介紹
描述無源光器件的特性時，偏振相關(guān)損耗（PDL）現(xiàn)已成為一項標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。當(dāng)前主要有兩種PDL測量方法：偏振掃描法和四狀態(tài)法，后者一般也被稱作Mueller法。
本文將對這兩種測量方法進(jìn)行簡要的介紹，概要說明其主要難題和主要的誤差來源，并對其在當(dāng)前無源器件測量中的實際應(yīng)用進(jìn)行比較。
偏振相關(guān)損耗
PDL是光器件或系統(tǒng)在所有偏振狀態(tài)下的最大傳輸差值。它是光設(shè)備在所有偏振狀態(tài)下最大傳輸和最小傳輸?shù)谋嚷?。PDL定義如下：
Tmax和Tmin分別表示測試器件（DUT）的最大傳輸和最小傳輸。
PDL對于光器件的表征至關(guān)重要。實際上，每個器件都表現(xiàn)為一種偏振相關(guān)傳輸。由于傳輸信號的偏振不僅局限于光纖網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)，因此器件的插入損耗隨偏振狀態(tài)而異。這種效應(yīng)會沿傳輸鏈路不可控制地增長，對傳輸質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響，因為一條光纖上的偏振是隨意變化的。個別器件的PDL會在系統(tǒng)內(nèi)造成大的功率波動，從而提高了系統(tǒng)的比特錯誤率，甚至?xí)?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。結(jié)合偏振模色散（PMD），PDL可能成為脈沖失真和擴(kuò)散的主要來源。
在WDM網(wǎng)絡(luò)的波長選擇型器件中，PDL對應(yīng)于器件的光譜傳輸特征曲線而變化。此
外，有些濾波器屬性（如波動或通帶帶寬）也是偏振相關(guān)的。因此，波長PDL的測定就變得必不可少了。
PDL測量原則可分為兩大類：確定性方法和不確定性方法。確定性方法從DUT的Mueller或Jones測試矩陣中推導(dǎo)得出其PDL，而這些測試結(jié)果又是通過測量DUT在一系列定義輸入偏振狀態(tài)下的傳輸屬性而得到的，例如Mueller方法。非確定性方法測量DUT在大量輸入偏振狀態(tài)下的最小和最大傳輸值。
偏振掃描法
偏振掃描法屬于非確定法。在測試中，DUT暴露于多種偏振狀態(tài)之下，這些狀態(tài)是確定或偽隨機(jī)產(chǎn)生的。在第一種情況下，偏振狀態(tài)是沿Poincare球的定義軌跡確定性地生成的。后一種偽隨機(jī)法則覆蓋了Poincare球的大部分。
偏振掃描法非常簡單。
如圖1所示，其標(biāo)準(zhǔn)測量裝備僅包括一個信號源、一個用以確定性地或偽隨機(jī)地生成不同偏振狀態(tài)的偏振控制器，以及一個功率計。
圖1：使用Poincare球偽隨機(jī)掃描的偏振掃描法。
偏振掃描法是一種相對測量法，其實際測量值反應(yīng)的是光功率隨入射光偏振狀態(tài)變化的偏差值。在所測得的功率值中，最大值與最小值之差就是PDL。但是，功率測量和偏振轉(zhuǎn)換是去耦的。您無法從測定的功率值上確定功率的變化是由DUT的PDL造成的還是由源輸出功率的波動所造成。
因此，要想獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果就必須保持高水平的功率穩(wěn)定性。PDL誤差主要受到以下因素影響：檢測器的偏振敏感響應(yīng)，源功率穩(wěn)定性和偏振度，偏振控制器的偏振所引起的傳輸偏差。
總誤差近似等于各項單個誤差的和的平方根。假設(shè)源功率穩(wěn)定系數(shù)為0.006dB，插入損耗偏差和檢測器的PDL均為0.004dB，那么總誤差就為0.008dB。
