CN100480749C - 手征光纤内偏振器设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明给出一种手征光纤结构内实现的手征光纤内偏振器，该手征光纤结构有纤芯和包围纤芯的包层。该手征偏振器包括输入端和输出端，以及在输入端与输出端之间沿它的长度的螺距变化，该输入端接收入射光，该输出端输出偏振光，该螺距变化按照预定需要的螺距分布，其中，在创造性偏振器的一个实施例中，输出端手征结构螺距的倒数小于输入端，且最好是基本上等于零。螺距分布可以有利地选择与一种或多种预定螺距形态对应，可以按照一种或多种数学函数确定，也可以是随机的。按照本发明，至少手征结构一个变化的参数，包括，但不限于纤芯与包层的折射率及尺寸，并构造和选择螺距分布，使之在需要的频谱范围内获得最佳的消光比，基本上消除入射光中不需要的偏振分量。在创造性手征结构的另一个实施例中，选择并构造螺距分布，使手征结构螺距的螺距倒数，在手征结构输入端也为零。这样的布局，能显著降低进入创造性偏振器输入端的入射光的插入损耗。

Description

手征光纤内偏振器设备及方法
技术领域
本发明一般涉及偏振器，更具体说，是涉及基于手征光纤的光纤内偏振器。
背景技术
任何要求偏振光的装置，使用一个或多个偏振器。偏振器有许多工业应用。例如，偏振器可用于电光调制器和激光器子系统。大体上说，偏振器消除不需要的第一种偏振的光分量，而让需要的第二种偏振的光分量通过。
值得特别关注的是偏振器作为光纤中插入式模件的使用。早已知道，插入式偏振器通常包括的组件有，紧接第一光纤的第一透镜，用于使光纤出射的光准直。然后，已准直的光通过偏振器片，再然后被第二透镜聚焦，进入第二光纤。这类偏振器的主要缺点在于，它比较贵和难以构建。还有，基于透镜的偏振器要把光纤断开，导致光损耗和不需要的反射。最后，基于透镜的偏振器，把比光纤大得多的装置引进光纤，从而产生可能的空间和尺寸问题。
解决上述问题的一种尝试，是发展另一种插入式光纤偏振器，它的构成，是在光纤继续前进之前，使光纤缠绕圆形单元数圈。这种布局消除了早已知道的基于透镜的偏振器的一些缺点—例如，这是一种真正的光纤内装置，它不用大得多的装置把光纤断开。但是，基于线圈的偏振器遇到另一个显著的缺点—必须用光纤环绕缠绕的线圈单元，直径通常有许多厘米。因此，虽然不如基于透镜的偏振器那样笨重，但基于线圈的偏振器仍然非常庞大和难以或不可能在许多应用中使用。
一种新型的光纤内偏振器，效果良好地解决现有技术的所有问题，该种偏振器公开在共同转让的美国专利U.S.Patent No.6,721,469，2004年4月13日发布，标题为“Chiral In-Fiber AdjustablePolarizer Apparatus and Method”(本文此后称“Adjustable Polarizer专利”)中，这里全文收录，供参考。该新型的可调整偏振器以圆偏振光工作，并利用起四分之一波片作用的光纤成分，在较窄的频带上把圆偏振转换为线偏振。偏振转换只发生在窄的频带上的事实，是四分之一波片和四分之一波片型装置的主要限制和缺点之一。此外，因为大多数实际应用中使用线偏振光(例如通过标准的保偏光纤的传输)，在Adjustable Polarizer专利中公开的偏振器，要求进入的光在进入偏振器之前转换为圆偏振光。
因此，理想的是，提供一种插入式偏振器，它不用大的结构把光纤断开，它能以非偏振光输入工作。更理想的是，提供一种插入式偏振器，它有低的插入损耗和在需要的频谱范围内有需要的消光比。同样理想的是，提供一种插入式偏振器，它是便宜的和易于制作的。
附图说明
图1是本发明手征光纤内偏振器的第一和第二实施例的示意侧视图；
图2是图1所示手征光纤内偏振器的示例性手征光纤结构的剖面示意图；
图3是本发明手征光纤内偏振器的第三实施例的示意侧视图，用于使入射光的插入损耗降至最小；和
图4是图1所示手征光纤内偏振器的第四实施例的示意侧视图，用于进一步使其消光比达到最大。
发明内容
