一種可變相位延遲器的偏振激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種可變相位延遲器的偏振激光器，包括偏振激光光束產(chǎn)生單元、偏振態(tài)檢測單元和偏振態(tài)控制單元；偏振激光光束產(chǎn)生單元由同軸排列的激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、起偏片、液晶可變相位延遲器和分光棱鏡組成；激光器的波長為1550nm；液晶可變相位延遲器為具有旋光效應(yīng)的柔性光束相位延遲器件，在電場的作用下將入射的線偏振光分解成o光和e光兩個正交偏振分量，兩個正交偏振分量之間會產(chǎn)生相位延遲量，電場電壓信號V控制液晶可變相位延遲器的相位延遲量；分光棱鏡采用透射光與反射光分光比為95：5的分光棱鏡；采用閉環(huán)控制技術(shù)來實現(xiàn)偏振激光光束產(chǎn)生，解決了基于偏振調(diào)制的激光通信系統(tǒng)對激光光源的偏振態(tài)精確度和穩(wěn)定度要求苛刻這一問題。
【專利說明】一種可變相位延遲器的偏振激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型提供一種可變相位延遲器的偏振激光器，尤其涉及一種高精度偏振激 光光束產(chǎn)生方法，屬于激光產(chǎn)生【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于在空間激光通信系統(tǒng)中，激光信號在大氣信道中經(jīng)過較長距離的傳輸后光束 會受到大氣湍流及背景光噪聲等因素影響，使得傳統(tǒng)的采用00K調(diào)制方式的光通信系統(tǒng)通 信效率大大降低，極大地限制了自由空間光通信技術(shù)的推廣及應(yīng)用。為了有效提高空間 激光通信系統(tǒng)的可靠性，世界各國的研究者紛紛將目光轉(zhuǎn)向偏振光通信。偏振位移鍵控 (PolSK)是利用光的矢量特性，對光的偏振態(tài)進(jìn)行編碼調(diào)制，同時適用于二進(jìn)制和多電平的 傳輸。在大氣傳輸中，光信號的偏振態(tài)幾乎不受大氣擾動的影響。對于在大氣中傳播的激 光束來說，偏振態(tài)是其最穩(wěn)定的一個屬性。
[0003] 在基于偏振調(diào)制的激光通信系統(tǒng)中，高精度、高穩(wěn)定度偏振態(tài)的激光光源成為整 個系統(tǒng)的重中之重。所以研究高精度、高穩(wěn)定度的偏振激光光束產(chǎn)生方法成為亟需解決的 關(guān)鍵技術(shù)問題。目前國內(nèi)外報道的偏振激光光束產(chǎn)生方法大多是采用起偏片或者偏振控制 器來實現(xiàn)的，這類系統(tǒng)均屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，控制精度不高。
[0004] 迄今為止，基于液晶可變相位延遲器的高精度偏振激光光束產(chǎn)生裝置尚未見報 道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型公開一種可變相位延遲器的偏振激光器，采用閉環(huán)控制技術(shù)來實現(xiàn)偏 振激光光束產(chǎn)生，解決了基于偏振調(diào)制的激光通信系統(tǒng)對激光光源的偏振態(tài)精確度和穩(wěn)定 度要求苛刻這一問題。
[0006] 本實用新型提供的可變相位延遲器的偏振激光器，其技術(shù)解決方案如下：
[0007] 包括偏振激光光束產(chǎn)生單元、偏振態(tài)檢測單元和偏振態(tài)控制單元；其中：
[0008] 所述的偏振激光光束產(chǎn)生單兀由同軸排列的激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、起偏片、液晶 可變相位延遲器和分光棱鏡組成；激光器的波長為1550nm;液晶可變相位延遲器為具有旋 光效應(yīng)的柔性光束相位延遲器件，在電場的作用下將入射的線偏振光分解成〇光和e光兩 個正交偏振分量，兩個正交偏振分量之間會產(chǎn)生相位延遲量，電場電壓信號V控制液晶可 變相位延遲器的相位延遲量；分光棱鏡米用透射光與反射光分光比為95 :5的分光棱鏡；
[0009] 所述偏振態(tài)檢測單元包括1/4波片、檢偏片、光電探測器和步進(jìn)電機(jī)，其中，1/4波 片、檢偏片、光電探測器為同軸排列，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸通過傳送帶與1/4波片連接，通過 步進(jìn)電機(jī)帶動1/4波片做勻速圓周運(yùn)動，完成對待檢測光信號偏振特性的調(diào)制，光電探測 器對已調(diào)制光信號進(jìn)行探測，并把光電探測器測得的數(shù)據(jù)傳輸給偏振態(tài)控制單元中的自適 應(yīng)控制器進(jìn)行處理，完成對激光偏振態(tài)參數(shù)的測量；
