一种产生二维正交偏振光源的装置的制作方法

本发明属光纤光源领域，具体涉及一种产生二维正交偏振光源的装置。

背景技术：

光纤传输具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于光通信技术、光学传感技术等领域，光纤滤波器是以光纤作为主要传输介质实现光学滤波的器件，其具有低插入损耗、结构紧凑、高频率响应的特点，并且在与光通信系统、光纤传感等系统的集成方面具有天然优势。基于光纤滤波器的可调谐和多波长激光光源是光通信的密集波分复用技术的关键器件，使用光纤滤波器对激光进行选频，实现激光的多波长输出。除此之外，光纤滤波器在光纤传感方面也具有巨大的应用潜力，在压力、温度等外界环境变化过程中，滤波器的波长会随之改变，通过测量波长的变化得到外界物理量的变化，目前光纤滤波器已在压力、温度、应变、折射率的测量中得到应用。常见的光纤滤波器有干涉型双折射型光纤滤波器、光纤光栅型滤波器、声光调制型滤波器、耦合器型滤波器。

光纤偏振摇摆滤波器(fiberpolarizationrockingfilter，prf)起源于19世纪60年代solc提出的双折射滤波器，双折射滤波器由一系列的具有相同相位延迟的双折射滤波片组成，最简单的双折射滤波器由几个相同厚度的滤波片以特殊的角度堆叠而成，其中ⅰ型双折射滤波器的角度为αi＝-(-1)ⁱα，ⅱ型双折射滤波器的角度为αi＝(2i-1)α。1980年markjohnson首次在双折射光纤中通周期性过机械扭转制成了ⅰ型光纤偏振摇摆滤波器，1984年stolen,r.h.对光纤偏振摇摆滤波器的传输光谱进行了细致研究。近些年的研究逐渐趋向于基于特种光纤的光纤摇摆滤波器传感特性的研究，2014年g.statkiewicz-barabach研究了在微结构光纤和标准椭圆芯光纤中机械诱导的高阶摇摆滤波器的传输特性，及其具有不同相位模态双折射的光谱依赖性。anuszkiewicz,a等人在2008年至2013年间研究了基于微结构光纤的摇摆滤波器的温度、压力、折射率等传感特性。

现有的滤波器种类繁多，具有良好偏振特性的滤波器一般有lyot滤波器、solc滤波器、基于双折射光纤的sgnac环滤波器、微波光子滤波器等，lyot滤波器、solc滤波器为晶体堆叠型滤波器，与光纤系统的集成能力差，灵活性差，基于双折射光纤的sgnac环滤波器、微波光子滤波器结构复杂，需要多种元器件配合使用，特别是基于该滤波器的光源受到了很大的限制。

光纤传感器中使用了许多类型的光源，根据光的相干性，分为相干光源和非相干光源。非相干光源包括热光源、气体放电光源、发光二极管，相干光源包括固体激光器、液体激光器、气体激光器、半导体激光二极管、光纤激光器等。为了获得特殊光源，人们通常在光源之后衔接滤波器、滤波片等滤光器件，产生偏振光(线偏光、部分偏振光、圆偏光等)、梳状光谱等等，例如在激光器后连接sgnac环滤波器产生梳状偏振光(cn201510952930.1，基于硅基双萨格纳克环镜环路结构的光滤波器件)，然而这类器件通常只能输出单偏振方向、单梳状谱，偏振方向易受外界环境干扰，不能利用垂直偏振方向的光进行对比试验。为了解决上述问题，本发明通过在光源后衔接光纤偏振摇摆滤波器，使光源输出两束光，这两束光不仅偏振方向正交，而且光谱正交。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种产生二维正交偏振光源的装置，该光源输出的两束光，不仅光谱正交而且偏振方向也正交。

一种产生二维正交偏振光源的装置，其结构包括：宽谱光源1、起偏器2、普通单模光纤3、光纤偏振摇摆滤波器4、偏振分束器5、保偏光纤6，光纤偏振摇摆滤波器4包括第一光纤偏振摇摆滤波器、第二光纤偏振摇摆滤波器、第三光纤偏振摇摆滤波器，ase宽谱光源1通过普通单模光纤3与起偏器2连接，起偏器2与光纤偏振摇摆滤波器4连接，光纤偏振摇摆滤波器4与偏振分束器5连接，偏振分束器5与保偏光纤6连接。