本发明针对一种新型的手征光纤内偏振器，它根据专门构成的光学手征光纤结构，该手征光纤结构例如有类似于胆甾醇液晶(CLC)结构的有利光学性质。在创造性的手征光纤内偏振器中使用的手征光纤结构，获得类似于CLC结构的光学性质，因为它满足CLC结构中结构螺距是它周期的两倍这一要求。这是利用有180度对称性的几何双折射手征光纤结构实现的。这一性质的获得，可以通过沿光纤结构加上两个相同的共轴螺旋线，第二螺旋线相对第一螺旋线向前平移半个螺距。这一结构在共同未决共同转让的美国专利申请中有更详细的说明，这些专利的标题是：“Apparatus and Method for ManufacturingFiber Gratings”、“Apparatus and Method of Manufacturing HelicalFiber Bragg Gratings”、“Apparatus and Method for FabricatingHelical Fiber Bragg Gratings”、“Helical Fiber Bragg Gratings”、和“Long Period Chiral Fiber Grating and Apparatus and Method ofFabrication Thereof”，这里全文收录这些专利申请，供参考。下面讨论创造性的手征光纤内偏振器的若干实施例。
以手征光纤结构实施的手征光纤内偏振器，是按照本发明给出的。手征光纤是按预定的旋向性选择的，并能散射与它的旋向性匹配的圆偏振光，同时透射相反旋向性的圆偏振光。
概括地说，该手征偏振器包括，有预定旋向性(handedness)(即右旋或左旋)的被包层包围的手征光纤纤芯，并包括接收入射光的输入端和输出偏振光的输出端。手征光纤结构的旋向性是重要的，因为该结构将使入射光中与它的旋向性匹配的圆或椭圆分量散射，并让相反旋向性的分量通过。
该创造性的手征光纤偏振器关键的新颖特征，在于沿它的长度，在输入和输出端之间的螺距变化，是按照预定需要的螺距分布的。可以有利地选择螺距分布(pitch profile)，使之与一种或多种预定的螺距形态对应，使之按照一个或多个数学函数确定，和使之随机变化的。按照本发明，可以构造和选择至少手征结构各个参数之一，在需要的频谱范围内实现最佳的消光比，从而基本上消除进入偏振器的不需要的入射光分量，这些参数包括，但不限于，纤芯和包层的折射率及尺寸，和螺距分布。
在本发明的一个实施例中，上述目的的实现，是通过选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在结构的输出端基本上等于零，而在输入端有较高的值。在本发明第一实施例的替代实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在结构的输入端基本上等于零，而在输出端有较高的值。在本发明的第二实施例中，手征结构在输入端的螺距倒数值，大于手征结构螺距在输出端的倒数值。在本发明第二实施例的替代实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构在输出端的螺距倒数值，大于手征结构螺距在输入端的倒数值。在本发明的手征偏振器的第三实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在手征结构的输入端和输出端两端等于零。在本发明的第四实施例中，可以在手征光纤结构相继的区上，安置多种螺距分布，大体上形成全局的螺距分布，该全局的螺距分布，事实上是起两种或多种相继的、新型的、有交替区的手征偏振器结构的作用，螺距倒数在这些交替区上基本上等于零。本发明的各个上述实施例，各有具体的优点，使它们有利于特定类型的应用。
本发明的其他目的和特性，从下面结合附图的详细说明，将变得显而易见。但是应当指出，附图只是为说明的目的而设计的，不能认为是对本发明限制的定义，关于本发明的范围，请参考后面所附的权利要求书。
具体实施方式
本发明针对一种按手征光纤结构实施的手征光纤内偏振器。概括地说，该手征偏振器包括被包层包围的光纤纤芯，并包括接收入射光的输入端和输出偏振光的输出端。该新型的手征光纤偏振器，还包括在输入和输出端之间，沿它的长度按照预定需要的螺距分布的螺距变化。可以有利地选择螺距分布，使之与一种或多种预定的螺距形态对应，使之按照一个或多个数学函数确定，和使之随机变化的。按照本发明，可以构造和选择至少手征结构各个参数之一，在需要的频谱范围内实现最佳的消光比，基本上消除入射光不需要的偏振分量，这些参数包括，但不限于，纤芯和包层的折射率及尺寸，和螺距分布。
