CN105676483A

CN105676483A - 一种光偏振控制装置及方法

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Publication number: CN105676483A
Application number: CN201610027713.6A
Authority: CN
Inventors: 张治国; 蒋旭; 张冰冰
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2036-01-15
Also published as: CN105676483B

Abstract

本发明实施例公开了一种光偏振控制装置及方法，装置包括：偏振分束器分别与所述第二分光器和第一分光器光路连接；所述第一分光器分别与所述第一光调制器和所述第一光电探测器光路连接；所述第二分光器分别与所述偏振控制器和所述第二光电探测器光路连接；所述偏振控制器与所述第二光调制器光路连接；所述数字信号处理器分别与所述第一光调制器、所述第二光调制器、所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接；所述光纤耦合器分别与所述第一光调制器和所述第二光调制器光路连接。应用本发明实施例，成本比较低，无需复杂算法实现偏振态的控制。

Description

一种光偏振控制装置及方法

技术领域

本发明涉及光偏振控制技术领域，特别涉及一种光偏振控制装置及方法。

背景技术

在光通信及光传感等领域，对光的偏振态有着特殊的要求，例如，在相干光通信中，要求本振光与信号光的偏振态一致，但由于光纤的无规则双折射，光在光纤传输中偏振态会随机变化，这便需要对光的偏振态进行动态自适应的调整，而自动偏振控制器恰恰能解决这一问题。

其中，自动偏振控制器(Autopolarizationcontroller，简称APC)指能将任意动态变化的输入偏振态转换为任意期望输出偏振态的偏振态控制器件，它利用晶体的双折射现象来改变偏振态，通过一定的组成方法(串接波片数量和各波片间相对方位关系)和控制算法(高速动态改变波片的方位角和双折射相对位相差)，得到需要的偏振态的偏振光输出。

如图1所示，现有的自动偏振控制器，输入的信号光经过偏振控制器调整为偏振态固定的偏振光，偏振监测器监测偏振光的偏振态，当偏振光的偏振态与目标偏振光的偏振态不一致时，通过模数转换器将信息传输至控制模块，控制模块中的偏振态控制算法经过计算分析，发出调整指令，驱动电路根据数模转换器转换后的调整指令驱动偏振控制器对偏振光的偏振态进行调整；偏振监测器监测到偏振光的偏振态与目标偏振光的偏振态一致时，直接对偏振光输出。目前所使用的方法涉及到器件的成本比较高，而且需要比较复杂的算法实现偏振态控制，极大的制约了相干通信等对光偏振有着特殊要求的技术的发展与应用。

发明内容

本发明实施例公开了一种光偏振控制装置及方法，成本比较低，无需复杂的算法实现偏振态的控制。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种光偏振控制装置，所述装置包括：偏振切换单元和偏振控制单元，所述偏振切换单元包括第一光调制器、第二光调制器、偏振分束器、偏振控制器及光纤耦合器，所述偏振控制单元包括第一分光器、第二分光器、第一光电探测器、第二光电探测器及数字信号处理器；

其中，所述偏振分束器分别与所述第二分光器和所述第一分光器光路连接；

所述第一分光器分别与所述第一光调制器和所述第一光电探测器光路连接；

所述第二分光器分别与所述偏振控制器和所述第二光电探测器光路连接；

所述偏振控制器与所述第二光调制器光路连接；

所述数字信号处理器分别与所述第一光调制器、所述第二光调制器、所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接；

所述光纤耦合器分别与所述第一光调制器和所述第二光调制器光路连接。

较佳的，所述第一分光器和第二分光器均为分光比为99:1的分光器。

较佳的，所述第一光调制器与第二光调制器均为马赫曾德尔调制器。

较佳的，所述偏振控制器为机械式光纤偏振控制器；所述光纤耦合器为耦合比为50:50的光纤耦合器，其中，耦合比为耦合器的输出功率除以耦合器的输入功率。

较佳的，所述第一光电探测器、第二光电探测器和数字信号处理器可以相互分离也可以集成到集成电路中。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种光偏振控制装置，应用于上述的光偏振控制装置，所述方法包括：

