偏振无关相位调制装置论文和设计

全文摘要

提供一种偏振无关相位调制装置，包括：偏振分束器、相位调制器和反射装置；其中偏振分束器具有第一、第二、第三和第四端口，第一端口用于接收一路光波，第二和第四端口通过第一传输光路光耦合，第三端口通过第二传输光路耦合至反射装置，偏振分束器被配置用于将一路光波进行分束和\/或将两路光波合束为一路光波；相位调制器，被设置在第一传输光路上并且用于对经其传输的光波进行相位调制；反射装置包括四分之一波片和反射镜，反射镜在四分之一波片后端与四分之一波片一体地形成，反射装置被配置用于将传输来的光波反射回偏振分束器，并在反射时将光波作偏振正交旋转反射。本实用新型的偏振无关相位调制装置结构简单，易于实现。

主设计要求

1.一种偏振无关相位调制装置，其特征在于，包括：偏振分束器、相位调制器和反射装置；其中，所述偏振分束器具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述偏振分束器的第一端口用于接收一路输入光波，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至所述反射装置，其中所述偏振分束器被配置用于将所述输入光波分束为偏振态相互正交的两路光波，和\/或用于将偏振态相互正交的两路光波合束为一路光波；所述相位调制器，被设置在所述第一传输光路上并且被配置用于对经其传输的光波进行相位调制；所述反射装置包括四分之一波片和反射镜，所述反射镜在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成，所述反射装置被配置用于将所述偏振分束器传输来的光波反射回所述偏振分束器，并在反射时将所述偏振分束器传输来的光波作偏振正交旋转反射，使得经由所述反射装置的反射后所述光波的偏振态变换成与其正交的偏振态。

设计方案

1.一种偏振无关相位调制装置，其特征在于，包括：偏振分束器、相位调制器和反射装置；其中，

所述偏振分束器具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述偏振分束器的第一端口用于接收一路输入光波，所述偏振分束器的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，所述偏振分束器的第三端口通过第二传输光路耦合至所述反射装置，其中所述偏振分束器被配置用于将所述输入光波分束为偏振态相互正交的两路光波，和\/或用于将偏振态相互正交的两路光波合束为一路光波；

所述相位调制器，被设置在所述第一传输光路上并且被配置用于对经其传输的光波进行相位调制；

所述反射装置包括四分之一波片和反射镜，所述反射镜在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成，所述反射装置被配置用于将所述偏振分束器传输来的光波反射回所述偏振分束器，并在反射时将所述偏振分束器传输来的光波作偏振正交旋转反射，使得经由所述反射装置的反射后所述光波的偏振态变换成与其正交的偏振态。

2.根据权利要求1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述第一传输光路和\/或所述第二传输光路为保偏光纤光路；所述第二传输光路的保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

3.根据权利要求1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述反射装置包括四分之一波片和镀覆在所述四分之一波片的晶体表面上的反射镜。

4.根据权利要求1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述反射装置包括快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤和镀覆在所述保偏光纤的端面上的反射镜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述相位调制器为单偏振相位调制器。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述相位调制器为双折射相位调制器。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述偏振无关相位调制装置还包括光环形器，所述光环形器被设置位于所述偏振分束器的前端，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述光环形器的第一端口输入的光波经由所述光环形器的第二端口输出至所述偏振分束器；所述偏振分束器输出至所述光环形器的第二端口的光波经由所述光环形器的第三端口输出。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及光传输通信技术领域，尤其涉及一种偏振无关相位调制装置。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够在用户之间安全地共享密钥，并且可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全需求的领域。

量子密钥分发的一个重要环节是对光量子信号的编码和解码。目前，地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，采用相位编码和解码是光纤信道量子密钥分发的主要方式之一，利用波导相位调制器能够实现高速、低压的光量子信号编码和解码。现有商用波导相位调制器多数是偏振相关的，如单偏振波导相位调制器只对一个偏振方向进行相位调制、双折射波导相位调制器对两个偏振方向都进行相位调制但调制效率不同，有效地实现偏振无关相位调制在量子通信以及光纤传感和光纤通信领域的热点和难点。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种偏振无关相位调制装置，其通过将一路光波偏振分束为偏振态相互正交的两路光波，选择偏振分束后的其中一路光波的偏振态与相位调制器的偏振方向一致，偏振分束后的另一路光波输入相位调制器之前通过反射装置对其偏振态进行偏振正交旋转，使得两个正交偏振态的光波都以同一个偏振方向通过相位调制器，对两个正交偏振态光波进行相同的相位调制，从而实现偏振无关相位调制。

