、OCI-V和OLI三台仪器测量结果误差均在0.1ps以内,基本认定三台仪器测量结果一致,且三个设备测量精度可相互印证。所以OCI1500、OCI-V和OLI对时延差的准确测量,对光纤制备、光器件制造及光通信链路具有非常重要的意义。