专利名称：光纤偏振控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤偏振操作装置，更具体地涉及一种通过使用短段双折射光纤作为波片而在尺寸上很紧凑的光纤偏振控制器。
光波是由电场和磁场组成的电磁波。当它传播时，这些电场和磁场在垂直于传播方向的一横平面上振动，具有一特定的振动图形。通常，偏振是平行于电场矢量E的一场。因此，偏振状态被称之为在该横平面上的电场的振动图形。该偏振状态依据该方向和电场矢量E的两相互正交分量的矢量分解成三个种类，该三个种类分别为线性、圆、和椭圆偏振。
当光传播通过在两正交本征的轴之间具有不同的折射率的一双折射介质时，该偏振状态被改变。双折射量，或折射率差是材料自身的特性，然而它会受到外部微扰例如应力、变形和温度的影响。由于其非晶性质、石英材料是固有地无双折射的。然而，由于内应力以及非圆对称几何学，由石英制成的光纤趋向于呈现不可忽略的双折射。外部的横向应力或弯曲也可感生其它的双折射。由经常是非确定的外部微扰所造成的双折射的改变可导致光纤应用，例如光通信和光传感器中的几个问题。这些影响包括由于偏振状态的变化而引起的感生的偏振信号衰落或劣化。因此保持或控制光的偏振状态在光纤应用中是非常重要的。偏振控制器是被用于将一输入偏振状态转换成一任意的输出偏振状态的一种装置，且因此是实验室试验、光纤传感器、光通信中、及特别是对于使用高偏振相关光学装置的系统的关键元件。例如，高速光学系统采用铌酸锂(LiNbO3)作为外部调制器以减少在直接调制的光源处起作用的波长线性调频。在此情况下，由于该调制器的高偏振相关性，为获得最佳的性能，必须使偏振状态与该调制器的双折射轴相匹配。在一激光二极管(“LD”)和外部调制器之间的偏振状态的匹配中，偏振保持(“PM”)光纤通常被用于将该LD连接至外部调制器。然而，这需要将光纤的偏振轴与LD和外部调制器的偏振轴相对准的复杂的处理。
偏振控制器的原理在于通过使用可将一偏振状态(“SOP”)变换成另一个SOP的适当的相位延迟器而获得期望的偏振状态。两个四分之一波片可被用于该相位延迟器。
图1说明了在是通常被接收的描述SOP的方法的邦加球上的SOP的变化。习惯是一线性偏振状态可由位于赤道上的一点“c”表示，且圆偏振由位于邦加球的极点上的点“d”表示，该球上的一点对应于一SOP。由于一坐标的两正交轴可以描述该球上的任意点，通过转动该坐标的两正交轴，该球上的一点可被移至另一点。这意指通过转动这些轴，光的任意SOP可被变换成任意其它的SOP。众所周知，在偏振控制器中所使用的两个四分之一波片，例如通过在其中感生双折射而进行相位延迟的弯曲的光纤环路，可执行上述的两转动轴。
当两个四分之一波片被用于一偏振控制器时，该球上一点的各自方位角和极角可通过转动该球的两轴，即两个四分之一波片的光轴而被转动。因此，输SOP“a”可被变换成一期望的输出SOP“b”，如图1中所示。
图2概略地示出了根据现有技术的一常规的光纤偏振控制器。
图2中所示的偏振控制器由H.C.LeFevre,ElectronicsLetters,Vol.16,No.20，1980年9月所公开。参见图2，一截单模光纤1被绕在一预定直径的线圈架10上。通过弯曲感生的应力而给予光纤以双折射，给出平行和垂直于线圈架10的两双折射轴。在一适当的直径上，感生的双折射作出一给定光波长的四分之一波片。由于双折射主轴随着线圈架10的转动而转动到R方向，输入光Pin的SOP可被控制到输出光Pout中一期望的SOP偏振状态。有此线圈架，偏振控制器不能避免相对较大的体积，使其难以被安装在普通的电路板上。
图3为表示现有技术的其它偏振控制器的应用的截面视图。这种偏振控制器可具有与上述偏振控制器相比较小的尺寸。参见图3，该偏振控制器具有一可接触光纤31的外表面的螺杆32。在图3的偏振控制器中，偏振状态由自机械应力感生的双折射所控制，该机械应力是通过螺杆32施加给光纤的。原则上，应该有充当两正交转动轴的装置来控制偏振状态，如图1中所示。意指是该螺杆以对应于上述偏振控制器的两正交轴的不同力从不同方向按压光纤来实现此作用的。例如，如图3中所示，在以X-Y方向施加的应力被释放后，其它的应力以X’-Y’方向被施加。该单个控制装置可引起控制偏振中的困难。这样的偏振控制器的该问题是该偏振控制器的可靠性受到光纤的压挤的显著影响，因为压挤能损坏光纤的护套和光纤自身。而且，被机械压挤的护套不能恢复其原始形式以使应力仍保留在光纤中，导致不可控制的情况。
