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光偏振控制器
閱讀�7080�(shí)間:2018-03-16 09:20:24

�(dāng)偏振光在具有雙折射性質(zhì)的介�(zhì)中傳輸時(shí),由于o光和e光的傳輸速度不同,引起一光線相對另一光線�(chǎn)生相位推遲,從而引起光的偏振態(tài)�(fā)生改�。光偏振控制�就是利用此理論研制而成��

原理

  �(dāng)單色光在各向同性介�(zhì)的界面折射時(shí),折射光線只有一�,且遵循折射定律。但�(dāng)光線從空氣�(jìn)入某些晶體時(shí),情況就不那么簡單了,有些晶體能使一條單色的入射光線分成兩條折射的光�。在這兩條折射光線中,一條折射光線遵循熟知的折射定律,稱為尋常光或o光;另一條當(dāng)入射光線的入射角為零�(shí)也存�,入射角的正弦與折射角的余弦之比不是常數(shù),且折射光線與入射光線一般不在同一面內(nèi),它不遵循折射定律,稱之為非常光或e�。這種�(xiàn)象稱為雙折射。當(dāng)偏振光在具有雙折射性質(zhì)的介�(zhì)中傳輸時(shí),由于o光和e光的傳輸速度不同,引起一光線相對另一光線�(chǎn)生相位推�,從而引起光的偏振態(tài)�(fā)生改�。光偏振控制器就是利用此理論研制而成��
  對于某些各向異性物�(zhì)云母、方解石�,雙折射是其本身固有�,稱為性雙折射物質(zhì)。對于這些物質(zhì),在自然條件�,不需要任何外界場(如電場、壓力或磁場)的作用,就可改變光的偏振態(tài),波片型偏振控制和光纖環(huán)型偏振控制器就屬于此�。有些光�(xué)物質(zhì),在自然狀�(tài)下并不具有雙折射性質(zhì),但�(dāng)有電�、壓力或磁場等作用時(shí),表�(xiàn)出與各向異性物�(zhì)相同的雙折射特�,這一特性隨外界作用的消失而消失。具有這種特性的物質(zhì)為暫�(shí)雙折射物�(zhì),它同性雙折射物質(zhì)一�,具有改變光的偏振態(tài)的特�,光電型偏振控制器和壓電型偏振控制器就屬于這一類型�
  波片型偏振控制器
  波片型偏振控制器就是利用波片推遲理論來改變光的偏振態(tài)。典型的波片型偏振控制器光學(xué)系統(tǒng)主要由線性起偏器、四分之一波片和半波片組成,其�(jié)�(gòu)如圖1-1所示。通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)λ/4和�/2波片,使得其快軸相對線偏振光振動(dòng)方向可旋�(zhuǎn)任意角度,從而可獲得需要的任何偏振�(tài)�
  光纖�(huán)型偏振控制器
  理想的單模光纖是圓對稱的,是各向同性介�(zhì),光在其�(nèi)傳播與偏振方向無�。然而實(shí)際上完全圓對稱的光纖是不存在�,它與單軸晶體一樣具有雙折射特�。這一特性將使注入到光纖中的線偏振光以兩�(gè)相互垂直模式和傳�,其傳播速度稍有不同,以模式雙折射率B表示,定義為
  B=(βx-βy)�/2π
  式中,B為和兩線偏振光的折射率差;βx、βy為兩偏振模式各自的傳播常�(shù);λ為真空中的波長�
  與波片影響偏振態(tài)相似,在光纖中傳輸光的偏振態(tài)也將沿光纖的長度方向連續(xù)變化,偏振態(tài)隨光纖長度的變化�
  假設(shè)把一束線偏振光注入光�,它將被分成和兩種模式并分別在x軸和y軸上作直線偏振傳�。由于兩模式的傳輸常�(shù)β不同,在沿光纖長度方向的任意位置,其偏振�(tài)由Ex和Ey的矢量合成。設(shè)在光纖的a�(diǎn)�(shí),兩模式矢量Ex和Ey的振�(dòng)相位相同,其合成偏振�(tài)為線性偏振;b�(diǎn)�(shí)由于傳播速度的差�,使得兩矢量Ex和Ey的相位差�?yōu)�?2,其合成偏振�(tài)將變?yōu)閳A偏振;c�(diǎn)兩矢量Ex和Ey的相位差�?yōu)�?,其偏振�(tài)又變?yōu)榫€偏振,但與a�(diǎn)相比旋轉(zhuǎn)�90°;d�(diǎn)兩矢量Ex和Ey的相位差�?yōu)?π/2,偏振態(tài)�?yōu)閳A偏振,但旋轉(zhuǎn)方向與b�(diǎn)相反;e�(diǎn)兩矢量Ex和Ey的相位差�?yōu)?π,其偏振�(tài)又回到a�(diǎn)狀�(tài);依此類�,沿著光纖偏振態(tài)將循�(huán)變化下去,這與偏振�(tài)隨波片的厚度變化�(xiàn)象相似。因此可根據(jù)全波�、半波片、四分之一波片的制備原�,用光纖制備λ、�/2、�/4光纖型推遲環(huán)�
  用光纖制成的各種類型的推遲環(huán),由于其尺寸很小,性能突出,在光纖傳感器中獲得了廣泛應(yīng)�。光纖環(huán)型偏振控制器就是其典型應(yīng)用之一,其主要�4�(gè)λ/4光纖推遲�(huán)組成,結(jié)�(gòu)如圖1-3所�。�/4光纖推遲�(huán)各自可旋�(zhuǎn)任意角度,當(dāng)偏振光信�(hào)在其中傳輸時(shí),通過旋轉(zhuǎn)4�(gè)推遲�(huán)的快慢軸相對位置,從而獲得需要的偏振��
  電光型偏振控制器
  以上介紹的兩種偏振控制器主要�(yīng)用在光通信波段,在其他波段�850nm以下、中紅外及遠(yuǎn)紅外常用到電光型或壓光型偏振控制器來改變光的偏振�(tài)。電光型偏振控制器是利用一類特殊光電材料如ADP、KDP、LiTaO3研制而成的,�(dāng)對這類材料施加電場�(shí),它的雙折射將產(chǎn)生變�,這種變化和施加電場的�(guān)系與光電材料、電場方向有�(guān),有�(shí)它們成正比,但有時(shí)與電場的平方成正�。由于雙折射的原�,當(dāng)一束線偏振光通過這類材料�,其偏振�(tài)將發(fā)生改��
  根據(jù)施加電場與光傳輸方向的關(guān)�,一般把電光型偏振控制器分為縱向和橫�。在縱向電光偏振控制器中,電場是平行于光線傳播方�,因此需要透明或環(huán)型電極結(jié)�(gòu)。橫向電光偏振控制器�,電場是垂直于光線傳播方向,避免了電極對光的影響。典型的縱(橫)向電光偏振控制器如圖1-4所��
  壓光型偏振控制器
  壓光偏振控制器類似電光型偏振控制�,但使其材料的雙折射�(chǎn)生變化用的是壓力而不是電�。當(dāng)某些各向同性的材料如氟化鋰,在與光束相垂直的方向上受力�(shí),它們將�?yōu)閱屋S材料,并�(chǎn)生與�(yīng)力成正比的相位推�,從而達(dá)到改變偏振態(tài)的目�。目前用壓光效應(yīng)制作的相位推遲片已廣泛應(yīng)用于紫外區(qū)�
  用壓光材料制作的相位推遲片與電光材料相比有很多優(yōu)�(diǎn)。首先沒在負(fù)載固定情況下前者相位推遲保持性優(yōu)于后�;其次,前者比后者擁有更大的孔徑�,在承受�(yīng)力的各向同性材料中,推遲的改變與光在材料中光程成正比,與光在材料上的入射角正切成正��

