| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311706604.3 | 申请日 | 2023-12-13 |
| 公开(公告)号 | CN117665976A | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 哈尔滨工程大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 马一巍; 李晓飏; 朱芊霏; 耿涛; 蒋航; 李松; | 第一发明人 | 马一巍 |
| 权利人 | 哈尔滨工程大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 哈尔滨工程大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：黑龙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：黑龙江省哈尔滨市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：150001 |
| 主IPC国际分类 | G02B1/02 | 所有IPC国际分类 | G02B1/02 ; G02B5/30 ; G02B6/02 ; G02B6/024 ; G02F1/00 ; G02F1/1335 ; G02F1/01 ; G02F1/13 ; G02F1/1337 ; G02F1/13363 ; G02B6/032 ; G02B6/255 ; C03B37/027 ; C03B37/075 ; C03C25/002 ; C03C25/007 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京知汇宏图知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 刘红杰; |
| 摘要 | 本 发明 属于天文 光子 学 技术领域，具体涉及一种光纤偏振态 控制器 ，包括 支撑 台；高精密旋转台，装配在支撑台 侧壁 上；第一压电玻璃和第二压电玻璃，所述第一压电玻璃和第二压电玻璃设置在高精密旋转台一侧； 液晶 填充光子晶体光纤，所述液晶填充光子晶体光纤从左至右依次贯穿支撑台、高精密旋转台、第一压电玻璃和第二压电玻璃；所述高精密旋转台负载第一压电玻璃、第二压电玻璃相较于液晶填充光子晶体光纤旋转，施加旋转 电场 ，用于控制液晶的指向矢；可控 电压 源，所述可控电压源正负极上连接有 导线 。本发明通过构建一个可以旋转的电场，来对光子晶体光纤中液晶的指向矢，从而实现控制通过光子晶体光纤的光波的偏振态。 | ||
| 权利要求 | 1.一种光纤偏振态控制器，其特征在于：包括支撑台(2)； |
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| 说明书全文 | 一种光纤偏振态控制器及光子晶体光纤的制作方法技术领域背景技术[0002] 恒星干涉仪是一种基于空间相干分析的互相关设备，用于测量恒星之间的干涉信号。在该仪器中，需使用多个望远镜收集光学信号，以保留其光场相干特性。然而，光学信号损耗、偏振、色散和能量起伏等因素会破坏条纹可见度信息，从而影响干涉测量的精度。与空间中光波传播不同，光波在光纤中传输时容易受到偏振态的影响，导致干涉信号不稳定，降低条纹可见度。因此，在恒星干涉测量中，光的偏振问题尤为重要。为克服全波导恒星干涉系统中偏振影响，关键技术是偏振控制和偏振补偿，核心在于对偏振态进行调整和控制。 [0003] 光纤中光场偏振态的不稳定性来自光纤自身因素和环境因素，包括光纤不均匀性、不对称性、残余应力、温度、应力和振动等。这些因素会导致偏振效应，如双折射、偏振相关损耗和偏振模色散，进而使光信号的偏振态不稳定。