Y10T172 偏振模色散、DGD、差分群时延

更新时间:2024-06-19 09:06:05 阅读量:1086

解释个基本概念,偏振模色散和DGD,Different Group Delay, 差分群时延。

光有两个偏振态,在空间光学一般用P光s光来区分两个正交偏振态,在双折射晶体一般用O光e光来区分这两个偏振态,在集成光学里一般用TE、TM来区分两个偏振态。这是为了区分方便而已

就像夫妻、凤凰、雌雄、乾坤等词,在不同领域来区分男性女性的名词而已。

光在真空中的传输速度,每秒30万公里,这俩偏振态在真空速度是一样的。


1.jpg


但是,进入介质,这俩偏振态可能存在不一致,比如光在光纤中传输,在硅波导中传输,在铌酸锂波导中传输,....,可能以不同速度在传输,这就会导致一段距离后的时延。

DGD就是表征两个偏振态传输时延的指标,俩偏振态,所以也叫“差分”


2.jpg


在介质中,俩偏振态,会以各自的速度进行传输,介质速度与折射率有关。

3.jpg


比如在硅光集成中,硅是各向同性的分子结构,那么两个偏振态的等效折射率也一样的话,二者传输速度就一样,我们叫做“偏振不敏感”

如果可以设计成非圆非正方的结构,则导致二者的等效折射率不同,传输速度有差异,波导损耗可能也不同等等。


4.jpg


硅光集成芯片,大多数场景被刻意设计成偏振敏感的结构,导致偏振模色散,也导致了偏振分集与色散补偿技术。

换句话说,硅光波导也可以设计成偏振不敏感的结构,但需要付出的就是工艺能力限制,侧壁粗糙度引起的散射损耗增大。

很多时候,大家选择牺牲偏振模色散(反正后头可以补偿这个时延),来迁就散射损耗的“扁平型”波导结构。


5.jpg


硅的原子是各向同性的,但铌酸锂的原子分布本身就是各向异性的,铌酸锂晶体在xyz三个轴向上呈现了两种折射率特点,那么,铌酸锂是天然偏振敏感的双折射晶体,所以即使是正方形结构,可能会导致偏振模色散。

可能的意思是,可有可能不会产生偏振模色散。如果波导在z轴传输,那么xy轴的折射率是一样的。如果波导在x轴传输,俩偏振态落在yz轴的时候,俩折射率就不一样了。

所以,铌酸锂晶体的波导设计,需要考虑晶向与波导截面结构,还需要考虑弯曲波导时,偏振模的相对折射率变化趋势。


6.jpg


在常规光纤,如652光纤,是普通单模且圆形波导,且光纤的玻璃态的氧原子和硅原子分布是各向同性的结构,俩偏振理论上应该是速度一致。可但是,生产时/部署时,有可能不是理想的圆形截面波导结构啊,这就会导致俩偏振的速度不一样,而且这个不一样还是个随机的,不能提前预估的,那种时延。


7.jpg


保偏光纤,则是特意在其中一个偏振态插入俩高折射率的材料,叫应力棒,强行改变其中一个偏振态的折射率,改变其行波速度。


8.jpg




9.jpg