CN117222927A - 改进的消偏器 - Google Patents

Abstract

一种消偏器电路包括：输入波导，被构造为接收来自光源的光；分束器，被构造为将来自输入波导的光提供为第一偏振态和第二偏振态；第一旋转器，被构造为将第一偏振态的光旋转到第二偏振态；第一延迟线，被构造为将处于第二偏振态的光延迟；耦合器，被构造为耦合旋转的光和延迟的光；第二旋转器，被构造为将耦合的光旋转回所述第一偏振态；第二延迟线，被构造为将处于第二偏振态的耦合的光延迟；以及组合器，被构造为将来自第二旋转器和延迟线的光组合为消偏光，其中，所述第一延迟线和所述第二延迟线之间提供的相位延迟差大于或等于光源的相干性。

Description

改进的消偏器

技术领域

本申请总体上涉及一种消偏器(depolarizer，或称为退偏器)电路。本申请还涉及一种构成消偏器电路的系统。本申请还涉及在光学询问器中使用消偏器电路。本申请还涉及一种用于在消偏器电路中对光进行消偏的方法。

背景技术

消偏器是将偏振光转换为伪随机偏振光所需的光学器件，该伪随机偏振光故被称为消偏光或扰频光。尽管偏振光在许多光子应用中非常有用，但是一些特定的应用(例如拉曼分光仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分光仪、拉曼放大器、光学成像和光纤旋转感测)需要非偏振光来进行有效的操作和精确的测量。

几种类型的消偏器(例如Cornu消偏器、Lyot消偏器、Wedge消偏器和时变消偏器)是众所周知的。然而，这种消偏器非常昂贵并且具有非常有限的应用。此外，现有的光学询问器(例如包括上述类型的消偏器的光学询问器)是庞大的，因此是不切实际的。

Ragheb等人在2015年已经在“InGaAsP/InP紧凑型集成光学消偏器的设计”中描述了集成的倾斜角Lyot消偏器和集成的Mach-Zehnder光学消偏器。然而，这种消偏器需要用于任何一般椭圆偏振光的有源移相器和反馈控制信号。此外，这种消偏器会带来干扰效应。

因此，在本领域中需要提供一种改进的消偏器电路和用于在消偏器电路中对光进行消偏的方法。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种改进的消偏器电路，改进的消偏器电路不具有一个或更多个上述缺点。

根据本申请，提供了一种消偏器电路，消偏器电路包括：输入波导，被构造为接收来自光源的光；分束器，连接到所述输入波导，并且被构造为在所述分束器的第一输出端处提供处于第一偏振态的光，并且在所述分束器的第二输出端处提供处于第二偏振态的光；第一旋转器，连接到所述分束器的所述第一输出端，并且被构造为将从分束器接收的光从所述第一偏振态旋转到所述第二偏振态；第一延迟线，连接到所述分束器的所述第二输出端；耦合器，包括第一输出端和第二输出端，并且被构造为耦合从所述第一旋转器接收的光和从所述第一延迟线接收的光；第二旋转器，连接到所述耦合器的所述第一输出端，并且被构造为将从所述耦合器接收的光旋转回所述第一偏振态；第二延迟线，连接到所述耦合器的所述第二输出端；以及组合器，连接到所述第二旋转器和所述第二延迟线，并且被构造为将从所述第二旋转器和所述第二延迟线中的每个接收的光组合为消偏光，其中，所述第一延迟线和所述第二延迟线在其间提供大于或等于由所述输入波导接收的光的相干性的相位延迟差。

根据本申请，提供了一种包括反射器和如上所述的消偏器电路的系统。

根据本申请，提供了如上所述的消偏器电路在光学询问器和/或光学陀螺仪中的应用。

根据本申请，提供了一种在消偏器电路中消偏光的方法，该消偏器电路可选地是如上定义的消偏器电路。

有利地，本申请可以确保对来自两个光路的光的干涉效应被最小化。此外，本申请可以提供改进的光的非相干耦合，这导致光的有效消偏。

本申请的另外的和替代的目的可以从下面理解。

附图说明

下面将参照附图更详细地讨论本申请，在附图中：

图1描绘了根据本申请的包括消偏器电路的系统的示意图；

图2描述了根据本申请的消偏器电路的示意图；

图3描绘了根据本申请的包括消偏器电路的系统的示意图；以及

图4A和图4B描绘了根据本申请的消偏器电路的示意图。

具体实施方式

下面的描述仅描述了示例实施例，而不被认为是对范围的限制。在此对本公开的任何参考不旨在将本公开局限或限制为本说明书中公开的任何一个或更多个示例性实施例的确切特征。

此外，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区分相似的元件，而不一定用于描述顺序或时间顺序。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本申请的实施例可以以不同于这里描述或说明的其它顺序操作。

此外，说明书和权利要求书中的术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述的目的，而不一定用于描述相对位置。这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且这里描述的本申请的实施例可以在不同于这里描述或说明的其它方向上操作。

此外，各种实施例尽管被称为“优选的”，但应被解释为可以实现本申请的示例性方式，而不是限制本申请的范围。

权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的要素/元件或步骤；它不排除其它元素/元件或步骤。需要将其解释为指定所提及的所述特征、整体、步骤或组件的存在，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤或组件或其组合。因此，表述“包括A和B的设备”的范围不应限于仅由组件A和B组成的设备，而是关于本申请，设备的唯一列举的组件是A和B，进一步地，权利要求应被解释为包括那些组件的等同物。

