专利名称：宽带偏振分离器、合并器、隔离器和控制器的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明一般涉及偏振分离器、合并器和隔离器，尤其涉及对随机偏振光信号分离或合并的波长不敏感装置。
2.技术背景偏振是光通信技术中的一个关键参数。在单模光纤中，光纤的基本模式是对在纤芯-包层界面满足边界条件的波方程式的解。然而，直观上看不出，对应于基本模式的波方程式有两个解。光纤被当作单模光纤，因为两个解具有相同的传播常数，至少在完全的圆柱光纤中是如此。将两个解称为偏振模式。与基本模式相关的电场假设是横场，偏振分量沿x和y方向线性偏振。因此，偏振分量相互正交。当光沿光纤传播时，在两个偏振模式之间脉冲能量被划分。偏振状态指两种偏振模式之间光能量的分布。实际上，由于光纤不是完全圆形的，两个偏振模式的传播常数有少许差别，引起脉冲扩散。这一现象称为偏振模式扩散。
在设计期间必须考虑到光在光纤网络中传播的偏振状态。可以使光纤的偏振与偏振模式扩散无关，但是偏振状态会随时间改变所有的状态，并受环境因素的影响。许多器件需要入射光信号处于特定偏振状态。这种器件的性能将随入射偏振的状态明显变化。因此，当入射光信号随机偏振时，器件将失去功能。
已经考虑的一种方法涉及使用偏振维持(PM)光纤。虽然PM光纤将维持光信号的偏振状态，但是由于几个原因对于大多数通信系统而言是不实际的。首先，PM光纤的衰减总是较高的。其次，在发生某些偏振耦合的情况中，偏振模式扩散将是很高的。第三，PM光纤价格昂贵，成本依赖于所需偏振保持的程度。因此，对系统广泛部署，PM光纤是不实际的。
在已经考虑的另一种方法中，已经采用机械偏振控制器对偏振随时间变化进行机械跟踪。通常，偏振跟踪是在两个阶段进行的。第一，测量偏振状态。然后，将接收器和入射光信号的偏振状态调节为一致。在世界各地的实验室中使用机械偏振控制器来执行电信实验。然而，这些器件大部分限于实验室。即使在实验室条件下，这些器件仍有几个缺点。机械偏振控制器不是稳健的，需要经常监视以保证它们处于良好工作秩序中。即使当器件正常工作时，必须在整个时间上对偏振状态作机械跟踪，没有这么做的直接方法，因为不能提供间隙。如果不是不可能的话，这使得偏振状态的直接监视变得困难。
在已经考虑的再一种方法中，已经采用偏振光分离器来给偏振敏感器件提供具有已知偏振状态的光信号。偏振光分离器由与谐振结构连接的输入分束器组成，谐振结构与输出分束器连接。输入分束器将光联席会分成平行和垂直分量，然后将它们送至谐振结构。在谐振波长或其附近的光被谐振结构旋转到一已知偏振状态。然而，不在谐振波长或其附近的光通过谐振结构不发生变化。输出分束器使两分量重新合并为一具有已知偏振状态的光信号。这一光信号提供给偏振敏感接收器使用。令人遗憾的是，最终的光信号是非常窄带的，仅几个波长宽，因为不在谐振波长和其附近的信号的光谱分量已经被滤除。这种方法也是代价昂贵的。
因此，在有偏振敏感元件的通信系统中，需要一种波长不敏感的偏振分离器/合并器，它能够被用于对宽带偏振光信号进行分离或合并，而光谱信息没有损失。尤其在注重成本的系统中，如局域网或城市网中更是如此。
发明概要本发明提供一种满足上述需求的稳健、廉价而且相对波长不敏感的偏振分离器/合并器。揭示的分离器/合并器能够利用光纤技术或平面技术制备。将光分解成垂直和平行分量。然后，在偏振分量被重新合并之前为诸如传感器或放大器等偏振敏感器件能够利用。本发明的分离器/合并器也可用作隔离器、循环器和偏振控制器的基础。
本发明的一个方面是一种引导偏振光信号的光学器件，所述偏振光具有相互正交的偏振分量。光学器件包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。光学器件还包括对极相位发生器，用于产生有选择地与第一分量干涉的第一对极相位信号和有选择地与第二分量干涉的第二对极相位信号，从而将偏振光信号引导到第一端口，将第一分量引导到第三端口而将第二分量引导到第四端口，光谱信息没有明显损失。