[0010] 所述偏振態(tài)控制單元包括自適應(yīng)控制器和液晶驅(qū)動電源，其中，偏振態(tài)檢測單元 中的光電探測器數(shù)據(jù)輸出端與自適應(yīng)控制器的數(shù)據(jù)端口連接，自適應(yīng)控制器的數(shù)據(jù)端口與 液晶驅(qū)動電源的控制端口連接；自適應(yīng)控制器采集光電探測器的輸出信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，完成系統(tǒng)激光光束的偏振態(tài)參數(shù)檢測，并與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)偏振態(tài)參數(shù)進(jìn)行對比，根據(jù)對比 結(jié)果給出對應(yīng)的控制信號；液晶驅(qū)動電源產(chǎn)生一個頻率為2KHz，幅值V可調(diào)的方波信號， 用來調(diào)整加載到液晶可變相位延遲器上，從而對入射的激光光束進(jìn)行相位延遲量控制，達(dá) 到穩(wěn)定光束偏振態(tài)的作用，液晶驅(qū)動電源輸出的信號幅值V受控于自適應(yīng)控制器的控制信 號。
[0011] 所述自適應(yīng)控制器為數(shù)字信號處理器，采集光電探測器的輸出信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理，完成系統(tǒng)激光光束的偏振態(tài)參數(shù)檢測，并與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)偏振態(tài)參數(shù)進(jìn)行對比，根據(jù)對 比結(jié)果給出對應(yīng)的控制信號；
[0012] 圖2是液晶可變相位延遲器改變光束偏振態(tài)的一種狀態(tài)示意圖。經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系 統(tǒng)擴(kuò)束、準(zhǔn)直之后的平行光束，該光束經(jīng)過起偏片起偏得到的線偏振光垂直入射并通過液 晶可變相位延遲器的過程中，線偏振光分解得到的〇光和e光兩個正交偏振分量的相位延 遲量發(fā)生改變，具體相位延遲量情況由加載到液晶可變相位延遲器的電壓信號V的大小決 定。
[0013] 本實用新型的工作原理在于：
[0014]首先，偏振激光光束產(chǎn)生單元中激光器發(fā)射的激光經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束、 準(zhǔn)直之后得到平行光束，再經(jīng)過起偏片起偏得到線偏振光，該線偏振光垂直入射并通過 液晶可變相位延遲器，此時液晶驅(qū)動電源未啟動，線偏振光直接透射，其偏振態(tài)不發(fā)生改 變，光束經(jīng)過分光棱鏡進(jìn)行分光，5%的光被反射，由偏振態(tài)檢測單兀進(jìn)行偏振態(tài)檢測，光 束依次經(jīng)過由步進(jìn)電機(jī)控制勻速旋轉(zhuǎn)的1/4波片和檢偏片，最后由光電探測器接收，探 測結(jié)果直接傳給自適應(yīng)控制器觸發(fā)其工作并對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測當(dāng)前光束的偏振 態(tài)參數(shù)；預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)產(chǎn)生光束的偏振態(tài)參數(shù)，自適應(yīng)控制器通過自適應(yīng)算法給出液晶 驅(qū)動電源的準(zhǔn)確輸出電壓信號V的幅值，進(jìn)而控制液晶可變相位延遲器產(chǎn)生相位延遲量 5，保證偏振激光光束產(chǎn)生單元產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定度偏振態(tài)的激光光束。