应注意，在此使用术语“臂”(例如，第一臂和第二臂)，术语“臂”可指消偏电路中的波导分支。

在此描述了消偏器电路的实施例。

在实施例中，第一延迟线和第二延迟线中的至少一个(优选地，两者)提供大于光源的相干性的相位延迟。

在实施例中，第一延迟线和第二延迟线中的一个提供的第一相位延迟至少两倍于由第一延迟线和第二延迟线中的另一个提供的第二相位延迟。

在实施例中，相位延迟差与长度和/或波导横截面尺寸和/或波导材料的差有关。

在实施例中，消偏器电路是集成的光学消偏器电路。

在实施例中，耦合器包括被构造为将光转换到消偏器电路的多个输出端的转换器。

在实施例中，利用有源相位调制器代替第一延迟线和第二延迟线中的至少一个。

在实施例中，消偏器电路还包括：被构造为接收光的另一输入波导；以及被构造为分离所接收的光的波长的分光仪。

在实施例中，所述消偏器电路还包括：另一分束器，连接到另一输入波导，并且被构造为在第三分束器的第一输出端处提供处于第一偏振态的光，并且在另一分束器的第二输出端处提供处于第二偏振态的光；第三旋转器，连接到另一分束器的第一输出端，并且被构造为将从另一分束器接收的光从第一偏振态旋转到第二偏振态；第三延迟线，连接到另一分路器的第二输出端；以及耦合器，连接到第三旋转器和第三延迟线，并且被构造为耦合从第三旋转器和第三延迟线中的每个接收的光，并且向分光仪提供耦合的光。

在实施例中，第二延迟线和第三延迟线中的至少一个(优选地两个)提供大于光源的相干性的相位延迟。

在实施例中，第二延迟线和第三延迟线在它们之间提供另外的相位延迟差，所述相位延迟差是由第二延迟线和第三延迟线中的另一个提供的相位延迟的至少两倍。

在实施例中，所述消偏器电路还包括：输入接口，被构造为将光源与输入波导耦合；以及输出接口，被构造为将输出波导与消偏器电路的输出端耦合。

参照图1至图4B描述消偏器电路的实施例。消偏电路可以涉及被构造为至少部分地消偏光的任何光子电路，例如集成光子电路(PIC)或集成的消偏器电路。

将参照图1描述根据本申请的消偏电路100的第一实施例。图1示出了消偏器电路100包括具有输入接口21和输出接口29的第一部分20。消偏器电路100可以包括具有另一输入接口61的第二部分60。

在图1中，消偏器电路100的第一部分20被构造为通过输入接口21接收光(例如具有任意偏振态(SOP)的光)，并且向消偏器电路的输出端提供消偏的光。在该实施例中，第二部分60涉及具有色散元件62和检测器63的分光仪。检测器63可以是电荷耦合器件(CCD)检测器，例如，拉曼分光仪中的阵列检测器。色散元件62可以是衍射光栅、Echelle光栅、平面凹面光栅(planar concave grating)、阵列波导光栅(AWG)等。

图1还示出了包括消偏器电路100的系统。所述系统包括反射器40，反射器40被构造为接收来自消偏器电路100的第一部分20的消偏光并将其反射回消偏器电路100(优选地，反射回消偏器电路100的第二部分60)。反射器40可以是分布式布拉格反射器(例如光纤布拉格光栅(FBG))，分布式布拉格反射器被构造为反射特定波长的光，而透射其它波长的光。反射器40可以用作传感器，例如对温度敏感的传感器。所述系统可以是测量或数据采集系统(例如，光学询问器)，测量或数据采集系统是包括光学FBG传感器的光电仪器。

可以在图1中示出基于分光仪(spectrometer，或称为光谱仪)的FBG询问器的示例，反射器40是由消偏光照射的FBG，并且消偏电路100的第二部分60是接收围绕布拉格波长的窄波长带的分光仪，所述布拉格波长被反射并经由光环行器(optical circulator，或被称为光纤环形器、光学环形器)31被引导到分光仪。分光仪通过另一输入接口61接收反射光，另一输入接口61可以是(输入或输出)孔径波导。可选地，另一个输入接口61可以是入射狭缝和/或准直器。分光仪可以是AWG分光仪，例如文献WO2016005418A1中的AWG。在该示例中，AWG分光仪包括色散元件62，该色散元件62是AWG并且可以用于波分复用。可选地，分光仪是衍射光栅分光仪，分光仪中的色散元件62是将传感器光谱线性成像到作为CCD线阵列的检测器63上的衍射光栅。分光仪可以被构造为提供光谱输出40，例如强度值作为每波长CCD像素的函数。

所述系统可以包括具有光环行器31的环行器单元30，光环行器31被构造为通过环行器单元30的输入-输出接口32(即，通过光环行器31的第二端口)从消偏器电路100的第一部分20的输出接口29(即，通过光环行器31的第一端口)引导到反射器40。此外，光环行器31被构造为将被反射器40反射且通过环行器单元30的输入-输出接口32(即，经由光环行器31的第二端口)的光通过环行器单元30的输出接口33(即，经由光环行器31的第三端口)引导回到消偏电路100的第二部分60。消偏电路100的第二部分60可以通过另一输入接口61接收反射光。

在实施例中，消偏电路100包括光源10。在可选实施例中，系统包括光源10。光源10可以包括发光器件11(例如，发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLED或SLD)、二极管泵浦的固态(DPSS)激光器、激光二极管(LD)、微型LED(mLED)等(可选地以已知的波长)发射光12，光12可选地是宽带光，可以具有任意的或未知的SOP。光源10可以具有相干特性，诸如时间相干性(例如，相干时间和/或相干长度)和空间相干性。

注意，上面参照图1描述的光源10可以等同于图2至图4B中的光源10。

下面将参照图2描述根据本申请的消偏器电路200的第二实施例。消偏器电路200包括：输入波导，被构造为接收来自光源10的光；分束器220，连接到输入波导，并且被构造为在分束器220的第一输出端提供处于第一偏振态的光，并且在分束器的第二输出端提供处于第二偏振态的光；第一旋转器230，连接到分束器220的第一输出端，并且被构造为将从分束器220接收的光从第一偏振态旋转到第二偏振态；第一延迟线240，连接到分束器220的第二输出端；耦合器250，包括第一输出端和第二输出端，并被构造为耦合从第一旋转器230和第一延迟线240接收的光；第二旋转器260，连接到耦合器250的第一输出端，并且被构造为将从耦合器250接收的光旋转回第一偏振态；第二延迟线270，连接到耦合器的第二输出端；以及组合器280，连接到第二旋转器260和第二延迟线270，并且被构造为将从它们中的每个接收的光组合成至少部分消偏的光(可选地，完全消偏的光)。