所述的光纤摇摆滤波器由第一光纤偏振摇摆滤波器、第二光纤偏振摇摆滤波器、第三光纤偏振摇摆滤波器在同一根保偏光纤上并联或者串联而成。

所述的第一光纤偏振摇摆滤波器或第二光纤偏振摇摆滤波器或第三光纤偏振摇摆滤波器由保偏光纤经周期性扭转而成，周期数为n，扭转角为αi＝-(-1)ⁱα,其中α＝π/(4×n)，滤波器的扭转长度为lt＝0.5×lb，中心波长为λ0＝δn×lb，其中lb为滤波器单个周期长度，δn为保偏光纤的快慢轴折射率差，半高宽为δλ＝λ/n。

所述的第一光纤偏振摇摆滤波器或第二光纤偏振摇摆滤波器或第三光纤偏振摇摆滤波器的中心波长为第一阶次的峰或其他阶次的峰，kλ0＝δnlb，k＝0.5,1.5,2.5....，其中k为滤波器的阶次。

宽谱光源1为ase光源，光谱范围为1490nm-1610nm，谱形为高斯光谱，偏振分束器5的输出光为‘山’字形的x方向偏振光和‘凹’字形的y方向偏振光，偏振分束器5输出的两束偏振光偏振方向正交，光谱强度正交。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种产生二维正交偏振光源的装置，输出的两束光不仅光谱正交，而且偏振方向正交，可以弥补实验过程中偏振态受外界干扰产生的影响，降低偏振交叉耦合带来的误差，使偏振光源的两个偏振态都得到了使用，特别是在白光干涉实验过程中，本发明作为光源，能明显降低实验误差带来的影响，并能用来分析实验误差来源以及分析误差对实验结果影响的大小，该光源结构简单、器件集成度高，与光纤系统的兼容性好，其中提供的光纤偏振摇摆滤波性能稳定、可扩展能力强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的光纤偏振摇摆滤波器示意图。

图3为本发明的光纤偏振摇摆滤波器原理示意图。

图4为本发明制作滤波器的示意图。

图5为本发明的滤波器串联示意图。

图6为本发明的滤波器并联示意图。

图7为本发明的滤波器输出x轴偏振光和y轴偏振光。

图8为本发明实施例中ase光源光谱

图9为本发明输出的x轴偏振光。

图10为本发明输出的y轴偏振光。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明为一种产生二维正交偏振光源的装置，其结构包括：宽谱光源1、起偏器2、普通单模光纤3、光纤偏振摇摆滤波器4、偏振分束器5、保偏光纤6，光纤偏振摇摆滤波器4包括第一光纤偏振摇摆滤波器、第二光纤偏振摇摆滤波器、第三光纤偏振摇摆滤波器，ase宽谱光源1通过普通单模光纤3与起偏器2连接，起偏器2与光纤偏振摇摆滤波器4连接，光纤偏振摇摆滤波器4与偏振分束器5连接，偏振分束器5与保偏光纤6连接，光纤器件之间使用熔接机进行焊接，具体结构如图1所示。

第一光纤偏振摇摆滤波器或第二光纤偏振摇摆滤波器或第三光纤偏振摇摆滤波器的周期数为n，扭转角为αi＝-(-1)ⁱα,其中α＝π/(4×n)，滤波器的扭转长度为lt＝0.5×lb，中心波长为λ0＝δn×lb，其中lb为滤波器单个周期长度，δn为保偏光纤的快慢轴折射率差，半高宽为δλ＝λ/n。

所述的第一光纤偏振摇摆滤波器或第二光纤偏振摇摆滤波器或第三光纤偏振摇摆滤波器的中心波长为第一阶次的峰或其他阶次的峰，kλ0＝δnlb，k＝0.5,1.5,2.5....，其中k为滤波器的阶次。

