[发明专利]一种高速率、高精度的全光纤偏振控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤偏振控制技术领域，特别涉及一种通过使用相位调制而实现光的偏振控制的装置。

背景技术

光的偏振态作为信息的载体得到越来越广泛的应用，特别是量子密钥分发得以实现的一种重要的途径。其次在单模光纤与光波导的耦合中，偏振态匹配也是提高耦合效率的重要方法之一，光的偏振态在单模光纤传感器以及光纤激光器中也有着重要的应用。因此，光偏振态的控制，特别是光纤中光偏振态的高精度、高速度的操控技术与装置引起了科研人员和工程人员的重视。而在普通的光纤器件系统中，随着外界环境，比如温度和应力的变化都会导致光纤发生形变，这种形变会引入额外的双折射，从而导致偏振态发生变化，这种改变是随机的，如果不加以控制，将对系统造成不稳定性。

在普通的自由空间光学系统中，一般采用波片来改变光波的偏振态，它依靠介质的二象色性，透过与其极化方向一致的偏振态的光，对其它方向吸收掉，因此输出的偏振态单一，不能得到其它期望输出的偏振态，同时对波长很敏感。

在光纤系统中可利用弹光效应改变光纤中的双折射，以控制光纤中的光波的偏振态。常用的机械式光纤偏振控制器-光纤挤压/缠绕型，主要通过对光纤施加不同方向的外力，从而产生应力双折射效应来改变偏振态，其优点是结构比较简单、成本比较低廉。但由于存在物理疲劳等因素，其性能不稳定，不能实现精确的控制，此外由于涉及到机械装置，故其控制速度一般较慢。采用手动的粗略的调节，使得调节的精度大大的降低。但它采用在线光纤进行偏振控制，故其损耗一般很低，机械式偏振控制器多用于实验室研究。

此外，还有一类利用电光晶体、液晶、磁光材料或其它特殊的光学材料，通过改变电压、电流、磁场、实现对光偏振态的控制。机理是利用晶体的电光效应引入不同方向的双折射进而控制偏振态，这类方法精度高、速率快，但它需要复杂的控制电路和较高的偏置电压，结构较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于设计一种结构简单、使用方便、可靠性高、高速率、调节精度高、易于实现的的精密调节光纤偏振控制器。该方案的主光路由光源、四端口光偏振分束/合路器、相位调制器、90°旋转法拉第反射镜依次连接而成。光源的输出端连接四端口光偏振分束/合路器的输入端，四端口光偏振分束/合路器反射端口依次连接相位调制器、90°旋转法拉第反射镜组成控制臂，四端口光偏振分束/合路器的透射输出端连接90°旋转法拉第反射镜组成参考臂。控制臂与参考臂的光程严格相等。四端口光偏振分束/合路器与90°旋转法拉第反射镜的组合消除了光学器件、光纤的双折射效应，增强了系统的稳定性和抗干扰能力，高速率的相位调制器保证了装置的工作频率达到G赫兹。

本发明采取如下技术方案：

主光路由光源(1)、、四端口光偏振分束/合路器(2)、相位调制器(3)、90°旋转法拉第反射镜(4)、90°旋转法拉第反射镜(5)连接而成。其中光光源(1)连接四端口光偏振分束/合路器(2)的2a端口，四端口光偏振分束/合路器(2)2d端口依次连接相位调制器(3)、90°旋转法拉第反射镜(4)组成控制臂，四端口光偏振分束/合路器(2)2c端口连接90°旋转法拉第反射镜(5)组成参考臂，四端口光偏振分束/合路器(2)2b端口为输出端口。

由光源(1)发射的光，耦合到四端口光偏振分束/合路器(2)的2a端口，四端口偏振分束/合路器(2)(四端口偏振分束/合路器工作原理是分光面对任意偏振方向输入光透射其平行偏振态光分量而反射其垂直偏振态光分量)，那么由四端口偏振分束/合路器(2)透射及反射分成偏振相互垂直的两个束光，设平行偏振态光分量为Λ1，垂直偏振态光分量为Λ2。Λ1透射后由2c端口到达90°旋转法拉第反射镜(5)被反射回来，在被90°旋转法拉第反射镜(5)反射回来的同时，其偏振方向也旋转90°而成为垂直偏振；再次到达四端口偏振分束/合路器(2)分光面而被反射到2b端口；Λ2被反射后经相位调制器(3)到达90°旋转法拉第反射镜(4)被反射回来，在被90°旋转法拉第反射镜(4)反射回来的同时其偏振态变为平行偏振，同时往返通过相位调制器(3)时、相位调制器(3)把所要改变的相位信息加到了Λ2脉冲上，再次到达四端口偏振分束/合路器(2)的分光面，透射耦合到四端口偏振分束/合路器(2)2b端口。由于控制臂和参考臂的光程是相等的，那么Λ1与Λ2同时到达四端口偏振分束/合路器(2)2b端口并且偏振方向是相互垂直的。Λ1、Λ2叠加而成的光的偏振态仅由相位调制器(3)所加的相位确定，光学器件、光纤的双折射影响均被自动补偿掉了。

所述的对光偏振的控制是利用相位调制器调制控制臂和参考臂的相位差完成的。