CN110456518A - 偏振无关双光束干涉方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种偏振无关双光束干涉方法和装置。该方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光波经由第一分束器分束为在两条光路中传输的两路光波；将所述两路光波分别经由设置在所述两条光路中的两个偏振正交旋转反射装置反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；其中，对于所述两路光波中的每一路光波：该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。本发明使得能够对任意偏振态的输入光波稳定地进行双光束干涉，实现了偏振无关的抗偏振诱导衰落的稳定干涉。

Description

偏振无关双光束干涉方法和装置

技术领域

本发明涉及光传感、光通信以及微波光子等技术领域，尤其涉及一种偏振无关双光束干涉方法和装置。

背景技术

在光纤传感技术中，基于两路光波(双光束)干涉的干涉型光纤传感方法因具有极高的灵敏度，在水声、磁场、应变、压力、电流等物理量的测量方面取得了广泛的应用。然而，在两路光波干涉中，因两路光波(一束为参考光束，一束为信号调制光束)所经过的传输光路(通常为光纤光路)不同，两路光波的偏振态产生随机变化在干涉时引起干涉信号的随机衰落，尤其当两路光波在干涉时偏振态正交的情况，干涉信号为零，这一现象称为偏振诱导衰落。

如何实现偏振无关的抗偏振诱导衰落的稳定干涉是两路光波干涉在实际应用中需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种偏振无关双光束干涉方法和装置，通过对一路光波分束产生的两路光波中的每一路光波进行反射并在反射时对每一路光波的两个正交偏振态进行偏振正交旋转，保持每一路光波的两个正交偏振态在传输光路上不变，实现两路光波在合束干涉时偏振态相同，从而实现抗偏振诱导衰落的稳定干涉。

本发明提供至少以下技术方案：

1.一种偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述方法包括：

将入射的任意偏振态的一路输入光波经由第一分束器分束为在两条光路中传输的两路光波；

将所述两路光波分别经由设置在所述两条光路中的两个偏振正交旋转反射装置反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；

其中，对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

2.根据方案1所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，对于所述两路光波中的每一路光波：

保持该路光波的两个正交偏振态在从所述第一分束器传输至相应的偏振正交旋转反射装置反射前保持不变，且在相应的偏振正交旋转反射装置反射后传输至所述第一分束器期间保持不变。

3.根据方案1所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

4.根据方案1至3中任一项所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。

5.根据方案4所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，其中，所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

6.一种偏振无关双光束干涉装置，其特征在于，所述装置包括：第一分束器、两个偏振正交旋转反射装置以及与所述第一分束器光耦合并分别与所述两个偏振正交旋转反射装置光耦合的两条光路，

所述第一分束器被设置用于将任意偏振态的一路输入光波分束为在所述两条光路中传输的两路光波；

所述两个偏振正交旋转反射装置被设置用于分别将经所述两条光路传输来的所述两路光波反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；

其中，所述两个偏振正交旋转反射装置被构造成使得，对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

7.根据方案6所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述第一分束器为保偏分束器；所述两条光路为偏振保持光路。

8.根据方案6所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

9.根据方案6至8中任一项所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。

10.根据方案9所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

本发明通过对一路光波分束产生的两路光波中的每一路光波进行反射并在反射时对每一路光波的两个正交偏振态进行偏振正交旋转，保持每一路光波的两个正交偏振态在传输光路上不变，实现两路光波在合束干涉时偏振态相同，从而实现抗偏振诱导衰落的稳定干涉。本发明提供的偏振无关双光束干涉方法和装置简单并且易于实现。

附图说明

图1为本发明一个实施例的偏振无关双光束干涉方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的偏振无关双光束干涉装置的组成结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的偏振无关双光束干涉装置的组成结构示意图；

图4为可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图；

图5为可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的另一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图；

图6为可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的又一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明将省略。

图1为本发明一个实施例的偏振无关双光束干涉方法的流程图。如图1所示，具体包括以下步骤：

S101：将入射的任意偏振态的一路输入光波经由第一分束器分束为在两条光路中传输的两路光波；

S102：将所述两路光波分别经由设置在所述两条光路中的两个偏振正交旋转反射装置反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；