在本发明的一个实施例中，上述目的的实现，是通过选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在结构的输出端基本上等于零，而在输入端有较高的值。当需要把入射光的椭圆偏振分量滤去，又需要在输出端产生基本上是线偏振光分量时，这种安排是有利的。
在本发明第一实施例的替代实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在结构的输入端基本上等于零，而在输出端有较高的值。当需要把入射光的线偏振分量滤去，又需要在输出端产生基本上是椭圆偏振光分量时，这种安排是有利的。
在本发明的第二实施例中，手征结构在输入端的螺距倒数值，大于手征结构螺距在输出端的倒数值。当需要把入射光的椭圆偏振光分量滤去，又需要在输出端产生比输入端的椭圆偏振光有较高偏心率的椭圆偏振光分量时，这种安排是有利的。
在本发明第二实施例的替代实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构在输出端的螺距倒数值，大于手征结构螺距在输入端的倒数值。当需要把入射光的椭圆偏振分量滤去，又需要在输出端产生比输入端的椭圆偏振光分量有更低偏心率的椭圆偏振光分量时，这种安排是有利的。
在该创造性的手征偏振器的第三实施例中，选择和构造螺距分布，使手征结构的螺距倒数值，在手征结构的输入端和输出端两端等于零。当需要把入射光的线偏振分量滤去，又需要在输出端产生线偏振光分量时，这种安排是有利的。特别是，创造性的手征结构的这种形态，通过实际上消除其他取向的不需要的线偏振光分量，能够用来优化或把一种取向的入射线偏振光“净化”，同时使入射线偏振光的插入损耗最小。
在本发明的第四实施例中，可以在手征光纤结构相继的区上，安排多种螺距分布，大体上形成全局的螺距分布，该全局的螺距分布，事实上是起两种或多种相继的、新型的、有交替区的手征偏振器结构的作用，螺距倒数在这些交替区上基本上等于零。
在更详细说明创造性的偏振器之前，给出手征光纤背后的科学原理解释，将是有利的。手征光纤是新型的模仿胆甾醇液晶(CLC)性质的结构—手征周期光子能带隙结构—在光纤中的形式。共同转让的共同未决美国专利申请，标题是“Helical Fiber Bragg Grating”(本文此后称“HFBG”)，公开手征周期光子能带隙(本文此后称“PBG”)结构实质在光纤中的有利实施方案，这里全文收录该专利申请，供参考。该新型的途径吸取胆甾醇液晶的优秀光学性质，同时有助于在连续(从而更易实施)的处理过程中制作该结构。
虽然本发明的手征光纤内偏振器，是参照上面收录的创造性的光纤实施例说明的，该光纤有从它们的螺旋线或双螺旋线结构导出的CLC型光学性质，但应当指出，创造性的手征光纤内偏振器，可以效果良好地利用任何有手征性质的光纤构成，不管这些性质是怎样取得的。此外，应当指出，公开在上面收录的共同转让的共同未决美国专利申请中，各种有利的涉及CLC的技术，作为不偏离本发明精神的设计选项，可以容易地适用于创造性的手征偏振器，并效果良好地结合创造性的手征偏振器使用。
术语“椭圆偏振光”可以指线偏振光、圆偏振光、或其间的任一种光偏振，这是广泛认同的。因此，可以说，任何进入创造性偏振器的入射光，包括两种椭圆偏振分量(因此或者包括两种线的或圆的偏振分量，或者是其间的任一种)，而在偏振器的另一端，理想的是只有一种分量存在。但是，无需多说，在真实世界的实施方案中，偏振器输出端总有少量不需要的分量。因此，在本发明各个实施例的说明中，例如为简化的目的，用椭圆偏振光作为一般的术语，而不必总重复地说该创造性偏振器可用于线偏振光和圆偏振光的能力。
此外，虽然在本发明各个实施例的有关说明中，使用术语“入射光”表示有两种偏振分量(即一种是需要的和一种是不需要的)，但本领域熟练人员应当知道，该创造性的偏振器(以及在它的各个实施例中)可以容易用于入射光只有单一偏振分量的情形(即偏振的入射光)，在这种情形下，取决于偏振入射光的偏振类型和偏振器的结构形态，该创造性的偏振器或者阻断入射光，或者让它通过，同时改变它的偏振的一些特征，如在下面结合图1到4的说明。
