介紹
描述無源光器件的特性時，偏振相關損耗（PDL）現已成為一項標準指標。當前主要有兩種PDL測量方法：偏振掃描法和四狀態法，后者一般也被稱作Mueller法。
本文將對這兩種測量方法進行簡要的介紹，概要說明其主要難題和主要的誤差來源，并對其在當前無源器件測量中的實際應用進行比較。
偏振相關損耗
PDL是光器件或系統在所有偏振狀態下的最大傳輸差值。它是光設備在所有偏振狀態下最大傳輸和最小傳輸的比率。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重要。實際上，每個器件都表現為一種偏振相關傳輸。由于傳輸信號的偏振不僅局限于光纖網絡之內，因此器件的插入損耗隨偏振狀態而異。這種效應會沿傳輸鏈路不可控制地增長，對傳輸質量帶來嚴重影響，因為一條光纖上的偏振是隨意變化的。個別器件的PDL會在系統內造成大的功率波動，從而提高了系統的比特錯誤率，甚至會導致網絡故障。結合偏振模色散（PMD），PDL可能成為脈沖失真和擴散的主要來源。
在WDM網絡的波長選擇型器件中，PDL對應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測試矩陣中推導得出其PDL，而這些測試結果又是通過測量DUT在一系列定義輸入偏振狀態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之下，這些狀態是確定或偽隨機產生的。在第一種情況下，偏振狀態是沿Poincare球的定義軌跡確定性地生成的。后一種偽隨機法則覆蓋了Poincare球的大部分。
偏振掃描法非常簡單。
如圖1所示，其標準測量裝備僅包括一個信號源、一個用以確定性地或偽隨機地生成不同偏振狀態的偏振控制器，以及一個功率計。
圖1：使用Poincare球偽隨機掃描的偏振掃描法。
偏振掃描法是一種相對測量法，其實際測量值反應的是光功率隨入射光偏振狀態變化的偏差值。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，要想獲得準確的測量結果就必須保持高水平的功率穩定性。PDL誤差主要受到以下因素影響：檢測器的偏振敏感響應，源功率穩定性和偏振度，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。假設源功率穩定系數為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只能暴露在有限數量的偏振狀態下進行測量。檢測出某一系統誤差所需的掃描時間與偏振控制器所能達到的偏振變化率相關。Poincare球掃描中的最小角間距與可達到的最小系統誤emin有關，該值取決于偏振控制器產品的旋轉角速度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和系統誤差e，公式如下：
例如，假設系統誤差為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在波長之上進行測量，那么預計掃描時間將與波長點數呈線性關系。很明顯，光譜PDL測量很容易因為大量的波長點而變得相當費時。例如，使用偏振掃描法在10pm步長的20nm波長范圍內（即2000個數據點）進行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矩陣中推導出DUT的PUL。Mueller法通過DUT在四種明確的偏振狀態下的傳輸測量結果中得出其Mueller矩陣。PDL的計算基于Mueller-Stokes計算法進行，該算法可分析性地獲得組件或系統的偏振轉換。
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，從DUT的Mueller矩陣中推導得到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轉換成其它偏振狀態，這取決于彼此之間的角位移以及偏振器設定的輸入偏振。因為在這種方法中PDL是通過測量四種偏振狀態下的傳輸值而得到的，因此測量者可使用一個可連續調諧的可調激光源來以掃頻的方式進行波長相關測量。然后，記錄下每種偏振狀態中的波長傳輸數據。從這些傳輸數據中，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，偏振器調整到與輸入光形同的偏振狀態，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，檢波器的偏振相關響應性除外，這是不能校準的。
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該得到相似的結果，理想情況下應是相同的測量結果。為了進行比較，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線性相關。Mueller方法結合掃頻波長測量裝置可對各偏振狀態下的波長進行完全的損耗測量，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。