专利名称：输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种针对任意输入光偏振态退偏器，使用中无需任何调节的双光纤环级联退偏器的实现，特别是一种利用单模光纤耦合器和单模光纤构成的光纤环，通过耦合器分光比的优化设计；调节环内光纤盘绕，使光纤的弯曲和扭转引起的双折射效应来实现偏振转换的半波片效应；通过调节两个光纤环的线双折射效应的主轴方位角，使两光纤的偏振转换矢量相互正交，即可实现对任意偏振态输入光的退偏。
背景技术：
偏振随机扰动是长期困扰高码率光通信和光传感系统的问题。在光通信系统中表现为光的偏振色散、偏振损耗等效应，而在光传感系统中则表现为由偏振扰动引起的偏振纤维噪声和偏振衰落问题。光退偏技术是解决偏振扰动和偏振相关问题的主要方法。目前的退偏器技术主要采用Lyot退偏方法。Lyot退偏器主要由采用双折射晶体或双折射光纤构成，需要精确地准直和调节。Lyot退偏器虽然结构简单，但由于受双折射晶体或光纤的长度限制，退偏一般只对宽光谱光源有效，即被退偏光的相干长度很小，不适合光纤通信系统和干涉臂不等长的光纤传感系统。Shen P. Palais于1998年提出了光纤环退偏的方案。在Shen P. Palais提出的方案中，针对不同偏振态的输入光，通过调节光纤环内的偏振转换矩阵来实现光的退偏。 因此针对不同偏振态的输入光，环内的偏振状态的调整必须是在全偏振态空间内任意的。 而要实现全偏振态空间的任意可调，需要有三个自由度。这三个自由度调节的实现可通过接在光纤环内的偏振控制器来实现。在实际应用中，由于三个自由度同时调整，调整地结果需要使光纤环的偏振转换的旋转矢量与入射光的偏振态矢量相互垂直。因此实际应用中，针对不同的入射光偏振态，对光纤环的偏振转换进行三个自由度调的调节，在实际使用时非常不便，且稳定性差。M. Martinelli提出了双光纤环级联的退偏方法。该方法采用两个光纤环的级联来实现对输入光的退偏，但其在两个光纤环内各自分别插入了一个偏振控制器，以实现所需的光纤环偏振转换。由于每个偏振控制器不仅有三个自由度，而且体积大，偏振态稳定性较差，因此使用过程中极为不便。本发明内容是通过预先设计光纤环内部的偏振转换特性，使其具有半波片的工作特性，并优化设计光纤环中耦合器的耦合系数。按照此方法设计的级联光纤环级联退偏器可以对任意偏振态的光实现退偏，且使用过程中无需偏振调节，光线环内无需偏振控制调节，因此器件体积小，稳定性高，此外相对于Lyot型退偏器，光纤环退偏器可以实现窄光谱光源的退偏。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，无需任何偏振控制或偏振调节，对任意输入光偏振态退偏，集成度高，稳定性好。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，由两个光纤环级联构成，即一个光纤环的任意一个光纤端口与另一光纤环的任意一个光纤端口熔接构成。其特征在于每个光纤环由一段长度大于被退偏光相干长度的单模光纤和一个2X2单模光纤耦合器构成。环中的光纤通过盘绕，使光纤由弯曲和扭转引入的双折射效应具有半波片的偏振转换效应。光纤环将输入光分解为直通光及在环内循环不同次数的光分量，光纤环具有将输入光进行偏振分解的功能，其中直通光和偶数次循环的光分量具有相同的偏振态，而奇数次循环的光分量具有相同的偏振态。当光纤环内耦合器的分光比为1 :2时，实现两组偏振分离的光功率相等。将按上述方法实现的两个光纤环分别固定在模盘上，以保持偏振转换特性的稳定。 两光纤环级联熔接后，扭转两个光纤环模盘，使两光纤环的偏振转换矢量相互垂直正交，即可实现对任意偏振态输入光的退偏。光纤环环长设计时，针对输入光源的相干长度L。，两光纤环环长L1和L2要满足 K+ 4 -C^i +^'4)1 > 4-的原则，以实现被分解光分量之间互不相干。不考虑光纤及光纤耦合器损耗条件下，构成光纤环的光纤耦合器的分光比优化值为1 :2 ；而考虑光纤环中光纤的损耗及光纤耦合器的损耗而需要对耦合器的分光比进行调节。器件使用的光纤为一般单模光纤。构成器件的光纤环内光纤的偏振转换具有半波片性质，半波片性质的偏振转换特性是由光纤弯曲引入的线性双折射效应实现。实现的器件在使用中无需任何调节，可实现对任意偏振态输入光的退偏。在具体实现发明方法要求的光纤环时，保证光纤环内光纤绕圈的偏振转换效应具有半波片偏振转换性质是退偏实现的关键。保证光纤绕圈的偏振转换效应具有半波片性质的检测，可以通过旋转绕制好光纤绕圈，监测输出光的偏振态的变化轨迹的方法实现。 具体为当光纤绕圈绕光纤传播方向为轴旋转180°时，输出光偏振态轨迹在庞加球面上为一个8字形轨迹。当8字形轨迹的两个圆重合时，光纤绕圈则具有理想的半波片的性质； 当8字形轨迹缩小至一个点时，光纤绕圈的偏振转换为全波片性质；当8字形轨迹的两个圆的夹角为90°时，为1/4波片性质。本发明与现有技术相比，具有如下的突出实质性特点和显著优点
