本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)及其控制方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象是光電子領(lǐng)域中的重要非線性光學(xué)現(xiàn)象,在光學(xué)信息處理、光觸發(fā)器記憶和光學(xué)邏輯門等技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在產(chǎn)生光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象方面，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)因其自身的獨(dú)特優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。VCSEL有源區(qū)體積小、光腔短，從而具有更小的閾值電流；出光方向與襯底表面垂直，不僅易實(shí)現(xiàn)橫向光場限制同時易于制作高密度二維陣列；出射光束為圓形，發(fā)散角小，易與光纖及其它光學(xué)元件耦合；制造工藝與發(fā)光二極管類似，大規(guī)模制造的成本非常低；特別的VCSEL有源區(qū)為圓柱形對稱結(jié)構(gòu)、而材料本身又具有弱各向異性,因此其輸出的主導(dǎo)模式在激光器控制參量如偏置電流、溫度等條件發(fā)生變化時或在引入光反饋、光電反饋或者光注入等外部擾動下，有可能轉(zhuǎn)換至與其正交的偏振模式,即發(fā)生偏振開關(guān)(polarization switching,PS)效應(yīng)。

而當(dāng)引起VCSEL呈現(xiàn)PS現(xiàn)象的系統(tǒng)參量沿不同路徑變化時,發(fā)生PS所需的參量條件可能會發(fā)生改變,即導(dǎo)致偏振雙穩(wěn)(polarization bistability,PB)現(xiàn)象。這種偏振雙穩(wěn)現(xiàn)象在光存儲、光邏輯門及全光信號整形等技術(shù)中具有較大的應(yīng)用潛力，從而受廣泛關(guān)注。目前主流的產(chǎn)生PB現(xiàn)象的技術(shù)手段是通過引入外部光注入來實(shí)現(xiàn)，外部光注入又可細(xì)分為三類：正交光注入、平行光注入和可變偏振光注入。而大多數(shù)相關(guān)研究均是采用正交光注入方式，這種方式只需較低的注入能量即能實(shí)現(xiàn)PS現(xiàn)象，通過改變可變光注入功率法或頻率的演化路徑均能觀察到PB現(xiàn)象，然而通過正交光注入方式觀察到的PB區(qū)域?qū)挾仁枪潭ǖ那蚁鄬^小，又因?yàn)樽⑷牍β室欢ɑ蜃⑷牍忸l率固定的情況下，開關(guān)點(diǎn)位置是固定的，這對其應(yīng)用帶來一定的局限性。

因此，有必要改進(jìn)現(xiàn)有的裝置及其使用方法，使其能夠滿足在注入功率一定或注入光頻率一定的情況下，PB區(qū)域的寬度靈活可調(diào)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)及其控制方法，其發(fā)明一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)，采用VCSEL設(shè)計，能實(shí)現(xiàn)光學(xué)的雙穩(wěn)態(tài)特性，同時結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明采用可變光注入功率法或可變光注入頻率法，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)能量、開關(guān)位置以及雙穩(wěn)區(qū)寬度的調(diào)節(jié)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

TL1為可調(diào)諧激光器，采用Santec公司的TSL-710，其波長可調(diào)諧范圍為1480-1640nm，波長精度達(dá)±2pm，TL1發(fā)出的激光經(jīng)過VA2，PCⅠ3，OC4和FC5后大部分注入到VCSEL7中。

另一小部分由PMⅠ6接收，用于監(jiān)控注入光強(qiáng)度，VCSEL7發(fā)出的激光經(jīng)過FC5、OC4和PCⅡ8后，輸入到PBS9中，適當(dāng)調(diào)節(jié)PCⅡ8，PBS9輸出的激光分為兩正交偏振分量：X偏振分量X-PC和Y偏振分量Y-PC，X偏振分量X-PC和Y偏振分量Y-PC分別傳送給PM10和PMⅢ11。

