PDL

PDL（Polarization Dependent Loss ）：偏振相關損耗

偏振相關損耗（PDL）的測量對測量系統中的擾動極其敏感，這些擾動包括光源的不穩定性，連接器的反射，甚至是測試光纖的布局。如果測試裝置布置不合理，即使採用高精度的測量設備也可能會出現較大的測量誤差或波動。該說明書描述了精確測量 PDL的通常注意事項，以及減少使用 General Photonics公司PDL測試儀 (PDL-101)測量誤差的方法。

PDL的定義為：

其中Pmax和Pmin分別為當被測器件（DUT）輸入光的偏振態在所有可能的偏振態間掃描時，通過DUT的最大和最小輸出功率。

1. 由光源波動產生的誤差

公式 (1)表明，如果光源的功率隨時間變化，測量得到的功率最大和最小值也會隨之變化，從而導致測量的不準確。因此，用於PDL測量的光源必須具有很高的穩定性。

即使光源本身非常穩定，測量系統中不同位置的微弱反射可能會反饋回激光器，干擾激光器的工作並導致輸出的不穩定。因此，即使光源的輸出端可能已經有了隔離器，我們仍強烈建議在PDL測量儀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測試儀之間的所有連接器都應該使用APC接頭。

2. 由二次反射產生的誤差

在測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。由一個器件產生的反射光可能會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，因此會與其發生干涉。總輸出光功率為：

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的單位復矢量，Φ是它們之間的相位差。

因為當光纖受到擾動時，主光束與二次反射光的相對相位和偏振態都會發生改變，它們之間的干涉會引起總輸出功率的變化。以dB為單位，由公式（2）可以得到的相對變化的量級為：

雖然二次反射光的很弱，但由於會與強光信號（輸入光）發生干涉，它的影響不容忽視。例如，如果一束光先被一個自由端的PC接頭反射（典型的反射率為4%），然後再被一對PC接頭（回波損耗為40dB，反射率為0.01%）反射，探測到的功率波動可達0.017dB。這個功率波動會引起PDL測量波動0.017dB。當待測器件具有相似的PDL值時，該數值是不能夠被忽略的。如果在前面那個例子中使用回波損耗為60dB的APC接頭代替PC接頭，PDL測量結果的波動將減少到0.0017dB，這個數值在大多數情況是可以被忽略的。

為了減小二次反射帶來的影響，如果可能的話，應盡量使用反射較小的APC接頭。或者也可以使用短相干長度的光源（相干長度小於主光束與二次反射光的光程差）。這樣，公式(2)描述的干涉現象就不會發生，從而，公式(3)描述的干涉波動不會發生。

3. 由接頭和光纖產生的誤差

除了DUT之外，在PDL測量中使用的光纖和（或）接頭也會有很小的PDL。例如，光纖本身會有0.01dB量級的PDL，而且當光纖彎曲的曲率半徑很小時，這個值還會增加。連接的光纖跳線也有較小的PDL，量級為 0.01-0.02 dB。連接不佳的光纖跳線會有更高的PDL值，這可能是在連接過程中過度擠壓光纖造成的。APC接頭一般會有很高的PDL，尤其是在沒有與另外的APC接頭配對使用時。因此，在測試過程中，一條帶接頭的跳線很可能會對DUT的PDL測量產生0.02dB或更高的誤差。

4. PDL矢量和引起的波動

PDL可以被看成一個三維空間里的矢量，因為公式1中的Pmax和Pmin相當於輸入光的兩個正交偏振態，這可以描繪在邦加球上。因此，當測量裝置中有兩個或更多器件的PDL不為0時，總的PDL為所有器件PDL的矢量疊加。舉例說明，測量得到的總PDL是A、B、C、D四個光纖接頭和DUT 的PDL的矢量之和（為了簡化器件，假設光纖的PDL為零）：

其中，PDLT和eT是總PDL的值和復單位矢量；分別是A、B、C、D接頭和待測器件的PDL；ea,eb,ec,ed,eDUT 分別為這些PDL的單位復矢量。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得到最大的PDL：

如果所有接頭的PDL向量都平行，並與待測器件的PDL向量方向相反，就會得到最小PDL，在此假設待測器件的PDL值大於所有接頭PDL值之和：

每一個器件PDL矢量的方向與器件的取向和光纖中的應力致雙折射有關。當兩個器件間的光纖被擾動，PDL矢量的相對方向也隨之發生改變，從而導致測量值的變化。因此，PDL測量值的最大改變數為：

如果待測器件的PDL遠大於連接頭的PDL，相對測量誤差就比較小。如果待測器件的PDL與連接頭的PDL大體相當，就會產生很大的相對誤差。因此，為了得到PDL較小的待測器件（如熔融拉錐耦合器）的精確特性描述，連接頭和與待測器件相連的光纖的PDL必須非常小。通常，限制測量精度的因素往往不是儀器本身，而是連接頭和與待測器件相連的光纖的殘餘PDL。

PDL矢量疊加示意圖

在牢記 以上描述的PDL測量誤差來源的同時，這裡概括了PDL測量一些好的習慣。以 General Photonics公司PDL-101多功能測試儀為例。

1. 用於PDL測量的光源必須是高穩定光源，光源的短期穩定性應與預期的PDL測量精度大體相當。如果要達到0.02dB 的PDL測量精度，光源短期功率穩定度必須高於0.02dB。

2. 建議在PDL-101的輸入端加一個隔離器，用來減少從下游接頭和待測器件反射回來的光進入光源。General Photonics公司的NoTail型隔離器沒有尾纖，是首選產品。

3. 為了減少反射光進入光源，從而減少由此引起的光源不穩定性，在光源和PDL-101之間應該採用APC接頭。因此，在第二步中描述的NoTail型隔離器應該採用APC連接。

4. 光源的偏振態要相對穩定。光源偏振態的快速波動將導致測量結果的波動。

5. 光源的波長要相對穩定，由於連接光源與測量儀器的光纖中存在雙折射，因而光源波長的快速波動將導致偏振態的快速波動。

6. 應採用PDL較小的光纖跳線連接待測器件。

7. 為了減少由二次反射所造成的測量誤差，應該使用APC接頭將光輸入到測量儀器和待測器件。PDL-101有APC穿板式接頭。為了精確測量低PDL的待測器件（小於0.1dB），可以在接頭B和C處使用折射率匹配膏，來減少背向反射和殘餘PDL。

8. 為了減少接頭PDL的影響，應使用PC接頭將待測器件的輸出光引入測量儀器。PC接頭的輸出光將直接射入測量儀器內部的自由空間光電探測器。如果在這裡使用APC接頭，就會產生的PDL誤差。

9. 因為彎曲會在光纖中產生不能忽略的PDL，所以在接頭A和接頭D之間的光纖不應該有強烈的彎曲或很緊地纏繞。

10. 對生產平台上的無連接器的帶尾纖器件的測量應使用。在這個光路中，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器件輸入端熔接起來，將待測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。可在APC接頭A處使用折射率匹配膏來減少由此引起的PDL。

註釋：接頭A也會產生微小的背景PDL。因此，無連接器的帶尾纖的器件的測量（尤其是低PDL器件），可以將此接頭換做一段尾纖，從而能夠將其與待測器件的輸入端熔接。

中山大學物理實驗教學中心：http://spe.sysu.edu.cn/physlab/content.asp?id=605&typeid=1503