基於光學偏振計延遲線的低噪聲存儲系統的製作方法
2023-07-18 00:36:06
專利名稱：基於光學偏振計延遲線的低噪聲存儲系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學系統。尤其是，本發明涉及光學信號發送中的噪聲減少。
背景技術：
常規的數據存儲系統利用磁碟(媒體)表面上的幾千兆個磁記錄印記(位)來存儲相對極化的(例如，正或負)數據位。這些互補的磁性偶極子(它們平行於磁碟表面)代表『1』或『0』的邏輯狀態。根據本行業的當前面密度(例如，每平方英寸幾千兆位)的增長率，這種常規的磁碟驅動器可接近的面密度高達20Gbits/in2，這導致與超順磁限制的潛在問題。尤其是，此物理性質使得相對極化範疇的相互距離非常靠近，從而退化引起數據訛誤的問題。
為了防止這一潛在的技術障礙，使用利用磁-光(MO)存儲系統的另一種存儲技術。理論上，這種MO存儲系統能獲得的面密度超過約40Gbits/in2，但不會碰到超順磁限制。然而，這種技術導致需要克服新的技術挑戰，諸如系統內雷射器噪聲的影響。尤其是，必需通過仔細的光學系統設計來把包括模式分割噪聲(MPN)和雷射器相位噪聲的光譜偏振噪聲(SPN)減到最小。
例如，通過頻率選擇性偏振保持(PM)光纖系統來傳播包含不可避免的輕微光學未對準誤差多縱向模式雷射(例如，來自Fabry-Perot二極體雷射器)，SPN可能發展從而增大主光信號(用作MO媒體和檢測模塊之間的數據管道)中的數據訛誤的似然性。把SPN減到最小的一個特定方案是利用單模式(例如，單頻率)分布反饋(DFB)雷射器，該雷射器在系統內不產生這些多模式，從而避免了MPN的影響。然而，在市場上不容易獲得目前在紅色光譜範圍內和高功率電平處進行操作的DFB雷射器。雖然使用DFB雷射器消除MPN，但雷射器相位噪聲可能仍舊存在。此外，由於考慮到多模式雷射器二極體較之DFB雷射器便宜，所以多模式雷射器是MO存儲系統的較佳雷射器源類型。
所需的是一種利用多模式二極體雷射器並把MO存儲系統內的SPN的影響減到最小的系統和方法。
發明內容
相應地，本發明通過提供這樣的系統和方法來克服已有技術的缺陷，該系統和方法通過把寄生光信號的偏振分量的時間移動到遠離主光信號來把第一級光譜偏振噪聲(SPN)減到最小。尤其是，該系統的一個較佳實施例包括多模式雷射器、漏光束分離器(LBS)、第一半波板(HWP1)、第二半波板(HWP2)、偏振計延遲線(PDL)、偏振保持(PM)光纖、第一四分之一波板(QWP1)，第二四分之一波板(QWP2)以及差分檢測模塊。由於光學系統的性能不理想產生了寄生光信號。
多模式雷射器產生主光信號，該信號被用作把當前邏輯狀態從MO媒體上的特定位置傳送到差分檢測模塊。以一射頻來調製雷射器的通-斷，以與PDL和PM光纖有關的光學路徑長度來確定該射頻的特定值。PDL和PM光纖是來往於MO媒體傳播主光信號的連續雙折射光導的零件。
HWP1和HWP2與QWP1相結合改變了主光信號的偏振，以保證主光信號的第一和第二偏振分量沿PDL的每個延遲路徑長度和PM光纖的每個軸轉播。通過在正向路徑上沿一個延遲路徑長度和軸傳播以及從MO媒體的返迴路徑上的相反延遲路徑長度和軸傳播，當不存在MO信號時，主光信號的這兩個偏振分量的淨光學路徑差將為零。當存在MO信號或克爾磁效應時，在組信號的兩個偏振分量之間引入小的相移，使得淨光學路徑差稍稍不為零。為了把QWP1的延遲和/或定向誤差所引起的SPN減到最小，PDL把寄生光信號的一半的時間移到主光信號前面並把另一半移到組光信號後面，從而避免寄生與主光學脈衝串之間的相干作用。
