偏振控制器完成任意偏振态变化的最小自由度研究
一种偏振控制器及其应用[发明专利]
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专利名称：一种偏振控制器及其应用专利类型：发明专利
发明人：杨昌喜,张阳,李世光
申请号：CN200510011471.3
申请日：20050325
公开号：CN1677171A
公开日：
20051005
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种偏振控制器及其应用，属于光纤通信领域。
为了实现光纤通信系统接收端、解复用端及偏振模色散补偿器件中的偏振控制，并同时实现偏振模色散随机特性相关研究实验中的偏振态随机扰动功能，本发明公开了一种偏振控制器，包括光学部分以及由计算机和驱动电路组成的电控部分，光学部分是由三个磁光晶体制作的法拉第旋转器和两个四分之一波片沿光路方向相间级联而成的，所述的两个四分之一波片固定放置，所述的三个法拉第旋转器通过所述电控部分进行控制，电控旋转角度范围分别为±45°、±90°、±45°，以实现任意确定输入偏振态到任意确定输出偏振态的转换。
本发明结构简单、控制精确、成本低廉、易于系统集成。
申请人：清华大学
地址：100084 北京市100084-82信箱
国籍：CN
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4.7 偏振控制器
C点
E 2
cos2 " sin 2 "
sin 2 " -cos2 "
a b
＝
a a
cos2 "＋b sin 2 " sin 2 "b cos2 "
倾角＝a
rc
ta
naacsions22
"b cos "＋b sin
2 " 2 "
Copyright Wang Yan
在 XOY中，椭圆偏振光的方位角为＝0为正椭圆
写成矩阵为 [Ein]
a jb
在XOY中
2.将1／4波片的快轴转到X方向
J1/4
10 0 －j
B点
E1＝J1／4 Ein ＝10
0 －j
a b
ba
Copyright Wang Yan
3
r2
0.25k 0n ( P11 P12)( a ) (1 )
＝0.273n3r 2
R2 0
Optical fiber communications
1-6 2020/1/1
Wang Yan
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications
Optical fiber communications
1-5 2020/1/1
根据假定的值可求出所要求的／2波片快轴的方位角“
二.光纤型偏振器
对单模光纤偏振控制器，两波片皆用光纤线圈做成。两光纤线 圈FC1和FC2串接，FC1相当于／2相位延迟器，FC2相当于相位延 迟器，他们可以绕轴转动。光纤延迟器是应用弯曲光纤形成的弹光 效应所产生的县双折射构成半径为r的单模光纤绕成曲率半径为R的 光纤线圈，其双折射率为
偏振现象的观测与研究
偏振现象的观测与研究偏振现象是光波传播过程中的一个重要特性，它是指光波中电场方向的定向性和振动方向的确定性。
偏振现象的观测与研究对于理解光的本质、光的相互作用以及光在各种介质中的传播规律具有重要意义。
下面将从近代光学的发展、偏振现象的观测方法、偏振现象的研究内容三个方面对偏振现象的观测与研究进行详细讨论。
近代光学的发展对偏振现象的观测与研究提供了重要的基础。
19世纪末20世纪初，人们对光波本质的研究取得了重大突破，提出了电磁理论和光的波动性相关的理论。
光的波动性理论解释了光的干涉、衍射等现象，也为偏振现象的观测与研究提供了物理基础。
马克斯韦尔提出的电磁理论揭示了光波的电磁性质，提供了解释偏振现象的理论依据。
偏振现象的观测方法主要包括偏振镜、偏光片、双折射现象的观测以及干涉现象的观测等。
偏振镜是最基本的偏振现象观测仪器，它通过在光波传播过程中选择性地吸收或透射电场振动方向来实现对光的偏振状态的观测。
偏振板也是一个常用的偏振现象观测工具，它具有选择性吸收或透射特定方向光波的功能。
双折射现象是指光在非各向同性晶体中传播时发生的折射率不同的现象，它是偏振现象的重要表现形式之一、通过观察双折射现象，可以直接观测到光波的偏振性质。
干涉现象是指两束或多束相干光波叠加后产生的干涉条纹。
通过观测干涉现象，可以推断出光的偏振状态。
偏振现象的研究内容主要包括偏振光的性质、光的偏振变化以及光的偏振传播等方面。
偏振光的性质研究主要包括偏振光的振动方向、偏振光的强度、偏振光的偏振态等。
偏振光的振动方向是指光的电场方向，通常使用偏振片或偏光镜等偏振现象观测工具来确定。
偏振光的强度是指光的能量或光强在偏振方向上的分布情况。
偏振光的偏振态是指光在空间中的偏振分布状态，可以根据偏振分布函数来描述。
光的偏振变化研究主要包括光的偏振转换、偏振的旋转等。
光的偏振转换是指光在传播过程中由一个偏振状态转变为另一个偏振状态。
例如，当光波从空气垂直射向水平方向的介质时会发生偏振转换。
光无源器件概述
光纤耦合器的技术参数
(6) 工作波长范围
工作波长范围是指无源器件能够按照规定的性能要求下 工作的波长范围(λmin到λmax)。
20
2×2光纤耦合器内的光功率分布
P2 P0 sin 2 z 是耦合系数
P1 P0 P2 P0 1 sin2 z
p0 cos2 z
光功率分配的百分比
光纤隔离器示意图
32
光环形器
光环形器是由多个光隔离器单元组合而成的、控制 光束传播方向的无源器件。
三端口光环形器
四端口光环形器
光纤环形器示意图
箭头方向代表了允许光传输的方向。
33
2
光发射机1
1 3
2 3 光发射机2 1
光接收机1
光接收机2
光环行器用于双向传输系统
34
光衰减器
