CN206353654U - 一种激光偏振态控制稳定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种激光偏振态控制稳定装置，本装置偏振控制器、起偏器和分束器依次经光纤连接，分束器分出较大光束为输出，较小束为监测光接到电控组件，后者的控制电压接入光纤挤压型偏振控制器。电控组件对偏振控制器各挤压件预置电压，依次扫描各个挤压件控制电压，将各挤压件控制电压均设置为扫描中线偏振态输出最大时对应电压，即偏振控制器最优控制电压。稳定控制时监测当前线偏振态输出并与最大输出比较，二者差大于阈值时调整各挤压件控制电压，使输出保持最大。重复稳定控制。当某挤压件控制电压达控制边缘对其控制电压进行步进加减调离边缘。本实用新型快速有效得到偏振控制器最优控制电压；长时间保证线偏振输出最大。

Description

一种激光偏振态控制稳定装置

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种激光偏振态控制稳定装置。

背景技术

偏振态作为光波的一项重要的基本特性，其在高速光通信、相干光通信、光量子通信、光纤传感、高功率激光装置等领域均有重要的影响及应用。若已知输入光的偏振态，通过配置一系列波片，即可获得任意期望偏振态的输出。对于未知的偏振态输入，为获得期望的偏振态输出，控制方法主要有以下四种：

1)基于光功率的偏振态控制方法。

该方法利用偏振分束器获取某一偏振方向的偏振分量，基于该偏振方向的光功率值并配合搜索算法，对偏振控制器进行控制，即可实现输出光偏振态的控制及稳定。该方法提取的信息量有限，主要用于实现任意偏振态输入到线偏振输出的状态转换。

此方法由于其提取的信息量有限，无法给出明确的控制量，为了实现最优的偏振态控制，一般需要采用各种寻优算法(包括模拟退火算法、粒子群算法、遗传算法等)，但无论采用哪种寻优方法，均存在一定的盲目性以及大量的尝试，而寻优过程存在的大量局部最优值，实际偏振控制器件存在的滞回特性也将会对算法的搜索造成影响，因此寻优时间的长短存在不确定性，而寻优结果亦可能陷于局部最优。

2)基于偏振态检测的偏振态控制方法

该方法需要对当前输出光偏振态进行最少一次探测，获取当前输出光的偏振态的描述参数，随后基于该描述参数，快速调整，实现任意偏振态的输出。该方法控制精度高、响应速度快，但需要对偏振态进行检测，装置复杂。

3)基于干涉信号的偏振态控制方法

该方法常见于光纤传感系统中，通过获得包含偏振态信息的干涉信号，并配合搜索算法，调整偏振控制器，实现所需偏振态的控制及稳定。该方法不理会输入输出光的偏振态，其目标是获得期望的干涉信号。

4)基于拍频信号的偏振控制方法

该方法通过探测频率相近的双波长正交偏振光通过起偏器后表现出的拍频信号，提取双波长激光的偏振态信息，然后进行反馈控制，实现双波长正交偏振光的偏振态控制和稳定。该方法可以实现双波长乃至多波长的偏振态控制，具有较高的灵敏度。该方法主要应用于频率相近的双波长系统中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光偏振态控制稳定装置，快速实现控制电压的搜索和输出偏振态的稳定，克服现有的偏振态控制稳定方法的不完善性。

本实用新型提供的一种激光偏振态控制稳定装置，包括偏振控制器、起偏器、分束器和电控组件，偏振控制器、起偏器和分束器依次经光纤连接，激光输入偏振控制器，分束器将光束分为2路，比较大的一束作为输出激光，比较小的一束作为监测光信号连接到电控组件，电控组件输出的控制电压信号接入偏振控制器。起偏器与偏振控制器连接的输入光纤为普通单模光纤，起偏器与分束器连接的输出光纤为保偏光纤。

所述分束器的分束比为(90:10)～(99:1)。

所述的偏振控制器为光纤挤压型偏振控制器，包含4个挤压件，相邻挤压件间成45度夹角。

所述电控组件含有依次连接的光电探测器、AD转换模块、数字信号处理芯片(DSP)、DA转换模块，DA转换模块的输出与偏振控制器相连接，分束器的输出接入光电探测器。光电探测器将由分束器得到的光信号转换为电信号，经AD转换模块转换为数字信号，送入数字信号处理芯片，在此芯片中按控制算法实时快速处理数据，得到控制信号，经DA转换模块转换为模拟信号，接入偏振控制器作为控制电压。

所述的光电探测器为PIN型光电二极管。

为了避免光电探测器饱和，让装置具有更宽广的适用范围，在分束器和电控组件之间接入可调衰减器。

本实用新型的一种激光偏振态控制稳定装置，通过电控组件对偏振控制器中各个挤压件预置电压，依次扫描各个挤压件的控制电压，扫描中得到本装置线偏振态激光输出最大时对应的挤压件控制电压为最优控制电压。本装置经稳定控制和当某个挤压件的控制电压到达控制边缘时的复位控制保持线偏振态激光输出最大。

