光纤的双折射及偏振特性

光纤的双折射及偏振特性

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1、§3光纤的双折射及偏振特性一、Introduction1.SMF实际上有两个简并模:实际光纤并不完善(光纤芯子的椭圆变形,光纤内部的残余应力),两个模式并不简并,纵向相位常数β略有不同。3.由偏振模色散引起的典型的群时延是0.5ps/km(对短距离光纤)。4.群速不同:偏振色散(PMD)PolarizationModeDispe-rsion。光的偏振态沿光纤轴向变化:光纤输出偏振态的不稳定性。双折射:线、圆、椭圆线双折射:,应力变形。圆双折射:光纤对左旋和右旋偏振光有不同的相位常数。7/13/20211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:

2、当线和圆同时存在时,形成椭圆双折射。幅度比相位差7/13/202127/13/20213二、线双折射A.参数:1、线双折射率:2、归一化双折射B::真空总的波数模的等效折射率指数:等效折射率指数差7/13/202143、拍长:由于光纤中存在线双折射,两正交线偏振光的相位差沿光纤变化,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:双折射越厉害,拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界干扰的长度周期,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。用在传输过程中,两个正交的线偏振模

3、之间存在耦合,如在光纤输入端激发x方向的线偏振模,其功率为在光纤的输出端出现了y方向的线偏振模,其功率为,由于耦合,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7/13/20215合作用:L:光纤长度;h:耦合系数;这两参数说明光纤的保偏能力,、h越大,保偏能力越强。三、光纤的线双折射A:光纤截面的非圆性变形xyab椭圆度:双折射率:限定最短的拍长:拍长最小对应最大上折射7/13/20216例:%。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

4、形变可引起折射指数的变化,使材料变为各向异性,从而呈现出双折射。1.光纤弯曲ARayx2.光纤侧向受压力xyFA:光纤外径R:曲率半径7/13/20217线双折射:P:弹光子数,二阶张量对石英玻璃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长度所加压力为F,则应力双折射率为:A:光纤外径;E:材料的杨氏弹性模量,对石英玻璃:7/13/20218µ: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决定。四、单模光纤的偏振色散由于

5、存在双折射,单模光纤中基模的相位常数不同,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,于是单位长度上产生的时延差为:等效折射指数:故:7/13/20219五、圆的双折射:光纤对左旋和右旋圆偏振光有不同的相位常数,从而引起该两圆偏振光不同的相位变化,称为圆双折射。A.参数1、光纤的圆双折射率左右旋圆偏振光的相位常数。2、归一化双折射率B.圆双折射对偏振态的影响1、线偏振光通过圆双折射光纤后仍为线偏振光,但其方向旋转了Ω角度,这种光纤的作用相当于一个旋光器。以x方向的线偏振为例:输入光:7/13/202110经过L的光纤后,输出7/13/2021112、旋光率:单位长度上

6、旋过的角度HW11、平板波导求出TE模最低的3个模式的截止波长。作出对作图法求解曲线。的光波,画出最低三个模式的场的横向分布。的光波的本征方程。7/13/202112

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