在单模光纤中，光的偏振态会随着时间和位置的变化而变化，从而引入大量噪声和扰动，导致光纤中传输的光信号变得不稳定和不可预测，从而降低恒星干涉测量的精度。 发明内容[0005] 本发明采取的技术方案具体如下： [0006] 一种光纤偏振态控制器，包括支撑台； [0007] 高精密旋转台(10)，装配在支撑台(2)侧壁上； [0008] 第一压电玻璃(3)和第二压电玻璃(4)，所述第一压电玻璃(3)和第二压电玻璃(4)设置在高精密旋转台(10)一侧； [0009] 液晶填充光子晶体光纤(6)，所述液晶填充光子晶体光纤(6)从左至右依次贯穿支撑台(2)、高精密旋转台(10)、第一压电玻璃(3)和第二压电玻璃(4)，，液晶填充光子晶体光纤(6)与高精密旋转台(10)的旋转中心共轴，所述第一压电玻璃(3)、第二压电玻璃(4)和液晶填充光子晶体光纤(6)彼此相互平行； [0010] 所述高精密旋转台(10)负载第一压电玻璃(3)、第二压电玻璃(4)相较于液晶填充光子晶体光纤(6)旋转，施加旋转电场，用于控制液晶的指向矢； [0012] 所述液晶填充光子晶体光纤(6)通过第一夹具(7)和第二夹具(8)被固定在与高精密旋转台(10)上，且位于与旋转中心共轴的直线上。 [0013] 所述第一压电玻璃和第二压电玻璃端面分别固定安装有电刷，所述电刷上均连接有环形电枢，正负极上所述导线均与环形电枢连接。 [0015] 所述液晶填充光子晶体光纤孔径沿光纤径向呈六边形排布，且外径为125um，且液晶填充光子晶体光纤(6)中填充有向列相液晶。 [0016] 所述高精度旋转台步距角小于1.8°。 [0017] 该发明中直接控制光纤中所传输光的偏振态的为光子晶体光纤中填充的向列相液晶，液晶是一种具有可调节折射率和偏振特性的材料。将液晶填充到光子晶体光纤的空气孔道中，可以通过调节液晶的电场来改变其折射率和偏振特性，从而实现对光信号的偏振态控制。在向列相液晶填充到光子晶体光纤的气孔中之后，向列相液晶分子的长轴沿着光纤的轴向对齐。对于选择性填充的光子晶体，向列相液晶波导靠近纤芯，纤芯中的模式将泄漏到液晶波导中，导致传输光谱中的干扰波长偏移。液晶分子将随着电压的变化而偏转，导致液晶的有效折射率发生变化。当施加的电压大于向列相液晶的阈值电压时，液晶分子将发生偏转，偏转角和电压的关系为： [0018] [0019] 其中，Eth为阈值电压，Eeff为所施加的电压，θ为液晶分子的偏转角。 [0021] [0022] 其中，ne和no分别为材料对e光和o光的折射率，其中n⊥和n∥分别为光轴方向上的折射率和垂直光轴方向的折射率。因此，晶体的双折射改变可以表示为： [0023] [0024] 由上述两公式可清楚得出，通过控制电压的方向可以实现对液晶的折射率的调制，当光在液晶中传输时，其相位延迟为： [0025] [0026] 因此，可通过控制施加在液晶上的电场的强度或者方向来实现对通过液晶的光波的相位以及偏振态进行精确的控制，将光波偏振态的控制等效成了对电场的控制。 [0027] 一种光子晶体光纤的制作方法，所述制作方法包括以下步骤： [0028] S1：去一段气孔型光子晶体光纤，使用尖端直径接近光子晶体气孔的光纤细锥蘸取少量紫外固化胶，点在光子晶体光纤的其中一个气孔上，随即紫外灯照射封堵住该气孔； [0029] S2：重复上述S1，封堵住除了要填充的之外的所有气孔； [0030] S3：S2操作完毕后，获得的光子晶体光纤插入向列相液晶中，利用毛吸效应，光子晶体光纤未被封堵的气孔被液晶填满； [0033] 本发明取得的技术效果为： [0034] 本发明的一种光纤偏振态控制器及光子晶体光纤的制作方法通过搭建精密电场旋转机构，设计制作液晶填充的光子晶体光纤，用驱动电场旋转机构来对光子晶体中填充的液晶进行控制，从而实现光通过光子晶体光纤时，对其偏振态的精确控制；通过毛细效应对光子晶体光纤的气孔选择性填充向列相液晶，液晶在不同的电场方向作用下液晶指向矢会发生变化，使透过液晶的光波偏振态发生改变，因此通过计算机控制精密电场旋转系统的方向，实现对光波的偏振态的精确控制。 [0035] 本发明的一种光纤偏振态控制器及光子晶体光纤的制作方法中，液晶不仅具有晶体的光学特性，同时也有液体的流动性，液晶在一定温度范围内可以按一定的规则进行排列；当液晶被填充到光子晶体光纤中形成液晶填充光子晶体光纤后，由于液晶在可以使得通过液晶填充光子晶体光纤的光产生相位延迟；电场可以使得液晶的指向性发生偏转，偏振角的大小与电场的大小有关，所以可以通过改变电场大小达到偏振控制的目的。附图说明 [0036] 图1是本发明实施例中搭建偏振控制所需的高精度旋转台结构示意图； [0037] 图2是本发明实施例液晶选择性填充光子晶体气孔的流程图。 [0038] 附图中，各标号所代表的部件列表如下： [0039] 1、可控电压源；2、支撑台；3、第一压电玻璃；4、第二压电玻璃；5、电刷；6、液晶填充光子晶体光纤；7、第一夹具；8、第二夹具；9、环形电枢；10、高精密旋转台。 具体实施方式[0041] 实施例1： [0042] 如图1‑图2所示，一种光纤偏振态控制器，包括支撑台2； [0043] 高精密旋转台10，装配在支撑台2侧壁上； [0044] 第一压电玻璃3和第二压电玻璃4，所述第一压电玻璃3和第二压电玻璃4设置在高精密旋转台10一侧； [0045] 液晶填充光子晶体光纤6，所述液晶填充光子晶体光纤6从左至右依次贯穿支撑台2、高精密旋转台10、第一压电玻璃3和第二压电玻璃4，，液晶填充光子晶体光纤6与高精密旋转台10的旋转中心共轴，所述第一压电玻璃3、第二压电玻璃4和液晶填充光子晶体光纤6彼此相互平行； [0046] 所述高精密旋转台10负载第一压电玻璃3、第二压电玻璃4相较于液晶填充光子晶体光纤6旋转，施加旋转电场，用于控制液晶的指向矢； [0047] 可控电压源1，所述可控电压源1正负极上连接有导线，正负极上的所述导线分别与第一压电玻璃3和第二压电玻璃4电连接； [0048] 所述液晶填充光子晶体光纤6通过第一夹具7和第二夹具8被固定在与高精密旋转台10上，且位于与旋转中心共轴的直线上。 [0049] 偏振控制与偏振补偿是解决光纤系统偏振影响的重要途径，其核心技术在于调整和控制光信号的偏振态。偏振控制技术是光纤通信、光纤测量、光纤传感等偏振相关应用发展的重要前提，其可以有效地补偿光纤系统中的各种偏振相关信号衰落现象，显著提升系统性能。 [0050] 为对光纤中传输光波的偏振态实现精确控制，本发明提出了一种结构简单，偏振态高度可控的光纤偏振控制器。本发明采取的技术方案是：通过构建一个可以旋转的电场，来对光子晶体光纤中液晶的指向矢，从而实现控制通过光子晶体光纤的光波的偏振态。 [0051] 第一压电玻璃3和第二压电玻璃4端面分别固定安装有电刷5，电刷5上均连接有环形电枢9，导线均与环形电枢9连接。 [0052] 第一压电玻璃3和第二压电玻璃4相互对应的侧壁上均镀有铟锡氧化物半导体透明导电氧化膜。 [0053] 液晶填充光子晶体光纤6孔径沿光纤径向呈六边形排布，且外径为125um，且液晶填充光子晶体光纤6中填充有向列相液晶。 [0054] 高精度旋转台10步距角小于1.8°。 [0055] 其中，长基线恒星干涉技术是达到几百米孔径的衍射受限望远镜角分辨能力的唯一途径。天文光纤技术为恒星干涉仪小型化、集成化，提高观测能力，降低成本提供了一条新的技术途径。随着光纤技术的发展，第二代干涉仪使用单模光纤取代了经典光学系统，从望远镜焦点定向传输光束到光束组合器。以光纤耦合器、光纤光栅滤波器、光纤延迟线为代表的光纤器件被广泛应用于全波导恒星干涉仪。然而，光纤在应用时，会受环境因素干扰，例如温度、应力、振动等因素，都会引起光纤双折射的改变，导致光信号偏振态不稳定。在单模光纤中，传输光的偏振态是沿光纤不断变化的，而且光纤中每一点的偏振态还会随时间变化，这种复杂的变化引入大量的噪声或扰动，导致光纤中传输的光信号不稳定和不可预知，降低恒星干涉测量的精度。克服环境对光纤系统偏振影响的重要途径是偏振控制与偏振补偿，其核心技术是对偏振态进行调整与控制。