消偏器可以包括输入接口210和输出接口290。输入接口210被构造为将光源10与输入波导耦合。此外，输出接口290被构造为将输出波导与消偏器电路200的输出端耦合。

输入接口21、输出接口29和/或另一输入接口61可以是例如边缘耦合器结构(诸如被构造为在平面波导电路和光纤之间耦合光的光纤芯片边缘耦合器。

输入波导被构造为接收来自光源10的光。提供给消偏器电路200的光可以包括横向电(TE)分量和横向磁(TM)分量中的至少一个。例如，光可以以两个偏振态TE+TM的叠加或混合的方式提供。与TM光相比，TE光的量可以随时间变化，并且不一定是50/50的分割。

光可以例如通过输入接口21被分解成输入波导中的TE分量和TM分量，其中比率和相位取决于从光源10和/或输入接口210和/或输入波导入射的光的SOP。

分束器220可以是偏振分束器。如图2所示，输入波导设置在输入接口210和分束器220之间。分束器连接到输入波导，并被构造为在分束器220的第一输出端提供第一偏振态的光(在本示例中为TM光)。分束器还被构造为在分束器220的第二输出端提供处于第二偏振态的光(在本例中为TE光)。

第一旋转器230可以是偏振旋转器。如图2所示，在分束器220的第一输出端和第一旋转器230之间提供波导。第一旋转器230连接到分束器220的第一输出端，并被构造为将从分束器220的第一输出端接收的光从第一偏振态旋转到第二偏振态(在本示例中，将TM光旋转到TE光)。

如图2所示，在分束器220的第二输出端和第一延迟线240之间提供波导。第一延迟线240连接到分束器220的第二输出端，并被构造为延迟从分束器220接收的光(在本例中，TE光)。

此外，可以在第一旋转器230的输出端和耦合器250的第一输入端之间提供第一波导，在第一延迟线240的输出端和耦合器250的第二输入端之间提供第二波导。耦合器250被构造为在耦合器250的第一输入端处接收来自第一旋转器230的旋转光(在本例中，TE光)。耦合器250被构造为在耦合器250的第二输入端处接收来自第一延迟线240的延迟光(在本例中，TE光)。耦合器250被构造为耦合从第一旋转器230和第一延迟线240接收的光(即，分别为旋转光和延迟光)，并且在耦合器250的第一输出端和第二输出端处提供耦合的光。

在图2中，耦合器250是定向耦合器(尤其是2×2耦合器)，其中根据例如10/90、20/80、30/70、40/60、50/50、60/40、70/30、80/20、90/10的耦合比或具有上述值之间的值的任何其它耦合比，光在2×2耦合器的第一输出端和第二输出端处被组合并且在2×2耦合器的第一输出端和第二输出端处被分离。

第二旋转器260可以是偏振旋转器。如图2所示，可以在耦合器250的第一输出端和第二旋转器260之间提供波导。第二旋转器260连接到耦合器250的第一输出端，并被构造为将从耦合器250接收的光旋转回第一偏振态(在本例中，从TE光旋转回TM光)。

如图2所示，在耦合器250的第二输出端和第二延迟线270之间提供波导。第二延迟线270连接到耦合器250的第二输出端，并且被构造为延迟从耦合器250接收的光(在本例中，TE光)。

组合器280可以是偏振组合器。在图2中，组合器280连接到第二旋转器260和第二延迟线270，并被构造为将从第二旋转器260和第二延迟线270中的每个接收的光组合成至少部分消偏的光。例如，光的偏振减小了或降低了40％或更多、50％或更多、60％或更多、70％或更多、80％或更多或90％或更多。应当理解，光的偏振可以减小了或降低了在上述百分比中任意两个之间的范围内的百分比值(例如，40-50％,40-60％等，40-90％,50-60％,50-70％等，70-90％、80-90％等)。可选地，组合器280连接到第二旋转器260和第二延迟线270，并被构造为将从第二旋转器260和第二延迟线270中的每个旋转器接收的光组合成完全消偏的光。

来自两个波导分支(即，用于第二旋转器260和/或延迟线270的臂)的光可以通过组合器280叠加。由于这是不相干地进行的，所以不存在不同的SOP，并且输出光可以被认为是消偏的。

如图2所示，消偏器电路200可以包括输出波导，输出波导被构造为例如通过输出接口290向消偏器电路200的输出端提供至少部分消偏的光(可选地完全消偏的光)。

消偏器电路200可以包括将组合器280的输出端连接到消偏器电路200的另一部件(而不必连接到消偏器电路200的输出端)的波导。

第一旋转器230和第二旋转器260中的一个或两个可以被提供为肋状波导管，肋状波导管可选地包括板部分和脊部分，脊部沿着板部分的表面设置，其中，板部分具有第一板部区域，第一板部区域的宽度在与所述波导的引导方向垂直的方向上测量时沿着第一长度从第一板部宽度增加到第二板部宽度，所述脊部分具有第一脊部区域，第一脊部区域的宽度在与板部宽度相同的方向上测量时，沿着相同的第一长度从第一脊宽度减小到第二脊宽度，使得旋转器被构造为在光通过肋状波导的传输期间旋转光的偏振。

第一旋转器230和第二旋转器260中的一个或两个可以例如相对于第二波导分支(即，第二臂)上的光使第一波导分支(即，第一臂)上的光旋转15度或更大、30度或更大、45度或更大、60度或更大、75度或更大、90度或更大、105度或更大、120度或更大、135度或更大、180度或更大等。