光纤摇摆滤波器的原理如图2、图3所示，在保偏光纤的a、b两点间正向扭转θ度，在c、d间反向扭转θ度，a到d记为一个扭转周期lt，该过程沿光纤不断重复。b到c为双折射光纤的半拍长，拍长δn＝λ0/lb，平行于偏振轴y轴的线偏光进入光纤，由于a、b间发生扭转，线偏光在b点与y轴成θ角进入下一段光纤，经过半拍长后，在c点仍以线偏光(与起始线偏光偏振方向相差2θ)的状态进入下一段光纤。在c、d间逆向扭转。经过半拍长后，在e点线偏光将与d点线偏光方向将以起始偏振方向为法线呈对称角度。经过n个全拍长周期后，从y轴到x轴的净转换率为px＝p0sin²2nθ。

光纤偏振摇摆滤波器的制作方式如图4所示，起偏器和检偏器的偏振轴交叉放置，光纤保持台夹住保偏光纤的一端，旋转台夹住另一端，旋转台首先正向旋转θ角，co2激光束横向加热光纤，在加热部分引起光纤的永久扭转，在光纤自然冷却后，旋转台以相同角度θ向后旋转，同时co2激光束沿着光纤纵向移动lt,然后进行横向加热，产生另一个永久扭转，将这个过程重复2n+1次产生n个周期的摇摆滤波器，在这个过程中，始终使用osa光谱仪监测光谱变化和滤波器的质量。

如图5和图6所示，对于串联的光纤偏振摇摆滤波器，当第一光纤偏振摇摆滤波器制作完成后，在其之后继续制作第二光纤偏振摇摆滤波器；对于并联的光纤偏振摇摆滤波器，当第一光纤偏振摇摆滤波器制作完成后，co2激光束回到起始位置，在第一光纤偏振摇摆滤波器起始点附近，继续制作第二光纤偏振摇摆滤波器，第一光纤偏振摇摆滤波器起始点与第二光纤偏振摇摆滤波器起始点之间的距离需要经过仿真验证，避免出现较大的谐振。

第一光纤偏振摇摆滤波器的中心波长位于宽谱光源1的光谱范围的1/6波长处、第二光纤偏振摇摆滤波器位于宽谱光源1的光谱范围的1/2波长处、第三光纤偏振摇摆滤波器的中心波长位于宽谱光源1的光谱范围的5/6波长处，三个光纤偏振摇摆滤波器的波长半高宽均为宽谱光源谱宽的1/6。

本发明的具体实施例中，宽谱光源为ase光源，光谱范围为1490nm-1610nm，谱形为高斯光谱，如图8所示，使用的保偏光纤为熊猫型保偏光纤，该光纤的快慢轴折射率差为δn＝3.5×10^-4，光纤偏振摇摆滤波器由第一光纤偏振摇摆滤波器、第二光纤偏振摇摆滤波器、第三光纤偏振摇摆滤波器串联组成，三个滤波器的均为周期数n＝90，扭转角度α＝0.5°，第一光纤偏振摇摆滤波器的周期长度为lb1＝4.34mm，第二光纤偏振摇摆滤波器的周期长度为lb2＝4.43mm，第三光纤偏振摇摆滤波器的周期长度为lb3＝4.51mm。按照这些参数制作的滤波器，第一滤波器的中心波长为λ1＝1520nm，半高宽为δλ1＝13nm，偏振轴y轴的偏振转换率为97％，第二滤波器的中心波长为λ2＝1550nm，半高宽为δλ2＝16nm，偏振轴y轴的偏振转换率为99％，第三滤波器的中心波长为λ3＝1580nm，半高宽为δλ3＝15nm，偏振轴y轴的偏振转换率为99％，偏振分束器分别输出光纤偏振摇摆滤波器x轴偏振光和y轴偏振光，如图7所示。

本实施例中，ase的光源范围为1490-1610当光纤偏振摇摆滤波器与白光光源即ase白光光源结合时，偏振分束器输出互补的x轴偏振光和y轴偏振光光谱如图9和图10所示。由于偏振分束器输出的x轴偏振光和y轴偏振光具有互补的特点，在进行其他实验时，例如白光干涉测量实验，可以切换x轴偏振光或y轴偏振光对比实验结果，弥补实验过程中偏振态受外界干扰产生的误差，降低偏振交叉耦合带来的误差。