CN102662250B - 一种光强度调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光强度调节器，包括偏振分束器、偏振旋转器、法拉第旋转反射镜以及相位调制器。偏振分束器接收并输出第一偏振方向的第一线偏振光，偏振旋转器将第一线偏振光转化成在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光，法拉第旋转反射镜反射该第二偏振光，相位调制器对第二偏振光进行两次相位调制，并由偏振旋转器将相位调制后的第二偏振光转化为第三偏振光，再由偏振分束器输出第三偏振光在第二偏振方向上的偏振分量作为输出光。通过上述方式，由于法拉第旋转反射镜的非互易性，各光学器件所引入的偏振模色散被抵消。因此，上述光强度调制器具有与波长无关、对环境变化不敏感的特性。

Description

一种光强度调节器

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种光强度调节器。

背景技术

目前，马赫-曾德型光强度调制器采用光波导工艺在铌酸锂晶体上制作出马赫-曾德干涉环。其工作原理是利用铌酸锂晶体的电光效应改变干涉环两臂的光程差，通过光的干涉控制干涉环输出光的光强。对于马赫-曾德型光强度调制器，输出光与输入光的光强比（即，强度调制比）由干涉环两臂光程差决定。由于铌酸锂晶体存在色散，不同波长的光经过光强度调制器获得的光程差不同，相应地，强度调制比也不同。这种强度调制比对光波长敏感的特性会导致：当输入光的谱线宽度较宽时，无法获得高消光比；当输入光的波长变化时，为获得恒定的输出光光强，必须对光强度调制器的驱动信号进行相应的调整。

另外，马赫-曾德型光强度调制器的强度调制比除了对波长敏感，还对外部环境（例如，温度、振动等）敏感。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光强度调节器，以解决现有技术的马赫-曾德型光强度调制器的强度调制比对波长敏感的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光强度调节器，包括偏振分束器、偏振旋转器、法拉第旋转反射镜以及相位调制器。偏振分束器的第一端口接收第一偏振方向的第一线偏振光，并将第一线偏振光从偏振分束器的第二端口输出。偏振旋转器用于将偏振分束器的第二端口输出的第一线偏振光转换成在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光。法拉第旋转反射镜用于将偏振旋转器输出的第二偏振光反射回偏振旋转器。相位调制器设置于偏振旋转器与法拉第旋转反射镜之间，用于对偏振旋转器输出的第二偏振光在第一偏振方向和第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行一次相位调制，并对法拉第旋转反射镜反射的第二偏振光在第一偏振方向和第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行二次相位调制，

其中，光强度调节器仅对第二偏振光在第一偏振方向上的偏振分量起相位调制作用。偏振旋转器进一步将经二次相位调制后的第二偏振光转化成第三偏振光，并输出至偏振分束器的第二端口，偏振分束器进一步将第三偏振光在第二偏振方向上的偏振分量作为输出光从偏振分束器的第三端口输出。其中，输出光的光强度由以下公式决定：

$I_{\mathrm{out}}={\mathrm{\ηI}}_{\mathrm{in}}\·\frac{1+\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{2}$

其中，I_out为输出光的光强度，I_in为第一线偏振光的光强度，η为光强度调节器的损耗系数，α为一次相位调制引入的相位改变量，β为二次相位调制引入的相位改变量。