第一延迟线240和第二延迟线270中的一个或两个可以被提供为具有分别与第一长度和第二长度、第一组横截面尺寸和第二组横截面尺寸(例如，宽度、高度、半径、直径、周长等)以及第一材料和第二材料有关的延迟特性的波导。第一延迟线240和第二延迟线270中的一个或两个可以基于相应的延迟线240、270的延迟特性来提供相位延迟。应当理解，延迟线的延迟特性与消偏器电路200的(例如，在分束器220的第二输出端和耦合器250的第二输入端之间、和/或在耦合器250的第二输出端和组合器280的第二输入端之间的)第二臂处的延迟线有关，消偏器电路200的第二臂处的延迟线的长度、横截面尺寸和材料中的至少一个不同于消偏器电路200的(例如，在分束器220的第一输出和耦合器250的第一输入之间，和/或在耦合器250的第一输出和组合器280的第一输入之间的)第一臂的延迟线的长度、横截面尺寸和材料中的相应的至少一个。

因此，相位延迟可能与第一臂和第二臂之间在长度和/或波导横截面尺寸和/或波导材料方面的差异有关。例如，例如，在分束器220的第二输出端和耦合器250的第二输入臂之间的)第二臂上的第一延迟线240的长度大于第二臂上的(例如，在分束器220的第一输出端和耦合器250的第一输入臂之间的)旋转器230的长度或者第一臂的长度。在另一示例中，具有较大直径和/或具有比第二圆形波导的折射率(RI)高的折射率(RI)的材料的第一圆形波导将导致第一圆形波导相对于第二圆形波导具有较高的相位延迟。

第一延迟线240和第二延迟线270中的一条延迟线可以提供第一相位延迟，第一相位延迟是由第一延迟线和第二延迟线中的另一延迟线提供的第二相位延迟的至少两倍，否则，可能发生干扰。例如，第一延迟线240可以具有第一长度，第一长度是第二延迟线270的第二长度两倍。第一长度与第二长度的长度比可以是但不限于1:2、2:1、1:3、3:1、1:4、4:1、1:5、5:1、2:4、4:2、2:5、5:2、2:6、6:2等。本领域技术人员可以理解其它示例，例如，第一延迟线240可以具有第一材料，第一材料的第一RI是第二延迟线270的第二材料的第二RI的一半。第一线240和第二线270之间的相位延迟比也可以是任何上述长度比，但不限于此。

第一延迟线240和第二延迟线270中的至少一个可以提供比光源10的相干性(具体地，光源10的至少一个相干性)大的相位延迟。例如，第一延迟线240具有比光源10的相干长度大的长度，和/或第一延迟线240提供比光源10的相干时间大的相位延迟。

如上所述，相位延迟差可以与长度和/或波导横截面尺寸和/或波导材料的差有关。

第一延迟线240和第二延迟线270可以在其间提供大于或等于光源10的相干性(具体地，光源10的至少一个相干性)的相位延迟差。例如，相位延迟差可以大于或等于光源10的相干时间和/或相干长度。应当理解，相位延迟差可以是第一相位延迟与第二相位延迟的相减，反之亦然，和/或相位延迟差可以是第一相位延迟与第二相位延迟的相除，反之亦然。

第一相位延迟确保两个波导分支(即，如上所述的用于第一旋转器和/或延迟线230,240的臂)中的光变得不相关，使得所述光可以在耦合器250中不相干地耦合，从而使可能的干涉效应最小化。重要的是要注意，在没有耦合器250的情况下，来自光源10的具有线性SOP的输入光将仅通过其中一个波导。在这种情况下将保持线性SOP。附加地或替代地，第二延迟线270确保两个波导分支(即，如上所述的用于第二旋转器和/或延迟线260、270的臂)中的光变得去相关，使得所述光可以在组合器280中非相干地组合，以使可能的干扰效应最小化。

第一延迟线240和第二延迟线270可以用第一移相器和第二移相器替换。可选地，第一延迟线240和第二延迟线270可以是无源部件。

可选地，可以分别在第一旋转器230和第二旋转器260之前或之后提供第一延迟线240和第二延迟线270。这里，延迟线和旋转器彼此连接。例如，第一延迟线240的第一端连接到分束器220的第一输出端，而第一延迟线240的另一端连接到第一旋转器230，其中分束器220的第二输出端直接连接到耦合器250的第二输入端。此外，在该示例中，第二延迟线270的第一端连接到耦合器250的第一输出端，而第二延迟线260的另一端连接到第二旋转器270，其中耦合器250的第二输出端直接连接到组合器280。从上面的示例，本领域技术人员将理解第一延迟线240和第二延迟线270如何可以分别紧接在第一旋转器230和第二旋转器260之后连接。可替代地，第一旋转器230和第二旋转器260可以包括第一旋转器230和第二旋转器260。这里，旋转器包括延迟线的延迟特性。进一步可替换地，第一延迟线240和第二延迟线270可以包括第一延迟线240和第二延迟线270。

消偏器电路200可以包括有源相位调制器，用于调制从组合器280的输出端(例如在输出波导处或在输出接口290的输出端处)接收的光。有源相位调制器可以是被构造为将输入载波分离成多个相位的有源相位和幅度调制器。这些相位可以被分别放大和调制。有源相位调制器中的求和电路可以将相位组合成单个结果输出。调制器的功能是提供与电路中不需要的信号完全同幅但不同相(例如180度)的信号。结果是不希望的信号被调零并被消除。不需要的信号可以是例如来自附近发射机的耦合到接收机的输入电路中的信号，或者发射机电路中的引起失真的信号。消偏器电路200可以是所述接收器和/或发射器。可替换地或附加地，消偏器电路200可以包括有源相位调制器，作为第一延迟线240和第二延迟线270中的至少一个的替代。例如，第一有源相位调制器可以接收来自分束器220的光并根据第一调制方案(例如，增加第一相位延迟)调制该光。第二有源相位调制器可以接收来自耦合器250的光并根据第二调制方案(例如，增加第二相位延迟，第二相位延迟可以是第一相位延迟的至少两倍)来调制光。

