專利名稱：光纖偏振控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖偏振操作裝置，更具體地涉及一種通過使用短段雙折射光纖作為波片而在尺寸上很緊湊的光纖偏振控制器。
光波是由電場和磁場組成的電磁波。當(dāng)它傳播時，這些電場和磁場在垂直于傳播方向的一橫平面上振動，具有一特定的振動圖形。通常，偏振是平行于電場矢量E的一場。因此，偏振狀態(tài)被稱之為在該橫平面上的電場的振動圖形。該偏振狀態(tài)依據(jù)該方向和電場矢量E的兩相互正交分量的矢量分解成三個種類，該三個種類分別為線性、圓、和橢圓偏振。
當(dāng)光傳播通過在兩正交本征的軸之間具有不同的折射率的一雙折射介質(zhì)時，該偏振狀態(tài)被改變。雙折射量，或折射率差是材料自身的特性，然而它會受到外部微擾例如應(yīng)力、變形和溫度的影響。由于其非晶性質(zhì)、石英材料是固有地?zé)o雙折射的。然而，由于內(nèi)應(yīng)力以及非圓對稱幾何學(xué)，由石英制成的光纖趨向于呈現(xiàn)不可忽略的雙折射。外部的橫向應(yīng)力或彎曲也可感生其它的雙折射。由經(jīng)常是非確定的外部微擾所造成的雙折射的改變可導(dǎo)致光纖應(yīng)用，例如光通信和光傳感器中的幾個問題。這些影響包括由于偏振狀態(tài)的變化而引起的感生的偏振信號衰落或劣化。因此保持或控制光的偏振狀態(tài)在光纖應(yīng)用中是非常重要的。偏振控制器是被用于將一輸入偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換成一任意的輸出偏振狀態(tài)的一種裝置，且因此是實驗室試驗、光纖傳感器、光通信中、及特別是對于使用高偏振相關(guān)光學(xué)裝置的系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。例如，高速光學(xué)系統(tǒng)采用鈮酸鋰(LiNbO3)作為外部調(diào)制器以減少在直接調(diào)制的光源處起作用的波長線性調(diào)頻。在此情況下，由于該調(diào)制器的高偏振相關(guān)性，為獲得最佳的性能，必須使偏振狀態(tài)與該調(diào)制器的雙折射軸相匹配。在一激光二極管(“LD”)和外部調(diào)制器之間的偏振狀態(tài)的匹配中，偏振保持(“PM”)光纖通常被用于將該LD連接至外部調(diào)制器。然而，這需要將光纖的偏振軸與LD和外部調(diào)制器的偏振軸相對準的復(fù)雜的處理。
偏振控制器的原理在于通過使用可將一偏振狀態(tài)(“SOP”)變換成另一個SOP的適當(dāng)?shù)南辔谎舆t器而獲得期望的偏振狀態(tài)。兩個四分之一波片可被用于該相位延遲器。


圖1說明了在是通常被接收的描述SOP的方法的邦加球上的SOP的變化。習(xí)慣是一線性偏振狀態(tài)可由位于赤道上的一點“c”表示，且圓偏振由位于邦加球的極點上的點“d”表示，該球上的一點對應(yīng)于一SOP。由于一坐標(biāo)的兩正交軸可以描述該球上的任意點，通過轉(zhuǎn)動該坐標(biāo)的兩正交軸，該球上的一點可被移至另一點。這意指通過轉(zhuǎn)動這些軸，光的任意SOP可被變換成任意其它的SOP。眾所周知，在偏振控制器中所使用的兩個四分之一波片，例如通過在其中感生雙折射而進行相位延遲的彎曲的光纖環(huán)路，可執(zhí)行上述的兩轉(zhuǎn)動軸。
當(dāng)兩個四分之一波片被用于一偏振控制器時，該球上一點的各自方位角和極角可通過轉(zhuǎn)動該球的兩軸，即兩個四分之一波片的光軸而被轉(zhuǎn)動。因此，輸SOP“a”可被變換成一期望的輸出SOP“b”，如圖1中所示。
圖2概略地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一常規(guī)的光纖偏振控制器。