在另一个方面，本发明包括一种引导偏振光信号、第一分量和第二分量的方法，其中在包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的光学器件中，第一分量和第二分量是偏振光信号相互正交的偏振分量。该方法包括以下步骤提供与第一端口、第二端口、第三端口和第四端口连接的对极相位发生器，用于对偏振光信号、第一分量和第二分量进行处理；从包含或是第一分量或是第二分量的同相信号中产生至少一个对极相位信号；以及从同相信号中减去对极相位信号，其中将偏振光信号引导到第一端口，将第一分量引导到第三端口而将第二分量引导到第四端口，光谱信息没有明显损失。
本发明的附加特征和优点将在以下的详细描述中给出，一部分对本领域技术人员而言从该描述是显而易见的或是通过按照这里的描述实施本发明而认识到，包括以下的详细描述、权利要求书以及附图。
应当理解，以上的一般描述和以下的详细描述仅仅是本发明的示例，试图为理解权利要求所主张的本发明的本质和特征提供一种概述或框架。包含的附图提供对本发明的进一步理解，并被加入本说明书而构成其一部分。
本发明的各种实施例，与描述一起说明本发明的原理和工作。
附图简述图1是按照本发明第一实施例的偏振分离器/合并器的平面图。
图2是通过图1中X-X线截取的第一和光学臂的截面图。
图3是本发明第一实施例的光纤耦合器实施的一个例子。
图4是本发明第一实施例的平面耦合器实施的一个例子。
图5是比较消光比与光谱带宽的图，以说明本发明的光学器件的相对波长不敏感性。
图6是按照本发明另一实施例的隔离器/循环器的平面图。
图7是按照本发明另一实施例的偏振控制器的平面图。
图8是通过图7中Y-Y线截取的偏振控制器光纤实施例中第四光学臂的截面图。
图9是图7中所示偏振控制器的平面实施例中第四光学臂上的加热器元件的详细图。
较佳实施例的详细描述现在将详细参考本发明的较佳实施例，在附图中示出这些较佳实施例的例子。在可能的地方，在整个附图中将采用相同标号表示相同或相似的部分。图1示出本发明的偏振分离器/合并器的一个示范实施例，以标号10表示。
按照本发明，宽带偏振分离器/合并器10包括对入射偏振光信号进行处理的对极相位发生器12。对极相位发生器12将偏振光信号分解成平行和垂直分量。在一条光路52中，使平行偏振分量相对于在另一路径42中传播的平行分量相位延迟π弧度的奇数倍，由此产生对极信号。另一方面，在两条光路中的垂直分量是同相的。当这些分量在耦合器30中合并时，平行分量相位相差180°，由于相消干扰而相减。结果，宽带分离器/合并器10将偏振光信号的垂直分量从端口64引出，将偏振光信号的平行分量从端口66引出。根据这一结构，能够对任一分量作相位延迟，但是不是两个分量都作相位延迟。由于对极相位发生器12并不调谐列任何谐振频率，产生的垂直和平行分量是宽带光信号。因此，本发明提供一种稳健、廉价、相对不依赖波长的偏振分离器/合并器10，它将具有已知偏振状态的光提供给诸如传感器、放大器或接收器等偏振敏感器件。本发明的宽带分离器/合并器10还被用作隔离器、循环器和偏振控制器的基础。本发明能够利用光纤技术或是平面技术制备。
正如这里具体实施和图1所示的，对极相位发生器12是一种马赫-伦德尔器件，它包括与端口60和62连接的耦合器20。耦合器20与光学臂42和光学臂52连接。光学臂42和光学臂52与耦合器30连接，耦合器30与端口64和66连接。光学臂42具有预定长度44，光学臂52具有预定长度54。
正如具体实施和图2所示的，图中示出了沿图1中X-X线截取的第一臂和光学臂的截面图。光学臂42包括椭圆芯420和第一包层422。光学臂52包括椭圆芯520和包层522。纤芯420和520的椭圆率是不同的，在对极相位发生器12的设计中起重要作用。
对极相位发生器12可以是任何合适的已知类型，但是图中通过举例的方式示出马赫-伦德尔器件，它由偏振维持(PM)光纤40和偏振维持(PM)光纤50形成。椭圆纤芯420的椭圆率由长轴rx1＝4μm和短轴ry1＝1μm表征。椭圆纤芯520的椭圆率由长轴rx2＝3.3μm和短轴ry2＝1.2μm表征。光学臂长度44和54约等于1cm。光纤40的纤芯-包层相对折射率Δ1＝2.0％，光纤50的纤芯-包层相对折射率Δ2＝2.0％。椭圆率和相对折射率决定了传播常数，因此决定了对极相位信号的产生。正如本领域普通技术人员将明白的，可以用这些参数的各种组合来产生对极相位信号。对极相位发生器12也可利用平面波导实施。以下将更详细地讨论这两种不同实施例。在平面配置中，纤芯420和520在耦合区20和30中具有接近圆形截面。这是提供偏振维持所必需的。在耦合区20和30之外，如上所述纤芯420和520是椭圆的。
