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偏振控制器完成任意偏振态变化的最小自由度研究

更新时间：2019-12-30 16:20:19 大小：244K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：偏振控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

偏振控制器(PC)是处理光纤中信号偏振态(SOP)的重要器件,它是偏振模色散(PMD)自适应补偿器的重要组成部分.以两种类型的商用偏振控制器为例,理论和实验证明了转变任意输入态到庞加莱(Poincaré)球上其他任何状态至少需要调整三个自由度而不是两个自由度.因此至少需要控制每一阶段的PMD补偿器中偏振控制器上的三个自由度而不是两个白由度,才能够实现完全的PMD补偿.

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V01．29，No．5

第29卷第5期

学

光

学

报

ACTA 0PTICA SINICA

2009年5月

May，2009

文章编号：0253—2239(2009)05—1173—04

偏振控制器完成任意偏振态变化的最小自由度研究

张晓光1’2

段高燕1’2

席丽霞1’2

，

1北京邮电大学光通信与光电子学研究院．北京100876

、

＼2北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京100876

摘要偏振控制器(PC)是处理光纤中信号偏振态(SOP)的重要器件，它是偏振模色散(PMD)自适应补偿器的重要

组成部分。以两种类型的商用偏振控制器为例。理论和实验证明了转变任意输入态到庞加莱(Poincar6)球卜其他

任何状态至少需要调整_三个自由度而不是两个自由度。冈此至少需要控制每一阶段的PMD补偿器中偏振控制器

上的三个自由度而不是两个白吐l度，才能够实现完全的PMD补偿。

关键词光通信；偏振控制器；偏振态；自由度

中图分类号TN929．11；0436．3

文献标识码

doi：10．3788／AOS20092905．1173

for Transformation

of Freedom

Research on Least Number of

amongArbitrary

Degrees

State of Polarizations

Duan

Xi Lixial· 2

Zhang Xiaoguan91· 2

Gaoyanl· 2

Institute

Communications and

Posts and Telecommunications，

University of

Optical

Optoelectronies。BeUing

00876。China

Bering

Communications and

Optical

Education。

Lightwave Technologies．Ministry of

Key Laboratory

100876。China

BeUing

for

devices

important

states of

Abstract

controlled

controllers(PC)are

Automatically

the

polarization

treating

in fibers，which are the essential

in an automatic

polarization(SOP)of

mode

signals

integral parts

compensator

to show

examples

optical

of commercial available PCs are taken as

for

polarization

dispersion(PMD)．Two types

at least three instead

and

that

for the reset· free

it is

necessary

theoretically

of two

experimentally

except

problem

adjust

the entire Poincar6

sphere．

transform

state into

other state

covering

three of freedom instead of tWOin each

degrees

in order to

any input

any

waveplates

at least

Therefore we can achieve

PMD

compensation

complete

using

PMD_{compensator．}

words

stage

of freedom

