用于控制光束偏振的裝置及其方法

專利名稱：用于控制光束偏振的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制入射光信號偏振的裝置，并且尤其涉及允許循環(huán)或免復(fù)位操作的裝置。
在基于標準的、非偏振保持光纖的通信系統(tǒng)中，由于溫度波動以及光纖上的物理壓力引起光纖雙折射，光學(xué)信號從光纖一端到另一端經(jīng)歷了偏振狀態(tài)的隨機變化。隨機偏振變化作為偏振模式離散(PMD)波動在輸出端處被證實。
為了校正從光纖出射的光波信號的偏振狀態(tài)，研究了變換器以將光纖輸出偏振轉(zhuǎn)換成規(guī)定的偏振狀態(tài)，用于例如外差探測和干涉信號處理的應(yīng)用。常規(guī)的偏振變換器提供補償，但是當超出其操作范圍時需要一個復(fù)位周期。不幸地，復(fù)位周期增加了不能接受的數(shù)據(jù)損耗的周期。循環(huán)偏振變換器在一個無限的偏振補償范圍內(nèi)提供偏振狀態(tài)的連續(xù)控制。
研究了使用級聯(lián)的具有一個有限轉(zhuǎn)換范圍的偏振變換器例如光纖擠壓機和使用鈮酸鋰或PLZT的電光裝置的循環(huán)(endless)偏振變換器。雖然這些級聯(lián)的裝置允許真正的循環(huán)(免復(fù)位)操作，但是該裝置內(nèi)的單獨元件仍需要不定期的復(fù)位周期。盡管可以執(zhí)行復(fù)位周期而不影響整個偏振轉(zhuǎn)換(準循環(huán)偏振控制)，但是這些裝置通常在復(fù)位周期中不允許偏振控制。此外，它們要求復(fù)雜的并且甚至是計算機控制的驅(qū)動算法用于正確的操作。
光纖擠壓機在光纖軸中機械地引起雙折射，導(dǎo)致垂直和平行于壓力方向的兩個正交模式之間的延遲。姓名為Yao的美國專利號5,561,726描述了一種系統(tǒng)利用一個可旋轉(zhuǎn)的光纖夾具提供所需的延遲及光軸定位。盡管該裝置能夠用于固定的波長和溫度以及偏振，但是它無法用于控制傳輸光纖中的實時偏振波動，因為它需要機械運動用于其控制。
在過去，演示過一種免復(fù)位的循環(huán)的偏振變換器，通過在一個單模式波導(dǎo)中產(chǎn)生恒定的總相位延遲的可調(diào)節(jié)的橢圓雙折射，執(zhí)行從任意變化的光學(xué)輸入偏振到任意輸出偏振的一般的偏振轉(zhuǎn)換。見1990年10月20日發(fā)給Heismann的美國專利號4,966,431。通過調(diào)節(jié)線性雙折射的方位角以及線性與圓形雙折射的比率，獲得一個特殊的轉(zhuǎn)換。在其集成光學(xué)實現(xiàn)中，該循環(huán)偏振變換器包括由級聯(lián)的第一和第二TETM模式變換器構(gòu)成的至少一個可級聯(lián)的變換器部分。在該模式變換器之間的一個部分和/或在該模式變換器之后的一個部分執(zhí)行相移(TE/TM)。所有部分都是在能夠支持TE和TM光學(xué)信號模式傳播的一個雙折射波導(dǎo)上構(gòu)成的。雖然近來的循環(huán)的免復(fù)位的偏振變換器是可級聯(lián)的，并且與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比提供了設(shè)計及操作的簡單性，但是不能忽略該偏振變換器在感興趣的波長處具有較窄的光學(xué)帶寬，在1.55μm處小于1nm，并且在大約10nm的一個小的波長范圍內(nèi)僅允許有限的可調(diào)諧性。
Heismann在名稱為“具有寬帶免復(fù)位操作的自動偏振控制器”，在此作為參考的美國專利號5,212,743中，公開了在一個免復(fù)位的光學(xué)的自動偏振控制器中，通過以級聯(lián)方式聯(lián)合三個可控制的分數(shù)波長元件，以及進一步通過控制兩個最外層分數(shù)波長元件的定位相差一個保持基本恒定的規(guī)定角度量實現(xiàn)的寬光學(xué)帶寬和寬波長調(diào)諧范圍。在該偏振控制器的操作中，兩個最外層分數(shù)波長元件的同步控制使該規(guī)定的角度差保持恒定。
