Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2725144C1 - Method of controlling a fiber-optic polarization controller - Google Patents

Method of controlling a fiber-optic polarization controller Download PDF

Info

Publication number
RU2725144C1
RU2725144C1 RU2020104022A RU2020104022A RU2725144C1 RU 2725144 C1 RU2725144 C1 RU 2725144C1 RU 2020104022 A RU2020104022 A RU 2020104022A RU 2020104022 A RU2020104022 A RU 2020104022A RU 2725144 C1 RU2725144 C1 RU 2725144C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
cos
polarization controller
sin
optical radiation
Prior art date
Application number
RU2020104022A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Бурдин
Михаил Викторович Дашков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики"
Priority to RU2020104022A priority Critical patent/RU2725144C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2725144C1 publication Critical patent/RU2725144C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: fiber optic equipment.SUBSTANCE: invention relates to fiber-optic equipment. According to the method of controlling a fiber-optic polarization controller, optical radiation is supplied to the input of the optical fiber, into which three birefringent elements of the fiber-optic polarization controller are connected in series, to each of which a mechanical load is applied, which is controlled by signals coming from the control unit, a feedback signal is sent to the input of the control unit, which is formed by selecting a portion of the optical radiation passing through the fiber-optic polarization controller, for which from the output of the fiber-optic polarization controller using an optical coupler, selecting a portion of the optical radiation, said extracted part of optical radiation is supplied to a linear optical polariser, from the output of which optical radiation is supplied to the input of the photodetector, in which a feedback signal is generated, which is transmitted to the input of the control unit, where the polarization state of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller is controlled, and based on the results of processing signals coming from the feedback circuit, generating signals which control the mechanical load applied to the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller so as to provide a given polarization state of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller, note here that birefringent elements of fiber-optic polarization controller are calibrated.EFFECT: invention is intended to control polarization state of optical radiation at output of fiber-optic polarization controller.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для управления состоянием поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации и может быть использовано для определения состояния поляризации оптического излучения на его входе.The invention relates to fiber optic technology and is intended to control the state of polarization of optical radiation at the output of a fiber optic polarization controller and can be used to determine the polarization state of optical radiation at its input.

Известен способ управления волоконно-оптическим контроллером поляризации [1], заключающийся в том, что оптическое излучение подают на вход оптического волокна, к трем участкам которого прикладывают радиальные нагрузки от блока формирования и контроля прикладываемой к оптическому волокну нагрузки, контролируют эти радиальные нагрузки, контролируют состояние поляризации на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации и изменяют прикладываемые к оптическому волокну радиальные нагрузки по результатам контроля состояния поляризации на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации. Данный способ не позволяет определять состояние поляризации на входе волоконно-оптического контроллера поляризации, а также влияние напряжения, прикладываемого к отдельному участку на состояние поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации от радиальной нагрузки, прикладываемую к одному из трех участков оптического волокна. Как следствие, заданное состояние поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации получают за счет перебора комбинаций радиальных нагрузок, прикладываемым к трем вышеуказанным участкам оптического волокна волоконно-оптического контроллера.A known method of controlling a fiber-optic polarization controller [1], which consists in the fact that optical radiation is fed to the input of the optical fiber, to three sections of which are applied radial loads from the unit for forming and monitoring the load applied to the optical fiber, control these radial loads, control the state polarization at the output of the fiber optic polarization controller and change the radial loads applied to the optical fiber according to the results of monitoring the state of polarization at the output of the fiber optic polarization controller. This method does not allow to determine the polarization state at the input of the fiber-optic polarization controller, as well as the influence of the voltage applied to a separate section on the polarization state of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller from the radial load applied to one of the three sections of the optical fiber. As a result, a given state of polarization of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller is obtained by sorting out the combinations of radial loads applied to the three above-mentioned sections of the optical fiber of the fiber-optic controller.