(1)利用光纤环内部光纤弯曲引入的线性双折射效应，实现环内光纤具有半波片的偏振转换特性。通过调节两个光纤环的相对位置，当两个光纤环的偏振转换的旋转矢量相互正交时，即可实现对任意偏振光的退偏。(2)可实现对任意偏振态的光实现退偏。(3)使用过程中，无需任何偏振控制或调节。(4)光线环内除光纤之外无需插入其它偏振控制器件，因此器件体积小，稳定性尚；
(5)相对Lyot型光纤退偏器，双光纤环级联退偏可以实现窄光谱光源的退偏。
图1是本发明双光纤环级联退偏器的结构原理图。图2是双光纤环级联退偏器的调试系统框图。图3是双光纤环级联退偏器退偏原理在庞加球上的几何表示。图4是光纤环1和光纤环2级联后将偏振态为A的输入光的偏振态分解为偏振态分别为A，A’、B、B’的四组光的几何表示；其中，A对应于m、η都是偶数的光分量，Α’对应于m为偶数、η为奇数的光分量、B对应于m为奇数、η为偶数的光分量、B’对应于m、η都是奇数的光分量。图5是检测光纤环内的光纤绕圈具有半波片特性的检测系统。图6是不同光纤绕圈的双折射特性时，旋转光纤绕圈180°，输出光偏振态的变换轨迹。当8字形变化轨迹的两个圆重合时，表明绕制的光纤绕圈具有半波片性质。本发明的原理如下光纤环退偏器的原理结构如图1所示。环内光纤为长度大于被退偏光相干长度的单模光纤。光纤按下述原理要求盘绕并固定在模盘上。光纤绕圈由于弯曲和扭转引起的双折射效应可表示为
权利要求
1.一种输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，由两个光纤环(1、幻级联构成，即光纤环1的任意一个端口光纤与光纤环2的任意一个端口光纤熔接构成，其特征在于每个光纤环(1，2 )由一段长度大于被退偏光相干长度的单模光纤和一个2 X 2单模光纤耦合器(5， 6)构成；环中的光纤通过多圈盘绕，使光纤由弯曲和扭转引入的双折射效应具有半波片的偏振转换效应；光纤环将输入光分解为直通光及在环内循环不同次数的光分量，光纤环具有将输入光进行偏振分解的功能，其中直通光和偶数次循环的光分量具有相同的偏振态， 而奇数次循环的光分量具有相同的偏振态；当光纤环内耦合器的分光比为1 :2时，实现两组偏振分离的光功率相等；将按上述方法实现的两个光纤环分别固定在模盘(3，4)上，以保持偏振转换特性的稳定；两光纤环级联熔接后，扭转两个光纤环模盘，使两光纤环的偏振转换矢量相互垂直正交，即可实现对任意偏振态输入光的退偏。
2.根据权利要求1所述的输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，其特征在于针对输入光源的相干长度L。，两光纤环的环长L1和L2要满足K+ 4 -C^i +^'4)1 > 4的原则，其中，m，n， b为自然数，但不同时为零，以实现被分解光分量之间互不相干。
3.6.根据权利要求1所述的输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，其特征在于不考虑光纤及光纤耦合器损耗条件下，构成光纤环的光纤耦合器的分光比优化值为1 :2 ；而考虑光纤环中光纤的损耗及光纤耦合器的损耗而需要对耦合器的分光比进行调节。
4.根据权利要求1所述的输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，其特征在于器件使用的光纤为一般单模光纤。
5.根据权利要求1所述的输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器，其特征在于保证光纤环内光纤绕圈的偏振转换效应具有半波片偏振转换性质是退偏实现的关键；保证光纤绕圈的偏振转换效应具有半波片性质的检测是通过旋转绕制好光纤绕圈，监测输出光的偏振态的变化轨迹当光纤绕圈绕光纤传播方向为轴旋转180。时，输出光偏振态轨迹在庞加球面上为一个8字形轨迹；当8字形轨迹的两个圆重合时，光纤绕圈则具有理想的半波片的性质；当8字形轨迹缩小至一个点时，光纤绕圈的偏振转换为全波片性质；当8字形轨迹的两个圆的夹角为90。时，为1/4波片性质。
全文摘要
本发明涉及输入偏振态无关的双光纤环级联退偏器。该退偏器由两个光纤环级联构成，即由一个光纤环的任意一个端口光纤与另一光纤环的任意一个端口光纤熔接构成。其特征在于每个光纤环由一段长度大于被退偏光相干长度的单模光纤和一个2×2单模光纤耦合器构成。环中的光纤通过多圈盘绕，使光纤由弯曲和扭转引入的双折射效应具有半波片的偏振转换效应。光纤环将输入光分解为直通光及在环内循环不同次数的光分量，光纤环具有将输入光进行偏振分解的功能，其中直通光和偶数次循环的光分量具有相同的偏振态，而奇数次循环的光分量具有相同的偏振态；当光纤环内耦合器的分光比为12时，实现两组偏振分离的光功率相等；将按上述方法实现的两个光纤环分别固定在模盘上，以保持偏振转换特性的稳定；两光纤环级联熔接后，扭转两个光纤环模盘，使两光纤环的偏振转换矢量相互垂直正交，即可实现对任意偏振态输入光的退偏。
文档编号G02B6/255GK102162878SQ20111013652
公开日2011年8月24日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者李力, 王佳世, 王廷云, 王春华, 范为杰, 郝文月 申请人:上海大学