CN101520557B - 一种偏振控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振控制器，其包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其中位相可调波片可由一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，并在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体间加入1/2波片或o、e光光程差补偿片、一对楔角相等、相对的两表面相互平行的光学楔角片或电光材料和光学色散补偿平片组成，也可以在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体间加入索雷补偿器构成。
Description
技术领域
本发明涉及光学和激光领域，尤其涉及一种偏振控制器。
背景技术
在光学和激光领域中，常利用电光晶体、液晶、磁光材料或其它特殊光学材料，通过改变电压、电流、磁场实现对光偏振态的控制。
已有的偏振控制器主要包括光纤挤压/缠绕型、波片旋转型及液晶/电光调制等几种。其中，光纤挤压/缠绕型的偏振控制器主要通过使用压电陶瓷等器件对光纤施加不同方向的外力，从而产生应力双折射效应来改变偏振态，其优点是结构比较简单，成本比较低廉，但由于存在物理疲劳等因素，其性能不稳定，不能实现精确的控制；波片旋转型偏振控制器通过三片以上的半波片和四分之一波片级联，并用手控或电控方式旋转波片的主轴方向，以在不同方向上引入双折射，从而达到偏振控制的目的，这种方法比光纤挤压/缠绕型精确，但是由于需要波片的机械旋转，影响了控制的速度；液晶/电光调制型的偏振控制器利用液晶等晶体的电光效应引入不同方向的双折射进而控制偏振态，这类方法精度高、速度快，但是结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、结构简单、制造成本低廉、控制精确高、控制速度快，并且不受温度影响的偏振控制器。
本发明采用以下技术方案：偏振控制器包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其中位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入1/2波片或者o、e光光程差补偿片、电光材料和光学色散补偿平片，电光材料和光学色散补偿平片分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体输出的分束平行光路上，在电光材料两端接通电源，通过快速调制电光材料两端的电压，引起光程变化来调制光的偏振态。
上述的电光材料厚度和长度比为1∶10时，电光材料两端接通电源的电压为50V。
偏振控制器包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其中位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入1/2波片或者o、e光光程差补偿片、一对楔角相等、相对两表面相互平行的光学楔角片和光学色散补偿平片，一对光学楔角片和光学色散补偿平片分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体输出的分束平行光路上，一个光学楔角片下设有压电陶瓷PZT上，压电陶瓷PZT驱动光学楔角片移动，引起光程变化来调制光的偏振态。
上述的一对光学楔角片光入射端设有光学平片。
上述的o、e光光程差补偿片由一片主轴与晶体的通光面平行的晶体平片构成。
上述的o、e光光程差补偿片由两片厚度相同折射率不同的光学平片构成。
上述的o、e光光程差补偿片由两片厚度不同折射率相同的光学平片构成。
偏振控制器包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其中位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入索雷补偿器，索雷补偿器由一对光轴相互平行、楔角相等、相对两表面相互平行的晶体楔角片和光轴与其垂直的平行晶片构成，一个晶体楔角片下设有压电陶瓷PZT上，压电陶瓷PZT驱动光学楔角片移动，引起光程变化来调制光的偏振态。
上述的压电陶瓷PZT固定在固定架上。
本发明采用以上技术方案，通过快速调制电光材料两端的电压，可以引起光程变化，达到对光偏振态调制的目的。或者通过压电陶瓷PZT驱动光学楔角片移动，引起光程变化，达到对光偏振态调制的目的。压电陶瓷PZT体积小、价格便宜，使整个产品的结构简单、体积较小，制造成本低，同时采用以上技术的产品对光偏振态调制控制精确高、控制速度快，还不受温度影响的。
附图说明
图1为本发明偏振控制器的结构示意图；
图2为本发明偏振控制器的位相可调波片的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明偏振控制器的位相可调波片的另一个实施例的结构示意图；
图4为本发明偏振控制器的位相可调波片的又一个实施例的结构示意图