Известен способ управления волоконно-оптическим контроллером поляризации [2], заключающийся в том, что оптическое излучение подают на вход оптического волокна, в которое последовательно включены три двулучепреломляющих элемента волоконно-оптического контроллера поляризации, к каждому из которых прикладывают механическую нагрузку, которую регулируют сигналами, поступающими от блока управления, а на входы блока управления подают сигналы обратной связи, которые формируют, выделяя часть оптического излучения, проходящего через волоконно-оптический контроллер поляризации. Для этого с выхода каждого из двулучепреломляющих элементов волоконно-оптического контроллера поляризации с помощью оптического ответвителя выделяют часть оптического излучения, эту выделенную часть оптического излучения подают на линейный оптический поляризатор, с выхода которого оптическое излучение подают на вход фотоприемника, в котором формируют сигнал обратной связи, который и подают на соответствующий вход блока управления, где контролируют изменения состояния поляризации оптического излучения на выходе каждого из двулучепреломляющих элементов волоконно-оптического контроллера поляризации и по результатам обработки данных этих изменений формируют сигналы, регулирующие механическую нагрузку, прикладываемую к двулучепреломляющим элементам волоконно-оптического контроллера поляризации, так, чтобы обеспечить заданное состояние поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации. Для реализации данного способа необходимо три цепи обратной связи, и, соответственно, оптических ответвителя, три линейных оптических поляризатора и три фотоприемника, что существенно усложняет реализацию способа, увеличивает его стоимость, и, как следствие, ограничивает область его применения. A known method of controlling a fiber-optic polarization controller [2], which consists in the fact that the optical radiation is fed to the input of the optical fiber, which consistently includes three birefringent elements of the fiber-optic polarization controller, to each of which a mechanical load is applied, which is controlled by signals, coming from the control unit, and feedback signals are fed to the inputs of the control unit, which form, isolating part of the optical radiation passing through the fiber-optic polarization controller. To this end, from the output of each of the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller using an optical coupler, a part of the optical radiation is extracted, this extracted part of the optical radiation is fed to a linear optical polarizer, from the output of which the optical radiation is fed to the input of the photodetector, in which a feedback signal is generated, which is fed to the corresponding input of the control unit, where changes in the state of polarization of optical radiation are monitored at the output of each of the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller, and according to the results of processing these changes, signals are generated that regulate the mechanical load applied to the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller , so as to provide a given state of polarization of the optical radiation at the output of the fiber optic polarization controller. To implement this method, three feedback circuits are required, and, accordingly, an optical coupler, three linear optical polarizers and three photodetectors, which significantly complicates the implementation of the method, increases its cost, and, as a result, limits its scope.

Сущностью предполагаемого изобретения является расширение области применения.The essence of the alleged invention is the expansion of the scope.

Эта сущность достигается тем, что, согласно способу управления волоконно-оптическим контроллером поляризации, заключающемуся в том, что оптическое излучение подают на вход оптического волокна, в которое последовательно включены три двулучепреломляющих элемента волоконно-оптического контроллера поляризации, к каждому из которых прикладывают механическую нагрузку, которую регулируют сигналами, поступающими от блока управления, на вход блока управления подают сигнал обратной связи, которые формируют выделяя часть оптического излучения, проходящего через волоконно-оптический контроллер поляризации, для чего с выхода волоконно-оптического контроллера поляризации с помощью оптического ответвителя выделяют часть оптического излучения, эту выделенную часть оптического излучения подают на линейный оптический поляризатор, с выхода которого оптическое излучение подают на вход фотоприемника, в котором формируют сигнал обратной связи, который и подают на вход блока управления, где контролируют изменения состояния поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации и по результатам обработки сигналов, поступивших из цепи обратной связи, формируют сигналы, регулирующие механическую нагрузку, прикладываемую к двулучепреломляющим элементам волоконно-оптического контроллера поляризации так, чтобы обеспечить заданное состояние поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации, при этом предварительно калибруют двулучепреломляющие элементы волоконно-оптического контроллера поляризации, для чего последовательно для каждого двулучепреломляющего элемента волоконно-оптического контроллера поляризации при фиксированных уровнях сигналов блока управления, регулирующих механическую нагрузку, прикладываемую к двум другим двулучепреломляющим элементам, снимают зависимость оптической мощности, поступающей на фотоприемник от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу, по которой строят зависимости изменения фазового сдвига оптического излучения

