[发明专利]一种基于薄膜铌酸锂的偏振控制装置及方法

说明书

本发明涉及光通讯技术领域，提出一种基于薄膜铌酸锂的偏振控制装置及方法，其中包括设置在铌酸锂薄膜上的第一光耦合器、第一偏振分束旋转器、偏振测量部件、2×2马赫曾德尔干涉仪、偏振控制系统和铌酸锂光波导。任意输入偏振光经过第一光耦合器进入铌酸锂光波导后，经第一偏振分束旋转器转化为TE偏振光；偏振测量部件对TE偏振光进行能量检测，并将检测结果传输到偏振控制系统；偏振控制系统根据偏振测量部件的检测结果，计算输入偏振光的偏振态，以及输入偏振光与目标输出偏振光之间的传输矩阵，根据传输矩阵计算得到电压控制值，再对2×2马赫曾德尔干涉仪施加相应电压，控制TE偏振光在2×2马赫曾德尔干涉仪两臂的分布实现偏振控制。

技术领域

本发明涉及光通讯技术领域，更具体地，涉及一种基于薄膜铌酸锂的偏振控制装置及方法。

背景技术

偏振态是光的基本特性之一，在光通信系统中具有极其重要的作用。例如，利用偏振复用技术可以有效提高传输容量。在相干光通信系统中，通常需要采用复杂的数字信号处理来补偿光纤中偏振态的快速变化。在未来超高速数据传输系统中，仅依靠数字信号处理来进行偏振态补偿将是一个难题。而一个具有无限偏振态转化范围的高性能自动偏振控制装置则可以跟踪和稳定接收端的偏振态，显著缓解数字信号处理的压力，简化其算法及降低功耗。

目前为止，大多数偏振控制装置基于机械旋转波片或光纤线圈，或基于液晶器件、光纤和压电致动器结合、波片和磁光晶体结合。前者的控制速度很慢，且会因机械振动而引入不稳定性；后者可以实现较高的控制速度，但由于依赖体光学元件，其控制速度被限制在毫秒或微秒级。

铌酸锂是目前最成熟的调制器材料之一，具有飞秒量级响应的线性电光效应。在铌酸锂光波导上施加电场即可改变光的偏振态，其偏振控制速度可达纳秒量级。尽管铌酸锂器件在快速偏振控制方面具有吸引力，但这些器件的性能已经达到了传统铌酸锂波导所能支持的物理极限。现有的铌酸锂偏振控制装置在体积上仍然很笨重(大于5厘米)，驱动电压也很高(超过100V)，如基于钛扩散铌酸锂的偏振控制器，这些严重限制了它们在通信和传感领域的应用。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中偏振控制的控制速度慢、不稳定性高、设备体积大的缺陷，提供一种基于薄膜铌酸锂的偏振控制装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于薄膜铌酸锂的偏振控制装置，包括设置在铌酸锂薄膜上的第一光耦合器、第一偏振分束旋转器、偏振测量部件、2×2马赫曾德尔干涉仪、偏振控制系统和铌酸锂光波导。

其中，任意输入偏振光经过所述第一光耦合器进入铌酸锂光波导后，经所述第一偏振分束旋转器转化为TE偏振光；所述偏振测量部件对TE偏振光进行能量检测，并将检测结果传输到偏振控制系统；所述偏振控制系统根据偏振测量部件的检测结果，计算输入偏振光的偏振态，以及输入偏振光与目标输出偏振光之间的传输矩阵，根据传输矩阵计算得到电压控制值，再对所述2×2马赫曾德尔干涉仪施加相应电压，控制TE偏振光在2×2马赫曾德尔干涉仪两臂的分布实现偏振控制。

作为优选方案，所述偏振测量部件包括用于检测铌酸锂波导中TE偏振光的能量的第一分光器、用于监测TE偏振光的偏振态的第一光电探测器，以及2×2多模干涉仪；其中，所述第一光电探测器倒装焊接在第一分光器的输出光栅上方，或，所述第一光电探测器通过异质集成技术在第一分光器的输出光栅上方制备；所述第一光电探测器通过金属引线与偏振控制系统连接。

作为优选方案，所述分光器包括定向耦合器或1×2多模干涉仪。

作为优选方案，所述偏振控制系统包括依次连接的模数转换器、FPGA控制板和数模转换器，所述模数转换器的输入端与所述偏振测量部件的输出端连接，所述数模转换器的输出端与所述2×2马赫曾德尔干涉仪的电压控制端连接。

作为优选方案，所述2×2马赫曾德尔干涉仪为n级2×2马赫曾德尔干涉仪，其中n≥2。