CN1529425A - 可调整光功率分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可调整光功率分配器，包括一个输入端口、两个输出端及其光功率分配器件，输入端、输出端采用准直器，输入的偏振光通过可改变偏振态的元件来调整输入光的偏振态，然后进行偏振分束器，最后耦合到输出端。一种是输入就是偏振光，通过液晶(LC)单元或其它可改变偏振态的元件来改变输入偏振态，然后通过晶体分束器或渥拉斯顿棱镜来进行偏振分光耦合到输出端；另一种是输入为非偏振光，通过晶体分束器(walk－off晶体)和波片把它变为偏振光，然后通过可改变偏振态的元件来改变输入偏振态，再通过晶体分束器或渥拉斯顿棱镜(wallaston棱镜)来进行偏振分光，耦合到输出端；输入输出都采用微光学光纤准直器。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调整光功率分配器，属于光通信技术领域。
背景技术
基于光纤耦合器的光功率分配器近年来已获得长足发展。主要是由于光纤有线电视(CATV)及光纤到户(FTTH)的逐步普及应用。其市场需求量越来越大，根据RHK公司的预测，光纤耦合器的市场规模在2003年以后将以每年超过100％速度递增。看到光功率分配器市场的巨大潜力，许多原来从事平面波导器件的厂商也已经积极开展类似器件的研发和市场开拓工作。其性能和工作原理与光纤型器件基本类似。一般光纤型或波导型器件都只能提供固定的分光比。随着电信业务的发展，电信服务商可以在多个甚至每个站点掌控一部分可调度资源，使每一条支路的富余光功率可以大大压缩，从而节省相当一部分光放大器，降低整个系统的成本及运行费用，从而提高服务的可靠性和灵活性，增加收入。因此，要采用可调整的光功率分配器。一般的可调整光功率分配器采用在普遍光纤型耦合器的熔锥部分加应力的办法来改变两个出口的分光比的方法。这种方法的缺点是可调整范围小，偏振相关度高，控制精度低。因此，其应用价值十分有限。
发明内容
本发明的目的是采用基于双折射晶体分光合光及偏振光干涉技术制作的调整光功率分配器，提供一种全新的光通信器件的设计方案，可以增加光网路的灵活性，可以克服上述缺点。本发明方案是基于晶体微光学技术的，容易制作实现。
本发明的技术方案有两种，一种是输入就是偏振光，通过液晶(LC)单元或其它可改变偏振态的元件来改变输入偏振态，然后通过晶体分束器或渥拉斯顿棱镜来进行偏振分光耦合到输出端，该方案的输入输出都采用微光学光纤准直器；另一种是输入为非偏振光，通过晶体分束器(walk-off晶体)和波片把它变为偏振光，然后通过液晶(LC)单元或其它可改变偏振态的元件来改变输入偏振态，再通过晶体分束器或渥拉斯顿棱镜(wallaston棱镜)来进行偏振分光，耦合到输出端，该方案的输入输出都采用微光学光纤准直器。
可调整光功率分配器具体包括一个输入端口、两个输出端及其光功率分配器件，输入端、输出端采用准直器，输入的偏振光通过可改变偏振态的元件来调整输入光的偏振态，然后进行偏振分束器，最后耦合到输出端。
所述的可调整光功率分配器，可改变偏振态的元件是液晶单元或波片。
所述的可调整光功率分配器，偏振分束器是晶体分束器或渥拉斯顿棱镜。
所述的可调整光功率分配器，它依次由保偏准直器、液晶单元、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，液晶单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态。
所述的可调整光功率分配器，它依次由保偏准直器、液晶单元、渥拉斯顿棱镜、双芯准直器组成，液晶单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态，再由渥拉斯顿棱镜将光分为成一夹角的两束光，这两束光耦合进双芯准直器的两路。
所述的可调整光功率分配器，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
所述的可调整光功率分配器，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、渥拉斯顿棱镜、半波片、晶体分束器、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光；这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过渥拉斯顿棱镜，每一束光又分为纵向成一定角度的两束光，这四束光经过第二半波片和第二晶体分束器后合为上下两束光，分别耦合入双芯准直器的两路。
所述的可调整光功率分配器，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过两片互成45°角的全反镜反射后，进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
所述的可调整光功率分配器，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、0-1/2波片、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成；光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一反射镜反射到0-1/2波片后被改变偏振态，再经过第二反射镜反射通过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路；0-1/2波片是一边为全波片，然后厚度逐渐增加至半波片，由步进电机来控制光束入射在0-1/2波片上的位置来改变波片的相位延迟，从而改变分光比。