Figure 00000001
на каждом из двулучепреломляющих элементов от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу, и запоминают их, затем последовательно устанавливают следующие восемь комбинаций значений фазовых сдвигов оптического излучения на двулучепреломляющих элементах
Figure 00000002
– (0, 0, 0), (0, π, 0), (0, π/2, π/2), (0, π/2, 3π/2), (π/2, π/2,0), (π/2, 3π/2, 0), (0, 3π/2, 0), (0, π/2, 0), определяют и запоминают значения оптической мощности, поступающей на фотоприемник для каждой из указанных комбинаций, после чего определяют состояние поляризации оптического излучения на входе волоконно-оптического контроллера поляризации, вычисляя ориентацию оси линейного поляризатора и параметры вектора стокса по формулам:This essence is achieved by the fact that, according to the method of controlling the fiber-optic polarization controller, which means that the optical radiation is fed to the input of the optical fiber, in which three birefringent elements of the fiber-optic polarization controller are sequentially connected, to each of which a mechanical load is applied, which is regulated by signals from the control unit, a feedback signal is supplied to the input of the control unit, which form a part of the optical radiation that passes through the fiber-optic polarization controller, for which part of the optical radiation is isolated from the output of the fiber-optic polarization controller using an optical coupler , this selected part of the optical radiation is fed to a linear optical polarizer, from the output of which optical radiation is fed to the input of the photodetector, in which a feedback signal is generated, which is fed to the input of the control unit, where the measurement the state of the polarization of optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller and, based on the results of processing the signals received from the feedback circuit, form signals that regulate the mechanical load applied to the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller so as to provide a given state of polarization of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller, at the same time, the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller are pre-calibrated, for which, successively for each birefringent element of the fiber-optic polarization controller, at fixed signal levels of the control unit that regulate the mechanical load applied to the other two birefringent elements, they are removed the dependence of the optical power supplied to the photodetector on the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this two refractive element, which is used to construct the dependences of the phase shift of optical radiation
Figure 00000001
on each of the birefringent elements from the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this birefringent element, and remember them, then sequentially establish the following eight combinations of values of the phase shifts of the optical radiation on the birefringent elements
Figure 00000002
- (0, 0, 0), (0, π, 0), (0, π / 2, π / 2), (0, π / 2, 3π / 2), (π / 2, π / 2, 0), (π / 2, 3π / 2, 0), (0, 3π / 2, 0), (0, π / 2, 0), determine and store the values of optical power supplied to the photodetector for each of these combinations and then determine the polarization state of the optical radiation at the input of the fiber-optic polarization controller, calculating the orientation of the axis of the linear polarizer and the parameters of the Stokes vector by the formulas:

2 ϕ = arctan (     P { 0, π / 2 , π / 2 } P { 0, π / 2 , 3 π / 2 }   P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } )

Figure 00000003
, 2 ϕ = arctan ( P { 0 π / 2 , π / 2 } - P { 0 π / 2 , 3 π / 2 } P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } )
Figure 00000003
,

s 1 = P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000004
, s 1 = P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000004
,

s 2 = P { π / 2 , π / 2 ,0 } P { π / 2 , 3 π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000005
, s 2 = P { π / 2 , π / 2 0 } - P { π / 2 , 3 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000005
,

s 3 = P { 0, 3 π / 2 ,0 } P { 0, π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000006
, s 3 = P { 0 3 π / 2 0 } - P { 0 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000006
,

где P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }

Figure 00000007
- мощность на входе фотоприемника для соответствующей комбинации фазовых задержек на элементах двулучепреломления
Figure 00000008
, - затем, решая систему уравнений:Where P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }
Figure 00000007
- power at the input of the photodetector for the corresponding combination of phase delays on the elements of birefringence
Figure 00000008
, - then, solving the system of equations:

{ s 1 в ы х = s 1 в х cos ( θ 2 ) + s 2 в х sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 3 в х cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) s 2 в х [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]