S103：对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

在一个实施例中，对于所述两路光波中的每一路光波：

保持该路光波的两个正交偏振态在从所述第一分束器传输至相应的偏振正交旋转反射装置反射前保持不变，且在相应的偏振正交旋转反射装置反射后传输至所述第一分束器期间保持不变。

在一个实施例中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

例如，所述反射装置包括四分之一波片和镀覆在所述四分之一波片的晶体表面上的反射镜。或者，所述反射装置包括快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤和镀覆在所述保偏光纤的端面上的反射镜。

在一个实施例中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。

在一个实施例中，所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

图2为本发明一个实施例的偏振无关双光束干涉装置的组成结构示意图。

如图2所示的偏振无关双光束干涉装置包括以下组成部分：分束器201(也可以称为“第一分束器”)、两个偏振正交旋转反射装置202和203以及与分束器201光耦合并分别与所述两个偏振正交旋转反射装置202和203光耦合的两条光路；

分束器201用于将任意偏振态的一路输入光波分束为在所述两条光路中传输的两路光波；

两个偏振正交旋转反射装置202和203被设置用于分别将经所述两条光路传输来的所述两路光波反射回分束器201，分束器201将反射回的所述两路光波合束输出；

其中，两个偏振正交旋转反射装置202和203被构造成使得，对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

这里，偏振正交旋转反射装置是指一种能够对所反射的光波的两个正交偏振态作偏振正交旋转反射、即在反射入射的光波时将该光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态的偏振正交旋转反射装置。举例而言，假设这两个正交偏振态分别为x偏振态和y偏振态，沿光路传输到一个偏振正交旋转反射装置的x偏振态在偏振正交旋转反射装置处经偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即y偏振态，沿光路传输到该偏振正交旋转反射装置的y偏振态在偏振正交旋转反射装置处经偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即x偏振态。如此，对于图2的偏振无关双光束干涉装置，利用偏振正交旋转反射装置处的偏振正交旋转反射，输入光波的x偏振态在分束器分束至分束器合束的过程中经所述两个臂传输的相位差恰好等于该光波的y偏振态在分束器分束至分束器合束的过程中经所述两个臂传输的相位差。

在一个实施例中，所述第一分束器为保偏分束器；所述两条光路为偏振保持光路，例如保偏光纤光路。

在一个实施例中，两个偏振正交旋转反射装置202和203中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

在一个实施例中，两个偏振正交旋转反射装置202和203中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

据此本发明提出了三种创造性的偏振正交旋转反射装置构造，即下文所述的构造1、构造2和构造3。

根据构造1，偏振正交旋转反射装置包括偏振分束器(也可以称为“第二偏振分束器”)，该偏振分束器具有输入端口和两个输出端口，该偏振分束器的两个输出端口经一条传输光路彼此光耦合，所述传输光路由保偏光纤形成，该传输光路上设置有半波片，保偏光纤的慢轴与该半波片的快轴或慢轴的夹角为45度。具有构造1的偏振正交旋转反射装置在用于本发明的偏振无关双光束干涉装置时，可通过将偏振分束器的输入端口耦合至偏振无关双光束干涉装置的一个臂来将该偏振正交旋转反射装置耦合至所述臂。

根据构造2，偏振正交旋转反射装置包括偏振分束器，该偏振分束器具有输入端口和两个输出端口，该偏振分束器的两个输出端口经一条传输光路彼此光耦合，所述传输光路由保偏光纤形成，所述保偏光纤的慢轴和快轴分别保持输入该保偏光纤的光波的两个正交偏振态稳定传输——即偏振态不变，且该偏振分束器的两个输出端口和该保偏光纤构造成使得，由该偏振分束器的两个输出端口输出的光波均耦合至该保偏光纤的慢轴进行传输或均耦合至该保偏光纤的快轴进行传输。由该偏振分束器的两个输出端口输出的光波均耦合至该保偏光纤的慢轴进行传输或均耦合至该保偏光纤的快轴进行传输可通过保偏光纤扭转90度或者扭转(90+n*180)度实现，其中n为整数。具有构造2的偏振正交旋转反射装置在用于本发明的偏振无关双光束干涉装置时，可通过将其偏振分束器的输入端口耦合至偏振无关双光束干涉装置的一个臂来将该偏振正交旋转反射装置耦合至所述臂。

