CN105785565A - 光纤偏光调节器及利用其的光纤偏光调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏光调节器，是用于光纤的偏光调节器，包括：光纤支撑部，其用于光纤***，支撑光纤的两端；光纤支架，其具有用于引导从所述光纤支撑部引出的所述光纤的路径的光纤引导部；以及光纤曲率变更部，其位于所述光纤与所述光纤引导部之间，通过对所述光纤施加外力改变光纤的曲率。当板实际为圆形时光纤沿圆形环弯曲，在该弯曲过程中被光纤曲率变更部进一步弯曲成预定形状。从而利用一个偏光调节器便可通过少数的应力导入过程获得所需输出偏光。

Description

光纤偏光调节器及利用其的光纤偏光调节方法

技术领域

本发明涉及光纤偏光调节器及利用其的光纤偏光调节方法，尤其涉及一种能够同时调节光纤传导的光的偏光成分的量和位相差的偏光调节器及利用其的光纤偏光调节方法。

背景技术

通常情况下，基于光纤的通信性能依赖于光的偏光。对偏光敏感的装置有波长多路复用器(Wavelengthmultiplexer)、转换器(converter)、调制器、放大器、接收器等很多种。

例如标准单模光纤，由于制作过程中必不可少的热应力或机械应力及不可能完美的部分不规则光纤芯的大小使得在其内部传导的光的偏光状态产生变化。另外，该变化还受到光纤所处外部环境的影响，因此偏光状态的变化是随机的，甚至随时间出现不同的状态。而这在通过光纤传导信号的过程中将引发不可预测的脉冲分散以及信号畸变，也就是所谓的偏振模色散(Polarization-modedispersion；PMD)现象。

偏光调节器是通过可控制、可预测的方法，将偏光状态调整成在输出端达到所需状态，以解决该缺点的装置。

偏光调节器的主要原理之一是改变物质的双折射状态。通常，双折射是指光在介质内分支成两个不同路径传导的现象，是由于介质在光的偏光方向具有不同折射率指数而发生的。沿折射率大的轴(慢轴(slowaxis))的偏光成分由于位相速度慢而位相滞后，沿折射率小的轴(快轴(fastaxis))的偏光成分由于位相速度快而位相超前。

使两轴之间的位相差保持半波长的介质为半波长位相延迟板，使保持1/4波长的介质为1/4波长位相延迟板。双折射在光纤中也会出现，光纤芯的非对称性是其原因之一，但制作过程中光纤受到的应力因素起到更为重要的作用。

理想的偏光调节器是防止两个垂直的偏光方向之间耦合，有针对性地在整个光纤长度上一贯生成双折射模式的，由此产生的双折射效果远大于将引起偏振模色散(PMD)效果的必不可少的偏光效果，因此可通过调节使得从光纤的输出端导出所需的偏光状态。

并且为了实现这种高的双折射，优选的是一种根据光纤的几何形态和材质向一个方向导入高应力的偏光调节器。

基于现有技术的偏光调节器采用的是波长板(waveplate)即位相延迟板的原理，如图8所示，在光纤的输入线和输出线的路径中央配置相当于半波长位相延迟板的光纤线圈10’，并在其左右配置相当于1/4波长位相延迟板的线圈20’、30’，在将光纤弯曲成线圈形状的过程中导入应力。

众所周知，1/4波长位相延迟板可将任意输入偏光转换为线性(平面)偏光，半波长位相延迟板可使任意线性偏光旋转所需角度，若通过这些后再通过1/4波长位相延迟板，便可将线性偏光转换为任意所需的偏光状态。

上述装置是通过弯曲光纤，并向弯曲方向和与之垂直的方向施加不同大小的紧张性压力实现双折射的，基于双折射大小随弯曲的曲率半径变化的原理(曲率半径的平方和折射率差成反比)。调节双折射之差的绝对值是指能够调节分别通过两轴(慢(slow)、快(fast))的各偏光成分所经历的位相之差的绝对值。导入到线圈形状的光纤的双折射效果公开在美国注册专利第4,389,090号上。

偏光调节器的另一主要原理是通过调节向介质的双折射轴入射的偏光角度，调节向两轴(slow、fast)入射的偏光量。

因此，使三个线圈10’、20’、30’以图8的光纤路径轴a’为基准轴按箭头方向角度旋转，通过调节线圈之间的排列角度，可在固定波长条件下调节两个轴上的偏光成分的大小。