Figure 00000009
, определяют значения фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, при которых исходное состояние поляризации оптического излучения S в х = [ s 0 в х , s 1 в х , s 2 в х , s 3 в х ]
Figure 00000010
преобразуется в требуемое S в ы х = [ s 0 в ы х , s 1 в ы х , s 2 в ы х , s 3 в ы х ]
Figure 00000011
, по результатам калибровки определяют уровни сигнала блока управления, которые соответствуют этим значениям фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, и устанавливают их. { s 1 in s x = s 1 in x cos ( θ 2 ) + s 2 in x sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) - s 3 in x cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - s 2 in x [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]
Figure 00000009
determine the phase delay values of birefringent elements of the polarization controller, at which the initial state of polarization of the optical radiation S in x = [ s 0 in x , s 1 in x , s 2 in x , s 3 in x ]
Figure 00000010
converted to required S in s x = [ s 0 in s x , s 1 in s x , s 2 in s x , s 3 in s x ]
Figure 00000011
, the calibration results determine the signal levels of the control unit, which correspond to these phase delay values of birefringent elements of the polarization controller, and set them.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит волоконно-оптический контроллер поляризации 1, оптическое волокно 2 которого последовательно включены первый 3, второй 4 и третий 5 двулучепреломляющие элементы, соединенные, соответственно, с первым 6, вторым 7 и третьим 8 элементами, преобразующими электрические сигналы в механическую нагрузку, блок управления 9, оптический ответвитель 10, линейный поляризатор 11 и фотоприемник 12. Причем, первый двулучепреломляющий элемент 3 соединен с первым элементом 6, преобразующим электрические сигналы в механическую нагрузку, второй двулучепреломляющий элемент 4 соединен со вторым элементом 7, преобразующим электрические сигналы в механическую нагрузку, а третий двулучепреломляющий элемент 5 соединен с третьим элементом 8, преобразующим электрические сигналы в механическую нагрузку. При этом, оптическое волокно 2 волоконно-оптического контроллера поляризации 1 на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации 1 соединено со входом оптического ответвителя 10, второй выход которого соединен со входом линейного поляризатора 11, а выход линейного поляризатора 11 соединен со входом фотоприемника 12. Выход фотоприемника 12 подключен ко входу блока управления 9, первый, второй и третий выходы которого подключены, соответственно, ко входам первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов, преобразующих электрические сигналы в механическую нагрузку.The device contains a fiber-optic polarization controller 1, the optical fiber 2 of which is connected in series with the first 3, second 4, and third 5 birefringent elements connected, respectively, with the first 6, second 7, and third 8 elements that convert electrical signals to mechanical load, a control unit 9, an optical coupler 10, a linear polarizer 11 and a photodetector 12. Moreover, the first birefringent element 3 is connected to the first element 6 that converts the electrical signals into mechanical load, the second birefringent element 4 is connected to the second element 7 that converts the electrical signals into mechanical load, and the third birefringent element 5 is connected to the third element 8, which converts the electrical signals into mechanical load. In this case, the optical fiber 2 of the optical fiber polarization controller 1 at the output of the optical fiber polarization controller 1 is connected to the input of the optical coupler 10, the second output of which is connected to the input of the linear polarizer 11, and the output of the linear polarizer 11 is connected to the input of the photodetector 12. Photodetector output 12 is connected to the input of the control unit 9, the first, second and third outputs of which are connected, respectively, to the inputs of the first 6, second 7 and third 8 elements that convert electrical signals into mechanical load.

Способ осуществляется следующим образом. Оптическое излучение через оптическое волокно 2 волоконно-оптического контроллера поляризации 1 поступает последовательно через первый 3, второй 4 и третий 5 двулучепреломляющие элементы, а затем через оптическое волокно 2 волоконно-оптического контроллера поляризации 1 и оптический ответвитель 10 на первый выход оптического ответвителя 10, который является выходом волоконно-оптического контроллера поляризации 1. Часть оптического излучения (до 5% от общей мощности) в оптическом ответвителе 10 ответвляется на второй выход оптического ответвителя 10 и через линейный поляризатор 11 на вход фотоприемника 12, преобразующего оптический сигнал в электрический. Электрический сигнал с выхода фотоприемника поступает на входа фотоприемника 12 поступает на вход блока управления 9, в котором в результате обработки этого сигнала определяется и запоминается значение уровня мощности оптического излучения на входе фотоприемника 12. Предварительно по программе блока управления калибруются волоконно-оптические двулучепреломляющие элементы волоконно-оптического контроллера поляризации. При этом последовательно для каждого двулучепреломляющего элемента волоконно-оптического контроллера поляризации при фиксированных уровнях сигналов блока управления, регулирующих механическую нагрузку, прикладываемую к двум другим двулучепреломляющим элементам, снимается зависимость оптической мощности, поступающей на фотоприемник от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу, по которой строятся и запоминаются зависимости изменения фазового сдвига оптического излучения θi на каждом из двулучепреломляющих элементов от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу. Затем последовательно устанавливаются следующие восемь комбинаций значений фазовых сдвигов оптического излучения на двулучепреломляющих элементах