在Heismann所述的實施例中，該三個分數(shù)波長元件是以一個可循環(huán)旋轉(zhuǎn)的半波元件和兩個可同步旋轉(zhuǎn)1/4波元件的形式提供的，其中該半波元件位于該1/4波元件之間。每個分數(shù)波元件沿其光學(xué)波路徑的延遲的定位不同，并且引入一個特定的相位延遲。該偏振控制器的實施例使用分布式的大量光學(xué)裝置或集成的電光波導(dǎo)裝置實現(xiàn)。元件的旋轉(zhuǎn)由一個反饋控制電路提供，該電路監(jiān)視輸出光學(xué)偏振并導(dǎo)出正確的電驅(qū)動信號，以實現(xiàn)元件的正確旋轉(zhuǎn)。盡管Heismann所教授的裝置似乎在許多例子中實現(xiàn)了其預(yù)期的功能，但是它不能提供一個足夠精確的，因而足夠理想的1/4或半波片。例如，在實際中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Heismann所教授的類型的控制器非常難以采用響應(yīng)足夠均勻的材料制造成具有足夠精度，以提供無假信號脈沖的操作。例如，雙折射材料上電極的未對準，或者雙折射材料中的非均勻性，將對裝置的性能產(chǎn)生不利影響。
相反，本發(fā)明提供了一種設(shè)備，通過提供補償這種偏差的設(shè)備獲得優(yōu)良的性能。實質(zhì)上，提供了較高的分辨率，并且通過實現(xiàn)該分辨率，有缺陷的區(qū)域，雙折射材料中的偏差，或未對準能夠被補償，在例如一個典型三部分控制器中的波片部分中實現(xiàn)基本固定的延遲。
本發(fā)明的一個目的是提供一個具有寬帶操作的自動偏振控制器，其中1/4波片和半波片是近理想的。
本發(fā)明的進一步的目的是提供一個便宜的高度響應(yīng)的裝置，用于控制具有不同偏振狀態(tài)的輸入光束的偏振。
本發(fā)明的進一步的目的是提供一個可控制的1/4波片或半波片，用于例如一個偏振控制電路中。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電光波片，用于改變通過波片的光的偏振狀態(tài)，同時當該電光波片的主雙折射軸旋轉(zhuǎn)時，提供一個基本恒定的雙折射，該電光波片包括一個雙折射材料，具有兩個正交的主雙折射軸，當施加合適的電壓時該雙折射軸可旋轉(zhuǎn)，該雙折射材料具有第一端和第二端，并且具有由兩端之間定義的長度L的縱軸；用于沿長度L沿順序的或相鄰的區(qū)域可控制地提供至少兩個相關(guān)的不同的電壓的設(shè)備，用于沿長度L提供一個可控制的和變化的電場，使得當通過改變至少該電壓使該電光波片的雙折射軸旋轉(zhuǎn)時，長度L的波片的延遲保持基本恒定，其中該至少兩個不同的電壓之間具有相位關(guān)系或相位及幅值關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明，進一步提供了一個1/4或半波片，包括沿一塊雙折射材料分布的第一電極，用作電壓終端，以響應(yīng)兩個不同的被加電壓，提供同時通過該材料的兩個不同的且相關(guān)的電場；沿該塊雙折射材料分布的第二電極，用作電壓終端，以響應(yīng)兩個其它的被加電壓，提供同時通過該材料的兩個其它的電場；以及用于施加以下形式的電壓V1=VS1*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT1V2=VS2*sin(θ)+VC2*cos(θ)+VT2到該第一電極，以及以下形式的電壓V1’=VS1’*sin(θ+α)+VC1’*cos(θ+α)+VT1’V2’=VS2’*sin(θ+α)+VC2’*cos(θ+α)+VT2’到該第二電極的設(shè)備，其中0＜α＜360°并且其中θ可以為任意角且循環(huán)變化。
