CN111999813B - 优化偏振相关损耗的方法 - Google Patents

优化偏振相关损耗的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111999813B
CN111999813B CN202010788713.4A CN202010788713A CN111999813B CN 111999813 B CN111999813 B CN 111999813B CN 202010788713 A CN202010788713 A CN 202010788713A CN 111999813 B CN111999813 B CN 111999813B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interface
optical fiber
axis
light
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010788713.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111999813A (zh
Inventor
洪亮
张笃峰
曹迎春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI CHINA SCIENCE FIBEROPTIC COMPONENTS CO Ltd
Shanghai China Sciences Co ltd
Shanghai Zhongke Chuangxin Communication Equipment Co ltd
Original Assignee
SHANGHAI CHINA SCIENCE FIBEROPTIC COMPONENTS CO Ltd
Shanghai China Sciences Co ltd
Shanghai Zhongke Chuangxin Communication Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI CHINA SCIENCE FIBEROPTIC COMPONENTS CO Ltd, Shanghai China Sciences Co ltd, Shanghai Zhongke Chuangxin Communication Equipment Co ltd filed Critical SHANGHAI CHINA SCIENCE FIBEROPTIC COMPONENTS CO Ltd
Priority to CN202010788713.4A priority Critical patent/CN111999813B/zh
Publication of CN111999813A publication Critical patent/CN111999813A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111999813B publication Critical patent/CN111999813B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2793—Controlling polarisation dependent loss, e.g. polarisation insensitivity, reducing the change in polarisation degree of the output light even if the input polarisation state fluctuates
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29397—Polarisation insensitivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种优化偏振相关损耗的方法，本方法在滤光片型无源器件中设置反射端双光纤连线方向和斜面方向在同一个平面内，反射端斜面方向和透射端斜面方向相互正交，同时，降低反射端和透射端的斜面角度，增加透镜焦距以减小滤光片的入射角。本方法用于降低滤光片型无源器件的偏振相关损耗指标，满足精密应用需要。

Description

优化偏振相关损耗的方法
技术领域
本发明涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种优化偏振相关损耗的方法。
背景技术