正如图1和2所示，偏振分离器/合并器10的操作如下。正如图1中所示，当用作分离器时，将随机偏振光信号引导到端口60中。偏振光信号被耦合器20耦合到臂42和52中。在光从臂42和52进入耦合器30之前，臂42运载平行偏振分量，而臂52运载相对于臂42中平行分量相移了π弧度的平行偏振分量。因此，产生平行偏振分量的对极相位信号。耦合器30具有减法功能。当平行对极信号被耦合时，它们彼此间完全干涉，由于相消干涉造成平行偏振分量被相消。因此，只有垂直偏振分量出现在端口64上。相对于垂直偏振分量发生相反效应，只有平行分量出现在端口66上。
当用作合并器时，将垂直偏振光信号引导到端口64中，而将平行偏振光信号引导到端口66中。本领域的普通技术人员将明白，光学器件10是双向的，以针对分离器描述的相反方式工作。将每个偏振分量耦合到臂42和52中。臂42和52在将光引导到耦合器20之前产生对极信号。因此，由于产生并接着在耦合器20中被合并的对极信号的相长干涉偏振光信号出现在端口60上，而由于相消干涉，没有信号出现在端口62上。
建立每个端口上输出的信号功率与椭圆率、相对折射率和每个光纤臂中传播常数之间关系的本发明工作原理如下βi=kn11-2Δ(VxVy)12[(RxRy)12+(RyRx)12]12----(1)]]>式中β1是椭圆芯光纤的传播常数。传播常数的偏振校正是Δβxi=-(2Δ)322RxVx----(2)]]>Δβyi=-(2Δ)322RyVy----(3)]]>因此，每种偏振的传播常数由下式给出βxi＝βi+Δβxi(4)βyi＝βi+Δβyi(5)这里x和y是偏振方向，标引i是指第一或第二光纤，Rx和Ry是椭圆纤芯的截面长度和宽度尺寸，k＝2π/λ，式中λ是光信号的波长，Vx和Vy是光纤参数。光纤参数Vx和Vy是k、Rx、Ry、纤芯折射率和纤芯与包层的相对折射率的函数。最后，传播到装置之外的偏振分量信号功率由方程式给出Pxi＝sin2[(Δβxi-Δβx2)Zi](6)Pyi＝sin2[(Δβyi-Δβy2)Zi](7)这里Zi是臂的长度。因此，椭圆率、相对折射率和传播常数是这样选择的，即在给定端口中一个分量的信号功率为0。例如，对于每一偏振分量被引导到第一输出端口之外的信号功率是Px1＝SP1和Py1＝0，其中引出第一端口的信号功率SP1在x方向偏振。对于每一偏振分量被引导到第二输出端口之外的信号功率是Px2＝0和Py2＝SP2，其中，引出第二端口的信号功率SP2在y方向偏振。显然，可以这样选择参数，即y偏振从第一端口引出，而x偏振分量从第二端口引出。理论上，在以上的例子中，臂是这样设计的，即Py1和Px2完全被抵消。然而，实际中，将存在与这些分量相关的可忽略的信号功率。在宽的波长范围内，Px1与Py1之间和Py2与Px2之间相差至少20dB。下面将针对图5更详细地讨论。要着重指出，尽管根据k＝2π/λ项，βxi项具有一定的波长依赖性，但是在方程式(1)至(7)中没有带限制功能或通带滤波功能，当分解偏振光信号时其作用是滤除或除掉光谱信息。
本发明第一实施例的偏振分离器/合并器10可以是任何合适的已知类型，但是图3中通过举例的方式示出一种光纤耦合器实施方案。在该实施例中，第一光波导40和第二光波导50是相位维持(PM)光纤，各自具有椭圆纤芯和包层，正如图2所示。光纤40和50二者均设置在玻璃管中，对玻璃管加热并使其沿光纤坍塌，形成外包层80。对被加热的器件进行拉制以减小其直径，形成渐逝耦合器20和30。然而，应当注意，在分离器/合并器工作的通信系统环境中并不使用PM光纤。