根據(jù)本發(fā)明，進一步提供一個偏振控制器，包括可電子控制的波片，以預(yù)定空間關(guān)系排列，具有相同的傳播縱軸，以允許入射到其中一個波片的光通過其它的波片傳播，至少其中一個波片由多對沿雙折射材料分布的電極構(gòu)成，以當被施加合適的電壓時，沿通過該材料的傳播軸向在其中傳播的光提供不同的電場；以及用于向通過該雙折射材料的光提供合適的施加電壓以產(chǎn)生該至少兩個不同的電場的設(shè)備，使得其中一個波片使得對于通過波片的光產(chǎn)生一個基本的1/4或半波長延遲，其中該至少兩個不同的電場的幅值和相位保證當該波片的雙折射軸旋轉(zhuǎn)時通過所述一個波片的延遲基本恒定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種提供一個近理想的1/4或半波片的方法，包括步驟發(fā)射一個信號到一塊具有長度L的電光材料；以及提供兩個不同的電壓到該塊電光材料，沿該長度L產(chǎn)生通過電光材料的兩個不同的電場，其中該電壓之間具有幅值或相位關(guān)系；并且保證當存在該兩個不同電場時該長度和電壓的結(jié)果足以產(chǎn)生沿該長度L的基本恒定的延遲。
根據(jù)本發(fā)明，提供一個偏振變換器，用于控制一個光學(xué)信號的偏振和相位，包括一塊電光材料，其上具有多個電極對，用于向其施加正交電壓，每對終端具有一個位于其間的第三公共終端，所述該塊雙折射材料，當存在用于構(gòu)成近理想的可控制的波片的一個施加電壓時，第一多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π/2弧度的相位延遲并且構(gòu)成第一1/4波片；第二多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π孤度的相位延遲并且構(gòu)成第一半波片；以及，第三多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π/2弧度的相位延遲并且構(gòu)成第二1/4波片。三個上述波片不需要以特定順序排列。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，其中

圖1是使用兩個1/4波片和一個半波片的現(xiàn)有技術(shù)的偏振控制電路的示意圖；圖2是一部分常規(guī)偏振調(diào)制器的示意圖，其中單對電極耦合到一塊電光材料；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用兩個近理想的1/4波片和一個近理想的半波片的偏振控制器電路的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明用于控制一個偏振控制器的控制電路的示意圖；以及，圖5是本發(fā)明的一個理想實施例的示意圖，說明一塊雙折射材料，其上具有多個金屬化電極對，構(gòu)成一個近理想的1/4波片；圖6a、6b和6c是說明兩個子1/4波片之間沒有相位差時，合成的半波片輪廓圖。
圖7a、7b和7c是說明當兩個子1/4波片之間被施加一個非零相位差時，合成的半波片輪廓圖。
圖8是當兩個1/8子部分被施加一個非零相位差時，合成的QWP輪廓圖。
圖9是一個示意圖，說明一個大塊晶體具有在塊的兩對相對面上分布的電極。