LBS允許線性偏振光在正向路徑上進入PDL和PM光纖，從而把主信號的這種偏振模式的一部分和正交偏振模式的大部分(由克爾磁效應產生)向差分檢測器反射。此外，LBS把相應時移寄生信號的一部分向差分檢測模塊反射。QWP2修改反射的主光信號的兩個偏振分量之間的相位，以保證差分檢測模塊準確地檢測到主光信號所傳送的數據信號的邏輯狀態。
附圖概述
圖1示出本發明的一個較佳實施例的整個系統。
圖2示出本發明的一個較佳實施例的多模式雷射器的輸出功率的模式分割。
圖3示出本發明的一個較佳實施例的偏振保持光纖。
圖4示出在通過諸如本發明一個較佳實施例中的PM光纖等雙折射媒體傳播雷射時產生模式分割噪聲的多縱向雷射器的光(為了簡化，在此情況下有兩個模式)。
圖5示出在本發明一個較佳實施例中充分對準的四分之一波板(QWP1)的情況下到達檢測模塊的光學信號。
圖6示出本發明一個較佳實施例的從主光信號時間移位的寄生光信號(由QWP1的未對準而產生)。
圖7示出多模式二極體雷射器噪聲(包括模式分割噪聲和相位噪聲的SPN)對自由空間幹涉計中的兩個光束之間路徑差的圖表。
圖8(a)和8(b)分別示出QWP2前後的檢測路徑中的主光信號的偏振狀態，該狀態具有以及不具有本發明一較佳實施例的邏輯狀態。
圖9示出具有本發明另一個較佳實施例的光纖瞄準儀的偏振計延遲線。
圖10示出本發明另一個實施例的全光纖形式的偏振計延遲線。
本發明的較佳實施方式現在參考附圖來描述本發明的較佳實施例，其中相同的標號表示相同或在功能上相似的元件，每個標號最左邊的數字相應於首次使用該標號的圖。
圖1示出本發明一個較佳實施例的低噪聲光學存儲系統100，它利用浮動光頭技術(未示出)(例如，如上所述在Jeffrey P.Wilde等人在名為「使用光纖來存儲和檢索信息的光學系統和方法」的08/745,095號美國申請中所討論的光學輔助Winchester(OAW)磁碟驅動器技術，在這裡通過參考引入其全部內容)從磁-光(MO)媒體讀取偏振信號。系統100包括多模式雷射器110、漏光束分離器(LBS)120、第一半波板(HWP1)130、第二半波板(HWP2)177、第一四分之一波板(QWP1)185、第二四分之一波板(QWP2)114、偏振計延遲線(PDL)160、多個偏振保持(PM)光纖180、多個磁-光(MO)媒體190以及差分檢測模塊116。為了避免不必要的複雜性，將僅示出一個PM光纖180以及一個MO媒體190，並主要對其進行描述。本領域內的技術人員將知道，可把應用於一個PM光纖180和一個MO媒體190的相同原理應用於多個PM光纖180和多個MO媒體190。此外，本領域內的技術人員將知道，還可把應用於一較佳實施例的相同原理應用於其它實施例，諸如也必需把雷射器噪聲減到最小的光纖電流傳感器。
如圖2所示，在一較佳實施例中，多模式雷射器110為Fabry-Perot(FP)雷射器二極體，它產生多個脈衝縱向模式(主光信號)，這些模式以某一脈衝頻率(例如，通常為300-500MHz)把磁-光(MO)信號從MO媒體190傳送到差分檢測模塊116。LBS 120耦合到多模式雷射器110，LBS 120接收來自雷射器110的主輸出p偏振光束並沿向PDL 160和MO媒體190的正向路徑傳輸此主光信號的p偏振光的大部分(例如，約80％)。