根据构造3，偏振正交旋转反射装置包括偏振分束器，该偏振分束器具有输入端口和两个输出端口，该偏振分束器的两个输出端口经一条传输光路彼此光耦合，所述传输光路由包含奇数个90度熔接点的保偏光纤形成，每个90度熔接点由保偏光纤慢轴与保偏光纤快轴对准熔接而成。具有构造3的偏振正交旋转反射装置在用于本发明的偏振无关双光束干涉装置时，可通过将其偏振分束器的输入端口耦合至偏振无关双光束干涉装置的一个臂来将该偏振正交旋转反射装置耦合至所述臂。

回到图2的偏振无关双光束干涉装置，偏振正交旋转反射装置202和203中的一个偏振正交旋转反射装置可以为采用上述构造1、构造2、构造3和四分之一波片反射镜中之一的偏振正交旋转反射装置，另一个偏振正交旋转反射装置可以为采用上述构造1、构造2、构造3和四分之一波片反射镜中之一的偏振正交旋转反射装置。两个偏振正交旋转反射装置202和203可以为相同构造的偏振正交旋转反射装置，或为不同构造的偏振正交旋转反射装置。

对于图2的偏振无关双光束干涉装置，可以通过调节两个臂的长度和/或调节两个偏振正交旋转反射装置202和203中采用选自构造1、构造2和构造3的构造的一个或两个偏振正交旋转反射装置中的传输光路，实现上述两路光波的相对延时。

图3为本发明另一个实施例的偏振无关双光束干涉装置的组成结构示意图。

如图3所示，其中的偏振无关双光束干涉装置具体包括以下组成部分：保偏分束器303、四分之一波片反射镜304和305。

保偏分束器303一侧的两个端口301和302之一作为干涉装置的输入端，保偏分束器303与四分之一波片反射镜304和305构成保偏迈克尔逊干涉仪。其中，“四分之一波片反射镜”是指包括反射镜和四分之一波片的反射装置，可以通过在四分之一波片晶体表面镀反射镜实现，亦可通过在快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤端面镀反射镜实现。具体地，反射装置304或305可以包括四分之一波片和镀覆在所述四分之一波片的晶体表面上的反射镜。或者，反射装置304或305包括快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤和镀覆在所述保偏光纤的端面上的反射镜，在该实例中，所述快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤相当于四分之一波片。保偏分束器303与四分之一波片反射镜304和305之间的传输光路为保偏光纤。

工作时，光波经保偏分束器303的端口301或302进入保偏分束器303分成两路子光波，一路子光波经由四分之一波片反射镜304反射回来，另一路子光波由四分之一波片反射镜305反射回来，反射回来的两路子光波经保偏分束器303合束后由端口301或302输出。保偏分束器303为保偏光纤分束器，与四分之一波片反射镜304、305相连的保偏光纤的慢轴与相应的四分之一波片的快轴或者慢轴夹角为45度。在保偏分束器303的输入端口和输出端口为同一端口(301或302)时，该偏振无关双光束干涉装置还可以包括光环形器。该光环形器可以位于保偏分束器303前端。入射的任意偏振态的一路输入光波可从光环形器的第一端口输入并从光环形器的第二端口输出至保偏分束器303，来自保偏分束器303的合束输出被输入至光环形器的第二端口并从光环形器的第三端口输出。

图4示出了可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图。

如图4所示，其中的偏振正交旋转反射装置包括以下组成部分：偏振分束器402和扭转90度的保偏光纤403。

偏振分束器402包括端口A、端口B、端口C三个端口。端口A、端口B、端口C可分别称为输入端口、第一输出端口、第二输出端口。与偏振分束器402的端口A相连的端口401既作为偏振正交旋转反射装置的输入端口，也作为偏振正交旋转反射装置的输出端口。偏振分束器402的端口B和端口C通过扭转90度的保偏光纤403连接。由偏振分束器402的端口B和端口C输出的光波均耦合至扭转90度的保偏光纤403的慢轴传输或均耦合至扭转90度的保偏光纤403的快轴传输。