[0015] 本實用新型的積極效果在于：以具有電控柔性控制作用的液晶可變相位延遲器作 為核心部件，利用液晶可變相位延遲器在務(wù)運(yùn)動部件條件下對激光信號進(jìn)行輸出偏振態(tài)控 制和調(diào)整，通過自適應(yīng)控制算法改變液晶可變相位延遲器的供電電壓值，從而改變其相位 延遲量，進(jìn)而對入射的激光信號的偏振態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)控制，最終保證了激光光源高精度、高 穩(wěn)定度的偏振態(tài)輸出；可以用于任意偏振態(tài)的激光光束產(chǎn)生；米用閉環(huán)控制技術(shù)來實現(xiàn)偏 振激光光束產(chǎn)生，該裝置產(chǎn)生的激光光束具有高精度、高穩(wěn)定度偏振態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型基于液晶可變相位延遲器的偏振激光光束產(chǎn)生方法的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是液晶可變相位延遲器改變光束偏振態(tài)的一種狀態(tài)不意圖；
[0018] 圖中，1、偏振激光光束產(chǎn)生單元；2、偏振態(tài)檢測單元；3、偏振態(tài)控制單元；4、激 光器；5、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；6、起偏片；7、液晶可變相位延遲器；8、分光棱鏡；9、步進(jìn)電機(jī)；10、 1/4波片；11、檢偏片；12 ;光電探測器；13、自適應(yīng)控制器；14、液晶驅(qū)動電源。

【具體實施方式】
[0019] 實施例1
[0020] 見圖1所示，本實用新型由偏振激光光束產(chǎn)生單元1、偏振態(tài)檢測單元2和偏振 態(tài)控制單兀3組成；所述的偏振激光光束產(chǎn)生單兀1由同軸排列的激光器4、擴(kuò)束準(zhǔn)直系 統(tǒng)5、起偏片6、液晶可變相位延遲器7和分光棱鏡8組成；激光器4采用Thorlabs公司 的SFL1550P，輸出激光波長為1550nm，最大輸出光功率可達(dá)80mW，采用保偏光纖輸出。液 晶可變相位延遲器7是一種柔性光束相位延遲器件，能夠在電場的作用下對入射的線偏振 光分解得到的〇光和e光兩個正交偏振分量的相位延遲量發(fā)生改變，具體相位延遲量情 況由加載到液晶可變相位延遲器7的電壓信號V的大小決定，液晶可變相位延遲器7采 用Meadowlark公司的LRC-300,相位延遲量范圍從(T 1，精度可達(dá)#500波長覆蓋范圍 1200-1700nm。分光棱鏡8采用Thorlabs公司的BS030型號分束器立方，立方體直徑為 25. 4mm，透射光與反射光分光比為95 :5,可適用波長范圍1100-1600nm。
[0021] 所述偏振態(tài)檢測單元2由同軸排列的1/4波片10、檢偏片11、光電探測器12以及 與1/4波片10電氣連接的步進(jìn)電機(jī)9組成，其中，1/4波片10、檢偏片11、光電探測器12為 同軸排列，步進(jìn)電機(jī)9的轉(zhuǎn)動軸通過傳送帶與1/4波片10連接,通過步進(jìn)電機(jī)9帶動1/4 波片10做勻速圓周運(yùn)動，完成對待檢測光信號偏振特性的調(diào)制，光電探測器對已調(diào)制光信 號進(jìn)行探測，并把光電探測器測得的數(shù)據(jù)傳輸給偏振態(tài)控制單元中的自適應(yīng)控制器進(jìn)行處 理，完成對激光偏振態(tài)參數(shù)的測量；偏振態(tài)檢測單元2由常規(guī)機(jī)械轉(zhuǎn)動法測量激光偏振態(tài) 參數(shù)的系統(tǒng)組成，用于完成對激光偏振態(tài)參數(shù)的測量，并把光電探測器測得的數(shù)據(jù)傳輸給 自適應(yīng)控制器13進(jìn)行處理，其中1/4波片10采用MeadowLark公司的NQM-200-1550,相位 延遲精度可達(dá)a/350 ,檢偏片11采用MeadowLark公司的DPM-200-NIR2-3,可適用波長范 圍1200-1700nm，光電探測器12采用Thorlabs公司的AM1PD5A陰極接地型鍺光電二極管， 完成對已調(diào)制光束的探測，其工作波長范圍為800-1800nm，探測靈敏度為0. 75A/W，暗電流 50uA，步進(jìn)電機(jī)9采用一款國產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)，漢德保電機(jī)公司的0801HS06AX，步距角1. 8°，步 距角精度1.8° ±5%。
