影响偏振相关损耗测量的重要因素.docx

影响偏振相关损耗（PDL）测量的重要因素偏振相关损耗（PDL）的测量对测量系统中的扰动极其敏感，这些扰动包括光源的不稳定性， 连接器的反射，甚至是测试光纤的布局如果测试装置布置不合理，即使采用高精度的测量设备也可 能会出现较大的测量误差或波动该说明书描述了精确测量 PDL 的通常注意事项，以及减少使用 Ge neral Photonics公司PDL测试仪（PDL-101）测量误差的方法PDL 的定义为PDL = 10 loe 骚（1>■其中Pmax和Pmin分别为当被测器件（DUT）输入光的偏振态在所有可能的偏振态间扫描时，通过 DUT 的最大和最小输出功率，如图 1 所示A输出mill图1 FDL的定宴所航蛙的(DUT】在测量中可能会引入一些可能的误差和不确定性，这包括：1. 由光源波动产生的误差公式 （1）表明，如果光源的功率随时间变化，测量得到的功率最大和最小值也会随之变化，从而导 致测量的不准确因此，用于 PDL 测量的光源必须具有很高的稳定性即使光源本身非常稳定，测量系统中不同位置的微弱反射可能会反馈回激光器，干扰激光器的工作 并导致输出的不稳定因此，即使光源的输出端可能已经有了隔离器，我们仍强烈建议在 PDL 测量 仪器的输入端加上隔离器，以减少反射。

另外，为了减少连接器的反射，在光源与 PDL 测试仪之间 的所有连接器都应该使用 APC 接头2. 由二次反射产生的误差在测量装置中使用的某些器件可能存在微弱的反射，这些器件包括连接器和DUT如图2所示， 由一个器件产生的反射光可能会被另外的器件再次反射二次反射光与主体输入光的传播方向一致， 因此会与其发生干涉总输出光功率为：P二P谀十爲+ 2媪跟無-%皿0 S其中 Pin 和 Pdr 分别是主光束和二次反射光束的功率， ein 和 edr 是主光束和二次反射光束的偏振态 的单位复矢量，①是它们之间的相位差因为当光纤受到扰动时，主光束与二次反射光的相对相位和偏振态都会发生改变，它们之间的干涉 会引起总输出功率的变化以dB为单位，由公式（2）可以得到的相对变化的量级为：A = 10M 2屆忑/〔耳 +色）］対 10M27^M） （3）虽然二次反射光的很弱，但由于会与强光信号（输入光）发生干涉，它的影响不容忽视例如，如 果一束光先被一个自由端的PC接头反射（典型的反射率为4%），然后再被一对PC接头（回波损耗 为40dB，反射率为0.01%）反射，探测到的功率波动可达0.017dB这个功率波动会引起PDL测量 波动0.017dB。

当待测器件具有相似的PDL值时，该数值是不能够被忽略的如果在前面那个例子中 使用回波损耗为60dB的APC接头代替PC接头，PDL测量结果的波动将减少到0.0017dB,这个数值 在大多数情况是可以被忽略的为了减小二次反射带来的影响，如果可能的话，应尽量使用反射较小的APC接头或者也可以使用 短相干长度的光源（相干长度小于主光束与二次反射光的光程差）这样，公式（2）描述的干涉现象就 不会发生，从而，公式（3）描述的干涉波动不会发生3. 由接头和光纤产生的误差除了 DUT之外，在PDL测量中使用的光纤和（或）接头也会有很小的PDL例如，光纤本身会有 0.01dB量级的PDL,而且当光纤弯曲的曲率半径很小时，这个值还会增加连接的光纤跳线也有较 小的PDL，量级为0.01-0.02 dB连接不佳的光纤跳线会有更高的PDL值，这可能是在连接过程中过 度挤压光纤造成的APC接头一般会有很高的PDL，尤其是在没有与另外的APC接头配对使用时 因此，在测试过程中，一条带接头的跳线很可能会对DUT的PDL测量产生0.02dB或更高的误差4. PDL 矢量和引起的波动PDL可以被看成一个三维空间里的矢量，因为公式1中的Pmax和Pmin相当于输入光的两个正交 偏振态，这可以描绘在邦加球上。

因此，当测量装置中有两个或更多器件的PDL不为0时，总的PD L为所有器件PDL的矢量叠加举例说明，图3所示的光路中，测量得到的总PDL是A、B、C、D 四个光纤接头和DUT的PDL的矢量之和（为了简化器件，假设光纤的PDL为零）：PDL凤=PDL扎 + PDL^ + PDL^-+ PDLd^ + PDL屛翻 ⑷其中，PDLT和eT是总PDL的值和复单位矢量；PDLa,PDLb,PDLc,PDLd,PDLDUT分别是A、B、 C、D接头和待测器件的PDL； ea,eb,ec,ed,eDUT分别为这些PDL的单位复矢量图4用图示了 PDL 矢量是如何叠加的如果所有的矢量都是平行的就会得到最大的 PDL：PD匕twc/l ~ PDI沌 + 4- + PDLd + PD.l 〔5）如果所有接头的PDL向量都平行，并与待测器件的PDL向量方向相反，就会得到最小PDL,在此 假设待测器件的PDL值大于所有接头PDL值之和：-= FDGctt - （Dg + PDL^ + PDLC + FDL（\ 炉）每一个器件 PDL 矢量的方向与器件的取向和光纤中的应力致双折射有关当两个器件间的光纤被 扰动， PDL 矢量的相对方向也随之发生改变，从而导致测量值的变化。

