專利名稱：：一種超快的光學(xué)偏振擾偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光纖通信和光學(xué)工程領(lǐng)域。技術(shù)背景在高速長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)中，由光的偏振所引起的偏振相關(guān)損害越來(lái)越不可忽視，例如光纖中的偏振模色散、無(wú)源光器件中的偏振相關(guān)損耗、光放大器中的偏振相關(guān)增益等近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。為消除偏振相關(guān)損害，使用擾偏器已被證實(shí)是一個(gè)有效手段(E.Lichtman，"Limitationsimposedbypolarization-dependentgainandlossonall-opticalultralongcommunicationsystems,，，J.LightwaveTechnol.13,906-913(1995))。擾偏器的工作原理，就是將通過(guò)擾偏器的偏振光，以較高的速度不斷改變其偏振態(tài)，從而在總體時(shí)間段里，其綜合效果失去了偏振特性。在某一個(gè)瞬間它還是一個(gè)偏振光，但從平均時(shí)間上看，它就是一個(gè)非偏振光。通常的擾偏器由LiNb03波導(dǎo)(H.FredandW.S.Robert,"High-SpeedPolarizationScramblerwithAdjustablePhaseChirp,，,J".Sel.TopicsQuantumElectron,2,311-318(1996))或多個(gè)波片(張璐，胡強(qiáng)高，許遠(yuǎn)忠，劉文，羅勇，肖遠(yuǎn).光時(shí)域退偏器中國(guó)專利，200420057805.1.2006-03-22)組成，利用電光效應(yīng)或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振光的擾偏，但不同程度的存在響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有擾偏技術(shù)擾偏速度慢的缺點(diǎn)，提供一種超快的光學(xué)偏振擾偏器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種超快的光學(xué)偏振擾偏器，含有泵浦光源，耦合器，高非線性光纖，可調(diào)諧帶通濾波器以及信號(hào)光源，其特征在于所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源，從非偏振、非相干的泵浦光源發(fā)出的非偏振、非相干泵浦光與偏振的信號(hào)光經(jīng)耦合器，共同注入高非線性光纖，通過(guò)四波混頻過(guò)程產(chǎn)生非偏振的閑頻光，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振信號(hào)的高速擾偏，非偏振的閑頻光經(jīng)由可調(diào)諧帶通濾波器濾出。本發(fā)明的另一技術(shù)特征是所采用的高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)位于信號(hào)光波長(zhǎng)附近，二者差值通常不超過(guò)i50nm。本發(fā)明的又一特征在于是非偏振、非相干的泵浦光源釆用寬譜放大自發(fā)輻射光源；所述的寬譜放大自發(fā)輻射光源的光譜寬度應(yīng)覆蓋所述高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)，在該光源和耦合器之間設(shè)有第二個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器，該濾波器的濾波窗口應(yīng)調(diào)至高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)附近，二者差值通常不超過(guò)i5nm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果此技術(shù)的關(guān)鍵在于利用偏振的信號(hào)光與非偏振的泵浦光之間發(fā)生四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生偏振態(tài)隨機(jī)分布的閑頻光。理論仿真表明對(duì)任意給定的偏振態(tài)的信號(hào)，可以產(chǎn)生偏振態(tài)隨機(jī)分布的閑頻光，其偏振態(tài)幾乎可以均勻覆蓋邦加球。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，偏振的信號(hào)光與非偏振的泵浦光作用可以有效地產(chǎn)生閑頻光。本發(fā)明無(wú)電控或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，擾偏速度快，其擾偏速度決定于光纖中的非線性四波混頻過(guò)程，可達(dá)飛秒量級(jí)。