CN216248667U - 一种电控偏振控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电控偏振控制器，包括液晶单元阵列，所述液晶单元阵列包括四个依次排列的液晶单元，相邻两个液晶单元的液晶分子排列方向不同；每个液晶单元由独立的电信号驱动；还包括温度监测和控制模块。本实用新型利用多个液晶单元的巧妙结构，使输出信号可覆盖庞加莱球整个球面，能满足任何偏振态控制场景的需求；且加入了温度监测和控制模块，保证器件工作状态不受器件外部环境温度的影响，可提高器件的工作稳定性。

Description

一种电控偏振控制器

技术领域

本实用新型属于光通信中光偏振态调控技术领域，具体涉及一种电控偏振控制器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

偏振控制器一般有三环式手动偏振控制器、挤压光纤型电控偏振控制器，其中：三环式手动偏振控制器是将单模光纤依次环绕在控制器三个环形槽中；手动控制环形槽的方位角可改变光纤双折射率，最终实现光纤中光信号的偏振态转变；挤压光纤型电控偏振控制器是通过用三路压电陶瓷挤压单模光纤，三路挤压方向分别为0°、45°、0°，改变单模光纤双折射率，实现了偏振态变换。

但是，上述偏振控制器在具体应用时，具有一定的缺点：

三环式手动偏振控制器只能通过手动摇摆环桨来改变信号偏振态，不能满足光通信系统对偏振态的自动控制需求。且由于是机械式控制，有蠕变的现象，长期稳定性受限。

挤压光纤型电控偏振控制器也是通过机械式挤压光纤来实现控制偏振态输出，依然存在蠕变现象。并且偏振态重复性较差，有迟滞现象。在通信系统长期偏振控制过程中，压电陶瓷反复挤压光纤更容易使光纤老化断裂，影响了通信系统的可靠性及稳定性。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出一种电控偏振控制器，本实用新型的偏振控制器为液晶型，利用多个液晶单元的巧妙结构，使输出信号的偏振态可覆盖庞加莱球整个球面，能满足任何偏振态控制场景的需求；且加入了温度监测和控制模块，保证器件工作状态不受器件外部环境温度的影响，可提高器件的工作稳定性。

根据一些实施例，本实用新型采用如下技术方案：

一种电控偏振控制器，包括液晶单元阵列，所述液晶单元阵列包括四个依次排列的液晶单元，相邻两个液晶单元的液晶分子排列方向不同；

每个液晶单元由独立的电信号驱动；

还包括温度监测和控制模块。

通过调整电信号和液晶单元的工作/环境温度，控制输出的偏振态。

作为可选择的实施方式，还包括用于接收信号光的第一准直器，和用于输出调整后信号光的第二准直器。

作为进一步的限定，所述第一准直器设置于液晶单元阵列的光输入侧，所述第二准直器设置于液晶单元阵列的光输出侧；

第一准直器和第二准直器均和光纤连接。

作为可选择的实施方式，每个液晶单元所产生的额外相位差由所述电信号控制。

作为可选择的实施方式，所述电信号为差分信号。

作为可选择的实施方式，相邻两个液晶单元的液晶分子排列方向相差45°。

作为可选择的实施方式，所述液晶单元包括两种类型，每种类型的液晶单元的液晶分子排列方向不同，且不同类型的液晶单元交叉排列设置。

作为可选择的实施方式，所述电控偏振控制器包括金属封装外壳，用于容纳其余元器件，并保持气密性封装。

作为可选择的实施方式，所述电信号的驱动电压小于设定值。

作为可选择的实施方式，所述温度监测和控制模块，包括相互连接的温度监测模块和温度控制模块，所述温度监测模块接触液晶单元，或设置于液晶单元旁，用于检测各液晶单元的工作或环境温度；

所述温度控制模块，连接各液晶单元，或设置于液晶单元旁，用于调整各液晶单元的工作或环境温度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型利用四个液晶单元组成的阵列作为主体结构，信号光经过液晶单元时，可按照平行液晶分子排列方向与垂直液晶分子排列方向分成非寻常光与寻常光，两部分光在液晶单元中传播的相移不同，光从液晶单元出射后会产生额外相位差；合成后的信号光的偏振态有别于初始偏振态，能够有效控制偏振状态；利用液晶材料高稳定性、重复的独特优势，结合温控模块，实现偏振态的高稳定性控制。

本实用新型的四个液晶单元由四个差分信号分别驱动，所产生的额外相位差可由输入驱动信号控制，进而可控制输出的偏振态，控制过程简单，且驱动电压较低，一般2π相移的驱动电压小于8V，远低于压电陶瓷所需求的驱动电压。

本实用新型加入温度监测和控制模块，可监控当前液晶单元的实际工作/环境温度并控制其维持在目标工作温度点，以保证整个器件工作状态不受器件外部环境温度的影响，可进一步提高器件的工作稳定性。

本实用新型的偏振控制器无机械结构设计，不扭曲挤压光纤，相对于压电陶瓷型和三环型具有长期可靠性的优势。且液晶单元制作工艺成熟，外部驱动电路要求低，相对压电陶瓷型在制作成本上有优势，更适合批量生产。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为偏振控制器结构原理图。

