CN1172217C

CN1172217C - 用于梳状分波的偏振光干涉方法

Info

Publication number: CN1172217C
Application number: CNB021157367A
Authority: CN
Inventors: 勇罗; 罗勇; 吴克宇; 卜勤练
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: CN1376945A

Abstract

本发明提供一种梳状分波的偏振光干涉方法，采用一组偏振分光元件将一束光分为振动面垂直的两束线偏振光，然后将两束光通过不同光传输媒质使振动面相互垂直的两束光产生光程差，再对两束光进行合束。具体可以是光经过偏振分光棱镜分为两个振动面相互垂直的光束，然后通过不同的光传输媒质后，由偏振合光棱镜合束。或是入射光线经过晶体偏振分光器折射分为两束振动面相互垂直的光，两光线经过不同光传输媒质后，经晶体偏振合光晶体折射合为一束光线。也可以是光线经过晶体偏振分光器折射分光，经λ/2相位延迟片，再经不同光传输媒质后，反射回来，由同一晶体偏振分光器折射合为一束光线。

Description

用于梳状分波的偏振光干涉方法

技术领域

本发明涉及一种用于梳状分波的偏振光干涉方法，属于光通信技术领域用于分离奇偶信道波长的一种光无源器件。

背景技术

随着现在电信业务的发展，人们对数据带宽的需求越来越大，于是发展大容量全光网络来解决人们日益增加的带宽需求。随着光纤中传输的信息量与日俱增，对密集波分复用(DWDM)、光开关等光无源器件的性能提出了更高的要求。目前的密集波分复用(DWDM)主要采用光栅、光波导、干涉滤光片、双折射滤波等方法。随着密集波分复用信道密度进一步提高，我们需要一种更好的方法分开信号和合路信号。采用双折射晶体滤波片的分波长器就是一种较好的方法，但是双折射晶体中的寻常光和非常光的折射率差较小，这就使得器件的尺寸难以缩小。

发明内容

本发明的目的是利用光在各种媒质中传播的光程差，将两束偏振光通过不同光传输媒质，组成双折射滤光形式的梳状分波器，从而缩小器件体积。

本发明的技术方案是：梳状分波的偏振光干涉方法是采用一组偏振分光元件将一束光分为振动面垂直的两束线偏振光，然后将两束光通过不同光传输媒质使振动面相互垂直的两束光产生光程差，再对两束光进行合束。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其输入光111经过偏振分光棱镜212分为两个振动面相互垂直的光束112a、112b，光束112a、112b通过不同的光传输媒质214a、214b后，经偏振合光棱镜215合为一束光114，偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215对称放置，同时反射一种偏振态，而透射另一种垂直偏振态。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线121经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光122a即p波和122b即s波，光线122a、122b经过λ/2相位延迟片213后，光122a变为s波123a，光122b变为p波123b，光线123a、123b分别经过光传输媒质214a、214b后，光线123b经偏振合光棱镜215反射与123a合为一束光线124，偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215旋转180°对称放置。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线131入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光132a即p波和132b即s波，光线132a、132b分别经过光传输媒质214a、214b后，经偏振合光棱镜215反射合为一束光线134，偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215旋转180°对称放置。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线141经过晶体偏振分光器212折射分为两束振动面相互垂直的光142a即e波和142b即o波，光线142a、142b分别经过光传输媒质214a、214b后，经晶体偏振合光晶体225折射合为一束光线144。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线151入射到晶体偏振分光器222上，经过晶体偏振分光器222折射分为两束振动面相互垂直的光152a即e波和1 52b即o波，光线152a、152b经过λ/2相位延迟片213后，光152a变为o波153a，光152b变为e波153b，光线153a、153b分别经过光传输媒质214a、214b后，经晶体偏振合光晶体225折射合为一束光线154。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线161入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光162a即p波和162b即s波，光线162a、1 62b经过λ/4相位延迟片233后，光线162a、162b分别经过光传输媒质214a、214b后，经反射片234反射再次通过光传输媒质214a、214b和λ/4相位延迟片233，两次通过λ/4相位延迟片233后，光162a变为s波163a，光162b变为p波163b，光线163a、163b经偏振分光棱镜212反射合为一束光线164。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其入射光线171入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光172a即p波和172b即s波，光线172a、172b经过λ/4相位延迟片233后，光线172a、172b分别经过光传输媒质214a、214b后，经直角棱镜235a、235b反射再次通过光传输媒质214a、214b和λ/4相位延迟片233。两次通过λ/4相位延迟片233后，光172a变为s波173a，光172b变为p波173b，光线173a、173b经偏振分光棱镜212反射合为一束光线174。

