偏振是光波振动方向的特性，而在传统的单模光纤中，由于机械应力、温度变化等因素，光的偏振状态可能会在传输过程中发生随机变化，这可能导致信号质量下降，特别是在偏振敏感的系统中。

为什么会这样呢，咋解决？先简单回忆一些理论概念。

我们知道，光是一种电磁波。它由振荡电场 E 和磁场 B 组成。而偏振方向实际上就是光波的极化方向，决定了光波在特定平面内的振动特性。

光波可以向多个方向振动。那些只在一个方向振动的光被称为偏振光，比如上下振动。那些在多个方向振动的光被称为非偏振光，例如上下和左右振动的光。

而对于普通的单模光纤，传播的基本模式TEM00实际上是两个正交偏振模式。这两个分量具有相同的传播常数。

理想情况下，只要单模光纤足够短、足够直，都可以保持其偏振性。但是只要一丁点儿的扰动，比如说受到外力，导致光纤粗细不均，弯曲程度，甚至温度等，都会产生双折射。

双折射介质中的光波会以不同的相位速度传播，导致光波的偏振状态发生变化。

这里涉及到了双折射产生的原理，本质上是由光学晶体的非立方晶格结构，即固有的各向异性引起的。

双折射大家可能听得少，本质上与产生偏振模色散PMD的过程相同，因为从本质上讲，它们是同一物理现象的两个方面。所以，双折射导致会导致差分群时延DGD（Differential Group Delay）。

在光纤中，除了外界的应力作用，双折射也可能是由于光纤的纤芯横截面沿长度方向存在轻微的不对称导致的，因为光纤纤芯不是绝对的圆形。

因此，正常情况下，我们是希望光纤能够承受这些外部应力或者内部原因导致的双折射偏振扰动的情况。那怎么办？

保偏光纤就是这么发明出来的，可能我们的第一反应就，保偏光纤肯定是通过某种手段规避了双折射现象来实现的。

正好相反，保偏光纤反而是利用双折射，把这种双折射效应变得更强。因此，这种光纤也被叫做高双折射光纤（Highly Birefringent Fiber），简称HiBi光纤，也就是保偏光纤。

这里可能有的人会想，不是说双折射会导致线性偏振扰动吗？

在保偏光纤的设计中，特意构造了一个具有两个主轴的结构，这两个轴的折射率存在差异。在施加应力的方向上，纤芯的有效折射率较高，导致光的传播速度减慢，形成所谓的慢轴，这也就是保偏光纤的主轴。

形状双折射保偏光纤

相对地，在与应力方向垂直的轴上，光的传播速度较快，这一方向被称为快轴。只有当光的偏振方向与快轴对齐时，光才能在光纤中实现高效的传播。

通过设计，保偏光纤内部的两个正交偏振模式之间存在显著的折射率差异。快轴与另慢轴，具有显著不同的传播常数差异。上面这个图就是一种形状双折射保偏光纤。

这种差异，可以是几何上的，比如上面说的将纤芯内部设计成为椭圆形的形状双折射保偏光纤，或者更常见的是通过施加可控制的单轴应力来实现，这种设计被称为应力双折射保偏光纤。应力双折射光纤分为几种典型的几何结构，目前绝大多数使用的保偏光纤都基于这三种设计：领结型、熊猫型以及椭圆形护套结构。领结型保偏光纤以其独特的双环结构而得名，这种设计在两个方向上产生不同的折射率，从而形成所需的双折射效应。

领结型保偏光纤

熊猫型保偏光纤则采用了不同的应力应用方式，其内部的应力元件分布类似于熊猫的眼睛，这种结构同样能够产生显著的双折射特性。

熊猫型保偏光纤

椭圆形护套保偏光纤则是通过在光纤的外部添加椭圆形的护套来引入应力，这种护套与光纤材料的热膨胀系数不同，由此产生的应力在光纤内部形成双折射。

椭圆形护套保偏光纤

保偏光纤，无论是在监测温度的光纤传感器，还是精密的干涉测量，或者是那些需要精确偏振的光电集成电路里，都发挥着不可替代的作用。同时，在相干光传输和长距离通信中也越来越重要。以前，因为保偏光纤在制造高科技军事装备，比如导航系统和声呐上太有用了，一些西方国家不愿意卖给我们。不过现在，国内部分光纤生产公司已经具备了生产能力。感谢阅读，若有表达不准确的地方望见谅，一起进步！