1. Лабораторная работа №1. Одномодовый волоконный контроллер поляризации

1. Цель работы

Получение практических навыков работы с одномодовыми волоконными световодами (ОВС), ознакомление с особенностями ввода и вывода излучения в ОВС, управления состоянием поляризации на выходе волоконного световода (ВС).

2. Описание работы

Волоконный контроллер поляризации (ВКП) основан на принципе наведённого изгибом линейного двулучепреломления в отрезке ОВС. При выполнении определённых условий (см. ниже) этот отрезок может выполнять функции, аналогичные обычным четвертьволновым пластинам.

1.2.1. Общие сведения о состоянии поляризации света

Излучение представляет собой электромагнитную поперечную волну (или суперпозицию волн) и, следовательно, её можно характеризовать направлением электрического вектора электромагнитного поля . Волна называется линейно поляризованной или плоско поляризованной, если вектор не меняет своего направления во времени и лежит в одной плоскости с нормалью к фронту волны (направление распространения) (рис.1.1). – вектор магнитного поля.

Рис.1.1. Взаимное расположение векторов электрического и магнитного полей и нормали к волновому фронту в электромагнитной волне, распространяющейся в направлении оси Z.

Примером неполяризованного света является естественный свет, в котором в каждый момент времени векторы , и , хотя и остаются взаимно перпендикулярными, но направления векторов и беспорядочно изменяются с течением времени.

Линейно поляризованное излучение является частным случаем эллиптично поляризованного излучения, в котором конец вектора электрического поля движется по эллипсу (рис.1.2):

x = a ·cos(t),

y = b·sin(t),

где t – параметр.

Рис. 1.2. Движение вектора в эллиптически поляризованном излучении.

При а=b излучение является циркулярно поляризованным, т.е. поляризованным по кругу с правым или левым направлением вращения соответственно. Следует отметить, что монохромотичное векторное поле всегда поляризовано в общем случае эллиптически.

1.2.2. Четвертьволновая пластина

Четвертьволновой называется пластина, вырезанная из одноосного (двулучепреломляющего) кристалла параллельно его оптической оси, которая вносит дополнительную разность фаз в π/2 между проходящими через неё световыми лучами, поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Пластинка в λ/4 позволяет преобразовать линейно поляризованное излучение в циркулярно поляризованное и наоборот.

Рассмотрим систему из двух, перпендикулярно расположенных пластинок λ/4, оптические оси которых ориентированы под некоторым углом друг к другу и к направлению поляризации входного линейно поляризованного излучения (рис.1.3).

Рис.1.3. Система из двух четвертьволновых пластинок для управления состоянием поляризации.

Можно показать, что, ориентируя пластины 1 и 2 под соответствующими углами, можно получить любые состояния поляризации на выходе оптической системы. Например, располагая пластину 1 под углом 45° к направлению входной поляризации, можно получить на её выходе круговую поляризацию, а на выходе пластины 2 линейную поляризацию, направление которой будет совпадать с направлением оси пластины 2, т.е. повернётся на угол относительно входной поляризации.