專利名稱：一種光的偏振合波與消偏的方法
技術領域：
本發明涉及一種光的偏振合波與消偏的方法，是將泵浦光的偏振合波與消偏技術相結合，同時實現偏振合波的功能與消偏功能的方法。
背景技術：
喇曼放大器的工作機理不是能級躍遷，而是受激喇曼散射效應，信號放大的過程實際上就是信號光場與泵浦光激發的受激喇曼散射場之間的相互作用。這種相互作用嚴重依賴于兩個光場之間的偏振關系。當信號光場與散射光場的偏振方向垂直時，信號光不能有效放大；當兩者的偏振化方向平行時，則信號光能夠獲得最大限度的放大；其他的偏振關系獲得放大作用處于前兩者之間。受激喇曼散射光場的偏振化方向與泵浦光的偏振方向相同，因此，信號光的喇曼增益的偏振相關性主要是由泵浦光的偏振特性引起的。為了克服或減小信號光的喇曼增益的偏振相關性，必須對喇曼泵浦源進行消偏處理。在分布式喇曼放大器中，增益介質就是傳輸光纖本身。傳輸光纖接近理想的圓柱波導，其消偏能力比較小，不能滿足商用化的要求，特別是前向泵浦的喇曼放大器，增益為10dB時，偏振相關增益(PDG)高于0.5dB，因此必須找出有效的方法來減小偏振態的影響。
傳統的方法是通過同一波長上采用兩個激光器通過偏振耦合，使得增益介質中相互垂直的兩個電場方向上的泵浦功率大致相等。這種方案增加了激光器的個數，同組的兩個激光器輸出功率不同時，也會使PDG增大，同時PDG的減少還受到泵浦光輸出消光比的限制。經檢索與之相關的現有技術是美國專利5,812,583，申請日是1998年9月22日和5,999,544，申請日是1999年12月7日。上述專利采用兩個棱鏡，僅有消偏功能，沒有合波功能。
技術方案通常泵浦方式是由多個大功率的泵浦激光器通過偏振合波器(PBC)的兩兩合波再通過WDM波分復用而獲得。本發明的目的是為該領域提出一種偏振合波與消偏(PBC/D)相結合的技術，它將偏振合波的功能與消偏功能通過一個器件來完成。
本發明的光的偏振合波與消偏的方法的具體技術方案是將兩束線偏振光通過棱鏡合波后進入消偏波片，將偏振方向沿快軸的光稱為快軸光，偏振方向沿慢軸的光稱為慢軸光，消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
所述的偏振合波與消偏方法，其合波棱鏡采用渥拉斯頓棱鏡。
所述的偏振合波與消偏方法，其消偏波片可設兩級，兩級波片的材料可相同，也可不同。當兩級材料相同時，厚度為d1＝2d2。其消偏波片也可設一級，波片的厚度d1由光源的譜型和波片的材料共同決定。對于洛化茲譜型，當波片材料為礬酸釔(YVO4)晶體時，d1約為2.9mm。
所述的偏振合波與消偏方法，其渥拉斯頓棱鏡的光軸與消偏波片的光軸夾角為45°。
用本發明的方法設計的光的偏振合波與消偏的混合器件，它依次由雙芯保偏準直器、渥拉斯頓棱鏡、消偏波片和單芯保偏準直器結合而成，渥拉斯頓棱鏡滿足將兩束偏振方向互相垂直的線偏光合為一束，輸出光垂直于渥拉斯頓棱鏡的輸出端面，消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
所述的偏振合波與消偏的混合器件，消偏波片可設兩級，兩級波片的材料可相同，也可不同，當兩級波片的材料相同時，兩級波片的厚度d2＝2d1。消偏波片也可設一級，波片的厚度d1由光源的譜型和波片的材料共同決定，對于洛侖茲譜型，當波片的材料為礬酸釔YVO4晶體時，d1為2.9mm。
本發明的優點是1、同組波長不需要兩個激光器。
2、在完成合波的同時完成消偏，應用更為方便靈活。
附圖1是本發明的原理結構，圖2是渥拉斯頓棱鏡的光軸與消偏波片的光軸夾角示意圖，圖3是消偏波片的兩級結構示意圖，圖4是本發明的典型應用實例圖。圖中1代表雙芯保偏準直器、2和3代表構成渥拉斯頓棱鏡的兩個楔型棱鏡、4代表消偏波片、5代表單芯保偏準直器、LD1-LD4代表四個泵浦激光器、λ1-λ4代表相應泵浦激光器的波長、PBC/D代表偏振合波與消偏器、WDM代表波分復用器、I為渥拉斯頓棱鏡的出射端面、II代表消偏波片的入射端面。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明
具體實施例方式偏振合波與消偏器的原理結構如圖1所示從雙芯準直器1出射的兩束偏振光，其偏振化方向分別沿著楔型棱鏡2的快軸方向和慢軸方向，由于兩束線偏光分別來自兩個不同的激光器，彼此之間不相干，經渥拉斯頓棱鏡(2和3)偏振合波后，成為一束光，垂直入射消偏波片4，消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
