[發明專利]一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置及方法

在審

• 申請號: 202210255485.3
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114527586A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 蔡鑫倫;林艷梅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02F1/035;G02F1/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，包括設置在鈮酸鋰薄膜(1)上的第一光耦合器(2)、第一偏振分束旋轉器(3)、偏振測量部件(4)、2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)、偏振控制系統(6)和鈮酸鋰光波導(7)，其中：

任意輸入偏振光經過所述第一光耦合器(2)進入鈮酸鋰光波導(7)后，經所述第一偏振分束旋轉器(3)轉化為TE偏振光；

所述偏振測量部件(4)對TE偏振光進行能量檢測，并將檢測結果傳輸到偏振控制系統(6)；

所述偏振控制系統(6)根據偏振測量部件(4)的檢測結果，計算輸入偏振光的偏振態，以及輸入偏振光與目標輸出偏振光之間的傳輸矩陣，根據傳輸矩陣計算得到電壓控制值，再對所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)施加相應電壓，控制TE偏振光在2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)兩臂的分布實現偏振控制。

2.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述偏振測量部件(4)包括用于檢測鈮酸鋰波導中TE偏振光的能量的第一分光器(401)、用于監測TE偏振光的偏振態的第一光電探測器(402)，以及2×2多模干涉儀(403)；其中，所述第一光電探測器(402)倒裝焊接在第一分光器(401)的輸出光柵上方，或，所述第一光電探測器(402)通過異質集成技術在第一分光器(401)的輸出光柵上方制備；所述第一光電探測器(402)通過金屬引線與偏振控制系統(6)連接。

3.根據權利要求2所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述第一分光器(401)包括定向耦合器或1×2多模干涉儀。

4.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述偏振控制系統(6)包括依次連接的模數轉換器(601)、FPGA控制板(602)和數模轉換器(603)，所述模數轉換器(601)的輸入端與所述偏振測量部件(4)的輸出端連接，所述數模轉換器(603)的輸出端與所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)的電壓控制端連接。

5.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)為n級2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)，其中n≥2。

6.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)的移相臂之間以及所述移相臂的兩側分別設置有金屬電極(8)，所述金屬電極(8)通過金屬引線與偏振控制系統(6)連接。

7.根據權利要求1所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)的輸出端設置有第二偏振分束旋轉器(9)和第二光耦合器(10)；經所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)偏振調制輸出的偏振光經過第二偏振分束旋轉器(9)進行合束后，經所述第二光耦合器(10)進行輸出。

8.根據權利要求7所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)的輸出端還設置有用于檢測輸入光的能量在所述2×2馬赫曾德爾干涉儀的移相臂中分布的第二分光器(11)和第二光電探測器(12)，所述第二分光器(11)的輸出端與第二光電探測器(12)的輸入端連接，所述第二光電探測器(12)的輸出端通過金屬引線與偏振控制系統(6)連接。

9.根據權利要求1～8任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，所述偏振控制裝置還包括襯底，所述鈮酸鋰薄膜(1)設置在襯底上。

10.一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制方法，應用于權利要求1～9任一項所述的基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，其特征在于，包括以下步驟：

對經第一光耦合器(2)輸入的任意偏振態的光信號采用第一偏振分束旋轉器(3)轉化為TE偏振光；

采用偏振測量部件(4)對在鈮酸鋰光波導(7)傳輸的TE偏振光進行能量檢測，并將檢測結果傳輸到偏振控制系統(6)；

所述偏振控制系統(6)根據偏振測量部件(4)的檢測結果，計算輸入偏振光的偏振態，以及輸入偏振光與目標輸出偏振光之間的傳輸矩陣，根據傳輸矩陣計算得到電壓控制值，再對所述2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)施加相應電壓，控制TE偏振光在2×2馬赫曾德爾干涉儀(5)兩臂的分布實現偏振控制。