图5为本发明偏振控制器的位相可调波片中采用o、e光光程差补偿片的一个实施例的结构示意图；
图6为本发明偏振控制器的位相可调波片中采用o、e光光程差补偿片的一个实施例的结构示意图；
图7为本发明偏振控制器的位相可调波片中采用o、e光光程差补偿片的一个实施例的结构示意图。
图8为本发明所述偏振控制器中位相可调波片的再一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型偏振控制器包括输入光纤11、输出光纤12、光学器件13、以及光学器件的控制器14，光学器件13由四个取向45°的位相可调波片131沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，通过控制器14根据反馈信号对波片加以复杂的控制算法，以达到将从单模光纤11输入的任意偏振态转变为单模光纤12期望输出的任意偏振态。
请参阅图2所示，位相可调波片131包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5之间插入1/2波片4，电光材料3和光学色散补偿平片2，其中电光材料3和光学色散补偿平片2分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体1输出的分束平行光路上。
光学补偿平片2通常采用与电光材料3相同的材料，其光程长度与光通过电光材料3的光程长度相等或近似相等，这样可消除或近似消除由于引入光学色散补偿平片2和电光材料3带来入射光波长或温度变化时引起的o、e光的光程差。
电光材料3可以采用电光陶瓷材料，当其厚度和长度比为10时，电压为50V，可以实现连续快速的调节。
上述结构中，偏振分束棱镜或Walk-off晶体1将一束偏振光分为输出相互平行的o光和e光，其中o光或e光通过光学补偿平片2，分束的e光或o光通过电光材料3，当快速调制电光材料3两端的电压时，总光程发生变化，光线方向不变，设附加电场引起电光材料的折射率变化为Δn，电光材料在光路方向的长度为L，则调制电光材料引起光程的变化量为：ΔnL，o光和e光通过1/2波片4，方向转变90°，再由偏振分束棱镜或Walk-off晶体5合束成为一束光输出，实现对光偏振态的改变。
再请图3所示，位相可调波片131包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5之间插入1/2波片4，一对楔角相等、相对两表面相互平行的光学楔角片61、62和光学色散补偿平片2，其中一个光学楔角片62放置于压电陶瓷PZT63上，压电陶瓷PZT63固定在固定架上，其中一对光学楔角片61、62和光学色散补偿平片2分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体1输出的分束平行光路上。
光学补偿平片2通常采用与光学楔角片61、62相同的材料，其光程长度与光通过光学楔角片61、62的光程长度相等或近似相等，这样可消除或近似消除由于引入光学色散补偿平片2和光学楔角片61、62带来入射光波长或温度变化时引起的o、e光的光程差。
上述结构中，偏振分束棱镜或Walk-off晶体1将一束偏振光分为输出相互平行的o光和e光，其中o光或e光通过光学补偿平片2，分束的e光或o光通过光学楔角片61、62，当压电陶瓷PZT63驱动光学楔角片62移动时，总光程发生变化，光线方向不变，设一对光学楔角61和62的楔角为α，折射率为n，压电陶瓷在垂直光路方向引入位移为Δx，则压电陶瓷PZT63移动引起光程的变化量为：nΔxtgα，例如光学楔角片61、62的折射率为2，压电陶瓷PZT63的振幅为10μm，则在1μm波段，楔角α只需3°就可实现全波片移动，具有很好的实用性；o光和e光通过1/2波片4，方向转变90°，再由偏振分束棱镜或Walk-off晶体5合束成为一束光输出，实现对光偏振态的改变。
又图4所示，位相可调波片131包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5之间插入o、e光光程差补偿片7、一对楔角相等、相对的两表面相互平行的光学楔角片61、62和光学色散补偿平片2，其中光学楔角片61、62和光学色散补偿平片2分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体1输出的分束平行光路上。
光学补偿平片2通常采用与光学楔角片61、62相同的材料，其光程长度与光通过光学楔角片61、62和光学平片64的光程长度相等或近似相等，这样可消除或近似消除由于引入光学色散补偿平片2和光学楔角片61、62和光学平片64带来入射光波长或温度变化时引起的o、e光的光程差。
o、e光光程差补偿片7用于消除一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5中o、e光的光程差，采用o、e光光程差补偿片7的优点在于相对于使用1/2波片，其对波长变化的敏感度较低。