在光通讯和传感技术领域，光无源器件的偏振相关损耗(PDL)是一条非常重要的指标，它用来衡量光器件的偏振敏感度。PDL定义为不同偏振态通过待测器件后最大功率与最小功率的比值，以对数的形式表示。在实际应用中，由于光信号的偏振态往往是随机变化的，这就要求器件的偏振敏感度足够小，否则直接影响使用。光无源器件的偏振相关损耗典型值一般为0.1dB。
产生偏振相关损耗的机制有很多种，对于滤光片型无源器件，主要是光入射角度引起的。为了满足回波损耗的要求，光无源器件设计时，通常会避免光正入射到任意一个界面。比如光纤头和透镜均采用斜8°入射光设计。这种设计固然可以优化回波损耗，但代价是会产生偏振相关损耗。通常来说，任意一个界面的偏振相关损耗都不会太大，约为0.01dB数量级，但一个光无源器件中有多个界面，这些界面的偏振相关损耗叠加起来，会达到不可忽视的数量级。另外，输入端光纤和反射端光纤是不同的光纤，为了将输入光耦合到反射端光纤，要求滤光片的输入光带角度入射，通常这个角度是2°左右，滤光片表面也会产生偏振相关损耗。
对于某些特殊应用，比如开环控制，或精密监控，要求整个器件的偏振相关损耗不超过0.01dB。这就需要引入特殊的优化方法，将偏振相关损耗降低到极致，才能满足这些应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种优化偏振相关损耗的方法，本方法用于降低滤光片型无源器件的偏振相关损耗指标，满足精密应用需要。
为解决上述技术问题，本发明优化偏振相关损耗的方法，建立x轴、y轴、z轴坐标系，其中x轴与z轴平行于纸面，y轴垂直纸面向外，输入光在输入端光纤中沿z轴方向传播，穿过第一透镜后变成带小角度的入射光，入射光由滤光片反射后变成反射光沿-z轴方向传播，穿过第一透镜后射入反射端光纤；入射光穿过滤光片后变成透射光继续沿z轴方向传播，并穿过第二透镜后射入透射端光纤；其中，输入端光纤的输出端和反射端光纤的输入端构成第一界面，第一透镜与第一界面相邻的侧面为第二界面、另一侧面为第三界面，滤光片的入射和反射侧面为第四界面、透射侧面为第五界面，第二透镜与第五界面相邻的侧面为第六界面、另一侧面为第七界面，透射端光纤的输入端为第八界面；所述第一界面和第二界面互相平行，其倾斜角度在xz轴平面内，光入射面是xz轴平面；输入端光纤和反射端光纤沿x轴方向平行排列，第四界面是xz轴平面；第七界面和第八界面互相平行，其倾斜角度在yz轴平面内，光入射面是yz轴平面。
进一步，减小所述第一界面和第二界面的倾斜角度以及第七界面和第八界面的倾斜角度。
进一步，增加第一透镜焦距，以减小滤光片入射光的入射角。
进一步，所述输入端光纤的输出端和反射端光纤的输入端设有光纤头。
进一步，所述透射端光纤的输入端设有输入光纤头。
由于本发明优化偏振相关损耗的方法采用了上述技术方案，即本方法在滤光片型无源器件中设置反射端双光纤连线方向和斜面方向在同一个平面内，反射端斜面方向和透射端斜面方向相互正交，同时，降低反射端和透射端的斜面角度，增加透镜焦距以减小滤光片的入射角。本方法用于降低滤光片型无源器件的偏振相关损耗指标，满足精密应用需要。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明优化偏振相关损耗的方法示意图；
图2a为输入端光纤和反射端光纤沿x方向排列示意图；
图2b为滤光片的入射面位于xz轴平面示意图；
图3a为输入端光纤和反射端光纤沿y方向排列示意图；
图3b为滤光片的入射面位于yz轴平面示意图；
图4a为第二透镜的光入射面位于yz平面示意图；
图4b为第二透镜的光入射面位于xz平面示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明优化偏振相关损耗的方法，首先建立x轴、y轴、z轴坐标系，其中x轴与z轴平行于纸面，y轴垂直纸面向外，输入光103在输入端光纤101中沿z轴方向传播，穿过第一透镜20后变成带小角度的入射光301，入射光301由滤光片30反射后变成反射光302沿-z轴方向传播，穿过第一透镜20后射入反射端光纤102；入射光301穿过滤光片30后变成透射光401继续沿z轴方向传播，并穿过第二透镜40后射入透射端光纤501；其中，输入端光纤101的输出端和反射端光纤102的输入端构成第一界面1，第一透镜20与第一界面1相邻的侧面为第二界面2、另一侧面为第三界面3，滤光片30的入射和反射侧面为第四界面4、透射侧面为第五界面5，第二透镜40与第五界面5相邻的侧面为第六界面6、另一侧面为第七界面7，透射端光纤501的输入端为第八界面8；所述第一界面1和第二界面2互相平行，其倾斜角度在xz轴平面内，光入射面是xz轴平面；输入端光纤101和反射端光纤102沿x轴方向平行排列，第四界面4是xz轴平面；第七界面7和第八界面8互相平行，其倾斜角度在yz轴平面内，光入射面是yz轴平面。
优选的，减小所述第一界面1和第二界面2的倾斜角度以及第七界面7和第八界面8的倾斜角度。
优选的，增加第一透镜20焦距，以减小滤光片30入射光的入射角。