输入接口210和分束器220和/或输出接口290和组合器280可以用二维(2D)光栅耦合器代替。2D光栅耦合器可以允许偏振态之一自动旋转。

下面将参照图3描述根据本申请的消偏电路300的第三实施例。图3示出了包括第一部分301、第二部分302和将第一部分301和第二部分302彼此连接的耦合器350的消偏器电路300。消偏器电路100可以包括具有另一个输入接口51的第三部分50。

图3中的消偏器电路300的第一部分301和第二部分302的部件310、320、330、340、360、370、380、390的许多方面和/或特征分别对应于图2中的消偏器电路200的部件210、220、230、240、260、270、280、290的许多方面和/或特征。

如图3所示，耦合器350包括第一输入端和第二输入端以及第一输入端和第二输出端，它们在许多方面和/或特征上对应于如图2所示的第二实施例的耦合器250。在第三实施例中，耦合器350包括一个或更多个转换器(可选地，至少一个转换器)，所述一个或更多个转换器被构造为转换特定波长光。

耦合器350可以包括第一转换器351，第一转换器351被构造为转换分别在耦合器350的第一输入端和第二输入端处接收的例如第一波长的旋转的光和延迟的光。耦合器350还可以包括第二转换器352，第二转换器352被构造为转换从第一转换器351的第一输出端接收的例如第二波长的转换光，并且在耦合器350的第一输出端处提供被第二转换器351转换的光。耦合器350还可以包括第三转换器353，第三转换器353被构造为转换从第一转换器351的第二输出端接收的例如第三波长的转换光，并且在耦合器350的第二输出端处提供被第三转换器353转换的光。图3示出了耦合器350包括三个转换器(具体地，2×2转换器351、第一1×4转换器352和第二1×4转换器353)。如上所述，2×2转换器351在2×2转换器351的第一输入端和第二输入端处分别连接到耦合器350的第一输入端和第二输入端，并且由此连接到第一旋转器330和第一延迟线340。2×2转换器351还在2×2转换器351的第一输出端和第二输出端处连接到第一1×4转换器352和第二1×4转换器353中的每个的输入端。如上所述，第一1×4转换器352和第二1×4转换器353作为第一1×4转换器352和第二1×4转换器353的第一输出端和第二输出端分别连接到耦合器350的第一输出端和第二输出端，从而连接到第二旋转器360和第二延迟线370。应当理解，第二转换器352和第三转换器353可以是1×2转换器或具有一个或多个输出端的任何其它转换器。第一转换器351可以用第一耦合器(例如，2×2耦合器)替换。

第二转换器352和第三转换器353可以被构造为将光分别转换到第二转换器352和第三转换器353(即，耦合器350)的不同输出端，以转换到消偏器电路300的不同输出端(例如，光纤和/或输出波导)。例如，第二转换器352和第三转换器353是1×4转换器(1×4转换器中的每个转换器具有四个输出端(总共八个))以用于将光输出到消偏器电路300的四个输出端。在该示例中，转换的光可以从第二转换器352的四个输出端输出到四个第二延迟线(例如，类似于第二延迟线370)以及从第三转换器353的四个输出端输出到四个第二旋转器(例如，类似于第二旋转器360)，然后分别被延迟和被旋转，并且随后被四个组合器(例如，类似于组合器380)组合，并且通过四个输出接口(例如，类似于输出接口390)输出到消偏器电路300的四个输出端(其可以涉及四个光纤)。

耦合器350还可以包括至少一个控制器，控制器被构造为控制所述一个或更多个转换器中的至少一个(例如，一个控制器控制多个转换器，一个控制器控制一个转换器等)。例如，如图3所示，耦合器350包括被配置为控制第一1×4转换器352和第二1×4转换器353的第一控制器354和第二控制器355。例如，第一控制器354和第二控制器355可以控制光在其中转换的波长。在该示例中，第一1×4转换器352和第二1×4转换器353可以转换具有彼此相似或不同波长(和/或与在2×2转换器351中转换光的波长相似或不同(例如1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8等的分数，或2、3、4、5、6、7、8等的倍数)的波长)的光。在另一示例中，第一控制器354和第二控制器355可以控制TE光相对于TM光的量，例如偏振50/50的平衡。

图3示出了包括具有另一输入接口51的第三部分50的消偏器电路300，另一输入接口51在许多方面和/或特征上对应于图2所示的第二实施例的另一输入接口61。另一个输入接口51被构造为接收光(具体地，从外部部件接收光)，如图3所示。可选地，从消偏器电路300内接收(例如，从组合器380接收)光。

第三部分50可以包括连接到另一输入波导的另一分路器52，并被构造为在另一分路器52的第一输出端处提供两个偏振态中的第一偏振态的光，以及在另一分路器52的第二输出端处提供两个偏振态中的第二偏振态的光。第三部分50还可以包括第三旋转器53，第三旋转器53连接到另一分束器52的第一输出端，并且被构造为将从另一分束器52的第一输出端接收的光从第一偏振态旋转到第二偏振态。第三部分50还可以包括第三延迟线54，第三延迟线54连接到另一分束器52的第二输出端，并且被构造为将从另一分束器52的第二输出端接收的光延迟。第三部分50还可以包括另一耦合器55，另一耦合器55连接到第三旋转器53和第三延迟线54，并被构造为耦合从它们中的每个接收的光，并将耦合的光提供给测量单元60。

另一分束器52、第三旋转器53和第三延迟线可以在许多方面和/或特征上分别对应于分束器320、第一旋转器330和/或第二旋转器360以及第一延迟线340和/或第二延迟线370。