所述光偏振控制装置中的偏振分束器将接收端接收到的信号光分为第一偏振光和第二偏振光，并将第一偏振光输送至所述光偏振控制装置中的第二分光器，将所述第二偏振光输送至所述光偏振装置中的第一分光器；

所述第一分光器将所述第二偏振光分为第三偏振光和第四偏振光，将所述第三偏振光输送至所述光偏振控制装置的第一光调制器，将所述第四偏振光输送至所述光偏振控制装置中的第一光电探测器；

所述第二分光器将所述第一偏振光分为第五偏振光和第六偏振光，将所述第五偏振光输送至所述光偏振控制装置中的偏振控制器，将所述第六偏振光输送至所述光偏振控制装置中的第二光电探测器；

所述偏振控制器将所述第五偏振光转换成第七偏振光，并将所述第七偏振光输送至所述光偏振控制装置中的第二光调制器；

所述第一光电探测器将所述第四偏振光转换为第一电信号，并将所述第一电信号输送至所述光偏振控制装置中的数字信号处理器；

所述第二光电探测器将所述第六偏振光转换为第二电信号，并将所述第二信号光输送至所述数字信号处理器；

所述数字信号处理器根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号的大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号，并将所述第一脉冲驱动信号输送至所述第一光调制器，将所述第二脉冲驱动信号输送至所述第二光调制器；

所述第一光调制器根据所述第一脉冲驱动信号，决定是否将所述第三偏振光输送至所述光偏振装置中的光纤耦合器；

所述第二光调制器根据所述第二脉冲驱动信号，决定是否将所述第七偏振光输送至所述光纤耦合器；

所述的光纤耦合器将接收到的偏振光耦合为第八偏振光后输出。

较佳的，所述数字信号处理器根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号的大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号具体包括：

所述数字信号处理器根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号的大小，比较所述第四偏振光和所述第六偏振光的光强度大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号。

较佳的，所述比较所述第四偏振光和所述第六偏振光的光强度大小，产生所述第一脉冲驱动信号和所述第二脉冲驱动信号具体包括：

当所述第四偏振光的光强度大于等于所述第六偏振光的光强度，产生的所述第一脉冲驱动信号为1电平，产生的所述第二脉冲驱动信号为0电平；

当所述第四偏振光的光强度小于所述第六偏振光的光强度，产生的第一脉冲驱动信号为0电平，产生的所述第二脉冲驱动信号为1电平。

较佳的，所述第五偏振光和所述第六偏振光的偏振态相同；所述第三偏振光、所述第四偏振光和所述第七偏振光的偏振态相同。

较佳的，所述第八偏振光为偏振方向固定的线偏振光，其中，线偏振光是在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，光矢量的大小随相位变化、方向不变偏振光。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的一种光偏振控制装置中，偏振分束器分别与第二分光器和第一分光器光路连接；第一分光器分别与第一光调制器和第一光电探测器光路连接；第二分光器分别与偏振控制器和第二光电探测器光路连接；偏振控制器与第二光调制器光路连接；数字信号处理器分别与第一光调制器、第二光调制器、第一光电探测器和第二光电探测器电连接；光纤耦合器分别与第一光调制器和第二光调制器光路连接。由于本发明实施例不需要使用成本比较高的器件，使用的器件成本相对比较低，也不无需复杂的算法实现偏振态的控制，通过偏振分束器、偏振控制器控制偏振光的偏振态。可见，应用本发明实施例提供的装置和方法，成本比较低，也不需要复杂的算法实现偏振态的控制。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的自动偏振控制器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光偏振控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光偏振控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种光偏振控制装置及方法。

如图2所示，本发明实施例提供的一种光偏振控制装置，包括：偏振切换单元和偏振控制单元，偏振切换单元包括第一光调制器209、第二光调制器208、偏振分束器201、偏振控制器204及光纤耦合器2010，偏振控制单元包括第一分光器202、第二分光器203、第一光电探测器206、第二光电探测器205及数字信号处理器207；