[0022] 所述偏振態(tài)控制單元3由自適應(yīng)控制器13和液晶驅(qū)動電源14組成。其中，偏振 態(tài)檢測單元3中的光電探測器數(shù)據(jù)輸出端與自適應(yīng)控制器13的數(shù)據(jù)端口連接，自適應(yīng)控制 器13的數(shù)據(jù)端口與液晶驅(qū)動電源14的控制端口連接；自適應(yīng)控制器13采集光電探測器 12的輸出信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成系統(tǒng)激光光束的偏振態(tài)參數(shù)檢測，并與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)偏 振態(tài)參數(shù)進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果給出對應(yīng)的控制信號；液晶驅(qū)動電源14產(chǎn)生一個頻率為 2KHz，幅值V可調(diào)的方波信號，用來調(diào)整加載到液晶14可變相位延遲器7上，從而對入射的 激光光束進(jìn)行相位延遲量控制，達(dá)到穩(wěn)定光束偏振態(tài)的作用，液晶驅(qū)動電源輸出的信號幅 值V受控于自適應(yīng)控制器的控制信號。自適應(yīng)控制器13是一種常規(guī)電子學(xué)部件，選用TI 公司的TMS320C6711數(shù)字信號處理器，該處理器可同時執(zhí)行8條指令，單精度運(yùn)算速度為1G FLOPS，雙精度運(yùn)算速度為250MFLOPS。自適應(yīng)控制器13用于完成對光電探測器12的輸 出電壓信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，內(nèi)部有信號處理器，實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生的激光光束的偏振態(tài) 參數(shù)的檢測，并與預(yù)設(shè)偏振態(tài)參數(shù)進(jìn)行對比，通過自適應(yīng)控制算法控制液晶驅(qū)動電源14產(chǎn) 生一個頻率為2KHz、幅值可調(diào)的方波信號V，用來調(diào)整加載到液晶可變相位延遲7上，從而 對入射的激光光束進(jìn)行相位延遲量控制，達(dá)到穩(wěn)定光束偏振態(tài)的作用，液晶驅(qū)動電源14是 與液晶可變相位延遲器7 (LRC-300)配套使用的Meadow Lark公司的D3050,可產(chǎn)生0-10V 的輸出電壓值，調(diào)制精度為lmV。
[0023] 上述的液晶可變相位延遲器7具有旋光效應(yīng)，其改變光束偏振態(tài)的一種狀態(tài)示意 圖如圖2所示。線偏振光垂直入射并通過液晶可變相位延遲器7,線偏振光分解得到的〇光 和e光兩個正交偏振分量，根據(jù)加載到液晶可變相位延遲器7上的電壓信號V的幅值不同， 液晶可變相位延遲器7會相應(yīng)產(chǎn)生不同的相位延遲量c?,具體相位延遲量情況由加載到液 晶可變相位延遲器7的電壓信號V的大小決定。
【權(quán)利要求】
1. 一種可變相位延遲器的偏振激光器，其特征在于：由偏振激光光束產(chǎn)生單元、偏振 態(tài)檢測單元和偏振態(tài)控制單元組成； 所述的偏振激光光束產(chǎn)生單元由同軸排列的激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、起偏片、液晶可變 相位延遲器和分光棱鏡組成；所述的激光器為半導(dǎo)體激光器，激光波長為1550nm ;所述的 分光棱鏡的透射光與反射光分光比為95 :5 ;液晶可變相位延遲器為具有旋光效應(yīng)的柔性 光束相位延遲器件； 所述偏振態(tài)檢測單元包括1/4波片、檢偏片、光電探測器和步進(jìn)電機(jī)，其中，1/4波片、 檢偏片、光電探測器為同軸排列，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸通過傳送帶與1/4波片連接，通過步進(jìn) 電機(jī)帶動1/4波片做勻速圓周運(yùn)動；光電探測器的信號端與偏振態(tài)控制單元中的自適應(yīng)控 制器連接； 所述偏振態(tài)控制單元包括自適應(yīng)控制器和液晶驅(qū)動電源，其中，自適應(yīng)控制器的數(shù)據(jù) 端口與偏振態(tài)檢測單元中的光電探測器數(shù)據(jù)輸出端連接，自適應(yīng)控制器的數(shù)據(jù)端口與液晶 驅(qū)動電源的控制端口連接。
【文檔編號】G02F1/13363GK204216398SQ201420532980
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】劉丹, 方韓韓, 劉智, 倪小龍, 劉建華, 付強(qiáng), 姜會林 申請人:長春理工大學(xué)