所述的VCSEL7與激光控制器相連。

所述的激光控制器為ILX-Lightwave LDC-3724C。

所述的一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)的控制方法包括：

001.可變光注入功率法

002.可變光注入頻率法

其中，所述的可變光注入功率法包括以下步驟：

步驟(1).關(guān)閉TL1輸出，使VCSEL7沒有注入光，調(diào)節(jié)PCⅡ8，使VCSEL7兩偏振分量分別從PBS9兩輸出端口輸出。

步驟(2).關(guān)閉VCSEL7輸出，打開TL1，調(diào)整PCI3,利用PMⅡ10、PMⅢ11分別探測兩輸出端口光功率。

步驟(3).利用光功率和場振幅之間的平方關(guān)系計算出場振幅的數(shù)值大小，并帶入步驟2中即可算出θ_p。

步驟(4).打開VCSEL7，通過PBS9分光，TL1注入光角度θ_p，通過PMⅡ10測量VCSEL7的X偏振分量，通過PMⅢ11測量VCSEL7Y偏振分量，測量兩個偏振模式的輸出狀態(tài)。

步驟(5).改變TL1可變光注入功率的變化路徑，當(dāng)TL1可變光注入功率逐漸增大和逐漸減小時，對應(yīng)的X偏振分量或Y偏振分量輸出功率演化路徑分別出現(xiàn)雙穩(wěn)現(xiàn)象。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)的控制方法，其特征在于：所述的步驟(2)包括以下步驟：

步驟①.固定PCⅡ8并調(diào)節(jié)角度，關(guān)閉VCSEL7，并打開TL1，由于VCSEL7端面反射率很高，因而TL1注入光照射到VCSEL7端面上會反射,并通過OC4和PCⅡ8后由PBS9的兩輸出端口輸出。

步驟②.當(dāng)TL1注入光和VCSEL7的兩偏振分量存在一定角度時，注入光和Y偏振分量之間的夾角為θ_p，TL1注入光電場振幅E_inj在原VCSEL7兩偏振分量方向上的分量E_injx和E_injy會從PBS9的兩輸出端口分別輸出，且E_injx＝E_injsinθ_p和E_injy＝E_injcosθ_p。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)的控制方法，其特征在于：所述的可變光注入頻率法包括以下步驟：

步驟1.打開TL1，使TL1的注入光進(jìn)入VCSEL7，通過PMⅡ10和PMⅢ11檢測出TL1的反射光,調(diào)整PCⅡ8，確定θp。

步驟2.關(guān)閉TL1，打開VCSEL7，通過PMⅡ10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ11檢測出Y-PC的偏正分量。

步驟3.打開TL1，通過PMⅡ10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ11檢測出Y-PC的偏正分量。

步驟4.調(diào)整TL1的注入光頻率在-30GHz至20GHz范圍內(nèi)連續(xù)變化，通過PMⅡ10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ11檢測出Y-PC的偏正分量，由此測量兩個偏振模式的輸出狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)及其控制方法，其發(fā)明一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)，采用VCSEL能實(shí)現(xiàn)光學(xué)的雙穩(wěn)態(tài)特性，開關(guān)響應(yīng)速度快，同時結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明采用可變光注入功率法或可變光注入頻率法，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)能量、開關(guān)位置以及雙穩(wěn)區(qū)寬度的調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的偏正雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)的偏振分辨P-I曲線和典型光譜圖；

圖3為注入光偏振方向與VCSEL兩正交偏振分量的夾角示意圖；

圖4為X、Y偏振分量輸出功率隨可變光注入功率法變化的曲線圖；

圖5為X、Y偏振分量輸出功率隨頻率失諧變化的曲線圖；

圖6為不同頻率失諧下θ_p和雙穩(wěn)區(qū)寬度的變化關(guān)系圖；

圖7為不同注入光功率下θ_p和雙穩(wěn)區(qū)寬度的變化關(guān)系圖。

圖中，1-TL、2-VA、3-PCⅠ、4-OC、5-FC、6-PMⅠ、7-VCSEL、8-PCⅡ、9-PBS、10-PMⅡ、11-PMⅢ。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚、明白，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，以方便技術(shù)人員理解。

