多种偏振光学仪器区别和相关性解析

我们在选择保偏器件耦合，生产，测试过程中，经常会碰到“起偏器”“检偏器”“偏振消光比测试仪”“偏振度测试仪”“偏振分析仪”“偏振相关损耗测试仪”等等名词，这些仪器设备，名字接近，然后其原理，用途却有很大差异。本文就将简述以上偏振光学仪器的概念解析和应用说明。

一、基础元件：起偏器与检偏器

1. 起偏器（Polarizer）

- 功能：将非偏振光（如自然光）转换为线偏振光，仅允许特定振动方向的光通过。

- 原理：基于选择性吸收（如碘浸染聚乙烯醇薄膜）或双折射（如格兰泰勒棱镜）。

- 关键参数：消光比（PER ≥40dB为高性能）和透射率。

2. 检偏器（Analyzer）

- 功能：分析入射光的偏振态，常与起偏器配合验证马吕斯定律（ I = I_0 \cos^2\theta ）。

- 应用场景：区分线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光及自然光（旋转时出现消光、光强恒定或变化但不消光）。

核心区别：起偏器用于产生偏振光，检偏器用于检测偏振态，二者常组合构成偏振系统基底。

二、专用测试仪器：功能与差异

1. 偏振消光比测试仪（PER Meter）

- 功能：量化偏振器件隔离非期望偏振分量的能力，计算公式：

\text{PER(dB)} = 10 \log_{10} \left( \frac{I_{\max}}{I_{\min}} \right)

其中 I_{\max} 为平行偏振方向透射光强， I_{\min} 为正交方向透射光强。

- 应用：保偏光纤对接、激光器偏振轴校准（如航天惯导系统需PER >30dB）。

2. 偏振度测试仪（DOP Meter）

- 功能：测量光信号中偏振成分占比，公式：

\text{DOP} = \frac{\text{偏振光强度}}{\text{总光强度}}

自然光DOP=0，完全偏振光DOP=1。

- 应用：评估通信信号质量（DOP<0.5可能预示链路故障）。

3. 偏振扰偏仪（Polarization Scrambler）

- 功能：主动、高速扰动光的偏振态（SOP），模拟光纤信道中的偏振漂移。

- 原理：通过电控波片（如铌酸锂）或机械旋转，实现邦加球覆盖（>100 kSOP/s）。

- 应用：测试器件偏振相关损耗（PDL）、接收机偏振容限。

4. 偏振分析仪（Polarization Analyzer）

- 功能：全能型设备，同步测量SOP、DOP、PER、偏振模色散（PMD）等参数。

- 原理：采用旋转波片法或穆勒矩阵分析，实时显示邦加球轨迹及斯托克斯参数。

- 应用：硅光芯片特性分析、量子通信偏振校准。

仪器对比总结：

三、国内外主流品牌及代表产品

国外品牌

1. 是德科技（Keysight）

- 产品：N7786C偏振合成器（集成控制器+分析仪），支持1M samples/s实时采样，精度±0.05dB。

- 优势：适用于高速相干通信测试，模块化设计适配硅光芯片探测。

2. Thorlabs

- 产品：PAX1000偏振分析仪（覆盖400–1700nm），70dB动态范围，支持自由空间与光纤输入。

- 优势：高性价比实验室设备，配套软件含自动对准工具。

国内品牌

1. 上海江木智能科技

四、关键概念辨析速查表

总结

偏振光学仪器的选择需基于测试目标与精度需求：

- 基础质检（如保偏光纤轴对准）→ 消光比测试仪

- 通信系统验证（如PDL/PMD测试）→ 偏振分析仪

国产设备在多通道效率、高精度领域已实现突破，而国际品牌在高速实时分析（Keysight）和宽谱适应性（Thorlabs）仍具优势。