光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中， 是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分 为固定衰减器和可变衰减器。
7
光纤连接器示意图
光纤
套管
插针 粘结剂
精密套管结构连接器简图
8
光纤连接器特性
评价一个连接器的主要指标有4个，即插入损耗、回波损耗、 重复性和互换性。
(1) 插入损耗 插入损耗是指由于增加光无源器件而产生的附 加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比，
通常用dB表示，即
10 lg Pi (dB)
Po
其中Pi为发送进输入端口的光功率；Po为从输出端口接收到 的光功率。
9
光纤连接器特性
(2) 回波损耗 回波损耗又称为后向反射损耗。它是指光纤连 接处，后向反射光对输入光的比率的分贝数，表达式为：
光纤偏振控制器的原理
光纤偏振控制器的原理
光纤偏振控制器是一种光学器件，通过调节光纤中的偏振状态来控制
光信号的传输和调制。
它是光纤光学网络中必不可少的一部分，在光
通信、光传感、光调制等领域有着广泛的应用。
光纤偏振控制器的原理主要是基于光在光纤中传输的偏振现象和波导
的作用。
在光纤中，光的偏振状态可以分为两种，即水平和竖直偏振。
而波导则可以将光分为两个不同方向的偏振光。
因此，通过波导的调控，可以控制光的偏振状态。
光纤偏振控制器一般包含一个波导和一个电极。
当电极中施加电场时，波导的折射率会发生变化，从而使得光沿着波导的传播速度和方向发
生变化。
这样就可以实现对光的偏振状态的控制，包括将水平偏振光
转换为竖直偏振光，将竖直偏振光转换为水平偏振光，以及将任意偏
振光转换为特定的偏振光等。
值得注意的是，光纤偏振控制器的工作原理与波长有关，因为电极施
加的电场对不同波长的光的折射率变化不同，因此波导的调控效果也
会不同。
总之，光纤偏振控制器是一种重要的光学器件，它通过调节光纤中的偏振状态来实现对光信号的传输和调制。
其原理基于光在光纤中传输的偏振现象和波导的作用，利用波导的调控能力来实现对光的偏振状态的控制。
这种技术在光通信、光传感、光调制等领域有着广泛的应用前景。
量子比特的偏振与偏振控制技术(一)
量子比特的偏振与偏振控制技术量子比特是构成量子计算的基本单位，而偏振则是其中重要的性质之一。
在量子计算领域中，研究者们一直致力于利用偏振控制技术来优化量子比特的性能和稳定性。
本文将从量子比特的偏振原理及其应用、偏振控制技术的基本原理、当前的研究进展以及未来的挑战等方面进行论述。
一、量子比特的偏振原理及其应用量子比特的偏振是指在基态和激发态之间的比特态之间，存在一种特定的描述其状态的性质。
常见的量子比特偏振包括线性偏振、圆偏振和椭圆偏振等。
通过调控量子比特的偏振状态，可以实现量子信息的存储、传输和处理等功能。
例如，利用量子比特的偏振状态，可以实现量子密码学中的量子密钥分发、量子隐形传态等应用。
二、偏振控制技术的基本原理偏振控制技术是通过对量子比特的偏振状态进行调控和操作，实现量子信息的处理和传输。
其中最常用的偏振控制技术包括偏振旋转和偏振保真等。
偏振旋转技术是指通过引入外部磁场或光场等手段，改变量子比特的偏振状态，从而实现信息的转移和储存。
偏振保真技术的目标是尽可能地保持量子比特的偏振状态，避免偏振信息的退化和损失。
三、当前的研究进展当前，量子比特的偏振与偏振控制技术已经成为量子计算和量子通信等领域的研究热点。
许多研究机构和科研团队纷纷投入到偏振控制技术的研究中，取得了一系列重要成果。
例如，研究人员通过利用光学和电磁场等手段，成功实现了对量子比特偏振状态的高精度调控和读取，进一步推动了量子计算和量子通信的发展。
四、未来的挑战尽管在偏振控制技术方面已经取得了一定的突破，但仍然存在着许多挑战。
首先，对于量子比特的偏振状态的保真度和稳定性仍然需要进一步提升，以应对量子计算和通信中的实际需求。
其次，量子比特的偏振控制技术需要更加高效和可靠地实现，以提高量子系统的工作效率和可操作性。
此外，还需要进一步探索量子比特的偏振与其他量子属性之间的关联，以实现更多样化和高级的量子信息处理。
综上所述，量子比特的偏振与偏振控制技术是量子计算和通信领域的重要研究方向。
偏振控制器
偏振控制器对于光纤环形偏振控制器，22R r N m παλ=⋅定量地表示所设计光纤圈与光纤结构参数的关系。
上式中，()()311120.251n P P v α=-+， 对二氧化硅作纤芯和包层的单模光纤，0.133α= 对应等效4λ波片m=4，取N=2；等2λ波片m=2，取N=4，这样两者具有相同的弯曲半径。
将光纤中传输的波长 1.55m λμ=，普通单模光纤包层直径2125r m μ=代入，算得16.85R mm =。
将光纤按严格的工艺缠绕在直径为33.7mm 的鼓轮周向槽中，每个光纤圈即可等效为光学波片的作用。
电缆桥架的革命——谈综合布线工程中开放式桥架的运用随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高 WDM 系统中单信道的传输速率，以满足人们对通信带宽的需求。
目前，单波长传输速率为 10Gb/s 的 WDM 系统正在建设使用中，而传输速率为 40Gb/s 的 WDM 系统也已经进入了人们的视野。
在传输速率提高的同时，通信系统对光纤中的偏振模色散（ PMD ）、电光调制器中的偏振相关调制（ PDM ），以及光放大器中的偏振相关增益（ PDG ）等一系列由偏振引起的损害也越来越敏感 1 。
这些损害主要是由光纤本身的缺陷造成的，在理想化的光纤中，传输光的偏振态（ SOP ）不会发生变化，这些由偏振效应引起的损害也很容易消除。
而在实际使用的标准通信光纤中，传输光的偏振态是沿光纤不断变化的（一般来说，普通光纤的输出光为椭圆偏振光，椭圆度不断变化，主轴相对于参考方向成任意角度），产生这种变化的原因是光纤中由热应力、机械应力以及纤芯的不规则性等因素引起的不规则双折射。