本发明第一实施例的实质是，有输入端和输出端的手征光纤，以螺距倒数(即，当螺距＝P时，螺距倒数＝1/P)在输出端基本上等于零和在输入端大于零的螺距分布构成，基本上使入射光不需要的椭圆偏振分量之一散射，同时把入射光需要的椭圆偏振分量转换为对应的线偏振光分量。最好是，不需要的椭圆偏振分量到不需要的线偏振分量的转换及其散射，两者彼此同步进行。应当指出，任何有螺距倒数基本上等于零的区，与有双折射光纤性质的区对应，双折射光纤性质类似于标准的保偏光纤。
现在参考图1和2，图上画出创造性的手征光纤内偏振器10的第一实施例。手征偏振器10包括，有外包层16的手征光纤结构12、内部中心纤芯14、输入端18、和输出端20。纤芯14和包层16两者，可以分别由折射率n1和n2的各种光学材料(如玻璃或塑料)构成，关于设计选项的选择，进一步说明于后。在图1和2的示例性实施例中，按照HFBG专利的应用，纤芯14被扭转，形成双螺旋线结构。作为设计选项，可以选择纤芯14的特有剖面形状和尺寸(高度H和宽度W)，只要基本纤芯14的结构保持180度对称，则当它被扭转时，形成双螺旋线结构。如上面所指出，纤芯14可以是任何手征结构，不仅仅是公开在HFBG专利的的一种—例如，可以在圆柱形纤芯上加上双螺旋线槽，以电介质材料缠绕纤芯，或两者的组合，以构成纤芯14。
纤芯14的旋向性可以作为设计选项而选择。因为手征偏振器10基本上是光纤形式，可以把它效果良好地插入光纤线中或与光纤线接续，不断开光纤线，也不在手征偏振器10部位引起光纤直径的改变。
按照本发明，手征结构12的螺距，最好在输入和输出端18、20之间按照预定螺距分布Pprof-1分配，该螺距分布Pprof-1在输入端18以P0开始，在输出端20以P1结束。最好是，输出端20的输出螺距倒数(1/P1)基本上等于零，而输入螺距倒数(1/P0)大于零。本发明第一实施例的这一普遍原理(即，预定的螺距分布在输入和输出端之间的分配，输出端的1/P1基本上是零)，也可用于本发明下面结合图3和4讨论的数个其他实施例(实施例中有多于一个螺距倒数为零的手征光纤结构区者除外)。
要在需要的频谱范围内获得偏振，可以作为设计选项，从下面的螺距形态中选择并构造一种或多种螺距分布Pprof-1，只要螺距倒数在输出端基本上等于零：
1)手征长周期光栅螺距，
2)与非谐振散射频带对应的螺距，
3)与线性调频手征光纤光栅对应的螺距区，
4)与变迹的手征光纤光栅对应的螺距区，
5)按照至少一个预定数学函数确定的螺距变化，和
6)随机的螺距变化，
当有一种需要的和一种不需要的椭圆偏振分量的入射光22，进入输入端18时，手征结构12基本上散射入射光22不需要的椭圆偏振分量，同时把它转换为不需要的线偏振光分量，还同时不散射地把需要的椭圆偏振分量，转换为相应的需要的线偏振光分量24，从输出端20出射。最好是，不需要的椭圆偏振分量到不需要的相应线偏振光分量的转换及其散射两者，彼此同步地进行。在这种情形下，散射与转换的同步，表示只有不需要的分量被散射，而需要的分量在手征结构12任何剖面基本上不散射地被转换。
最好选择和构造下面的一个或多个手征结构12参数，以优化不需要的椭圆偏振光分量的消光比：选择和构造纤芯14剖面形状、纤芯14的尺寸(H、W)、纤芯14的折射率n1、包层16的尺寸、包层16的折射率n2、和螺距分布Pprof-1，以便在需要的预定的频谱范围内，获得需要的消光比。因此，当需要滤去入射光某一椭圆偏振分量时，该手征偏振器10的实施例是有利的，且对输出端产生基本上线偏振光分量也是理想的。
在图1手征偏振器10的替代实施例中，选择和构造螺距分布Pprof-1，使输出端20的输出螺距倒数(1/P1)大于零，和输入端18的输入螺距倒数(1/P0)基本上等于零。在这种情形下，当入射光22有一个或两个线偏振分量时，在输出端20的输出，将是需要的椭圆偏振分量(未画出)，又如果输出螺距倒数(1/P1)的螺距倒数，作为设计选项而增加，则输出的椭圆偏振分量的偏心率将成正比地下降，使椭圆偏振分量更接近圆偏振分量。因此，当需要滤去入射光22某个椭圆偏振分量时，该手征偏振器10的替代实施例是有利的，且对输出端20产生基本上椭圆偏振光分量也是理想的。
