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熊猫光纤热双折射效应光纤偏振控制器研究

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资料介绍

根据熊猫光纤热双折射效应原理.通过电热控制的方法实验研究其热双折射效应,提出并实验演示了基于熊猫光纤热双折射效应的光纤偏振控制器.研究了熊猫光纤热双折射效应的温度灵敏度和电热控的特点.将两段熊猫光纤按偏振轴相互偏离一定角度熔接后,两段熊猫光纤的电热控制将分别在邦加球上形成相交并互相成一定夹角的两个截交线圆,组合两段熊猫光纤的电热控制可实现偏振态在邦加球上的部分覆盖.根据熊猫光纤热双折射效应的特点,提出并实验演示了由三段熊猫光纤组成的电热控光纤偏振控制器,它可在实验上实现任意偏振态的扫描控制.

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第39卷第6期

2010年12月

红外与激光工程

V01．39

No．6

Infrared and Laser

Dec．20lO

Engineering

熊猫光纤热双折射效应光纤偏振控制器研究

密1· 3

黄伟溪1一，陈

哲1，一，隋

展3，林宏奂3，张

军1．-，王建军3，周

(1．光电信息与传感技术广东省普通高校重点实验室(暨南大学)，广东广州510632；

2．暨南大学光电工程系，广东广州510632；

3．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900)

摘

要：根据熊猫光纤热双折射效应原理。通过电热控制的方法实验研究其热双折射效应．提出

并实验演示了基于熊猫光纤热双折射效应的光纤偏振控制器。研究了熊猫光纤热双折射效应的温度

灵敏度和电热控的特点。将两段熊猫光纤按偏振轴相互偏离一定角度熔接后．两段熊猫光纤的电热控

制将分别在邦加球上形成相交并互相成一定夹角的两个截交线圆．组合两段熊猫光纤的电热控制可

实现偏振态在邦加球上的部分覆盖。根据熊猫光纤热双折射效应的特点，提出并实验演示了由三段熊

猫光纤组成的电热控光纤偏振控制器，它可在实验上实现任意偏振态的扫描控制。

偏振轴

关键词：电热控制；

中图分类号：TP391

熊猫光纤；

偏振控制器；

热双折射效应；

文献标志码：A

文章编号：1007—2276(2010)06—1137—06

Fiber

controller based OH thermal

birefringent

polarization

effect of PANDAfiber

HUANG

Wei-xil一，CHEN Zhel一，SU Zhan3，LIN

Junl一，

Hong-hua#，ZHANG

WANG_{Jian-jun3．ZHOU}Mil· 3

and

Guangdong Higher

Laboratory

Information

Educational Institutes

(1．Key

Optoelectronic

Sensing Technologies

Jinan

University，Guangzhou 510632，China；2．Department

optocleetronic Engineering，Jinan University，

Fusion，CEAP，Mianyang 621900，China)

510632，China；3．Research Center of Laser

Guangzhou

Abstract：Based on the

of thermal

effect of PANDA

fiber，experiments

on the

principle

birefringent

thermal

effect was carried out

use of

control

method．According

birefringent

electrically heating

controller was

both the effect and

fiber

and

designed implemented．The

experiments，a

polarization

of the thermal

effect in PANDA fiber was well as the

investigated，as

temperature sensitivity

characteristic of

birefringent

contr01．After two sections of PANDA fibers were

at certain

spliced

electrically heating

between

with a

offset

axes，two

circles of section，which intersected each other

tracing

angles

polarization

certain included

were drawn

the Poincare

the

control in the two

combination of their

effect of PANDA

birefringent

angle

sphere by

electrically heating

sections of PANDA fiber．Partial

on the Poincare

was carried out

coverage

sphere

to the characteristics of thermal

electrically heating controls．According

收稿13期：2010—02—10：修订日期：2010—03—05

基金项目：国家自然科学基金资助项目(10776009)；国家自然科学基金资助项目(60877044)

