保偏光纤耦合中消光比的改善技术研究

摘要

随着相干光纤通信的发展，对保偏光纤连接器的性能要求越来越高。相对普通单模光纤连接器而言，保偏连接器具有一些技术难点。消光比是描述其保持偏振光偏振态能力的重要参数。由于保偏连接器在设计及制作过程中不可避免地引入连接应力，使现阶段的消光比大多低于30dB，以25dB为标准，生产一次合格率过低，约为60％～70%，成本过高。本课题针对DSDBR(Digital Super Mode-Distributed Bragg Reflector数字超模分布布拉格反射器)可调激光器输出端的永久性保偏光纤连接器，全方位研究消光比技术，进行了一系列的改善，使消光比分布中心值提高到30dB以上，合格率达到85%以上。
　　本文主要围绕以下几个方面展开讨论：通过实验对比消光比的两种测试方法；保偏光纤连接器封装技术、内部结构设计的改善；环境测试等。论文完成的主要研究工作、实验分析结果如下：
　　1)研究了两种消光比性能参数的测试方法
　　基于平面单色光波偏振态的不同表征方式，存在两种消光比测试方法——旋转起偏器法、邦加球法。前者为直接测量，测试范围较窄，探测功率呈正弦变化；后者为间接测试，可通过改变温度、压力、波长几种方法实现，结果一致性高。实验表明，前者相对后者易受到输入偏振光波长、功率影响。
　　2)改善保偏光纤连接器封装技术，提高消光比性能
　　基于弹光效应对光纤双折射的影响，通过改善保偏光纤连接器封装技术，缓解光纤应力，提高消光比。通过有限元模型分析、实验对比两种常用插芯材料——冕玻璃BK7、氧化锆陶瓷对消光比影响的差异；分析环氧树脂胶固化性能，设计更合理省时的固化程序，使消光比合格率得到15%以上的大幅度提高。
　　3)创新性的内部结构设计，提高消光比性能
　　同样基于弹光效应理论，通过内部结构的改善，缓解光纤应力，提高消光比。设计实验研究表明，增大插芯细孔内径、减短细孔长度、增加插芯尾部过渡部分可改善消光比性能，数据表明其分布中心值增大到30dB以上。
　　4)根据光纤连接器国际标准GR326-CORE的环境测试，验证改善成果
　　GR326-CORE环境测试的温度循环、高温高湿测试表明，改善后的保偏光纤连接器可经受起恶劣环境的影响，同时测试结果显示出消光比稳定度不足的缺陷。
　　论文中讨论的几点改善工作具有一定的突破性，至今未见相关文献报道：一、优化后的环氧树脂胶在45℃、55℃的缓慢固化程序，既提高消光比性能又节省固化周期；二、增大陶瓷插芯细孔内径及增加尾部的过渡部分，突破了现有通用的标准结构，实现提高消光比性能的作用。