所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，用于传输两束光的不同光传输媒质的任一个均可由多种媒质组合而成。

上述方法中的任意两个或多个可以组合使用。

本发明的优点是提供了一种新的方法来实现偏振光的相位延迟并产生干涉。本发明的第一个优点是通过将两振动面相互垂直的偏振光通过不同的光传输介质产生相位延迟来实现偏振光的干涉，缩小了器件体积。第二个优点是通过反射实现偏振光的干涉，进一步缩小了器件体积。第三个优点是通过选用不同温度特性的光传输媒质或其组合可进行理想的温度补偿，可大大提高器件的温度稳定性。第四个优点是通过选用功能材料可制成其它功能性器件，如光开关、光衰减器、光调制器等器件。

附图说明

下面对附图进行说明：图1是本发明的第一种实例的结构示意图和光路图；图2是本发明的第二种实例的结构示意图和光路图；图3是本发明的第三种实例的结构示意图和光路图；图4是本发明的第四种实例的结构示意图和光路图；图5是本发明的第五种实例的结构示意图和光路图；图6是本发明的第六种实例的结构示意图和光路图；图7是本发明的第七种实例的结构示意图和光路图；图8是本发明的一种梳状分波器应用的示意图；图9是本发明用于双极滤波梳状分波器的示意图；图10是本发明用反射型两个双极滤波梳状分波器的示意图；图11是一种常用的200组件的结构示意图和光路图；图12是一种使用反射棱镜的240组件的结构示意图和光路图；图13是一种使用偏振旋转片和平面反射镜的240组件的结构示意图和光路图。图中111、121、131、141、151、161、171代表入射光，212代表偏振分光棱镜，214(a、b)分别代表不同的光传输媒质，215代表偏振合光棱镜，225代表晶体偏振合光晶体，112、122、123、132、142、152、153、162、163、172、173(a、b)分别为两束振动面相互垂直的光，234为反射片，直角棱镜235a、235b，213、201、202、205、206、208是λ/2相位延迟片，248是反射型λ/4相位延迟片，233是λ/4相位延迟片，114、124、134、144、154、164、174是合束光线，250、251、252代表用本发明的方法作成的各种梳状分波偏振光干涉器，181～184(a、b)、191～195(a、b)、300～305(a、b)均代表光路，200是偏振转换器：主要由晶体偏振分光器241、λ/2相位延迟片242、偏振模色散补偿器243和λ/2相位延迟片244组成，240是晶体分光反射器：主要由λ/2相位延迟片247、晶体偏振分光器245、直角棱镜246组成。

图14为周期为100GHz用于梳状分波的偏振光干涉器p光s光的相位延迟图，a1即图中的实线，代表线性用于梳状分波的偏振光干涉器的p光s光的相位延迟曲线，a2即图中的虚线，代表平坦型用于梳状分波的偏振光干涉器的p光s光的相位延迟曲线。

图15所示为100GHz单级梳状分波器光谱曲线，b1即图中的实线，代表线性用于梳状分波的偏振光干涉器组成的梳状分波器的光谱曲线，b2即图中的虚线，代表平坦型用于梳状分波的偏振光干涉器的组成的梳状分波器的光谱曲线。