工作时，输入光波经端口401也即偏振分束器402的端口A输入偏振分束器402。输入光波可以看作由两个正交偏振态构成，所述两个正交偏振态可分别记为x偏振态和y偏振态。偏振分束器402将输入光波偏振分束为x偏振态的第一路光波和y偏振态的第二路光波，以分别由偏振分束器402的端口B和端口C输出。由偏振分束器402的端口B输出的x偏振态的第一路光波耦合至扭转90度的保偏光纤403的慢轴传输，并沿扭转90度的保偏光纤403的慢轴传输至偏振分束器402的端口C，在端口C处第一路光波由扭转90度的保偏光纤403的慢轴耦合至偏振分束器402，耦合至偏振分束器402的端口C的第一路光波的偏振态为y偏振态；y偏振态的第一路光波由偏振分束器402的端口A输出。也即实现由端口A输入的输入光波的x偏振态分量在由偏振正交旋转反射装置反射后由端口A输出时变换为y偏振态。由偏振分束器402的端口C输出的y偏振态的第二路光波耦合至扭转90度的保偏光纤403的慢轴传输，并沿扭转90度的保偏光纤403的慢轴传输至偏振分束器402的端口B，在端口B处第二路光波由扭转90度的保偏光纤403的慢轴耦合至偏振分束器402，耦合至偏振分束器402的端口B的第二路光波的偏振态为x偏振态；x偏振态的第二路光波由偏振分束器402的端口A输出。也即实现由端口A输入的输入光波的y偏振态分量在由偏振正交旋转反射装置反射后由端口A输出时变换为x偏振态。偏振正交旋转反射装置实现输入光波的两个正交偏振态由偏振正交旋转反射装置反射输出时两个正交偏振态均变换为与其正交的偏振态。利用上述的扭转90度的保偏光纤403对两个正交偏振态作偏振正交旋转，使得输入光波的x偏振态和y偏振态之间的相位与输出光波的y偏振态和x偏振态之间的相位保持相同。

或者，偏振分束器402的端口B和端口C也可均耦合至扭转90度的保偏光纤403的快轴，上述结果不受影响。

图5为可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的另一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图。

如图5所示，其中的偏振正交旋转反射装置包括以下组成部分：偏振分束器502、保偏光纤503以及90度熔接点504。

偏振分束器502包括端口A、端口B、端口C三个端口。端口A、端口B、端口C可分别称为输入端口、第一输出端口、第二输出端口。与偏振分束器502的端口A相连的端口501既作为装置的输入端口也作为装置的输出端口。偏振分束器502的端口B和端口C通过保偏光纤503连接。由偏振分束器502的端口B输出的光波耦合至保偏光纤503的慢轴且由偏振分束器502的端口C输出的光波耦合至保偏光纤503的快轴，或者由偏振分束器502的端口B输出的光波耦合至保偏光纤503的快轴且由偏振分束器502的端口C输出的光波耦合至保偏光纤503的慢轴。保偏光纤503包含90度熔接点504，90度熔接点504由保偏光纤慢轴与保偏光纤快轴对准熔接而成。