Figure 00000002
– (0, 0, 0), (0, π, 0), (0, π/2, π/2), (0, π/2, 3π/2), (π/2, π/2,0), (π/2, 3π/2, 0), (0, 3π/2, 0), (0, π/2, 0), при этом определяются и запоминаются значения оптической мощности, поступающей на фотоприемник для каждой из указанных комбинаций, после чего определяется состояние поляризации оптического излучения на входе волоконно-оптического контроллера поляризации в результате вычислений в блоке управления 9 ориентации оси линейного поляризатора и параметров вектора Стокса по формулам:The method is as follows. Optical radiation through the optical fiber 2 of the optical fiber polarization controller 1 is supplied sequentially through the first 3, second 4 and third 5 birefringent elements, and then through the optical fiber 2 of the optical fiber polarization controller 1 and the optical coupler 10 to the first output of the optical coupler 10, which is the output of the fiber-optic polarization controller 1. A part of the optical radiation (up to 5% of the total power) in the optical coupler 10 is coupled to the second output of the optical coupler 10 and through the linear polarizer 11 to the input of the photodetector 12, which converts the optical signal into electrical. An electrical signal from the output of the photodetector is fed to the input of the photodetector 12 and fed to the input of the control unit 9, in which, as a result of processing this signal, the value of the optical radiation power level at the input of the photodetector 12 is determined and stored. Previously, the fiber optic birefringent elements are calibrated according to the program of the control unit optical polarization controller. At the same time, for each birefringent element of the fiber-optic polarization controller at fixed signal levels of the control unit that regulate the mechanical load applied to the other two birefringent elements, the dependence of the optical power supplied to the photodetector on the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this birefringent element, which is used to construct and memorize the dependences of the phase shift of the optical radiation θ i on each of the birefringent elements on the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this birefringent element. Then, the following eight combinations of phase shifts of the optical radiation on birefringent elements are sequentially established
Figure 00000002
- (0, 0, 0), (0, π, 0), (0, π / 2, π / 2), (0, π / 2, 3π / 2), (π / 2, π / 2, 0), (π / 2, 3π / 2, 0), (0, 3π / 2, 0), (0, π / 2, 0), and the values of the optical power supplied to the photodetector for each of them are determined and stored these combinations, after which the polarization state of the optical radiation at the input of the fiber-optic polarization controller is determined as a result of calculations in the control unit 9 of the orientation of the axis of the linear polarizer and the parameters of the Stokes vector according to the formulas:

2 ϕ = arctan (     P { 0, π / 2 , π / 2 } P { 0, π / 2 , 3 π / 2 }   P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } )

Figure 00000003
, 2 ϕ = arctan ( P { 0 π / 2 , π / 2 } - P { 0 π / 2 , 3 π / 2 } P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } )
Figure 00000003
,

s 1 = P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000004
, s 1 = P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000004
,

s 2 = P { π / 2 , π / 2 ,0 } P { π / 2 , 3 π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000005
, s 2 = P { π / 2 , π / 2 0 } - P { π / 2 , 3 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000005
,

s 3 = P { 0, 3 π / 2 ,0 } P { 0, π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )

Figure 00000006
, s 3 = P { 0 3 π / 2 0 } - P { 0 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000006
,

где P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }

Figure 00000007
- мощность на входе фотоприемника для соответствующей комбинации фазовых задержек на элементах двулучепреломления
Figure 00000008
, затем, путем решения системы уравнений:Where P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }
Figure 00000007
- power at the input of the photodetector for the corresponding combination of phase delays on the elements of birefringence
Figure 00000008
, then, by solving the system of equations:

{ s 1 в ы х = s 1 в х cos ( θ 2 ) + s 2 в х sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 3 в х cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) s 2 в х [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]

Figure 00000009
, определяются значения фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, при которых исходное состояние поляризации оптического излучения S в х = [ s 0 в х , s 1 в х , s 2 в х , s 3 в х ]
Figure 00000010
преобразуется в требуемое S в ы х = [ s 0 в ы х , s 1 в ы х , s 2 в ы х , s 3 в ы х ]
Figure 00000011
, по результатам калибровки определяются уровни сигнала блока управления, которые соответствуют этим значениям фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, после чего устанавливаются эти уровни сигналов блока управления. { s 1 in s x = s 1 in x cos ( θ 2 ) + s 2 in x sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) - s 3 in x cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - s 2 in x [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]
Figure 00000009
, the phase delay values of birefringent elements of the polarization controller are determined, at which the initial state of polarization of the optical radiation S in x = [ s 0 in x , s 1 in x , s 2 in x , s 3 in x ]
Figure 00000010
converted to required S in s x = [ s 0 in s x , s 1 in s x , s 2 in s x , s 3 in s x ]
Figure 00000011
, the calibration results determine the signal levels of the control unit that correspond to these phase delay values of the birefringent elements of the polarization controller, after which these signal levels of the control unit are set.

