隨著(zhù) 5G、云計算技術(shù)的快速發(fā)展，數據中心光通信網(wǎng)絡(luò )對信號傳輸的穩定性和精準性要求日益提高。保偏光纖作為光開(kāi)關(guān)、硅光子波導等核心設備的關(guān)鍵連接部件，其技術(shù)性能直接影響整個(gè)通信系統的運行效率。傳統保偏光纖存在制造難度大、與標準光纖連接損耗高、量產(chǎn)成本高等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足數據中心短距離（10cm-10m）高密度傳輸的需求。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）深耕光通信領(lǐng)域多年，結合行業(yè)前沿技術(shù)，推出適配光開(kāi)關(guān)設備的高性?xún)r(jià)比保偏光纖解決方案，本文將從結構設計、核心參數、配置方式等維度，全面解析保偏光纖的技術(shù)要點(diǎn)。

一、保偏光纖的核心結構設計

保偏光纖的核心功能是保持光信號的偏振狀態(tài)，其結構設計直接決定保偏性能、連接損耗及制造可行性。與傳統含應力施加部（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 )新結構，既解決了傳統產(chǎn)品的制造痛點(diǎn)，又提升了與光開(kāi)關(guān)、標準單模光纖的適配性。

1.基礎結構組成

新型保偏光纖的剖面結構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%），這一設計大幅降低了與標準光纖的連接損耗，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，起到限制光信號傳輸的作用，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差異≤5×10??/K 的玻璃材質(zhì)，避免制造過(guò)程中因熱應力導致的母材破裂，外周為圓形，便于后續布線(xiàn)和光開(kāi)關(guān)設備集成。

2. 關(guān)鍵結構創(chuàng )新點(diǎn)

相比傳統保偏光纖，新型保偏光纖的結構創(chuàng )新主要體現在以下方面：

圖2 傳統保偏光纖的剖視圖

4. 無(wú) SAP 設計：摒棄傳統依賴(lài) SAP（應力施加部）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稱(chēng)折射率分布，避免了 SAP 與包層熱膨脹系數差異過(guò)大導致的母材破裂問(wèn)題，制造難度顯著(zhù)降低。

5. 低折射率部?jì)?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)量分數≤1%，熱膨脹系數差異控制在 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

保偏光纖的性能直接影響光開(kāi)關(guān)與硅光子波導、激光光源之間的信號傳輸質(zhì)量，核心性能參數主要包括模場(chǎng)扁平率、雙折射、偏振串擾、連接損耗等，各參數需滿(mǎn)足數據中心短距離傳輸的特定要求。

1. 模場(chǎng)扁平率（f）

模場(chǎng)扁平率是衡量保偏光纖與標準高斯光束適配性的關(guān)鍵參數，定義為 X 軸與 Y 軸方向 D4σ 光束寬度的比值相關(guān)函數（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(cháng)范圍內，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)、標準單模光纖實(shí)現高效耦合，避免信號傳輸過(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，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(cháng)范圍內，雙折射為 5×10??-5×10??，優(yōu)選 1×10??-3×10??，可滿(mǎn)足數據中心 10cm-10m 短距離傳輸的偏振保持需求。

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

3. 偏振串擾與偏振模式損耗

偏振串擾是衡量偏振模式耦合程度的參數，偏振模式損耗則是因偏振耦合導致的信號損耗，兩者存在明確對應關(guān)系：

圖4 偏振串擾和偏振模式損耗之間的關(guān)系曲線(xiàn)圖

11.    偏振串擾要求：對于 10cm-10m 長(cháng)度的保偏光纖，在 850nm-1625nm 波長(cháng)范圍內，偏振串擾≥-26.4dB（對應偏振模式損耗≤0.01dB），若需偏振模式損耗≤0.75dB，偏振串擾需≤-7.2dB。

12.    實(shí)際應用價(jià)值：合理控制偏振串擾，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)度設計導致的資源浪費。

4. 連接損耗

連接損耗是保偏光纖與光開(kāi)關(guān)、標準光纖連接時(shí)的關(guān)鍵指標，主要由模場(chǎng)直徑不匹配導致：

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

14.    優(yōu)化設計：通過(guò)調整纖芯半徑（3μm-6μm）、相對折射率差（Δ10-Δ40=0.5%-2.0%）等參數，實(shí)現連接損耗與保偏性能的平衡，滿(mǎn)足光開(kāi)關(guān)設備的低損耗連接需求。

三、保偏纖芯的配置方式與應用適配

根據光開(kāi)關(guān)、數據中心光通信網(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：結構簡(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，信號傳輸穩定。

16.    典型參數：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，其排列方式需根據應用需求設計，主要有以下幾種類(lèi)型：

17.    旋轉對稱(chēng)配置（圖5a）：多個(gè)保偏纖芯關(guān)于包層中心軸具有 2 次以上旋轉對稱(chēng)性（如 8 次對稱(chēng)、4 次對稱(chēng)），適配具有旋轉對稱(chēng)光柵耦合器的光開(kāi)關(guān)設備，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，可提升設備集成度。

圖5b 多纖芯保偏光纖的剖視圖

19.    線(xiàn)對稱(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(xiàn)呈線(xiàn)對稱(chēng)分布，適配線(xiàn)對稱(chēng)布局的光通信系統，確保各端口信號傳輸一致性。

圖5c 多纖芯保偏光纖的剖視圖

3. 與光開(kāi)關(guān)的適配設計

不同配置的保偏光纖需與光開(kāi)關(guān)的端口結構、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切換后的偏振穩定性。

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

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)及光通信組件供應商，基于上述保偏光纖技術(shù)，推出針對性的產(chǎn)品適配方案，滿(mǎn)足數據中心、光通信設備等場(chǎng)景的應用需求：

22.    定制化設計：可根據客戶(hù)光開(kāi)關(guān)的端口參數、傳輸距離要求，調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，實(shí)現精準適配。

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，偏振串擾≤-10.8dB（對應偏振模式損耗≤0.35dB），確保信號傳輸的穩定性和完整性。

24.    量產(chǎn)保障：采用優(yōu)化的制造工藝，解決傳統保偏光纖母材易破裂、合格率低的問(wèn)題，可實(shí)現大批量穩定供貨，滿(mǎn)足數據中心大規模部署需求。

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