电控可调偏振分光比的偏振分束器及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偏振分光比可调的偏振分束器及其工作方法，该器件可开发成应用于自由空间和光纤介质的光波器件，属于偏振光学和光波技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，分束器已实现了对光波进行多路的固定分光比或分光比可调的能量分束功能。但这些分束器输出的分束光波是与偏振无关的，即输出光波偏振态是不确定的，不可预计的。而偏振分束器能实现对任意入射光波进行s偏振与P偏振的分波。但目前绝大部分的偏振分束器的能量分光比是固定的，不可调节的。
[0003]目前仅见的一款分光比可粗调的偏振分束器，其分光比是通过手动调节偏振分光镜的旋转角度来实现，偏振分光比的精确调节是比较难控制的且不可预计的。
[0004]为此，我们提出了一种电控可调偏振分光比的偏振分束器，不仅能获得不同能量分光比的P偏振和S偏振的纯态偏振光束输出，而且偏振分光比的动态调节由外控电压实施，分光比调节精度高，连续可调且能预测偏振分光比的大小。
【发明内容】
[0005]本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种电控可调偏振分光比的偏振分束器及其工作方法，实现对偏振分光比的精确调节、连续调节和智能化调节，进而获得特定需求的能量分光比的正交的S偏振(O光)和P偏振(e光)的纯态偏振光束输出，可开发为应用于自由空间领域和光纤技术领域的光波器件。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种电控可调偏振分光比的偏振分束器，包括依次排列的起偏器、液晶盒和偏振分光镜组成的通光光路，所述液晶盒连接外控电压模块。
[0008]进一步，应用于光纤介质时，沿通光光路，在所述起偏器的前部还设有单模光纤输入端和光纤准直器，所述偏振分光镜的后部设有光纤准直器和保偏光纤输出端。
[0009]进一步，所述保偏光纤输出端包括s偏振的保偏光纤输出端和P偏振的保偏光纤输出端。
[0010]—种电控可调偏振分光比的偏振分束器的工作方法，在光纤介质中，包括以下步骤:
[0011]a)由光纤系统传输过来的光波，经由单模光纤输入端和光纤准直器后以平行光形式由光纤介质进入到自由空间中；
[0012]b)自由空间中的入射光波进入起偏器后，光波偏振态以线偏振的形式出现；
[0013]c)线偏振光经过液晶盒的电光效应调制后，输出特定的偏振态光波，其偏振态的形式由外控电压模块外加电压所决定；
[0014]d)该偏振光波随后被偏振分光镜分解成正交的s偏振光束和P偏振光束；
[0015]e)最后s偏振光束和P偏振光束在光纤准直器和的保偏光纤输出端的导引下实现纯态的偏振光束输出。
[0016]进一步，通过控制施加在液晶材料的电压，就可得到具有线性比例关系输出的光波偏振态，
[0017]对液晶材料施加电压，可使液晶产生附加的双折射An ;双折射Δη与施加在液晶上的电压满足以下数学关系:Δη = Antl^f (V)，其中Δ仏为液晶材料在外加电压V = 0，温度为Τ，波长为λ条件下的固定双折射，f(V)为液晶材料随电压变化产生附加双折射变化量的函数关系；
[0018]在电压不超过液晶材料所对应的临界电压时，f(V)具有类线性的数学关系，可表达为f (V) = b-k.V，b，k为不同液晶材料的常数系数；
[0019]当线偏振光波入射到液晶盒后，出射光波的两正交偏振态s偏振成分与P偏振成分之间的相位差为:S =231.1.Λη/λ，其中1，λ分别为液晶材料的长度和入射光波的波长，从液晶盒出射的光波偏振态就由其正交的S偏振成分与P偏振成分之间的相位差δ所决定，由上述原理可知，光波两个正交s和P偏振成分之间的相位差变化正比于外加电压的大小，即δ oc V。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0021]I)通过外控电压能方便实现对偏振分光比的连续调节，具有分光比调节的精确度高、连续调节性好、智能化控制便捷和操作的预测性强等优点。
[0022]2)功能并不针对特定波长，对所有光波波长均能有效。只是在实际制造中，所述的所有器件的工作波长应为同一波长，如若需要应用于指定入射波长，只要将所有器件换用为工作波长为指定波长的器件，工作原理依然有效，适用于自由空间领域与光纤领域，使用范围广。
[0023]3)在实际使用中不需要作任何的光路调整，即插即用，使用便捷且效果明显。
【附图说明】
[0024]附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中:
[0025]图1是电控可调偏振分光比的自由空间偏振分束器的结构示意图。；
[0026]图2是电控可调偏振分光比的光纤偏振分束器的结构示意图。
[0027]图中，I 起偏器；2 液晶盒；
[0028]3--外控电压模块；4--偏振分光镜；
[0029]5--单模光纤输入端；6--光纤准直器；
[0030]7--s偏振的保偏光纤输出端；8--P偏振的保偏光纤输出端。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]实施例1:
[0033]请参阅图1所示，为电控可调偏振分光比的自由空间偏振分束器的结构示意图。本实施案例提供了一种电控可调偏振分光比的自由空间偏振分束器，可实现对任意偏振态的入射光波分解出正交的S偏振和P偏振的纯态偏振光束，且S偏振光束和P偏振光束的能量分光比能通过外加电压控制实现智能且精确的连续可调。如图1所示，电控可调偏振分光比的自由空间偏振分束器由起偏器1、液晶盒2、外控电压模块3和偏振分光镜4等组成，其相互连接关系为:起偏器1、液晶盒2和偏振分光镜4依次排列形成通光光路。
[0034]起偏器:采用市售的自由空间偏振片或光纤偏振器。其功能是将入射光波(任意状态下的偏振光或自然光)转变成线偏振光。
[0035]液晶盒:其功能相当于一个可变波片。波片的物理功能是实现对偏振光的偏振态进行调节变换。可变波片能实现对偏振光的偏振态的连续调节变换。本发明中的液晶盒的等效物理功能就是电控波片。对液晶材料施加电压，可使液晶产生附加的双折射An。附加双折射Δη与施加在液晶上的电压满足以下数学关系:Λη = Δη0.f (V) ο其中Δη。为液晶材料在外加电压V = 0，温度为Τ，波长为λ条件下的固定双折射。f(V)为液晶材料随电压变化产生附加双折射变化量的函数关系。在电压不超过液晶材料所对应的临界电压时，f(V)具有类线性的数学关系，可表达为f (V) = b-k.V0 b，k为不同液晶材料的常数系数。当线偏振光波入射到液晶盒后，出射光波的两正交偏振态s偏振成分与P偏振成分之间的相位差为:δ = 2 JT.1.Δη/λ。其中1，λ分别为液晶材料的长度和入射光波的波长。从液晶盒出射的光波偏振态就由其正交的s偏振成分与P偏振成分之间的相位差δ所决定。由上述原理可知，光