但是根据现有技术，由于形成环的线圈的曲率半径是固定的，因此在使用不同波长的光纤的情况下需重新设置不同的位相延迟板并调节角度，具有不方便的问题。另外还有利用挤压器(squeezer)的其他现有技术。

美国注册专利第6,480,637号公开一种排列多个通过压电元件驱动的超精密研磨面，并通过挤压(squeeze)使得光纤产生应力的技术。波长板相互偏向45度，各波长板成分的延迟程度随各光纤挤压器的压力变化。但是该装置具有耐久性低、体积大、费用高等缺点。

另外，巴比涅-索列尔(Babinet-Soleil)补偿器(Compensator)这一常用化的装置将在光纤周围旋转的挤压器作为执行机构向光纤施加压力，实现线性双折射，通过该压力的变化制造延迟要素不同的光纤波长板。该装置虽然有可适用于大多数光纤的优点，但是由于采用直接向光纤施加压力的方式，因此耐久性低，并且依赖一个挤压器来处理绝大多数光纤，因此很难精确调节。

发明内容

技术问题

本发明的目的为提供一种能够稳定、直观地调节光纤中传导的光的偏光的新型偏光调节器及光纤偏光调节方法。

并且，本发明的目的为提供一种通过改进能够通过双折射调节各偏光成分之间的位相差的大小的同时调节偏光成分的量的光纤偏光调节器，从而能够执行多个位相延迟板的功能的一体式偏光调节器及利用其的偏光调节方法。

并且，本发明的目的为提供一种能够解决不同波长的光需要不同条件的偏光调节器的问题，只需一个装置即可对光纤中传导的全波长范围(截止波长(cutoffwavelength))实现全部偏光模式，因此耐久性及适应性强，并且由于紧凑设计和组装而具有优秀的商品性的偏光调节器及利用其的光纤偏光调节方法。

技术方案

为达成上述目的，本发明提供一种偏光调节器，包括：光纤支撑部，其用于光纤***，支撑光纤的两端；光纤支架，其具有用于引导从所述光纤支撑部引出的所述光纤的路径的光纤引导部；以及光纤曲率变更部，其位于所述光纤与所述光纤引导部之间，通过对所述光纤施加外力改变光纤的曲率。

并且优选地，本发明的所述光纤曲率变更部包括：连杆，其能够***所述光纤引导部并凸出。

并且根据本发明优选的实施例，所述光纤支架具有槽，所述光纤曲率变更部包括***到所述槽且能够按槽的形状移动的可动构件。

并且，本发明的所述光纤曲率变更部还可以包括：连接构件，其一端连接于所述可动构件；以及可动构件位置变更部，其连接于所述连接构件的另一端，通过改变所述连接构件的位置移动所述可动构件。

所述光纤引导部可以为圆形或椭圆形。

并且，所述光纤支架还包括：转动销，其以能够沿所述光纤支撑部的支撑轴转动的状态连接所述光纤支撑部与所述光纤支架。

并且，根据本发明能够实现包括偏光调节器、发送器、发生偏光损失的通信部件、监控通过所述通信部件的光输出的监控装置以及接收所述监控装置的信号并控制所述偏光调节器的反馈电路的通信***，其中所述偏光调节器包括：光纤支撑部，其用于光纤***，支撑光纤的两端；光纤支架，其具有用于引导从所述光纤支撑部引出的所述光纤的路径的光纤引导部；以及光纤曲率变更部，其位于所述光纤与所述光纤引导部之间，通过对所述光纤施加外力改变光纤的曲率。

进一步地，本发明提供一种偏光调节器，包括：第一偏光调节部，其具有引导光纤的路径的光纤引导部，用于弯曲所述光纤；以及第二偏光调节部，其在所述第一偏光调节部进行弯曲的过程中进一步弯曲所述光纤，以进一步施加应力。

进一步地，本发明基于以上本发明的偏光调节器提供一种偏光调节方法，包括：第一偏光调节步骤，其通过将光纤实际弯曲成圆形或者椭圆形施加应力；以及第二偏光调节步骤，其在所述第一偏光调节步骤的弯曲过程中进一步弯曲光纤，以进一步施加应力。

