用于控制光束偏振的装置及其方法制造方法及图纸

一种电光波片，用于改变通过波片的光的偏振状态。当该电光波片的主双折射轴旋转时，该波片提供一个基本恒定的双折射。该波片是一种电光材料，具有两个正交的主双折射轴，当施加合适的电压时主轴可旋转。沿该电光波片的长度Ｌ沿顺序的或相邻的区域施加两个相关的不同的电压，以沿该长度Ｌ提供一个可控制的和变化的电场，使得当通过改变电压使电光波片的双折射轴旋转时，长度Ｌ的波片的延迟保持基本恒定。该两个不同的电压之间具有相位关系或相位及幅值关系。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于控制入射光信号偏振的装置，并且尤其涉及允许循环或免复位操作的装置。在基于标准的、非偏振保持光纤的通信系统中，由于温度波动以及光纤上的物理压力引起光纤双折射，光学信号从光纤一端到另一端经历了偏振状态的随机变化。随机偏振变化作为偏振模式离散(PMD)波动在输出端处被证实。为了校正从光纤出射的光波信号的偏振状态，研究了变换器以将光纤输出偏振转换成规定的偏振状态，用于例如外差探测和干涉信号处理的应用。常规的偏振变换器提供补偿，但是当超出其操作范围时需要一个复位周期。不幸地，复位周期增加了不能接受的数据损耗的周期。循环偏振变换器在一个无限的偏振补偿范围内提供偏振状态的连续控制。研究了使用级联的具有一个有限转换范围的偏振变换器例如光纤挤压机和使用铌酸锂或PLZT的电光装置的循环(endless)偏振变换器。虽然这些级联的装置允许真正的循环(免复位)操作，但是该装置内的单独元件仍需要不定期的复位周期。尽管可以执行复位周期而不影响整个偏振转换(准循环偏振控制)，但是这些装置通常在复位周期中不允许偏振控制。此外，它们要求复杂的并且甚至是计算机控制的驱动算法用于正确的操作。光纤挤压机在光纤轴中机械地引起双折射，导致垂直和平行于压力方向的两个正交模式之间的延迟。姓名为Yao的美国专利号5,561,726描述了一种系统利用一个可旋转的光纤夹具提供所需的延迟及光轴定位。尽管该装置能够用于固定的波长和温度以及偏振，但是它无法用于控制传输光纤中的实时偏振波动，因为它需要机械运动用于其控制。在过去，演示过一种免复位的循环的偏振变换器，通过在一个单模式波导中产生恒定的总相位延迟的可调节的椭圆双折射，执行从任意变化的光学输入偏振到任意输出偏振的一般的偏振转换。见1990年10月20日发给Heismann的美国专利号4,966,431。通过调节线性双折射的方位角以及线性与圆形双折射的比率，获得一个特殊的转换。在其集成光学实现中，该循环偏振变换器包括由级联的第一和第二TETM模式变换器构成的至少一个可级联的变换器部分。在该模式变换器之间的一个部分和/或在该模式变换器之后的一个部分执行相移(TE/TM)。所有部分都是在能够支持TE和TM光学信号模式传播的一个双折射波导上构成的。虽然近来的循环的免复位的偏振变换器是可级联的，并且与现有技术装置相比提供了设计及操作的简单性，但是不能忽略该偏振变换器在感兴趣的波长处具有较窄的光学带宽，在1.55μm处小于1nm，并且在大约10nm的一个小的波长范围内仅允许有限的可调谐性。Heismann在名称为“具有宽带免复位操作的自动偏振控制器”，在此作为参考的美国专利号5,212,743中，公开了在一个免复位的光学的自动偏振控制器中，通过以级联方式联合三个可控制的分数波长元件，以及进一步通过控制两个最外层分数波长元件的定位相差一个保持基本恒定的规定角度量实现的宽光学带宽和宽波长调谐范围。在该偏振控制器的操作中，两个最外层分数波长元件的同步控制使该规定的角度差保持恒定。在Heismann所述的实施例中，该三个分数波长元件是以一个可循环旋转的半波元件和两个可同步旋转1/4波元件的形式提供的，其中该半波元件位于该1/4波元件之间。每个分数波元件沿其光学波路径的延迟的定位不同，并且引入一个特定的相位延迟。该偏振控制器的实施例使用分布式的大量光学装置或集成的电光波导装置实现。元件的旋转由一个反馈控制电路提供，该电路监视输出光学偏振并导出正确的电驱动信号，以实现元件的正确旋转。尽管Heismann所教授的装置似乎在许多例子中实现了其预期的功能，但是它不能提供一个足够精确的，因而足够理想的1/4或半波片。例如，在实际中，已经发现Heismann所教授的类型的控制器非常难以采用响应足够均匀的材料制造成具有足够精度，以提供无假信号脉冲的操作。例如，双折射材料上电极的未对准，或者双折射材料中的非均匀性，将对装置的性能产生不利影响。