更糟糕的是，光纤中的双折射效应是随温度、压力、应力以及其它环境因素不断变化的，这就大大增加了偏振相关损害的不可预知性。
由于偏振相关损害是随时间变化的，消除他们的方法必须是动态的、可适应随机变化的。
动态偏振控制用于 PMD 补偿的动态偏振控制器是克服这些损害的最重要的器件，它能够将任意给定的偏振态转变为任何希望得到的偏振态。
量子比特的偏振与偏振控制技术(三)
量子比特的偏振与偏振控制技术在当代科学技术发展的浪潮中，量子计算被认为是未来计算科学领域的重要突破口。
作为量子计算的基本单位，量子比特的偏振与偏振控制技术成为了研究的热点。
本文将从量子比特偏振原理、偏振控制技术以及其应用前景三个方面展开阐述。
一、量子比特偏振原理量子比特的偏振指的是通过控制光子在某个特定方向上的振动方向来实现信息的存储与传输。
在偏振过程中，光子的振动可以有不同的方向，例如纵向、横向或对角线方向等。
为了更好地描述量子比特的偏振，通常使用一个二元数字表示，即|0⟩和|1⟩。
其中，|0⟩代表纵向偏振，而|1⟩则代表横向偏振。
量子比特的偏振原理是通过光学器件实现的，其中最常用的器件是偏振分束器和波片。
偏振分束器可以将光子按照不同的偏振方向进行分离或合并，而波片则可以通过旋转光子的偏振方向来实现偏振的控制。
二、偏振控制技术对量子比特的偏振进行控制是量子计算中至关重要的一环。
通过控制量子比特的偏振状态，可以实现量子门操作，进而进行量子计算。
目前，主流的偏振控制技术主要包括偏振介质、波片和双折射晶体。
偏振介质可以改变光子通过时的偏振状态。
其中，最常用的偏振介质是偏振棱镜，它能将不同偏振状态的光子按照不同的角度偏折。
利用这一原理，可以实现对量子比特的控制。
同时，波片也是实现偏振控制的关键器件，通过不同材料制备的波片可以实现光子偏振方向的旋转。
最后，双折射晶体是一种特殊的晶体材料，能够使经过其的光子光速和相位发生变化。
通过合理设计双折射晶体的几何结构，可以实现对量子比特的精确控制。
三、偏振控制技术的应用前景在量子计算领域，偏振控制技术有着广泛的应用前景。
首先，量子比特的偏振控制可以实现量子纠缠，作为量子计算的基础原理之一，量子纠缠可以用于实现量子通信、量子密钥分发等重要技术。
其次，偏振控制技术可以用于实现量子门操作，进而实现量子算法。
通过精确控制量子比特的偏振状态，可以实现对量子态的操作和控制，为量子计算机的发展提供了重要的技术支持。
光的偏振实验原理及其应用
光的偏振实验原理及其应用1. 引言光的偏振是光波传播中涉及的一个重要概念，它描述了光波中电场矢量的方向振动情况。
光的偏振性质在现代光学和光通信等领域都有广泛的应用。
本文将介绍光的偏振实验的基本原理以及其在科学研究和技术应用中的重要性。
2. 光的偏振实验原理在进行光的偏振实验时，我们通常使用偏振器来控制光的偏振状态。
偏振器是一种用于选择性地使特定振动方向的光通过的光学元件。
最常见的偏振器包括偏振片和偏振棱镜。
2.1 偏振片偏振片是一种将自然光转化为偏振光的光学元件。
它由长轴与光的振动方向平行的聚合物分子或金属纳米颗粒组成。
当自然光经过偏振片时，只有与偏振片振动方向平行的光能够透过，而与振动方向垂直的光将被吸收或反射。
2.2 偏振棱镜偏振棱镜是一种利用棱镜的折射和反射原理来实现偏振的光学元件。
它由两个或多个具有不同折射率和反射率的介质构成。
通过适当设计表面形状和介质层次结构，偏振棱镜能够将自然光中的某个偏振方向透射，并将其余的光反射或吸收。
3. 光的偏振实验应用光的偏振实验在科学研究和技术应用中具有重要意义，以下列举了一些常见的应用。
3.1 光学仪器光的偏振实验被广泛应用于光学仪器中，例如偏振显微镜和偏振滤光器。
偏振显微镜能够通过观察样品对偏振光的旋转、吸收或发射来揭示材料的结构和性质。
偏振滤光器则可以用于调节光的偏振状态，实现光信号的调制和解调。
3.2 光通信在光通信中，光的偏振被用作一种编码方式。
通过在不同偏振方向上发送光信号，可以实现更高的数据传输速率和带宽。
此外，偏振保持光纤也被用于减少光信号的偏振衰减，提高传输质量。
3.3 光电显示光电显示技术中，液晶显示屏和有机发光二极管（OLED）屏幕利用偏振器调节和控制光的偏振状态来实现图像的显示。
这种技术能够提供更高的对比度和更广的可视角度，使图像显示更加清晰和鲜明。
3.4 光学薄膜涂层光学薄膜涂层是一种用于增强或调节光的偏振特性的技术。
通过在光学元件表面涂覆特定厚度和折射率的薄膜，可以实现对光的偏振特性的精确控制。
光信息专业实验报告：WDM光波分复用器 (8)
光信息专业实验报告：WDM光波分复用器（实验报告）实验目的：1：了解WDM光波分复用器的工作原理。
2：认识WDM光波分复用器的基本参数的实际意义，分别测量合波与分波功能，学会测量插入损耗，隔离度和偏振相关损耗。
3：分析测量误差的来源。
实验仪器：袖珍光源（1310nm）及OSS-155C稳定化光源（1550nm）、WDM、光功率计、适配器、偏振控制器、镜头纸。
实验原理图：本实验中的WDM为双波分复用器，即上图中的n等于2。
实验原理：1、WDM的基本原理WDM光波分复用器是使两个或两个以上波长的光信号在同一根光纤中进行传输的无源器件，一般应有分波器和合波器分置于光纤的两端。
WDM 技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根据每一信道光波的频率(或波长) 不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器) 将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。
在接收端,再由一波分复用器(分波器) 将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。
