隨著 5G、云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心光通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和精準(zhǔn)性要求日益提高。保偏光纖作為光開(kāi)關(guān)、硅光子波導(dǎo)等核心設(shè)備的關(guān)鍵連接部件，其技術(shù)性能直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行效率。傳統(tǒng)保偏光纖存在制造難度大、與標(biāo)準(zhǔn)光纖連接損耗高、量產(chǎn)成本高等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心短距離（10cm-10m）高密度傳輸?shù)男枨蟆V西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.rise-pj.com）深耕光通信領(lǐng)域多年，結(jié)合行業(yè)前沿技術(shù)，推出適配光開(kāi)關(guān)設(shè)備的高性?xún)r(jià)比保偏光纖解決方案，本文將從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、核心參數(shù)、配置方式等維度，全面解析保偏光纖的技術(shù)要點(diǎn)。

一、保偏光纖的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

保偏光纖的核心功能是保持光信號(hào)的偏振狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接決定保偏性能、連接損耗及制造可行性。與傳統(tǒng)含應(yīng)力施加部（SAP）的保偏光纖不同，新型保偏光纖采用 “纖芯 + 低折射率部 + 雙層包層” 的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，既解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品的制造痛點(diǎn)，又提升了與光開(kāi)關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的適配性。

1.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成

新型保偏光纖的剖面結(jié)構(gòu)主要包含三大核心部分：

圖1 實(shí)施方式所涉及的保偏光纖的剖視圖

1. 保偏纖芯：由玻璃材質(zhì)的纖芯和一對(duì)低折射率部組成，低折射率部的折射率低于纖芯，且關(guān)于纖芯中心軸點(diǎn)對(duì)稱(chēng)配置。除與低折射率部相接的部分外，纖芯外周為圓形（橢圓率≤5%），這一設(shè)計(jì)大幅降低了與標(biāo)準(zhǔn)光纖的連接損耗，尤其適配光開(kāi)關(guān)的端口連接需求。

2. 光學(xué)包層（第 1 包層）：包圍保偏纖芯，折射率低于纖芯，起到限制光信號(hào)傳輸?shù)淖饔?，其半徑與纖芯半徑的比值控制在 2.5-3.7 之間，確保光信號(hào)的有效束縛。

3. 共通物理包層（第 2 包層）：包圍光學(xué)包層，采用與纖芯熱膨脹系數(shù)差異≤5×10??/K 的玻璃材質(zhì)，避免制造過(guò)程中因熱應(yīng)力導(dǎo)致的母材破裂，外周為圓形，便于后續(xù)布線和光開(kāi)關(guān)設(shè)備集成。

2. 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)

相比傳統(tǒng)保偏光纖，新型保偏光纖的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下方面：

圖2 傳統(tǒng)保偏光纖的剖視圖

4. 無(wú) SAP 設(shè)計(jì)：摒棄傳統(tǒng)依賴(lài) SAP（應(yīng)力施加部）產(chǎn)生雙折射的方式，通過(guò)低折射率部與纖芯的折射率差異形成非對(duì)稱(chēng)折射率分布，避免了 SAP 與包層熱膨脹系數(shù)差異過(guò)大導(dǎo)致的母材破裂問(wèn)題，制造難度顯著降低。

5. 低折射率部?jī)?yōu)化：低折射率部為圓形（橢圓率≤5%），部分嵌入纖芯、部分延伸至光學(xué)包層，其半徑與纖芯半徑的比值為 0.8-2.0，既保證了雙折射強(qiáng)度，又不破壞纖芯的圓形輪廓。

圖3 保偏光纖的局部放大剖視圖

6. 材料兼容性提升：纖芯、包層、低折射率部均采用二氧化硅玻璃體系，B?O?質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1%，熱膨脹系數(shù)差異控制在 5×10??/K 以下，進(jìn)一步降低制造過(guò)程中的殘留應(yīng)力（最大值≤100MPa），提升產(chǎn)品合格率。

二、保偏光纖的核心性能參數(shù)