技术效果

以上所述的本发明具有如下效果。

本发明可提供一种能够稳定、直观地调节绝大多数种类的光纤内部传导的光的偏光，具有集成、一体型、新颖、先进等特点的偏光调节器。

并且，本发明的一个偏光调节器能够通过少量弯曲获得任何所需的输出偏光，因此工作效率优秀。

并且，本发明提供一种相比于现有技术更为小型、紧凑的偏光调节器，并且所需光纤长度不长，因此商品性和经济性优秀。

并且，本发明对光纤不使用挤压方法，因此耐久性优秀。

并且，本发明能够实现一种将多种光纤和波长范围构建成数据库，以简化和自动化实现双折射的过程，可进行反馈的***。

以上仅列出了本发明的代表性效果，本发明的效果并不限于此。

附图说明

图1为本发明的偏光调节器的外观立体图；

图2为剖开显示本发明的偏光调节器的光纤支架中央的组装图；

图3为本发明可动构件的剖面图；

图4为显示根据本发明的通过操作把手移动可动构件的概念图；

图5为显示根据本发明的可动构件的移动所带来的光纤的移动路径的变化的概念图；

图6为显示根据本发明的光纤引导整体路径的示意图；

图7为本发明的利用偏光调节器的通信***的构成图；

图8为显示根据现有技术的偏光调节器的立体图。

附图标记说明

1：偏光调节器10：光纤支架

12：销支架24：基座

132：可动构件32：槽

200：可动构件位置变更部202：板

22：松紧扣

具体实施方式

本发明的特征是提供一种能够解决通常不同波长的光需要采用不同条件的偏光调节器(PolarizationController)的问题，尤其能够用一个装置对通过单模光纤的整个波长范围实现所有偏光状态的装置。

本发明中光纤包括单模光纤，但并不限定于此。另外不仅包括用于现有技术的芯的光纤，还包括受非线性偏光效果影响小，从而能够实现强双折射的保偏(polarization-maintaining)光纤等所有光纤。

偏光调节器需要用于调节偏光成分的量的部分和用于调节各偏光成分之间的位相差大小的部分。

图1为本发明的偏光调节器1的整体外观立体图。

本发明的偏光调节器1以高度方向中心轴为基准左右对称，因此以下主要说明左侧构成，没有说明的右侧结构标上相同的附图标记，并省略详细说明。

偏光调节器1包括上部是拱形且下部是矩形框架构成的光纤支架10及分别配置于光纤支架10的左右侧下面的销支架12。

在图中所示偏光调节器1的前面，旋转轴14从位于光纤支架10的大致中心部的贯通孔凸出，容纳旋转轴14的轴支架16通过连杆18连接到作为操作构件的把手20的一端。连杆18的长度足以凸出到光纤支架10的外部。

并且，把手20的长度大于光纤支架10的宽度。图中未示出的本发明的偏光调节器1的背面也采用相同的结构，因此当用手向如图所示的箭头方向，向顺时针或逆时针方向旋转把手20时，把手20通过***其两端的连杆18，能够在不受光纤支架10的干扰的情况下以旋转轴14为中心自由旋转。

本发明中左右侧的一对销支架12可与光纤支架10形成一体，或者可以制作成独立状并结合。光纤支架10的左右两面受到销支架12的支撑，而其底面120设置成不与底座24发生干涉。

参照图1及图2，圆形“匸”字形的转动销122从形成于销支架12的上部中央的贯通孔***，销支架12的外侧***有与转动销122相对的圆锥形挤压器(strainer)22。挤压器22(strainer)的出口220通过从挤压器22的内部中心向其长度方向延长的线性槽(未图示)连通到转动销122的开放槽。

本发明的挤压器22中***光纤，实现支撑光纤两端的光纤支撑部的功能。

转动销122可沿挤压器22的支撑轴转动，其连接挤压器22与光纤支架10。

光纤通过左侧的挤压器22和销支架12导入后，经由位于中央的光纤支架10，通过右侧的销支架12和挤压器22延伸到外部。

因此，本发明的左右侧销支架12、转动销122及挤压器22起到稳定地支撑和引导从光纤支架10经过的同时被弯曲成环形的圆形线圈的光纤的导入部和输出部的两个端部的作用。