由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时) ,从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
双向传输的问题也很容易解决,只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。
根据波分复用器的不同,可以复用的波长数也不同,从两个至几十个不等，如图1所示。
2、WDM的制作原理按WDM 器件的不同制作方法,可将其分为熔融拉锥全光纤型、干涉膜滤光型、光纤光栅型和波导阵列光栅型等。
本实验所用的WDM波分复用器是熔融拉锥全光纤型，下面为其制作原理：熔融拉锥法是将两根(或两根以上) 除去涂覆层的光纤以一定的方法靠拢, 在高温加热下熔融, 同时两侧拉伸, 最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构, 是实现传输光功率耦合的一种方法。
采有熔融拉锥法实现传输光功率耦合的耦合系数与波长有关,因此, 在耦合过程中, 耦合系统对波长是敏感的, 利用这一特性可以制作WDM 器件。
实验十一偏振现象观察与分析研究
实验十一偏振现象地观察与分析光波是电磁波，其电矢量地振动方向垂直于传播方向，是横波．由于普通光源各原子分子发光地随机和无序性，光波电矢量地分布（方向和大小）对传播方向来说是对称地，反应不出横波特点，这种光称为自然光．如果限制了某振动方向地光而使光线地电矢量分布对其传播方向不再对称时，这种光称为偏振光．对于偏振现象地研究在光学发展史中有很重要地地位，光地偏振使人们对光地传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了更透彻地认识，本实验将对光偏振地基本性质进行观察、分析和研究．1.观察光地偏振现象，掌握产生和检验偏振光地原理和方法，学会确定偏振片地透振方向，验证马吕斯定律；2．用反射起偏法测量平面玻璃地布儒斯特角，求得玻璃地折射率；3．了解λ/4波片、λ/2 波片地工作原理和作用（任选其中部分内容）；光具座，He—Ne激光器，光点检流计，光电转换装置，GPS-Ⅱ型偏振光实验仪（包括偏振片× 2，λ/4 波片× 2，λ/2 波片× 2，背面涂黑地玻璃片及刻度支架，小孔光阑，白屏）．b5E2RGbCAP图1实验仪器（重拍）偏振片及刻度旋转装置：由直径为2cm 地偏振片固定在转盘上制成，转盘上指针地位置不一定是偏振片地透振方向．p1EanqFDPw波片及刻度旋转装置：由直径为2cm地波片固定在转盘上制成，转盘上指针地位置不一定是波片地快轴或慢轴地位置．DXDiTa9E3d从自然光获得偏振光地办法有3 种，即利用二向色性地材料制作地偏振片；利用晶体地双折射性质做成地偏振棱镜；利用光学各向同性地两介质分界面上地反射和折射．本实验中所用地偏振片是利用二向色性地材料制作地．RTCrpUDGiT一、起偏、检偏与马吕斯定律将自然光变成偏振光地过程称为起偏，检查偏振光地装置称为检偏．按照马吕斯定律，强度为I 0地线偏振光通过检偏器后，透射光地强度为：5PCzVD7HxAI I0 cos2（12-1 ）式中I 0 为入射线偏光地光强，为入射光偏振方向与检偏器透振轴之间地夹角．显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当=00时，透射光强度最大；当=90 0时，透射光强度最小（消光状态）；当00< <900 时，透射光强度介于最大值和最小之间．因此，根据透射光强度变化地情况，可以区别光地不同偏振状态．jLBHrnAILg 实验中让入射光共轴依次通过两个偏振片，旋转检偏器，读出不同角下出射光地强度，验证马吕斯定律．二、布儒斯特定律和反射光地偏振当自然光在空气中以某角度入射至折射率为n地透明介质表面时，若反射线与折射线垂直，则其反射光为完全地线偏振光，振动方向垂直于入射面；而透射光为部分偏振光．此规律称为布儒斯特定律，入射角称为布儒斯特角，如图11-2所示．xHAQX74J0X i b arctgn （12-2 ）实验中可通过用振动方向垂直于入射面地线偏光入射，再用检偏器检查反射光是否消光来确定布儒斯特角，求出玻璃材料地折射率n. LDAYtRyKfE图 11-2 布儒斯特定律示意图三、λ/4 波片与λ/2 波片波片是从单轴晶体中切割下来地平行平面板，其表面平行于光轴．当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o光与e光．o光电矢量垂直于光轴；e 光电矢量平行于光轴．而o 光和e 光地传播方向不变，仍都与表面垂直．但o 光在晶体内地速度为 v0，e 光地为 v e ，即相应地折射率 n0、n e 不同．设晶片地厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差Zzz6ZB2Ltk2 n o n e r （12-3 ）n0 n e l （12-4 ）式中λ为光波在真空中地波长． 2k 地晶片，称为全波片； 2k 地称为半波片（λ/2 波片）； 2k 2为λ/4 片，上面地k 都是任意整数．不论全波片，半波片或λ /4 片都是对一定波长而言．dvzfvkwMI1在直角坐标系下，以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴，则沿任意方向振动地平行光，正入射到波片地表面后，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量．透过晶片，二者间产生一附加位相差σ，离开晶片时合成光波地偏振性质，决定于σ及入射光地性质．rqyn14ZNXI1.偏振态不变地情形：（1）自然光通过任何波片，仍为自然光；（2）若入射光为线偏振光，其电矢量E平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都不起作用，出射光仍为原来地线偏振光．