備注：TL-可調(diào)諧激光器，采用Santec公司的TSL-710，其波長可調(diào)諧范圍為1480-1640nm，波長精度達(dá)±2pm；VA-可調(diào)光衰減器；PCⅠ-偏振控制器；OC-三端口環(huán)形器；FC-10/90的光纖耦合器；PMⅠ-光功率探測器，S155C光纖功率傳感器、PM100D表頭，thorlab公司產(chǎn)品；VCSEL-垂直腔面發(fā)射激光器，Raycan公司產(chǎn)品；PCⅡ-偏振控制器；PBS-偏正分束器；PMⅡ-光功率探測器，S155C光纖功率傳感器、PM100D表頭，thorlab公司產(chǎn)品、PM100D表頭，thorlab公司產(chǎn)品；PMⅢ-光功率探測器，S155C光纖功率傳感器、PM100D表頭，thorlab公司產(chǎn)品。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)，其技術(shù)方案如下：

如圖1所示，TL1發(fā)出的激光依次經(jīng)過VA2、PCⅠ3、OC4和FC5后大部分注入到VCSEL7中，VA2用于調(diào)節(jié)注入光強(qiáng)度，PCI3用于調(diào)節(jié)θ_p大小,OC4用于調(diào)整光路，F(xiàn)C5用于分光，部分用于測試注入光功率的大小，另一部分注入VCSEL7中。另一小部分由PMⅠ6接收，用于監(jiān)控注入光強(qiáng)度，VCSEL7發(fā)出的激光依次經(jīng)過FC5、OC4和PCⅡ8后，輸入到PBS9中，適當(dāng)調(diào)節(jié)PCⅡ8，PBS9輸出的激光分為兩正交偏振分量：X偏振分量X-PC和Y偏振分量Y-PC，X偏振分量X-PC和Y偏振分量Y-PC分別傳送給PMⅡ10和PMⅢ11，PMⅡ10對X偏振分量X-PC進(jìn)行檢測，PMⅢ11對Y偏振分量Y-PC進(jìn)行檢測。

所述的VCSEL7與激光控制器相連，所述的激光控制器為ILX-Lightwave LDC-3724C，方便對VCSEL7的電流和溫度進(jìn)行調(diào)控。

實(shí)施例2實(shí)施例2為采用現(xiàn)有技術(shù)的正交光注入功率法進(jìn)行的調(diào)試：

如圖3所示，采用一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)的正交光注入功率法，是注入光偏振方向與VCSEL7兩正交偏振分量的夾角示意圖。通過調(diào)節(jié)PCⅠ3可以改變TL1注入光的偏振方向，使TL1注入光和VCSEL7兩正交偏振分量的夾角發(fā)生變化從而出現(xiàn)PB區(qū)域。

如圖2所示，由于引起VCSEL7呈現(xiàn)PS現(xiàn)象的系統(tǒng)參量沿不同路徑變化時,發(fā)生PS所需的參量條件可能會發(fā)生改變,即導(dǎo)致偏振雙穩(wěn)(polarization bistability,PB)現(xiàn)象，并由圖3得到θ_p＝arcsin(E_injx/E_inj)或者θ_p＝arcos(E_injy/E_inj)。

VCSEL7自由運(yùn)行下，通過改變偏置電流I，測量得到的X偏振分量和Y偏振分量功率P變化曲線，以及偏置電流I在5.6mA下兩偏振分量的光譜圖。該VCSEL7的閾值電流I_th＝2.20mA。可以看出當(dāng)I_th≤I<8.0mA時，Y偏振分量(短波長)始終處于激射狀態(tài)并且隨著I增大，其輸出功率逐漸遞增，與此同時，X偏振分量(長波長)始終處于被抑制狀態(tài)，其輸出功率很小，并幾乎不隨I發(fā)生變化，沒有出現(xiàn)PB區(qū)域。

實(shí)施例3實(shí)施例3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的可變光注入功率法：

