在高速光通訊網絡系統的設計中，光波的偏振是不容忽視的一個重要因素。隨著速率的提高，光纖通訊系統對偏振   
  
 
相關損害越來越敏感。這類損害包括：光纖中的偏振模色散（PMD），無源光器件中的偏振相關損耗（PDL），電光調制器中的偏振相關調制（PDM），光放大器中的偏振相關增益（PDG），WDM濾波器中的偏振相關波長（PDW），接收機中的偏振相關響應（PDR），傳感器和相干通訊系統中的偏振相關靈敏度（PDS）。 

擾偏技術可用來減輕偏振相關損害。一束完全偏振光，如果它的偏振態（SOP）受到外來因素的控制，以某一個速率發生隨機變化，那么這束光就被稱為“擾偏光”。擾偏光在任何瞬時的偏振態的偏振度（DOP）都接近1。然而，從平均時間上看，它的DOP接近0。所以，擾偏光的DOP取決于平均時間取值的長度或探測器的檢測帶寬。 

擾偏器的原理和特點 

擾偏器使用偏振調制方法動態改變SOP。目前，已有一些采用不同技術的擾偏器，主要有LiNbO3（鈮酸鋰晶體）擾偏器、諧振光纖環擾偏器和光纖擠壓擾偏器。 

鈮酸鋰晶體擾偏器：利用電光效應調制偏振態。如LiNbO3相位調制器，當一束線偏振光與擾偏器調制電場成45度角入射的時候，它就是一個擾偏器。這種擾偏器的優點是速度高，缺點是插入損耗高、PDL高、殘余振幅調制（動態損耗）高、輸入偏振態的不同對擾偏效果的影響大（偏振靈敏度高）、成本高。 

雖然采用多個帶有不同電場方向的調制器件（圖1A）可以減小入射偏振態變化對擾偏效果產生的影響，但代價是增加了這種擾偏器的復雜性和成本。 

諧振光纖環擾偏器：這種擾偏器的基本結構是在可膨脹的壓電陶瓷圓柱上纏繞光纖。對圓柱加一個電場使其膨脹，進而由于光彈效應引起光纖內的雙折射，從而實現對光纖內的偏振光的偏振調制。如果電場頻率與壓電圓柱體的諧振頻率一致，則這種偏振調制效率最高。在實際應用中，同時串聯使用多個具有不同定位的光纖圓柱體可以減小擾偏器的偏振靈敏度（圖1B）。與LiNbO3擾偏器相比，膨脹光纖環擾偏器具有插入損耗低、PDL低和成本低的優點。缺點是體積大、擾偏速度低和光纖拉伸導致的殘余相位調制大。 

擠壓光纖擾偏器：擠壓光纖引起的光彈效應可在光纖內引起大的雙折射，如果入射光的偏振態與擠壓方向成45度角，則可產生大的偏振調制，這就構成了擠壓光纖擾偏器。串聯使用多個互成45度的光纖擠壓器，就成了一個對入射偏振態不敏感的擾偏器（圖1C）。該儀器既可工作在高頻諧振擾偏模式下，也可工作在低頻非諧振擾偏模式下。與LiNbO3擾偏器相比，這種儀器具有插入損耗低、PDL低和成本低的優點。與諧振光纖環擾偏器相比，它具有體積小、殘余相位調制低和使用靈活的優點。另外，與LiNbO3擾偏器和光纖環擾偏器兩者中任何一個相比，它都具有殘余相位調制低和殘余振幅調制（動態損耗）低的優勢。低殘余相位調制在光學系統中對于避免干涉相關噪聲非常重要，而對于PDL和DOP測量儀器，擾偏器的殘余振幅調制要求很低。圖2所示為用于OEM的擠壓光纖擾偏器電路板。 

擾偏器的性能 

對擾偏器性能的測試，一般是通過測量擾偏光經過一段時間后的偏振度和測量邦加球上偏振態覆蓋區的均勻性來實現的。在實際應用中，擾偏器的波長和溫度靈敏性也非常重要。 

圖3A展示了用圖2所示擾偏器電路板在邦加球上實現的完美的擾偏均勻性。圖3B表示的是作為探測器帶寬函數的DOP。圖3B展示了波長靈敏度。由圖3C可知，多段光纖擠壓擾偏器對波長變化的靈敏度遠遠低于其它類型的擾偏器。實驗結果還顯示，光纖擠壓擾偏器對溫度變化的敏感度也是較低的，如圖3D所示。 