EmxvxOtOco2.λ/2 波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成角，则经λ/2 玻片出射地光仍为线偏振光，但与光轴成负角．即线偏振光经λ /2 片电矢量振动方向转过了2 角．SixE2yXPq5（2）若入射光为椭圆偏振光，则经λ/2 玻片后，既改变椭圆长（短）轴地取向，也改变椭圆地旋转方向；若入射光为圆偏振光，出射地只是改变了旋转方向地圆偏振光．6ewMyirQFL3.λ /4 波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，当角为45 时，经λ/4 波片后地出射光为圆偏振光，其余情况下为椭圆偏振光；（2）若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光；（3）若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光， 11-3 ）．·实验内容与步骤 1．定偏振片光轴：把两个偏振片插入光具座，接入光电转换装置及光点检流计， 调至共轴．旋转第二个偏振片，使光屏显示消光，此即表示起偏器地透振轴与检偏器 地透振轴相互垂直．再从 =00开始到 900 每隔 100读一个光电流值，用坐标纸作图验 证（ 12-1 ）式马吕斯定律． kavU42VRUs2．测量玻璃板地布儒斯特角，求得玻璃地折射率：在上述 1 地基础上，撤掉检偏器，将装有底座地待测玻璃片插入光具座，共轴调 节后，使玻璃板地法线方向与入射光线重合，记录指针地位置．旋转玻璃片所在地平 面，用白板跟踪接收反射光．当入射角在某个特定角附近，仔细旋转起偏器，观察接 收屏上光强变化，当光强最小时固定起偏器，再微旋玻璃片地方位，找到光强最弱位 置；重复上述调整至消光， 此时读出光线对玻璃片地入射角即为玻璃板地布儒斯特角； 测量 5 次，根据（ 12-2）式计算玻璃地折射率．且与标称值作比较，计算标准偏 差． y6v3ALoS89 3．考察平面偏振光通过 λ/2、λ/4 波片时地现象：（选做） （1）在两块偏振片之间插入 λ/2 波片，旋转检偏器一周，观察消光地次数并解释 这现象．（2）将 λ /2 波片转任意角度，这时消光现象被破坏．把检偏器转动一周，观察 发生地现象并作出解释．（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时） ，插入λ /2 波片，使消 光，再将转 150，破坏其消光．转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动地角度． M2ub6vSTnP（4）继续将 λ/2 波片转 150（即总转动角为 30 度），记录检偏器达到消详见利萨如图图 11-3 同频率、振动方向垂直地两振动合成地利萨如图光所转总角度．依次使λ/2 波片总转角为450，600，750，900，分别记录检偏器消光时所转过地角度．0YujCfmUCw（5）使起偏器和检偏器正交，中间插入λ/4 波片，转动λ/4 波片使消光．再将λ /4 波片转动150，300，450，600，读出相应地光电流，并分析这时从λ/4 波片出来光地偏振状态．eUts8ZQVRd1.马吕斯定律地验证2.布儒斯特角度地测定3.平面偏振光通过λ/2波片时地现象4.平面偏振光通过λ/4波片时地现象1．仔细阅读偏振光实验指导及操作说明书，操作中注意首先做“消除暗电流记录” 地测试前准备；每步实验前在光具座上用小孔屏调整光路共轴；sQsAEJkW5T 2．检测光电流时必须确认表针基本停稳后才可以读数（或指针波动大时估读中间值）偏振光最普遍地来源之一是自然光经电介质表面反射这个无所不在地物理过程．人类生活中来自玻璃、水面等所有表面地反射光和散射光，一般都是部分偏振光．这个规律是马吕斯在1808 年开始研究地．巴黎科学院悬赏征求双折射地数学理论，马吕斯就着手研究这个问题．一天傍晚，他站在家中地窗户旁边研究方解石晶体．当时夕阳西照，夕阳从离他家不远地卢森堡宫地窗户上反射到他这里来．他拿起了方解石晶体，通过它观察反射来地太阳地像．使他感到意外地是当转动方解石晶体时，双像中地一个像消失了．太阳下山之后，夜里他继续观察从水面上和玻璃面上反射回来地烛光来核实他地实验．用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP≈56°时消光效果最显著．但在近掠入射时，两个像都很明亮，无论怎样转动晶体，哪个像都不会消失．马吕斯显然很幸运，站在对着宫殿窗户地一个恰当地角度上．致使他发现了偏振光地规律．GMsIasNXkA 普通非晶体材料受到应力时变成各向异性，有双折射．用偏振光地干涉条纹分布地疏密和走向来确定材料地内应力大小．电光开关是指电场使某些各向透明地介质变为各向异性，使光产生双折射，称kerr effect，用电信号控制光信号．光电偏振研究在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件、晶体性质研究和实验应力分析等技术中有广泛地应用．TIrRGchYzg中学物理课标对偏振及相关内容地要求是：1.通过实验认识光地干涉、衍射、偏振现象以及在生活、生产中地应用；2.用偏振片观察玻璃面反射光、天空散射光地偏振现象；3.用偏振片鉴别普通玻璃和天然水晶，探究这种技术地物理原理．本实验地构思亮点：因为不加布儒斯特窗地半导体激光器发出地光其振动方向与自然光相似，细光束地传播方向集中，使实验操作极大简化，物理思路更加清晰；光具座上可供选择地内容开放，可增加学生地动手动脑兴趣．（零点测量法）7EqZcWLZNX操作难点：微电流读数受环境和仪器地影响因素较多，难以准确读数，偏振元件旋转角度最小分度1°，组装粗糙，影响了测量精度．lzq7IGf02E1. 