在本发明的另一个不同实施例中，正如这里具体实施和图4所示的，图1中所示的本发明第一实施例的偏振分离器/合并器10可以利用平面耦合器配置实施。耦合器20是通过使第一光波导40和第二光波导50设置成彼此紧密靠近以致于在波导40中传播的模的渐逝场进入波导50而形成的。耦合器30以同样方式形成。在平面耦合器实施方案中，第一光波导40和第二光波导50是相位维持波导，它由具有沉积在基板90上的底包层和波导芯层的晶片形成。波导结构能够利用标准光刻技术形成。然而，相关技术领域的普通技术人员显然知道，利用图4中所示的平面配置能够作出各种改进和变化。例如，可以采用紫外束照射、离子注入或任何合适的技术。光学臂42和52的长度L作为光刻工艺的一部分而实施，如上所述。
图5是本发明的光学器件10的波长不敏感性曲线图。该图表明针对消光比本发明与谐振束分离器件之间的带宽比较。谐振束分离器件具有几纳米至约10纳米的带宽。本发明的光学器件10相对波长独立。在至少100nm的带宽范围内，垂直分量与平行分量之间存在20dB间隔。
在本发明的第二实施例中，正如这里具体实施和图6所示的，揭示一种隔离器/循环器的平面图。对极相位发生器12与半波片110连接。半波片110使入射偏振光信号旋转22.5°。半波片110与非倒易旋转器元件120连接，非倒易旋转器元件120与第二对极发生器14连接，后者又与端口68连接。
对极相位发生器14可以是任何合适的已知类型，但是图中通过举例的方式示出一个马赫-伦德尔器件，它由偏振维持(PM)光纤40和偏振维持(PM)光纤50形成。椭圆纤芯420的椭圆率由长轴rx1＝4μm和短轴ry1＝1μm表征。椭圆纤芯520的椭圆率由长轴rx2＝3.3μm和短轴ry2＝1.2μm表征。光学臂长度44和54约等于1cm。光纤40的纤芯-包层相对折射率Δ1＝2.0％，光纤50的纤芯-包层相对折射率Δ2＝2.0％。对极发生器14与对极发生器12相同并作为合并器工作，如上所述。
非倒易旋转器元件120可以是任何合适的已知类型，但是图中通过举例的方式示出一个使偏振光信号非倒易地旋转45°的法拉第旋转器。如果将旋转后的信号反射返回到元件120，它将被再旋转45°。这一旋转是非倒易的，因为它并不抵消第一次旋转。因此，反射的信号相对于入射光信号将被旋转90°。
以下是隔离器/循环器10的操作，正如图6所示。将随机偏振光信号引导到外部端口60。对极相位发生器12象如上所述的分离器一样工作，使得垂直偏振分量从外部端口64出射，而平行偏振分量从外部端口66出射。半波片110使两个信号旋转45°。非倒易旋转元件还使两偏振分量再旋转45°，信号被输入到对极相位发生器14。对极相位发生器14将垂直和平行分量合并，正如以上参考本发明第一实施例所描述的。因此，偏振光信号被引导到端口68中。隔离器的功能保持不想要的反射不通过外部端口60返回传播和不损伤发射器和其它器件。因此，当反射的信号通过法拉第旋转器返回传播时，它被非倒易地旋转，反射的平行分量被引导到外部端口64，而反射的垂直分量被引导到外部端口66。对极相位发生器12产生每个分量的对极信号，使得两个被反射的偏振分量通过相消干涉而抵消，不出现在外部端口60上。
另一方面，对极相位发生器通过相长干涉使垂直和平行分量合并，在端口62上出现具有两种分量的反射的偏振信号。通过在端口62上提供供系统使用的反射信号，这说明了器件10的循环器功能。
在本发明的再一个实施例中，正如这里具体实施和图7所示的，揭示了偏振控制器10的平面图。对极相位发生器12与外部端口64处的臂46和外部端口66处的臂56连接。光学臂46和56分别与第三耦合器130连接。耦合器130与端口68连接。在偏振控制器10中，对极相位发生器12与针对上述第一实施例所描述和图1与2中所示的发生器相同。
在图7中，相位漂移元件14的两个臂46和56包括约0.1mm的弯曲“f”。这一弯曲在臂46与56之间引起180°相位延迟，使来自两个臂46和56的光耦合到外部端口68中。在制备过程中，通过用伺服机构监测从臂56输出的光功率可微调0.1mm弯曲。使臂46和56弯曲直至功率输出等于零为止。注意，第三光学臂46是PM光纤40的一部分。因此，在光纤型式的器件中，臂42和46是由同一纤维制备的，因此具有相同的纤芯、包层和传播常数。