优选的，所述输入端光纤101的输出端和反射端光纤102的输入端设有光纤头10。
优选的，所述透射端光纤501的输入端设有输入光纤头50。
通常，光是横波，其偏振方向垂直于传播方向。若光沿z轴方向传播时，定义平行于纸面的偏振态为|态，垂直于纸面的偏振态为·态。
如图2a所示，光纤头10包含有输入端光纤101和反射端光纤102，两根光纤沿x方向排列。
输入光103在输入端光纤101中传播，穿过第一界面1后射入空气中，第一界面1的倾斜角度在xz轴平面内，此时入射面是xz轴平面，|态是p偏振，·态是s偏振。光在第一界面1上的传播规律符合菲涅耳透射公式：
Figure BDA0002622980900000031
其中，n21是空气相对光纤的折射率，假设光纤折射率1.5，空气折射率1，则n21＝0.67；i1是第一界面1入射角，比如8°；tp是p偏振透射电场强度，ts是s偏振透射电场强度。在这种情形下，p偏振和s偏振均加强，但|tp|>|ts|，p偏振电场加强的幅度超过s偏振，所以光穿过第一界面1，其偏振呈现p偏振加强。也就是说，平行于纸面的|态被加强。
事实上，对于光束穿过界面而言，其偏振变化总是呈现p偏振加强，p偏振加强的程度跟光入射角的平方成正比。这个结论适用于所有界面，比如图1中的第一界面至第八界面。但由于各界面的光入射面并不总在xz轴平面内，所以并不总是平行于纸面的|态被加强。
如图2b所示，由于第一透镜的聚焦作用，滤波片30的第四界面4的入射光301和反射光302均在xz轴平面内，此时入射面是xz轴平面，|态是p偏振，·态是s偏振。光在第四界面4上的传播规律符合菲涅耳反射公式：
Figure BDA0002622980900000041
其中，n21是玻璃相对空气的折射率，假设玻璃折射率1.5，空气折射率1，则n21＝1.5；i1是第四界面4的入射角，比如1.8°；rp是p偏振反射电场强度，rs是s偏振反射电场强度。在这种情形下，p偏振减弱，s偏振加强，所以光经过第四界面4反射，其偏振呈现s偏振加强。也就是说，垂直于纸面的·态被加强。
如图1所示，对于反射光路，输入端光纤101中的输入光103依次穿过第一界面1、第二界面2、第三界面3，经由第四界面4反射后，再依次穿过第三界面3、第二界面2、第一界面1后，射入反射端光纤102。其中，除了经过第四界面4反射而产生·态加强以外，光束穿过其它界面，均为|态加强。|加强和·加强在一定程度上抵消，这样反射光路的偏振相关损耗PDL被最小化。
每一个界面上的·态或|态变化的大小，决定了该界面的PDL大小。反过来，每一个界面的PDL，由该界面的反射率(透过率)和入射角度共同决定。PDL跟入射角度的平方成正比，跟反射率(透过率)成反比。
对于第一界面1，其光透过率由增透膜决定，一般为99.8％。其光入射角由斜面倾角决定，一般为8°。如果优化第一界面1的PDL，就要提高透过率或者降低斜面倾角。增透膜的透过率一般不容易提高，从99.8％提高至99.9％要付出不小的成本代价，对PDL的贡献量很小。可选的方案是适当降低斜面倾角，在确保回波损耗ORL不劣化的前提下，比如斜面倾角从8°降低为7°，该界面透射PDL可降低24％。
如果图2b中的滤光片30是滤波长型滤片，比如WDM型，其反射率非常接近于1。这种分波长型滤片，其反射PDL很小，可以不作优化。如果滤光片30是滤功率型滤片，比如Tap型，其反射率可以低至1％，第四界面4上的反射PDL很大，优化方法是减小入射角。第四界面4的光入射角由透镜焦距决定，假设入射角为2°，适当增加透镜焦距，可以减小入射角，比如减小为1.5°，则第四界面4的PDL可降低44％。
按照图2a设置双光纤连线方向，并合理调整第一界面1的倾斜角度和滤光片30的入射角，可以获得非常低的反射偏振相关损耗，比如低至0.005dB。
如图3a所示，如果两根光纤沿y轴方向排列，则如图3b所示，由于透镜的聚焦作用，第四界面4的入射光303和反射光304均在yz轴平面内(这两束光在xz轴平面内的投影是重合的，为了识别，图3b中的两束光略微分开)，此时入射面是yz轴平面。在此情形下，|态是s偏振，·态是p偏振。根据菲涅耳公式，依然是s偏振加强，也就是|态被加强。所以对于反射光路而言，所有界面均为|加强，其偏振相关损耗PDL被最大化，因此应避免该布置方式。
如图4a所示，透镜40中的光束401穿过第七界面7后射入空气中，第七界面7的倾斜角度在yz轴平面内，此时入射面是yz轴平面，|态是s偏振，·态是p偏振。光在第七界面7上的传播规律符合菲涅耳透射公式：
Figure BDA0002622980900000051
其中，n21是空气相对玻璃的折射率，假设玻璃折射率1.5，空气折射率1，则n21＝0.67；i1是第七界面7的入射角，比如1°；tp是p偏振透射电场强度，ts是s偏振透射电场强度。由前述结论，对于光束穿过界面而言，其偏振变化总是呈现p加强。但由于入射面是yz轴平面，所以光束穿过第七界面7时，垂直于纸面的·态被加强。
