研究背景和意义

保偏光纤是80年代发展起来的一种特种光纤，因为它具有优良的保偏特性，因此它被广泛应用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振光偏振方向不变，提高信噪比，以实现对物理量的高精度测量。因此说保偏光纤有着很重要而且广泛的用途

对于一些未来超宽带有特殊要求的业务，如：①相干通信中采用外差检波，要求光波偏振更稳定时；②光器件等对输入输出特性要求与偏振相关时；③在制作偏振保持光耦合器和偏振器或去偏振器等时；④制作利用光干涉的光纤敏感器等，凡要求偏振波保持恒定的情况下，对光纤经过改进使偏振状态不变的光纤称作偏振保持光纤（PMF：Polarization Maintaining fiber）

国内外的发展历史

80年代中期是保偏光纤快速发展的时期,先后设计和制造出来了多种保偏光纤。按产生双折射的原因大致划分三个种类：几何形状致偏、应力致偏和波导结构致偏。几何形状致偏的有高椭圆度纤芯光纤等；应力致偏型的有领结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤（椭圆型保偏光纤）等；波导结构致偏的有边坑型保偏光纤、边通道型保偏光纤等。在发展的过程中,经过性能、工艺和成本等方面的综合比较,几何形状致偏和波导结构致偏的保偏光纤相继被淘汰,而只剩下应力诱导型的高双折射保偏光纤。

应力诱导型的高双折射型保偏光纤

应力诱导高双折射光纤是三类高双折射光纤最成功的研究结果。在纤芯周围通过掺杂形成各向异性的应力单元，基于光弹效应从而在纤芯中应力诱导高双折射。典型的应力诱导高双折射光纤有三种，即领结型（蝴蝶结型）、熊猫型和椭圆应力包层型光纤。剖面结构如图3所示。

保偏光纤的由来
单模光纤就是只能传输一种模式的光纤,这模称之为基模，基模实际是由两个线偏振模组成的。如果光纤纤芯是理想的而且是均匀的圆形,那么这两个模式是简并的,就是说合成一个线偏振模。然而事实上光纤纤芯并非是理想的圆形,而是存在一定的椭圆度；同时其横截面的折射率也不是绝对各向同性而是具有一定的差异,因而事实上在单模光纤中传输的并不是真正的单模,而是传输着两个线偏振模,只是这两个模的传播常数相差很小,因而两个偏振模可以合成为一个偏振模。同时单模光纤受到扭转、弯曲、侧压、捡伸、温度变化等不可避免的外部干扰和光纤自身的任何结构畸变(也是难免的)时，都会使原为简并的两正交线偏振出现模间能量耦合,产生相位差。两个偏振模不简并。

本文的主要工作
首先，详细的对熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤和椭圆型保偏光纤进行应力分析,计算出光纤纤芯的双折射，通过和精确解的比较，证明了本方法的有效性

其次，对上述三种保偏光纤进行了模式分析，计算出了基模的两个偏振模的传播常数，并给出了模式双折射。计算结果表明：当应力区域靠近光纤芯部的时候，模式双折射显著增大，这与试验结果是一致的。

最后,本文重点对新型的类矩形保偏光纤进行应力分析和模式分析，计算结果表明这种类矩形保偏光纤双折射效果非常明显，其性能优于现有的几种典型的保偏光纤。