如圖4、圖6、圖7所示，采用一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)可變光注入功率法，其方法如下：

步驟(1).首先關(guān)閉TL1輸出，使VCSEL7沒有注入光，通過調(diào)節(jié)PCⅡ8，用以確保Y偏正分量和X偏振分量分別從PBS兩個端口輸出，使VCSEL7兩正交偏振分量分別從PBS9兩輸出端口輸出，用以確保Y偏正分量和X偏振分量分別從PBS兩個端口輸出。

步驟(2).調(diào)整PCⅡ8，打開TL1，確定θ_p。

其中步驟(2)包括如下步驟：步驟①.固定PCⅡ8調(diào)節(jié)角度，關(guān)閉VCSEL7，并打開TL1，由于VCSEL7端面反射率很高(大于90％)，因而TL1注入光照射到VCSEL7端面上會反射,并通過OC4和PCⅡ8后由PBS9的兩輸出端口輸出。步驟②.當(dāng)TL1注入光和VCSEL7的兩正交偏振分量存在一定角度θ_p(θ_p定義為注入光和Y偏振分量之間的夾角)時，TL1注入光電場振幅E_inj在原VCSEL7兩正交偏振分量方向上的分量E_injx和E_injy會從PBS9的兩輸出端口分別輸出，且E_injx＝E_injsinθ_p和E_injy＝E_injcosθ_p。

步驟(3).利用光功率和場振幅之間的平方關(guān)系計算出場振幅的數(shù)值大小，并帶入步驟(2)中即可算出θ_p。

步驟(4).打開VCSEL7，通過PBS9分光，TL1注入光角度θ_p，通過PMⅡ10測量VCSEL7的X偏振分量，通過PMⅢ11測量VCSEL7Y偏振分量，測量兩個偏振模式的輸出狀態(tài)，用于測量Y偏正分量和X偏振分量的功率以觀察PS和PB現(xiàn)象，找尋開關(guān)點(diǎn)位置，確定PB雙穩(wěn)區(qū)寬度。

步驟(5).改變TL1可變光注入功率的變化路徑，當(dāng)TL1可變光注入功率逐漸增大和逐漸減小時，對應(yīng)的X偏振分量或Y偏振分量輸出功率演化路徑分別出現(xiàn)雙穩(wěn)現(xiàn)象。

從圖4(a)、(b)中可以看出，采用本發(fā)明裝置后的可變光注入功率法，以P_inj自變量，以P_X-PC(X-PC偏正分量大小)或P_Y-PC(Y-PC偏正分量大小)為因變量：

當(dāng)θ_p＝90°時，隨著P_inj(注入光功率)的增大，X-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<2.8時，X偏正分量的斜率為K＝42.85，當(dāng)2.8<P_inj<3時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(2.8,120)、(3,280)，X-PC光的斜率為K＝800，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)3<P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝60。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，X-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>0.9時，X偏正分量的斜率為K＝60.97，當(dāng)0.8<P_inj<0.9時，X偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(0.9，150)、(0.8,50)，X-PC光的斜率為K＝1000，此時X偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)0.8<P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝62.5。

隨著P_inj(注入光功率)的增大，Y-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<2.9時，Y偏正分量的斜率為K＝-25，當(dāng)2.9<P_inj<3.0時，Y偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(2.9,75)、(3,0)，Y-PC光的斜率為K＝750，此時Y-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)3.0<P_inj時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝0。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，Y-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>0.9時，Y偏正分量的斜率為K＝0，當(dāng)0.8<P_inj<0.9時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(0.9，0)、(0.8,80)，Y-PC光的斜率為K＝-800，此時X偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)0.8>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝12.5。

當(dāng)θ_p＝84°時，隨著P_inj(注入光功率)的增大，X-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<3.2時，X-PC偏正分量的斜率為K＝43.75，當(dāng)3.2<P_inj<3.3時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(3.2,140)、(3.3,310)，X-PC光的斜率為K＝1700，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)3.3<P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝52.9。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，X-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>0.9時，X-PC偏正分量的斜率為K＝60.97，當(dāng)0.8<P_inj<0.9時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(0.9，150)、(0.8,50)，X-PC光的斜率為K＝1000，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)0.8>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝62.5。