上述结构中，偏振分束棱镜或Walk-off晶体1将一束偏振光分为输出相互平行的o光和e光，o光和e光通过o、e光光程差补偿片7以消除一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5中o、e光的光程差，其中o光或e光通过光学补偿平片2，分束的e光或o光通过光学平片64和光学楔角片61、62，当压电陶瓷PZT63驱动光学楔角片62移动时，总光程发生变化，光线方向不变，设一对光学楔角61和62的楔角为α，折射率为n，压电陶瓷PZT63在垂直光路方向引入位移为Δx，则压电陶瓷PZT63移动引起光程的变化量为：nΔxtgα，例如光学楔角片61、62的折射率为2，压电陶瓷PZT63的振幅为10μm，则在1μm波段，楔角α只需3°就可实现全波片移动，具有很好的实用性；o光和e光通过偏振分束棱镜或Walk-off晶体5合束成为一束光输出，实现对光偏振态的改变。
如图5所示，o、e光光程差补偿片7由晶体的主轴与晶体的通光面平行的晶体平片71构成，设o光和e光在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5中引起的光程差为ΔL＝Le-Lo，o、e光光程差补偿片7晶体平片71的o光和e光的折射率差为Δn＝no-ne，则o、e光光程差补偿片7在中的厚度为d＝ΔL/Δn。
如图6所示，o、e光光程差补偿片7由厚度相同、折射率不同的两个光学平片72、73构成，设o光和e光在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5中引起的光程差为ΔL＝Lo-Le，o光在光学平片72中的折射率为no，e光在光学平片73中的折射率为no，则o光和e光的折射率差为Δn＝ne-no，o、e光光程差补偿片7在光路中的厚度为d＝ΔL/Δn。
如图7所示，o、e光光程差补偿片7由厚度不同、折射率相同的两个光学平片74、75构成，设o光和e光在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5中引起的光程差为ΔL＝Lo-Le，光学平片74、75的折射率差为n，则光学平片74、75在光路中的厚度差为Δd＝ΔL/n。
如图8所示，位相可调波片131包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体1、5之间插入索雷补偿器，索雷补偿器由一对光轴相互平行的晶体楔角片81、82和光轴与其垂直的平行晶片84构成，当压电陶瓷PZT83驱动晶体楔角片82移动时，o光和e光光程发生变化，实现对光偏振态的改变。
Claims (6)
1.一种偏振控制器，包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其特征在于：位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入的1/2波片或者o、e光光程差补偿片，电光材料和光学色散补偿平片，电光材料和光学色散补偿平片分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体输出的分束平行光路上，在电光材料两端接通电源，通过快速调制电光材料两端的电压，引起光程变化来调制光的偏振态，其电光材料厚度和长度比为1∶10时，电光材料两端接通电源的电压为50V。
2.一种偏振控制器，包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其特征在于：位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入的1/2波片或者o、e光光程差补偿片，一对楔角相等、相对两表面相互平行的光学楔角片和光学色散补偿平片，一对光学楔角片和光学色散补偿平片分别放置于偏振分束棱镜或Walk-off晶体输出的分束平行光路上，一个光学楔角片下设有压电陶瓷PZT，压电陶瓷PZT驱动光学楔角片移动，引起光程变化来调制光的偏振态，其一对光学楔角片光入射端设有光学平片。
3.根据权利要求1或2所述的一种偏振控制器，其特征在于：其o、e光光程差补偿片由一片主轴与晶体的通光面平行的晶体平片构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种偏振控制器，其特征在于：其o、e光光程差补偿片由两片厚度相同折射率不同的光学平片构成。
5.根据权利要求1或2所述的一种偏振控制器，其特征在于：其o、e光光程差补偿片由两片厚度不同折射率相同的光学平片构成。
6.一种偏振控制器，包括输入光纤、输出光纤、光学器件、以及光学器件的控制器，光学器件由四个取向45°的位相可调波片沿光路方向级联而成，其中两个是主控波片，另外两片为补偿波片，其特征在于：位相可调波片包括一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体，在一对偏振分束棱镜或Walk-off晶体之间插入索雷补偿器，索雷补偿器由一对光轴相互平行晶体楔角片和光轴与其垂直的平行晶片构成，一个晶体楔角片下设有压电陶瓷PZT，压电陶瓷PZT驱动光学楔角片移动，引起光程变化来调制光的偏振态。
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