保偏光纤作用是什么，有哪些类型？

今天聊一下保偏光纤（Polarization maintaining fiber）。首先“偏振”和“极化”两个词在英文文献中都是“Polarization”（英国英语Polarisation）。偏振指的是任何波动朝着某特定方向振荡的性质，而极化指的是各个带电粒子因正、负电荷在空间里分离而产生的现象。只有在中文里，才用了不同的词来代表。   偏振指的是横波（比如：电磁波、引力波）能够朝着不同方向振荡的性质。纵波不会展示出偏振现象，例如传播于气体或液体的声波，其只会朝着传播方向振荡。偏振光的应用已经非常广泛，比如：摄影滤镜、3D电影、液晶显示器等等。      

保偏光纤干什么用，有哪些类型？

全球范围内，1980年以前，因为缺乏可用的保偏光纤，在光纤中使用相位或偏振态控制非常困难。相干光通讯和光纤陀螺仪等传感系统对偏振态的控制要求很高。美国、日本和欧洲经过几十年发展，保偏光纤的技术逐渐成熟起来。最近十余年，我国的保偏光纤发展比较迅速，技术越来越强大，在关键应用的牵引下，涌现出来一批优秀的企业对这一个已经几十年的光纤产品进行一代一代的优化和革新。    我们国家的保偏光纤大多数采用“熊猫型”（PANDA）保偏光纤。熊猫光纤一方面是因为端面图像个熊猫脸（两个应力区看起来是两个“熊猫黑眼圈”），另一方面是首字母缩写：“Polarization-maintaining AND Absorption-reducing”。  

“完美”的低双折射光纤制备还是比较困难的，光信号在传统的通讯单模光纤光纤中传输，两种偏振模式会发生相互耦合（x和y轴之间），这就难以实现“相干”技术的应用（Coherent）。现在经常使用的保偏光纤是指高双折射保偏光纤，高双折射光纤是通过一些技术手段，提高了光纤的双折射系数（Birefringence），拉大两种偏振模式的传播常数，防止他们之间的耦合。

模式双折射系数（Birefringence）是正交线性偏振模之间有效折射率的差，和拍长（Beat length，Lp）有直接关系。模耦合参数（h）：表征基于随机模耦合的保偏光纤的偏振保持能力，便于比较不同长度的保偏光纤，与串扰（Cross Talk）直接相关。CT =10 log （Py/Px）（其中Px和Py是光纤长度中激发模和耦合模的功率）。先重点关注一下光纤的双折射系数（B）吧。

保偏光纤可以分成高双折射光纤（B~10-4）和低双折射光纤（B~10-9）。经过这么几十年了，无论高双折射还是低双折射，都存在多类型的技术方案。之前内容中讲过套管法和打孔，保偏光纤大量使用这些方法来制备（打孔、磨抛、套管都少不了）。工程师、学者们通过各种设计引入几何型的双折射（比如椭圆芯）或者应力型的双折射（比如熊猫型、领结型、边孔型等等）。降低双折射保偏光纤是通过在光纤拉制过程中快速的旋转光纤预制棒获得，让旋转的周期＜＜拍长（Lp）。低双折射光纤制备效率低，价格依然比较昂贵，另外测试手段也相对薄弱。   各类保偏光纤逐渐慢慢都有了工程应用，这个图基本概括了保偏光纤的分类。    

光纤的应用除了是光纤本身的性能，还要考察光纤是否便于使用，现在其实最常见的几种高双折射光纤是熊猫、领结、椭圆包层和椭圆芯结构的。  

之后的有机会我们再聊聊： 保偏光纤制备的方案； 影响保偏光纤性能的因素； 新颖的保偏光纤，比如光子晶体光纤； 保偏光纤的测试方法； 应用案例和应用中面临的问题。  

编辑：黄飞