隨著P_inj(注入光功率)的增大，Y-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<3.2時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝-28.125，當(dāng)3.2<P_inj<3.3時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(2.9,75)、(3.3,5)，Y-PC光的斜率為K＝-850，此時Y-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)3.3<P_inj時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝0.58。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，Y-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>0.9時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝0，當(dāng)0.9>P_inj>0.8時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(0.9，0)、(0.8,80)，Y-PC光的斜率為K＝-800，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)0.8>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝12.5。

當(dāng)θ_p＝74°時，隨著P_inj(注入光功率)的增大，X-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<4.1時，X-PC偏正分量的斜率為K＝36.58，當(dāng)4.1<P_inj<4.2時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4.1,150)、(4.2,320)，X-PC光的斜率為K＝1700，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)4.2<P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝16.64。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，X-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>1時，X-PC偏正分量的斜率為K＝60.97，當(dāng)0.9<P_inj<1時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(0.9，160)、(0.8,50)，X-PC光的斜率為K＝1100，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)0.9>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝33.33。

隨著P_inj(注入光功率)的增大，Y-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<4.1時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝-28.125，當(dāng)4.1<P_inj<4.2時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4.1,95)、(4.2,25)，Y-PC光的斜率為K＝-700，此時Y-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)4.2<P_inj時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝6.25。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，Y-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>1時，Y偏正分量的斜率為K＝1.25，當(dāng)1＝P_inj時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(1，100)、(1,5)，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)1>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝0。

當(dāng)θ_p＝71°時，隨著P_inj(注入光功率)的增大，X-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<4.5時，X-PC偏正分量的斜率為K＝33.33，當(dāng)4.5<P_inj<4.6時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4.5,150)、(4.6,300)，X-PC光的斜率為K＝1500，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)4.6<P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝10。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，X-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>1.2時，X-PC偏正分量的斜率為K＝38.15，當(dāng)1.1<P_inj<1.2時，X-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(1.2，160)、(1.1,40)，X-PC光的斜率為K＝1200，此時X偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)1.1>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝36.36。

隨著P_inj(注入光功率)的增大，Y-PC光偏正分量隨著增大。

在0<P_inj<4.5時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝5.55，當(dāng)4.5<P_inj<4.6時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4.1,95)、(4.2,25)，Y-PC光的斜率為K＝-850，此時Y-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)4.6<P_inj時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝12.5。

隨著P_inj(注入光功率)的減小，Y-PC光偏正分量隨著減小。

在P_inj>1.2時，Y-PC偏正分量的斜率為K＝9.2，當(dāng)1.2＝P_inj時，Y-PC偏振分量出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(1.2，10)、(1.2,110)，此時X-PC偏正分量出現(xiàn)PB現(xiàn)象，當(dāng)1.2>P_inj時，X-PC偏正分量的斜率為K＝8.3。

由此可知采用可變光注入功率法后，隨著θ_p的增大，在TL1注入光功率逐漸變化過程中，會出現(xiàn)一個拐點(diǎn)，PB區(qū)域會隨著注入光的增大而變大，當(dāng)注入光功率逐漸減小時，會出現(xiàn)另一個拐點(diǎn)，PB區(qū)域的隨著注入光的減小而減小，由此可知采用本發(fā)明裝置的可變光注入功率法后，根據(jù)需要，PB區(qū)域的寬度可調(diào)，并且開關(guān)點(diǎn)位置可調(diào)。

圖7給了兩個圖，左邊的(a)圖是雙穩(wěn)區(qū)寬度隨θ_p變化的關(guān)系圖，X-PC的偏正分量輸入功率不同時，雙穩(wěn)區(qū)寬度的變化曲線圖,圖中三根曲線分別對應(yīng)于不同的注入功率(固定)，右邊的(b)圖對應(yīng)于右側(cè)的雙穩(wěn)區(qū)寬度隨著Y-PC的偏正分量的變化曲線圖。