因此，本发明的一目的在于提供一种具有可适用于电路板的小尺寸的光纤偏振控制器。
本发明的另一目的在于提供一种不挤压光纤的具有提高的耐用性的光纤偏振控制器。
本发明的再一目的在于提供一种控制器的整股光纤不使用PM光纤的不昂贵的光纤偏振控制器。
为了实现上述目的，本发明提供一种光纤偏振控制器，包括至少一部分具有双折射的第一光纤；一部分第二单模光纤，具有至少一将第一光纤连接至该部分的端部以形成一股光纤以沿该股传送光的连接点；和一用于控制第一光纤的双折射轴的角度的扭绞装置。
这些连接点可通过熔接和/或物理接触而被形成。该光纤偏振控制器可被配置成具有多于两部分的第一光纤。
各部分可具有根据其双折射率之间的差被调节以执行一四分之一波片的长度。
根据本发明的另一方面，该光纤偏振控制器包括两片具有双折射的第一光纤；两部分第二单模光纤，各部分具有到该片的端部的一连接部分以用这些片透射光；一对套管，用于将这些连接部分和这些片插入其中，并用于通过将两片的面对端相接触来对准第一单模光纤的两部分；一用于将该对套管插入其中并进行固定的套筒；和一用于套管的转动装置。
这些连接部分可通过熔接或物理接触而被形成。各片可具有根据其双折射率之间的差被调节以执行一四分之一波片的长度。
这些连接部分的结构不限于上述结构，只要保证低连接损失，可使用任意结构。
图1说明了在被频繁使用以显示光的偏振状态的邦加球上的偏振状态的变化；图2概略地示出了根据现有技术的一常规光纤偏振控制器；图3为现有技术的另一偏振控制器的应用的截面视图；图4为根据本发明的一实施例的光纤偏振控制器中光纤的局部放大视图；图5以比图4中更紧凑的尺寸示出了本发明的另一实施例；图6(a)至图6(c)概略地示出了将该光纤偏振控制器的光纤部分安装在一电子电路板上的一固定装置。
下面，将参照附图描述本发明的优选实施例。
图4为根据本发明的一实施例的光纤偏振控制器中光纤的局部放大视图。
参见图4，片110和120的端部“f”被光学地连接至第二光纤100以形成可透射光的一股光纤。第一光纤的片110和120是双折射的，也就是说，具有相互不同的折射率的两个双折射轴。带有低双折射的一常规的单模光纤可被用作为第二光纤100。第二光纤100和片110及120之间的连接可通过熔接进行。另一种连接方法包括通过一套管帮助的机械接合或物理接触。片110和120是一双折射光纤的具有适当长度的短段以执行波片的功能。通常，该长度可被调节以充当一四分之一波片或二分之一波片。例如，在该实施例中当这些片的双折射轴之间的折射率差(Δn)是10-4量级的时，对于约1.5微米的光学波长，片110和120将只有几毫米。当具有某一偏振状态的光波透射通过单或多个双折射片时，通过相对于各自并相对于输入偏振状态地设置这些片的双折射轴来确定输出偏振状态。因此，通过转动这些双折射轴，输入光中的任意偏振状态可被转换成输出中的任意偏振状态。为作到此点，可相对于这些双折射片转动接合至它们的该片。如果这些片通过使用套管被机械地连接至引出的光纤，这些片可相对于这些引出光纤被转动以改变这些双折射轴的取向。其他的装置包括将横向应力施加至这些片以改变双折射的幅度。
图5以比图4中更紧凑的尺寸示出了本发明的另一实施例。不需要图4中所示的光纤片110和120之间的第二光纤段。在该实施例中，两片双折射第一光纤，502和504，通过熔接被连接到第二单模光纤段500。然后片502和504的空端通过机械接合或物理接触被相互连接。为便于接合处理，可使用基于套管和套筒的常规的物理接触。具体地，片502和504被分别插入套管506和508中，套管506和508被相互对准以在一圆柱形套筒510的帮助下使光学损失最小。在该具体实施例中，用于套管506和508的材料为氧化锆，然而可以是不锈钢、石英、矾土等。第一光纤片502和504不使用熔接而被物理地接触。物理接触的通常的光学损失可小于0.2dB。