作者简介：黄伟溪(1983一)，男，广东汕尾人，硕士生，主要从事全光纤偏振控制器方面的研究。Email：flyfish97@126．tom

导师简介：陈哲(1957一)，男，广东广州人．教授，主要从事光纤无源器件、光纤通信、光纤传感技术、光电检测方面的研究。

Email：thzhechen@jnu．edu．cn

万方数据

1138

红外与激光工程

第39卷

three

sections of

controllable fiber

controller constructed

fiber，all

spliced

electrically

fibers was

polarization

PANDA

and control

and fabricated．The

controller can scan

arbitrary

designed

polarization

states in

polarization

experiments．

Key

control；PANDA fiber；Polarization controller；

words：Electrically heating

Thermal

axis

birefringent effect；Polarization

其传播常数反和口，相差很大。因此，这两个正交偏振

模具有不同的传播相速，导致了相位失配而存在相位

0引言

延迟6妒，一旦两个正交偏振模册：。和册j。的却发

Gbit／s

当光纤通信系统单信道的传输速率达到10

生变化，最终将改变输出光的偏振态。由于熊猫光纤的

应力区中掺杂的材料有热胀冷缩效应．只要改变光纤

的温度就可相应的调节应力区对纤芯施加的应力．使

或者以上时，便会产生各种有害的偏振相关效应。如偏

振模色散(PMD)Ill，这将成为光纤系统向更高速度发展

的瓶颈，而偏振控制器能很好地解决这个问题。

得纤芯的双折射可调，最终使输出光的偏振态可调，这

可称之为熊猫光纤的热双折射效应原理。普通单模光

纤通常自身是应力对称的。没有类似于熊猫光纤能够

产生高双折射的非对称应力结构特点。所以无法对光

偏振态进行可调控制。

目前。已问世的各类光纤偏振控制器有很多．如

H．C．Lefevre提出了一种具有低插入损耗并可实现任

意偏振态控制的可旋转光纤罔式偏振控制器，但其体

积较大【2】：挤压光纤型偏振控制器的结构和制作简单．

但需机械结构支持【3】。电光光纤型偏振控制器的响应速

度快、插入损耗小、控制速度快，但较难实现任意偏振

态控制，而且器件制作复杂[41；Matthew Terrel等人提

出的扭转空心光纤型的偏振控制器结构简单、成本低、

体积小、能实现任意偏振态控制且易于和光纤链路连

熊猫光纤中双折射对两个正交偏振模产生的相位

延迟却为(单位为弧度或度)：

6妒=6p-L

(1)

式中：邸为两个正交偏振模间由于熊猫光纤的温度改

变产生的传播常数差；L为被改变了温度的熊猫光纤

段的长度。而

接，但偏振相关损耗大．对波长敏感15】。E．R．Lyons等

人提出了一种在保偏光纤上蒸镀微加热电极的偏振控

制器【6】，但只对一种三段保偏光纤制成的偏振控制器进

行了演示．没有详细的特性研究。文中首先利用电热控

的方法对熊猫型保偏光纤(PANDA fiber，简称熊猫光

纤)的热双折射效应进行了较深入的实验研究。并综合

利用此效应提出：在实验上能实现任意偏振态扫描控

制的电热控光纤偏振控制器。由此制成的偏振控制器

具有插入损耗(IL)小、偏振相关损耗(PDL)小、波长相

关损耗(WDL)小、易与光纤链路连接、低成本、体积小、

制作简单和可实现任意偏振态控制等优点。

6口=7-AT

(2)

式中：7为单位长度熊猫光纤的温度灵敏度，rad／moC；

AT为温度的变化值。所以，

(3)

6q)=T· L· △r

由此可见，当6口一定时，例如6口=2订，L与△丁成反比

关系。

1．2熊猫光纤热双折射效应实验

文中采用的电热控制方法是把电阻丝均匀紧贴

地螺绕在光纤上，这种方法产生的热量相对均匀些．

工艺上也比较容易实现【8】，如图l所示。

1熊猫光纤的热双折射效应

1．1熊猫光纤热双折射效应原理

熊猫光纤由于在其包层中掺杂了硼或铝石英而构

成了一对对称的应力区，应力区给纤芯施加非圆对称

的应力，这个应力能够增大纤芯的双折射而实现保偏

目的吲。由于存在很大的双折射，通过熊猫光纤的光的

图1熊猫光纤的电热控制结构示意图

Sketch

electrically

control of PANDA fiber

两个正交偏振模册：，和艘{。的有效折射率不同，使

Fig．1

map

heating

万方数据

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