本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源地波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？zvpgeqJ1hk2.在确定起偏角时，若找不到全消光地位置，根据实验条件分析原因．3.三块外形相同地偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么元件？若能，试写出分析步骤．NrpoJac3v14.在透振方向互相垂直地起偏和检偏两片偏振片中插入1/2 波片，使光轴和起偏器地透振方向平行，那么透过检偏器地光是亮还是暗？为什么？将检偏器旋转90度，透出地光亮暗是否变化？1nowfTG4KI5.波片加工精度和激光波长漂移会对1/4 波片产生地光程差带来误差．试根据波片对线偏振光产生地位相差和光程差公式，对波片厚度和激光波长作一个半定量地估计一般以1/2 波长为限．fjnFLDa5Zo6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？关注检流计地量程并做适当调节．按要求处理实验数据，完成实验报告．tfnNhnE6e57.本实验还有哪些操作难点？针对操作难点，摸索并掌握正确地调节地方法．尝试设计实验，探究圆偏振光、椭圆偏振光地产生和检验方法，并完成实验．版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理 . 版权为个人所有This article includes somep arts, including text, pictures, anddesign. 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偏振控制器
对于光纤环形偏振控制器，22R r N m παλ=⋅定量地表示所设计光纤圈与光纤结构参数的关系。
上式中，()()311120.251n P P v α=-+， 对二氧化硅作纤芯和包层的单模光纤，0.133α= 对应等效4λ波片m=4，取N=2；等2λ波片m=2，取N=4，这样两者具有相同的弯曲半径。
将光纤中传输的波长 1.55m λμ=，普通单模光纤包层直径2125r m μ=代入，算得16.85R mm =。
将光纤按严格的工艺缠绕在直径为33.7mm 的鼓轮周向槽中，每个光纤圈即可等效为光学波片的作用。
电缆桥架的革命——谈综合布线工程中开放式桥架的运用随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高 WDM 系统中单信道的传输速率，以满足人们对通信带宽的需求。
目前，单波长传输速率为 10Gb/s 的 WDM 系统正在建设使用中，而传输速率为 40Gb/s 的 WDM 系统也已经进入了人们的视野。
在传输速率提高的同时，通信系统对光纤中的偏振模色散（ PMD ）、电光调制器中的偏振相关调制（ PDM ），以及光放大器中的偏振相关增益（ PDG ）等一系列由偏振引起的损害也越来越敏感 1 。
这些损害主要是由光纤本身的缺陷造成的，在理想化的光纤中，传输光的偏振态（ SOP ）不会发生变化，这些由偏振效应引起的损害也很容易消除。
而在实际使用的标准通信光纤中，传输光的偏振态是沿光纤不断变化的（一般来说，普通光纤的输出光为椭圆偏振光，椭圆度不断变化，主轴相对于参考方向成任意角度），产生这种变化的原因是光纤中由热应力、机械应力以及纤芯的不规则性等因素引起的不规则双折射。
更糟糕的是，光纤中的双折射效应是随温度、压力、应力以及其它环境因素不断变化的，这就大大增加了偏振相关损害的不可预知性。
由于偏振相关损害是随时间变化的，消除他们的方法必须是动态的、可适应随机变化的。
动态偏振控制用于 PMD 补偿的动态偏振控制器是克服这些损害的最重要的器件，它能够将任意给定的偏振态转变为任何希望得到的偏振态。
光纤偏振控制器的工作原理
光纤偏振控制器的工作原理小伙伴们！今天咱们来聊一聊光纤偏振控制器这个超有趣的东西。
你知道光就像一个调皮的小精灵，它在光纤里跑的时候呢，还有偏振这么个特性。
这偏振啊，就好比光有自己独特的“姿势”。
而光纤偏振控制器呢，就像是一个超级厉害的指挥家，能让光按照它想要的偏振状态来“跳舞”。
还有一种是利用光纤的挤压或者弯曲来控制偏振的方法哦。
你看，光纤本来是好好地让光在里面传播的。
但是当我们轻轻地挤压它或者把它弯一下的时候，光的偏振状态就开始发生变化了。
这就像是你轻轻地推了一下正在走路的小光精灵，它就改变了自己走路的姿势呢。
不过这种挤压和弯曲可是很有讲究的，不能太用力啦，不然光可能就会受到不好的影响，就像你要是用力过猛推小朋友，小朋友可能就会摔倒一样。
从更微观的角度来说，光纤偏振控制器改变的是光的电场矢量的方向。
光的电场矢量就像是光的小尾巴，这个小尾巴的方向决定了光的偏振状态。
当光纤偏振控制器开始工作的时候，它就像一个巧手的工匠，精心地调整这个小尾巴的方向。
它通过那些巧妙的手段，比如波片的相位延迟，或者光纤的应力变化，来让这个电场矢量乖乖地按照我们想要的方向去。
在实际的应用中，光纤偏振控制器可太重要啦。
比如说在光纤通信里，我们希望光能够以特定的偏振状态来传输信号。
如果偏振状态乱了，就像你说话的时候突然声音变得乱七八糟一样，信号就会受到干扰。
而光纤偏振控制器就能保证光的偏振状态是正确的，这样我们就能顺畅地传输信息啦。
再比如说在一些光学传感器里，特定的偏振状态对于准确地探测一些物理量也是非常关键的。
光纤偏振控制器就像一个忠诚的小卫士，确保光的偏振状态是最适合探测的。
你看，光纤偏振控制器是不是超级有趣呀？它就像一个隐藏在光纤世界里的小魔法师，悄悄地改变着光的偏振状态，为我们的现代科技做出了巨大的贡献呢。
PDL