偏振控制技术能补偿光纤系统中各种偏振相关的信号衰落，大幅度提升系统性能。本发明旨在实现光纤偏振态的精确控制和补偿，对光纤恒星干涉系统以及光纤通讯系统提供一种偏振态精密控制和补偿系统，实现光信号在光纤链路中的高保真和高稳定传输。 [0056] 当施加的电压大于向列相液晶的阈值电压时，液晶分子将发生偏转，偏转角和电压的关系为： [0057] [0058] 其中，Eth为阈值电压，Eeff为所施加的电压，θ为液晶分子的偏转角。与液晶光轴呈θ角的入射光，液晶的各向异性发生双折射后，其两个光轴上的折射率可表示为： [0059] [0060] 其中，ne和no分别为材料对e光和o光的折射率，其中n⊥和n∥分别为光轴方向上的折射率和垂直光轴方向的折射率。因此，晶体的双折射改变可以表示为： [0061] [0062] 由上述两公式可清楚得出，通过控制电压的方向可以实现对液晶的折射率的调制，当光在液晶中传输时，其相位延迟为： [0063] [0064] 因此，可通过控制施加在液晶上的电场的强度或者方向来实现对通过液晶的光波的相位以及偏振态进行精确的控制，将光波偏振态的控制等效成了对电场的控制。 [0065] 实施例2： [0066] 如图2所示，一种光子晶体光纤的制作方法，液晶选择型填充光子晶体气孔的具体方法为：使用直径接近光子晶体光纤气孔直径的光纤细锥蘸取紫外固化胶，将要填充的第一个气孔之外的所有孔全部点涂，然后用紫外固化灯进行照射固化，之后将该端面插入向列相液晶溶液中，通过毛细效应液晶会自动进入空气孔；随即切掉该端面，重复上述步骤直至液晶填充满所有需要填充的气孔，将该光子晶体光纤与单模光纤进行熔接，就能得到可通过电场控制的光纤偏振控制单元。 [0067] 实施例3： [0068] 如图2所示，一种光子晶体光纤的制作方法，制作液晶填充型光子晶体的方法为：通过使用光纤切割刀切出一段截面平整的气孔型光子晶体光纤，使用尖端直径接近光子晶体气孔的光纤细锥蘸取少量紫外固化胶，点在光子晶体光纤的其中一个气孔上，随即紫外灯照射封堵住该气孔；重复上述步骤直至封堵住除了要填充的之外的所有气孔；然后切除端面，重复上述步骤，将光子晶体光纤中指定形状区域内的气孔全部使用向列相液晶填充； 最后使用光纤熔接机将得到的液晶填充的光子晶体光纤两端分别与单模光纤进行熔接。 [0069] 将液晶填充的光子晶体光纤通过夹具放置在高精密电场旋转装置的中轴线上，通过计算机控制电场旋转的角度和方向，实验对光纤中传输光偏振态的调控。 [0070] 工作原理：首先搭建偏振控制所需要的高精密旋转台10，可控电压源1的正负极通过导线连接至两个环形电枢9，镀有半导体透明导电氧化膜的第一压电玻璃3和第二压电玻璃4分别通过电刷5连接至两个环形电枢9，当控制可调电压源1电压时，第一压电玻璃3和第二压电玻璃4之间会产生垂直于两个导电玻璃的近似匀强电场，其电场均匀度在中间位置可达99.98％；第一压电玻璃3和第二压电玻璃4均被固定在同一个高精密旋转台上，在0°‑720°之间可任意角度旋转，其精细程度可以通过步进电机驱动器来进行控制，最小步距角度可达0.15°，可实现电场方向的任意改变； [0071] 整个旋转部件固定在支撑台2上，特定气孔填充的液晶填充光子晶体光纤6通过第一夹具7和第二夹具8被固定在与高精密旋转台10共轴的直线上，在对光纤中传输光波偏振态控制时，光纤耦合器为光纤入射端耦合进线偏振光，通过光强探测器对光纤出射端的光强进行探测，当施加周期性电场时，检测到的出射端光强发生明显周期性变化，由此得出光纤的偏振态可以由所施加的电压来进行控制，当电场的方向随着高精密旋转台10转动时，光纤出射端光强随着空心旋转台的转动而发生周期性变化。 [0072] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。 |
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