在一較佳實施例中，HWP1 130耦合在LBS 120與PDL 160的第一端之間，HWP1130把主光偏振旋轉約45度，以保證主光信號在正向路徑上進入PDL 160時被分成兩個相對相等的分量信號，把第一分量信號保持為p偏振光(p波)信號，並把第二分量信號轉換成s偏振光(s波)信號。僅為了示意的目的，將假定p波沿PDL 160的短延遲路徑長度Lp通過第一偏振光束分離器PBS1 169傳播，並假定s波信號被PBS1 169改變方向而沿PDL 160的長延遲路徑長度Ls傳播。然後，由第二偏振光束分離器PBS2 170重新組合p和s波並共同傳播。差分延遲路徑長度導致(Ls-Lp)的正向路徑差Δd正向(PDL)，它相應於s波信號與p波信號之間的延遲時間τ正向(PDL)(Δd正向(PDL))/c=(Ls-Lp)/c，這裡c是光在真空中的速度值。
HWP2 177耦合在PDL 160的第二端與PM光纖180的第一端之間，HWP2 177對以圖3所示的PM光纖180的雙折射(ΔnB=n慢-n快)軸離開PDL 160的p波信號和s波信號進行對準。尤其是，HWP2 177把s波信號對準到沿PM光纖180的慢軸n慢傳播，並把p波信號對準到沿PM光纖180的快軸n快傳播。在一較佳實施例中，雙折射率ΔnB通常在從10-4到10-3範圍內。在其它實施例中，把s波和p波信號對準到沿相反的光纖軸傳播。
圖4示出對於2模式雷射器，可在本發明的一個較佳實施例中產生模式分割噪聲(MPN)的方式。尤其是，圖中示出以45度入射到PM光纖180中的兩個線性偏振模式。在光纖180內把這兩個模式中的每一個模式分離成快和慢偏振分量。在離開光纖時，假設兩個縱向模式中的每一個模式為與快和慢偏振分量之間的相對相移有關的隨機偏振狀態。由於這兩個縱向模式都相對於圖2所討論的功率相互動態競爭，所以光纖180輸出處的淨偏振狀態隨時間發生波動，從而產生偏振噪聲(例如，模式分割噪聲)。在通過起偏器後，把此偏振噪聲轉換成強度噪聲。
由於PM光纖180的慢軸的折射率大於快軸的折射率，所以s波信號將以較慢的相速度沿慢軸傳播。此外，較慢的相速度還相應於比快軸的光學路徑長度Fp長的光學路徑長度Fs。可把慢軸和快軸之間的相對光學路徑差Δd正向(光纖)表示為(Fs-Fp)，它相應於p波和s波信號之間的(L光纖ΔnB)/c(這裡，L光纖是PM光纖180的實際長度，ΔnB是PM光纖180的雙折射率，c是光在真空中的速度)的相對時間延遲τ光纖(正向)。此時間延遲τ光纖(正向)加上PDL的時間延遲τPDL(正向)。相應於第k個雷射器模式的淨正向路徑相位差φk=ωk(τ正向(PDL)+τ正向(光纖))(這裡，k=2ck,]]>λk=第k個雷射器模式的波長)，它繼而確定光纖輸出處的第k個雷射器模式的偏振。由於雷射器的每個模式在離開PM光纖180的第二端時一般都具有不同的偏振並結合每個模式波動的強度，所以總PM光纖輸出偏振在PM光纖180的第二端處波動，導致MPN很明顯。
可通過把主光信號的兩個偏振分量之間的光學路徑差減小到零來消除MPN和任何附帶的雷射器相位噪聲。在一較佳實施例中，光學路徑差的這種減小是通過加倍通過QWP1 185從而使偏振的方向對於通過PM光纖180和PDL 160的返迴路徑改變90度來實現的。尤其是，QWP1 185相對於PM光纖180第二端處的光纖軸以45°對準，從而QWP1 185把這兩個線性偏振分量(s波信號和p波信號)轉換成左和右圓偏振狀態。在從MO媒體190反射時，顛倒這兩個圓狀態的方向(例如，右偏振變為左偏振，而左偏振變為右偏振)。在返迴路徑上通過QWP1後，以90°旋轉把圓狀態轉換回到相應的線性狀態。