所述的可调整光功率分配器，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、偏振分束(PBS)立方体、液晶单元、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第一全反镜反射后进入偏振分束(PBS)立方体，偏振分束(PBS)立方体将其中两束反射，另外两束透射；反射的两束光经过第二液晶单元后被改变偏振态，再经过第三晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第四晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过第一屋脊棱镜的偏折后分别耦合入第一双芯准直器的两路；透射的两束光被第二全反镜反射后，经过第三液晶单元改变偏振态，再经过第五晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第三半波片和第六晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋第二脊棱镜的偏折后分别耦合入第二双芯准直器的两路。
本发明的优点：本发明利用可改变偏振态的元件来改变输入偏振态，从而灵活改变两路、四路甚至更多路光路的分光比，使得工程师可以更灵活的设计和配置光网络。
附图说明
图1：采用晶体分束器和LC调整单元的偏振相关型可调整光功率分配器；
图2：采用渥拉斯顿(wallaston)棱镜和LC调整单元的偏振相关型可调整光功率分配器；
图3：采用晶体分束器和LC调整单元的偏振无关型可调整光功率分配器；
图4：采渥拉斯顿棱镜和LC调整单元的偏振无关型可调整光功率分配器；
图5：是图3实施例的一种反射式结构；
图6：采用马达带动0-1/2波片作为调整单元的一种实施例；
图7：0-1/2波片示意图；
图8：一种一路分为四路的可调整光功率分配器实施例。
具体实施方式
本发明有两类应用方式，一种是针对线偏振光光功率分配，另一种是针对任意偏振态光光功率分配。
图1是线偏振光光功率分配器的一种实施例，它由保偏准直器、液晶单元(LC)、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成。线偏振光从保偏准直器出射，经过液晶(LC)单元，液晶(LC)单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态，再由晶体分束器(walk-off晶体)将光分为平行的两束光，这两束光在屋脊棱镜的折射下交于一点耦合进双芯准直器的两路。液晶单元改变光偏振态的机理有两种：旋转振动面和改变相位延迟。
旋转振动面的液晶单元使入射光的振动旋转一定的角度θ，当其通过walk-off晶体时，被分开的两路光的光强为：
I1＝I0*cos2θ
I2＝I0*sin2θ＝I0*(1-cos2θ)I0为入射光的光强。
当加在液晶上的电压变化时，旋转角度θ变化，则双芯准直器中的两路光的光强也随之变化，从而实现了分光比的改变。
快轴与入射光振动面成45度的可改变相位延迟的液晶单元使入射的线偏振光变为一相位延迟为φ的椭圆偏振光(cosφ，isinφ)，当其通过walk-off晶体时，被分开的两路光的光强为：
I1＝I0*cos2φ
I2＝I0*sin2φ＝I0*(1-cos2φ)
当加在液晶上的电压变化时，相位延迟φ变化，则双芯准直器中的两路光的光强也随之变化，从而实现了分光比的改变。
图2是线偏振光光功率分配器的一种实施例，它由保偏准直器、液晶单元(LC)、渥拉斯顿棱镜(wallaston棱镜)、双芯准直器组成。光从保偏准直器出射，经过液晶(LC)单元，液晶(LC)单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态，再由wallaston棱镜将光分为成一夹角的两束光，这两束光耦合进双芯准直器的两路。
图3为对任意偏振态光光功率分配器的一种实施例，它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
图4是采渥拉斯顿棱镜和LC调整单元的偏振无关型可调整光功率分配器：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、渥拉斯顿棱镜、半波片、晶体分束器、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光；这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过渥拉斯顿棱镜，每一束光又分为纵向成一定角度的两束光，这四束光经过第二半波片和第二晶体分束器后合为上下两束光，分别耦合入双芯准直器的两路。
图5是图3实施例的一种反射式结构：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过两片互成45°角的全反镜反射后，进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
图6是采用马达带动0-1/2波片作为调整单元的一种实施例：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、0-1/2波片、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成；光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一反射镜反射到0-1/2波片后被改变偏振态，再经过第二反射镜反射通过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路；0-1/2波片是一边为全波片，然后厚度逐渐增加至半波片，由步进电机来控制光束入射在0-1/2波片上的位置来改变波片的相位延迟，从而改变分光比。