其中，所述第三偏振光为线偏振光，且偏振方向相对第一偏振方向呈非零的预定夹角。

其中，第二偏振光为斯托克斯参量S1为零的偏振光。

其中，第二偏振光为圆偏振光或45度偏振光。

其中，第二偏振光为椭圆偏振光。

其中，第一偏振方向为水平偏振方向，第二偏振方向为垂直偏振方向。

其中，偏振旋转器为光轴相对水平偏振方向顺时针旋转45度的半波片。

其中，第二偏振光为右旋圆偏振光。

通过上述方式，本发明的光强度调节器利用偏振旋转器将第一偏振方向的线偏振光转换成在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光，利用法拉第旋转反射镜反射该第二偏振光，同时利用相位调制器对第二偏振光进行两次相位调制。由于法拉第旋转反射镜的非互易性，在上述光强度调制器中，各光学器件所引入的偏振模色散被抵消。因此，上述光强度调制器具有与波长无关、对环境变化不敏感的特性。利用上述光强度调制器，可以对谱线宽度宽的输入光进行光强调制，获得高消光比。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的光强度调节器的示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参见图1，图1是根据本发明的第一实施例的光强度调节器的示意框图。如图1所示，本发明的光强度调节器主要包括偏振分束器11、偏振旋转器12、相位调制器13以及法拉第旋转反射镜14。

偏振分束器11的第一端口A接收第一偏振方向的第一线偏振光，并将第一线偏振光从偏振分束器11的第二端口B输出。在本实施例中，第一偏振方向为水平偏振方向，对应的琼斯向量为[1,0]^T，其中T是矩阵转置。偏振分束器11设置成透射水平偏振方向的入射光，而反射垂直偏振方向的入射光。因此，第一线偏振光经偏振分束器11透射后由与第一端口A相对的第二端口B输出。在其他实施例中，第一偏振方向也可以是垂直偏振方向。此外，偏振分束器11也可以设置成反射水平偏振方向的入射光，而透射垂直偏振方向的入射光。当然，如本领域技术人员所理解的，第一偏振方向也可以是能够通过偏振分束器11与相垂直的第二偏振方向进行空间分离的其他任意偏振方向。

偏振旋转器12将偏振分束器11的第二端口B输出的第一线偏振光转换成在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光。在本发明中，为了获得高消光比，第二偏振光优选为斯托克斯参量S1为零的偏振光，例如圆偏振光或45度偏振光。当然，第二偏振光也可以是椭圆偏振光或者其他类型的偏振光，只需第二偏振光在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量即可实现本发明的目的。

在本实施例中，偏振旋转器12可以是光轴相对水平偏振方向顺时针旋转45度的半波片，由此将第一线偏振光转换成右旋圆偏振光，对应的琼斯向量为

其中i为π/2的相位。

相位调制器13设置于偏振旋转器12与法拉第旋转反射镜14之间。相位调制器13对偏振旋转器12输出的第二偏振光在第一偏振方向和第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行一次相位调制。在本实施例中，相位调制器13只对第一偏振方向上的偏振分量有相位调制作用，并且在一次相位调制过程中，相位调制器13对第一偏振方向上的偏振分量的相位改变量为α。

经过一次相位调制后的第二偏振光进一步入射到法拉第旋转反射镜14。法拉第旋转反射镜14将该第二偏振光反射回偏振旋转器12。此时，相位调制器13对法拉第旋转反射镜14反射的第二偏振光在第一偏振方向和第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行二次相位调制。在本实施例中，相位调制器13只对第一偏振方向上的偏振分量有相位调制作用，并且在二次相位调制过程中，相位调制器13对第一偏振方向上的偏振分量的相位改变量为β。此时，在本实施例中，经二次相位调制后的第二偏振光的对应琼斯向量为

将经二次相位调制后的第二偏振光进一步入射到偏振旋转器12，由偏振旋转器12转化成第三偏振光，并输出至偏振分束器11的第二端口B。在本实施例中，偏振旋转器12输出的第三偏振光为线偏振光，其琼斯向量为 $\frac{i}{2}\[e^{\mathrm{i\β}}-e^{-\mathrm{i\α}},i(e^{-\mathrm{i\α}}+e^{\mathrm{i\β}}){\]}^T$

由于经过相位调制器13的两次相位调制，第三偏振光的偏振方向相对第一偏振方向呈非零的预定夹角。因此，第三偏振光在第二偏振方向上存在一定的偏振分量。该偏振分量的大小由相位调制器13所引入的相位改变量决定。偏振分束器11进一步将第三偏振光在第二偏振方向上的偏振分量作为输出光从偏振分束器11的第三端口C输出。当然，偏振分束器11进一步将第三偏振光在第一偏振方向上的偏振分量从偏振分束器11的第一端口A输出。在本实施例中，输出光的光强度由以下公式决定：