指標(biāo)

  不同類型的偏振控制器其要求的技�(shù)指標(biāo)略有不同,對于以上兩種通信波段�(nèi)常用的偏振控制器主要包括以下技�(shù)指標(biāo):波長范�、輸入功率、插入損耗、插入損耗隨波片(或光纖�(huán))轉(zhuǎn)�(dòng)變化、插入損耗隨波長變化、端口回?fù)p、消光比、偏振態(tài)�(diào)整準(zhǔn)確度、偏振態(tài)�(diào)整分辨力、偏振態(tài)�(diào)整重�(fù)�、角度調(diào)整準(zhǔn)確度、角度調(diào)整重�(fù)性等。下面根�(jù)常見的幾種偏振控制器,對幾�(gè)比較重要的技�(shù)指標(biāo)�(jìn)行簡單介紹�
  波長范圍與波片或光纖�(huán)的材料有�(guān),一般波片的相位推遲隨波長的變化比光纖環(huán)的要大,因此波片型偏振控制器波長范圍比光纖環(huán)的要�,在允許的偏振態(tài)�(diào)整誤差范圍內(nèi),波片型偏振控制器波長范圍約幾十納米,而光纖環(huán)型可�(dá)到幾百納米,�(dāng)然使用軟件補(bǔ)償技�(shù)可以�(kuò)大波長范�。輸出功率一般是考慮到材料的承受能力,一般在+10dBm~+23dBm之間。插入損耗一般小�2.0dB,其隨波片(或光纖環(huán))轉(zhuǎn)�(dòng)變化小于0.05dB,隨波長變化小于0.2dB。FC/PC接頭�?fù)p一般大�35dB,F(xiàn)C/APC接頭�?fù)p一般大�55dB。偏振態(tài)�(diào)整準(zhǔn)確度、偏振態(tài)�(diào)整分辨力、偏振態(tài)�(diào)整重�(fù)�、角度調(diào)整準(zhǔn)確度、角度調(diào)整重�(fù)性是偏振控制重要的技�(shù)指標(biāo),它們與控制波片(或光纖�(huán))轉(zhuǎn)�(dòng)的電�(jī)�(guān)系密�,因此高性能的偏振控制器離不開高性能的步�(jìn)電機(jī),性能較好的偏振控制器偏振�(tài)�(diào)整分辨力�(yōu)�0.36°�

�(yīng)�

  光偏振控制器廣泛�(yīng)用于光信�(hào)的偏振特性分析,光器件如耦合�、隔離器、波分復(fù)用器、放大器、衰減器等偏振特性的測量,偏振特性對光材料性能影響分析等方��

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

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