圖1為本發(fā)明提供的超快光學(xué)偏振擾偏器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)典型的光譜。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率隨信號(hào)光偏振態(tài)的變化情況。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的閑頻光生成效率隨信號(hào)光波長(zhǎng)的變化。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的泵浦光的偏振態(tài)在邦加球上的分布圖5為理論計(jì)算獲得的閑頻光的偏振態(tài)在邦加球上的分布。圖中l(wèi)一泵浦光源；2—第二個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器；3—耦合器；4一高非線性光纖；5一第一個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器；6—信號(hào)光源；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提供的超快光學(xué)偏振擾偏器含有泵浦光源l，耦合器3，高非線性光纖4，第一個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器5以及信號(hào)光源6，所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源；從非偏振、非相干的泵浦光源發(fā)出的非偏振、非相干泵浦光與信號(hào)光經(jīng)耦合器，共同注入高非線性光纖，通過(guò)四波混頻過(guò)程產(chǎn)生非偏振的閑頻光，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振信號(hào)的高速擾偏，非偏振的閑頻光經(jīng)由可調(diào)諧帶通濾波器濾出。圖1為本發(fā)明提供的超快光學(xué)偏振擾偏器具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的信號(hào)光源6由一個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)的連續(xù)激光器提供，其輸出信號(hào)主要為C波段(1530nm1560nm)。高非線性光纖4由OFS公司提供，其零色散波長(zhǎng)為1543nm，與信號(hào)光波長(zhǎng)的距離在士50nm范圍內(nèi)。高非線性光纖的色散斜率較低，為0.019ps/km/nm2，非線性系數(shù)為10W—ikm—、非偏振、非相干的泵浦光源可采用寬譜自發(fā)放大輻射光源，其波長(zhǎng)寬度應(yīng)覆蓋高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)。本實(shí)施例采用Opticwave公司生產(chǎn)的"BLS-C"型號(hào)寬譜自發(fā)放大輻射光源，帶寬1535nm1565nm。在寬譜自發(fā)放大輻射光源和耦合器3之間設(shè)有第二個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器2，帶寬0.8nm。泵浦波長(zhǎng)位于高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)附近，在本實(shí)施例中濾波窗口中心被調(diào)在1545.04nm處，距離高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)2nm。采用不同色散斜率的高非線性光纖，泵浦波長(zhǎng)與其零色散波長(zhǎng)的距離可有所不同。但通常不超過(guò)士5nm。寬譜自發(fā)放大輻射光源發(fā)出的非相干、非偏振光經(jīng)第二個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器2后，作為泵浦光，泵浦光與信號(hào)光源6發(fā)出的信號(hào)光經(jīng)耦合器3耦合后，共同注入高非線性光纖4，在高非線性光纖4中通過(guò)四波混頻過(guò)程，產(chǎn)生非偏振的閑頻光，實(shí)現(xiàn)高速擾偏。閑頻光經(jīng)由第一個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器5濾出。所述的信號(hào)光源6采用一個(gè)連續(xù)可調(diào)諧激光器。實(shí)驗(yàn)中，泵浦光功率固定在6.8dBm，信號(hào)光波長(zhǎng)自1548nm調(diào)至1556nm，間隔lnm，在光譜儀上很明顯地觀察到了閑頻光的產(chǎn)生。一個(gè)典型的光譜如圖2所示，閑頻光相對(duì)入射信號(hào)光的轉(zhuǎn)換效率隨波長(zhǎng)的變化如圖3所示。信號(hào)光與泵浦光發(fā)生的四波混頻過(guò)程，可以用下面一組耦合波方程描述氣/&=z.a《+/K214i2《+i《i2《+)/3(1)氣'/&=/&《+i4i24+i4卩4,+)/3(2)/血=,a《+!