图16所示为100GHz双级梳状分波器光谱曲线，c1即图中的实线，代表单级平坦型用于梳状分波的偏振光干涉器组成的梳状分波器的光谱曲线，c2即图中的虚线，代表双级平坦型用于梳状分波的偏振光干涉器的组成的梳状分波器的光谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明各种实施例的工作原理：用本发明的方法可以作成各种梳状分波的偏振光干涉器，附图1～7给出了7种梳状分波的偏振光干涉器的具体结构图。

图1是偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215对称放置，同时反射一种偏振态，而透射另一种垂直偏振态的实施例。图中入射光线111入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光112a(p波)和112b(s波)。光线112a、112b分别经过光传输媒质214a、214b后，光线112a被偏振合光棱镜215反射与光线112b合为一束光线114。光线114中的两振动面相互垂直的光波p波、s波由于其走过的光程不同，其相位延迟也不相同。不考虑偏振分光棱镜本身带来的相位延迟时，p波、s波的相位延迟为：δ＝2π/λ*[(n_a-1)*l_a-(n_b-1)*l_b]，λ为入射光的波长，n_a和l_a为光传输介质214a的折射率和长度，n_b和l_b为光传输介质214b的折射率和长度。周期为100GHz该用于梳状分波的偏振光干涉器的相位延迟和入射光频率的曲线如图14所示，光频率相隔100GHz的光的相位延迟相同。

图2是偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215旋转180°对称放置，中间加λ/2相位延迟片213的实施例。图中入射光线121入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光122a(p波)和122b(s波)。光线122a、122b经过λ/2相位延迟片213后，光122a变为s波123a，光122b变为p波123b。光线123a、123b分别经过光传输媒质214a、214b后，光线123b经偏振合光棱镜215反射与123a合为一束光线124。

图3是偏振分光棱镜212与偏振合光棱镜215旋转180°对称放置的实施例。图中入射光线131入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光132a(p波)和132b(s波)。光线132a、132b分别经过光传输媒质214a、214b后，光线132a、132b经偏振合光棱镜215反射合为一束光线134。

图4中入射光线141入射到晶体偏振分光器222上，经过晶体偏振分光器212折射分为两束振动面相互垂直的光142a(e波)和142b(o波)。光线142a、142b分别经过光传输媒质214a、214b后，经晶体偏振合光晶体225折射合为一束光线144。

图5中入射光线151入射到晶体偏振分光器222上，经过晶体偏振分光器222折射分为两束振动面相互垂直的光152a(e波)和152b(o波)。光线152a、152b经过λ/2相位延迟片213后，光152a变为o波153a，光152b变为e波153b。光线153a、153b分别经过光传输媒质214a、214b后，经晶体偏振合光晶体225折射合为一束光线154。

图6中入射光线161入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光162a(p波)和162b(s波)。光线162a、162b经过λ/4相位延迟片233后，光线162a、162b分别经过光传输媒质214a、214b后，经反射片234反射再次通过光传输媒质214a、214b和λ/4相位延迟片233。两次通过λ/4相位延迟片233后，光162a变为s波163a，光162b变为p波163b。光线163a、163b经偏振分光棱镜212反射合为一束光线164。

图7中入射光线171入射到偏振分光棱镜212上，经过偏振分光棱镜212反射和透射分为两束振动面相互垂直的光172a(p波)和172b(s波)。光线172a、172b经过λ/4相位延迟片233后，光线172a、172b分别经过光传输媒质214a、214b后，经直角棱镜235a、235b反射再次通过光传输媒质214a、214b和λ/4相位延迟片233。两次通过λ/4相位延迟片233后，光172a变为s波173a，光172b变为p波173b。光线173a、173b经偏振分光棱镜212反射合为一束光线174。