正如这里具体实施和图8所示的，图中示出了通过图7中Y-Y线截取的光学臂56的截面图。光学臂包括椭圆纤芯562的中心在光学臂56的光轴572上的段560，段560与中间段564连接，后者也具有椭圆纤芯566。纤芯566相对于纤芯562绕光轴572旋转45°。段564的长度等于偏振信号的一个拍频长度，并与段568连接，后者也具有椭圆纤芯570。纤芯570与纤芯562对准，不绕光轴572旋转。本领域的技术人员将明白，光学臂56的作用是改变光程长度并对一个拍频长度使信号旋转45°。光学臂56是通过切割PM光纤50并将中间段564拼接到臂56中而制备的。
正如这里具体实施和图9所示的，揭示了偏振控制器的另一个不同的平面实施例。图9详细示出第四光学臂上的加热器元件。它在平面实施例中执行的功能与光纤耦合器实施例中分段的第四臂的功能相同。正如以上针对第一实施例的平面实施方案所讨论的，第一光波导40和第二光波导50是由底包层和波导芯层沉积在基板90上的晶片形成。波导结构能够利用标准光刻技术形成。然而，相关技术领域的普通技术人员显然明白，在实施图5中所示的平面配置时能够作出各种改进和变化。例如，可以采用紫外束照射、离子注入或任何合适的技术。
为了获得光纤耦合器型式中弯曲和分段的光纤56所产生的相同效果，加热器电极574沉积在臂56附近。本领域的普通技术人员将认识到，当加热时，臂56的折射率按照其dn/dt系数变化。折射率的变化导致光程长度的变化，在波导中传播的信号的相位被改变。在这种情况下，选择第四光学臂的材料，对一个拍频长度使给定信号旋转45°，在臂46与臂56之间引起180°延迟。
图7-9中所示的偏振控制器工作如下。将随机偏振光信号引导到端口60。对极相位发生器12按照以上针对第一实施例描述的分离器工作，使得垂直偏振分量退出耦合器30并被引导到第三光学臂46。以类似的方式，平行偏振分量退出耦合器30并被引导到第四光学臂56。垂直分量在第三光学臂46中传播并被引导到耦合器130。平行偏振分量在光学臂56中传播，在光纤耦合器实施例中被中间段546旋转45°，或者在平面实施例中被加热器旋转45°。由于相长干涉，垂直偏振光信号在外部端口68退出偏振控制器。因此，偏振控制器取随机偏振光信号并输出具有已知偏振的光信号。
对本领域专业人员而言，显然能够对本发明作出各种改进和变化而不偏离本发明的精神和范围。因此，希望本发明覆盖在所附权利要求书及其等效情况中提供的本发明的改进和变化。
权利要求
1.一种引导偏振光信号的光学器件，所述偏振光具有第一偏振分量和第二偏振分量，所述第一偏振分量和第二偏振分量是所述偏振光信号的相互正交的偏振分量，所述光学器件包括第一端口、第一分量端口和第二分量端口，其特征在于所述光学器件包括与第一端口、第一分量端口和第二分量端口连接的对极相位发生器，用于产生有选择地与第一偏振分量干涉的第一对极相位信号和有选择地与第二偏振分量干涉的第二对极相位信号，由此存在某种关系，其中偏振光信号在第一端口中传播，第一偏振分量在第一分量端口中传播，第二偏振分量在第二分量端口中传播，光谱信息没有明显损失。
2.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于将偏振光信号通过第一端口引导到光学器件中并被对极相位发生器分解成第一偏振分量和第二偏振分量，使第一偏振分量被引出第一分量端口，第二偏振分量引出第二分量端口。
3.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于第一偏振分量被引导到第一分量端口中而第二偏振分量被引导到第二分量端口中，并被对极相位发生器合并，由此形成偏振光信号并从第一端口引出。
4.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于偏振光信号、第一偏振分量和第二偏振分量被引出光学器件时具有至少100nm的带宽。
5.如权利要求4所述的光学器件，其特征在于第一偏振分量和第二偏振分量被引出光学器件时，带宽内具有至少20dB的消光比。
6.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于对极相位发生器是第一马赫-伦德尔装置。
