譯者：趙歆躍 ,校對(duì)：趙永鵬 博士、戴武濤,北京凌云光子技術(shù)有限公司
    偏振相關(guān)損耗（PDL）的測(cè)量對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中的擾動(dòng)極其敏感，這些擾動(dòng)包括光源的不穩(wěn)定性，連接器的反射，甚至是測(cè)試光纖的布局。如果測(cè)試裝置布置不合理，即使采用高精度的測(cè)量設(shè)備也可能會(huì)出現(xiàn)較大的測(cè)量誤差或波動(dòng)。該說(shuō)明書描述了精確測(cè)量 PDL的通常注意事項(xiàng)，以及減少使用 General Photonics公司PDL測(cè)試儀 (PDL-101)測(cè)量誤差的方法。
 PDL的定義為

 

    其中Pmax和Pmin分別為當(dāng)被測(cè)器件（DUT）輸入光的偏振態(tài)在所有可能的偏振態(tài)間掃描時(shí)，通過(guò)DUT的最大和最小輸出功率，如圖1所示。  


    在測(cè)量中可能會(huì)引入一些可能的誤差和不確定性，這包括：
1. 由光源波動(dòng)產(chǎn)生的誤差
    公式 (1)表明，如果光源的功率隨時(shí)間變化，測(cè)量得到的功率最大和最小值也會(huì)隨之變化，從而導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。因此，用于PDL測(cè)量的光源必須具有很高的穩(wěn)定性。
    即使光源本身非常穩(wěn)定，測(cè)量系統(tǒng)中不同位置的微弱反射可能會(huì)反饋回激光器，干擾激光器的工作并導(dǎo)致輸出的不穩(wěn)定。因此，即使光源的輸出端可能已經(jīng)有了隔離器，我們?nèi)詮?qiáng)烈建議在PDL測(cè)量?jī)x器的輸入端加上隔離器，以減少反射。另外，為了減少連接器的反射，在光源與PDL測(cè)試儀之間的所有連接器都應(yīng)該使用APC接頭。

2. 由二次反射產(chǎn)生的誤差
    在測(cè)量裝置中使用的某些器件可能存在微弱的反射，這些器件包括連接器和DUT。如圖2所示，由一個(gè)器件產(chǎn)生的反射光可能會(huì)被另外的器件再次反射。二次反射光與主體輸入光的傳播方向一致，因此會(huì)與其發(fā)生干涉�？傒敵龉夤β蕿椋�



  其中Pin和Pdr分別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態(tài)的單位復(fù)矢量，Φ是它們之間的相位差。



    因?yàn)楫?dāng)光纖受到擾動(dòng)時(shí)，主光束與二次反射光的相對(duì)相位和偏振態(tài)都會(huì)發(fā)生改變，它們之間的干涉會(huì)引起總輸出功率的變化。以dB為單位，由公式（2）可以得到的相對(duì)變化的量級(jí)為：



    雖然二次反射光的很弱，但由于會(huì)與強(qiáng)光信號(hào)（輸入光）發(fā)生干涉，它的影響不容忽視。例如，如果一束光先被一個(gè)自由端的PC接頭反射（典型的反射率為4%），然后再被一對(duì)PC接頭（回波損耗為40dB，反射率為0.01%）反射，探測(cè)到的功率波動(dòng)可達(dá)0.017dB。這個(gè)功率波動(dòng)會(huì)引起PDL測(cè)量波動(dòng)0.017dB。當(dāng)待測(cè)器件具有相似的PDL值時(shí)，該數(shù)值是不能夠被忽略的。如果在前面那個(gè)例子中使用回波損耗為60dB的APC接頭代替PC接頭，PDL測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)將減少到0.0017dB，這個(gè)數(shù)值在大多數(shù)情況是可以被忽略的。
   為了減小二次反射帶來(lái)的影響，如果可能的話，應(yīng)盡量使用反射較小的APC接頭�；蛘咭部梢允褂枚滔喔砷L(zhǎng)度的光源（相干長(zhǎng)度小于主光束與二次反射光的光程差）。這樣，公式(2)描述的干涉現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，從而，公式(3)描述的干涉波動(dòng)不會(huì)發(fā)生。

3. 由接頭和光纖產(chǎn)生的誤差
    除了DUT之外，在PDL測(cè)量中使用的光纖和（或）接頭也會(huì)有很小的PDL。例如，光纖本身會(huì)有0.01dB量級(jí)的PDL，而且當(dāng)光纖彎曲的曲率半徑很小時(shí)，這個(gè)值還會(huì)增加。連接的光纖跳線也有較小的PDL，量級(jí)為 0.01-0.02 dB。連接不佳的光纖跳線會(huì)有更高的PDL值，這可能是在連接過(guò)程中過(guò)度擠壓光纖造成的。APC接頭一般會(huì)有很高的PDL，尤其是在沒有與另外的APC接頭配對(duì)使用時(shí)。因此，在測(cè)試過(guò)程中，一條帶接頭的跳線很可能會(huì)對(duì)DUT的PDL測(cè)量產(chǎn)生0.02dB或更高的誤差。

4. PDL矢量和引起的波動(dòng)
    PDL可以被看成一個(gè)三維空間里的矢量，因?yàn)楣��?中的Pmax和Pmin相當(dāng)于輸入光的兩個(gè)正交偏振態(tài)，這可以描繪在邦加球上。因此，當(dāng)測(cè)量裝置中有兩個(gè)或更多器件的PDL不為0時(shí)，總的PDL為所有器件PDL的矢量疊加。舉例說(shuō)明，圖3所示的光路中，測(cè)量得到的總PDL是A、B、C、D四個(gè)光纖接頭和DUT 的PDL的矢量之和（為了簡(jiǎn)化器件，假設(shè)光纖的PDL為零）：



