當(dāng)偏振光在具有雙折射性質(zhì)的介質(zhì)中傳輸時(shí)，由于o光和e光的傳輸速度不同，引起一光線(xiàn)相對(duì)另一光線(xiàn)產(chǎn)生相位推遲，從而引起光的偏振態(tài)發(fā)生改變。光偏振控制器就是利用此理論研制而成的。
當(dāng)單色光在各向同性介質(zhì)的界面折射時(shí)，
折射光線(xiàn)只有一束，且遵循折射定律。但當(dāng)光線(xiàn)從空氣進(jìn)入某些晶體時(shí)，情況就不那么簡(jiǎn)單了，有些晶體能使一條單色的入射光線(xiàn)分成兩條折射的光線(xiàn)。在這兩條折射光線(xiàn)中，一條折射光線(xiàn)遵循熟知的
折射定律，稱(chēng)為尋常光或o光；另一條當(dāng)入射光線(xiàn)的入射角為零時(shí)也存在，
入射角的正弦與
折射角的余弦之比不是常數(shù)，且折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)一般不在同一面內(nèi)，它不遵循
折射定律，稱(chēng)之為非常光或e光。這種現(xiàn)象稱(chēng)為
雙折射。當(dāng)偏振光在具有雙折射性質(zhì)的介質(zhì)中傳輸時(shí)，由于o光和e光的
傳輸速度不同，引起一光線(xiàn)相對(duì)另一光線(xiàn)產(chǎn)生相位推遲，從而引起光的
偏振態(tài)發(fā)生改變。光偏振控制器就是利用此理論研制而成的。
對(duì)于某些各向異性物質(zhì)云母、方解石等，雙折射是其本身固有的，稱(chēng)為永久性雙折射物質(zhì)。對(duì)于這些物質(zhì)，在自然條件下，不需要任何外界場(chǎng)（如電場(chǎng)、壓力或磁場(chǎng)）的作用，就可改變光的偏振態(tài)，波片型偏振控制和光纖環(huán)型偏振控制器就屬于此類(lèi)。有些光學(xué)物質(zhì)，在自然狀態(tài)下并不具有雙折射性質(zhì)，但當(dāng)有電場(chǎng)、壓力或磁場(chǎng)等作用時(shí)，表現(xiàn)出與各向異性物質(zhì)相同的雙折射特性，這一特性隨外界作用的消失而消失。具有這種特性的物質(zhì)為暫時(shí)雙折射物質(zhì)，它同永久性雙折射物質(zhì)一樣，具有改變光的偏振態(tài)的特性，光電型偏振控制器和壓電型偏振控制器就屬于這一類(lèi)型。
光纖環(huán)型偏振控制器
理想的單模光纖是圓對(duì)稱(chēng)的，是
各向同性介質(zhì)，光在其內(nèi)傳播與偏振方向無(wú)光。然而實(shí)際上完全圓對(duì)稱(chēng)的光纖是不存在的，它與單軸晶體一樣具有
雙折射特性。這一特性將使注入到光纖中的線(xiàn)偏振光以?xún)蓚€(gè)相互垂直模式
和
傳播，其傳播速度稍有不同，以模式雙折射率B表示，定義為
B=（βx-βy）λ/2π
式中，B為
和
兩線(xiàn)
偏振光的折射率差；β
x、β
y為兩偏振模式各自的
傳播常數(shù)；λ為真空中的波長(zhǎng)。
與波片影響偏振態(tài)相似，在
光纖中傳輸光的偏振態(tài)也將沿光纖的長(zhǎng)度方向連續(xù)變化，
偏振態(tài)隨光纖長(zhǎng)度的變化如圖1-2所示。
圖1-2 單模光纖中光偏振態(tài)隨光纖長(zhǎng)度的變化假設(shè)把一束線(xiàn)偏振光注入
光纖，它將被分成
和
兩種模式并分別在x軸和y軸上作直線(xiàn)偏振傳輸。由于兩模式的傳輸常數(shù)β不同，在沿光纖長(zhǎng)度方向的任意位置，其偏振態(tài)由E
x和E
y的矢量合成。設(shè)在光纖的a點(diǎn)時(shí)，兩模式矢量E
x和E
y的振動(dòng)相位相同，其合成偏振態(tài)為線(xiàn)性偏振；b點(diǎn)時(shí)由于
傳播速度的差異，使得兩矢量E
x和E
y的相位差變?yōu)棣?2，其合成偏振態(tài)將變?yōu)閳A偏振；c點(diǎn)兩矢量E
x和E
y的相位差變?yōu)棣?，其偏振態(tài)又變?yōu)榫€(xiàn)偏振，但與a點(diǎn)相比旋轉(zhuǎn)了90°；d點(diǎn)兩矢量E