与现有技术相比，本实用新型的一种激光偏振态控制稳定装置的优点是：1)采用预置控制电压，以及各挤压件按不同顺序的错位扫描方式，能快速有效地寻找到偏振控制器的最优控制电压；2)本方法不引入随机量，不会陷于局部最优，搜索时间短且确定，任意偏振态输入均能经本装置转换为最大线偏振输出；3)本方法包含稳定控制和复位控制，有效应对控制电压到达边缘的情况，可长时间保证输出光处于线偏振最大输出状态。

附图说明

图1为本激光偏振态控制稳定装置实施例的结构框图；

图2为本激光偏振态控制稳定装置的最优控制电压搜索结果；

图3为本激光偏振态控制稳定装置的偏振态稳定控制的邦加球示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本激光偏振态控制稳定装置的结构框图如图1所示，图中的虚线连接符号表示光路，实线连接符号表示电路。本实施例包括偏振控制器、起偏器、分束器、可调衰减器和电控组件，其中偏振控制器、起偏器、分束器依次经光纤连接，激光输入偏振控制器，本例分束器的分束比为90:10，分束器将光束分为2路，90％的光束作为输出，10％的光束作为监测信号经可调衰减器连接到电控组件。

起偏器前后分别为普通单模光纤和保偏光纤。

本例的偏振控制器为光纤挤压型偏振控制器，包含四个挤压件，相邻挤压件间成45度夹角。

本例电控组件含有依次连接的光电探测器、AD转换模块、数字信号处理芯片(DSP)和DA转换模块，DA转换模块的输出与偏振控制器相连接，分束器的输出接入光电探测器。光电探测器将由分束器得到的光信号转换为电信号，经AD转换模块转换为数字信号，送入数字信号处理芯片，在此芯片中按控制算法实时快速处理数据，得到控制信号，经DA转换模块转换为模拟信号，接入偏振控制器作为控制电压。

本例光电探测器为PIN型光电二极管。

仿真实验中取1000个不同的偏振态激光输入本装置进行实验，得到本装置最大的线偏振输出对应的最优控制电压，进行控制稳定的仿真测试1000次，测定并计算本装置起偏器后输出的线偏振态激光强度与输入激光强度之比。在本仿真实验中不考虑器件带来的固有损耗，实验结果如图2所示，图2横轴表示起偏器后输出的线偏振态激光强度与输入激光强度之比，纵轴表示仿真次数。由图2可见，采用本实用新型的装置，可以实现任意偏振态输入转换到最大偏振态输出，即偏振态输出值近似于输入值。

最优控制电压搜索完毕后，进入稳定控制过程，给出输入偏振态激光持续变化，起偏器前偏振控制器输出的偏振态激光的的变化，偏振态使用邦加球表示，如图3所示。图3中，雪花点表示持续变化的输入光偏振态，圆圈点表示起偏器前偏振控制器输出的激光偏振态。可见，在输入偏振态持续变化的情况下，偏振控制器输出的线偏振态激光仍可保持稳定。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光偏振态控制稳定装置，包括偏振控制器、起偏器、分束器和电控组件，偏振控制器、起偏器和分束器依次经光纤连接，激光输入偏振控制器，分束器将光束分为2路，比较大的一束作为输出激光，比较小的一束作为监测光信号连接到电控组件，电控组件输出的控制电压信号接入偏振控制器；起偏器与偏振控制器连接的输入光纤为普通单模光纤，起偏器与分束器连接的输出光纤为保偏光纤。

2.根据权利要求1所述的激光偏振态控制稳定装置，其特征在于：

所述分束器的分束比为(90:10)～(99:1)。

3.根据权利要求1所述的激光偏振态控制稳定装置，其特征在于：

所述的偏振控制器为光纤挤压型偏振控制器，包含4个挤压件，相邻挤压件间成45°夹角。

4.根据权利要求1所述的激光偏振态控制稳定装置，其特征在于：

所述电控组件含有依次连接的光电探测器、AD转换模块、数字信号处理芯片和DA转换模块，DA转换模块的输出与偏振控制器相连接，分束器的输出接入光电探测器；光电探测器将由分束器得到的光信号转换为电信号，经AD转换模块转换为数字信号，送入数字信号处理芯片，此芯片按控制算法实时快速处理数据、得到控制信号，经DA转换模块转换为模拟信号，接入偏振控制器作为控制电压。

5.根据权利要求1所述的激光偏振态控制稳定装置，其特征在于：

所述分束器和电控组件之间接入可调衰减器。