polarization(SOP)；degree

Key

controller；state

optical communications：polarization

文以两类商用偏振控制器理论分析并实验验证，需

要三个自由度而不是两个，才能完成覆盖整个庞加

莱球的偏振态变换。因此对于PMD补偿器中每一

单元中的偏振控制器，也需要三个自由度的控制，才

能完成PMD的补偿。

引

言

偏振控制器(PC)是光纤通信系统中的重要器

件。特别是电控偏振控制器是偏振模色散(PMI))补

偿器中不可缺少的重要器件。M．Karsson教授

等[1 3提出对于PMD补偿器中的每一单元中的偏振

控制器，只要控制其中的两个波片(即两个自由度控

制)，就可以完成PMD补偿，即利用偏振控制器做

偏振态的变换，只要调整两个自由度，就可以使任意

偏振状态变换到庞加莱球(Poincar6 sphere)其他任

意偏振状态。这一结论随后被人广泛引用[2叫1。本

2偏振控制器理论

目前商用偏振控制器大致分为两类．如图1所

示。一类偏振控制器由一组2／4波片，2／2波片，2／4

波片级联而成，或等效的三个波片级联，如图1(a)所

收稿日期：2008—08—08：收到修改稿日期：2008—10—26

基金项目：国家863计划(2009AA012224)和北京Ifi教育委员会共建项目(XKl00130737)资助课题。

作者简介：张晓光(1961一)，男，教授．博士生导师，主要从事高速光纤通信方面的研究。E· mail：．edu．CI'l

万方数据

光

学

报

29卷

1174

控制挤压光纤，产生不同的双折射，从而改变相位差。

它们可以归为取向固定、相位差可调的偏振控制器。

以图1(b)所示的光纤挤压型偏振控制器为例，其变

换矩阵可以用1’(0。，庐。)，T(45。，庐：)与T(0。，丸)与

T(0。，庐。)表示，其中2A，2屯，2九，2九分别为可调谐

的相位差。

示，它们可以归为相位差固定，波片角度可调型的波

片，其变换矩阵可以用R(0。，7【／2)，R(0z，7c)和

R(Os，7【／2)表示，其中0。，0：，岛分别为可调谐的角

度。另一类偏振控制器由一系列取向固定、相位差

可调的波片级联而成。有些偏振控制器波片由电光

晶体的电光效应外加电压调整相位差，有些由电压

图1两类不同的偏振控制器。(a)相位固定一角度可调偏振控制器；(b)方位固定一相位町调偏振控制器

Two_typesof

and

PC}

angle-adjustable

Fig．1

polarization controllers(PC)．(a)waveplate“xed

and _{retardation-adjustable}PC

(b)angle-fixed

2．1 利用相位固定一角度可调的偏振控制器进行偏振态变换的理论

以a／4波片，A／2波片，A／4波片级联的相位固定一角度町调的偏振控制器为例，在实验坐标系中。A／2波

片与2／4波片对应的琼斯矩阵分别为一j

—

口

巩

1●●●J

—．．．．．．．．．．L

1●●j

—．．．．．．．．．．．．．L

一

∞幽n

∞

{宝m

^．m幽o

o巩

巩巩

良幽

exp(一J号)

一

．I

exp(j{)

厂COS氏

sin吼]

(2)

广●●●●_-

∞m

1●●J

L—sin氏 COS氏-J

吣氏

exp(一J手)

式中巩与成分别为A／2波片与2／4波片的方位角。

如果只使用两个自由度，即只有A／4波片，；t／2波片级联，则总的变换矩阵为

(3)

T(01,92)=、／2'2Lr--一C。OinS((22巩01一--22岛02))一+jjc。oins22岛0z—scin。(。2(02,口。--一2022曰)：)--一jsjicn。。202z口：]，

斯托克斯空间里相应的米勒矩阵为阳J

20l cos(201—402)一sin 20l cos(20l一402)

sin(20l一402)]

I-cos

COS 20l sin(20l一4良) 一sin20l sin(201—4吼)

(4)

M(矾，02)=l

一cos(201—4岛)I．

【-

sin

c。s

2岛

2口。

如果输入偏振态为圆偏振态，其斯托克斯矢量为[o，0，± 1]‘。经过两自由度偏振控制器变换，得到输出

偏振态为l-sin(20，一4岛)，千cos(20。一40：)，o]。，它们位于庞加莱球的赤道上，形成一个环。图2为这一变换过

程示意图：右圆偏振光位于北极A点，经过方位角矾的A／4波片，绕着位于S-一Sz平面的2口．轴沿球面旋转

1／4圆弧(7【／2)到赤道上的B点，然后经过方位角口。的a／2波片，绕着位于S，一S：平面的2口：轴沿球面旋转

1／2圆弧(兀)到赤道上的C点。因此无论如何调整0。与兜角，输出偏振态只能始终在赤道上，形成一个环，而

不能覆盖整个庞加莱球。

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