对于透射光路，从输入端光纤101输出的光束103先后穿过第一界面至第八界面后，射入透射端光纤501。所有界面均是p偏振加强。
对于第一界面1至第六界面6，其倾斜角度在xz轴平面内，入射面是xz轴平面。所以光束穿过这些界面时，平行于纸面的|态被加强。
对于第七界面7和第八界面8，其倾斜角度在yz轴平面内，入射面是yz轴平面。所以光束穿过这两个界面时，垂直于纸面的·态被加强。
第一界面1和第二界面2的|态加强和第七界面7和第八界面8的·态加强完全抵消，只剩下第三界面3至第六界面6的|态加强，这样透射光路的偏振相关损耗PDL被最小化。
如图4b所示，如果第七界面7的倾斜角度在xz轴平面内，则入射面是xz轴平面。在此情形下，|态是p偏振，·态是s偏振。由前述结论，对于光束穿过界面而言，其偏振变化总是呈现p偏振加强，也就是|态被加强。这样对于透射光路而言，所有界面均是|态被加强，其偏振相关损耗PDL被最大化，应避免该布置方式。
本方法通过在滤光片型无源器件中设置反射端的输入端光纤和反射端光纤的双光纤连线方向和斜面方向在同一个平面内，而反射端的斜面方向和透射端的斜面方向相互正交，同时，降低反射端和透射端的斜面角度，增加透镜焦距以减小滤光片的入射角，从而有效降低滤光片型无源器件的偏振相关损耗指标，满足各类精密应用的需求。

Claims (5)

1.一种优化偏振相关损耗的方法，建立x轴、y轴、z轴坐标系，其中x轴与z轴平行于纸面，y轴垂直纸面向外，输入光在输入端光纤中沿z轴方向传播，穿过第一透镜后变成带小角度的入射光，入射光由滤光片反射后变成反射光沿-z轴方向传播，穿过第一透镜后射入反射端光纤；入射光穿过滤光片后变成透射光继续沿z轴方向传播，并穿过第二透镜后射入透射端光纤；其中，输入端光纤的输出端和反射端光纤的输入端构成第一界面，第一透镜与第一界面相邻的侧面为第二界面、另一侧面为第三界面，滤光片的入射和反射侧面为第四界面、透射侧面为第五界面，第二透镜与第五界面相邻的侧面为第六界面、另一侧面为第七界面，透射端光纤的输入端为第八界面；其特征在于：所述第一界面和第二界面互相平行，其倾斜角度在xz轴平面内，光入射面是xz轴平面；输入端光纤和反射端光纤沿x轴方向平行排列，第四界面是xz轴平面；第七界面和第八界面互相平行，其倾斜角度在yz轴平面内，光入射面是yz轴平面。
2.根据权利要求1所述的优化偏振相关损耗的方法，其特征在于：减小所述第一界面和第二界面的倾斜角度以及第七界面和第八界面的倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的优化偏振相关损耗的方法，其特征在于：增加第一透镜焦距，以减小滤光片入射光的入射角。
4.根据权利要求1、2或3所述的优化偏振相关损耗的方法，其特征在于：所述输入端光纤的输出端和反射端光纤的输入端设有光纤头。
5.根据权利要求4所述的优化偏振相关损耗的方法，其特征在于：所述透射端光纤的输入端设有输入光纤头。
CN202010788713.4A 2020-08-07 2020-08-07 优化偏振相关损耗的方法 Active CN111999813B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010788713.4A CN111999813B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 优化偏振相关损耗的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010788713.4A CN111999813B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 优化偏振相关损耗的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111999813A CN111999813A (zh) 2020-11-27
CN111999813B true CN111999813B (zh) 2022-11-18

Family

ID=73462978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010788713.4A Active CN111999813B (zh) 2020-08-07 2020-08-07 优化偏振相关损耗的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111999813B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0667118A (ja) * 1992-08-20 1994-03-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光結合装置