В отличие от известного способа, которым является прототип, для реализации способа требуется в три раза меньше таких элементов, как оптические ответвители, линейные поляризаторы и фотоприемники, и используется менее сложная схема. Это упрощает реализацию способа и снижает ее стоимость по сравнению с прототипом, что, как следствие, расширяет область применения способа.In contrast to the known method, which is the prototype, to implement the method requires three times less elements such as optical couplers, linear polarizers and photodetectors, and a less complex scheme is used. This simplifies the implementation of the method and reduces its cost in comparison with the prototype, which, as a result, expands the scope of the method.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. US 6885782 B2.1. US 6885782 B2.

2US 6552836 B2. 2US 6552836 B2.

Claims (7)

Способ управления волоконно-оптическим контроллером поляризации, заключающийся в том, что оптическое излучение подают на вход оптического волокна, в которое последовательно включены три двулучепреломляющих элемента волоконно-оптического контроллера поляризации, к каждому из которых прикладывают механическую нагрузку, которую регулируют сигналами, поступающими от блока управления, на вход блока управления подают сигнал обратной связи, который формируют, выделяя часть оптического излучения, проходящего через волоконно-оптический контроллер поляризации, для чего с выхода волоконно-оптического контроллера поляризации с помощью оптического ответвителя выделяют часть оптического излучения, эту выделенную часть оптического излучения подают на линейный оптический поляризатор, с выхода которого оптическое излучение подают на вход фотоприемника, в котором формируют сигнал обратной связи, который и подают на вход блока управления, где контролируют изменения состояния поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации и по результатам обработки сигналов, поступивших из цепи обратной связи, формируют сигналы, регулирующие механическую нагрузку, прикладываемую к двулучепреломляющим элементам волоконно-оптического контроллера поляризации так, чтобы обеспечить заданное состояние поляризации оптического излучения на выходе волоконно-оптического контроллера поляризации, отличающийся тем, что предварительно калибруют двулучепреломляющие элементы волоконно-оптического контроллера поляризации, для чего последовательно для каждого двулучепреломляющего элемента волоконно-оптического контроллера поляризации при фиксированных уровнях сигналов блока управления, регулирующих механическую нагрузку, прикладываемую к двум другим двулучепреломляющим элементам, снимают зависимость оптической мощности, поступающей на фотоприемник от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу, по которой строят зависимости изменения фазового сдвига оптического излучения
Figure 00000012
на каждом из двулучепреломляющих элементов от уровня сигнала блока управления, регулирующего механическую нагрузку, прикладываемую к этому двулучепреломляющему элементу, и запоминают их, затем последовательно устанавливают следующие восемь комбинаций значений фазовых сдвигов оптического излучения на двулучепреломляющих элементах
Figure 00000013
– (0,0,0), (0, π
Figure 00000014
,0), (0, π
Figure 00000015
/2, π
Figure 00000015
/2), (0, π
Figure 00000015
/2, 3 π
Figure 00000015
/2), ( π
Figure 00000015
/2, π
Figure 00000015
/2, 0), ( π
Figure 00000015
/2, 3 π
Figure 00000015
/2, 0), (0, 3 π
Figure 00000015
/2, 0), (0, π
Figure 00000015
/2, 0), определяют и запоминают значения оптической мощности, поступающей на фотоприемник для каждой из указанных комбинаций, после чего определяют состояние поляризации оптического излучения на входе волоконно-оптического контроллера поляризации, вычисляя ориентацию оси линейного поляризатора и параметры вектора стокса по формулам:
A method of controlling a fiber-optic polarization controller, namely, that optical radiation is supplied to the input of an optical fiber, in which three birefringent elements of a fiber-optic polarization controller are sequentially connected, to each of which a mechanical load is applied, which is regulated by signals from the control unit , a feedback signal is fed to the input of the control unit, which is formed by extracting part of the optical radiation passing through the fiber-optic polarization controller, for which a part of the optical radiation is extracted from the output of the fiber-optic polarization controller using an optical coupler, this distinguished part of the optical radiation is fed to a linear optical polarizer, from the output of which optical radiation is fed to the input of the photodetector, in which a feedback signal is generated, which is fed to the input of the control unit, where changes in the polarization state of the optical radiation are controlled At the output of the fiber-optic polarization controller and, based on the results of processing the signals received from the feedback circuit, signals are generated that control the mechanical load applied to the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller so as to provide a given state of polarization of the optical radiation at the output of the fiber-optic polarization controller, characterized in that the birefringent elements of the fiber-optic polarization controller are pre-calibrated, for which, successively for each birefringent element of the fiber-optic polarization controller, at fixed signal levels of the control unit that regulate the mechanical load applied to the two other birefringent elements, the dependence of the optical the power supplied to the photodetector from the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this birefringent element, according to To build the dependence of the phase shift of the optical radiation
Figure 00000012
on each of the birefringent elements from the signal level of the control unit that regulates the mechanical load applied to this birefringent element, and remember them, then sequentially establish the following eight combinations of values of the phase shifts of the optical radiation on the birefringent elements
Figure 00000013
- (0,0,0), (0, π
Figure 00000014
, 0), (0, π
Figure 00000015
/ 2, π
Figure 00000015
/20, π
Figure 00000015
/ 2, 3 π
Figure 00000015
/ 2), ( π
Figure 00000015
/ 2, π
Figure 00000015
/20), ( π
Figure 00000015
/ 2, 3 π
Figure 00000015
/ 2, 0), (0, 3 π
Figure 00000015
/ 2, 0), (0, π
Figure 00000015
/ 2, 0), determine and store the values of the optical power supplied to the photodetector for each of these combinations, after which the polarization state of the optical radiation at the input of the fiber-optic polarization controller is determined by calculating the orientation of the linear polarizer axis and the Stokes vector parameters using the formulas:
2 ϕ = arctan (     P { 0, π / 2 , π / 2 } P { 0, π / 2 , 3 π / 2 }   P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } )
Figure 00000016
,
2 ϕ = arctan ( P { 0 π / 2 , π / 2 } - P { 0 π / 2 , 3 π / 2 } P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } )
Figure 00000016
,
s 1 = P { 0,0,0 } P { 0, π ,0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000017
,
s 1 = P { 0,0,0 } - P { 0 π 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000017
,
s 2 = P { π / 2 , π / 2 ,0 } P { π / 2 , 3 π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000018
,
s 2 = P { π / 2 , π / 2 0 } - P { π / 2 , 3 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000018
,
s 3 = P { 0, 3 π / 2 ,0 } P { 0, π / 2 ,0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000019
,
s 3 = P { 0 3 π / 2 0 } - P { 0 π / 2 0 } cos ( 2 ϕ )
Figure 00000019
,
где P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }
Figure 00000020
- мощность на входе фотоприемника для соответствующей комбинации фазовых задержек на элементах двулучепреломления
Figure 00000021
, затем, решая систему уравнений:
Where P { θ 1 , θ 2 , θ 3 }
Figure 00000020
- power at the input of the photodetector for the corresponding combination of phase delays on the elements of birefringence
Figure 00000021
, then, solving the system of equations:
{ s 1 в ы х = s 1 в х cos ( θ 2 ) + s 2 в х sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 3 в х cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 в ы х = s 1 в х sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) s 2 в х [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 в х [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]
Figure 00000022
, определяют значения фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, при которых исходное состояние поляризации оптического излучения S в х = [ s 0 в х , s 1 в х , s 2 в х , s 3 в х ]
Figure 00000023
преобразуется в требуемое S в ы х = [ s 0 в ы х , s 1 в ы х , s 2 в ы х , s 3 в ы х ]
Figure 00000024
, по результатам калибровки определяют уровни сигнала блока управления, которые соответствуют этим значениям фазовой задержки двулучепреломляющих элементов контроллера поляризации, и устанавливают их.
{ s 1 in s x = s 1 in x cos ( θ 2 ) + s 2 in x sin ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) - s 3 in x cos ( θ 1 ) sin ( θ 2 ) s 2 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) + s 2 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ sin ( θ 1 ) cos ( θ 3 ) + cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) sin ( θ 3 ) ] s 3 in s x = s 1 in x sin ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - s 2 in x [ cos ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) + sin ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) ] + + s 3 in x [ cos ( θ 1 ) cos ( θ 2 ) cos ( θ 3 ) - sin ( θ 1 ) sin ( θ 3 ) ]
Figure 00000022
determine the phase delay values of birefringent elements of the polarization controller, at which the initial state of polarization of the optical radiation S in x = [ s 0 in x , s 1 in x , s 2 in x , s 3 in x ]
Figure 00000023
converted to required S in s x = [ s 0 in s x , s 1 in s x , s 2 in s x , s 3 in s x ]
Figure 00000024
, the calibration results determine the signal levels of the control unit, which correspond to these phase delay values of birefringent elements of the polarization controller, and set them.
RU2020104022A 2020-01-30 2020-01-30 Method of controlling a fiber-optic polarization controller RU2725144C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104022A RU2725144C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Method of controlling a fiber-optic polarization controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104022A RU2725144C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Method of controlling a fiber-optic polarization controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725144C1 true RU2725144C1 (en) 2020-06-30