本实用新型提供至少以下技术方案：

1.一种偏振无关相位调制装置，其特征在于，包括：偏振分束器、相位调制器和反射装置；其中，

所述相位调制器，被设置在所述第一传输光路上并且被配置用于对经其传输的光波进行相位调制；

2.根据方案1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述第一传输光路和\/或所述第二传输光路为保偏光纤光路；所述第二传输光路的保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

3.根据方案1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述反射装置包括四分之一波片和镀覆在所述四分之一波片的晶体表面上的反射镜。

4.根据方案1所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述反射装置包括快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤和镀覆在所述保偏光纤的端面上的反射镜。

5.根据方案1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述相位调制器为单偏振相位调制器。

6.根据方案1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述相位调制器为双折射相位调制器。

7.根据方案1至4中任一项所述的偏振无关相位调制装置，其特征在于，所述偏振无关相位调制装置还包括光环形器，所述光环形器被设置位于所述偏振分束器的前端，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述光环形器的第一端口输入的光波经由所述光环形器的第二端口输出至所述偏振分束器；所述偏振分束器输出至所述光环形器的第二端口的光波经由所述光环形器的第三端口输出。

利用本实用新型的方案，通过将任意偏振态的一路光波偏振分束为偏振态相互正交的两路光波，选择偏振分束后的其中一路光波的偏振态与相位调制器的偏振方向一致，偏振分束后的另一路光波输入相位调制器之前通过反射装置对其偏振态进行偏振正交旋转，使得两个正交偏振态的光波都以同一个偏振方向通过相位调制器，对两个正交偏振态光脉冲进行相同的相位调制，从而实现偏振无关相位调制。本实用新型的偏振无关相位调制装置结构简单、易于实现。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的偏振无关相位调制装置的组成结构示意图。

图2为本实用新型上述实施例的偏振无关相位调制装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本实用新型的主题模糊不清时，对本文所描述的器件的已知功能和结构的详细具体说明将省略。

图1为本实用新型一个实施例的偏振无关相位调制装置的组成结构示意图。

如图1所示，所述偏振无关相位调制装置包括以下组成部分：偏振分束器102、反射装置103和相位调制器104。

偏振分束器102包括端口A、端口B、端口C和端口D，端口A、端口B、端口C和端口D可分别称为第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。偏振分束器102的第一端口用于接收一路输入光波，偏振分束器102的第二端口和第四端口通过第一传输光路光耦合，偏振分束器102的第三端口通过第二传输光路耦合至反射装置103，其中偏振分束器102用于将所述输入光波分束为偏振态相互正交的两路光波，和\/或用于将偏振态相互正交的两路光波合束为一路光波。

具体地，偏振分束器102的第一端口101，也即端口A，为偏振无关相位调制装置的输入端和输出端。相位调制器104设置在所述第一传输光路上并且被配置用于对经其传输的光波进行相位调制，即，相位调制器104设置位于连接偏振分束器102的端口B和端口D的第一传输光路上。具体地，偏振分束器102的端口B与相位调制器104一侧的端口E相连，偏振分束器102的端口D与相位调制器104另一侧的端口F相连。偏振分束器102的端口C与反射装置103相连。

反射装置103是一种能够对所反射的光波的偏振态作偏振正交旋转反射、即在反射入射的光波时将该光波的偏振态变换成与其正交的偏振态的反射装置。举例而言，假设输入反射装置103的光波的偏振态为x偏振态，经反射装置103作偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即y偏振态，或者，假设输入反射装置103的光波的偏振态为y偏振态，经反射装置103作偏振正交旋转反射后变换成与其正交的偏振态即x偏振态。