JPH08262374A (ja) * 1995-03-20 1996-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光アイソレータ
CN2514359Y (zh) * 2001-10-30 2002-10-02 昂纳信息技术（深圳）有限公司 光耦合器
CN202075524U (zh) * 2011-05-13 2011-12-14 暨南大学 具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器
CN107078794A (zh) * 2014-10-06 2017-08-18 古福托恩控股有限公司 用于光时域反射计的装置和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0667118A (ja) * 1992-08-20 1994-03-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光結合装置
JPH08262374A (ja) * 1995-03-20 1996-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光アイソレータ
CN2514359Y (zh) * 2001-10-30 2002-10-02 昂纳信息技术（深圳）有限公司 光耦合器
CN202075524U (zh) * 2011-05-13 2011-12-14 暨南大学 具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器
CN107078794A (zh) * 2014-10-06 2017-08-18 古福托恩控股有限公司 用于光时域反射计的装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111999813A (zh) 2020-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018223873A1 (zh) 阵列波导、显示装置和眼镜装置
US4741588A (en) Optical multiplexer and demultiplexer
US9563073B2 (en) Combined splitter, isolator and spot-size converter
US6128133A (en) Optical beamsplitter
KR102083468B1 (ko) 근거리 광 증폭 모듈, 근거리 광 증폭 방법, 및 근거리 광 증폭 시스템
US6122420A (en) Optical loopback apparatus
CN109445111B (zh) 光学设备
US20160238790A1 (en) Multiplexer
CN109283696A (zh) 一种基于45°倾斜光纤光栅的偏振分束器件
JPH06331837A (ja) 光デバイス
US20080252961A1 (en) Optical transceiver
CN111999813B (zh) 优化偏振相关损耗的方法
US6246518B1 (en) Reflection type optical isolator
US11346988B2 (en) Miniaturized optical circulator
KR102512538B1 (ko) 저누화 단일 코어 양방향 광학 어셈블리
US5574809A (en) Optical fiber type part for optical systems
US20090304392A1 (en) Reflective optical circulator
CN108873194B (zh) 一种光组件及其制造方法
CN109814284B (zh) 一种超微型光环行器
US20130094087A1 (en) Tunable filter using a wave plate
JP2002196192A (ja) ラインモニタ
CN213210538U (zh) 高性能光耦合器
CN217060642U (zh) 一种近眼显示设备
US20220244537A1 (en) Optical assembly and head-mounted apparatus
CN108963747B (zh) 一种晶体及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant