光纤通信中的偏振反馈控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于光纤通信中的偏振反馈控制系统，包括偏振编码装置、偏振解码装置、参考光产生装置、保偏光纤、偏振调节装置、偏振检测装置和调节控制装置。保偏光纤包括输入端与输出端，输入端接收参考光产生装置产生的参考光或者由偏振编码装置产生的数据光；偏振调节装置设置于保偏光纤的输出端和偏振解码装置或偏振检测装置之间，用于对参考光或数据光进行偏振调节；偏振检测装置对已通过偏振调节装置进行了偏振调节的参考光进行偏振检测，并得到偏振检测结果；调节控制装置根据偏振检测结果控制偏振调节装置的调节参数。偏振检测装置、调制控制装置和偏振调节装置组成一个反馈控制系统。本发明专利技术能够对任意偏振的光束实现偏振保持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信
，具体涉及一种用于光纤通信中偏振控制的偏振反馈控制系统。
技术介绍
1、光纤光纤是目前通信(包括经典通信和量子通信)领域的重要信道。由于普通光纤拉制的工艺不完美，拉制的单模光纤不是理想的圆形，光纤中会出现微弱的双折射效应，不能实现光束偏振的保持。 保偏光纤能实现沿光纤轴向偏振的光束的偏振保持，但不能对非轴向偏振的光束实现偏振保持。光束在保偏光纤中传播时，光束可看成是由沿光纤轴向偏振的两个分量相干叠加而成，而由于保偏光纤中强的双折射，光的两个光轴分量传播的条件不一致，因此当光束通过一段光纤之后，光的两个分量之间就会引入一定光程差。当光的线宽比较宽，且光通过的光纤长度比较长时，光的两个光分量之间的光程差可能达到与光束的相干长度相当甚至更长的水平，此时光的偏振特性就会被破坏。因此保偏光纤对于非其轴向偏振的光束不仅不能实现偏振保持，还有可能破坏性地影响入射光束的偏振特性。同时，光纤在使用中会受到外界环境的影响，此时光纤中的光的偏振态会发生改变，导致通信的误码率增加。其中保偏光纤受环境(外力和温度等)的影响尤为严重。目前有大量基于光子偏振编码的通信方案，但是由于上述各种光纤的不完美性，远距离的、基于偏振编码或者与偏振相关的通信方案难以在现有的光纤系统中实现。2、现有偏振控制方案现有的偏振控制都是基于普通的单模光纤的。目前常用的偏振控制方案主要有以下几种(I)三波片旋转方案该方案的主体由一个普通单模光纤和三个可旋转的波片(两个四分之一波片和一个半波片)构成。光纤会改变光的偏振特性，三个波片将这样的改变补偿回来。方案主要是利用了普通的单模光纤中双折射效应很微弱，数学上对光的偏振态的改变可以看成是一个么正变换；而三个可旋转波片(两个四分之一波片和一个半波片)的组合可以实现对光的偏振态的任意么正变换，因此理论上可以通过三个波片来补偿光纤的影响。该方案在具体的实施中，通过调节三个波片快轴的偏角来实现光纤的偏振控制。通常采用的方法是先在光纤前端发射一个特定偏振的光，然后在通过光纤或者整个系统后测量通过的光的偏振态并由此来计算需要旋转的波片的角度。这种方案需要两个参考光(两光偏振非同向非正交)，并且进行两次测量，整个流程比较复杂；要旋转三个波片，需要机械转动，控制速度较慢。(2)扭动或者挤压光纤方案这是现在很多的商用产品采用的一种方法。光纤受到挤压或者弯曲，光纤中就会存在一个应力，而应力的存在就会改变光纤中不同方向的光学特性，形成双折射效应，这样就可以调节光的位相和偏振等信息。对于扭动光纤方案，其是将光纤绕在一个可以翻动的线盘上，通过拨动线盘就可以改变通过线盘的光的偏振态。具体使用中将要用到三个线盘，而且不同的线盘绕的光纤的圈数不一样，这样每个光纤盘在偏振控制中的作用相当于波片，绕不同圈光纤的线盘相当于不同相延的波片，而拨动线盘相当于调整波片的光轴转角，这样，该方案在原理上是与三波片旋转方案完全相同。对于挤压或者拉伸光纤方案，其实通过在光纤中加入一个应力，改变光纤的双折射效应，进而对通过的光的偏振态进行调节。该方法本质上跟三波片方案也是一致的。扭动或者拉伸光纤方案在进行偏振控制时，同样需要要用两个偏振方向非正交的参考光进行偏振测量，操作复杂，需要机械运动，控制速度较慢。·在数学上，描述光的偏振态的么正变换需要3个独立的变量，由于光纤对光的偏振态的改变是一个未知的么正变换，因此如果要实现这样的逆么正变换，需要实现三个独立可调的参量。上述的两方案均是如此。总结上述的现有光纤偏振控制方案，普遍存在以下两个特点(I)需要两个参考光来校准系统。该两个参考光的偏振方向不能相同，也不能正交(通常选用水平偏振和45度偏振)。(2)至少需要三个独立可调的自由度，这三个可以由三个可旋转的波片组成，也可以由挤压或者旋转光纤的装置来提供。3、光偏振态斯托克斯(Stocks)描述和邦加(Poincare)球描述描述光的偏振态的方式有很多，斯托克斯参量描述是其中一种比较常见的描述方式。该描述方式能够方便描述光的偏振态和光学器件对光的偏振态的影响。对于一个平面单色光，其偏振态描述为 Λ 「 / _ S1I cos(26>)_4] & - /sin(2^)cos(^)S _ _/sin(2沒)sin⑷―其中I表不光强，Θ表不偏光方位角，δ表不两电矢量分量相位差。这四个Stocks参量是光强的时间平均值，其物理含义分别为S0-总光强；Sl-X轴方向线偏振光分量；S2-45°方向线偏振光分量；S3-右旋圆偏振光分量。做一个归一化假定，设定I = I，有Sf+S； +S；= I由此可看出以Sp S2, S3为坐标可以对应到单位球面上的一个点，而这就构成了光的偏振态的一种几何化描述一邦加球描述。邦加球描述是针对多光子系综的偏振态的一种几何化描述。该描述是将光的偏振态和一个半径为I的球体中的点一一对应起来。对于光子全部处于同一偏振态的情况，对应邦加球球表面上的点；对于多个光子处于不同的偏振态的情况，对应邦加球球体内的点。从变量的角度，考虑到任一椭圆偏振光只需要两个方位角就可完全决定其偏振态，而球面上的点刚好可以用两个方位角来确定，因此可以将平面单色光的偏振态与邦加球球面上的点--对应。附图说明图1是邦加球的示意图。如图所示,邦加球描述借助了椭圆偏振光的椭圆率角X和椭圆取向角Ψ两个参数。球上任一点的纬度表示椭圆率角X的两倍，经度表示椭圆率长轴方位角Ψ的两倍。于是，线偏振光的stocks参量描述可以写成如下形式(单位光强1 = 1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光纤通信中的偏振反馈控制系统，包括偏振编码装置、偏振解码装置，其特征在于，还包括：参考光产生装置，用于产生光纤偏振调节的参考光；保偏光纤，包括输入端与输出端，所述输入端用于接收所述参考光或者由所述偏振编码装置产生的数据光；偏振调节装置，设置于所述保偏光纤的输出端与所述偏振解码装置之间，用于对所述参考光或数据光进行偏振调节；偏振检测装置，用于对已通过所述偏振调节装置进行了偏振调节的参考光进行偏振检测，并得到偏振检测结果；调节控制装置，用于根据所述偏振检测结果控制偏振调节装置的调节参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤通信中的偏振反馈控制系统，包括偏振编码装置、偏振解码装置，其特征在于，还包括 参考光产生装置，用于产生光纤偏振调节的参考光； 保偏光纤，包括输入端与输出端，所述输入端用于接收所述参考光或者由所述偏振编码装置产生的数据光； 偏振调节装置，设置于所述保偏光纤的输出端与所述偏振解码装置之间，用于对所述参考光或数据光进行偏振调节； 偏振检测装置，用于对已通过所述偏振调节装置进行了偏振调节的参考光进行偏振检测，并得到偏振检测结果； 调节控制装置，用于根据所述偏振检测结果控制偏振调节装置的调节参数。2.如权利要求1所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述保偏光纤包括多个垂直于光纤长度方向的转换面，位于所述转换面的一边的光纤部分的快轴与位于该转换面的另一边的光纤部分的慢轴进行O度对接。3.如权利要求2所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述保偏光纤由所述多个转换面分隔的多个光纤段组成，其中，当给所述多个光纤段依次从I开始编号时，编号为奇数的光纤段的长度总和与编号为偶数的光纤段的长度总和的差S Lsum满足^y > I，其中dU为光纤的拍长，λ为入射到光纤的激光的波长。I为入射光束的相干长度，η为光纤芯材的折射率。4.如权利要求3所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述SLsum满足^y >100。O5.如权利要求3所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述光纤由偶数个光纤段组成，每个光纤段的长度相等。6.如权利要求3所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述每个光纤段的长度L满足+ >1，其中Γ为所述光纤的光传播方向的空间温度梯度。7.如权利要求6所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述每个光纤段的长度L满足^>100。半I8.如权利要求3所述的偏振反馈控制系统，其特征在于，所述光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：印娟，吴裕平，廖胜凯，彭承志，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：