在量子通信、生物光学、光纤传感等前沿研究中，光纤组件不仅能实现传统折射型元件的核心光控功能，还能适配光纤化实验光路，避免传统折射器件的光路对齐复杂、损耗高等问题。以下按 “偏振控制、传输保护、光强调节、信号分合” 四大功能分类，解析其与折射型元件的对应关系、核心原理及科研应用。

一、偏振控制类

此类光纤组件可替代偏振片、波片以及法拉第旋光器等自由空间光路中使用的偏振器件，在光纤链路中直接实现偏振筛选、校正与偏振态反转等调节偏振态调节需求。

1. 光纤起偏器：提供稳定的偏振基准

核心功能

基于光纤、准直器、偏振片制成，通过精准调试光纤轴向与偏振片轴向匹配，可选择性透过特定振动方向的线偏振光，输出高偏振纯度的光信号，为依赖偏振态的实验提供稳定的偏振基准。

科研应用场景
a. 偏振敏感型光谱实验：在拉曼光谱、荧光光谱研究中，光纤起偏器可固定入射光偏振方向，排除偏振紊乱对光谱峰位、强度的干扰，为物质结构分析提供可靠的光谱依据；

b. 生物光学实验：生物组织对不同偏振态的光有差异化散射/吸收特性，光纤起偏器可通过调控入射光偏振态，突出目标生物信号与背景的差异，提升实验的特异性检测能力。

图1 光纤起偏器功能示意&外观图

2.  光纤偏振控制器：有效实现偏振态调控
核心功能
通过将光纤缠绕在圆形盘上或者通过挤压光纤产生应力双折射，从而形成独立的波片，改变单模光纤中传输的光的偏振态，在光纤光路中实现半波片或四分之一波片的功能，将任何输入偏振态转换成所需的输出偏振态。
科研应用场景
a. 量子纠缠态分发实验：在光纤量子通信测试中，实时矫正偏振态漂移，维持纠缠光子对的偏振关联性，避免纠缠度下降，保障量子纠缠传输实验的有效性。
b. 相干光成像实验：在光学相干断层扫描、全息成像研究中，稳定入射光偏振态，减少偏振紊乱导致的成像分辨率降低、伪影增多问题，提升生物组织或微观结构成像的清晰度。

图2 光纤偏振控制器功能示意&外观图

3. 法拉第反射镜：实现入射光的90°偏振反转
核心功能
主要利用法拉第磁光效应制备而成，集成光纤接口与法拉第旋光器的功能，可直接接入光纤光路，反射光信号时，通过磁光效应将偏振态旋转 90°，减少反射过程中的偏振紊乱，降低光信号在光纤与反射镜间耦合的额外损耗。
科研应用场景
a. 双光子干涉实验：在双光子干涉实验中，直接接入光纤光路反射一路光子，通过偏振态反转确保两路光纤传输光子的偏振态匹配，提升干涉可见度，保障干涉实验结果的可靠性。

b. 相干成像校准：在光纤型光学相干断层扫描中，作为参考臂反射镜直接接入光纤链路，通过偏振反转补偿光路偏振损耗，简化系统结构，降低耦合噪声，优化生物组织成像质量。

图3 法拉第反射镜功能示意&外观图

二、光传输保护类

此类组件替代自由空间隔离器，通过光纤化设计实现光信号单向传输，保护光源及前端精密器件，防止光源或光学系统受到背向反射噪声或干扰带来的影响。
1. 光纤隔离器：提供单向传输保障
核心功能
基于磁光效应实现光信号的单向传输，吸收或阻挡反向传输的光信号，切断反向光路，避免反向反射光对光源及前端精密器件的干扰，保障高功率光实验系统的稳定性与安全性。
科研应用场景
a. 飞秒激光微加工实验：在半导体芯片纳米刻蚀、生物组织精准切割实验中，隔离加工过程中材料表面的反射光，防止激光振荡器因反向光注入导致的波长漂移、功率波动，确保微加工精度。

b. 激光雷达实验：在大气探测、行星遥感的激光雷达实验中，隔离大气散射产生的反向光，避免其干扰发射端激光脉冲的时序控制，保障距离探测数据的准确性。

图4 光纤隔离器功能示意&外观图

2. 光纤环形器：保障光信号的单向传输
核心功能
光纤环形器是一种三端口非互易光学器件，具有单向传输特性：光信号从端口 1 输入时仅能从端口 2 输出，从端口 2 输入时仅能从端口 3 输出（多端口器件依此类推），实现光信号的单向循环传输，避免多端口间的信号串扰。
科研应用场景
a. 量子存储实验：将量子存储器接入环形器端口，实现 “写入光” 与 “读出光” 的单向分离，避免读写信号相互干扰，保障量子态存储与读取过程的独立性。

b. 多端口传感测试：在光纤传感器阵列实验中，通过环形器分配探测光与接收反射光，简化多传感器的光路连接，减少不同传感器间的信号串扰，提升阵列传感的同步性与准确性。