現(xiàn)在參考圖1，顯示一個現(xiàn)有技術(shù)的偏振控制器，如這里作為參考的美國專利5,212,743所述，其中提供了三個固定的波片，每個波片具有一對電極，其上施加一個改進的正交電壓。一個循環(huán)的偏振控制器被顯示適合于光纖相干通信系統(tǒng)的應(yīng)用，其中需要實質(zhì)上無限的(循環(huán)的)轉(zhuǎn)換范圍，以匹配本地振蕩器激光器以及所接收的光學(xué)信號的光學(xué)偏振狀態(tài)。Heismann描述了一個使用電光效應(yīng)并用集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)實現(xiàn)的偏振控制器。它允許從任意改變的輸入光學(xué)偏振狀態(tài)到任意輸出光學(xué)偏振狀態(tài)的一般的偏振轉(zhuǎn)換，依據(jù)兩個獨立變量從該控制電路要求6個有限范圍的驅(qū)動電壓。模擬和數(shù)字控制電路都已經(jīng)被用于產(chǎn)生該獨立的電子驅(qū)動信號。數(shù)字控制電路比模擬控制電路提供了更高速操作的優(yōu)點。
美國專利5,212,743中Heismann提供了一個免復(fù)位的偏振控制器的操作分析，基于三個級聯(lián)的循環(huán)可旋轉(zhuǎn)的分數(shù)波元件第一1/4波片10，其后是可關(guān)于該第一1/4波片10同步旋轉(zhuǎn)的半波片11和第二1/4波片12。1/4波片10和12的同步操作用虛線13表示。這里顯示，對于最外層元件1/4波片10和12之間的任意的角度偏移，控制器允許從任意變化的一般輸入偏振狀態(tài)到任意一般輸出偏振狀態(tài)的連續(xù)的和免復(fù)位的轉(zhuǎn)換。熟練的技術(shù)人員可以理解到分數(shù)波元件的方位是指相同選定的尋?；蚍浅Ｖ鬏S關(guān)于一個選定的參考方向的角度方位。主軸被限制在一個平面內(nèi)，對于每個分數(shù)波元件，該平面垂直于通過該控制器的光束的傳播軸。每個波片上的點描述該傳播軸通過每個波片的點。
現(xiàn)有技術(shù)圖1中所示的設(shè)備，如果所有三個波片10、11和12可以獨立旋轉(zhuǎn)，則允許從輸入光束1的變化的偏振狀態(tài)到輸出光束2的所需的偏振狀態(tài)的無限范圍的一般偏振轉(zhuǎn)換；但是，第二1/4波片是與第一1/4波片同步旋轉(zhuǎn)的，使得它們的相對方位總是恒定的。因此，該偏振控制器僅允許調(diào)節(jié)兩個獨立的參數(shù)，即，用α/2表示的1/4波片10的角度方位，以及用γ/2表示的中間半波片11的角度方位。第二1/4波片12關(guān)于第一1/4波片10的角度偏移用ε/2表示，并且可以是0與2π之間范圍內(nèi)的任意值。尤其是，1/4波片12的角度方位可以與第一1/4波片平行(ε=0)。在這種情況下，整個控制器的作用類似一個循環(huán)的可旋轉(zhuǎn)的波片，具有循環(huán)可調(diào)節(jié)的線性相位延遲。當ε=π(交叉的1/4波片)時，控制器的作用類似一個廣義的半波片，產(chǎn)生恒定相位延遲π的循環(huán)可調(diào)節(jié)的橢圓雙折射。
圖1中的設(shè)備可以通過使用可購買到的且熟練的技術(shù)人員熟知的大量光學(xué)實現(xiàn)。用于波片的變換器或機電控制的旋轉(zhuǎn)級(沒有顯示)可以用于改變每個波片的角度方位。類似于圖3中所示的一個控制電路可以適用于與波片和旋轉(zhuǎn)級一起使用，以產(chǎn)生控制信號，用于使波片旋轉(zhuǎn)，以及用于保證1/4波片10和12的同步旋轉(zhuǎn)。
圖1中的設(shè)備的一個集成光學(xué)實現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)圖2中顯示。該偏振控制器在一個低雙折射的、x-截止、z傳播的LiNbO3基底20上制成，并與一個標準的鈦內(nèi)擴散(titanium-indiffused)的單模式波導(dǎo)21一起操作。它利用與三個可旋轉(zhuǎn)的分數(shù)波片對應(yīng)的三個級聯(lián)的電極部分。每個部分引入一個可調(diào)節(jié)的TE TM模式轉(zhuǎn)換和相對的TE-TM相移的混合，即，不同的方位但恒定的相位延遲的線性雙折射。