基于干涉原理的光纤偏振模色散和拍长测量

作者：陈国庆

       光学干涉技术在测量（以及计量）领域是一种时间和空间分辨率极高的手段；其与激光技术的结合，激光作为新概念光源，由于其无与伦比的时间和空间相干性，又使干涉方法在测量上具有很大的测量范围（相对于分辨率的不同范畴，这里不涉及）。在光纤测试技术领域，干涉技术应用十分广泛，如光纤偏振模色散（PMD）和拍长（仅考虑如偏振保持光纤的情况）的干涉法测试技术即为典型一例，它们基于共同的原理。

       我们实验室santec公司的PMD—6000B型PMD测试系统（时间分辨率0.6fs）采用迈克尔逊干涉仪，被测样品置于干涉仪两光路臂之一。来自干涉仪两光路臂的偏振光束分别以样品两正交特征光轴方向注入样品。通过干涉仪活动光路臂的光程调节，使样品输出端对应于两特征方向的偏振光产生干涉，由光程调节量可得到样品两偏振模的时延差，即PMD：τ=2d/c，其中d为光程调节量；c为光速。

根据拍长的定义，有下列公式成立：

                                          Lp·Δβ=2π或Lp·Δn=λ

       两个正交的线偏振模之间，它们的传播相位差达到2π时所经过的空间距离Lp即为拍长：

                                              Lp=2π/Δβ=λ/Δn

       其中Δβ为传播常数差（Δβ=Δn2π/λ）、Δn为模式双折射（modal birefrigence）、λ为测试光波长。

       而Δn=d/L，其中L为试样长度。

       从上述给出的公式可见，干涉法中光程调节量d是实现PMD和Lp测量的共同原理基础。顺便指出，通过以上分析可知，干涉法对于Lp测量在原理上比诸如常用的外调制技术等可能更为可靠。