Y10T191 偏振、偏振相关与去偏
这是前天的一个留言
能不能介绍下偏振的原理以及哪些器件偏振相关性比较强，为什么？以及如何去偏？
当时简单回答了一下，说过两天画个图解释解释。~~，今天补坑。
光有两个偏振，就是光的波粒二象性中的“波动”是在不同方向可以波动的。偏振的区分，在不同材料里，叫法不一样。
有些场合叫p光s光，有些场合叫TE、TM，有些场合叫o光e光
比如人，有两种性别，（~~~，别抬扛啊，这只表达了我的观点，有些人非说有几十种~~~~）
在大多数的时候，咱们会说“所有人”今天下午集合去做什么什么事情。但是有些场合是需要区分的，比如公司安排体检，那么就需要区分，因为检测的项目不一样了。
光模块里的光也是一样，在不需要区分的场合，我们统称为光，在需要区分的场合，按照场景不同，分别称呼就行。
举个例子，在需要区分偏振时，不同场合，叫法不一样。
两个偏振的特点是，两个偏振是正交的（互相垂直），两个偏振分别与波动方向也是正交的（互相垂直），也用生活里的事物举个例子，洗衣机有“洗衣球”，蓝色/绿色/红色，任意两个颜色的平面，都是垂直的。
咱们的光纤通信，光纤的方向，知道了波动方向，剩下的就是两个偏振态了。
偏振在普通光纤里传输的时候，是随机变化的。但是依然保持了偏振之间的相互垂直。就类似洗衣球在洗衣机里随机滚动，但没有改变他们的正交垂直状态。
偏振敏感，或者叫偏振相关，当你希望偏振无关时，那么些许的偏振相关就不愿意接受。
举个例子，妇女能顶半边天，额，公司给优秀员工升职加薪，站在员工的角度是希望“偏振无关”的，但是总有少数的人或公司，暗戳戳的给一些女同志或男同志有差异性的升职机会。
那么在需要偏振相关的场景，比如相干模块，需要在不同偏振态上调制信号，那么需要非常清晰的界定偏振，不要混乱。如刚才说的女生宿舍，那么就只允许女生上楼，要严格控制男性上楼的比例。怎么说是控制比例而非完全杜绝呢？ 比如遇到火灾，消防员灭火更重要，是吧。
在偏振相关的场景，两个偏振态的比例越大越好，通常用偏振消光比来做表示，比如偏振消光比30dB，两个偏振态的比例是1000:1
在偏振无关的场景，则两个偏振态的比例越一致越好，最好是1:1
为什么在偏振无关的场景里，出现了偏振相关呢？
比如普通光纤，是圆型细长丝。可但是，在生产时，在布纤时，有些情况会压扁一点。
就像天天喝的奶茶，吸管是按照圆管设计的，可保不齐就有不圆的管子，保不齐有人给它捏扁了。
如果光纤就是光信号的流通管道的话，就会导致DGD，Y10T172 偏振模色散、DGD、差分群时延
当然，还有些器件是设计的偏振敏感，比如保偏光纤，非给它里边横一个应力区，实现了偏振敏感，或者叫偏振相关。
还有些是应用时导致的偏振敏感，比如咱们的反射/透射的玻片，俩偏振态在在等效的入射面，微观的反射与透射角度出现分离。
角度越大，俩偏振越分的开。
这就是bidi、ZBlock、combo PON等元件里的“小角度”玻片为何叫降低倾斜角的原因，因为我们不希望偏振分离，那么角度越小，俩偏振的分离就越小。
还有些场景，是不得已的选择，比如硅光集成，比如薄膜铌酸锂，比如InP激光器等等等等。
有些（不是全部啊）偏振无关的场景，我们希望硅光集成可以偏振无关，恰恰硅的材料是可以实现偏振无关的，但是不得已啊，实现偏振无关，就需要复杂的工艺和较大的损耗。那么就出现了两大类是设计方向，一个方向是，我就是选偏振无关，牺牲其他性能来成全偏振。另一个方向就是我就选其他性能，比如大带宽，偏振这个事情呢，牺牲一下吧。
第一个方向，比如Rockley，调制器选择的是偏振不敏感的波导结构，厚硅结构，但是调制方式，调制速率，调制波长等设计总也做不好，后来就只做了Rx侧硅光集成，发射端选择普通的EML。
第二个方向，就是Intel、Marvell、旭创、光迅、Acacia等公司的薄硅技术，虽然偏振敏感，但是毕竟可以做到高速调制，高集成度，较低损耗等性能。