Family

ID=71510225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020104022A RU2725144C1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Method of controlling a fiber-optic polarization controller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725144C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384956B1 (en) * 2000-02-02 2002-05-07 Lucent Technologies Inc. Robust reset-free polarization controller consisting of quarter-wavelength plates
US6480637B1 (en) * 2000-09-30 2002-11-12 General Photonics Corporation Fiber squeezer polarization controller with low activation loss
US8355128B2 (en) * 2009-06-12 2013-01-15 Xtera Communications Inc. Polarization controller

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384956B1 (en) * 2000-02-02 2002-05-07 Lucent Technologies Inc. Robust reset-free polarization controller consisting of quarter-wavelength plates
US6480637B1 (en) * 2000-09-30 2002-11-12 General Photonics Corporation Fiber squeezer polarization controller with low activation loss
US8355128B2 (en) * 2009-06-12 2013-01-15 Xtera Communications Inc. Polarization controller

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01113721A (en) Polarization scrambler
CN111123186B (en) Device and method for testing broadband characteristics of optical fiber current sensor
US7180582B2 (en) Apparatus and method for measuring characteristics of optical fibers
CN108287056B (en) System and method for evaluating coupling characteristics of optical fiber sensitive ring polarization mode
KR20190013741A (en) Method and Apparatus for OFDR Interrogator Monitoring and Optimization
RU2725144C1 (en) Method of controlling a fiber-optic polarization controller
KR20030081109A (en) Highly accurate calibration of polarimeters
CN107179431B (en) Optical fiber current sensing device and method based on birefringence real-time measurement
CN100529712C (en) Single wavelength sweep polarization dependent loss measurement
EP3488275B1 (en) Method and apparatus for obtaining optical measurements in a device handling split-beam optical signals
EP4220108B1 (en) Method and device for detecting absolute or relative temperature and/or absolute or relative wavelength
JP6481521B2 (en) Interference type optical fiber sensor system and interference type optical fiber sensor head
JP6750338B2 (en) Optical fiber sensor system
Ostling et al. Polarization-selective mode coupling in two-mode Hi-Bi fibers
JP6464798B2 (en) Optical fiber sensor system
JPH11271028A (en) Measuring apparatus for strain of optical fiber
Bock et al. Automatic calibration of a fiber-optic strain sensor using a self-learning system
Guevara-Hernandez et al. Design and study of fiber optic interferometric devices applied to vibration detection systems
JPH01291169A (en) Optical fiber current measuring instrument
RU109868U1 (en) OPTICAL VOLTAGE MEASUREMENT SYSTEM WITH TEMPORARY DIVISION OF CHANNELS
JPH01308988A (en) Optical sensor
US20240295437A1 (en) Optical Wavelength Measurement Apparatus and Method, Optical Wavelength Control Device, and Light Emitting System
RU2428704C1 (en) Fibre-optic device of magnetic field and electric current
Wootten et al. Temperature and Strain Fiber Sensing Using Orbital Angular Momentum
JPH01292262A (en) Optical fiber current measuring apparatus