其中，该偏振分束器201分别与该第二分光器203和该第一分光器202光路连接；

该第一分光器202分别与所述第一光调制器209和所述第一光电探测器206光路连接；

该第二分光器203分别与该偏振控制器204和该第二光电探测器205光路连接；

该偏振控制器204与该第二光调制器208光路连接；

该数字信号处理器207分别与该第一光调制器209、该第二光调制器208、该第一光电探测器206和该第二光电探测器205电连接；

该光纤耦合器2010分别与该第一光调制器209和该第二光调制器208光路连接。

需要说明的是，在图2中，器件之间使用实线连接如偏振分束器201与第一分光器202使用实线连接，表示器件之间光路连接，，同理，器件之间使用虚线连接，如数字信号处理器207与第一光电探测器206使用虚线连接，表示器件之间电连接。器件之间使用实线或虚线连接，仅仅为为了区分器件之间不同的连接方式，并不具有任何限定意义。

需要说明的是，本发明实施例所提供的“第一光调制器209”中的“第一”和“第二光调制器208”中的“第二”仅仅为了从命名上区分两个光调制器，并不具有任何限定意义；同理，“第一分光器202”中的“第一”和“第二分光器203”中的“第二”仅仅为了从命名上区分两个分光器，并不具有任何限定意义；同理，“第一光电探测器206”中的“第一”和“第二光电探测器205”中的“第二”仅仅为了从命名上区分两个光电探测器，并不具有任何限定意义。

可以理解的是，本发明实施例所指的光路连接可以指能够传输光信号的连接方式，也就是说，通过光纤连接，更进一步的，为了保证光在传输过程中偏振态不变，该光路连接可以指通过保偏光纤连接。并且，该偏振分束器204的基本工作原理为：利用双折射晶体把入射光分成两束偏振方向相互垂直的偏振光。另外，本发明实施例中的第一光电探测器206和第二光电探测器205均可以为光电二极管或者其他能够将光信号转换为电信号的装置，并且，在保证能够将光信号转换为电信号的前提下，可以根据实际应用选择合适的装置作为本实施例中的第一光电探测器206和第二光电探测器205。

其中，现有技术中的分光器通常具有一个输入光接口和若干输出光接口，基本工作原理为：分光器将从输入光接口过来的信号光被分配到所有的输出光接口传输出去，信号光从输入光接口转到输出光接口的时候，信号光的光强度/功率将下降。对于本发明实施例所利用的第一分光器202和第二分光器203中的任一分光器而言，由于仅仅利用了两个输出光接口，因此，本发明实施例所提供的第一分光器202和第二分光器203均可以采用具有两个输出光接口的分光器；当然，理论上也可以采用具有多个输出光接口的分光器，此时，分光器只有两个输出光接口处于被使用状态。从分光比的角度而言，本发明实施例中，第一分光器202和第二分光器203的分光比例均可以为99:1，以实现能够使本发明提供的光偏振控制装置输出的偏振光的强度/功率损失的少的目的，当然，分光比为99:1仅仅作为示例性说明，并不应该构成对本发明实施例的限定，在保证光偏振控制装置输出的偏振光的强度/功率损失的较少的前提下，本发明实施例还可以采用分光比为其他数值的分光器。需要强调的是，根据输出光的强度和功率的要求不同，第二分光器203和第一分光器202的分光比也可以不相同。

需要说明的是，本发明实施例提供的第一光调制器209和第二光调制器208都是在无啁啾强度调制的情况下工作，啁啾为光由于光调制器的调制，光的频率随时间发生变化的现象。具体的，第一光调制器209和第二光调制器208均可以为马赫曾德尔调制器。其中，所谓的马赫曾德尔调制器是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路，这两个光支路采用的材料是电光性材料，电光性材料的折射率随外部施加的电信号大小而变化；而由于光支路的折射率变化会导致信号相位的变化，当两个支路信号在调制器输出端再次结合到一起时，合成的光信号将是一个强度大小变化的干涉信号，相当于把电信号的变化转换成了光信号的变化，调制器的输出端能输出光，实现了光强度的调制。在本发明中，马赫曾德尔调制器可以等效为一个超高速光开关，当外部施加的是1电平，马赫曾德尔调制器能输出光，相当于超高速光开关处于开的状态；当外部施加的是0电平，马赫曾德尔调制器不能输出光，相当于超高速光开关处于关的状态。