并且如图1所示，本发明的销支架12的整个底面牢牢地固定在长方形底座24上。并且如上所述，光纤支架10的底面120与底座24相隔预定间隔。所以，光纤支架10能够以图中的支撑轴L1为中心向图中的箭头方向B旋转。并且，当光纤支架10向图中的箭头B方向旋转时，能够使光纤扭曲(twist)预定程度。

众所周知，当光纤在光纤支架10通过弯曲形成线圈时其材质受到应力，因此所产生的光弹性效果而出现双折射，光纤支架10的旋转所引起的扭曲也带来偏光变化。

如上所述，光纤支架10、销支架12以及底座24成为一体，使得本发明的偏光调节器1从外观上来看是一个整体，但各个部件的形状、大小、位置可以适当变更。

本发明的偏光调节器1可制作成底座24的全长大约为60mm、光纤支架的整个高度为40mm的小型紧凑结构。

下面参照图2说明构成本发明的特征的光纤支架10的结构。图2为从厚度方向中央剖开显示图1所示本发明的光纤支架10的分解立体图。

从光纤支架10下部的左侧端向中央C形成有线形导轨130，从中央C向右侧端也形成有线形导轨130。

本发明的光纤支架具有引导光纤路径的光纤引导部。光纤引导部可以根据输出偏光模式制作成圆形或椭圆型。

本发明的优选实施例公开作为光纤引导部的大致为圆形的板30。板30的中央形成有贯通孔34，其外周如图所示，由设计成具有预定曲率半径R1的外侧面Da及从外面Da的中间位置向外侧方向弯曲成半圆弧形的小的外面Db构成。例如，可以将外面Da与外面Db所画出的各假想圆弧轨迹的半径之差设置为6mm。

外面Da的下端与线形导轨130连通，通过线形导轨130导入的光纤沿着外面Da配置。因此，光纤在光纤支架10形成整体为圆形的环形线圈。

图2中剖切省略了外面Da、Db的中央部分，但优选的是在板之类的光纤引导部形成用于容纳光纤的断差或槽。

一方面，可将圆形板30的贯通孔34中心与外面Da之间的距离，即贯通孔34中心与光纤之间的距离定为曲率半径R1。曲率半径R1在光纤支架10的大小或结构不变的情况下是固定值。

以下以图2及图3为重点说明位于光纤和光纤引导部之间，通过向光纤施加外力改变光纤曲率的光纤曲率变更部。

圆形板30的贯通孔34的左右设置有作为本发明的引导部件的一对槽32。槽32从邻近外面Db的位置延长到邻近贯通孔34的位置。根据本发明的一个实施例，优选的是使槽32的高度为大约2.5mm，长度为15mm。

图中所示的例子中，本发明的可动构件132***到槽32的左侧端和右侧端，以确保能够沿着槽32向左右侧滑动。

可动构件132对沿着曲率半径R1弯曲而形成圆形环状的线圈的光纤施加压力，以导入应力并实现双折射。

图3显示可动构件132的剖面。可动构件132包括头部136、连接于头部136的引导面138、与引导面138形成断差的圆桶形主体137，中央形成有长贯通孔134。头部136和引导面138的优选直径差例如可以是1mm，光纤沿着引导面138的外面配置。

主体137的外周面通过槽32，引导面138和主体137的断差部分被槽32卡住而未通过的状态下，主体137的末端***图2所示的光纤引导支架204。

在确保本发明的可动构件132的形状和与光纤的接触部分满足可动构件132位于光纤和光纤引导部之间，通过向光纤施加外力改变光纤曲率的条件下，本领域技术人员可进行适当变更。

再次参照图2，本发明的光纤支架10上连接有可操作的可动构件位置变更部200。可动构件位置变更部200包括中心形成有贯通孔208的圆形板202。圆形板202的左右形成有孔，一端***该孔的连接构件206的另一端***至上述可动构件132的贯通孔134。

一对连接构件206彼此对称，使得末端越接近光纤支架10间隔越大，因此如以下结合图4所述，操作把手20的情况下彼此同时收敛或发散。

并且，圆形板202中心的贯通孔208和圆形板30的贯通孔34在整齐排列的状态下***所述旋转轴14。旋转轴14与把手20连接，因此当操作者旋转把手20时，圆形板202通过旋转轴14旋转，连接构件206的旋转力传递到***到其另一端的可动构件132，可动构件132沿着槽32线性移动。此时，接触可动构件132的引导面138的光纤位置也随可动构件132一起线性变化。