7.如权利要求6所述的光学器件，其特征在于第一马赫-伦德尔装置进一步包括与第一端口和第一分量端口连接并具有第一椭圆芯、第一相对折射率和第一传播常数的第一臂；以及与第二分量端口连接并具有不同于第一椭圆芯的第二椭圆芯、不同于第一相对折射率的第二相对折射率和不同于第一传播常数的第二传播常数的第二臂，其中产生一路径长度差，产生第一对极相位信号和第二对极相位信号。
8.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第一臂具有第一预定长度、第一预定平行偏振常数和第一预定垂直偏振常数，引起第二偏振分量相移偶数倍π弧度，而第一偏振分量相移奇数倍π弧度。
9.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第一椭圆芯具有约4μm的第一尺寸和约1μm的第二尺寸。
10.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第一相对折射率约等于2.0％。
11.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第二臂具有第二预定长度、第二预定平行偏振常数和第二预定垂直偏振常数，引起第一偏振分量相移偶数倍π弧度，而第二偏振分量相移奇数倍π弧度。
12.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第二椭圆芯具有约3.3μm的第一尺寸和约1.2μm的第二尺寸。
13.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第二相对折射率约等于2.0％。
14.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于光学器件包括平面基板。
15.如权利要求14所述的光学器件，其特征在于第一臂和第二臂进一步包括第一耦合区，其中第一臂和第二臂各具有一个在所述第一耦合区中约为圆形的芯，由此维持偏振状态；以及第二耦合区，其中第一臂和第二臂各具有一个在所述第二耦合区中约为圆形的芯，由此维持偏振状态。
16.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第一臂和第二臂是相位维持光纤。
17.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于第一马赫-伦德尔装置包括第一光纤耦合器和第二光纤耦合器。
18.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于进一步包括与第二臂连接的第二端口；与第一分量端口和第二分量端口连接的半波片，其中所述半波片使第一偏振分量和第二偏振分量旋转45°；与所述半波片连接的非倒易旋转器元件，用于使第一偏振分量和第二偏振分量非倒易地旋转约45°，其中通过所述非倒易旋转器元件的被反射的第一偏振分量和被反射的第二偏振分量相对于第一偏振分量和第二偏振分量分别旋转90°，由于相消干涉反射的偏振光信号不能在第一端口中传播；以及与所述非倒易旋转器元件连接的第二马赫-伦德尔装置，其中偏振光信号从所述第二马赫-伦德尔装置退出光学器件。
19.如权利要求18所述的光学器件，其特征在于反射的偏振光信号从第二端口出射。
20.如权利要求7所述的光学器件，其特征在于进一步包括与第一分量端口连接的第三光学臂，用于传播第一偏振分量，其中所述第三臂包括第三椭圆芯、第三相对折射率和第三传播常数；与第二分量端口连接的偏振旋转臂，用于使第二偏振分量的偏振状态旋转，以与第一偏振分量的偏振状态相匹配；以及与所述第三光学臂和所述偏振旋转臂连接的耦合器，所述耦合器包括一个输出端口，用于将第一偏振分量或是第二偏振分量引导到所述输出端口中，从而使光学器件输出具有预定偏振状态的光信号。