图5 光纤环形器功能示意&外观图

三、光强调节类

此类组件替代自由空间光路中的中性密度滤光片，在光纤光路中直接实现光功率强度的调节，无需额外搭建折射型调节光路。
1. 光纤衰减器：实现光强精准控制
核心功能
通过光吸收、散射等物理机制定量降低光信号功率，且不改变光的偏振态、波长等关键特性，可实现光强的无级调节或固定衰减，适配实验中对光强精准控制的需求。
科研应用场景
a. 单光子探测器标定实验：将激光光源功率衰减至单光子水平，测试探测器的量子效率、暗计数率等核心参数，为量子传感、量子计算实验系统提供基础校准数据。

b. 光量子纠缠实验：在双光子纠缠态传输过程中，精准衰减两路光信号的强度，确保两路信号光强匹配，避免光强差异对纠缠态测量结果的干扰，保障纠缠特性分析的可靠性。

图6 光纤衰减器功能示意&外观图

四、信号分合类

此类组件替代自由空间光路中的偏振分束立方、偏振平板分束镜、二向色镜等器件，实现光功率分配、多波长合传、泵浦信号合并等，适配多通道、高集成度实验需求。
1. 光纤耦合器：实现光信号的双向精准分合
核心功能
实现光信号的精准分束、合束或多端口分配，可按固定比例（如 50:50、10:90）将一根光纤传输的光按比例分离至两根光纤传输，也可反向耦合两根光纤传输的光至一根光纤传输。
科研应用场景
a. 分布式光纤传感实验：在油气管道泄漏监测、桥梁应变测试等实验中，通过耦合器将探测光分至多路，接入不同位置的光纤传感器，实现对监测区域的多点同步监测。

b. 光谱分析实验：拉曼光谱的信号强度与激发光强正相关，实验中采用光纤分束器将光束一分为二，一路用于接入功率计实时监测激发光强，一路用于传输至样品池，当激光功率发生明显漂移时，可通过分束器的固定比例反推实际作用于样品的光强，修正光谱数据。

图7 光纤耦合器功能示意&外观图

2. 波分复用器：实现不同波长光信号的精准分合
核心功能
实现不同波长光信号的合束与分束，将多路不同波长的光信号合并至单根光纤中传输，到达目标端后再拆分至对应通道，在单根光纤中实现多通道光信号并行传输，简化实验光路结构。
科研应用场景
a. 多通道量子比特传输：在光量子计算实验中，以不同波长承载不同量子比特，通过波分复用器实现多量子比特的并行传输，简化量子计算光路的复杂度，提升系统集成度。

b. 生物多光谱成像：在活体细胞荧光成像实验中，同时传输激发光与多种荧光信号，实现对细胞内多个靶点的同时观测，满足生物分子互作分析的实验需求。

图8 波分复用器功能示意&外观图

3. 泵浦和信号合束器：实现光放大的能量合流器
核心功能
将高功率泵浦光与弱信号光高效合并至同一根光纤，且两者波长互不干扰，确保泵浦光能量被信号光充分吸收，为光纤放大器实验中信号光的能量增益提供支撑。
科研应用场景
a. 掺铒光纤放大器实验：在光量子通信长距离传输研究中，合并泵浦光与量子信号光，通过泵浦光能量提升信号光功率，补偿长距离传输中的光损耗，延长量子通信距离。

图9 泵浦和信号合束器功能示意&外观图

上述9种光纤组件，全面覆盖自由空间光路光学元件的 “偏振控制、传输保护、光强调节、信号分合” 核心功能，且更适配光纤化科研光路。从单光子偏振校准到多通道量子比特传输，从激光微加工保护到生物多光谱成像，它们以高集成度、低损耗、易适配的优势，成为量子信息、光纤传感、生物光学等领域的关键支撑，为科研实验提供更灵活的光控解决方案。小麓为您整理了光纤组件与折射型元件功能对应表，清晰列出两类器件的名称与核心功能，可快速对比查阅。