如图所示，本发明的可动构件位置变更部200可位于光纤支架10的后方，也可以位于前方，但为了稳定地支撑，优选的是以圆形板30为中心，以相同的结构配置一对。并且，其预定部分可以与光纤支架10的圆形板30形成一体。

参照图4的概念图可观察到把手20通过一对连杆18连接到旋转轴14，当转动把手20时，可动构件132随着可动构件位置变更部200的圆形板202的旋转而沿着路径L移动。当向图中的逆时针方向C旋转把手20时圆形板202向虚线方向旋转，可动构件132通过向圆形板202方向线性移动来彼此收敛，当向图中的顺时针方向C’旋转把手20时圆形板202向双点划线方向旋转，可动构件132在圆形板通过线性移动来彼此远离。

图5的概念图显示当可动构件132通过圆形板30的左右槽32向初始位置l₁、中间位置l₂以及最终位置l₃移动时光纤的移动轨迹。

可动构件132根据光纤的种类和波长范围，以不同压力进一步弯曲光纤，这时光纤的变形路径可从多个观点表现，例如可从可变的曲率半径R2的观点说明。

即，光纤在槽32的移动轨迹，在左侧槽32表现为曲率半径R2，其中曲率半径R2是随可动构件132的位置变化的可变值，曲率半径R2随着可动构件132向图中的右侧移动而减小。

光纤沿着外面Da形成环形的线圈的过程中处于外面Db附近时跟随可动构件132的路径，因此可以说光纤的整个移动路径由曲率半径R1、R2这两个要素决定。

根据本发明的实施例，优选的是固定曲率半径R1并调节曲率半径R2，一个装置通过控制对经过单模光纤的整个波长范围实现所有偏光状态。

本发明中，可以将如图5所示的可动构件132在槽上的移动距离变化ΔL作为变量替代曲率半径R2。移动距离变化ΔL与曲率半径R2一对一对应，从而可以理解这与前述内容所依据的是同一原理。

如图6所示，根据本发明的偏光调节器的光纤路径为箭头所表示的顺序，在两个线性路径之间形成整体为环形的线圈，在所述线圈的中间区域两侧形成具有与环形曲率半径R1不同的曲率半径R2的路径。

随着把手20的不同转动方向，曲率半径R2增大或减小而这将使得光纤材料受到应力，因此通过光纤支架10的圆形板30实现一次双折射的光纤再次发生双折射。由于可以对再次发生的双折射的大小进行控制，因此可以调节偏光成分之间的相位差的大小。

因此根据本发明的偏光调节器1，通过对光纤的圆形路径进行部分变形，并控制该变形的区域，能够整体调节双折射的大小，因此能够通过一个装置对经过光纤的广泛波长范围调节偏光状态。即，利用一个偏光调节器的少数应力导入过程，能够获得所需的输出偏光。

并且如上所述，光纤支架10可以以支撑轴为中心旋转，因此根据本发明偏光调节器的光纤也以旋转轴为中心旋转。从而，通过调节入射到双折射轴的偏光的角度调节入射到两个轴(慢(slow)、快(fast))的偏光的量的同时，通过支撑光纤两端的光纤支撑部使光纤扭曲，因此操作者能够轻松地调节偏光模式。

现有技术中，根据与其他波长板的相对角度确定各自的旋转量，但本发明只有一个波长板，只需调节具有绝对性的一个旋转角度，因此能够更加容易便捷地以传播多种波长的光的光纤为对象设置旋转角。

上述根据本发明的偏光调节器例如可以适用于对***产生不良影响的偏光相关效果进行补偿的自动化领域。光纤光缆的偏光状态随时间随机变化，因此为了***的最佳运行，需要一种监控***以持续调节偏光调节器的自动控制***。

图7为显示用于实现偏光最佳状态的***的例子，该***为了在通过Tx(发送器)的光经过本发明的偏光调节器(PC)，并通过波长多路复用器、接收器等产生偏光损失的通信部件(TD)时补偿偏光损失，对光输出进行监控并用反馈电路(FBC)实时控制偏光调节器。