系統(tǒng)誤差的主要來源在于掃描時間或測量時間都只是有限的。因此，DUT只能暴露在有限數(shù)量的偏振狀態(tài)下進(jìn)行測量。檢測出某一系統(tǒng)誤差所需的掃描時間與偏振控制器所能達(dá)到的偏振變化率相關(guān)。Poincare球掃描中的最小角間距與可達(dá)到的最小系統(tǒng)誤emin有關(guān)，該值取決于偏振控制器產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)角速度n和功率計的平均時間Dt ：
總測量時間取決于功率表平均時間Dt和系統(tǒng)誤差e，公式如下：
例如，假設(shè)系統(tǒng)誤差為0.1％，功率表平均時間為1ms。那么顯然總掃描時間為：Ttotal = 1.5秒。
如果DUT的PDL在波長之上進(jìn)行測量，那么預(yù)計掃描時間將與波長點數(shù)呈線性關(guān)系。很明顯，光譜PDL測量很容易因為大量的波長點而變得相當(dāng)費時。例如，使用偏振掃描法在10pm步長的20nm波長范圍內(nèi)（即2000個數(shù)據(jù)點）進(jìn)行PDL測量，按每段波長1.5秒計，整個測量大約需要50分鐘的總掃描時間。
在某些情形中，PDL必須以很小的分辨率在一段波長范圍中進(jìn)行測量。在這種情形下，偏振掃描法的效率就很低了。但是，舉例來說，如果只需測量濾波器通帶中的三個波長點（例如在通帶中心或在中心左右3dB帶寬波長）時，那么偏振掃描法就非常有吸引力，因為它實施簡單而且誤差小。
Mueller法
Mueller法是一種確定性方法，它可從Mueller矩陣中推導(dǎo)出DUT的PUL。Mueller法通過DUT在四種明確的偏振狀態(tài)下的傳輸測量結(jié)果中得出其Mueller矩陣。PDL的計算基于Mueller-Stokes計算法進(jìn)行，該算法可分析性地獲得組件或系統(tǒng)的偏振轉(zhuǎn)換。
圖2：使用Mueller法的確定性PDL測量，Mueller方法把DUT暴露在四種偏振狀態(tài)，從DUT的Mueller矩陣中推導(dǎo)得到PDL。
圖2中顯示了一個典型的測量。
偏振控制器由一個偏振器、一個l/4波片和l/2波片組成 。偏振器可以產(chǎn)生一種線性偏振光。l/4波片和l/2波片將確定性地把線性輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)換成其它偏振狀態(tài)，這取決于彼此之間的角位移以及偏振器設(shè)定的輸入偏振。因為在這種方法中PDL是通過測量四種偏振狀態(tài)下的傳輸值而得到的，因此測量者可使用一個可連續(xù)調(diào)諧的可調(diào)激光源來以掃頻的方式進(jìn)行波長相關(guān)測量。然后，記錄下每種偏振狀態(tài)中的波長傳輸數(shù)據(jù)。從這些傳輸數(shù)據(jù)中，測量者可使用Mueller計算法計算得出DUT的波長PDL。
在開始測量之前，偏振器調(diào)整到與輸入光形同的偏振狀態(tài)，以降低通過偏振控制器的傳輸損耗。參考測量記錄了測量裝置的所有波長與偏振依賴性，檢波器的偏振相關(guān)響應(yīng)性除外，這是不能校準(zhǔn)的。
圖3：WDM過濾器通帶的PDL測量，與Polarization Scrambling和Mueller方法相比。
測量方法比較
盡管您可以使用不同的方法來測量PDL，但是兩種測量方法應(yīng)該得到相似的結(jié)果，理想情況下應(yīng)是相同的測量結(jié)果。為了進(jìn)行比較，我們在圖2中顯示了使用偏振掃描法和Mueller法在一個光柵WDM濾波器上進(jìn)行的PDL測量示例。兩種方法的測量時間大不相同。偏振掃描時間決定著每段波長的PDL，因此
測量時間與波長點數(shù)線性相關(guān)。Mueller方法結(jié)合掃頻波長測量裝置可對各偏振狀態(tài)下的波長進(jìn)行完全的損耗測量，從而同時得到所有波長的PDL。
因此，如果必須測量大量波長上的PDL，那么Mueller方法會更快一些。相反，如果只需測量幾個波長點的PDL，那么偏振掃描法則更好一些。