TE TM模式轉(zhuǎn)換是通過r61電光系數(shù)實現(xiàn)的，通過施加公共驅(qū)動電壓分量VCi，其中i=1、2或3，到波導(dǎo)21的頂部上面的任意一側(cè)電極25的部分電極對，即，電極22-22’、電極23-23’和電極24-24’，而TE-TM相移是通過r22和r12電光系數(shù)實現(xiàn)的，通過在電極25的任意一側(cè)上的部分電極對施加相反的驅(qū)動電壓分量VSi/2和-VSi/2。波導(dǎo)21上的中間電極25顯示連接到地。在一個特定部分中，驅(qū)動電壓分量和地面電勢可以以不同的組合施加到該三個電極(例如電極22、22’和25)。
由電極22和22’和接地電極25構(gòu)成的第一電極部分由以下電壓驅(qū)動VC1=(V0/2)sinαVS1=VT+(Vπ/2)cosα當用這些電壓驅(qū)動時，集成光學(xué)裝置的該部分據(jù)說作用類似于方位為可變角度α/2的一個1/4波片。
由電極23和23’和接地電極25構(gòu)成的第二電極部分由以下電壓驅(qū)動VC2=(V0/2)sinγ
VS2=VT+(Vπ)cosγ當用這些電壓驅(qū)動時，集成光學(xué)裝置的該部分據(jù)說作用類似于方位為可變角度γ/2的一個半波片。
由電極24和24’和接地電極25一起構(gòu)成的第三電極部分由以下電壓驅(qū)動VC3=(V0/2)sin(α+ε)VS3=VT+(Vπ/2)cos(α+ε)當用這些電壓驅(qū)動時，集成光學(xué)裝置的該部分據(jù)說作用類似于方位為可變角度(α+ε)/2的一個1/4波片。
在定義加到上述所有三個電極部分的驅(qū)動電壓的方程中，V0表示對于整個TE TM轉(zhuǎn)換所需的電壓，Vπ表示用于引入TE-TM相移π的電壓。附加的偏置電壓VT被用于補償波導(dǎo)中的任何剩余的雙折射。在操作中的偏振控制器的一個示例性實施例中，偏置電壓確定為以下值V0～19V,Vπ～26V以及VT～54V，其中偏振控制器具有大約5.2cm的長度。
對于實際應(yīng)用，兩種特殊情況ε=0和ε=π受到特別注意。在第一情況下，兩個1/4波片部分由相同的電壓驅(qū)動，VC3=VC1VS3=VS1而在第二情況下，兩個1/4波片部分實質(zhì)上由相反極性的電壓驅(qū)動。
VC3=-VC1VS3=-VS1+2VT美國專利5,212,743描述了該偏振控制器內(nèi)的電光操作。
偏振控制器中的公共電極必須理想地與該內(nèi)擴散的導(dǎo)向部分芯片對準。在全偏振轉(zhuǎn)換所需的很長的長度上，從一端到另一端存在一個對準偏移。這個小的對準偏移使得電場非均勻旋轉(zhuǎn)。以這種方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致合成的輪廓是不理想的，并且在一些情況下可能有拐點，如圖6a、6b和6c中的HWP圖解所示；在該例子中，HWP在電極上沒有相位偏移。如果該1/4波部分被分成更小的部分，則每個部分可以被精細地調(diào)節(jié)，使得波導(dǎo)的平行不理想制造效應(yīng)將被消除。對一個波片進行的細分越多，則該波片將變得越理想。在一個理想的1/4或半波片中，對于該電光波片的所有旋轉(zhuǎn)角度，凈延遲將分別產(chǎn)生一個1/4或半波片。這被實驗確定了，由此如果該波片是不理想的，則該控制器將出現(xiàn)假信號脈沖。在不理想操作中，對于一個給定的全波片旋轉(zhuǎn)，該延遲將不會保持恒定，并且作為角度的函數(shù)變化。在一個假信號脈沖的例子中，波片在一個固定位置抖動，同時所需的輸出SOP的功率下降，有效地使得一個Poincare球上的會聚點變大。例如一個非理想波片可以如圖6a、6b和6c中所見，與圖7a、7b和7c相比，其中偏振轉(zhuǎn)換空間(S1、S2和S3為通常的Stokes矢量)的輪廓中出現(xiàn)一個拐點。該控制器可能以一個給定角被捕獲在該點中，此時其它波片將無法提供需要的延遲以保持一個恒定的輸出功率，并且因此將產(chǎn)生假信號脈沖。波片越理想，從輸入SOP到所需輸出SOP的轉(zhuǎn)換越理想，并且因此所需的輸出SOP點尺寸，或所需的輸出功率波動越小。通過向較小的細分施加相位偏移而改進每個波片，該裝置表現(xiàn)出一個更需要的SOP點尺寸。這在圖7a、7b和7c中所示，其中與圖6a、6b和6c相比輸出被顯著改進，并且其中HWP由四個1/8部分一起定相組成。