这时，对多种光纤和波长范围建立成数据库，并与此对应地将曲率半径和/或移动距离变化设定为目标参数进行校准并设置，可构建代替操作者的手动调节的自动化***。

进一步地，作为本发明的光纤曲率变更部的可动构件的另一实施例，可以采用通过电信号驱动的执行机构往返移动或凸出/回避移动的连杆。这时，更加有利于实现控制驱动源的自动化。

以上说明了本发明的优选实施例，但这说明的只是本发明的一个例子而已，本领域所属技术人员可以适当变形构成本发明的各个构成及部件的形状、位置、排列、数字等。

例如可以把增加环的位置配置在上下位置而不是左右位置，或者还可以配置在三个以上位置。并且，用于变更光纤曲率的槽和可动构件的移动关系、从把手到可动构件的力的传递，可从机械或动力学观点进行多种变更和置换，这属于本发明的技术范围是不言而喻的。

本发明的技术方案可以在本发明技术思想范围内进行多种变形，并且这种变形属于本发明的技术方案范围以内。

Claims (12)

1.一种偏光调节器，是用于光纤的偏光调节器，其特征在于，包括：

光纤支撑部，其用于光纤***，支撑光纤的两端；

光纤支架，其具有用于引导从所述光纤支撑部引出的所述光纤的路径的光纤引导部；以及

光纤曲率变更部，其位于所述光纤与所述光纤引导部之间，通过对所述光纤施加外力改变光纤的曲率。

2.根据权利要求1所述的偏光调节器，其特征在于，所述光纤曲率变更部包括：

连杆，其能够***到所述光纤引导部并凸出。

3.根据权利要求1所述的偏光调节器，其特征在于：

所述光纤支架具有槽，

所述光纤曲率变更部包括***到所述槽且能够按槽的形状移动的可动构件。

4.根据权利要求3所述的偏光调节器，其特征在于，所述光纤曲率变更部还包括：

连接构件，其一端连接于所述可动构件；以及

可动构件位置变更部，其连接于所述连接构件的另一端，通过改变所述连接构件的位置移动所述可动构件。

5.根据权利要求1所述的偏光调节器，其特征在于：

所述光纤引导部为圆形或椭圆形。

6.根据权利要求1所述的偏光调节器，其特征在于，所述光纤支架还包括：

转动销，其以能够沿所述光纤支撑部的支撑轴转动的状态连接所述光纤支撑部与所述光纤支架。

7.一种通信***，其特征在于，包括：

偏光调节器、发送器、发生偏光损失的通信部件、监控通过所述通信部件的光输出的监控装置以及接收所述监控装置的信号并控制所述偏光调节器的反馈电路，

其中，所述偏光调节器包括：

光纤支撑部，其用于光纤***，支撑光纤的两端；

光纤支架，其具有用于引导从所述光纤支撑部引出的所述光纤的路径的光纤引导部；以及

光纤曲率变更部，其位于所述光纤与所述光纤引导部之间，通过对所述光纤施加外力改变光纤的曲率。

8.根据权利要求7所述的通信***，其特征在于：

所述偏光调节器对光纤的种类和波长范围建立数据库，将曲率半径设为变量工作。

9.一种偏光调节器，是用于光纤的偏光调节器，其特征在于，包括：

第一偏光调节部，其具有引导所述光纤的路径的光纤引导部，用于弯曲所述光纤；以及

第二偏光调节部，其在所述第一偏光调节部进行弯曲的过程中进一步弯曲所述光纤，以进一步施加应力。

10.根据权利要求9所述的偏光调节器，其特征在于：

第一偏光调节部的所述光纤引导部包括圆形或椭圆形的形状部，

第二偏光调节部包括光纤曲率变更部，所述光纤曲率变更部位于光纤与所述光纤引导部之间，通过向所述光纤施加外力改变光纤的曲率。

11.一种偏光调节方法，是用于光纤的偏光调节方法，其特征在于，包括：

第一偏光调节步骤，其通过将光纤实际弯曲成圆形或椭圆形以施加应力；以及

第二偏光调节步骤，其在所述第一偏光调节步骤的弯曲过程中进一步弯曲光纤，以进一步施加应力。

12.根据权利要求11所述的偏光调节方法，其特征在于：

所述第二偏光调节步骤是以预定的曲率半径弯曲光纤。