另一耦合器55可以被构造为在另一耦合器55的第一输入端处接收来自第三旋转器53的旋转光(在该示例中为TE或TM光，可选地，为TE光)。另一耦合器55被构造为在另一耦合器55的第二输入端处接收来自第三延迟线54的延迟光(在该示例中为TE或TM光，可选地，为TE光)。另一耦合器55被构造为耦合从第三旋转器53和第三延迟线54接收的光(即，分别地，所述旋转的光和所述延迟的光)，在另一耦合器55的一个输出处提供所述耦合的光。

如图3所示，消偏器电路300可以包括第三部分60，第三部分60接收来自第二部分50的光(可选地，接收来自另一耦合器55的耦合光)。在该实施例中，第二部分50和第三部分60经由交叉和/或波导连接。第三部分60可以涉及测量单元，可选地，具有色散元件62和检测器63的分光仪，如上面在第一实施例中所描述的。

在上述实施例中，光被转换到消偏器电路300的不同输出端，消偏器电路300还可以在不同的输入端(例如，光纤和/或其它输入波导)处(例如，来自外部部件的)接收光。例如，假定第二转换器352和第三转换器353是1×4转换器，消偏器电路300可以包括四个另外的输入接口(例如，类似于另外的输入接口51)，四个另外的输入接口被构造为接收来自四个光循环器(例如，类似于光循环器31)的输出端(例如，第三端口)的光。四个另外的输入接口可以将接收到的光提供给四个另外的分束器(例如，类似于分束器52)，所述四个另外的分束器分别将光分到四个第三延迟线(例如，类似于第三延迟线54)和四个第三旋转器(例如，类似于第三旋转器53)，然后分别进行延迟和旋转，并且随后由四个另外的耦合器(例如，类似于另外的耦合器55)，并且由第三部分60(例如，经由四个交叉和/或波导)接收。

应当理解，这里描述的任何转换器可以具有一个或更多个输出端或输出通道(可选地，多个(诸如2个或更多、3个或更多、4个或更多、5个或更多、6个或更多、7个或更多、8个或更多、9个或更多、10个或更多等)输出端或输出通道)。在实施例中，输出通道的数量可以与消偏器电路300的输出端的数量或连接到消偏器电路300的输出端的光纤的数量有关。

第一延迟线340、第二延迟线370和第三延迟线54中的至少一个(可选地，全部)可以提供大于光源10的相干性的相位延迟，如以上参考第一延迟线240和第二延迟线270所描述的。

第一延迟线340、第二延迟线370和第三延迟线54中的任何两个可以在它们之间提供另外的相位延迟差(例如，第一延迟线340和第二延迟线370之间的相位延迟差、第一延迟线340和第三延迟线54之间的相位延迟差或者第二延迟线370和第三延迟线54之间的相位延迟差)，该另外的相位延迟差是由第一延迟线340、第二延迟线370和第三延迟线54中的另一个提供的相位延迟的至少两倍。例如，第一延迟线340的第一长度可以是第二延迟线370的第二长度的四倍和是第三延迟线54的第三长度的两倍。第一长度、第二长度与第三长度的长度比为但不限于此：1:2:4、1:4:2、2:1:4、2:4:1、4:1:2、4:2:1、1:3:9、......9:3:1、......、1:2:9、......、9:2:1等。本领域的技术人员可以理解其它示例，诸如，第一延迟线340可以具有第一材料，第一材料具有第一RI，第一RI是第二延迟线370的第二材料的第二RI的四分之一，并且是第三延迟线54的第三材料的第三RI的一半。第一线340、第二线370和第三线54之间的相位延迟比也可以是任何上述长度比，但不限于此。

第三延迟线54可以在许多方面和/或特征上对应于如上所述的第一延迟线和/或第二延迟线240、270、340、370。例如，第三延迟线54可以包括以上参考第一延迟线240和第二延迟线270描述的延迟特性中的任何一个或更多个。

第三旋转器53可以在许多方面和/或特征上对应于如上所述的第一和/或第二旋转器230、260、330、360。

应当理解，消偏器电路300可以包括一个或更多个第二部分302和/或一个或更多个第三部分50。例如，一个或更多个第二部分302和/或一个或更多个第三部分50的数量可以与第二转换器352和第三转换器353的数量输出相关。

将参照图4A描述根据本申请的消偏电路400的第四实施例。图4A示出了包括第一部分401和第二部分402的消偏器电路400。

图4A中的消偏器电路400的第一部分401和第二部分402的部件410、420、430、440、460、470、480、490在许多方面和/或特征分别对应于图2中的消偏器电路200的部件210、220、230、240、260、270、280、290和/或图3中的消偏器电路300的部件310、320、330、340、360、370、380、390。

如图4A所示，在第二部分402中执行来自第一旋转器430和延迟线440的旋转的光和延迟的光的耦合。然而，该实施例不限于如第二实施例和第三实施例所述在第一部分401和第二部分402之间执行耦合。

消偏器电路400可以包括第一耦合器451，第一耦合器451被构造为耦合分别在第一耦合器451的第一输入端和第二输入端处接收的旋转的光和延迟的光。第一耦合器451在第一耦合器451的第一输出端和第二输出端处提供被第一耦合器451耦合的光。消偏器电路400还可以包括转换器452和第二耦合器450，转换器452被构造为转换从第一耦合器451的第二输出端接收的例如在特定波长的耦合光，并且在转换器452的输出端处提供转换后的光，第二耦合器450被构造为在第二耦合器454的输入端处接收转换的光并耦合所述转换的光。第二耦合器454被构造为在第二耦合器450的第一输出端和第二输出端处提供被第二耦合器450耦合的光。在该实施例中，由第一耦合器451耦合并在第一耦合器451的第一输出端处提供的光被认为是丢失的信号功率453。