使用例如Heismann公開的一個裝置中的三個固定部分，產(chǎn)生有限的跟蹤，但是申請人在說明如Heismann中所述將最后的QWP連接到最開始的QWP產(chǎn)生滿意結(jié)果時有困難。在本發(fā)明中，至少三個不同的抖動參數(shù)被理想地使用，每個波片使用一個。
現(xiàn)在參考圖3，示出本發(fā)明的一個實施例，其中單塊雙折射材料130被顯示具有電極對(V1V2)、(V1’V2’)、(V3V4)、(V3’V4’)、(V3”V4”)、(V3”’V4”’)、(V5 V6)和(V5’V6’)，構(gòu)成一個偏振控制器。當然具有相關(guān)的控制電路的一個適當編程的控制器，沒有示出，被要求響應(yīng)被探測的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)向這些電極合適地施加所需電壓。
第一1/4波片通過向電極對，電極(V1V2)和(V1’V2’)關(guān)于一個公共中間放置的接地終端GND施加電壓構(gòu)成。第一半波片通過向電極對(V3V4)、(V3’V4’)、(V3”V4”)、(V3”’V4”’)關(guān)于該公共中間放置的接地終端GND施加電壓構(gòu)成；以及，第二1/4波片通過向電極對(V5V6)和(V5’V6’)關(guān)于該公共中間放置的接地終端GND施加電壓構(gòu)成。
例如，第一1/4波片將具有以下形式的電壓V1=VS1*sin(θ)+VS1*cos(θ)+VT1V2=VS2*sin(θ)+VS2*cos(θ)+VT2并且第二兩個電壓包括以下形式的兩個第二子電壓V1’=VS1’*sin(θ+α)+VS1’*cos(θ+α)+VT1’V2’=VS2’*sin(θ+α)+VS2’*cos(θ+α)+VT2’其中0＜α＜360°并且其中θ可以為任意角且循環(huán)變化。
通過設(shè)置角度α為0,VS1=VS1’,VC1=VC1’,VT1=VT1’,VS2=VS2’,VC2=VC2’,VT2=VT2’，可以發(fā)現(xiàn)主電壓輪廓。
因此，通過改變驅(qū)動電壓、α、……之間的相位關(guān)系，以及改變第二鏈接部分、或隨后的鏈接部分上的驅(qū)動電壓幅值，可以實現(xiàn)精細調(diào)諧，直到得到需要的波片輪廓。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個控制電路的簡化示意圖。數(shù)字信號處理器(DSP)提供值到模數(shù)(D/A)變換器112，模數(shù)變換器提供控制信號到放大器110。該放大器的輸出終端直接耦合到被施加電壓的波導(dǎo)的終端。通過經(jīng)由模數(shù)(A/D)變換器116提供到DSP114的一個誤差反饋信號保持控制。在操作中，波片部分順序抖動。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的理想1/4波片140的示意圖。該1/4波片140由一個合適長度的雙折射材料，例如一個低雙折射的、x-截止、z傳播的LiNbO3基底20構(gòu)成，并與一個鈦內(nèi)擴散的單模式波導(dǎo)142一起操作。中間電極146連接到地。要理解到驅(qū)動電壓分量和地面電勢可以以不同的組合施加到該5個電極，V1V2、V1’V2’和146。1/4波片140實際上包括兩個1/8波片，并且每個1/8波片可以單獨控制。