在图1手征偏振器10的第二实施例中，选择和构造螺距分布Pprof-1，使输出端20的输出螺距倒数(1/P1)，小于输入端18的输入螺距倒数(1/P0)，但没有一个螺距倒数是基本上等于零的。在这种情形下，在输出端20的输出，将是需要的椭圆偏振分量(未画出)，它比输入端18的入射光分量有较高的偏心率，又如果输出螺距倒数(1/P1)的螺距倒数，作为设计选项而增加，则输出的椭圆偏振分量的偏心率将下降，使椭圆偏振分量更接近圆偏振分量。因此，当需要滤去入射光22某个椭圆偏振分量时，该手征偏振器10的第二实施例是有利的，且对输出端20产生比输入端18椭圆偏振光分量有较高偏心率的椭圆偏振光分量，也是理想的。
在图1手征偏振器10第二实施例的替代实施例中，选择和构造螺距分布Pprof-1，使输出端20的输出螺距倒数(1/P1)大于输入端18的输入螺距倒数(1/P0)，但没有一个螺距倒数是基本上等于零的。在这种情形下，在输出端20的输出，将是需要的比输入端18入射光分量有较低偏心率的椭圆偏振分量(未画出)，又如果输出螺距倒数(1/P1)，作为设计选项而增加，则输出的椭圆偏振分量的偏心率将下降，使椭圆偏振分量更接近圆偏振分量。当需要滤去入射光某个椭圆偏振分量时，这种布局是有利的，且对输出端20产生比输入端18椭圆偏振光分量有较低偏心率的椭圆偏振光分量，也是理想的。
现在参考图3，图上画出作为手征偏振器30的创造性手征光纤内偏振器。当在：(1)需要滤去入射光某一线偏振分量，(2)需要在输出端产生某一线偏振分量，和(3)需要获得优化的或“净化”的线偏振光时，该手征偏振器30是有利的。
手征偏振器30包括有外包层36的手征光纤结构32、内部中心纤芯34、输入端38、和输出端40。纤芯34和包层36两者，可以分别由折射率n1和n2的各种光学材料(如玻璃或塑料)构成，关于设计选项的选择，进一步说明于后。类似图1和2的手征偏振器10，手征结构32可以作为双螺旋线结构，或其他有类似性质的结构形成。大体上说，手征结构12和32除它们各自的螺距分布外，是相似的。
手征结构32的螺距，最好在输入和输出端38、40之间按照预定螺距分布Pprof-2分配，该螺距分布Pprof-2在输入端38以P1开始，在输出端40以P1结束。最好是，在各自的输入和输出端38、40，输入和输出螺距倒数(1/P1)两者都基本上等于零。
要在需要的频谱范围内获得偏振，并使入射光42的插入损耗最小，可以作为设计选项，从下面的螺距形态中选择并构造一种或多种螺距分布Pprof-1，只要螺距倒数值在输入和输出端基本上等于零：
1)手征长周期光栅螺距，
2)与非谐振散射频带对应的螺距，
3)与线性调频手征光纤光栅对应的螺距区，
4)与变迹的手征光纤光栅对应的螺距区，
5)按照至少一个预定数学函数确定的螺距变化，和
6)随机的螺距变化，
当有一种需要的和一种不需要的线偏振分量的入射光42，进入输入端38时，手征结构32首先把入射光两个线偏振分量转换为相应的椭圆偏振分量，然后把椭圆偏振分量转换为相应的最后得到的线偏振分量，另一方面同时基本上散射不需要的椭圆偏振分量，使只有最后得到的线偏振分量44在输出端40出射。最好是，不需要的线偏振分量到相应的不需要的椭圆偏振分量的转换，和后来转换回不需要的线偏振分量，及对其不需要的椭圆偏振分量的散射，彼此同步地进行。
此外，最好选择和构造下面的一个或多个手征结构32参数，以优化不需要的椭圆偏振光分量的消光比：选择和构造纤芯34剖面形状、纤芯34的尺寸(H、W)、纤芯34的折射率n1、包层36的尺寸、包层36的折射率n2、和螺距分布Pprof-2，以便在需要的预定的频谱范围内，获得需要的消光比，同时使入射光42的插入损耗最小。
在真实世界的应用中，不需要的偏振分量永远不能彻底消除。因此，作为设计选项的选择，用dB为单位测量的“消光比”值，指示预定需要的频谱范围内出现的不需要偏振分量对需要偏振分量的相对消除。有一个需要的消光比是有利的，因为它指示存在不需要的偏振分量的下降。本发明偏振器的转换与散射技术的同步，有利于在需要的频谱范围内，优化偏振光分量的消光比。