图8是应用本发明梳状分波的偏振光干涉器实例，图中入射光线180通过偏振转换器200变成偏振态相同的两束光181。光线181经过λ/2相位延迟片201后偏振态旋转一定角度，如45度，然后再通过用于梳状分波的偏振光干涉器250变为光线182。此时，光线182的偏振状态用琼斯矢量表示为(0.707，0.707*exp(i*δ))，δ为用于梳状分波的偏振光干涉器250的相位延迟。光线182通过λ/2相位延迟片202后的偏振状态为(cos(δ)，i*sin(δ))。在通过晶体偏振分光器203时，分为两组183a、183b，183a、183b经偏振转换器204合为两条光线184a、184b。对于波长为λ的光，用于梳状分波的偏振光干涉器250的相位延迟为δ，当δ＝2π时，光从184b出射；当δ＝π时，光从184a出射。这样就可以构成一个简单的梳状分波器，输出光谱如图15-b1。当用于梳状分波的偏振光干涉器250中的光传输介质214a、214b在一定条件下其光程可变时，便可控制入射光，使其部分通过、完全通过或完全不通，这就成了一个光开关、光衰减器或光调制器。

图9是由四个本发明组成的应用实例，图中入射光线190通过偏振转换器200变成偏振态相同的两束光191。光线191经过λ/2相位延迟片201后偏振态旋转一定角度，如45度，然后再通过用于梳状分波的偏振光干涉器250变为光线192。光线192经过λ/2相位延迟片205后偏振态旋转一定角度，如-60度，然后再通过用于梳状分波的偏振光干涉器251变为光线193。光线193通过λ/2相位延迟片206后，被晶体分光器203分为两束194a、194b。194a、194b依次通过用于梳状分波的偏振光干涉器252、λ/2相位延迟片208、用于梳状分波的偏振光干涉器253、λ/2相位延迟片202、偏振转换器204后，被再一次滤波合束成为光195a、195b。当用于梳状分波的偏振光干涉器251的周期为用于梳状分波的偏振光干涉器250的两倍时光线193的p波、s波的相位延迟随波长的变化变成非线性的，此时分得的两束光194a、194b的光谱曲线就会变的平坦，输出光谱如图15-b2。用于梳状分波的偏振光干涉器253与用于梳状分波的偏振光干涉器250的周期相同，用于梳状分波的偏振光干涉器252的周期为用于梳状分波的偏振光干涉器253的两倍，这样经过两次滤波的光线195a、195b光谱曲线就比光线194a、194b光谱曲线的消光比更高，输出光谱如图16-C1、C2。

图10是由两个本发明组成的应用实例，图中入射光线300通过偏振转换器200变成偏振态相同的两束光301。301依次通过λ/2相位延迟片201、用于梳状分波的偏振光干涉器250、λ/2相位延迟片205、用于梳状分波的偏振光干涉器251、λ/2相位延迟片206后，被晶体分光反射器240分为两束194a、194b，194a、194b被晶体分光反射器240反射再次通过λ/2相位延迟片206、用于梳状分波的偏振光干涉器251、λ/2相位延迟片205、用于梳状分波的偏振光干涉器250、λ/2相位延迟片201，从而完成两次滤波。当偏振转换器200为图11所示的结构，晶体分光反射器240为图12所示的结构时，可构成低色散梳状分波器。

图11为偏振转换器200的结构图和光路图。偏振转换器200主要由晶体偏振分光器241、λ/2相位延迟片242、偏振模色散补偿器243和λ/2相位延迟片244组成。

图12为反射棱镜型晶体分光反射器240的结构图和光路图。晶体分光反射器240主要由λ/2相位延迟片247、晶体偏振分光器245、直角棱镜246组成。

图13为平面反射型晶体分光反射器240的结构图和光路图。晶体分光反射器240主要由晶体偏振分光器245、反射型λ/4相位延迟片248组成，其中248也可由法拉第旋光晶体构成。

梳状分波器是用于分离奇偶信道波长的一种光无源器件。用本发明方法组成的梳状分波的偏振光干涉器，用于传输两束光的不同光传输媒质均可由多种媒质组合而成，即每束光的传输媒质根据对温度补偿特性和光程差的需要选用多种媒质组合在一起来实现。