>[21^i2夂+2(|《i2夂+《^;^)+2(i《卩4+/3(3)d《/&=^入+亇[2i4i2《+2(1《i2a+)+2(1《i2《+《'《4)]/3(4)+M2("+")《+(《2+《)《]/3/血=wa+'y[21^卩4+2(1《i24,+《4'4v)+2(1《l24+4*4^)]/3+'y[2(《'《+Ck,+(V+《2)《']/3氣/血=，,>+^[214124>+2(14,124v+仏乂)+2(14"+《'4>A)]/3(6)",[2("+(《2+《X]/3其中，(《,《f、(4，《f和(4,，4,f分別是泵浦光、信號(hào)光和閑頻光的瓊斯矢量，Pp、Ps和f3i分別是它們的傳播常數(shù)，Y為光纖的非線性系數(shù)。對(duì)于某一固定偏振態(tài)的信號(hào)光，當(dāng)其與不同偏振態(tài)的泵浦光發(fā)生四波混頻后，所生成的閑頻光也具有不同的偏振態(tài)。若泵浦光的偏振態(tài)隨機(jī)高速變化，則生成的閑頻光的偏振態(tài)也將隨機(jī)高速變化，從而實(shí)現(xiàn)了高速的擾偏功能。將實(shí)例中的泵浦、信號(hào)和光纖參數(shù)代入方程(1)(6)，泵浦光的偏振態(tài)分布如圖4所示，生成的閑頻光的偏振態(tài)如圖5所示?？梢?jiàn)，閑頻光的斯托克斯矢量幾乎可以均勻覆蓋邦加球。泵浦光作為由寬譜放大自發(fā)輻射光源經(jīng)窄帶濾波器后提供的非偏振光，其偏振態(tài)的隨機(jī)變化可視為"瞬時(shí)"，因此本發(fā)明所提供的擾偏器其擾偏速度決定于光纖中四波混頻過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間，約為飛秒量級(jí)，該速度大大高于傳統(tǒng)的擾偏器。權(quán)利要求1.一種超快的光學(xué)偏振擾偏器，其特征在于含有泵浦光源(1)，耦合器(3)，高非線性光纖(4)、第一個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器(5)以及信號(hào)光源(6)，所述的泵浦光源采用非偏振、非相干的泵浦光源，從非偏振、非相干的泵浦光源發(fā)出的非偏振、非相干泵浦光與偏振的信號(hào)光經(jīng)耦合器，共同注入高非線性光纖，通過(guò)四波混頻過(guò)程生成非偏振的閑頻光，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振信號(hào)的高速擾偏，非偏振的閑頻光經(jīng)由可調(diào)諧帶通濾波器濾出。2.按照權(quán)利要求1所述的超快光學(xué)偏振擾偏器，其特征在于高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)位于信號(hào)光波長(zhǎng)附近，不超過(guò)i50nm。3.按照權(quán)利要求1所述的超快光學(xué)偏振擾偏器，其特征在于非偏振、非相干的泵浦光源采用寬譜放大自發(fā)輻射光源。4.按照權(quán)利要求3所述的超快光學(xué)偏振擾偏器，其特征在于所述的寬譜放大自發(fā)輻射光源的光譜寬度應(yīng)覆蓋所述高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)，在該光源和耦合器之間設(shè)有第二個(gè)可調(diào)諧帶通濾波器(2)，該濾波器的濾波窗口應(yīng)調(diào)至高非線性光纖的零色散波長(zhǎng)附近，二者差值不超過(guò)i5nm。全文摘要一種超快的光學(xué)偏振擾偏器，屬于光纖通信和光學(xué)工程領(lǐng)域。通常的光學(xué)偏振擾偏器由LiNbO₃波導(dǎo)或多個(gè)波片組成，利用電光效應(yīng)或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振光的擾偏，具有擾偏速度慢的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出利用非線性四波混頻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一種超快的光學(xué)偏振擾偏技術(shù)。此技術(shù)的關(guān)鍵在于利用偏振的信號(hào)光與非偏振的泵浦光之間發(fā)生四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生偏振態(tài)隨機(jī)分布的閑頻光。理論仿真表明對(duì)任意給定的偏振信號(hào)，可以產(chǎn)生偏振態(tài)隨機(jī)分布的閑頻光，其偏振態(tài)幾乎可以均勻覆蓋邦加球。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，偏振的信號(hào)光與非偏振的泵浦光作用可以有效地產(chǎn)生閑頻光。此擾偏器的擾偏速度決定于光纖中的非線性四波混頻過(guò)程，可達(dá)飛秒量級(jí)。文檔編號(hào)G02F1/35GK101231442SQ200810055900公開(kāi)日2008年7月30日申請(qǐng)日期2008年1月11日優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日發(fā)明者楊昌喜,雨田申請(qǐng)人:清華大學(xué)