偏振化过程中使插入损耗最小化，对某些应用同样是重要的，例如，在通过保偏光纤到达新型的偏振器输入端的入射光是线偏振的情形，和目标在于通过消除尽量多其他取向的不需要的偏振分量(通过优化消光比)，优化或“净化(clean up)”入射的线偏振光的情形。在本发明的这个实施例中，使该新型的手征结构输入端和在输出端的螺距倒数为零，能实现插入损耗的最小化，因为不需要的线偏振光分量同时被转换为椭圆偏振光和返回的线偏振光同时被散射。这种途径保存需要的线偏振光分量，同时基本上消除不需要的线偏振光分量，以此使插入损耗最小。
现在参考图4，图上画出作为手征偏振器50的手征偏振器30的第四实施例。手征偏振器50的构造有利于工作在线偏振入射光的情形，并当需要用极其理想的消光比和最小插入损耗，优化或“净化”线偏振光时，该手征偏振器50特别有用。手征偏振器50包括有外包层56的手征光纤结构52、内部中心纤芯54、输入端58、和输出端60。大体上说，手征光纤结构52有螺距分布Pprof-3，该螺距分布Pprof-3包括两个或多个区，各有各自的螺距分布，仿佛多个相继的手征光纤结构32均作为单独单元形成的—就是说，以螺距倒数为零来构造每一区的输入和输出端。举例说，图4画出三个这样的区，各有各自的螺距分布PR1、PR2、和PR3。应当指出，有各自螺距分布而构成螺距分布Pprof-3的区的数量，可以作为不偏离本发明精神的设计选项来选择。当有两个线偏振正交分量的入射光62，进入输入端58时，该入射光被转换为椭圆偏振光又回到线偏振光，另一方面同时保存需要的偏振分量并散射不需要的偏振分量若干次，每一区一次，使出射的需要的线偏振光分量64，与入射光62相比，有最小的损耗，从而相对于散射不需要的偏振分量，有大得多的优化消光比。
这样，图1-4所示各个创造性手征偏振器实施例，解决了从前已知的插入式偏振器的所有缺点，因为这些手征偏振器：以优化的消光比在需要的频谱范围内工作、在偏振器30和50的例子中有最小的插入损耗、制造容易又不昂贵、和不改变其中使用的光纤的尺寸。
因此，虽然已经证明和说明，还指出本发明应用于本发明优选实施例的基本的新型特性，但是应当指出，本领域熟练人员，在不偏离本发明的精神下，可以在出示的装置和方法的形式和细节中，以及在它们的操作中，作出各种省略和代替及改变。例如，可以明确无误地认为，按基本上相同方式执行基本上相同功能以达到相同结果的那些单元和方法步骤的一切组合，是在本发明的范围之内。因此认为，本发明只受附于后的权利要求书指出的范围的限制。

Claims (26)

1.一种实现入射光偏振的手征偏振器，该入射光有第一偏心率的正交椭圆偏振分量，该手征偏振器包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿所述光纤纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中，按照所述预定螺距分布，输入端的输入螺距倒数，不同于输出端的输出螺距倒数，使进入所述第一端的入射光的一个椭圆偏振分量被散射，而该入射光的另一个椭圆偏振分量被透射并且被转换为有不同于第一偏心率的第二偏心率的输出椭圆偏振光分量。
2.按照权利要求1的手征偏振器，其中选择并以所述输出螺距倒数等于零来构造所述预定螺距分布，使所述输出椭圆偏振光分量的所述第二偏心率足够地大，以此产生输出的线偏振光分量。
3.按照权利要求1的手征偏振器，其中入射光分量的所述第一偏心率足够地大，使入射光分量是线偏振的，且其中选择并以所述输入螺距倒数等于零来构造所述预定螺距分布。
4.按照权利要求1的手征偏振器，其中选择并以所述输入螺距倒数大于所述输出螺距倒数来构造所述预定螺距分布，使所述第二偏心率大于第一偏心率。
5.按照权利要求1的手征偏振器，其中选择并以所述输出螺距倒数大于所述输入螺距倒数来构造所述预定螺距分布，使所述第二偏心率小于第一偏心率。
6.按照权利要求1的手征偏振器，其中入射光分量的所述第一偏心率足够地大，使入射光分量是线偏振的，且其中选择并以所述输入和输出螺距倒数两者等于零，并在两者中间有较大数值，来构造所述预定螺距分布，使所述输出的椭圆偏振光分量的所述第二偏心率足够大，据此产生输出线偏振光分量。