保偏光纖的性能直接影響光開(kāi)關(guān)與硅光子波導(dǎo)、激光光源之間的信號(hào)傳輸質(zhì)量，核心性能參數(shù)主要包括模場(chǎng)扁平率、雙折射、偏振串?dāng)_、連接損耗等，各參數(shù)需滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心短距離傳輸?shù)奶囟ㄒ蟆?/span>

1. 模場(chǎng)扁平率（f）

模場(chǎng)扁平率是衡量保偏光纖與標(biāo)準(zhǔn)高斯光束適配性的關(guān)鍵參數(shù)，定義為 X 軸與 Y 軸方向 D4σ 光束寬度的比值相關(guān)函數(shù)（公式 1）。其取值范圍直接影響光開(kāi)關(guān)端口的耦合效率：

7.      取值要求：在 850nm-1625nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，f=0.05-0.40。f≥0.05 可保證雙折射≥1×10??，滿(mǎn)足保偏需求；f≤0.40 可將高斯光束耦合損耗控制在 0.35dB 以下，若 f≤0.25，耦合損耗可降至 0.1dB 以下，完全適配光開(kāi)關(guān)的低損耗連接要求。

8.      實(shí)際意義：模場(chǎng)扁平率的優(yōu)化的優(yōu)化，使保偏光纖既能保持偏振狀態(tài)，又能與光開(kāi)關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖實(shí)現(xiàn)高效耦合，避免信號(hào)傳輸過(guò)程中的能量損耗。

2. 雙折射

雙折射是保偏光纖的核心性能指標(biāo)，指兩個(gè)正交偏振模式的有效折射率差，直接決定偏振保持能力：

9.      取值范圍：在 850nm-1625nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，雙折射為 5×10??-5×10??，優(yōu)選 1×10??-3×10??，可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心 10cm-10m 短距離傳輸?shù)钠癖３中枨蟆?/span>

10.    與光開(kāi)關(guān)的適配性：穩(wěn)定的雙折射性能確保光信號(hào)經(jīng)過(guò)光開(kāi)關(guān)切換后，偏振狀態(tài)不會(huì)發(fā)生顯著變化，提升通信系統(tǒng)的信號(hào)完整性。

3. 偏振串?dāng)_與偏振模式損耗

偏振串?dāng)_是衡量偏振模式耦合程度的參數(shù)，偏振模式損耗則是因偏振耦合導(dǎo)致的信號(hào)損耗，兩者存在明確對(duì)應(yīng)關(guān)系：

圖4 偏振串?dāng)_和偏振模式損耗之間的關(guān)系曲線圖

11.    偏振串?dāng)_要求：對(duì)于 10cm-10m 長(zhǎng)度的保偏光纖，在 850nm-1625nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，偏振串?dāng)_≥-26.4dB（對(duì)應(yīng)偏振模式損耗≤0.01dB），若需偏振模式損耗≤0.75dB，偏振串?dāng)_需≤-7.2dB。

12.    實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：合理控制偏振串?dāng)_，可在保證光開(kāi)關(guān)與保偏光纖適配性的同時(shí)，降低制造難度和成本，避免過(guò)度設(shè)計(jì)導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。

4. 連接損耗

連接損耗是保偏光纖與光開(kāi)關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)光纖連接時(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)，主要由模場(chǎng)直徑不匹配導(dǎo)致：

13.    模場(chǎng)平均直徑（MFDavg）：在 1310nm 波長(zhǎng)下，MFDavg=3μm-12μm，優(yōu)選 8.2μm-9.6μm，與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的 MFD（約 9μm）高度匹配，連接損耗可控制在 0.35dB 以下。

14.    優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)調(diào)整纖芯半徑（3μm-6μm）、相對(duì)折射率差（Δ10-Δ40=0.5%-2.0%）等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)連接損耗與保偏性能的平衡，滿(mǎn)足光開(kāi)關(guān)設(shè)備的低損耗連接需求。