    其中，PDLT和eT是總PDL的值和復(fù)單位矢量；PDLa,PDLb,PDLc,PDLd,PDLDUT 分別是A、B、C、D接頭和待測(cè)器件的PDL；ea,eb,ec,ed,eDUT 分別為這些PDL的單位復(fù)矢量。圖4用圖示了PDL矢量是如何疊加的。如果所有的矢量都是平行的就會(huì)得到最大的PDL：


    如果所有接頭的PDL向量都平行，并與待測(cè)器件的PDL向量方向相反，就會(huì)得到最小PDL，在此假設(shè)待測(cè)器件的PDL值大于所有接頭PDL值之和： 



    每一個(gè)器件PDL矢量的方向與器件的取向和光纖中的應(yīng)力致雙折射有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)器件間的光纖被擾動(dòng)，PDL矢量的相對(duì)方向也隨之發(fā)生改變，從而導(dǎo)致測(cè)量值的變化。因此，PDL測(cè)量值的最大改變量為：



    如果待測(cè)器件的PDL遠(yuǎn)大于連接頭的PDL，相對(duì)測(cè)量誤差就比較小。如果待測(cè)器件的PDL與連接頭的PDL大體相當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生很大的相對(duì)誤差。因此，為了得到PDL較小的待測(cè)器件（如熔融拉錐耦合器）的精確特性描述，連接頭和與待測(cè)器件相連的光纖的PDL必須非常小。通常，限制測(cè)量精度的因素往往不是儀器本身，而是連接頭和與待測(cè)器件相連的光纖的殘余PDL。





 

減小PDL測(cè)量誤差的好習(xí)慣

    在牢記 以上描述的PDL測(cè)量誤差來(lái)源的同時(shí)，這里概括了PDL測(cè)量一些好的習(xí)慣。以 General Photonics公司PDL-101多功能測(cè)試儀為例，典型的測(cè)量裝置如圖5所示。



1. 用于PDL測(cè)量的光源必須是高穩(wěn)定光源，光源的短期穩(wěn)定性應(yīng)與預(yù)期的PDL測(cè)量精度大體相當(dāng)。如果要達(dá)到0.02dB 的PDL測(cè)量精度，光源短期功率穩(wěn)定度必須高于0.02dB。
2. 建議在PDL-101的輸入端加一個(gè)隔離器，用來(lái)減少?gòu)南掠谓宇^和待測(cè)器件反射回來(lái)的光進(jìn)入光源。General Photonics公司的NoTail型隔離器沒有尾纖，是首選產(chǎn)品。
3. 為了減少反射光進(jìn)入光源，從而減少由此引起的光源不穩(wěn)定性，在光源和PDL-101之間應(yīng)該采用APC接頭。因此，在第二步中描述的NoTail型隔離器應(yīng)該采用APC連接。
4. 光源的偏振態(tài)要相對(duì)穩(wěn)定。光源偏振態(tài)的快速波動(dòng)將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)。
5. 光源的波長(zhǎng)要相對(duì)穩(wěn)定，由于連接光源與測(cè)量?jī)x器的光纖中存在雙折射，因而光源波長(zhǎng)的快速波動(dòng)將導(dǎo)致偏振態(tài)的快速波動(dòng)。
6. 應(yīng)采用PDL較小的光纖跳線連接待測(cè)器件。
7. 為了減少由二次反射所造成的測(cè)量誤差，應(yīng)該使用APC接頭將光輸入到測(cè)量?jī)x器和待測(cè)器件。PDL-101有APC穿板式接頭（如圖5、圖6中的輸入連接頭和連接頭A）。為了精確測(cè)量低PDL的待測(cè)器件（小于0.1dB），可以在接頭B和C處使用折射率匹配膏，來(lái)減少背向反射和殘余PDL。
8. 為了減少接頭PDL的影響，應(yīng)使用PC接頭將待測(cè)器件的輸出光引入測(cè)量?jī)x器（如圖5、圖6中的接頭D）。PC接頭的輸出光將直接射入測(cè)量?jī)x器內(nèi)部的自由空間光電探測(cè)器。如果在這里使用APC接頭，就會(huì)產(chǎn)生0.03～0.04 dB的PDL誤差。
9. 因?yàn)閺澢鷷?huì)在光纖中產(chǎn)生不能忽略的PDL，所以在接頭A和接頭D之間的光纖不應(yīng)該有強(qiáng)烈的彎曲或很緊的纏繞。
10. 對(duì)生產(chǎn)平臺(tái)上的無(wú)連接器的帶尾纖器件的測(cè)量應(yīng)使用圖6所示測(cè)量裝置。在這個(gè)光路中，尾纖帶APC接頭的一端與APC穿板式接頭A連接，另外沒有接頭的自由端留做熔接。操作人員可以將自由端與待測(cè)器件輸入端熔接起來(lái)，將待測(cè)器件的輸出端用可拆除的裸纖適配器連接到穿板式接頭D�？稍贏PC接頭A處使用折射率匹配膏來(lái)減少由此引起的PDL。
注釋：圖5 、圖6中的接頭A也會(huì)產(chǎn)生微小的背景PDL。因此，無(wú)連接器的帶尾纖的器件的測(cè)量（尤其是低PDL器件），可以將此接頭換做一段尾纖，從而能夠?qū)⑵渑c待測(cè)器件的輸入端熔接（如圖7）。