图6(a)至图6(c)从不同的角度概略地示出了被用于安装该光纤偏振控制器的光纤元件的一固定装置。图6(a)为侧视图，图6(b)为平面视图而图6(c)为该装配装置的前视图。由图4的第一光纤片110、120和第二光纤100组成的一股光纤纵向地通过一窄的圆柱形固定装置40。旋钮被使用固定该圆柱形固定装置40的位置。而且，这些旋钮有助于将该圆柱形固定装置转动并固定就位的处理。上述固定装置可被小型化成足以被安装在一电子电路板上的尺寸。
对如上制造的光纤偏振控制器的性能进行分析。该光纤偏振控制器的总插入损失小于0.5dB，且背射远低于-60dB。任意输入偏振状态可被变换成带有大于-45dB的优良的偏振消光的任意输出偏振状态。而且，由于第二光纤是一常规的通信渐变单模光纤，该偏振控制器最好通过熔接或常规的连接器与其他的纤维一光学部件和仪器相兼容。不象现有技术那样由一用于弯曲光纤以感生双折射的装置组成，根据本发明的偏振控制器在尺寸上更加紧凑。而且，与另一种其中一光纤必须被横向地挤压，挤压的幅度和方向频繁地改变的现有技术相比，根据本发明的偏振控制器更加耐用。还有，由于整股光纤由普通的通信渐变光纤而非偏振保持光纤组成，根据本发明的偏振控制器提供了便宜的光学通信系统。
权利要求
1．一种装置，包括具有不同折射率的双折射轴的一段第一光学波导；被连接至所述段第一光学波导的第二光学波导，以将来自第二波导的光透射给第一光学波导，或将来自第一光学波导的光透射给第二光学波导；及控制装置，相对于所述第二光学波导转动所述段第一光学波导的双折射轴；其中所述段第一光学波导的尺寸被确定以提供等于由这些双折射轴确定的两本征的偏振状态之间的单个或多个四分之一π弧度的相位延迟。
2．权利要求1的装置，其中第一光学波导包括偏振保持光纤。
3．权利要求1的装置，其中所述段第一光学波导和第二光学波导之间的连接通过熔接或物理接触来完成。
4．权利要求3的装置，其中所述控制装置包括一用于对第二光学波导进行扭绞的扭绞装置。
5．一种装置，包括具有不同折射率的双折射轴的多段第一光学波导；被连接至所述多段第一光学波导的多段第二光学波导，以将来自第二波导的光透射给第一光学波导，或将来自第一光学波导的光透射给第二光学波导；及控制装置，相对于所述第二光学波导的相邻段转动所述多段第一光学波导的双折射轴；其中所述多段第一光学波导的尺寸被确定以提供等于由这些双折射轴确定的两本征的偏振状态之间的单个或多个四分之一π弧度的相位延迟。
6．权利要求5的装置，其中第一光学波导包括偏振保持光纤。
7．权利要求5的装置，其中所述段第一光学波导和第二光学波导之间的连接通过熔接或物理接触来完成。
8．权利要求7的装置，其中所述控制装置包括一用于对所述多段第二光学波导进行扭绞的扭绞装置。
9．一种装置，包括具有不同折射率的双折射轴的多段第一光学波导；多段第二光学波导，其中所述多段第一光学波导的至少一段被相互连接且所述多段第一光学波导的其余段被连接至所述多段第二光学波导；及控制装置，转动所述多段第一光学波导的双折射轴；其中所述多段第一光学波导的尺寸被确定以提供等于由这些双折射轴确定的两本征的偏振状态之间的单个或多个四分之一π弧度的相位延迟。
10．权利要求9的装置，其中第一光学波导包括偏振保持光纤。
11．权利要求9的装置，其中所述多段第一光学波导和第二光学波导之间的连接通过熔接或物理接触来完成。
12．权利要求9的装置，其中所述多段第一光学波导之间的连接通过物理接触来完成。
13．权利要求12的装置，其中该物理接触得到了套管和套筒的帮助。
14．权利要求9的装置，其中所述控制装置包括一用于对所述多段第二光学波导进行扭绞的扭绞装置。
全文摘要
公开了一种光纤偏振控制器,其通过采用由若干短段双折射光纤(110,120)制成的波片而具有紧凑的尺寸。该光纤偏振控制器通过扭绞或转动连接至常规的单模光纤(100)的双折射片(110,120)来控制输入光的偏振状态。
文档编号G02B27/28GK1226972SQ98800676
公开日1999年8月25日 申请日期1998年5月19日 优先权日1997年5月22日
发明者金炳允, 高年完, 金英基, 吕永培 申请人:图南系统株式会社