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皇冠 光偏振控制器的原理技术及应用

发布时间:2019-03-19

             当在具有双折射性质的介质中传输时,由于o光和e光的传输速度不同,引起一光线相对另一光线产生相位推迟,从而引起光的发生改变。光偏振控制器就是利用此理论研制而成的。

当单色光在各向同性介质的界面折射时,只有一束,且遵循折射定律。但当光线从空气进入某些晶体时,情况就不那么简单了,有些晶体能使一条单色的入射光线分成两条折射的光线。在这两条折射光线中,一条折射光线遵循熟知的,称为寻常光或o光;另一条当入射光线的入射角为零时也存在,的正弦与的余弦之比不是常数,且折射光线与入射光线一般不在同一面内,它不遵循,称之为非常光或e光。这种现象称为。当偏振光在具有双折射性质的介质中传输时,由于o光和e光的不同,引起一光线相对另一光线产生相位推迟,从而引起光的发生改变。光偏振控制器就是利用此理论研制而成的。

对于某些各向异性物质云母、方解石等,双折射是其本身固有的,称为永久性双折射物质。对于这些物质,在自然条件下,不需要任何外界场(如电场、压力或磁场)的作用,就可改变光的,波片型偏振控制和光纤环型偏振控制器就属于此类。有些光学物质,在自然状态下并不具有双折射性质,但当有、或等作用时,表现出与各向异性物质相同的特性,这一特性随外界作用的消失而消失。具有这种特性的物质为暂时双折射物质,它同永久性双折射物质一样,具有改变光的偏振态的特性,光电型偏振控制器和压电型偏振控制器就属于这一类型。

光纤环型偏振控制器

理想的单模光纤是圆对称的,是介质,光在其内传播与偏振方向无光。然而实际上完全圆对称的光纤是不存在的,它与单轴晶体一样具有特性。这一特性将使注入到光纤中的线偏振光以两个相互垂直模式
  
  
传播,其传播速度稍有不同,以模式双折射率B表示,定义为
B=(βxy)λ/2π
式中,B为
  
  
两线的折射率差;βx、βy为两偏振模式各自的;λ为真空中的波长。
与波片影响偏振态相似,在中传输光的偏振态也将沿光纤的长度方向连续变化,随光纤长度的变化如图1-2所示。
图1-2 单模光纤中光偏振态随光纤长度的变化
假设把一束线偏振光注入,它将被分成
  
  
两种模式并分别在x轴和y轴上作直线偏振传输。由于两模式的传输常数β不同,在沿光纤长度方向的任意位置,其偏振态由Ex和Ey的矢量合成。设在光纤的a点时,两模式矢量Ex和Ey的振动相位相同,其合成偏振态为线性偏振;b点时由于的差异,使得两矢量Ex和Ey的相位差变为π/2,其合成偏振态将变为圆偏振;c点两矢量Ex和Ey的相位差变为π,其偏振态又变为线偏振,但与a点相比旋转了90°;d点两矢量Ex和Ey的相位差变为3π/2,偏振态变为圆偏振,但旋转方向与b点相反;e点两矢量Ex和Ey的相位差变为2π,其偏振态又回到a点状态;依此类推,沿着光纤将循环变化下去,这与偏振态随波片的厚度变化现象相似。因此可根据全波片、、四分之一波片的制备原理,用光纤制备λ、λ/2、λ/4光纤型推迟环。 [1]
图1-3 光纤环型偏振控制器结构图

用光纤制成的各种类型的推迟环,由于其尺寸很小,性能突出,在光纤传感器中获得了广泛应用。光纤环型偏振控制器就是其典型应用之一,其主要由4个λ/4光纤推迟环组成,结构如图1-3所示。λ/4光纤推迟环各自可旋转任意角度,当偏振光信号在其中传输时,通过旋转4个推迟环的快慢轴相对位置,从而获得需要的。




皇冠 主要技术指标

不同类型的偏振控制器其要求的略有不同,对于以上两种通信波段内常用的偏振控制器主要包括以下技术指标:波长范围、最大、插入损耗、插入损耗随波片(或光纤环)转动变化、插入损耗随波长变化、端口回损、消光比、调整准确度、偏振态调整分辨力、偏振态调整重复性、角度调整准确度、角度调整重复性等。下面根据常见的几种偏振控制器,对几个比较重要的进行简单介绍。
范围与波片或环的材料有关,一般波片的相位推迟随波长的变化比光纤环的要大,因此波片型偏振控制器波长范围比光纤环的要小,在允许的调整误差范围内,波片型偏振控制器波长范围约几十纳米,而光纤环型可达到几百纳米,当然使用软件补偿技术可以扩大波长范围。最大一般是考虑到材料的承受能力,一般在+10dBm~+23dBm之间。插入损耗一般小于2.0dB,其随波片(或光纤环)转动变化小于0.05dB,随波长变化小于0.2dB。FC/PC接头回损一般大于35dB,FC/APC接头回损一般大于55dB。调整准确度、偏振态调整分辨力、偏振态调整重复性、角度调整准确度、角度调整重复性是偏振控制重要的技术指标,它们与控制波片(或光纤环)转动的电机关系密切,因此高性能的偏振控制器离不开高性能的步进电机,性能较好的偏振控制器偏振态调整分辨力优于0.36°。 [1] 

皇冠 主要应用

光偏振控制器广泛应用于光信号的偏振特性分析,光器件如耦合器、隔离器、波分复用器、放大器、衰减器等偏振特性的测量,偏振特性对光材料性能影响分析等方面。




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