從圖7(a)圖中可以知，當(dāng)注入光功率在(1.2-3.6)mW時，隨著θ_p的增加，X-PC的偏正分量的雙穩(wěn)區(qū)的寬度呈現(xiàn)逐漸遞增，并在接近或達(dá)到90度時寬度最大；而當(dāng)θ_p一定時，隨著注入光功率的增大，雙穩(wěn)區(qū)的寬度也隨著增大。

而選擇注入光功率在(1.2-3.6)mW，是因?yàn)閂CSEL端面反射率高，太小的注入功率會導(dǎo)致注入光對VCSEL的擾動不夠，而過大的注入光會導(dǎo)致VCSEL被激光打壞。

從圖7中(b)圖中可知，當(dāng)注入光功率在(1.2-3.6)mW時，隨著θ_p的增加，Y-PC的偏正分量的雙穩(wěn)區(qū)變化規(guī)律不一致。

由圖4、圖7可以得出本發(fā)明裝置采用可見光功率法后，在注入光功率在(1.2-3.6)mW范圍內(nèi)，當(dāng)確定可變光功率一定時，通過改變θ_p的大小，可以調(diào)節(jié)雙穩(wěn)區(qū)的寬度，可以調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)的位置；當(dāng)確定θ_p的大小時，可以改變注入光功率的大小，從而調(diào)節(jié)雙穩(wěn)區(qū)的寬度，可以調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)的位置。

實(shí)施例4實(shí)施例4為采用本發(fā)明實(shí)施例1，并且使用可變光注入頻率法：

所述的頻率控制法包括以下步驟：

步驟1.打開TL1，使TL1的注入光進(jìn)入VCSEL7，通過PM10和PMⅢ11檢測出TL1的反射光，通過測定反射光兩分量功率用于計算θp。

步驟2.關(guān)閉TL1，打開VCSEL7，通過PM10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ10檢測出Y-PC的偏正分量，用于確保使Y偏正分量和X偏振分量分別從PBS兩個端口輸出。

步驟3.打開TL1，通過PM10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ11檢測出Y-PC的偏正分量，測量Y偏正分量和X偏振分量的功率以觀察PS和PB現(xiàn)象。

步驟4，調(diào)整好X-PC的偏正分量和Y-PC的偏正分量之間的θ_p，再調(diào)整TL1的注入光功率在-30GHz至20GHz范圍內(nèi)，通過PMⅡ10檢測X-PC的偏正分量，再通過PMⅢ11檢測出Y-PC的偏正分量。

如圖5所示，X、Y偏振分量輸出功率隨頻率失諧變化的曲線圖，是另一種實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的方式，橫坐標(biāo)為TL1注入光與VCSEL7的X偏振分量的頻率失諧量，縱坐標(biāo)為兩偏振模式的輸出功率，當(dāng)改變TL1輸出光頻率時，VCSEL7兩偏振模式輸出均出現(xiàn)偏振開關(guān)PS現(xiàn)象(實(shí)線為頻率失諧逐漸增大時兩偏振分量輸出功率的演化路徑，虛線為頻率失諧逐漸減小時兩偏振分量輸出功率的演化路徑)，并且在某些特定θ_p下存在比較明顯的PB現(xiàn)象。

由圖(5)可知，當(dāng)采用發(fā)明裝置的可變光注入頻率法

以Δν自變量，以P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)或P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)因變量。

θ_p＝90°時，Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)-30<Δν<-14,P_X-PC光的大小不跟隨Δν的增大而變化,-14<Δν<-12,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-14,60)，(-12,225)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)-12<Δν<-8,P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，-8<Δν<-5，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而變小，-5<Δν<6，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，6<Δν<8，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,220)，(8,100)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)8<Δν,P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而變小。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大,6<Δν<4,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,100)，(4,225)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)4<Δν<-8,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-8<Δν<-10，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大，-10<Δν<-19，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-19<Δν<-20，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-19,190)，(-20,60)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)-20>Δν,P_X-PC光的大小不跟隨著Δν的減小變化。

Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

-30<Δν<-14，P_Y-PC光的大小不跟隨著Δν的增大變化，-14<Δν<-12,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-14,100)，(-8,0)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-12<Δν<8，P_Y-PC光的不跟隨著Δν的增大變化，8<Δν<9，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(8,0)，(9,100)，9<Δν<20，P_Y-PC光的不隨著Δν的增大變化。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_Y-PC光的不隨著Δν的減小而變化,6<Δν<5,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,100)，(5,0)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)5<Δν<-19,P_Y-PC光不隨著Δν的減小而變化，-19<Δν<-20，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-19,0)，(-20,100)，-20<Δν<-30，P_Y-PC光的不隨著Δν的減小而變化。

當(dāng)θ_p＝74°時，Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)-30<Δν<-16,P_X-PC光的不隨Δν的變化而變化,-16<Δν<-12,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-16,60)，(-12,160)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)-12<Δν<-8,P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，-8<Δν<-5，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而變小，-5<Δν<6，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，6<Δν<8，，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,220)，(8,100)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)8<Δν,P_X-PC光的隨著Δν的增大而變小。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大,6<Δν<4,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,100)，(4,225)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)4<Δν<-8,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-8<Δν<-10，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大，-10<Δν<-19，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-18<Δν<-19，，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-18,140)，(-19,40)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)-19>Δν,P_X-PC光的隨著Δν的減小不變化。

Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

-30<Δν<-13，P_Y-PC光的不隨著Δν的增大變化，-13<Δν<-12,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-13,100)，(-8,0)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-12<Δν<8，P_Y-PC光的不隨著Δν的增大變化，8<Δν<9，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(8,0)，(9,100)，出現(xiàn)PB區(qū)域，9<Δν<20，P_Y-PC光的大小隨著Δν的增大不變化。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_Y-PC光的大小隨著Δν的減小而不變,6>Δν>5,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,100)，(5,0)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)5>Δν>-18,P_Y-PC光不隨著Δν的減小而變化，-18>Δν>-19，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-18,0)，(-19,100)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-19<Δν<-30，P_Y-PC光不隨著Δν的減小而不變。

當(dāng)θ_p＝55°時，Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)-30<Δν<-12,P_X-PC光的不隨著Δν的變化而變化,-12<Δν<-10,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-12,25)，(-10,150)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)-10<Δν<-6,P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，-6<Δν<-4，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而變小，-4<Δν<6，P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而增大，6<Δν<8，，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,160)，(8,25)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)8<Δν,P_X-PC光的大小隨著Δν的增大而變小。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大,6<Δν<4,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,25)，(4,160)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)4<Δν<-5,P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-5<Δν<-8，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而增大，-8<Δν<-15，P_X-PC光的大小隨著Δν的減小而減小，-15<Δν<-16，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-15,130)，(-16,20)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)-16>Δν,P_X-PC光不隨著Δν的減小變化。

Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

-30<Δν<-10，P_Y-PC光不隨著Δν的增大變化，-10<Δν<-11,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-10,110)，(-11,10)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-11<Δν<7，P_Y-PC光的不隨著Δν的增大變化，7<Δν<8，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(7,10)，(8,110)，出現(xiàn)PB區(qū)域，8<Δν<20，P_Y-PC光的不隨著Δν的增大變化。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>6,P_Y-PC光不隨著Δν的減小變化,6>Δν>5,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,110)，(5,0)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)5>Δν>-10,P_Y-PC光的大小隨著Δν的減小而不變，-10>Δν>-11，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-10,10)，(-11,110)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-11>Δν>-30，P_Y-PC光不隨著Δν的減小而變化。