本发明的核心是用一块偏振分光元件将一束光分为两束振动面垂直的线偏振光，使两束光通过不同的介质产生相位差，再用偏振合光元件将两束光合为一束。其保护范围涉及方法本身，由本发明方法制作的各种梳状分波器，以及各种梳状分波器的组合应用，不限于上述实施例。

Claims

1、一种用于梳状分波的偏振光干涉方法，包括采用一组偏振分光元件将一束光分为振动面垂直的两束线偏振光，其特征是将两束线偏振光通过不同光传输媒质使振动面相互垂直的两束光产生光程差，再对两束光进行合束。

2、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是输入光(111)经过偏振分光棱镜(212)分为两个振动面相互垂直的光束(112a)、(112b)，光束(112a)、(112b)通过不同的光传输媒质(214a)、(214b)后，经偏振合光棱镜(215)合为一束光(114)，偏振分光棱镜(212)与偏振合光棱镜(215)对称放置，同时反射一种偏振态，而透射另一种垂直偏振态。

3、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(121)经过偏振分光棱镜(212)反射和透射分为两束振动面相互垂直的光(122a)即p波和(122b)即s波，光线(122a)、(122b)经过λ/2相位延迟片(213)后，光(122a)变为s波(123a)，光(122b)变为p波(123b)，光线(123a)、(123b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，光线(123b)经偏振合光棱镜(215)反射与(123a)合为一束光线(124)，偏振分光棱镜(212)与偏振合光棱镜(215)旋转180°对称放置。

4、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(131)入射到偏振分光棱镜(212)上，经过偏振分光棱镜(212)反射和透射分为两束振动面相互垂直的光(132a)即p波和(132b)即s波，光线(132a)、(132b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，经偏振合光棱镜(215)反射合为一束光线(134)，偏振分光棱镜(212)与偏振合光棱镜(215)旋转180°对称放置。

5、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(141)经过晶体偏振分光器(212)折射分为两束振动面相互垂直的光(142a)即e波和(142b)即o波，光线(142a)、(142b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，经晶体偏振合光晶体(225)折射合为一束光线(144)。

6、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(151)入射到晶体偏振分光器(222)上，经过晶体偏振分光器(222)折射分为两束振动面相互垂直的光(152a)即e波和(152b)即o波，光线(152a)、(152b)经过λ/2相位延迟片(213)后，光(152a)变为o波(153a)，光(152b)变为e波(153b)，光线(153a)、(153b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，经晶体偏振合光晶体(225)折射合为一束光线(154)。

7、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(161)入射到偏振分光棱镜(212)上，经过偏振分光棱镜(212)反射和透射分为两束振动面相互垂直的光(162a)即p波和(162b)即s波，光线(162a)、(162b)经过λ/4相位延迟片(233)后，光线(162a)、(162b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，经反射片(234)反射再次通过光传输媒质(214a)、(214b)和λ/4相位延迟片(233)，两次通过λ/4相位延迟片(233)后，光(162a)变为s波(163a)，光(162b)变为p波(163b)，光线(163a)、(163b)经偏振分光棱镜(212)反射合为一束光线(164)。

8、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是入射光线(171)入射到偏振分光棱镜(212)上，经过偏振分光棱镜(212)反射和透射分为两束振动面相互垂直的光(172a)即p波和(172b)即s波，光线(172a)、(172b)经过λ/4相位延迟片(233)后，光线(172a)、(172b)分别经过光传输媒质(214a)、(214b)后，经直角棱镜(235a)、(235b)反射再次通过光传输媒质(214a)、(214b)和λ/4相位延迟片(233)。两次通过λ/4相位延迟片(233)后，光(172a)变为s波(173a)，光(172b)变为p波(173b)，光线(173a)、(173b)经偏振分光棱镜(212)反射合为一束光线(174)。

9、根据权利要求2或3或4或5或6或7或8所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是上述方法中的任意两个或多个可以组合使用。

10、根据权利要求1所述的用于梳状分波的偏振光干涉方法，其特征是用于传输两束光的不同光传输媒质的任一个均可由多种媒质组合而成。