相反，本专利技术提供了一种设备，通过提供补偿这种偏差的设备获得优良的性能。实质上，提供了较高的分辨率，并且通过实现该分辨率，有缺陷的区域，双折射材料中的偏差，或未对准能够被补偿，在例如一个典型三部分控制器中的波片部分中实现基本固定的延迟。本专利技术的一个目的是提供一个具有宽带操作的自动偏振控制器，其中1/4波片和半波片是近理想的。本专利技术的进一步的目的是提供一个便宜的高度响应的装置，用于控制具有不同偏振状态的输入光束的偏振。本专利技术的进一步的目的是提供一个可控制的1/4波片或半波片，用于例如一个偏振控制电路中。根据本专利技术，提供了一种电光波片，用于改变通过波片的光的偏振状态，同时当该电光波片的主双折射轴旋转时，提供一个基本恒定的双折射，该电光波片包括一个双折射材料，具有两个正交的主双折射轴，当施加合适的电压时该双折射轴可旋转，该双折射材料具有第一端和第二端，并且具有由两端之间定义的长度L的纵轴；用于沿长度L沿顺序的或相邻的区域可控制地提供至少两个相关的不同的电压的设备，用于沿长度L提供一个可控制的和变化的电场，使得当通过改变至少该电压使该电光波片的双折射轴旋转时，长度L的波片的延迟保持基本恒定，其中该至少两个不同的电压之间具有相位关系或相位及幅值关系。根据本专利技术，进一步提供了一个1/4或半波片，包括沿一块双折射材料分布的第一电极，用作电压终端，以响应两个不同的被加电压，提供同时通过该材料的两个不同的且相关的电场；沿该块双折射材料分布的第二电极，用作电压终端，以响应两个其它的被加电压，提供同时通过该材料的两个其它的电场；以及用于施加以下形式的电压V1=VS1*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT1V2=VS2*sin(θ)+VC2*cos(θ)+VT2到该第一电极，以及以下形式的电压V1’=VS1’*sin(θ+α)+VC1’*cos(θ+α)+VT1’V2’=VS2’*sin(θ+α)+VC2’*cos(θ+α)+VT2’到该第二电极的设备，其中0＜α＜360°并且其中θ可以为任意角且循环变化。根据本专利技术，进一步提供一个偏振控制器，包括可电子控制的波片，以预定空间关系排列，具有相同的传播纵轴，以允许入射到其中一个波片的光通过其它的波片传播，至少其中一个波片由多对沿双折射材料分布的电极构成，以当被施加合适的电压时，沿通过该材料的传播轴向在其中传播的光提供不同的电场；以及用于向通过该双折射材料的光提供合适的施加电压以产生该至少两个不同的电场的设备，使得其中一个波片使得对于通过波片的光产生一个基本的1/4或半波长延迟，其中该至少两个不同的电场的幅值和相位保证当该波片的双折射轴旋转时通过所述一个波片的延迟基本恒定。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种提供一个近理想的1/4或半波片的方法，包括步骤发射一个信号到一块具有长度L的电光材料；以及提供两个不同的电压到该块电光材料，沿该长度L产生通过电光材料的两个不同的电场，其中该电压之间具有幅值或相位关系；并且保证当存在该两个不同电场时该长度和电压的结果足以产生沿该长度L的基本恒定的延迟。根据本专利技术，提供一个偏振变换器，用于控制一个光学信号的偏振和相位，包括一块电光材料，其上具有多个电极对，用于向其施加正交电压，每对终端具有一个位于其间的第三公共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光波片，用于改变通过波片的光的偏振状态，同时当该电光波片的主双折射轴旋转时，用于提供一个基本恒定的双折射，该电光波片包括：一个双折射材料，具有两个正交的主双折射轴，当施加合适的电压时该双折射轴可旋转，该双折射材料具有第一端和第二端 ，并且具有在该两端之间定义的长度Ｌ的纵轴；用于沿长度Ｌ沿顺序的或相邻的区域可控制地提供至少两个相关的不同的电压的设备，用于沿长度Ｌ提供一个可控制的和变化的电场，使得当通过改变至少该电压使该电光波片的双折射轴旋转时，长度Ｌ的波片的延迟保持 基本恒定，其中该至少两个不同的电压之间具有相位关系或相位及幅值关系。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔特兹西耶斯基，路易斯B阿拉德，克拉克莫昌特，阿列克斯塔格尔，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]