當(dāng)θ_p＝41°時，Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)-30<Δν<-10,P_X-PC光不隨Δν變化而變化,-10<Δν<-9,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-10,20)，(-9,140)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)-9<Δν<-6,P_X-PC光不隨著Δν的增大而增大，-6<Δν<-4，P_X-PC光隨著Δν的增大而變小，-4<Δν<4，P_X-PC光隨著Δν的增大而增大，4<Δν<6，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4,140)，(6,20)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)6<Δν,P_X-PC光隨著Δν的增大而變小。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_X-PC(X-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>4,P_X-PC光隨著Δν的減小而增大,4>Δν>2,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4,20)，(2,150)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)2>Δν>-5,P_X-PC光隨著Δν的減小而減小，-5>Δν>-8，P_X-PC光隨著Δν的減小而增大，-8>Δν>-12，P_X-PC光隨著Δν的減小而減小，-12>Δν>-13，，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-12,130)，(-13,20)，出現(xiàn)PB區(qū)域，當(dāng)-13>Δν,P_X-PC光不隨著Δν的減小大小而變化。

Δν(GHZ)逐漸增大(-30GHZ-20GHZ)，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

-30<Δν<-8，P_X-PC光不隨著Δν的增大而變化，-8<Δν<-6,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-8,120)，(-6,20)，出現(xiàn)PB區(qū)域，-6<Δν<5，P_X-PC光不隨著Δν的增大而變化，5<Δν<6，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(6,10)，(7,110)，6<Δν<20，P_X-PC光不隨著Δν的增大而變化。

Δν(GHZ)逐漸減小，P_Y-PC(Y-PC光偏正分量大小)的變化趨勢

當(dāng)Δν>4,P_Y-PC光不隨著Δν的減小而不變,4<Δν<6,出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(4,120)，(6,20)，出現(xiàn)了PB區(qū)域，當(dāng)6<Δν<-8,P_Y-PC光不隨著Δν的減小而變化，-8<Δν<-9，出現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)(-8,20)，(-9,120)，-9<Δν<-30，P_Y-PC光不隨著Δν的減小而變化。

圖6是頻率失諧和雙穩(wěn)區(qū)寬度的變化關(guān)系圖。三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線是頻率失諧為-8GHz時的變化曲線，圓形數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線是頻率失諧為-10GHz時的變化曲線，正方形數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線是頻率失諧為-12.5GHz時的變化曲線。

正交光注入就是θ_p剛好為90度時的情形，由圖可知當(dāng)θ_p一定時，隨著Δν的減小，雙穩(wěn)區(qū)寬度減?。?/p>

當(dāng)Δν一定時，隨著θ_p的增大，雙穩(wěn)區(qū)的寬度減小。

由圖5、圖6可知，本發(fā)明裝置采用可變光功率法時，在注入光頻率在(-30-20)GHz范圍內(nèi)，當(dāng)注入光頻率一定時，通過改變可θ_p的大小，可以調(diào)節(jié)PB區(qū)的寬度，可以調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)的位置，當(dāng)θ_p的大小一定時，調(diào)節(jié)注入光頻率，可以調(diào)節(jié)PB區(qū)域的寬度，可以調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)的位置。

把本發(fā)明裝置設(shè)置于現(xiàn)代通信中的全光觸發(fā)操作、全光緩存、全光信息處理信息領(lǐng)域，采用可變光注入功率法或者可變光注入頻率法，可以實(shí)現(xiàn)PB區(qū)域的寬度的調(diào)節(jié)和開關(guān)點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)，為滿足不同條件的場合使用提供的方便。

本發(fā)明一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)及其控制方法，其發(fā)明一種偏振雙穩(wěn)態(tài)全光開關(guān)，采用VCSEL能實(shí)現(xiàn)光學(xué)的雙穩(wěn)態(tài)特性，開關(guān)響應(yīng)速度快，能達(dá)到10ps量級的開關(guān)速度，同時結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明采用可變光注入功率法或可變光注入頻率法，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)能量、開關(guān)位置以及雙穩(wěn)區(qū)寬度的調(diào)節(jié)。

最后說明的是，以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例，已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種改變，而不偏離本發(fā)明的權(quán)利要求書所要求的的范圍。