[發明專利]單一自由度光纖環退偏方法

無效

• 申請號: 200910200510.2
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101726799A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 王春華;李力;王廷云;宋巖;魏碩;任倩倩
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種針對不同偏振輸入光，通過對單一參量(自由度)的調節實現退偏的方 法，特別是一種利用單模光纖耦合器和單模光纖構成的光纖環，通過耦合器分光比的優化設 計；調節環內光纖盤繞，使光纖的彎曲和扭轉引起的雙折射效應來實現偏振轉換的半波片效 應；針對不同偏振態的輸入光，通過光纖環的扭轉實現光的退偏的方法。

背景技術

偏振隨機擾動是長期困擾高碼率光通信和光傳感系統的問題。在光通信系統中表現為光 的偏振色散、偏振損耗等效應，而在光傳感系統中則表現為由偏振擾動引起的偏振纖維噪聲 和偏振衰落問題。

光退偏技術是解決偏振擾動和偏振相關問題的主要方法。目前的退偏器技術主要采用 Lyot退偏方法。Lyot退偏器主要由采用雙折射晶體或雙折射光纖構成，需要精確地準直和 調節。Lyot退偏器雖然結構簡單，但由于受雙折射晶體或光纖的長度限制，退偏一般只對寬 光譜光源有效，即被退偏光的相干長度很小，不適合光纖通信系統和干涉臂不等長的光纖傳 感系統。

Shen?P.Palais于1998年提出了光纖環退偏的方案。在Shen?P.Palais提出的方案 中，針對不同偏振態的輸入光，通過調節光纖環內的偏振轉換矩陣來實現光的退偏。因此針 對不同偏振態的輸入光，環內的偏振狀態的調整必須是在全偏振態空間內任意的。而要實現 全偏振態空間的任意可調，需要有三個自由度。這三個自由度調節的實現可通過接在光纖環 內的偏振控制器來實現。在實際應用中，由于三個自由度同時調整，調整地結果需要使光纖 環的偏振轉換的旋轉矢量與入射光的偏振態矢量相互垂直。因此實際應用中，針對不同的入 射光偏振態，對光纖環的偏振轉換進行三個自由度調的調節，在實際使用時非常不便，且穩 定性差。

本發明內容是通過預先設計光纖環內部的偏振轉換特性，使其具有半波片的工作特性， 并優化設計光纖環中耦合器的耦合系數，由此降低光纖環退偏器在使用過程中的調節自由度 至一維，即在使用中只需調節一個變量即可實現對不同輸入偏振態光的退偏。

發明內容：

本發明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種單一自由度光纖環退偏方法，通 過對光纖環中光纖的盤繞引起的光纖彎曲雙折射和扭轉雙折射，使光纖環內光纖的偏振轉換 具有半波片的工作特性，并通過固定手段使該特性保持不變。由此使光纖環的工作特性表現 為兩偏振態分離的工作特性。光纖環將輸入光在兩個偏振方向上，將光分為兩組。并且可優 化設計耦合器的系數，使兩組光強度相等，以及設計光纖環的環長大于被退偏光源的相干長 度，使得所有分解光分量之間互不相干。通過調節光纖環的整體扭轉角度，可以改變兩組光 偏振態相對位置，當入射光偏振態矢量與光纖環偏振轉換矢量相互垂直時，被分解的兩組光 的偏振態則相互正交，由此實現光的退偏。對任意偏振態的光，都存在一個扭轉角度，實現 光的退偏。本方法將原有光纖環退偏器的調節自由度由三維降至一維，即使用中只需調節一 個參量即可實現對不同輸入偏振態光的退偏。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種單一自由度光纖環退偏方法，其特征在于：退偏器由長度大于被退偏光相干長度的 單模光纖環和2×2單模光纖耦合器構成，在不考慮光纖環和耦合器損耗情況下，光纖耦合器 的優化分光比為1∶2；環中的光纖通過特殊盤繞方法，使光纖由彎曲和扭轉引入的雙折射效 應具有半波片的偏振轉換效應。光纖環將輸入光分解為直通光及不同循環次數的光分量，光 纖環具有將輸入光進行偏振分解的功能，其中直通光和偶數次循環的光分量具有相同的偏振 態，而奇數次循環的光分量具有相同的偏振態。1∶2的耦合器分光比可實現兩組光的功率相 等。對任何不同偏振態的輸入光，通過扭轉光纖環的角度，則可使這兩個偏振態正交，實現 光的退偏。

光纖環的內部結構和半波片的偏振轉換效應，在調節使用過程中保持不變，唯一的自由 度是光纖環的扭轉角度。

通過調節光纖環的扭轉角度，實現任意偏振態輸入光的退偏。在180度的調節范圍中， 存在兩個全退偏點。

通過在光纖環前面接入偏振控制器，實現全偏振度可調退偏器，偏振度調節范圍為0到 100％，調節通過扭轉光纖環實現，在180度的扭轉調節范圍內，存在兩個0到100％的偏 振度調節周期。

不考慮光纖及光纖耦合器損耗條件下，光耦合器分光比優化值為1∶2；而考慮光纖環中 光纖的損耗及光纖耦合器的損耗時需要對耦合器的分光比進行調節。