PDL测量的研究报告PDL测量不准问题曾引起公司一些工程师的关注，并作了一些探索，后由工程、车间、设备与QA部门的工程师组成了一个PDL组，对此问题进行了一段时间的研究。
本报告向公司领导及同行汇报对PDL测量研究取得的认识及结果，第一节介绍业界当前的PDL测量方法与测量仪器，第二节分析评价我们的PDL测量方法，第三节是对Isolator PDL的较精确测量及误差统计分析，第四节为结论与建议。
一、业界PDL测试方法与测量仪器概述偏振控制器是PDL测量中使用的关键器件，有两类偏振控制器，一类是完全由全光纤构成的全光纤型偏振控制器，用于改变输入光的偏振态；另一类是由波片构成（由起偏器、λ/4波片及λ/2波片组成）的波片型偏振控制器，用于产生偏振光。
根据所使用的偏振控制器类型可将PDL的测量方法分为两类：一类是基于全光纤型偏振控制器的扫描方法；另一类是基于波片型偏振控制器的Muller矩阵法。
下面介绍业界使用的偏振控制器及PDL测量仪器。
1、偏振控制器Agilent提供两类偏振控制器。
11896A为全光纤型偏振控制器，如图1中虚线部分所示，由四个圆盘组成，光纤缠绕于盘上，构成一λ/4波片。
图1基于全光纤型偏振控制器的PDL测量四个圆盘由步进电机带动随机转动，产生各种偏振态的光。
根据Agilent提供的资料，偏振光的Stokes矢量端点轨迹覆盖住整个邦加球需20秒，也就是说需20秒时间才能产生出各种偏振态的光，故基于这种偏振控制器的测量方法测量一次单波长PDL需20秒以上。
如果扫描时间不够，测量时有可能产生最大ILmax与最小ILmin的偏振态还未出现，测得值将不准确。
另外，由于这种偏振控制器实际上只改变输入光的偏振态，故要求光源LD的偏振度DOP达100%，否则也将存在测量误差。
以上是这种偏振控制器测量PDL时必须满足的两个条件。
8169A为波片型偏振控制器，由一起偏器P，λ/4波片，λ/2波片组成，如图2中虚线所示。
偏振控制及偏振测试基础知识
偏振控制及偏振测试基础知识1. 偏振态的表示方法2. 偏振态的控制方法3. 偏振态的测量方法4.偏振度（DOP）及其测量5. 偏振消光比（PER）及其测量6.偏振相关损耗（PDL）及其测量7. 偏振模色散（PMD）随着通信技术的飞速发展，电信运营商们正在不断地提高 WDM 系统中单信道的传输速率。
目前，单波长传输速率为 40Gb/s 的系统正在建设中，而传输速率更高的系统也已经进入了人们的视野，这对光纤中的偏振模色散（PMD），偏振相关调制（PDM），放大器的偏振相关增益（PDG）等均提出了更高的要求。
尤其是近两年，偏振复用、相干探测技术成为在现已铺设的光缆中实现更高速率传输的热点解决方案，赢得了业内人士的普遍关注。
另一方面，随着光纤传感技术的突破性进展，光纤传感系统在国民经济的各个领域中得到广泛应用。
作为解调相位、频移等传感信号的重要方法之一，相干探测成为分布式传感、角速度传感、声学传感、电流传感等传感领域的核心技术。
而控制偏振态，实现干涉信号的稳定输出，则是相干探测的关键部分。
因此，我们可以看到，无论是在通讯领域，还是在传感领域，光的偏振都是大家共同关注的问题。
下面我们简单介绍一下偏振的基本概念、偏振的控制方法及几个重要偏振特性的测量技术。
1. 偏振态的表示方法所谓光的偏振，是指在光的传播过程中其能量分布的偏向性。
光是一种横波，其能量分布是横向的，也就分布于传播方向的横截面上。
而能量在此平面上如何分布，则是偏振所要描述的问题了。
对于完全偏振光，能量在此平面内的分布是确定的，有固定的方向性。
而对于自然光，其能量分布是没有任何方向上的偏向的，是完全随机的。
我们日常见到的绝大部分光，则是介于这两个状态之间的，其能量的分布既有一定的随机性，也有一定的偏向性。
光是电磁波，其偏振状态可以用光的电矢量来描述。
根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
此外，由电矢量还可以派生出来其他几种表示方法，如偏振椭圆、Stokes参数、邦加球，另外还可以通过琼斯矩阵、米勒矩阵来表示一个偏振器件对偏振态的影响或改变。
电控晶体偏振控制器分析与研究
ｖ ｌ ｇ －ｏ ｔｏｌｄｃｙ ｔｌ Ｃ ａ ｄｔ ｅ ｕ ｕ ＯＰ ｉ ｇ ￣ ｎ ｏｔ ｅｃ ｎｒ ｌ ｒ ｓ ｎ ｔ ｔ ａ ｅ ａＰ ｈ ｏ ｐ Ｓ ｏ ｅ ． ｓ
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ： ｏｌｒｚ ｔｏ ｏ ｔｏ ｌｒ ｐｌｔ；ｓａｅｏｆ ｏｌｒ ｔｏ ； ｏｉ ａ ｅｓ ｈ ｒ ． ｙ ｒ ｓ Ｐ ａ ａｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ； ａ ｅ ｔ ｔ ｐ ａｉ ｉ ｎ ｐ ｎｃ ｒ ｐ ｅ ｅ ｉ ｅ ｚａ
维普资讯
第３ （ 期 总第 １ 期） ３
光 子 技 术
电控 晶体偏振控制器分析与研 究
张 岚 ，段 高燕 ， 张 晓 光 ，王 秋 国 ，杨 伯 君
（ 京 邮 电大 学理 学院 ，光通信 与 光波技 术教 育部重 点实验 室 ，北京 ，１０ ７ ） 北 ０ ８ ６ 摘 要 ：介 绍 电控 晶体 偏振控 制 器 （ Ｃ）的 内部结构 ，理论分 析 了电控 晶体 Ｐ对偏振 态的控 制作用 ，设 计并进 Ｐ ｃ
（ ｙＬ ｂ ｒ ｔｒ ｆ ｐ ｃ ｌ ｏ Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｔ ａ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎａ ｄＬ ｇ ｔ ｖ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｎｓ ｙｏ ｄ ｃ ｔ ｎ， ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ｎ ｅ ｏＯ ｉ Ｃ ｎｃ ｉ ｎ ｉｈｗａ ｅＴ ｃ ｎ ｌｇｅ Ｍｉｉ ｒ ｆ ｕ ａ ｏ Ｓ ｈ ｏ ｉ ｃ ， ａｏ ｓ ｔ Ｅ ｉ ｏＳ ｅ