工作时，输入光波经端口501(也即偏振分束器502的端口A)输入偏振分束器502。输入光波可以看作由两个正交偏振态构成，所述两个正交偏振态可分别记为x偏振态和y偏振态。偏振分束器502将输入光波偏振分束为x偏振态的第一路光波和y偏振态的第二路光波，以分别由偏振分束器502的端口B和端口C输出。由偏振分束器502的端口B输出的x偏振态的第一路光波耦合至保偏光纤503的慢轴并被传输至90度熔接点504，经过90度熔接点504后沿保偏光纤504的快轴传输至偏振分束器502的端口C，在端口C处第一路光波由保偏光纤503的快轴耦合至偏振分束器502；耦合至偏振分束器502的端口C的第一路光波的偏振态为y偏振态，y偏振态的第一路光波由偏振分束器502的端口A输出。也即实现由端口A输入的输入光波的x偏振态分量在由装置反射后由端口A输出时变换为y偏振态。由偏振分束器502的端口C输出的y偏振态的第二路光波耦合至保偏光纤503的快轴并被传输至90度熔接点504，经过90度熔接点504后沿保偏光纤503的慢轴传输至偏振分束器502的端口B，在端口B处第二路光波由保偏光纤503的慢轴耦合至偏振分束器502；耦合至偏振分束器502的端口B的第二路光波的偏振态为x偏振态，x偏振态的第二路光波由偏振分束器502的端口A输出。也即实现由端口A输入的输入光波的y偏振态分量在由装置反射后由端口A输出时变换为x偏振态。该偏振正交旋转反射装置实现输入光波的两个正交偏振态由该装置反射输出时两个正交偏振态均变换为与其正交的偏振态。

尽管图5中示出了仅一个90度熔接点504，但这只是示例性的，保偏光纤503可以包含任意的奇数个90度熔接点。每个90度熔接点由保偏光纤慢轴与保偏光纤快轴对准熔接而成。在保偏光纤503包含多于1个的奇数个90度熔接点的情况下，上述结果不受影响，只是由偏振分束器502的端口B和端口C输出的第一路光波和第二路光波各自沿保偏光纤503传输时更多次在沿保偏光纤慢轴传输与沿保偏光纤快轴传输之间变换，变换的次数等于90度熔接点的数目。

采用上述的包含奇数个90度熔接点的保偏光纤503对两个正交偏振态作偏振正交旋转，使得输入光波的x偏振态和y偏振态之间的相位与输出光波的y偏振态和x偏振态之间的相位保持相同。

或者，偏振分束器502的端口B耦合至保偏光纤503的快轴且偏振分束器502的端口C耦合至保偏光纤503的慢轴时，上述结果不受影响。

图6为可用于本发明的偏振无关双光束干涉装置的又一种偏振正交旋转反射装置的组成结构示意图。

如图6所示，其中的偏振正交旋转反射装置包括以下组成部分：偏振分束器602和半波片603。

偏振分束器602包括端口A、端口B、端口C三个端口。端口A、端口B、端口C可分别称为输入端口、第一输出端口、第二输出端口。与偏振分束器602的端口A相连的端口601既作为装置的输入端口也作为装置的输出端口。偏振分束器602的端口B通过传输光路与半波片603的端口D连接，偏振分束器602的端口C通过传输光路与半波片603的端口E连接。将偏振分束器602的端口B与半波片603的端口D连接的传输光路以及将偏振分束器602的端口C与半波片603的端口E连接的传输光路均为偏振保持光路，例如保偏光纤光路。由半波片603的端口D和端口E输入半波片603的光波的偏振态的极化方向与半波片603的慢轴或快轴的夹角为45度。

工作时，输入光波经端口601也即偏振分束器602的端口A输入偏振分束器602。输入光波可以看作由两个正交偏振态构成，所述两个正交偏振态可分别记为x偏振态和y偏振态。偏振分束器602将输入光波偏振分束为x偏振态的第一路光波和y偏振态的第二路光波，以分别由偏振分束器602的端口B和端口C输出。由偏振分束器602的端口B输出的x偏振态的第一路光波传输至半波片603，经半波片603作偏振正交旋转后的第一路光波偏振态变换为y偏振态。由半波片603的端口E输出的y偏振态的第一路光波传输至偏振分束器的端口C并被输入偏振分束器602，并由偏振分束器602的端口A输出。如此，实现由端口A输入的输入光波的x偏振态分量在由装置反射后由端口A输出时变换为y偏振态。由偏振分束器602的端口C输出的y偏振态的第二路光波传输至半波片603，经半波片603作偏振正交旋转后的第二路光波偏振态变换为x偏振态。由半波片603的端口D输出的x偏振态的第二路光波传输至偏振分束器的端口B并被输入偏振分束器602，并由偏振分束器602的端口A输出。如此，实现由端口A输入的输入光波的y偏振态分量在由装置反射后由端口A输出时变换为x偏振态。该偏振正交旋转反射装置实现输入光波的两个正交偏振态由该装置反射输出时两个正交偏振态均变换为与其正交的偏振态。采用半波片603对两个正交偏振态作偏振正交旋转，使得输入光波的x偏振态和y偏振态之间的相位与输出光波的y偏振态和x偏振态之间的相位保持相同。

