[發(fā)明專利]一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114527586A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡鑫倫;林艷梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 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(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明涉及光通訊技術(shù)領(lǐng)域，提出一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置及方法，其中包括設(shè)置在鈮酸鋰薄膜上的第一光耦合器、第一偏振分束旋轉(zhuǎn)器、偏振測量部件、2×2馬赫曾德爾干涉儀、偏振控制系統(tǒng)和鈮酸鋰光波導(dǎo)。任意輸入偏振光經(jīng)過第一光耦合器進(jìn)入鈮酸鋰光波導(dǎo)后，經(jīng)第一偏振分束旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)化為TE偏振光；偏振測量部件對TE偏振光進(jìn)行能量檢測，并將檢測結(jié)果傳輸?shù)狡窨刂葡到y(tǒng)；偏振控制系統(tǒng)根據(jù)偏振測量部件的檢測結(jié)果，計(jì)算輸入偏振光的偏振態(tài)，以及輸入偏振光與目標(biāo)輸出偏振光之間的傳輸矩陣，根據(jù)傳輸矩陣計(jì)算得到電壓控制值，再對2×2馬赫曾德爾干涉儀施加相應(yīng)電壓，控制TE偏振光在2×2馬赫曾德爾干涉儀兩臂的分布實(shí)現(xiàn)偏振控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通訊技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置及方法。

背景技術(shù)

偏振態(tài)是光的基本特性之一，在光通信系統(tǒng)中具有極其重要的作用。例如，利用偏振復(fù)用技術(shù)可以有效提高傳輸容量。在相干光通信系統(tǒng)中，通常需要采用復(fù)雜的數(shù)字信號處理來補(bǔ)償光纖中偏振態(tài)的快速變化。在未來超高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，僅依靠數(shù)字信號處理來進(jìn)行偏振態(tài)補(bǔ)償將是一個難題。而一個具有無限偏振態(tài)轉(zhuǎn)化范圍的高性能自動偏振控制裝置則可以跟蹤和穩(wěn)定接收端的偏振態(tài)，顯著緩解數(shù)字信號處理的壓力，簡化其算法及降低功耗。

目前為止，大多數(shù)偏振控制裝置基于機(jī)械旋轉(zhuǎn)波片或光纖線圈，或基于液晶器件、光纖和壓電致動器結(jié)合、波片和磁光晶體結(jié)合。前者的控制速度很慢，且會因機(jī)械振動而引入不穩(wěn)定性；后者可以實(shí)現(xiàn)較高的控制速度，但由于依賴體光學(xué)元件，其控制速度被限制在毫秒或微秒級。

鈮酸鋰是目前最成熟的調(diào)制器材料之一，具有飛秒量級響應(yīng)的線性電光效應(yīng)。在鈮酸鋰光波導(dǎo)上施加電場即可改變光的偏振態(tài)，其偏振控制速度可達(dá)納秒量級。盡管鈮酸鋰器件在快速偏振控制方面具有吸引力，但這些器件的性能已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)鈮酸鋰波導(dǎo)所能支持的物理極限。現(xiàn)有的鈮酸鋰偏振控制裝置在體積上仍然很笨重(大于5厘米)，驅(qū)動電壓也很高(超過100V)，如基于鈦擴(kuò)散鈮酸鋰的偏振控制器，這些嚴(yán)重限制了它們在通信和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中偏振控制的控制速度慢、不穩(wěn)定性高、設(shè)備體積大的缺陷，提供一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于薄膜鈮酸鋰的偏振控制裝置，包括設(shè)置在鈮酸鋰薄膜上的第一光耦合器、第一偏振分束旋轉(zhuǎn)器、偏振測量部件、2×2馬赫曾德爾干涉儀、偏振控制系統(tǒng)和鈮酸鋰光波導(dǎo)。

其中，任意輸入偏振光經(jīng)過所述第一光耦合器進(jìn)入鈮酸鋰光波導(dǎo)后，經(jīng)所述第一偏振分束旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)化為TE偏振光；所述偏振測量部件對TE偏振光進(jìn)行能量檢測，并將檢測結(jié)果傳輸?shù)狡窨刂葡到y(tǒng)；所述偏振控制系統(tǒng)根據(jù)偏振測量部件的檢測結(jié)果，計(jì)算輸入偏振光的偏振態(tài)，以及輸入偏振光與目標(biāo)輸出偏振光之間的傳輸矩陣，根據(jù)傳輸矩陣計(jì)算得到電壓控制值，再對所述2×2馬赫曾德爾干涉儀施加相應(yīng)電壓，控制TE偏振光在2×2馬赫曾德爾干涉儀兩臂的分布實(shí)現(xiàn)偏振控制。

作為優(yōu)選方案，所述偏振測量部件包括用于檢測鈮酸鋰波導(dǎo)中TE偏振光的能量的第一分光器、用于監(jiān)測TE偏振光的偏振態(tài)的第一光電探測器，以及2×2多模干涉儀；其中，所述第一光電探測器倒裝焊接在第一分光器的輸出光柵上方，或，所述第一光電探測器通過異質(zhì)集成技術(shù)在第一分光器的輸出光柵上方制備；所述第一光電探測器通過金屬引線與偏振控制系統(tǒng)連接。

作為優(yōu)選方案，所述分光器包括定向耦合器或1×2多模干涉儀。

作為優(yōu)選方案，所述偏振控制系統(tǒng)包括依次連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA控制板和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述偏振測量部件的輸出端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述2×2馬赫曾德爾干涉儀的電壓控制端連接。

作為優(yōu)選方案，所述2×2馬赫曾德爾干涉儀為n級2×2馬赫曾德爾干涉儀，其中n≥2。