$I_{\mathrm{out}}={\mathrm{\ηI}}_{\mathrm{in}}\·\frac{1+\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{2}$

其中，I_out为输出光的光强度，I_in为第一线偏振光的光强度，η为光强度调节器的损耗系数，α为一次相位调制引入的相位改变量，β为二次相位调制引入的相位改变量。

通过上述方式，本发明的光强度调节器利用偏振旋转器将第一偏振方向的线偏振光转换成在第一偏振方向和垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光，利用法拉第旋转反射镜反射该第二偏振光，同时利用相位调制器对第二偏振光进行两次相位调制。由于法拉第旋转反射镜的非互易性，在上述光强度调制器中，各光学器件所引入的偏振模色散被抵消。因此，上述光强度调制器具有与波长无关、对环境变化不敏感的特性。利用上述光强度调制器，可以对谱线宽度宽的输入光进行光强调制，获得高消光比。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种光强度调节器，其特征在于，包括：

偏振分束器，所述偏振分束器的第一端口接收第一偏振方向的第一线偏振光，并将所述第一线偏振光从所述偏振分束器的第二端口输出；

偏振旋转器，用于将所述偏振分束器的所述第二端口输出的所述第一线偏振光转换成在所述第一偏振方向和垂直于所述第一偏振方向的第二偏振方向上均存在偏振分量的第二偏振光；

法拉第旋转反射镜，用于将所述偏振旋转器输出的所述第二偏振光反射回所述偏振旋转器；

相位调制器，设置于所述偏振旋转器与所述法拉第旋转反射镜之间，用于对所述偏振旋转器输出的所述第二偏振光在所述第一偏振方向和所述第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行一次相位调制，并对所述法拉第旋转反射镜反射的所述第二偏振光在所述第一偏振方向和所述第二偏振方向上的偏振分量之间的相位进行二次相位调制，

其中，所述光强度调节器仅对所述第二偏振光在所述第一偏振方向上的偏振分量起相位调制作用，所述偏振旋转器进一步将经二次相位调制后的所述第二偏振光转化成第三偏振光，并输出至所述偏振分束器的第二端口，所述偏振分束器进一步将所述第三偏振光在所述第二偏振方向上的偏振分量作为输出光从所述偏振分束器的第三端口输出；所述输出光的光强度由以下公式决定：

$I_{\mathrm{out}}={\mathrm{\ηI}}_{\mathrm{in}}\·\frac{1+\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{2}$

其中，I_out为所述输出光的光强度，I_in为所述第一线偏振光的光强度，η为所述光强度调节器的损耗系数，α为一次相位调制引入的相位改变量，β为二次相位调制引入的相位改变量。

2.根据权利要求1所述的光强度调节器，其特征在于，所述第三偏振光为线偏振光，且偏振方向相对所述第一偏振方向呈非零的预定夹角。

3.根据权利要求1所述的光强度调节器，其特征在于，所述第二偏振光为斯托克斯参量S1为零的偏振光。

4.根据权利要求1所述的光强度调节器，其特征在于，所述第二偏振光为圆偏振光或45度偏振光。

5.根据权利要求1所述的光强度调节器，其特征在于，所述第二偏振光为椭圆偏振光。

6.根据权利要求1所述的光强度调节器，其特征在于，所述第一偏振方向为水平偏振方向，所述第二偏振方向为垂直偏振方向。

7.根据权利要求6所述的光强度调节器，其特征在于，所述偏振旋转器为光轴相对所述水平偏振方向顺时针旋转45度的半波片。

8.根据权利要求7所述的光强度调节器，其特征在于，所述第二偏振光为右旋圆偏振光。

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