[發明專利]一種自然偏振態單波長光源及方法

在審

• 申請號: 201210308243.2
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102842844A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 陳國梁;張先明;宋強;蔣祺;梅里
• 申請（專利權）人: 常州奧鐳光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 曾少麗

技術領域

本發明涉及到光學領域，特別涉及一種具有自然偏振態、單波長光源及方法。

背景技術

通常的半導體激光器、光纖激光器等光源均具有很高的線偏振度。光信號在光纖內傳輸過程中，由于光纖纖芯結構上不可避免的微小不對稱性、折射率分布的不均勻性、外部或內部的橫向應力的不對稱性，以及光纖的扭轉、彎曲或外加的電磁場會導致光纖具有雙折射效應，從而導致線偏振光在光纖中傳輸一段距離后其偏振方向及偏振度都會發生隨機的變化。^[1]在高速光纖通信、光纖傳感以及光纖陀螺儀等應用中，光信號偏振態的隨機改變會引起偏振色散、偏振損耗、偏振衰落等效應，要求光源具備自然偏振態的特性。因此光源的退偏技術是解決偏振相關問題的主要方法。

現在常用的方法是用光纖退偏器對偏振光場進行消偏處理來獲取自然偏振光，這種方法適用于寬光譜光源，而且會使光源結構更加復雜。本發明提出一種利用光柵反射反饋自發輻射光源來直接獲得自然偏振態的單波長光源，無需后端的退偏器。

現有技術一：使用Lyot型退偏器對光場進行消偏。

Lyot型退偏器是用兩段長度比2：1的高雙折射保偏光纖以主軸相差45°對接而成。這種消偏器的基本原理是，這兩段光纖引入的偏振色散以及這兩個偏振色散的差都要遠大于光源的相干時間。因此，這種消偏器僅適用于使用有低時間相干性的寬帶光源。實現退偏的兩個條件，一是出射光映射到兩個正交軸上的電場強度要相等，二是保證光纖足夠長,使輸出x、y方向的電場Ex、Ey的延時差遠大于相干時間，兩正交電場完全不相干。^[2]

Lyot型退偏器對寬帶光源比較有效，但對窄帶光源就需要很長的高雙折射光纖，這樣既不緊湊也不實際。

現有技術二：使用級聯光纖環形退偏器對光場進行消偏。

^[2]單級光纖環是由一個2×2的定向耦合器制作而成的，如圖1所示，定向耦合器的2端口和4端口相連接組成了一個光纖循環延遲線。

對單級光纖環來說，當輸入光經過不同循環光路后，如果滿足其輸出各個光束彼此不相干且輸出偏振態呈現均勻分布時，輸出光即可退偏，但由于輸出光分量并不是很多，且真正起退偏作用的也不多，性能很不穩定，必須加以精確調節才能達到想要的退偏度。級聯更多的光纖環，通過循環光路得到更多的大量彼此不相干且偏振態和光強度各不相同的輸出光束，就能進一步滿足退偏條件，雖然偏振度可以迅速降低，穩定性也可進一步增加，不過仍有一定的概率產生較高偏振度的輸出光。如圖2所示：

單級光纖延遲環輸出光場偏振度依賴于入射光偏振態和延遲線的雙折射參數，隨機性很大。達到理想的退偏效果至少需要8級以上，結構復雜。

現有技術三：光纖自發輻射（ASE）光源。

光纖ASE光源是利用增益光纖的自發輻射放大作為輸出光。由于自發輻射光具有偏振方向隨機分布的特性，光纖ASE光源具有很低的線偏振度。

光纖ASE光源通常用來產生高功率的平坦寬光譜輸出，有單程前向輸出、單程后向輸出、雙程前向輸出、雙程后向輸出、雙級泵浦等結構^[3]。圖3為單程前向輸出結構簡圖：

泵浦源通過耦合器為增益光纖提供泵浦光，增益光纖中產生自發輻射，正向傳輸的自發輻射光通過偏振無關隔離器后輸出。

光纖ASE光源為寬帶光源，單波長功率密度不高，能量轉換效率低下。

現有技術四：超輻射發光二極管(SLD/SLED)光源。

超輻射發光二極管(SLD/SLED)是與半導體激光光源類似的一種介于激光二極管和發光二極管之間的半導體光源。

SLD是一種對自發輻射進行放大的單程增益器件。在正向電流注入下，量子阱有源區內的載流子發生粒子數反轉，電子從導帶躍遷到價帶，與空穴復合釋放出光子。這種自發輻射的光子在腔體中傳播時不斷得到受激放大，但由于腔體的兩個端面的反射率都很低，并不會形成諧振腔，不具有選頻作用，所以光子在腔內不會產生反饋諧振，輸出為非相干光，具有光譜寬、功率大的特點。^[4]

超輻射發光二極管(SLD/SLED)效率低、穩定度差，與單模光纖的耦合效率低，而且與光纖ASE光源一樣，具有較大的光譜寬度，不利于在需要單波長或窄光譜的系統中應用。

參考文獻：

[1].劉力，張小康.光纖中傳輸光束的偏振態；

[2].張羽飛，王春華.級聯光纖環形退偏器的統計退偏分析；

[3].李麗.摻鉺光纖光源及其光譜平坦技術的研究；

[4].王正選.超輻射發光二極管。