有利地是，向基于波導(dǎo)的偏振控制器的兩個或多個更短部分施加電壓，以及改變相鄰部分之間的施加電壓的相位關(guān)系，以獲得一個更理想的π/2、π或2π或其倍數(shù)延遲，將導(dǎo)致一個分段波片成為單個整體，但是由相位分離的單個電壓組成。根據(jù)本發(fā)明以上述方式施加不同的正弦和余弦系數(shù)，對于所有旋轉(zhuǎn)角提供了一個比按類似原理操作的現(xiàn)有技術(shù)裝置更可控制的理想波片。
本發(fā)明的許多其它實施例可以想象得到，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，本發(fā)明不限于提供共用一個公共地終端的兩對電極；在沒有顯示的其它實施例中，甚至可以提供更多的電極對以構(gòu)成一個1/4或半波片或波片。
在圖9所示的另一個實施例中，電極位于一塊雙折射材料的兩對相對面；為了提供類似的控制，使得對于所有旋轉(zhuǎn)角可以獲得一個固定的延遲，波片可以具有幾個部分，其間被施加具有一個相位偏移的實質(zhì)上相同的電壓。因此具有相位偏移的電壓可以被施加到終端Vx1和Vx2并且在其它兩個相對面上的正交終端上，具有一個相位偏移的電壓可以被施加到終端Vy1和Vy2。
權(quán)利要求
1．一種電光波片，用于改變通過波片的光的偏振狀態(tài)，同時當該電光波片的主雙折射軸旋轉(zhuǎn)時，用于提供一個基本恒定的雙折射，該電光波片包括一個雙折射材料，具有兩個正交的主雙折射軸，當施加合適的電壓時該雙折射軸可旋轉(zhuǎn)，該雙折射材料具有第一端和第二端，并且具有在該兩端之間定義的長度L的縱軸；用于沿長度L沿順序的或相鄰的區(qū)域可控制地提供至少兩個相關(guān)的不同的電壓的設(shè)備，用于沿長度L提供一個可控制的和變化的電場，使得當通過改變至少該電壓使該電光波片的雙折射軸旋轉(zhuǎn)時，長度L的波片的延遲保持基本恒定，其中該至少兩個不同的電壓之間具有相位關(guān)系或相位及幅值關(guān)系。
2．如權(quán)利要求1所述的電光波片，其中對于通過波片的一個預(yù)定波長的光，該基本恒定的總延遲等于1/4波長或半波長，并且其中該電壓適合于基本補償該雙折射材料中的變化和/或適合于克服性能方面的非均勻性，這些情況在不存在沿長度L的變化的電場以及存在沿長度L的不變化的電場時則會發(fā)生。
3．如權(quán)利要求1所述的電光波片，其中該至少兩個不同的電壓之間具有一個恒定的相位偏移。
4．如權(quán)利要求1所述的電光波片，其中該兩個不同的電壓的形式為V1=VS1*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT1V1’=VS1’*sin(θ+π)+VC1’*cos(θ+π)+VT1’
5．如權(quán)利要求1所述的波片，其中該兩個不同的電壓的形式是一個第一正弦電壓和一個第二正弦電壓，二者除了具有一個相位偏移之外基本相同。
6．如權(quán)利要求1所述的電光波片，其中該波片提供一個恒定的1/4或半波延遲，其中該兩個不同的電壓的第一個包括兩個第一子電壓，形式是V1=VS1*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT1V2=VS2*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT2并且其中該兩個電壓的第二個包括兩個第二子電壓，形式是V1’=VS1’*sin(θ+α)+VC1’*cos(θ+α)+VT1’V2’=VS2’*sin(θ+α)+VC2’*cos(θ+α)+VT2’其中0＜α＜360°并且其中θ可以為任意角且循環(huán)變化。
7．一種偏振控制器，包括如權(quán)利要求1所述的一個波片，并且進一步包括與此光學(xué)耦合的兩個其它波片。