本发明的偏振无关双光束干涉装置可用作密钥分发相位编解码装置的组成部分，也可用作光纤通信或其他需要进行偏振无关双光束干涉的系统的组成部分。

本文中，术语“分束器”和“合束器”可互换使用，分束器亦可称为和用作合束器，反之亦然。本文中，“保偏光纤光路”是指采用保偏光纤传输光波的光路或保偏光纤连接形成的光路。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效有更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述方法包括：

将入射的任意偏振态的一路输入光波经由第一分束器分束为在两条光路中传输的两路光波；

将所述两路光波分别经由设置在所述两条光路中的两个偏振正交旋转反射装置反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；

其中，对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

2.根据权利要求1所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，对于所述两路光波中的每一路光波：

保持该路光波的两个正交偏振态在从所述第一分束器传输至相应的偏振正交旋转反射装置反射前保持不变，且在相应的偏振正交旋转反射装置反射后传输至所述第一分束器期间保持不变。

3.根据权利要求1所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。

5.根据权利要求4所述的偏振无关双光束干涉方法，其特征在于，其中，所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

6.一种偏振无关双光束干涉装置，其特征在于，所述装置包括：第一分束器、两个偏振正交旋转反射装置以及与所述第一分束器光耦合并分别与所述两个偏振正交旋转反射装置光耦合的两条光路，

所述第一分束器被设置用于将任意偏振态的一路输入光波分束为在所述两条光路中传输的两路光波；

所述两个偏振正交旋转反射装置被设置用于分别将经所述两条光路传输来的所述两路光波反射回所述第一分束器，所述第一分束器将反射回的所述两路光波合束输出；

其中，所述两个偏振正交旋转反射装置被构造成使得，对于所述两路光波中的每一路光波：

该路光波经由其所在光路的偏振正交旋转反射装置反射时，该路光波的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转反射，使得经过偏振正交旋转反射装置的反射后，该路光波的两个正交偏振态分别变换成与其正交的偏振态。

7.根据权利要求6所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述第一分束器为保偏分束器；所述两条光路为偏振保持光路。

8.根据权利要求6所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括反射镜和四分之一波片，所述反射镜在所述四分之一波片的后端与所述四分之一波片一体地形成；所述四分之一波片被构造成使得输入所述四分之一波片的光波的两个正交偏振态之一的极化方向与所述四分之一波片的快轴或慢轴的夹角为45度。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述两个偏振正交旋转反射装置中的至少一个包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器具有输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中所述输入端口用于接收经所述两条光路之一传输的一路光波，所述第一输出端口和第二输出端口之间设置有一条子光路，所述子光路被设置用于将经由第二偏振分束器分束后的从第一输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第二输出端口，并且将经由第二偏振分束器分束后的从第二输出端口输出的子光波进行偏振正交旋转后提供给第一输出端口。

10.根据权利要求9所述的偏振无关双光束干涉装置，其中，所述子光路被设置为如下之一：

扭转90度的保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口均耦合至该扭转90度的保偏光纤的慢轴传输或者均耦合至该扭转90度的保偏光纤的快轴传输；或者

保偏光纤，其中所述第一输出端口和第二输出端口中的一个输出端口耦合至该保偏光纤的慢轴传输，另一个输出端口耦合至该保偏光纤的快轴传输，并且该保偏光纤中包含奇数个90度熔接点；或者

保偏光纤，其中在该保偏光纤的光路中设置有半波片，该保偏光纤的慢轴与半波片的慢轴或快轴的夹角为45度。