进一步的，本发明实施例所提供的偏振控制器204可以为机械式光纤偏振控制器，其中，机械式光纤偏振控制器能够将偏振方向固定的偏振光转换为偏振方向与该偏振光的偏振方向垂直的偏振光。

另外，可以理解的是，本发明实施例所述的电连接可以指能够传输电信号的连接方式，在本发明具体实施例中，数字信号处理器207分别与第一光调制器206、第二光调制器208、第一光电探测器206和第二光电探测器205可以通过导线进行连接。

进一步的，在实际应用中，第一光电探测器206、第二光电探测器205和数字信号处理器207可以相互分离也可以集成到集成电路中。

其中，光纤耦合器2010为耦合比为50:50的光纤耦合器，其中，耦合比为耦合器的输出功率除以耦合器的输入功率。

应用本发明的实施例，由于不需要使用成本比较高的器件，也不需要复杂的算法实现偏振态控制，而是通过偏振分束器201、偏振控制器204控制偏振光的偏振态，因此成本低，无需复杂算法实现偏振态的控制。另外，第一光调制器209和第二光调制器208可以分别等效为一个超高速光开关，能够快速对偏振光输出，且相较于高速光开关，对光路的切换速率更高，且成本相对比较低。另外，由于本发明的实施例不需要对偏振光的偏振态监测，也不需要数模转换器和驱动电路，利用第一光调制器209和第二光调制器208本身的特性，将偏振光输出，应用本发明的实施例，还可以快速对输入的任意偏振态的信号光保持固定偏振态的线偏振光输出。

与图2所示实施例相对应，本发明还提供了一种光偏振控制方法，应用于图2所示的光偏振控制装置，如图3所示，该方法可以包括:

S301、偏振分束器201将接收端接收到的信号光分为第一偏振光和第二偏振光，并将第一偏振光输送至光偏振控制装置中的第二分光器203，将第二偏振光输送至光偏振装置中的第一光调制器209。

需要说明的是，这里所说的信号光可以为自然光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光中的任意一种。

S302、第一分光器202将第二偏振光分为第三偏振光和第四偏振光，将第三偏振光输送至光偏振控制装置的第一光调制器209，将所述第四偏振光输送至光偏振控制装置中的第一光电探测器206。

S303、第二分光器203将第一偏振光分为第五偏振光和第六偏振光，将第五偏振光输送至光偏振控制装置的偏振控制器204，将第六偏振光输送至光偏振控制装置中的第二光电探测器205。

S304、偏振控制器204将第五偏振光转换成第七偏振光，并将第七偏振光输送至光偏振控制装置中的第二光调制器208。

S305、第一光电探测器206将第四偏振光转换为第一电信号，并将第一电信号输送至数字信号处理器207。

S306、第二光电探测器205将第六偏振光转换为第二电信号，并将第二信号光输送至数字信号处理器207。

需要说明的是，本发明实施例中“第一电信号”和“第二电信号”中的”电信号”可以是电流，另外，第一电信号”和“第二电信号”中的“第一”和“第二”仅仅为了从命名上区分两个电信号，并不具有任何限定意义。

S307、数字信号处理器207根据接收到的第一电信号和第二电信号的大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号，并将第一脉冲驱动信号输送至第一光调制器209，将第二脉冲驱动信号输送至第二光调制器208。

数字信号处理器207根据接收到的第一电信号和第二电信号的大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号具体包括：

数字信号处理器207根据接收到的第一电信号和第二电信号的大小，比较第四偏振光和第六偏振光的光强度大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号。