7.一种实现入射光偏振的手征偏振器，包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿所述光纤纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中，以表达式1/P规定螺距倒数，其中，按照所述预定螺距分布，所述螺距倒数在所述第二端等于零，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的入射光，在需要的预定频谱范围内，作为沿第一预定取向的线偏振的第一光分量输出，而第二预定线偏振取向的第二光分量，被散射。
8.按照权利要求7的手征偏振器，其中，至少选择并构造纤芯剖面形状、所述纤芯尺寸、所述纤芯折射率、所述包层尺寸、所述包层折射率、和所述预定螺距分布之一，以便在需要的预定的频谱范围内，获得需要的消光比。
9.按照权利要求7的手征偏振器，其中所述预定螺距分布，包括至少一个从如下一组选出的螺距区：手征长周期光栅螺距、与非谐振散射频带对应的螺距、与线性调频手征光纤光栅对应的螺距区、与变迹的手征光纤光栅对应的螺距区、随机的螺距变化、和按照至少一个预定数学函数确定的螺距变化。
10.按照权利要求7的手征偏振器，其中的入射光包括第一椭圆偏振光分量和第二椭圆偏振光分量，其中，所述第一椭圆偏振光分量在从所述第二端输出前，被转换为所述第一预定取向的所述第一线偏振光分量，而所述第二椭圆偏振光分量被散射。
11.按照权利要求10的手征偏振器，其中选择所述预定螺距分布，使所述第二椭圆偏振光分量的所述散射，与所述第二椭圆偏振光分量到所述第二预定取向的所述第二线偏振光分量的转换同步。
12.按照权利要求7的手征偏振器，其中所述第一预定取向，垂直于所述第二预定取向。
13.按照权利要求7的手征偏振器，其中的入射光包括第一线偏振入射光分量和第二线偏振入射光分量，且其中选择并构造所述预定螺距分布，令螺距倒数在所述第一端等于零，据此使在所述需要的频谱范围内，所述第一线偏振光分量的插入损耗最小。
14.按照权利要求13的手征偏振器，其中，至少选择并构造纤芯剖面形状、所述纤芯尺寸、所述纤芯折射率、所述包层尺寸、所述包层折射率、和所述预定螺距分布之一，以便在需要的预定的频谱范围内，获得需要的消光比，同时使所述插入损耗最小。
15.按照权利要求13的手征偏振器，其中，选择并构造所述螺距分布，使当进入所述第一端时，所述第一线偏振入射光分量被转换为第一椭圆偏振光分量，和所述第二线偏振入射光分量被转换为第二椭圆偏振光分量，其中，在从所述第二端输出前，所述第一椭圆偏振光分量转换为所述第一预定取向的所述第一线偏振光分量，而所述第二椭圆偏振光分量则被散射。
16.按照权利要求15的手征偏振器，其中，选择所述螺距分布，使所述第二椭圆偏振光分量的所述散射，与所述第二线偏振入射光分量到所述第二椭圆偏振光分量的转换，和随后的所述第二椭圆偏振光分量到所述第二预定取向的所述第二线偏振光分量的转换同步。
17.按照权利要求13的手征偏振器，还包括至少一种相继沿所述手征光纤纵轴彼此接触地定位的另外的手征光纤，各有特定相应的螺距分布，且在它们的输入端和它们的输出端各有等于零的螺距倒数值，以此优化所述被散射的第二线偏振入射光分量的消光比。
18.一种使入射光在手征偏振器中偏振的方法，包括的步骤有：
(a)提供细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿所述光纤纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，和
(b)选择、构造、和作用于所述手征光纤，使之有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中，以表达式1/P规定螺距倒数，其中，按照所述预定螺距分布，所述螺距倒数在所述第二端等于零，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的入射光，在需要的预定频谱范围内，作为沿第一预定取向的线偏振的第一光分量输出，而第二预定线偏振取向的第二光分量被散射。