确 的控制 电控 品体 Ｐ Ｃ。
２ 理 论 分 析
我们研 究的 电控 品体偏振控制 器 ，其 内部结构如 ｌ 所示 。它 由方位角分 别为 ０ 。、４ 。、－５ ｌ 。的四个 ５ ４。 ０
波片组成 。分别在 四个波片上加 电压控制其双折 射 的人 小，可 以改变入 射光波 的相位 筹 ，从而实现无 论光纤端 口处
电控偏振控制器分析与研究
ｐ ｌ ｒ ａ ｉｎ ｓａ ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｉｅ ｕ ｐ ｔ ｉ ｈ ｏ ａ ｚ ｔ ｎ ｓａ ｅ ｏ ａ ｚ ｔ ｔ ｔ ｎ ｏ ａ ｙ ｄ ｓｒ ｄ ｏ ｔ ｕ ｉ ｔ ｐ ｌ ｒ ａ ｉ ｔ ｔ ． ｉ ｏ ｇ ｉ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｌｒ ａｉｎ ｃ ｎｒｌ ｒ Ｊ ｎ ｓ ｍａｒ ； ｏａ ｚ ｔ ｎ ｓａｅ ｐ ｌｒ ａｉｎ ｓ ｌｔｒ ｐａｅ ｙ ｗ０ ｄ ：０ａｉ ｔ ｏ ｔｏｌ ；ｏ ｅ ｔ ｘ ｐ ｌｒ ａｉ ｔｔ ； ｏａ ｚ ｔ ｐ ｉｅ ； ｌｔ． ｚ ０ ｅ ｉ ｉ ｏ ｉ ｏ ｔ
件 。根 据偏 振 控 制 器 的材 料 和 结构 不 同可 以 分 为 因此 ， 必要 深 入研 究 这种 结构 的性 能 和特点 。 有
许 多 类 型 ，而 由多 波 片构 成 的 电光 晶体 材 料 的偏
电光材 料 在 偏 振 态 控制 的应 用 是 利用 该 材 料
振 控 制 器 ，由于 每一 个 波 片 的延 迟 量 严 格 受 电压 加上 一 定 电压 后 呈 现 的 晶体 双 折 射 特性 。双 折 射
控 制 ，控 制速 度 快 并 且 可 以将 任 意 输 入 光 的偏 振
０ 引 言
态变 换 为需 要 的输 出 偏 振态 ，因而 得 到 了广 泛 的
应用 ，尤其 在 高 速 光 纤 通信 中偏 振 模 式 色散 补 偿
偏 振控 制 器 是 改变 输 入 光偏 振 状 态 的重要 器 技 术 ［１ 全 光再 生技 术【 １和 ． ２ ３ Ｉ 中成 为关 键 的控 制 器件 。
《分布式光纤振动传感系统偏振衰落抑制方法研究》
《分布式光纤振动传感系统偏振衰落抑制方法研究》篇一一、引言随着现代信息技术的发展，分布式光纤振动传感系统在安全监控、地质勘探、环境监测等领域得到了广泛应用。
然而，偏振衰落现象是光纤传输中常见的问题之一，它会导致信号质量下降，从而影响系统的性能。
因此，研究分布式光纤振动传感系统中偏振衰落抑制方法具有重要意义。
本文将针对这一问题展开研究，并提出一种有效的偏振衰落抑制方法。
二、分布式光纤振动传感系统概述分布式光纤振动传感系统是一种基于光纤传输技术的振动监测系统，通过测量光纤中传输的光信号的相位变化来感知外界振动信息。
该系统具有长距离、高灵敏度、实时监测等优点，在许多领域得到广泛应用。
然而，偏振衰落现象是影响该系统性能的主要因素之一。
三、偏振衰落现象分析偏振衰落是指光纤中传输的光信号在传输过程中，由于光纤的弯曲、扭曲等因素导致光信号的偏振态发生变化，从而引起光信号的功率波动和相位变化。
这种变化会导致接收端信号质量下降，影响系统的性能。
偏振衰落现象在长距离、高弯曲半径的光纤传输中尤为明显。
四、偏振衰落抑制方法研究针对分布式光纤振动传感系统中偏振衰落问题，本文提出一种基于偏振控制技术的抑制方法。
该方法通过在光纤中引入适当的偏振控制器，对光信号的偏振态进行控制，从而降低偏振衰落的影响。
具体步骤如下：1. 光纤偏振态监测：在光纤传输过程中，通过安装偏振态监测装置，实时监测光信号的偏振态变化情况。
2. 偏振控制器设计：根据监测到的偏振态变化情况，设计合适的偏振控制器。
该控制器通过调整光纤中光的传播路径和相位差，实现对光信号偏振态的控制。
3. 偏振态调整：将偏振控制器与光纤传输系统相结合，对光信号的偏振态进行调整。
通过调整光信号的偏振态，使光信号在传输过程中受到的干扰最小化。
4. 信号处理与传输：经过偏振态调整后的光信号，经过光纤传输至接收端。
在接收端进行信号处理，提取出外界振动信息。
五、实验与结果分析为了验证本文提出的偏振衰落抑制方法的有效性，我们进行了实验测试。
一种实现偏振稳定的控制方法及系统[发明专利]
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专利名称：一种实现偏振稳定的控制方法及系统专利类型：发明专利
发明人：余宇,廖佳文,蔡宏隽,刘巍,杨常鸣,张新亮申请号：CN202011294682.3
申请日：20201118
公开号：CN112485930B
公开日：
20220215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种实现偏振稳定的控制方法及系统，属于光纤通信与光纤传感技术领域。
本发明通过快速定位算法将任意输入光偏振态经过偏振控制器后的输出光偏振态快速调整到邦加球上任意指定目标偏振态附近，再由随机梯度下降算法进一步稳定输出光偏振态至目标偏振态，以实现对任意偏振态稳定到任意设定的目标偏振态。
具体实现系统由输入输出端两个偏振分析仪和标定好的偏振控制器以及单片机等构成，输入偏振分析仪和标定好相位差与电压关系的偏振控制器用于快速定位，同时由输出偏振分析仪结合随机梯度下降算法最终稳定输出偏振态到设定值。
本发明的偏振稳定控制方法兼顾搜索速度和避免局部极值，实现快速稳定变化偏振态到任意指定目标偏振态。
申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
代理人：李智
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