影响偏振相关损耗(PDL)测量的重要因素

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偏振相关损耗（PDL ）的测量对测量系统中的扰动极其敏感，这些扰动包括光源的不稳定性，连接器的反射，甚至是测试光纤的布局。如果测试装置布置不合理，即使采用高精度的测量设备也可能会出现较大的测量误差或波动。该说明书描述了精确测量 PDL的通常注意事项，以及减少使用 General Photonics公司PDL 测试仪 (PDL-101)测量误差的方法。

PDL的定义为

其中Pmax 和Pmin 分别为当被测器件（DUT ）输入光的偏振态在所有可能的偏振态间扫描时，通过DUT 的最大和最小输出功率，如图1所示。

在测量中可能会引入一些可能的误差和不确定性，这包括：

1. 由光源波动产生的误差

公式 (1)表明，如果光源的功率随时间变化，测量得到的功率最大和最小值也会随之变化，从而导致测量的不准确。因此，用于PDL 测量的光源必须具有很高的稳定性。

即使光源本身非常稳定，测量系统中不同位置的微弱反射可能会反馈回激光器，干扰激光器的工作并导致输出的不稳定。因此，即使光源的输出端可能已经有了隔离器，我们仍强烈建议在PDL 测量仪器的输入端加上隔离器，以减少反射。另外，为了减少连接器的反射，在光源与PDL 测试仪之间的所有连接器都应该使用APC 接头。

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2. 由二次反射产生的误差

在测量装置中使用的某些器件可能存在微弱的反射，这些器件包括连接器和DUT 。如图2所示，由一个器件产生的反射光可能会被另外的器件再次反射。二次反射光与主体输入光的传播方向一致，因此会与其发生干涉。总输出光功率为：

其中Pin 和Pdr 分别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态的单位复矢量，Φ是它们之间的相位差。

因为当光纤受到扰动时，主光束与二次反射光的相对相位和偏振态都会发生改变，它们之间的干涉会引起总输出功率的变化。以dB 为单位，由公式（2）可以得到的相对变化的量级为：

虽然二次反射光的很弱，但由于会与强光信号（输入光）发生干涉，它的影响不容忽视。例如，如果一束光先被一个自由端的PC 接头反射（典型的反射率为4%），然后再被一对PC 接头（回波损耗为40dB ，反射率为0.01%）反射，探测到的功率波动可达0.017dB 。这个功率波动会引起PDL 测量波动0.017dB 。当待测器件具有相似的PDL 值时，该数值是不能够被忽略的。如果在前面那个例子中使用回波损耗为60dB 的APC 接头代替PC 接头，PDL 测量结果的波动将减少到0.0017dB ，这个数值在大多数情况是可以被忽略的。

________________________________________________________________________ 为了减小二次反射带来的影响，如果可能的话，应尽量使用反射较小的APC 接头。或者也可以使用短相干长度的光源（相干长度小于主光束与二次反射光的光程差）。这样，公式(2)描述的干涉现象就不会发生，从而，公式(3)描述的干涉波动不会发生。

3. 由接头和光纤产生的误差

除了DUT 之外，在PDL 测量中使用的光纤和（或）接头也会有很小的PDL 。例如，光纤本身会有0.01dB 量级的PDL ，而且当光纤弯曲的曲率半径很小时，这个值还会增加。连接的光纤跳线也有较小的PDL ，量级为 0.01-0.02 dB。连接不佳的光纤跳线会有更高的PDL 值，这可能是在连接过程中过度挤压光纤造成的。APC 接头一般会有很高的PDL ，尤其是在没有与另外的APC 接头配对使用时。因此，在测试过程中，一条带接头的跳线很可能会对DUT 的PDL 测量产生0.02dB 或更高的误差。

4. PDL矢量和引起的波动

PDL可以被看成一个三维空间里的矢量，因为公式1中的Pmax 和Pmin 相当于输入光的两个正交偏振态，这可以描绘在邦加球上。因此，当测量装置中有两个或更多器件的PDL 不为0时，总的PDL 为所有器件PDL 的矢量叠加。举例说明，图3所示的光路中，测量得到的总PDL 是