在该实施例中，第二旋转器460和第二延迟线470分别在第二耦合器454的第一输出端和第二输出端处接收由第二耦合器454耦合的光(在图4A中为TE光)。在图4A的示例中，第二旋转器460将TE光旋转为TM光，使得组合器480分别组合从第二延迟线470和第二旋转器480接收的TE光和TM光。如将理解的，可以向消偏器电路400的组件提供其它偏振态(例如，到第一延迟线440的TM光和到第一旋转器430的TE光，到第二旋转器460和延迟线470两者的TM光等)。

图4A示出了作为第一2×2耦合器的第一耦合器451，在第一耦合器451的第一输出端处提供的耦合光是3dB损耗453。功率损耗的其它值可以是1dB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB、7dB、8dB等中的至多任一个。应当理解，功率损耗的其它值可以包括在上述值的任何两个的范围内(例如，1dB至2dB、1dB至3dB、……、2dB至3dB、2dB至4dB、……、7dB至8dB、7dB至9dB等)。

图4A示出了作为1×4转换器的转换器452，该1×4转换器接收来自第一2×2耦合器的第二输出端的耦合光，并且在1×4转换器的第一输出端处提供转换的光到第二耦合器454的第一输入端，所述第二耦合器454是第二2×2耦合器。

下面将参照图4B描述根据本申请的消偏电路400'的另一实施例。图4B示出了包括第二部分402'的消偏器电路400'，第二部分402'在许多方面和/或特征与图4A的第四实施例的消偏器电路400和第二部分402相对应，因此，为了简洁起见，这里将仅描述差异。

在该实施例中，由第一耦合器451耦合的光在第一耦合器451的第一输出端被提供到第二转换器453'。第一转换器452被构造为转换从第一耦合器451的第一输出端接收的第一波长的耦合光，并且在第一转换器452的第一输出端处将被第一转换器452转换的光提供到第二耦合器454'，如第四实施例所述。第二转换器453'被构造为转换从第一耦合器451的第二输出端接收的第二波长的耦合光，并且在第二转换器453'的第一输出端处将被第二转换器453'转换的光提供到第二旋转器460'。此外，第二耦合器454'在第二耦合器454'的第二输出端处将被第二耦合器454'耦合的光提供到第二延迟线470'。这里，如图4B所示，在第二耦合器454'的第一输出端处没有提供耦合的光。

图4B示出了作为第二1×4转换器的第二转换器453'。第一转换器452和/或第二转换器453'可以在许多方面和/或特征上对应于图3的第三实施例中所描述的转换器，例如，转换器452、453'的第一波长和第二波长可以不同或相似，和/或第一转换器和第二转换器可以分别由第一控制器和第二控制器中的至少一个控制等等。例如，第一转换器452和/或第二转换器453'可以将转换的光输出到消偏器电路400、400'的一个或更多个输出端。

如将理解的，参照图1描述的系统可以包括分别参照图2至图4B描述的第二实施例、第三实施例、第四实施例和其它实施例的消偏器电路200、300、400、400'的各个方面和/或特征的任意一个或组合。例如，系统可以包括消偏器电路300和一个或更多个光循环器31。

这里所述的消偏器电路100、200、300、400、400'可以用于光学询问器和/或光学陀螺仪。

光学询问器可以是光电子仪器，光电子仪器允许在静态和/或动态监测应用中读取光纤布拉格光栅(FBG)传感器。光学陀螺仪可以是光纤陀螺仪(FOG)(具体地，干涉FOG、谐振FOG(RFOG)、受激布里渊散射FOG等)。

消偏器电路100、200、300、400、400'可以与FBG传感器一起使用。FBG传感器被设计成基于温度或应变反射特定波长。由于光纤中的缺陷，来自FBG的反射波长对于TE偏振光或TM偏振光可以稍微不同。因此，重要的是将非偏振光耦合到光纤中，使得不存在偏振相关的波长偏移。

消偏器电路100、200、300、400、400'可以用在(解)复用器应用(例如在期望输入光谱的急剧分离的情况下)中。

消偏器电路100、200、300、400、400'可以与航天领域(包括航天器、卫星、飞机等)中的FOG传感器FOG一起使用或者用于航天领域中的FOG传感器FOG，和/或用于诸如船舶、汽车导航、矿井等的民用领域中。

在实施例中，消偏器电路100、200、300、400、400'的使用涉及结构健康监测。例如，桥梁、大坝、隧道以及建筑物可以配备有用于连续结构健康监测的光纤传感器。安装在混凝土结构或钢结构中或安装在混凝土结构或钢结构上的光纤传感器可以用于预测和检测早期的小缺陷。然后可以进行预防性维护以避免对基础设施的结构损坏。

在实施例中，消偏器电路100、200、300、400、400'的使用涉及方位状态监测。轴承可以配备有光纤传感器，以给船舶、火车、卡车和重型建筑设备带来光纤传感的益处。连续的载荷感测提高了旋转设备的效率，而寿命预测和早期故障检测防止了对轴承的损坏，并且更重要的是防止了对昂贵的周围部件(如变速箱和发动机)的损坏。

在实施例中，消偏器电路100、200、300、400、400'的使用涉及风力涡轮机。光纤传感器可以安装在风力涡轮机的叶片、轴承、齿轮箱、塔和护套上，以便在它们导致昂贵的修理之前预测、检测和防止故障。嵌入叶片中的同样重要的光纤传感器可以用于监测和提高涡轮机的效率。

一种在消偏器电路(可选地，在上述消偏器电路100、200、300、400、400')中消偏光的方法，所述方法包括：通过输入波导从光源10接收光；通过分束器220、320、420将光分成具有第一偏振态的第一部分和具有第二偏振态的第二部分；通过第一旋转器230、330、430旋转第一部分的偏振，使得第一部分具有第二偏振态；通过第一延迟线240、340、440延迟第二部分；通过耦合器250、350、451将第一部分和第二部分耦合为第三部分和第四部分；通过第二旋转器260、360、460、460'将第三部分的偏振旋转回第一偏振态；通过第二延迟线270、370、470、470'延迟第四部分；以及通过组合器280、380、480将第三部分和第四部分组合为消偏光。