在返迴路徑上進入PM光纖180的第二端時，主光信號的90度偏振旋轉使得補償了光學路徑。例如，最初作為p波信號在正向路徑上沿PDL 160的短延遲路徑長度Lp和沿PM光纖180的快軸Fp傳播的主光信號的第一分量現在作為s波信號在返迴路徑上沿PM光纖180的慢軸Fs和PDL 160的長延遲路徑長度Ls傳播。原始的s波信號(現在的p波信號)在返迴路徑上沿PM光纖180的快軸Fp和PDL 160的短延遲路徑長度Lp傳播。通過使主光信號的每個分量在正向路徑上沿PDL 160的一個延遲路徑長度以及PM光纖180的一個軸以及在返迴路徑上沿相反的延遲路徑長度和光纖軸傳播，使得離開PDL 160的第一端的重新組合的主光信號不經歷與離開PM光纖180的第二端的主光信號相類似的淨光學路徑差。主光信號中的這種淨光學路徑差的明顯減小使得把主光信號的兩個分量之間的相對延遲時間減到最小，從而避免了SPN的發展。尤其是，在通過PDL 160和PM光纖180的往返程傳播結束時，主光信號的第一分量和第二分量將分別傳播相等的組合長度Lp+Fp+Fs+Ls以及Ls+Fs+Fp+Lp。
圖8(a)和8(b)示出在通過系統100的往返程傳播時主光信號的返回偏振狀態的性質。在不存在克爾效應的圖8(a)中，LBS 120的偏振狀態反射與輸入狀態即p波信號相同。在圖8(b)中，在p波信號以45度的方向通過QWP2 114後，把此p波信號轉換成圓偏振狀態，由於該信號的平衡，在差分檢測器116中產生零輸出信號。
當存在克爾效應時，圖8(a)示出產生小的s波，依據在MO碟片190處探測到的磁性的符號(例如，向上或向下)，s的相位與p波相差正或負90度。在LBS 120後，圖8(a)示出由於克爾效應，主光信號具有右手(磁性向下)或左手(磁性向上)旋轉方向的輕微橢圓偏振。在通過QWP2 114後，圖8(b)示出可由差分檢測116相互區分的這兩個狀態，這是因為克爾和非克爾光恢復同相併發生幹擾，以產生可區分的差信號。
即使在理論上系統100可通過僅提供為零的淨光學路徑差來消除主光信號的兩個分量的相對時間延遲，但系統100內不可避免的未對準誤差使得存在寄生光信號，繼而此信號影響檢測到的信號的噪聲電平。尤其是，誤差通常出現在各個光學分量或其各自的相互對準中。在一較佳實施例中，特別關心的一個元件是QWP1185，它可存在於光學記錄頭上。通常，難於控制因該元件的實際小尺寸(例如，0.090x0.20x1.0mm3)而引起的QWP1 185的延遲和對準誤差。
寄生光信號是通過光學系統傳播併到達差分檢測模塊且其兩個主要偏振分量已經歷非零光學路徑差的這部分光。尤其是，QWP1 185的厚度或旋轉對準中的每個誤差將產生寄生光，此光繼而可引起大的第一級SPN(例如，因一個分量誤差引起的SPN)。此外，第二級MPN(例如，因兩個分量誤差的組合引起的SPN)也可能在PDL 160和PM光纖180未對準並結合QWP1中的誤差時發展。在一較佳實施例中，通過把所有PM光纖180組合成一陣列從而PM光纖180的全部軸都相互完全對準(例如，誤差小於1度)，這樣來避免PM光纖180和PDL 160之間的未對準。避免PM光纖180與PDL 160之間未對準的另一個實施例是利用動態電氣控制的偏振旋轉器(例如，通過把HWP2 177置於電氣控制的旋轉臺上或以結合四分之一波板一起使用的向列型液晶元件來替換HWP2 177)，可在PDL 160與PM光纖180的第一端之間使用該旋轉器，以為在PM光纖180之間的切換提供積極對準。