8．一種1/4波片或半波片，包括沿一塊雙折射材料分布的第一電極，用作電壓終端，以響應(yīng)兩個不同的被加電壓，提供同時通過該材料的兩個不同的且相關(guān)的電場；沿該塊雙折射材料分布的第二電極，用作電壓終端，以響應(yīng)兩個其它的被加電壓，提供同時通過該材料的兩個其它的電場；以及用于施加以下形式的電壓V1=VS1*sin(θ)+VC1*cos(θ)+VT1V2=VS2*sin(θ)+VC2*cos(θ)+VT2到該第一電極，以及以下形式的電壓V1’=VS1’*sin(θ+α)+VC1’*cos(θ+α)+VT1’V2'=VS2’*sin(θ+α)+VC2’*cos(θ+α)+VT2’到該第二電極的設(shè)備，其中0＜α＜360°并且其中θ可以為任意角且循環(huán)變化。
9．一種偏振控制器，包括可電子控制的波片，以預(yù)定的空間關(guān)系排列，具有相同的傳播縱軸，以允許入射到其中一個波片的光通過其它的波片傳播，至少其中一個波片由多對沿雙折射材料分布的電極構(gòu)成，當被施加合適的電壓時，沿通過該材料的傳播軸向在其中傳播的光提供不同的電場；以及用于向通過該電光材料的光提供合適的施加電壓以產(chǎn)生該至少兩個不同的電場的設(shè)備，使得其中一個波片使得對于通過波片的光產(chǎn)生一個基本的1/4或半波長延遲，其中該至少兩個不同的電場的幅值和相位保證當該波片的雙折射軸旋轉(zhuǎn)時通過所述一個波片的延遲基本恒定。
10．如權(quán)利要求9所述的偏振控制器，其中該波片在同一塊電光材料上構(gòu)成，并且其中每個該波片具有至少兩對終端用于在每個波片上施加至少兩個相關(guān)的不同的電壓。
11．如權(quán)利要求10所述的偏振控制器，其中每個1/4波片由兩個1/8波片構(gòu)成，每個1/8波片具有一個可控制的電壓源。
12．一種提供一個近理想的1/4或半波片的方法，包括以下步驟發(fā)射一個信號到一塊具有長度L的電光材料；以及提供兩個不同的電壓到該塊電光材料，沿該長度L產(chǎn)生通過電光材料的兩個不同的電場，其中該電壓之間具有幅值或相位關(guān)系；并且保證當存在該兩個不同電場時該長度和電壓的結(jié)果足以產(chǎn)生沿該長度L的基本恒定的延遲。
13．一種偏振變換器，用于控制一個光學(xué)信號的偏振和相位，包括一塊電光材料，其上具有多個電極對，用于向其施加正交電壓，每對終端具有一個位于其間的第三公共終端，所述該塊雙折射材料，當存在用于構(gòu)成近理想的可控制的波片的一個施加電壓時，第一多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π/2弧度的相位延遲，并且構(gòu)成第一1/4波片；第二多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π弧度的相位延遲，并且構(gòu)成第一半波片；以及，第三多個電極對用于對通過該塊的光學(xué)信號引入一個基本大約π/2弧度的相位延遲，并且構(gòu)成第二1/4波片。
全文摘要
一種電光波片,用于改變通過波片的光的偏振狀態(tài)。當該電光波片的主雙折射軸旋轉(zhuǎn)時,該波片提供一個基本恒定的雙折射。該波片是一種電光材料,具有兩個正交的主雙折射軸,當施加合適的電壓時主軸可旋轉(zhuǎn)。沿該電光波片的長度L沿順序的或相鄰的區(qū)域施加兩個相關(guān)的不同的電壓,以沿該長度L提供一個可控制的和變化的電場,使得當通過改變電壓使電光波片的雙折射軸旋轉(zhuǎn)時,長度L的波片的延遲保持基本恒定。該兩個不同的電壓之間具有相位關(guān)系或相位及幅值關(guān)系。
文檔編號G02F1/01GK1318763SQ0111666
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
發(fā)明者邁克爾·特茲西耶斯基, 路易斯·B·阿拉德, 克拉克·莫昌特, 阿列克斯·塔格爾 申請人:Jds尤尼費斯公司