其中：1、第一准直器，2、第二准直器，3、液晶单元，4、温度监测和控制模块，5、封装外壳。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

一种高稳定性液晶型偏振控制器。如图1所示，液晶型偏振控制器由四个液晶单元3、温度监测和控制模块4以及光准直器组成。液晶单元用于调节寻常光与非寻常光相位差，按照液晶排列方向分为A、B两种类型。两种类型液晶单元液晶分子排列方向具有角度偏差，按照类型交叉排列，即相邻的液晶单元类型不同，可以是ABAB或BABA方式排列。

在本实施例中，偏差角度为45°。

液晶型偏振控制器的两侧都置有准直器，用于实现光信号在光纤与空间的耦合。第一准直器1设置于液晶型偏振控制器的光输入端，第二准直器2设置于液晶型偏振控制器的光输出端。

温度监测和控制模块4用于监测和控制液晶单元的工作温度或环境温度，为一个模块，具有温度检测功能，能实时检测液晶单元或液晶单元周围的环境温度；该模块还同时具有温度控制功能，能实现加热或者制冷。

温度监测和控制模块选用现有设备即可。

整个控制器设置有金属封装外壳5。采用金属气密性封装，能够避免外界气体干扰。四个液晶单元3、温度监测和控制模块4位于金属封装外壳5内部，两个准直器1、2分别设置于金属封装外壳5的不同侧壁上，和四个液晶单元3位于同一水平线上。

本控制器的工作过程为：信号光通过第一准直器1从光纤进入器件中，依次经过四个液晶单元3。信号光经过液晶单元3时，可按照平行液晶分子排列方向与垂直液晶分子排列方向分成非寻常光(以下简称e光)与寻常光(以下简称o光)两部分。两部分光在液晶单元3中传播的相移不同，光从液晶单元3出射后会产生额外相位差。合成后的信号光的偏振态有别于初始偏振态。

在本实施例中，四个液晶单元3由四个外部的电信号分别驱动。所产生的额外相位差可由输入驱动信号控制，进而可控制输出的偏振态。

在本实施例中，电信号为差分信号。

电信号的驱动电压足够驱动液晶单元即可，在本实施例中，驱动电压小于8V。

通过四个液晶单元3依次排列，无论输入器件的光信号偏振态如何，通过四个液晶单元3的作用，输出信号偏振态可覆盖庞加莱球整个球面，能满足任何偏振态控制场景的需求。

液晶单元3的工作状态会因环境温度变化而改变，主要体现为环境温度会影响o光与e光的相移差，那么在驱动电压不变的情况下环境温度改变会影响到输出光信号的偏振态。本器件加入温度监测和控制模块4，可监控当前液晶单元的实际工作温度并闭环控制目标工作温度点。如此，器件工作状态不受器件外部环境温度的影响，可提高器件的工作稳定性。

实施例二：

和实施例一的不同之处在于，在本实施例中，温度监测和控制模块4包括温度监测模块，以及温度控制模块，温度控制模块和温度监测模块相互连接，所述温度监测模块用于实时检测液晶单元的环境温度，所述温度控制模块能实现加热或者制冷功能，改变液晶单元的温度或其环境温度。

温度控制模块采用现有控制方法进行温度控制即可，如闭环温度控制，或温度控制模块采用现有温控元件即可。

温度监测模块，选用现有具有温度检测/传感的元件即可。

另外，在本实施例中，温度监测模块，以及温度控制模块并不与液晶单元3直接接触。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电控偏振控制器，其特征是：包括液晶单元阵列，所述液晶单元阵列包括四个依次排列的液晶单元，相邻两个液晶单元的液晶分子排列方向不同；

每个液晶单元由独立的电信号驱动；

还包括温度监测和控制模块。

2.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：还包括用于接收信号光的第一准直器，和用于输出调整后信号光的第二准直器。

3.如权利要求2所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述第一准直器设置于液晶单元阵列的光输入侧，所述第二准直器设置于液晶单元阵列的光输出侧；

第一准直器和第二准直器均和光纤连接。

4.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：每个液晶单元所产生的额外相位差由所述电信号控制。

5.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：相邻两个液晶单元的液晶分子排列方向相差45°。

6.如权利要求1或4或5所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述液晶单元包括两种类型，每种类型的液晶单元的液晶分子排列方向不同，且不同类型的液晶单元交叉排列设置。

7.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述电控偏振控制器还包括金属封装外壳。

8.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述电信号为差分信号。

9.如权利要求1或8所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述电信号的驱动电压小于设定值。

10.如权利要求1所述的一种电控偏振控制器，其特征是：所述温度监测和控制模块，包括相互连接的温度监测模块和温度控制模块，所述温度监测模块接触液晶单元，或设置于液晶单元旁，用于检测各液晶单元的工作或环境温度；

所述温度控制模块，连接各液晶单元，或设置于液晶单元旁，用于调整各液晶单元的工作或环境温度。

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