楔型棱鏡3的光軸與消偏波片4的光軸夾角為45°，實際上是越接近45°越好，如圖2所示。
消偏波片的結構有一級和兩級的方案1、一級時，用一塊厚度為d1的高雙折射晶體，d1由光源的譜型和波片的材料共同決定，對于洛侖茲譜型，當波片的材料為礬酸釔YVO4晶體時，d1約為2.9mm。
2、兩級時，用兩塊厚度分別為d1和d2的高雙折射晶體，彼此之間的光軸夾角為45°，兩極波片的材料可相同，也可不同，當兩極波片的材料相同時，厚度為d2＝2d1。這種消偏波片的結構屬于本方案最佳實施例，如圖3為兩極波片的材料相同時的結構圖。
分析可知，實際上，第一種結構是第二種結構的特例。
利用瓊斯矩陣來對兩極消偏波片結構進行分析，利用相干矩陣和相干函數的概念得出當波片的厚度滿足下面的不等式方程組(1)時，單芯保偏準直器輸出光的DOP最小 式中，Δλ為泵浦光的線寬，λ0為泵浦光的中心波長，|n0-ne|為波片對快軸光和慢軸光的折射率差，α由泵浦光的譜型決定，對于洛化茲譜，α＝6.9時，相干函數等于0.001，認為此時對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
根據式(1)，對于不同的波片材料和泵浦光譜型，可求出d1和d2，對于典型礬酸釔晶體和洛化茲譜型和給定的中心波長，可得出d1≈2.9mm，d2＝2d1。
滿足式(1)后得出的相干度可化簡為DOP＝|cos(2θ)cos(2θp)(2)式中θp為圖1中II處泵浦光的偏振方向與II處消偏波片光軸的夾角；θ為兩塊波片光軸的夾角。
當θ或θp為45°時，DOP為0。為了減小泵浦光源消光比的限制，我們取θ和θp同為45°。
同理可以得到當消偏器由一塊波片構成時，根據式(1)，可以求出晶體的長度d1。此時，輸出光的偏振度為DOP＝|cos(2θp)| (3)此時，我們取θp為45°即可實現消偏。
采用PBC/D的合波消偏方案的應用如圖4所示虛線內為本發明的方法所在。
綜上所述，將偏振合波與消偏功能集成的方法是本發明的核心。因此，任何將兩者結合，特別是用棱鏡合波與用波片消偏結合起來的技術方案，均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種光的偏振合波與消偏的方法，是將兩束線偏振光通過棱鏡合波后進入消偏波片，將偏振方向沿快軸的光稱為快軸光，偏振方向沿慢軸的光稱為慢軸光，消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
2.根據權利要求1所述的偏振合波與消偏的方法，其特征是合波棱鏡采用渥拉斯頓棱鏡。
3.根據權利要求1或2所述的偏振合波與消偏方法，其特征是消偏波片設兩級，兩級波片的材料相同時，厚度為d1＝2d2。
4.根據權利要求1或2所述的偏振合波與消偏的方法，其特征是消偏波片設一級，波片的厚度d1由光源的譜型和波片的材料共同決定，對于洛侖茲譜型，當波片材料為礬酸釔YVO4晶體時，d1為2.9mm。
5.根據權利要求1或2所述的偏振合波與消偏的方法，其特征是渥拉斯頓棱鏡的光軸與消偏波片的光軸夾角為45°。
6.一種用上述方法設計的光的偏振合波與消偏的混合器件，它依次由雙芯保偏準直器、渥拉斯頓棱鏡、消偏波片和單芯保偏準直器結合而成，渥拉斯頓棱鏡滿足將兩束偏振方向互相垂直的線偏光合為一束，輸出光垂直于渥拉斯頓棱鏡的輸出端面，消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。
7.根據權利要求6所述的偏振合波與消偏的混合器件，其特征是消偏波片設兩級，兩極波片的材料相同時，兩極波片的厚度d2＝2d1。
8.根據權利要求6所述的偏振合波與消偏的混合器件，其特征是消偏波片設一級，波片的厚度d1由光源的譜型和波片的材料共同決定，對于洛侖茲譜型，當波片的材料為礬酸釔YVO4晶體時，d1為2.9mm。
全文摘要
本發明提供一種光的偏振合波與消偏的方法及根據該方法設計的混合器件,它依次由雙芯保偏準直器、渥拉斯頓棱鏡、消偏波片和單芯保偏準直器結合而成,渥拉斯頓棱鏡滿足將兩束偏振方向互相垂直的線偏光合為一束,輸出光垂直于渥拉斯頓棱鏡的輸出端面,消偏波片的厚度滿足對快軸光和慢軸光的光程差大于光源的相干長度。消偏波片可設兩級,兩極波片的材料可相同,也可不同,當兩極波片的材料相同時,兩極波片的厚度d
文檔編號G02F1/01GK1360375SQ0113835
公開日2002年7月24日 申請日期2001年12月26日 優先權日2001年12月26日
發明者印新達, 楊滔滔 申請人:武漢郵電科學研究院