还有一些呢，是天生的偏振相关，比如铌酸锂，它的原子分布在不同的坐标轴上的密度是不一样的。
光的两个偏振态，穿过这个铌酸锂晶体时，呈现了不同的穿透能力
现在的薄膜铌酸锂，很多厂家选择X cut的切割方向，就是上图垂直切片后放倒平铺。
我们看一下截面，俩偏振的折射率不一样的。
再一个，弯曲对偏振有影响，水平方向和垂直方向的偏振态对待弯曲，视角不一样。不同偏振态的弯曲损耗细分也是有差异的。
刚才说的是如何区分偏振，那么如何来控制偏振也很重要，控制偏振，那么想让他偏振相关就相关，想不相关就可以不相关，是吧。
利用自有空间的旋转特性，来改变偏振
咱们知道光的波动速度，找好尺寸，就可以选出自己所需的偏振旋转的角度，让水平就水平，让垂直就垂直。
当然，这也很难，约等于用打高尔夫的手艺，大斯诺克的手艺，来让滚动的小球，在10米远处让其中一个面呈现“我们指定”的角度。
可以利用偏振片选出其中一个偏振，隔离器的起偏和检偏，都是这类偏振片。
法拉第片，是磁致旋光的原理，在磁场作用下，光的偏振逐渐旋转。法拉第片用在环形器、用在隔离器，用在旋光器，都可以。
Y10T189 旭创 CWDM4 BiDi紧凑型布局，这里用到环形器，里边有法拉第片。
法拉第片，经常要跟一个磁场，大多数是外部的永磁，如磁环/磁块。少部分场景用的是软磁，内部做磁化，但是呢也容易被消磁。
比如前一段写华为的光模块，通过法拉第片来实现偏振编织技术，降低四波混频。
偏振棱镜是咱们行业比较常见的元件，通过双折射晶体或者是布儒斯特角，来分离处两个偏振。
举个例子，相干模块里有一堆的棱镜
将其中偏振相关的部分拿出来看一下，接收端把我们收到的俩偏振分开，其中一个偏振旋转一下，形成俩TE水平偏振态进入的InP集成芯片。
发射端，InP集成芯片都是TE水平偏振态，（晶圆上的一层光学薄膜，刻意设计的TE工作。）把其中一个旋转一下，变成垂直，再和之前的水平偏振，组装在一起，这不就完成了“正交”分布么。
同理，Y10T141 Nubis 1.6T 线性直驱高密度光I/O，用双折射晶体实现的偏振分离，偏振集合。
所以经常看到偏振分集这个概念，咱们能把偏振分开，也能旋转，还能集合，在集成光学设计里就十分方便了
集成光学的偏振分离，方案非常非常的多，比如二维光栅
在垂直入射的两个偏振态，蓝色向左走，红色向右走，二者自然就分开了。
还可以利用MMI，利用MZ结构等，实现偏振控制
解释一下，偏振分集的理念，比如咱一个信号，就是家里一个家具，能量有水平的，也有垂直的。
如果在一个特殊场合，偏振敏感了，刚才说的硅光的波导结构，是吧
怎么办？拆啊，把偏振拆开，刚才提到了很多拆偏振的技术，
之后，旋转，发射的IQ调制器，旋转之后调制信号，接收端的DGD补偿旋转之后控制延时，都可以的。
事情处理完后，再把偏振组装在一起，就是一个完美信号，妥妥的。
在偏振敏感的结构里，实现偏振不敏感，就类似于虽然硅的波导结构偏振敏感（偏振相关），但是我作为一个整体设计，可以达到偏振无关的目的。这就是去偏。
在偏振相关结构里实现偏振无关，是刚才提到的事情。
还有一个是逆向的，在偏振无关结构里实现偏振相关，
这就是偏振跟踪，比如相干下沉用到的相干Bidi的概念，在一个偏振无关的结构里，就是收到的信号是随机偏振，偏振无关，但是经过偏振跟踪和实时旋转，进入到调制器时，可以达到偏振相关。
最后说一下，偏振与时延，光如果细分偏振态时，俩偏振态的实时波动速度有可能不同，比如学生体育考试，女生考800米，男生考1000米，这就是考虑了不同的速度。
比如咱们的硅波导，铌酸锂波导，保偏光纤等，不同偏振态的等效折射率不一样，波动速度不一样，这就会在传输一段距离后，俩偏振出现了时延。
对于时延，有两种处理方式
一种是，设计偏振不敏感结构，让俩偏振态以同样的速度波动，这是OFC2024提到的GlobalFoundries的波导结构。
另一种是，在偏振敏感的结构里，让俩偏振传输不同的距离，对齐传输时间。