x和E
y的相位差變?yōu)?π/2，偏振態(tài)變?yōu)閳A偏振，但旋轉(zhuǎn)方向與b點(diǎn)相反；e點(diǎn)兩矢量E
x和E
y的相位差變?yōu)?π，其偏振態(tài)又回到a點(diǎn)狀態(tài)；依此類(lèi)推，沿著光纖
偏振態(tài)將循環(huán)變化下去，這與偏振態(tài)隨波片的厚度變化現(xiàn)象相似。因此可根據(jù)全波片、
半波片、四分之一波片的制備原理，用光纖制備λ、λ/2、λ/4光纖型推遲環(huán)。
[1]
圖1-3 光纖環(huán)型偏振控制器結(jié)構(gòu)圖用光纖制成的各種類(lèi)型的推遲環(huán)，由于其尺寸很小，性能突出，在光纖傳感器中獲得了廣泛應(yīng)用。光纖環(huán)型偏振控制器就是其典型應(yīng)用之一，其主要由4個(gè)λ/4光纖推遲環(huán)組成，結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。λ/4光纖推遲環(huán)各自可旋轉(zhuǎn)任意角度，當(dāng)偏振光信號(hào)在其中傳輸時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)4個(gè)推遲環(huán)的快慢軸相對(duì)位置，從而獲得需要的偏振光。
主要技術(shù)指標(biāo)
不同類(lèi)型的偏振控制器其要求的
技術(shù)指標(biāo)略有不同，對(duì)于以上兩種通信波段內(nèi)常用的偏振控制器主要包括以下技術(shù)指標(biāo)：波長(zhǎng)范圍、最大
輸入功率、插入損耗、插入損耗隨波片（或光纖環(huán)）轉(zhuǎn)動(dòng)變化、插入損耗隨波長(zhǎng)變化、端口回?fù)p、消光比、
偏振態(tài)調(diào)整準(zhǔn)確度、偏振態(tài)調(diào)整分辨力、偏振態(tài)調(diào)整重復(fù)性、角度調(diào)整準(zhǔn)確度、角度調(diào)整重復(fù)性等。下面根據(jù)常見(jiàn)的幾種偏振控制器，對(duì)幾個(gè)比較重要的
技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
波長(zhǎng)范圍與波片或
光纖環(huán)的材料有關(guān)，一般波片的相位推遲隨波長(zhǎng)的變化比光纖環(huán)的要大，因此波片型偏振控制器波長(zhǎng)范圍比光纖環(huán)的要小，在允許的
偏振態(tài)調(diào)整誤差范圍內(nèi)，波片型偏振控制器波長(zhǎng)范圍約幾十納米，而光纖環(huán)型可達(dá)到幾百納米，當(dāng)然使用軟件補(bǔ)償技術(shù)可以擴(kuò)大波長(zhǎng)范圍。最大
輸出功率一般是考慮到材料的承受能力，一般在+10dBm~+23dBm之間。插入損耗一般小于2.0dB，其隨波片（或光纖環(huán)）轉(zhuǎn)動(dòng)變化小于0.05dB，隨波長(zhǎng)變化小于0.2dB。FC/PC接頭回?fù)p一般大于35dB，F(xiàn)C/APC接頭回?fù)p一般大于55dB。
偏振態(tài)調(diào)整準(zhǔn)確度、偏振態(tài)調(diào)整分辨力、偏振態(tài)調(diào)整重復(fù)性、角度調(diào)整準(zhǔn)確度、角度調(diào)整重復(fù)性是偏振控制重要的技術(shù)指標(biāo)，它們與控制波片（或光纖環(huán)）轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)關(guān)系密切，因此高性能的偏振控制器離不開(kāi)高性能的步進(jìn)電機(jī)，性能較好的偏振控制器偏振態(tài)調(diào)整分辨力優(yōu)于0.36°。
[1] 主要應(yīng)用
光偏振控制器廣泛應(yīng)用于光信號(hào)的偏振特性分析，光器件如耦合器、隔離器、波分復(fù)用器、放大器、衰減器等偏振特性的測(cè)量，偏振特性對(duì)光材料性能影響分析等方面。