三、保偏纖芯的配置方式與應(yīng)用適配

根據(jù)光開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)中心光通信網(wǎng)絡(luò)的不同需求，保偏光纖的保偏纖芯可采用單纖芯或多纖芯配置，多纖芯配置還可通過(guò)不同的排列方式適配多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 單纖芯配置

單纖芯配置即保偏光纖中僅包含一個(gè)保偏纖芯，纖芯中心軸與包層中心軸重合（圖 1），適用于光開(kāi)關(guān)單端口連接、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短距離傳輸場(chǎng)景：

圖1 實(shí)施方式所涉及的保偏光纖的剖視圖

15.    優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造難度低、成本可控，與光開(kāi)關(guān)的單個(gè)端口連接時(shí)耦合效率高，信號(hào)傳輸穩(wěn)定。

16.    典型參數(shù)：纖芯半徑 r10=3.5μm-4.0μm，光學(xué)包層半徑 r21=8.75μm-14.4μm，低折射率部與纖芯中心軸距離 d=4.2μm-6.4μm，雙折射約 1×10??-2×10??，連接損耗≤0.35dB。

2. 多纖芯配置

多纖芯配置即保偏光纖中包含多個(gè)保偏纖芯，適用于光開(kāi)關(guān)多端口、高密度光傳輸場(chǎng)景，其排列方式需根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計(jì)，主要有以下幾種類(lèi)型：

17.    旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)配置（圖5a）：多個(gè)保偏纖芯關(guān)于包層中心軸具有 2 次以上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性（如 8 次對(duì)稱(chēng)、4 次對(duì)稱(chēng)），適配具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)光柵耦合器的光開(kāi)關(guān)設(shè)備，便于批量耦合。

圖5a 多纖芯保偏光纖的剖視圖

18.    平行排列配置（圖5b）：多個(gè)保偏纖芯的保偏方向彼此平行，排列成一列或多列，適用于光開(kāi)關(guān)多端口平行連接場(chǎng)景，可提升設(shè)備集成度。

圖5b 多纖芯保偏光纖的剖視圖

19.    線對(duì)稱(chēng)配置（圖5c）：多個(gè)保偏纖芯關(guān)于經(jīng)過(guò)包層中心軸的直線呈線對(duì)稱(chēng)分布，適配線對(duì)稱(chēng)布局的光通信系統(tǒng)，確保各端口信號(hào)傳輸一致性。

圖5c 多纖芯保偏光纖的剖視圖

3. 與光開(kāi)關(guān)的適配設(shè)計(jì)

不同配置的保偏光纖需與光開(kāi)關(guān)的端口結(jié)構(gòu)、偏振要求相匹配：

20.    單纖芯保偏光纖：適配單端口光開(kāi)關(guān)，通過(guò)低損耗連接確保信號(hào)切換后的偏振穩(wěn)定性。

21.    多纖芯保偏光纖：適配多端口光開(kāi)關(guān)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)、平行排列等配置，實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)與硅光子波導(dǎo)的高效批量耦合，提升系統(tǒng)傳輸容量。

四、廣西科毅保偏光纖適配方案

廣西科毅光通信科技有限公司作為專(zhuān)業(yè)的光開(kāi)關(guān)及光通信組件供應(yīng)商，基于上述保偏光纖技術(shù)，推出針對(duì)性的產(chǎn)品適配方案，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心、光通信設(shè)備等場(chǎng)景的應(yīng)用需求：

22.    定制化設(shè)計(jì)：可根據(jù)客戶(hù)光開(kāi)關(guān)的端口參數(shù)、傳輸距離要求，調(diào)整保偏光纖的纖芯半徑、模場(chǎng)扁平率、保偏纖芯配置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)適配。

23.    低損耗集成：保偏光纖與廣西科毅光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的連接損耗≤0.35dB，偏振串?dāng)_≤-10.8dB（對(duì)應(yīng)偏振模式損耗≤0.35dB），確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性。

24.    量產(chǎn)保障：采用優(yōu)化的制造工藝，解決傳統(tǒng)保偏光纖母材易破裂、合格率低的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)大批量穩(wěn)定供貨，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心大規(guī)模部署需求。

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