圖2中所示的偏振控制器由H.C.LeFevre,ElectronicsLetters,Vol.16,No.20，1980年9月所公開。參見圖2，一截單模光纖1被繞在一預(yù)定直徑的線圈架10上。通過彎曲感生的應(yīng)力而給予光纖以雙折射，給出平行和垂直于線圈架10的兩雙折射軸。在一適當(dāng)?shù)闹睆缴希猩碾p折射作出一給定光波長的四分之一波片。由于雙折射主軸隨著線圈架10的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動到R方向，輸入光Pin的SOP可被控制到輸出光Pout中一期望的SOP偏振狀態(tài)。有此線圈架，偏振控制器不能避免相對較大的體積，使其難以被安裝在普通的電路板上。
圖3為表示現(xiàn)有技術(shù)的其它偏振控制器的應(yīng)用的截面視圖。這種偏振控制器可具有與上述偏振控制器相比較小的尺寸。參見圖3，該偏振控制器具有一可接觸光纖31的外表面的螺桿32。在圖3的偏振控制器中，偏振狀態(tài)由自機械應(yīng)力感生的雙折射所控制，該機械應(yīng)力是通過螺桿32施加給光纖的。原則上，應(yīng)該有充當(dāng)兩正交轉(zhuǎn)動軸的裝置來控制偏振狀態(tài)，如圖1中所示。意指是該螺桿以對應(yīng)于上述偏振控制器的兩正交軸的不同力從不同方向按壓光纖來實現(xiàn)此作用的。例如，如圖3中所示，在以X-Y方向施加的應(yīng)力被釋放后，其它的應(yīng)力以X’-Y’方向被施加。該單個控制裝置可引起控制偏振中的困難。這樣的偏振控制器的該問題是該偏振控制器的可靠性受到光纖的壓擠的顯著影響，因為壓擠能損壞光纖的護套和光纖自身。而且，被機械壓擠的護套不能恢復(fù)其原始形式以使應(yīng)力仍保留在光纖中，導(dǎo)致不可控制的情況。
因此，本發(fā)明的一目的在于提供一種具有可適用于電路板的小尺寸的光纖偏振控制器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種不擠壓光纖的具有提高的耐用性的光纖偏振控制器。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種控制器的整股光纖不使用PM光纖的不昂貴的光纖偏振控制器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光纖偏振控制器，包括至少一部分具有雙折射的第一光纖；一部分第二單模光纖，具有至少一將第一光纖連接至該部分的端部以形成一股光纖以沿該股傳送光的連接點；和一用于控制第一光纖的雙折射軸的角度的扭絞裝置。
這些連接點可通過熔接和/或物理接觸而被形成。該光纖偏振控制器可被配置成具有多于兩部分的第一光纖。
各部分可具有根據(jù)其雙折射率之間的差被調(diào)節(jié)以執(zhí)行一四分之一波片的長度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該光纖偏振控制器包括兩片具有雙折射的第一光纖；兩部分第二單模光纖，各部分具有到該片的端部的一連接部分以用這些片透射光；一對套管，用于將這些連接部分和這些片插入其中，并用于通過將兩片的面對端相接觸來對準第一單模光纖的兩部分；一用于將該對套管插入其中并進行固定的套筒；和一用于套管的轉(zhuǎn)動裝置。
這些連接部分可通過熔接或物理接觸而被形成。各片可具有根據(jù)其雙折射率之間的差被調(diào)節(jié)以執(zhí)行一四分之一波片的長度。
這些連接部分的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，只要保證低連接損失，可使用任意結(jié)構(gòu)。
圖1說明了在被頻繁使用以顯示光的偏振狀態(tài)的邦加球上的偏振狀態(tài)的變化；圖2概略地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一常規(guī)光纖偏振控制器；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的另一偏振控制器的應(yīng)用的截面視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光纖偏振控制器中光纖的局部放大視圖；圖5以比圖4中更緊湊的尺寸示出了本發(fā)明的另一實施例；圖6(a)至圖6(c)概略地示出了將該光纖偏振控制器的光纖部分安裝在一電子電路板上的一固定裝置。
下面，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光纖偏振控制器中光纖的局部放大視圖。