图8是一种一路分为四路的可调整光功率分配器实施例所述的可调整光功率分配器：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、偏振分束(PBS)立方体、液晶单元、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第一全反镜反射后进入偏振分束(PBS)立方体，偏振分束(PBS)立方体将其中两束反射，另外两束透射；反射的两束光经过第二液晶单元后被改变偏振态，再经过第三晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第四晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过第一屋脊棱镜的偏折后分别耦合入第一双芯准直器的两路；透射的两束光被第二全反镜反射后，经过第三液晶单元改变偏振态，再经过第五晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第三半波片和第六晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋第二脊棱镜的偏折后分别耦合入第二双芯准直器的两路。
综上所述，本发明的核心是利用液晶单元或波片来改变入射光的偏振态，再由偏振分束器分开的可调整光功率分配器，是其通过改变液晶单元或波片的状态来控制光功率分配器的分光比。因此，本发明不限于上述实施方式。
Claims (10)
1、一种可调整光功率分配器，包括一个输入端口、两个输出端及其光功率分配器件，其特征在于：输入端、输出端采用准直器，输入的偏振光通过可改变偏振态的元件来调整输入光的偏振态，然后经过偏振分束器，最后耦合到输出端。
2、根据权利要求1所述的可调整光功率分配器，其特征在于：可改变偏振态的元件是液晶单元或波片。
3、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：偏振分束器是晶体分束器、渥拉斯顿棱镜或偏振分束(PBS)立方体。
4、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由保偏准直器、液晶单元、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，液晶单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态。
5、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由保偏准直器、液晶单元、渥拉斯顿棱镜、双芯准直器组成，液晶单元在电压的驱动下改变入射光的偏振态，再由渥拉斯顿棱镜将光分为成一夹角的两束光，这两束光耦合进双芯准直器的两路。
6、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
7、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、渥拉斯顿棱镜、半波片、晶体分束器、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光；这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过渥拉斯顿棱镜，每一束光又分为纵向成一定角度的两束光，这四束光经过第二半波片和第二晶体分束器后合为上下两束光，分别耦合入双芯准直器的两路。
8、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过两片互成45°角的全反镜反射后，进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路。
9、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它由依次单芯准直器、晶体分束器、半波片、0-1/2波片、晶体分束器、全反镜、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成；光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，再使其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一反射镜反射到0-1/2波片后被改变偏振态，再经过第二反射镜反射通过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第三晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过屋脊棱镜的偏折后分别耦合入双芯准直器的两路；0-1/2波片是一边为全波片，然后厚度逐渐增加至半波片，由步进电机来控制光束入射在0-1/2波片上的位置来改变波片的相位延迟，从而改变分光比。
10、根据权利要求1或2所述的可调整光功率分配器，其特征在于：它依次由单芯准直器、晶体分束器、半波片、液晶单元、晶体分束器、全反镜、偏振分束PBS立方体、液晶单元、半波片、晶体分束器、屋脊棱镜、双芯准直器组成，光从单芯准直器出射经过第一晶体分束器分为横向的两束，其中的一束通过第一半波片使其变为与另一束光的偏振态相同的线偏振光，这两束线偏振光经过第一液晶单元后被改变偏振态，再经过第二晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光经过第一全反镜反射后进入偏振分束PBS立方体，偏振分束PBS立方体将其中两束反射，另外两束透射；反射的两束光经过第二液晶单元后被改变偏振态，再经过第三晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第二半波片和第四晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过第一屋脊棱镜的偏折后分别耦合入第一双芯准直器的两路；透射的两束光被第二全反镜反射后，经过第三液晶单元改变偏振态，再经过第五晶体分束器，每一束光又分为纵向的两束，这四束光进入第三半波片和第六晶体分束器后合为平行的上下两束光，经过第二屋脊棱镜的偏折后分别耦合入第二双芯准直器的两路。
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