A 、B 、C 、D 四个光纤接头和DUT 的PDL 的矢量之和（为了简化器件，假设光纤的PDL 为零）：

其中，PDLT 和eT 是总PDL 的值和复单位矢量；PDLa,PDLb,PDLc,PDLd,PDLDUT 分别是A 、

B 、C 、D 接头和待测器件的PDL ；ea,eb,ec,ed,eDUT 分别为这些PDL 的单位复矢量。图4用图示了PDL 矢量是如何叠加的。如果所有的矢量都是平行的就会得到最大的PDL ：

________________________________________________________________________ 如果所有接头的PDL 向量都平行，并与待测器件的PDL 向量方向相反，就会得到最小PDL ，在此假设待测器件的PDL 值大于所有接头PDL 值之和：

每一个器件PDL 矢量的方向与器件的取向和光纤中的应力致双折射有关。当两个器件间的光纤被扰动，PDL 矢量的相对方向也随之发生改变，从而导致测量值的变化。因此，PDL 测量值的最大改变量为：

如果待测器件的PDL 远大于连接头的PDL ，相对测量误差就比较小。如果待测器件的PDL 与连接头的PDL 大体相当，就会产生很大的相对误差。因此，为了得到PDL 较小的待测器件（如熔融拉锥耦合器）的精确特性描述，连接头和与待测器件相连的光纤的PDL 必须非常小。通常，限制测量精度的因素往往不是仪器本身，而是连接头和与待测器件相连的光纤的残余PDL 。

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减小PDL 测量误差的好习惯

在牢记 以上描述的PDL 测量误差来源的同时，这里概括了PDL 测量一些好的习惯。以 General Photonics公司PDL-101多功能测试仪为例，典型的测量装置如图5所示。

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1. 用于PDL 测量的光源必须是高稳定光源，光源的短期稳定性应与预期的PDL 测量精度大体相当。如果要达到0.02dB 的PDL 测量精度，光源短期功率稳定度必须高于0.02dB 。

2. 建议在PDL-101的输入端加一个隔离器，用来减少从下游接头和待测器件反射回来的光进入光源。General Photonics公司的NoTail 型隔离器没有尾纤，是首选产品。

3. 为了减少反射光进入光源，从而减少由此引起的光源不稳定性，在光源和PDL-101之间应该采用APC 接头。因此，在第二步中描述的NoTail 型隔离器应该采用APC 连接。

4. 光源的偏振态要相对稳定。光源偏振态的快速波动将导致测量结果的波动。

5. 光源的波长要相对稳定，由于连接光源与测量仪器的光纤中存在双折射，因而光源波长的快速波动将导致偏振态的快速波动。

6. 应采用PDL 较小的光纤跳线连接待测器件。

7. 为了减少由二次反射所造成的测量误差，应该使用APC 接头将光输入到测量仪器和待测器件。PDL-101有APC 穿板式接头（如图5、图6中的输入连接头和连接头A ）。为了精确测量低PDL 的待测器件（小于0.1dB ），可以在接头B 和C 处使用折射率匹配膏，来减少背向反射和残余PDL 。

8. 为了减少接头PDL 的影响，应使用PC 接头将待测器件的输出光引入测量仪器（如图5、图6中的接头D ）。PC 接头的输出光将直接射入测量仪器内部的自由空间光电探测器。如果在这里使用APC 接头，就会产生0.03～0.04 dB的PDL 误差。

9. 因为弯曲会在光纤中产生不能忽略的PDL ，所以在接头A 和接头D 之间的光纤不应该有强烈的弯曲或很紧的缠绕。

10. 对生产平台上的无连接器的带尾纤器件的测量应使用图6所示测量装置。在这个光路中，尾纤带APC 接头的一端与APC 穿板式接头A 连接，另外没有接头的自由端留做熔接。操作人员可以将自由端与待测器件输入端熔接起来，将待测器件的输出端用可拆除的裸纤适配器连接到穿板式接头D 。可在APC 接头A 处使用折射率匹配膏来减少由此引起的PDL 。

________________________________________________________________________ 注释：图5 、图6中的接头A 也会产生微小的背景PDL 。因此，无连接器的带尾纤的器件的测量（尤其是低PDL 器件），可以将此接头换做一段尾纤，从而能够将其与待测器件的输入端熔接（如图7）。