參見圖4，片110和120的端部“f”被光學(xué)地連接至第二光纖100以形成可透射光的一股光纖。第一光纖的片110和120是雙折射的，也就是說，具有相互不同的折射率的兩個雙折射軸。帶有低雙折射的一常規(guī)的單模光纖可被用作為第二光纖100。第二光纖100和片110及120之間的連接可通過熔接進行。另一種連接方法包括通過一套管幫助的機械接合或物理接觸。片110和120是一雙折射光纖的具有適當(dāng)長度的短段以執(zhí)行波片的功能。通常，該長度可被調(diào)節(jié)以充當(dāng)一四分之一波片或二分之一波片。例如，在該實施例中當(dāng)這些片的雙折射軸之間的折射率差(Δn)是10-4量級的時，對于約1.5微米的光學(xué)波長，片110和120將只有幾毫米。當(dāng)具有某一偏振狀態(tài)的光波透射通過單或多個雙折射片時，通過相對于各自并相對于輸入偏振狀態(tài)地設(shè)置這些片的雙折射軸來確定輸出偏振狀態(tài)。因此，通過轉(zhuǎn)動這些雙折射軸，輸入光中的任意偏振狀態(tài)可被轉(zhuǎn)換成輸出中的任意偏振狀態(tài)。為作到此點，可相對于這些雙折射片轉(zhuǎn)動接合至它們的該片。如果這些片通過使用套管被機械地連接至引出的光纖，這些片可相對于這些引出光纖被轉(zhuǎn)動以改變這些雙折射軸的取向。其他的裝置包括將橫向應(yīng)力施加至這些片以改變雙折射的幅度。
圖5以比圖4中更緊湊的尺寸示出了本發(fā)明的另一實施例。不需要圖4中所示的光纖片110和120之間的第二光纖段。在該實施例中，兩片雙折射第一光纖，502和504，通過熔接被連接到第二單模光纖段500。然后片502和504的空端通過機械接合或物理接觸被相互連接。為便于接合處理，可使用基于套管和套筒的常規(guī)的物理接觸。具體地，片502和504被分別插入套管506和508中，套管506和508被相互對準以在一圓柱形套筒510的幫助下使光學(xué)損失最小。在該具體實施例中，用于套管506和508的材料為氧化鋯，然而可以是不銹鋼、石英、礬土等。第一光纖片502和504不使用熔接而被物理地接觸。物理接觸的通常的光學(xué)損失可小于0.2dB。
圖6(a)至圖6(c)從不同的角度概略地示出了被用于安裝該光纖偏振控制器的光纖元件的一固定裝置。圖6(a)為側(cè)視圖，圖6(b)為平面視圖而圖6(c)為該裝配裝置的前視圖。由圖4的第一光纖片110、120和第二光纖100組成的一股光纖縱向地通過一窄的圓柱形固定裝置40。旋鈕被使用固定該圓柱形固定裝置40的位置。而且，這些旋鈕有助于將該圓柱形固定裝置轉(zhuǎn)動并固定就位的處理。上述固定裝置可被小型化成足以被安裝在一電子電路板上的尺寸。
對如上制造的光纖偏振控制器的性能進行分析。該光纖偏振控制器的總插入損失小于0.5dB，且背射遠低于-60dB。任意輸入偏振狀態(tài)可被變換成帶有大于-45dB的優(yōu)良的偏振消光的任意輸出偏振狀態(tài)。而且，由于第二光纖是一常規(guī)的通信漸變單模光纖，該偏振控制器最好通過熔接或常規(guī)的連接器與其他的纖維一光學(xué)部件和儀器相兼容。不象現(xiàn)有技術(shù)那樣由一用于彎曲光纖以感生雙折射的裝置組成，根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器在尺寸上更加緊湊。而且，與另一種其中一光纖必須被橫向地擠壓，擠壓的幅度和方向頻繁地改變的現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器更加耐用。還有，由于整股光纖由普通的通信漸變光纖而非偏振保持光纖組成，根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器提供了便宜的光學(xué)通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1．一種裝置，包括具有不同折射率的雙折射軸的一段第一光學(xué)波導(dǎo)；被連接至所述段第一光學(xué)波導(dǎo)的第二光學(xué)波導(dǎo)，以將來自第二波導(dǎo)的光透射給第一光學(xué)波導(dǎo)，或?qū)碜缘谝还鈱W(xué)波導(dǎo)的光透射給第二光學(xué)波導(dǎo)；及控制裝置，相對于所述第二光學(xué)波導(dǎo)轉(zhuǎn)動所述段第一光學(xué)波導(dǎo)的雙折射軸；其中所述段第一光學(xué)波導(dǎo)的尺寸被確定以提供等于由這些雙折射軸確定的兩本征的偏振狀態(tài)之間的單個或多個四分之一π弧度的相位延遲。