由QWP1 185中的延遲或定向誤差所產生的寄生光信號在返迴路徑上沿與最初在正向路徑中傳播的相同軸和路徑長度傳播。由於不能在相反的軸和延遲路徑長度上傳播，寄生光信號的s和p分量在到達差分檢測模塊時經歷明顯的光學路徑長度差2(Ls+Fs)-2(Lp+FP)，繼而它可產生使系統信噪比惡化的SPN。尤其是，一個軸上的寄生光信號的時間將被延遲，相反軸上的寄生光信號的時間將相對於主信號波分量提前(它們都以同一光學路徑傳播)。總而言之(例如，當雷射器以連續波的方式或在某些任意調製情況下進行操作時)，檢測系統中的寄生波的時間將相互重疊並與主光信號重疊。結果，這些疊加的寄生光信號主光信號將相互幹擾。此幹擾可導致SPN的數量較大，使得差分檢測模塊116難於檢測主光信號內的克爾效應。只有在適當的頻率下以通-斷方式來調製開雷射器二極體，才可克服SPN的影響。在利用適當的調製時，如這裡所述，寄生光信號與主光信號的時間不重疊，從而消除了寄生光信號與主光信號之間的幹擾，繼而避免了SPN的形成。更具體來說，PDL 160產生一路徑長度差，它與僅由短的PM光纖180所貢獻的路徑長度差相比足夠大，從而允許使用合理的調製頻率來產生必要的時間分離。
通過適當的雷射器調製(接著提供細節)，PDL 160通過把寄生光信號的時間移動到基本上相互遠離並與主光信號遠離而消除了由QWP1中的分量誤差所引起的第一級SPN。尤其是，PDL 160利用約0.2-0.5米的實際上單向的延遲路徑長度差(Lp-Ls)。由於此實際延遲長度較小，所以PDL 160容易實現且不昂貴。此外，PDL160把系統100中所存在的模式分割噪聲和雷射器相位噪聲的數量減到最小，使得把雷射器噪聲的影響減小到近似於散粒噪聲限制的性能水平。
在一較佳實施例中，PDL160包括第一偏振光束分離器(PBS1)169、第二偏振光束分離器(PBS2)170、第一反射鏡165和第二反射鏡175。在主光信號在正向路徑上進入PDL 160前，HWP1 130把光信號定向為45度，以保證耦合到HWP1 130的PBS1 169接收主光信號並把它分離成兩個幅度相等的分量，發射分量即p波信號和反射分量即s波信號。然後，PDL 160通過把s波信號的方向變到反射離開第一反射鏡165和第二反射鏡175，使得s波信號沿光學路徑長度Ls傳播。通過PBS1 169和PBS2 170的直接發射，使p波信號沿延遲路徑長度Lp傳播。PBS2 170接收s和p波信號並把它們重新組合成主光信號。PBS2 170接收此s和p波並把它們都指向通過HWP2 177(或等效的偏振旋轉器)進入這組PM光纖180中的一個光纖，該光纖有效地起到PDL 160的延伸作用。HWP2 177在PDL 160與PM光纖180之間的對準導致s和p波離開PDL 160並分別進入到PM光纖180的快和慢光纖軸(或反之亦然)。因此，正向路徑中的p波信號與s波信號分量之間獲得的光學路徑差Δd為Δd=(Ls+Fs)-(Lp+FP)=(Ls-Lp)+ΔnL光纖，這裡Δn為光纖雙折射率，L光纖為PM光纖長度。在一較佳實施例中，Lp=10cm，Ls=50cm，Δn=10-3以及L光纖=100cm，正向路徑差Δ將等於40.1cm。