因此， PDL 测量值的最大改 变量为：AFD® = PDLt^ - PDLt^ = 1{PDL.十PDL,十 PDL. +PDLd）⑦如果待测器件的PDL远大于连接头的PDL，相对测量误差就比较小如果待测器件的PDL与连接 头的PDL大体相当，就会产生很大的相对误差因此，为了得到PDL较小的待测器件（如熔融拉锥 耦合器）的精确特性描述，连接头和与待测器件相连的光纤的 PDL 必须非常小通常，限制测量精 度的因素往往不是仪器本身，而是连接头和与待测器件相连的光纤的残余 PDL表1常用光学器件的PDL値PDL典型俏1 m单模光纤■' <0.02 dB<0.05 dBpg接头0.005 - 0.02 dBAP'C接決0.02-0.06 dB別％煽爐翱食器，单窗口0 1 ~ 0.2 dB別％删適箴器，双窗口0.15-0.3 dB孤仙嫌啣躲鵰直通臂0.02 dB90:10 臂0 1 dB0.05 - 0.3 dB3端口环行器0.1 ~0.2dBDWDM0.05-0.15 dB起偏器30 ~ 50 dBEC接头圈3婶PDL401和需氐C： D四牛接头组成的测星装宜按纵PDL 101內蛙偽振揑制器内苣光电嫁测器\人DDUT-'图Q.捲头和待测器件PDL矢显餐加示宜閤.PDL测堡值在职大值范最小值之「瓦皺动，依赖干毎牛PDL矢壘的相对取向/FDLjjFDLt.沏Kfirtiiirti PDL旳5Minimum PDLPDLuot PDLa 4—-4——4 4 -PDLu PDLcPLiLout减小 PDL 测量误差的好习惯在牢记以上描述的PDL测量误差来源的同时，这里概括了 PDL测量一些好的习惯。

otonics公司PDL-101多功能测试仪为例，典型的测量装置如图5所示以 General Ph1. 用于PDL测量的光源必须是高稳定光源，光源的短期稳定性应与预期的PDL测量精度大体相当 如果要达到0.02dB的PDL测量精度，光源短期功率稳定度必须高于0.02dB2. 建议在 PDL-101 的输入端加一个隔离器，用来减少从下游接头和待测器件反射回来的光进入光源 General Photonics 公司的 NoTail 型隔离器没有尾纤，是首选产品3. 为了减少反射光进入光源，从而减少由此引起的光源不稳定性，在光源和 PDL-101 之间应该采用APC接头因此，在第二步中描述的NoTail型隔离器应该采用APC连接4. 光源的偏振态要相对稳定光源偏振态的快速波动将导致测量结果的波动5. 光源的波长要相对稳定，由于连接光源与测量仪器的光纤中存在双折射，因而光源波长的快速波 动将导致偏振态的快速波动6. 应采用 PDL 较小的光纤跳线连接待测器件7. 为了减少由二次反射所造成的测量误差，应该使用APC接头将光输入到测量仪器和待测器件PD L-101有APC穿板式接头（如图5、图6中的输入连接头和连接头A）。

为了精确测量低PDL的待 测器件（小于0.1dB），可以在接头B和C处使用折射率匹配膏，来减少背向反射和残余PDL8. 为了减少接头PDL的影响，应使用PC接头将待测器件的输出光引入测量仪器（如图5、图6中的 接头 D） PC 接头的输出光将直接射入测量仪器内部的自由空间光电探测器如果在这里使用 APC 接头，就会产生0.03〜0.04 dB的PDL误差9. 因为弯曲会在光纤中产生不能忽略的PDL,所以在接头A和接头D之间的光纤不应该有强烈的弯 曲或很紧的缠绕10. 对生产平台上的无连接器的带尾纤器件的测量应使用图 6所示测量装置在这个光路中，尾纤带 APC接头的一端与APC穿板式接头A连接，另外没有接头的自由端留做熔接操作人员可以将自由 端与待测器件输入端熔接起来，将待测器件的输出端用可拆除的裸纤适配器连接到穿板式接头Do可 在APC接头A处使用折射率匹配膏来减少由此引起的PDLo注释：图5、图6中的接头A也会产生微小的背景PDLo因此，无连接器的带尾纤的器件的测量（尤 其是低PDL器件），可以将此接头换做一段尾纤，从而能够将其与待测器件的输入端熔接（如图7） oPDL-101输入APCu B DUT.cm接头图工便用PDL-101测蛊带楼头的待测器件的典型光略阁图乩在主产平台上测旣楼泊 带屈经的待取牆坤的说路图的一瑞我用塀接机与APU跳线肿且由锻塔接，另 V便用激催配器连^到FtHOl-11—H 隔离我箱接PDH01肉豈磁控^然输人APC内蓋光电探测器 班2光淖PDL-101DUT的_端使用1黑/1S篇露I聶牆耆驕皐星色緊豔鬻鑿蠶备封PDL-101裸野 适北器內瓷崗屁疥”晋内置光电隣器迪扎APC熔接。