[发明专利]具有优化旋扭率函数的旋光纤四分之一波片及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有优化转速变化因子的旋光纤四分之一波片及其制备方法，该旋光纤四分之一波片为变速旋转双折射光纤，其转速变化满足函数：，0<z<L，其中L_B是双折射光纤的拍长，取值范围为2mm～10mm。这种旋光纤四分之一波片可以把线偏振光转换为圆偏振光，出射圆偏振光的偏振椭圆度为。采用本发明提出的转速变化函数，在上述给定的取值范围内选择具有合适长度的双折射光纤和最大转速，使用平移加热(平移速度v一般取为0.25mm/s)与变速旋转(最大转速vt_L一般取0.5π∕s≤vt_L≤2π∕s)相结合的工艺技术方法，可制得相位延迟误差满足预定指标(90°±3.6°)的旋光纤四分之一波片。

技术领域

本发明涉及一种旋光纤四分之一波片及其制备方法，特别是一种具有优化转速变化因子的旋光纤四分之一波片及其制备方法。

背景技术

在光纤传感器、光纤激光器以及光纤放大器中，光纤链路中传输的线偏光常常需要转换成圆偏振光以获得更好的性能指标。从线偏光到圆偏光的转换需要使偏振光两个相等的正交分量之间产生π/2的相位差，通常利用晶体波片或者双折射光纤来实现。

块状晶体光学波片是基于材料的双折射特性制作的：当一束光入射到块状晶体光学波片时，出射光会分成两束传播速度不同的正交偏振光，对于给定波长的入射光，调整晶体的厚度，就可以产生不同的相位差，得到不同偏振态的出射光。产生π/2相位差的块状晶体光学波片称为四分之一波片，可以实现线偏振光和圆偏振光的相互转化。但是，块状晶体光学波片不能与传输光纤直接相连，应用于光纤传感器、激光器及放大器的光纤链路中会引入较大的插入损耗，增加系统体积及光路调节的难度。

原理上，利用光纤的双折射同样可以达到相位变换的目的。产生2π相位差的光纤长度被定义为偏振拍长L_B，将双折射光纤的长度切割为(m±0.25)L_B，m为整数，就可以做成光纤四分之一波片，对入射的正交线偏振光产生π/2的相位差。此外，当普通单模光纤以半径R弯曲时，也可以产生双折射，调节R就可以实现不同的相位延迟。因此，利用绕成环状的单模光纤也可以制作出不同的光纤波片，组合形成偏振控制器。这种弯曲光纤波片的优点是不存在与传输光纤的熔接问题，缺点是相位控制精度比较低。

对双折射光纤进行变速旋扭(如图1所示)，转速由零缓慢增大到足够大的转速，这段变速旋扭光纤就可以对光的偏振态进行转换，线偏振光在未旋转端沿双折射主轴入射，在快转端可以转换输出为圆偏振光。这种光纤称为全光纤偏振转换器(AFPT，All fiberpolarization transformer)，或旋光纤四分之一波片，所用的双折射光纤被称为基体光纤。AFPT的结构从未旋转端的线性各向异性变为快转端的圆各向异性，其传输模式的本征态也从线偏振光变成了准圆偏振光。现有的理论研究及工艺制作所采用的转速变化曲线为线性函数或升余弦函数其中L是光纤变速旋扭段的长度，τ_L是最大转速，但是在这两种转速函数条件下，偏振模耦合方程的交叉耦合系数沿光纤长度会发生较大的起伏变化，无法得到严格的解析解，只能通过迭代法求得输出端琼斯矢量和偏振椭圆度的近似解，不能根据实际所需要的偏振椭圆度对AFPT进行严格的设计。而且由于耦合系数沿光纤各点的起伏变化较大，出射光的椭圆偏振度及其稳定性很难达到预定指标。

发明内容

鉴于以上转速变化函数所存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有优化转速变化因子的旋光纤四分之一波片。

本发明的目的之二在于提供该旋光纤四分之一波片的制备方法。

为了达到上述目的，本发明的构思如下：

(1)AFPT的偏振耦合模方程为：