工作壽命也是系統和工業應用中需要考慮的一個重要參數。有些用戶會對光纖擠壓器中光纖在應力下的使用壽命提出疑問。事實上，如果不正確使用和保護，光纖會在很短的時間內損壞。通用光電公司從1996年起花了很大力氣對在應力狀態下光纖受損失效的機理及保護技術進行了研究。采用通用光電公司的光纖保護專利技術，經測算，擠壓器中的光纖在最大工作應力下的平均失靈時間（MTTF）可達到20億年。這一結果并不值得驚訝，因為光纖擠壓器將應力作用于光纖時，其應力的大小，和保偏光纖中由兩根應力桿引起的應力是一個數量級。在耐久性測試中，光纖通過了一萬億次擠壓后仍保持性能不變。 

擾偏器還可依據對驅動頻率的要求不同來分類。對于光纖擠壓擾偏器，其內部的各個擠壓器所要求的驅動頻率是不一樣的。為了獲得最佳結果，它們之間的頻率關系不應是諧振或次諧振關系。有一種類型的擾偏器，其驅動頻率是在出廠前設定好的，不能更改。這類擾偏器通常是利用壓電轉換器的諧振特性獲得最佳擾偏效率的。除此之外，通用光電公司還設計了一款適于手提和現場測試的微型擾偏器。這種微型擾偏器的擾偏速率可通過按鍵或計算機指令步進式改變，范圍從幾Hz到幾萬Hz。 

擾偏器的用途 

擾偏器廣泛用于光通信網絡、光纖傳感系統、測試測量系統中。如圖4A所示，對于PDG或超長距離傳輸系統中的摻鉺光纖放大器，擾偏器可接在接收端，用于減小偏振相關增益。對于這一應用，擾偏速率應大大高于光纖放大器的增益恢復時間常數的倒數（在10Hz數量級）。 

擾偏器還可用來輔助監控WDM系統的PMD，如圖4B所示。一般來講，可通過測量流經光纖的光數據流的偏振度監控PMD。DOP值低通常代表PMD大。然而，這種測量也可能不準，因為如果注入光纖的光的偏振態與光纖的主偏振態對準，那么無論兩個偏振態之間的差分群延遲（DGD）有多大，測量的DOP值總會很大。避免這一測量誤差的一個有效方法，就是在發射端使用擾偏器。另外，它還可以使接收端的PMD補償器中的偏振態測量儀對PSP進行識別，這樣可加速對PMD的補償。在光網絡方面的其它應用還有，在擾偏器后面放置起偏器來監控WDM信號的信噪比。 

擾偏器還可用來消除光纖傳感器的偏振衰減，如圖4C所示。在這種系統中，響應曲線的包絡線獨立于相對偏振波動。 

在偏振敏感儀器（如衍射光柵光譜分析儀）前放置一臺擾偏器，如果擾偏速率遠遠超過儀器中探測器的速度，則可有效消除偏振影響，如圖4D所示。另外，借助于一臺數字示波器，擾偏器可以測量被測器件的PDL值。器件的PDL值可由下式計算： 

PDL=10log（Vmax / Vmin） 

式中，Vmax和Vmin是數字示波器顯示的最大和最小信號值。 

如果泵浦激光是高偏振的，那么拉曼放大器PDG通常較大。為了使PDG值最小，必須使用消偏的泵浦光源。泵浦光源的DOP值與放大器的PDG值有直接的聯系，所以必須仔細校驗。DOP可由昂貴的基于偏光計的偏振分析儀來檢測。然而，這種儀器對于低DOP值（<5%）的光源不夠精確。擾偏器加上一臺數字示波器，即可精確測量DOP值，原理如圖4F所示。假設用數字示波器測得的最大和最小電壓值分別為Vmax和Vmin，那么光源的DOP值可由下式計算： 

DOP=（Vmax - Vmin）/（Vmax +Vmin） 

目前，有一些公司在生產不同類型的擾偏器，例如：ILX光波公司制造的獨立的桌面型儀器（型號為PSC 8420）、EXFO公司生產的測試儀器的插入模塊（型號為IQS-5100B）、通用光電公司（General Photonics）生產的桌面型擾偏儀（型號PCD-104）和用于OEM的電路板式擾偏器（型號PCD-003/004）。這些擾偏器都有各自固定的市場和優勢。對于一個特定的用戶來講，哪種型號最佳，取決于其應用領域、使用者的喜好以及對價格的要求等。 

不同類型的擾偏器。A)、鈮酸鋰晶體擾偏器。B）、諧振光纖環擾偏器。C)、擠壓光纖擾偏器。 



光纖擠壓擾偏器板卡 



擠壓光纖擾偏器的技術參數。 



擾偏器的不同應用。 

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