从上述消偏器电路100、200、300、400、400'的方面和/或特征将理解方法的实施例。

尽管上面已经参考本申请的某些实施例描述了本申请，但是明显的是，可以对这些实施例进行各种修改和改变，而不脱离由所附权利要求限定的本申请的较宽范围。

Claims (15)

1.一种消偏器电路，包括：

输入波导，被构造为接收光；

分束器(220)，连接到所述输入波导，并且被构造为在所述分束器(220)的第一输出端处提供处于第一偏振态的光，并且在所述分束器(220)的第二输出端处提供处于第二偏振态的光；

第一旋转器(230)，连接到所述分束器(220)的所述第一输出端，并且被构造为将从分束器(220)接收的光从所述第一偏振态旋转到所述第二偏振态；

第一延迟线(240)，连接到所述分束器(220)的所述第二输出端；

耦合器(250)，包括第一输出端和第二输出端，并且被构造为耦合从所述第一旋转器(230)接收的光和从所述第一延迟线(240)接收的光；

第二旋转器(260)，连接到所述耦合器(250)的所述第一输出端，并且被构造为将从所述耦合器(250)接收的光旋转回所述第一偏振态；

第二延迟线(270)，连接到所述耦合器(250)的所述第二输出端；以及

组合器(280)，连接到所述第二旋转器(260)和所述第二延迟线(270)，并且被构造为将从所述第二旋转器(260)和所述第二延迟线(270)中的每个接收的光组合为消偏光，

其中，所述第一延迟线和所述第二延迟线(240、270)在所述第一延迟线和所述第二延迟线(240、270)之间提供的相位延迟差大于或等于由所述输入波导接收的光的相干性。

2.根据权利要求1所述的消偏器电路，其中，所述第一延迟线和所述第二延迟线(240、270)中的至少一个，可选地两个，提供比由所述输入波导接收的光的相干性大的相位延迟。

3.根据权利要求1或2所述的消偏器电路，其中，所述第一延迟线和所述第二延迟线(240、270)中的一个提供第一相位延迟，所述第一相位延迟是由所述第一延迟线和所述第二延迟线(240、270)中的另一个提供的第二相位延迟的至少两倍。

4.根据权利要求1至3所述的消偏器电路，其中，所述相位延迟差与长度的差异和/或波导横截面尺寸的差异和/或波导材料的差异有关。

5.根据权利要求1至4所述的消偏器电路，其中，所述消偏器电路是集成的光学消偏器电路。

6.根据权利要求1至5所述的消偏器电路，其中，所述耦合器(250)包括被构造为将光转换到所述消偏器电路的多个输出端的转换器。

7.根据权利要求1至2所述的消偏器电路，所述消偏器电路还包括被构造为调制被组合的光的有源相位调制器。

8.根据权利要求1至7所述的消偏器电路，所述消偏器电路还包括：

另一输入波导，被构造为接收光；以及

分光仪，被构造为分离接收的光的波长。

9.根据权利要求8所述的消偏器电路，所述消偏器电路还包括：

另一分束器(52)，连接到所述另一输入波导，并且被构造为在所述第三分束器(52)的第一输出端处提供处于所述第一偏振态的光，并且在所述另一分束器(52)的第二输出端处提供处于所述第二偏振态的光；

第三旋转器(53)，连接到所述另一分束器(52)的所述第一输出端，并且被构造为将从所述另一分束器(52)接收的光从所述第一偏振态旋转到所述第二偏振态；

第三延迟线(54)，连接到所述另一分路器(52)的所述第二输出端；以及

耦合器(55)，连接到所述第三旋转器(53)和所述第三延迟线(54)，并且被构造为耦合从所述第三旋转器(53)和所述第三延迟线(54)中的每个接收的光，并且向所述分光仪提供被耦合的光。

10.根据权利要求9所述的消偏器电路，其中，所述第二延迟线和所述第三延迟线(270、54)中的至少一个，可选地两个，提供比由所述输入波导接收的光的相干性大的相位延迟。

11.根据权利要求9或10所述的消偏器电路，其中，所述第二延迟线和所述第三延迟线(270、54)在所述第二延迟线和所述第三延迟线(270、54)之间提供另外的相位延迟差，所述另外的相位延迟差是由所述第二延迟线和所述第三延迟线(270、54)中的另一个提供的相位延迟的至少两倍。

12.根据权利要求1至11所述的消偏器电路，所述消偏器电路还包括：

输入接口(210)，被构造为将光源(10)与所述输入波导耦合；以及

输出接口(290)，被构造为将所述输出波导与所述消偏器电路的输出端耦合。

13.一种系统，所述系统包括反射器(40)和根据权利要求1至12所述的消偏器电路，其中，所述反射器(40)被构造为接收来自所述消偏器的输出端的消偏光，并将光反射到所述消偏器电路的输入端。

14.一种根据权利要求1至12所述的消偏器电路在光学询问器和/或光学陀螺仪中的应用。

15.一种在消偏器电路，优选根据权利要求1至12所述的消偏器电路中消偏光的方法，所述方法包括以下步骤：

通过输入波导接收光；

通过分束器将所述光分成具有第一偏振态的第一部分和具有第二偏振态的第二部分；

通过第一旋转器旋转所述第一部分的偏振，使得所述第一部分具有第二偏振态；

通过第一延迟线将所述第二部分延迟；

通过耦合器将所述第一部分和所述第二部分耦合为第三部分和第四部分；

通过第二旋转器将所述第三部分的偏振旋转回所述第一偏振态；

通过第二延迟线将所述第四部分延迟；以及

通过组合器将所述第三部分和所述第四部分组合为消偏光，

其中，所述方法还包括在所述第一延迟线和所述第二延迟线之间提供相位延迟差，所述相位延迟差大于或等于由所述输入波导接收的光的相干性。