21.如权利要求20所述的光学器件，其特征在于偏振旋转臂进一步包括具有一光学轴并与第二分量端口连接的第一段，其中所述第一段具有第一段椭圆芯；与所述第一段连接的第二段，其中所述第二段具有相对于所述第一段椭圆芯绕光轴旋转45°的第二段椭圆芯；以及与所述第二段和第三耦合器连接的第三段，其中所述第三段不绕光轴旋转，而与所述第一段椭圆芯对准。
22.如权利要求21所述的光学器件，其特征在于第二光学段的长度等于偏振光信号的拍频长度。
23.如权利要求22所述的光学器件，其特征在于第一马赫-伦德尔装置和耦合器包括利用光纤耦合器实施的集成器件。
24.如权利要求23所述的光学器件，其特征在于第一臂、第二臂、第三臂和偏振旋转臂由偏振维持光纤组成。
25.如权利要求24所述的光学器件，其特征在于第三臂和偏振旋转臂被弯曲一预定距离。
26.如权利要求25所述的光学器件，其特征在于该预定距离约为0.25mm。
27.如权利要求21所述的光学器件，其特征在于第一马赫-伦德尔装置和耦合器包括集成平面器件。
28.如权利要求27所述的光学器件，其特征在于进一步包括设置在偏振旋转臂上的加热器元件，其中通过改变偏振旋转臂的光学路径长度，所述加热器元件使第二偏振分量的偏振状态旋转。
29.一种引导偏振光信号的方法，所述偏振光具有第一偏振分量和第二偏振分量，所述第一偏振分量和第二偏振分量是所述偏振光信号的相互正交的偏振分量，所述光学器件包括第一端口、第一分量端口和第二分量端口，其特征在于所述方法包括以下步骤提供一个与第一端口、第一分量端口和第二分量端口连接的对极相位发生器；分别从第一偏振分量和第二偏振分量产生第一对极相位信号和第二对极相位信号；以及有选择地从第一偏振分量减去所述第一对极相位信号和从第二偏振分量减去第二对极相位信号，由此存在某种关系，其中偏振光信号在第一端口中传播，第一偏振分量在第一分量端口中传播，第二偏振分量在第二分量端口中传播，光谱信息没有明显损失。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于有选择地减去步骤进一步包括以下步骤通过第一端口将偏振光信号引导到光学器件中；以及将偏振光信号分解成第一偏振分量和第二偏振分量，并将第一偏振分量引出第一分量端口，将第二偏振分量引出第二分量端口。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于有选择地减去步骤进一步包括以下步骤将第一偏振分量引导到第一分量端口中和将第二偏振分量引导到第二分量端口中；以及将第一偏振分量和第二偏振分量合并，由此形成偏振光信号并将该偏振光信号引出第一端口。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于进一步包括以下步骤提供与光学器件连接的第二端口；提供与第一分量端口和第二分量端口连接的法拉第旋转器组件，其中所述法拉第旋转器组件包括一半波片；提供与所述法拉第旋转器组件连接的第一马赫-伦德尔装置；以及使第一偏振分量和第二偏振分量非倒易地旋转，由此阻止由于相消干涉造成的反射的偏振光信号在第一端口中传播，以及由此引起所述的反射的偏振光信号从所述第二端口退出光学器件。
33.如权利要求30所述的方法，其特征在于进一步包括以下步骤提供与第一分量端口和第二分量端口连接的偏振旋转单元；以及使第二偏振分量的偏振状态旋转以与第一偏振分量的偏振状态相匹配，其中将第一偏振分量或第二偏振分量引出光学器件，使得光学器件具有预定的偏振状态。
全文摘要
利用光纤耦合器(20,30)技术或者平面耦合器技术制备宽带偏振分离器和合并器(10)。装置将宽带光信号分解或合并(10),而光谱信息没有明显损失。使用对极相位发生器(12)将随机偏振光信号分解成供偏振敏感器件使用的相对宽带偏振分量。光学器件利用偏振保持光纤或波导制备,但是希望用在采用非偏振保持光纤的系统中。偏振分离器/合并器还被用作隔离器/循环器和偏振控制器(10)的基础。偏振控制器(10)将随机偏振光信号转换为具有已知和限定偏振状态的信号。
文档编号G02B6/12GK1347510SQ00804290
公开日2002年5月1日 申请日期2000年1月27日 优先权日1999年2月26日
发明者N·F·伯瑞里, D·A·诺兰, M·J·雅德劳斯基 申请人:康宁股份有限公司