偏振消光比测量II偏振相关损耗（PDL）及其测量

在通信和传感领域，PDL都是一个非常重要的指标，它体现了一个器件对不同偏振态的敏感度。PDL定义为不同偏振态通过待测器件后最大功率与最小功率的比值，以对数的形式表示。

图1. 偏振相关损耗的定义

理想情况下的各向同性器件对各个偏振态的损耗相同，PDL值为0；而理想情况下的起偏器，对一个偏振方向没有损耗，而在正交方向上损耗为无穷大，PDL趋近于无穷大。对于任何无源器件，其偏振相关损耗的数值都是确定的，可以将确定PDL的无源器件等效为：部分起偏器＋无损耗的偏振态变换元件。

PDL的测试方法很多，我们仅就其中的几种方法进行说明：

扰偏法：按照PDL的定义，我们可以采用图2所示的光路，线偏振光经过偏振控制器扰偏后，快速生产各种偏振态，逐一经过待测器件，通过光功率计记录透过功率的最大值和最小值，通过计算即可得到PDL。扰偏的方法有两种，一种是随机点的方式，另一种是扫描方式。在扫描方式中，偏振态不是从一个点跳到另外一个点，而是划过一个轨迹，这样能够更加有效地覆盖邦加球。

图2. 扰偏法测量偏振相关损耗

不论是随机点的方式，还是偏振态扫描的方式都存在邦加球覆盖率的问题。测量时间越长，邦加球的覆盖率就越高，PDL的测量就越准确；相反如果扰偏速度慢，或测量时间短，测量就不准确。对于PDL较大的器件，如果透射功率的最大值落入未被覆盖的区域，测量结果将出现较大的误差。常扰偏法测量高PDL器件时结果都不太准确。

图3. 扰偏时间与PDL测量误差关系图

四态测量法：四态测量法也叫米勒矩阵法，是被大家认可的较为准确的PDL测量方法。其原理如图18所示。偏振光源通过偏振控制器后先后生成四个确定的偏振态（LHP、LVP、L+45、RHC），四个偏振态在经过待测器件之前的功率分别为Pa、Pb、Pc、Pd，在经过待测器件之后的功率分别为P1、P2、P3、P4。

图4. 四态测量法测量偏振相关损耗

通过以下公式计算出米勒矩阵的四个矩阵元 m11、m12、m13、m14，再计算出待测器件的PDL。

此种方法仅需要生成四个偏振态就可以测出器件的PDL，测量速度比扰偏法明显提高。但由于需要测量8个功率值才能计算出PDL，功率计的噪声和测量误差将很大程度上决定PDL的测量误差。其次，由于需要先后测量不经过和经过待测器件的功率，光源的稳定性会对测量结果产品不小的影响。解决办法之一就是采用实时功率参考，输入光在经过待测器件之前，被精确地分出50%，进行功率测量，另外50%经过待测器件后，再测量功率。这样就可以确保功率测量的同时性，避免光源不稳定造成的测量误差。

三态测量法：三态测量法也叫琼斯据阵法，是通过偏振光经过待测器件后，测量琼斯矩阵，从而计算的出PDL的方法，与米勒据阵法类似，这里不再赘述。

最大值/最小值搜寻法：在扰偏法的基础上，人们开发出一种确定的最大值/最小值搜寻法，如图19所示。偏振光源通过偏振控制器、待测器件后测量功率，微处理器读取功率值，并通过搜寻算法闭环控制偏振控制，主动找到通过待测器件后的功率最大值和功率最小值，然后计算出PDL。

图19 最大值/最小值搜寻法测量偏振相关损耗

由于只需要通过算法主动地找到功率最大值和最小值，并且是唯一确定的最大值和最小值，因此可以确保测量速度和数据的准确性。整套系统结构简单，使用方便，测试速度快，是性价比极高的PDL专业测试设备。拓普光研在偏振测试领域从业多年,积累了大量的偏振测试经验与方案,希望我们的一些方式方法能够帮助更多的同行或专家实现自己的构思与想法.

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平面衍射光栅的PDL（偏振相关损耗）测量

偏振相关损耗（PDL）是电信网络中使用的光学元件的一个重要特性。本文提供了用于光栅PDL的精确定义，并解释了用于确定PDL值的测量程序。

偏振相关损耗（PDL）

光纤通信网络中的组件必须对信号偏振状态的变化不敏感，这一要求对表面浮雕衍射光栅来说尤其具有挑战性，因为具有金属涂层的光栅往往会使入射到其上的光偏振。用于评估网络组件对极化变化的敏感性的可测量量称为偏振相关损耗（PDL）。

然而，存在一类光栅，在给定的波长范围内，两种偏振模式下的衍射效率几乎相等；这些光栅被称为低PDL光栅。

PDL的定义

在衍射光栅表征中使用的PDL的定义是：

PDL = 10log10(Ep/Es)

其中Ep和Es分别是P平面和S平面偏振入射光的测量衍射效率。PDL以分贝表示。有时PDL被表示为等式(1)的绝对值。但允许PDL是带符号（正或负）量提供了关于效率如何相对于彼此变化（相对于波长）的更多信息。

PDL的测量

PDL是通过分别测量P平面和S平面衍射效率，然后将相关值代入上述方程来确定的。这些独立的测量，每个都是用线性偏振的入射光进行的，因此产生Ep和Es的值。这些测量可以是绝对或相对效率的（前提是一致地进行）。

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