在一个实施例中，反射装置103包括四分之一波片和反射镜，所述反射镜在所述四分之一波片后端与所述四分之一波片一体地形成，反射装置103被配置用于将偏振分束器102传输来的光波反射回偏振分束器102，并在反射时将偏振分束器102传输来的光波的偏振态作偏振正交旋转反射，使得经由反射装置103反射后所述光波的偏振态变换成与其正交的偏振态。优选地，所述第一传输光路和\/或所述第二传输光路为保偏光纤光路；具体地，偏振分束器102的端口B与相位调制器104的端口E连接的传输光路、偏振分束器102的端口D与相位调制器104的端口F连接的传输光路、偏振分束器102的端口C与反射装置103连接的传输光路为保偏光纤光路；所述第二传输光路的保偏光纤的慢轴与所述四分之一波片的慢轴或快轴的夹角为45度。

这种包括反射镜和四分之一波片的反射装置103也可以简称为“四分之一波片反射镜”，其可以通过在四分之一波片晶体表面镀反射镜实现，亦可通过在快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤端面镀反射镜实现。具体地，反射装置103可以包括四分之一波片和镀覆在所述四分之一波片的晶体表面上的反射镜。或者，反射装置103包括快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤和镀覆在所述保偏光纤的端面上的反射镜，在该实例中，所述快慢轴传输相位相差90度的保偏光纤相当于四分之一波片。

相位调制器104可以为单偏振相位调制器或者双折射相位调制器，其中所述单偏振相位调制器被配置用于对传输经过的光波的一个偏振态施加相位调制、对另一个偏振态截止；所述双折射相位调制器被配置用于对传输经过的光波的两个正交偏振态施加不同的可调的相位调制。

优选地，所述偏振无关相位调制装置还可以包括光环形器，所述光环形器被设置位于偏振分束器102的前端，所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述光环形器的第一端口输入的光波经由所述光环形器的第二端口输出至偏振分束器102；偏振分束器102输出至所述光环形器的第二端口的光波经由所述光环形器的第三端口输出。

图2为适用于本实用新型上述实施例的偏振无关相位调制装置的工作流程图，其中包括：

步骤S101：将任意偏振态的一路输入光脉冲经偏振分束器分束为两路偏振态相互正交的第一路光脉冲和第二路光脉冲。

步骤S102：第一路光脉冲顺序经相位调制器、所述偏振分束器、反射装置后由反射装置反射回所述偏振分束器，第二路光脉冲顺序经反射装置、所述偏振分束器、相位调制器后传输至所述偏振分束器，由反射装置反射回所述偏振分束器的所述第一路光脉冲和经相位调制器后传输至所述偏振分束器的第二路光脉冲由所述偏振分束器合束为一路光脉冲输出。

步骤S103：所述第一路光脉冲和第二路光脉冲经所述反射装置反射时各自作偏振正交旋转反射，使得经由所述反射装置的反射后，各自的偏振态变换成与其正交的偏振态。

具体地，对于图1所示的偏振无关相位调制装置，工作时，输入光波由端口101经偏振分束器102的端口A输入，并由偏振分束器102偏振分束为偏振态相互正交的第一路光波和第二路光波。第一路光波由偏振分束器102的端口B输出并经相位调制器104的端口E输入相位调制器104进行相位调制后由相位调制器104的端口F输出。从相位调制器104的端口F输出的光波由偏振分束器102的端口D输入偏振分束器102，并由偏振分束器102的端口C输出至反射装置103。反射装置103将输入其的第一路光波反射回偏振分束器102并由偏振分束器102的端口A输出。

第二路光波由偏振分束器102的端口C输出至反射装置103，反射装置103将输入其的第二路光波反射回偏振分束器102并由偏振分束器102的端口D输出。从偏振分束器102的端口D输出的第二路光波经相位调制器104的端口F输入相位调制器104进行相位调制后由相位调制器104的端口E输出。从相位调制器104的端口E输出的第二路光波由偏振分束器102的端口B输入偏振分束器102并由偏振分束器102的端口A输出。

第一路光波和第二路光波中的每个经反射装置103反射后偏振态变换为与其正交的偏振态。相位调制器102对第一路光波和第二路光波进行相同的相位调制。优选地，第一路光波从偏振分束器102的第二端口输出至相位调制器104的时间与第二路脉冲从偏振分束器102的第三端口输出传输至相位调制器104的时间可以相同。

本文中，术语“偏振分束器”亦可称为和用作偏振合束器，反之亦然。

本实用新型的偏振无关相位调制装置既可以应用于量子密钥分发系统，也可以应用于光纤传感和光纤通信领域等。

通过具体实施方式的说明，应当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效有更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

设计图

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