[发明专利]单一自由度光纤环退偏方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对不同偏振输入光，通过对单一参量(自由度)的调节实现退偏的方 法，特别是一种利用单模光纤耦合器和单模光纤构成的光纤环，通过耦合器分光比的优化设 计；调节环内光纤盘绕，使光纤的弯曲和扭转引起的双折射效应来实现偏振转换的半波片效 应；针对不同偏振态的输入光，通过光纤环的扭转实现光的退偏的方法。

背景技术

偏振随机扰动是长期困扰高码率光通信和光传感系统的问题。在光通信系统中表现为光 的偏振色散、偏振损耗等效应，而在光传感系统中则表现为由偏振扰动引起的偏振纤维噪声 和偏振衰落问题。

光退偏技术是解决偏振扰动和偏振相关问题的主要方法。目前的退偏器技术主要采用 Lyot退偏方法。Lyot退偏器主要由采用双折射晶体或双折射光纤构成，需要精确地准直和 调节。Lyot退偏器虽然结构简单，但由于受双折射晶体或光纤的长度限制，退偏一般只对宽 光谱光源有效，即被退偏光的相干长度很小，不适合光纤通信系统和干涉臂不等长的光纤传 感系统。

Shen P.Palais于1998年提出了光纤环退偏的方案。在Shen P.Palais提出的方案 中，针对不同偏振态的输入光，通过调节光纤环内的偏振转换矩阵来实现光的退偏。因此针 对不同偏振态的输入光，环内的偏振状态的调整必须是在全偏振态空间内任意的。而要实现 全偏振态空间的任意可调，需要有三个自由度。这三个自由度调节的实现可通过接在光纤环 内的偏振控制器来实现。在实际应用中，由于三个自由度同时调整，调整地结果需要使光纤 环的偏振转换的旋转矢量与入射光的偏振态矢量相互垂直。因此实际应用中，针对不同的入 射光偏振态，对光纤环的偏振转换进行三个自由度调的调节，在实际使用时非常不便，且稳 定性差。

本发明内容是通过预先设计光纤环内部的偏振转换特性，使其具有半波片的工作特性， 并优化设计光纤环中耦合器的耦合系数，由此降低光纤环退偏器在使用过程中的调节自由度 至一维，即在使用中只需调节一个变量即可实现对不同输入偏振态光的退偏。

发明内容：

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种单一自由度光纤环退偏方法，通 过对光纤环中光纤的盘绕引起的光纤弯曲双折射和扭转双折射，使光纤环内光纤的偏振转换 具有半波片的工作特性，并通过固定手段使该特性保持不变。由此使光纤环的工作特性表现 为两偏振态分离的工作特性。光纤环将输入光在两个偏振方向上，将光分为两组。并且可优 化设计耦合器的系数，使两组光强度相等，以及设计光纤环的环长大于被退偏光源的相干长 度，使得所有分解光分量之间互不相干。通过调节光纤环的整体扭转角度，可以改变两组光 偏振态相对位置，当入射光偏振态矢量与光纤环偏振转换矢量相互垂直时，被分解的两组光 的偏振态则相互正交，由此实现光的退偏。对任意偏振态的光，都存在一个扭转角度，实现 光的退偏。本方法将原有光纤环退偏器的调节自由度由三维降至一维，即使用中只需调节一 个参量即可实现对不同输入偏振态光的退偏。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种单一自由度光纤环退偏方法，其特征在于：退偏器由长度大于被退偏光相干长度的 单模光纤环和2×2单模光纤耦合器构成，在不考虑光纤环和耦合器损耗情况下，光纤耦合器 的优化分光比为1∶2；环中的光纤通过特殊盘绕方法，使光纤由弯曲和扭转引入的双折射效 应具有半波片的偏振转换效应。光纤环将输入光分解为直通光及不同循环次数的光分量，光 纤环具有将输入光进行偏振分解的功能，其中直通光和偶数次循环的光分量具有相同的偏振 态，而奇数次循环的光分量具有相同的偏振态。1∶2的耦合器分光比可实现两组光的功率相 等。对任何不同偏振态的输入光，通过扭转光纤环的角度，则可使这两个偏振态正交，实现 光的退偏。

光纤环的内部结构和半波片的偏振转换效应，在调节使用过程中保持不变，唯一的自由 度是光纤环的扭转角度。

通过调节光纤环的扭转角度，实现任意偏振态输入光的退偏。在180度的调节范围中， 存在两个全退偏点。

通过在光纤环前面接入偏振控制器，实现全偏振度可调退偏器，偏振度调节范围为0到 100％，调节通过扭转光纤环实现，在180度的扭转调节范围内，存在两个0到100％的偏 振度调节周期。

不考虑光纤及光纤耦合器损耗条件下，光耦合器分光比优化值为1∶2；而考虑光纤环中 光纤的损耗及光纤耦合器的损耗时需要对耦合器的分光比进行调节。