Schäfter+Kirchhoff偏振仪SK010PA测量PM光纤和自由光的偏振态方法及注意事项

本文阐述了德国Schäfter+Kirchhoff (S+K) 偏振仪SK010PA在测量保偏（PM）光纤与自由空间光偏振态时的方法与要点。该仪器可指导用户完成光源偏振方向与光纤偏振轴（慢轴与快轴）的对准，并精确测量由此产生的偏振消光比（PER）。保偏光纤通过这两个正交的主轴模式来传输光。

自由光束测量

偏振分析器也可用于为自由光束应用设置明确的偏振状态。对于这类测量，激光束轴与偏振分析器的正确对准至关重要。这可以通过使用微基准台或 40 毫米笼式系统，并使用 4 根杆的连接或轨道系统来完成。

四分之一波片的调整和量化

SK010PA 偏振分析器可用于对准和量化延迟光学元件，例如集成 60FC-Q 系列四分之一波片的光纤耦合器。对于这些聚光器，输出偏振状态通过使用专用工具旋转四分之一波片来调整。一个完整旋转对应于庞加莱球面上的一个八形轨迹。

当达到极点时设置圆偏振光，右旋圆偏振位于北极，左旋偏振位于南极。如果光学元件的实际延迟与期望值偏差，那么极端值不会达到极点。因此，偏振分析器提供了光学元件实际延迟的测量方法。

保偏光纤的轴取向

光纤耦合辐射的偏振消光比 PER 是光功率在光纤的两个偏振轴上耦合的比例。通过旋转光源的输入偏振轴，偏振分析仪用于优化光源偏振轴与光纤偏振轴的偏振对准，见图左侧。对于两个偏振轴，传播速度是不同的。当线偏振辐射没有完全耦合到其中一个状态时，辐射会分成两个垂直分量，分别耦合到光纤的偏振轴上。在光纤出口处，传播速度的差异导致相位差，这也取决于光纤的长度。如果这个相位差小于激光源的相干长度，辐射会重新组合成椭圆偏振状态。如果激光源的光束相干长度小于相位差，则出射辐射会部分退极化。偏振分析器支持这两种情况的调整。

使用庞加莱球进行调节德国Schäfter+Kirchhoff(德国S+K)偏振仪SK010PA

如果相位差导致辐射重新组合成椭圆状态，则使用庞加莱球进行评估。两个光纤轴的速度差异和由此产生的相位差取决于温度和应力。因此，当存在对准不匹配时，光纤轴上的偏振状态不稳定。当触摸光纤时偏振会发生变化，并随温度波动。但出射偏振仍然不是随机的。当它们映射到庞加莱球上时，可以看出所有可能的出射状态都位于一个共同的圆上。这个圆的半径表示对准质量，因为它显示了光纤偏振轴与入射辐射偏振轴之间的角度偏差。对于理想光纤的最佳对准，数据圆会收敛到一个点，即圆心。通常，这个中心代表特定对准的平均偏振状态。对于理想保偏光纤，它位于庞加莱球体的赤道上。圆半径与偏振对准之间的对应关系在偏振分析仪的光纤对准过程中使用。

德国Schäfter+Kirchhoff(德国S+K)偏振仪SK010PA PER 调整例程 - 对准不良

步骤 1：偏振分析仪测量初始对准

该过程从记录出口偏振状态开始，同时改变温度，或小心弯曲光纤，以使出口偏振发生波动。然后自动将圆拟合到数据点，并显示平均和最小 PER。在所示示例中，Poincaré球上的圆具有较大的半径。

德国Schäfter+Kirchhoff(德国S+K)偏振仪SK010PA PER 调整程序 - 良好对准

第二步：通过反馈进行实时调整并最终测量优化后的偏振分析仪对准

在持续测量输出偏振状态时，将光纤轴相对于激光源的偏振轴进行旋转。当输出偏振状态在庞加莱球面上尽可能接近圆心时，即可达到最佳对准。彩色编码的对数条形图有助于找到最小距离。第二次测量揭示了光纤优化偏振对准的参数。

使用 DOP 椭圆进行调节偏振分析仪

如果激光源的相干长度小于传播速度差异引起的相位差，则光会部分退偏，并通过 DOP 椭圆进行调整。

如上所述，只有当激光源的相干长度大于传播速度差异引起的相移时，才有可能复合到椭圆偏振态。如果激光源的相干长度小于传播速度差异引起的相移，则光会部分去极化，这是不可能的。庞加莱球上描述的圆无法观察到——所有出射偏振态都位于一个点上。相反，错位只会导致偏振度（DOP）降低。在这种情况下，DOP椭圆表示用于光纤对准，其中模拟了旋转线偏振器的偏振测量。DOP椭圆（虚线）变为完全去偏振光的圆形。DOP椭圆越窄，入射偏振轴与光纤的一个偏振轴对齐得越好。对于理想的对齐，椭圆将降级为直线。