简析保偏光纤阵列的应用

描述

   保偏光纤阵列

保偏光纤能够维持光束传播的偏振状态，抗环境干扰能力强，因此被广泛应用于与偏振相关的领域。

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   保偏光纤

   在实际应用中，若利用V形槽（V-Groove)把多根偏振轴相互对齐（排列方式见上图）的保偏光纤均匀地安装在阵列基片上，就可以获得一个保偏光纤阵列（PM Fiber Array），从而可以在保持偏振方向不变的同时实现高密度并行传输。

   偏振光纤阵列主要由石英、耐热玻璃或硅材料制成，端面平整或有一定的夹角，主要应用于光纤传感器、通信系统、光学器件以及光纤激光器等结构。

   应用1：光纤传感器

   光纤陀螺仪（Fiber Optical Gyroscope，FOG）是保偏光纤在传感领域中极其重要的应用。光纤陀螺仪基于Sagnac效应，通过测量沿光纤环两个相反方向传播光的波前相位差，来测量光纤环的旋转速率。

   与传统机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有不会磨损、启动时间短、使用寿命长、灵敏度高以及测量动态范围大等特点，在民用的导航交通，军用的航空、舰船和制导等领域具有广泛的应用。

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   此外，光纤水听器因其相比于传统压电式水听器高得多的灵敏度，在水下军事应用、海洋探测和保密监听等方面具有广阔的应用前景。

   应用2：通信系统

   随着光纤通信的飞速发展，通信速率和容量进一步的提高，通信系统对光纤的性能也提出了更高的要求，因此保偏光纤也逐步成为光纤通信系统中重要的一环。

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   在通信系统中许多器件的尾纤均要采用保偏光纤，其中包括广泛应用的半导体激光器、掺饵光纤放大器和拉曼放大器等器件。

   随着密集波分复用技术的发展，需要进一步利用偏振态复用，因此可以在保偏光纤上刻写布拉格光栅。

   应用3：光学器件

   保偏光纤除了可以用作为光学器件的尾纤，还可以利用保偏光纤的特点制备与偏振相关的器件。

   比如在电信发射机中使用的铌酸锂（LiNbO3）调制器，保偏光纤的尾纤可提供稳定的偏振态，并与芯片的双折射轴对齐。

   在偏振干涉滤光器中，不同方向的偏振光经过保偏光纤后，具有不同的光程差，利用这种偏振光的干涉作用可以实现对光波的选择。

   应用4：光纤激光器

   保偏光纤以其独特的性质也在激光器的设计和制作中受到了广泛的青睐。

   保偏光纤激光器不仅结构稳定，受环境干扰小，而且输出质量高，偏振性能好，并且可以通过合束实现高功率的激光输出。

   目前制约保偏光纤阵列应用范围拓展以及性能提高的瓶颈主要是多根光纤组装形成阵列时较低的精度在多个器件串联使用时容易产生较大的累积误差，从而影响系统性能；

   与此同时，端面加工时较低加工精度导致的粗糙表面也会导致传输光束的反射和散射；

   此外，在某些高价值或恶劣环境中工作的器件中，保偏光纤阵列的可靠性也亟待提高。