保偏光纖(Polarization-maintaining fiber，PMF)的原理主要基于其特殊的設計和材料，以保持光信號的偏振狀態不變。以下是保偏光纖原理的詳細解釋：

一、保偏光纖的結構

保偏光纖通常由一個中心纖芯、一個包圍纖芯的層(即包層)以及可能的額外保護層組成。中心纖芯是光信號傳輸的主要區域，而包層則用于保護和隔離中心纖芯。與普通光纖相比，保偏光纖在結構上具有一些特殊的設計，這些設計有助于保持光信號的偏振狀態。

二、保偏光纖的關鍵特性

不對稱性：保偏光纖的纖芯和包圍纖芯的形狀不對稱，這種不對稱性使得光信號在傳播過程中更傾向于保持原有的偏振方向。

雙折射：保偏光纖中通常會加入一些特殊的材料，如雙折射材料或形狀合適的玻璃材料，以實現光信號的保偏效果。這些材料使得光信號的兩個偏振分量具有不同的傳播速度，從而保持它們的相對相位差不發生改變。

三、保偏光纖的工作原理

當光信號入射到保偏光纖中時，其兩個偏振分量會遵循不同的路徑傳播。由于保偏光纖的不對稱性和雙折射特性，這兩個偏振分量在傳播過程中會保持相對穩定的相位差。通過適當調整保偏光纖的結構和材料參數，可以實現兩個偏振分量的相對相位差不發生改變，從而保持光信號的偏振狀態不變。

具體來說，保偏光纖中的雙折射效應越強，拍長越短，其保持傳輸光偏振態的能力就越好。拍長是表征保偏光纖中傳輸光的復合偏振態完成一個周期變化所傳輸的光纖長度。拍長越短，光纖對偏振的不規則性效應就越具有彈性，即光纖對線性偏振光的偏振保持能力就越強。

四、保偏光纖的應用

保偏光纖廣泛應用于航天、航空、航海、工業制造技術及通信等國民經濟的各個領域。在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖傳感器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實現對物理量的高精度測量。此外，保偏光纖還應用于光纖陀螺、光纖水聽器等傳感器和DWDM、EDFA等光纖通信系統。

綜上所述，保偏光纖通過其特殊的設計和材料，以及不對稱性和雙折射等關鍵特性，實現了對光信號偏振狀態的保持。這一原理使得保偏光纖在多個領域具有廣泛的應用前景。

審核編輯 黃宇