2．權(quán)利要求1的裝置，其中第一光學(xué)波導(dǎo)包括偏振保持光纖。
3．權(quán)利要求1的裝置，其中所述段第一光學(xué)波導(dǎo)和第二光學(xué)波導(dǎo)之間的連接通過熔接或物理接觸來完成。
4．權(quán)利要求3的裝置，其中所述控制裝置包括一用于對第二光學(xué)波導(dǎo)進行扭絞的扭絞裝置。
5．一種裝置，包括具有不同折射率的雙折射軸的多段第一光學(xué)波導(dǎo)；被連接至所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的多段第二光學(xué)波導(dǎo)，以將來自第二波導(dǎo)的光透射給第一光學(xué)波導(dǎo)，或?qū)碜缘谝还鈱W(xué)波導(dǎo)的光透射給第二光學(xué)波導(dǎo)；及控制裝置，相對于所述第二光學(xué)波導(dǎo)的相鄰段轉(zhuǎn)動所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的雙折射軸；其中所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的尺寸被確定以提供等于由這些雙折射軸確定的兩本征的偏振狀態(tài)之間的單個或多個四分之一π弧度的相位延遲。
6．權(quán)利要求5的裝置，其中第一光學(xué)波導(dǎo)包括偏振保持光纖。
7．權(quán)利要求5的裝置，其中所述段第一光學(xué)波導(dǎo)和第二光學(xué)波導(dǎo)之間的連接通過熔接或物理接觸來完成。
8．權(quán)利要求7的裝置，其中所述控制裝置包括一用于對所述多段第二光學(xué)波導(dǎo)進行扭絞的扭絞裝置。
9．一種裝置，包括具有不同折射率的雙折射軸的多段第一光學(xué)波導(dǎo)；多段第二光學(xué)波導(dǎo)，其中所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的至少一段被相互連接且所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的其余段被連接至所述多段第二光學(xué)波導(dǎo)；及控制裝置，轉(zhuǎn)動所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的雙折射軸；其中所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)的尺寸被確定以提供等于由這些雙折射軸確定的兩本征的偏振狀態(tài)之間的單個或多個四分之一π弧度的相位延遲。
10．權(quán)利要求9的裝置，其中第一光學(xué)波導(dǎo)包括偏振保持光纖。
11．權(quán)利要求9的裝置，其中所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)和第二光學(xué)波導(dǎo)之間的連接通過熔接或物理接觸來完成。
12．權(quán)利要求9的裝置，其中所述多段第一光學(xué)波導(dǎo)之間的連接通過物理接觸來完成。
13．權(quán)利要求12的裝置，其中該物理接觸得到了套管和套筒的幫助。
14．權(quán)利要求9的裝置，其中所述控制裝置包括一用于對所述多段第二光學(xué)波導(dǎo)進行扭絞的扭絞裝置。
全文摘要
公開了一種光纖偏振控制器,其通過采用由若干短段雙折射光纖(110,120)制成的波片而具有緊湊的尺寸。該光纖偏振控制器通過扭絞或轉(zhuǎn)動連接至常規(guī)的單模光纖(100)的雙折射片(110,120)來控制輸入光的偏振狀態(tài)。
文檔編號G02B27/28GK1226972SQ98800676
公開日1999年8月25日 申請日期1998年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月22日
發(fā)明者金炳允, 高年完, 金英基, 呂永培 申請人:圖南系統(tǒng)株式會社