比较第四偏振光和第六偏振光的光强度大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号具体包括：

当第四偏振光的光强度大于等于第六偏振光的光强度，产生的第一脉冲驱动信号为1电平，产生的第二脉冲驱动信号为0电平；

当第三偏振光的光强度小于第六偏振光的光强度，产生的第一脉冲驱动信号为0电平，产生的第二脉冲驱动信号为1电平。

需要说明的是，根据光电探测器的性质，光电探测器接收到的光的光强度的大小与输出的电信号大小成正比，本发明实施例中，“当第四偏振光的光强度大于等于第六偏振光的光强度，产生的第一脉冲驱动信号为1电平，产生的第二脉冲驱动信号为0电平”，相当于当第一电信号大于等于第二电信号，产生的第一脉冲驱动信号为1电平，产生的第二脉冲驱动信号为0电平。

S308、第一光调制器209根据第一脉冲驱动信号，决定是否将第三偏振光输送至光偏振装置中的光纤耦合器2010。

当第一脉冲驱动信号驱动为1电平时，第一光调制器209将第三偏振光输送至光偏振装置中的光纤耦合器2010；当第一脉冲驱动信号驱动为0电平时，第一光调制器209不会将第三偏振光输送至光偏振装置中的光纤耦合2010。在这里，第一光调制器209可以等效为一个超高速光开关。当接收的是1电平时，处于超高速光开关的开的状态，当接收的是0电平时，处于超高速光开关的关的状态。

S309、第二光调制器208根据第二脉冲驱动信号，决定是否将第七偏振光输送至光纤耦合器2010；

当第二脉冲驱动信号为1电平时，第二光调制器208将第七偏振光输送至光偏振装置中的光纤耦合器2010；当第二脉冲驱动信号驱动为0电平时，第二光调制器208不会将第七偏振光输送至光偏振装置中的光纤耦合2010。在这里，第二光调制器208可以等效为一个超高速光开关。当接收的是1电平时，处于超高速光开关的开的状态，当接收的是0电平时，处于超高速光开关的关的状态。

S3010、光纤耦合器2010将接收到偏振光耦合为第八偏振光后输出。

当第一脉冲驱动信号为1电平且第二脉冲驱动信号为0电平时，光纤耦合器2010将第三偏振光耦合为第八偏振光后输出；

当第一脉冲驱动信号为0电平且第二脉冲驱动信号为1电平时，光纤耦合器2010将第七偏振光耦合为第八偏振光后输出。

其中，第五偏振光和第六偏振光的偏振态相同；第三偏振光、第四偏振光和所述第七偏振光的偏振态相同。

第八偏振光为偏振方向固定的线偏振光，其中，线偏振光是在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，光矢量的大小随相位变化、方向不变偏振光。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种光偏振控制装置，其特征在于，所述装置包括：偏振切换单元和偏振控制单元，所述偏振切换单元包括第一光调制器、第二光调制器、偏振分束器、偏振控制器及光纤耦合器，所述偏振控制单元包括第一分光器、第二分光器、第一光电探测器、第二光电探测器及数字信号处理器；

所述偏振控制器与所述第二光调制器光路连接；

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一分光器和第二分光器均为分光比为99:1的分光器。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一光调制器与第二光调制器均为马赫曾德尔调制器。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述偏振控制器为机械式光纤偏振控制器；所述光纤耦合器为耦合比为50:50的光纤耦合器，其中，耦合比为耦合器的输出功率除以耦合器的输入功率。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一光电探测器、第二光电探测器和数字信号处理器可以相互分离也可以集成到集成电路中。

6.一种光偏振控制方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的光偏振控制装置，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述数字信号处理器根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号的大小，产生第一脉冲驱动信号和第二脉冲驱动信号具体包括：

8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述比较所述第四偏振光和所述第六偏振光的光强度大小，产生所述第一脉冲驱动信号和所述第二脉冲驱动信号具体包括：

9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述第五偏振光和所述第六偏振光的偏振态相同；所述第三偏振光、所述第四偏振光和所述第七偏振光的偏振态相同。

10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述第八偏振光为偏振方向固定的线偏振光，其中，线偏振光是在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，光矢量的大小随相位变化、方向不变偏振光。