19.一种改进入射光消光比同时使入射光的插入损耗最小的手征偏振器，该入射光有第一线偏振和第二线偏振入射光分量，该手征偏振器包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿它的纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中以表达式1/P规定螺距倒数，又其中，按照所述预定螺距分布，所述螺距倒数在所述第一和第二端每一端上等于零，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的第一和第二入射线偏振光分量中，只有第一输出光分量在需要的预定频谱范围内沿第一预定取向被线偏振化，以最小的插入损耗输出，而第二预定线偏振取向的第二输出光分量则按照需要的消光比被散射。
20.一种实现入射光偏振的手征偏振器，包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿所述光纤纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中，以表达式1/P规定螺距倒数，其中，按照所述预定螺距分布，在所述第一端的第一螺距倒数大于在所述第二端的第二螺距倒数，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的入射光，在需要的预定频谱范围内，作为沿第一预定取向的有与所述结构旋向性相反的旋向性的椭圆偏振的第一光分量输出，而第二预定椭圆偏振取向的第二光分量被散射。
21.按照权利要求20的手征偏振器，其中，至少选择并构造纤芯剖面形状、所述纤芯尺寸、所述纤芯折射率、所述包层尺寸、所述包层折射率、和所述预定螺距分布之一，以便在需要的预定的频谱范围内，获得需要的消光比。
22.按照权利要求20的手征偏振器，其中所述预定螺距分布，包括至少一个从如下一组选出的螺距区：手征长周期光栅螺距、与非谐振散射频带对应的螺距、与线性调频手征光纤光栅对应的螺距区、与变迹的手征光纤光栅对应的螺距区、随机的螺距变化、和按照至少一个预定数学函数确定的螺距变化。
23.按照权利要求20的手征偏振器，其中所述第二螺距倒数等于零。
24.按照权利要求22的手征偏振器，其中选择并构造所述预定螺距分布，令螺距倒数在所述第一端等于零，使在需要的频谱范围内，第一线偏振光分量的插入损耗最小。
25.一种实现入射光偏振的手征偏振器，该入射光有第一和第二圆偏振入射光分量，本手征偏振器包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿它的纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中，以表达式1/P规定螺距倒数，又其中，按照所述预定螺距分布，在所述第一端的第一螺距倒数大于在所述第二端的第二螺距倒数，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的第一和第二入射圆偏振光分量中，只有第一输出光分量在需要的预定频谱范围内，沿第一预定取向被椭圆偏振化而输出，而第二预定椭圆偏振取向的第二输出光分量被散射。
26.一种实现入射光偏振的手征偏振器，该入射光有第一和第二线偏振入射光分量，本手征偏振器包括：
细长的有预定旋向性的手征光纤，该手征光纤有第一端、第二端、沿所述光纤纵轴配备的纤芯、和包层，该纤芯有纤芯折射率和纤芯尺寸，该包层包围纤芯，有包层折射率和尺寸，所述手征光纤还有预定的螺距分布，该螺距分布代表所述手征光纤在所述第一端和所述第二端之间的螺距P的变化，其中以表达式1/P规定螺距倒数，其中，按照所述预定螺距分布，所述螺距倒数在所述第一端上等于零，且其中所述螺距倒数，至少在所述第一和所述第二端之间的一个区中，增加到大于零的至少一个预定数值，使进入所述第一端的第一线偏振入射光分量，在需要的预定频谱范围内，作为沿第一预定取向被椭圆偏振化的第一输出光分量输出，而第二线偏振入射光分量则被散射。
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Granted publication date: 20090422

Termination date: 20131025