在另一實施例中，如果PDL 160的軸以足夠的精度與每個PM光纖180的軸機械對準，則可消除HWP2 177。在一附加的實施例中，此系統100還可由一段長的PM光纖180構成，但相應的長度約為401米。然而，一較佳實施例的PDL 160提供了更緊湊而便宜的實現。
主光在離開正向路徑中的PM光纖180後，通過QWP1 185，反射離MO碟片190，並再次通過QWP1 185。兩次通過QWP1 185把輸出的s波信號轉換成回程上的p波信號並把輸出的p波信號轉換成s波信號。存在的寄生波將達到QWP1 185的延遲(例如，其相移偏離90度)或其45度定向的程度。這些寄生波相當於未被QWP1 185完全轉換的那部分輸出光，即作為s波返回的輸出s波以及作為p波返回的輸出p波。因此，主光信號的每個偏振分量沿PDL 160的延遲路徑長度傳播，而寄生光信號的每個分量僅沿兩個光學路徑長度之一傳播。這樣，寄生光信號的這兩個分量將經歷相對於主光信號及其本身的往返程時移。
例如，如圖6所示，在返迴路徑上離開PDL 160的第一端時，主光信號610的s和p波分量已傳播的總光學長度為Lp+Fp+Fs+Ls。由於寄生光信號在正向和返迴路徑上沿同一光纖長度和延遲路徑長度傳播，所以p波寄生光信號630將傳播較短的淨光學長度2Fp+2Lp，s波寄生光信號620將傳播較長的淨光學長度2Fs+2Ls。寄生光信號的這兩個分量與主光信號之間的淨光學長度之差導致p波寄生光信號630的時間被移到主光信號前面，而s波寄生光信號620的時間被移到主光信號後面。
為了保證來自主光信號的s波和p波寄生光信號的時間近似完全分離，以約33％的佔空因數對多模式雷射器110進行脈衝啟動和脈衝斷開。這樣的佔空因數保證了這三個時間上分離的脈衝(例如，寄生信號的s波和p波信號以及主光信號)中的每一個(它們具有相同的時間寬度)將分別獨佔雷射器脈衝周期的近似1/3。不能利用此佔空因數使得寄生光信號的分量與其它光信號重疊。例如，在連續波雷射器環境下，寄生光信號分量將暫時相互以及與主光信號重疊(例如，在時間上重疊)，從而在檢測通道內產生SPN效應。
由於在一較佳實施例中，以保證單向延遲時間(τ正向(PDL)=Δd正向(PDL)/c)近似於雷射器調製周期(T雷射器)的三分之一的方式來設定PDL 160中的正向路徑差(Δd正向(PDL))，所以這兩個路徑長度的路徑差Δd正向(PDL)為c(T雷射器)/3。在一較佳實施例中，通過以高頻(例如，近似於100-1000MHz)對多模式雷射器110進行脈衝啟動和脈衝斷開並把PDL 160設計成具有此適當的頻率相關延遲路徑差Δd正向(PDL)=cT雷射器/3Δd正向(PDL))= (例如，10-70cm)，PDL 160把系統100中的寄生光信號的影響有效地減到最小，從而把使主光信號訛誤的SPN減到最小。例如，如圖7所示，當示例實施例的雷射器調製頻率為450MHz時，需要近似於30cm的路徑差Δd正向(PDL)。更具體來說，對於小的路徑差(例如，小於約0.1m)，噪聲以模式分割效應佔主導，因而示出具有發生在相干峰值處的噪聲最小值的明顯結構。如圖7所示的示例實施例的最低噪聲區域發生在近似於0.33m的路徑差處，在該處，離開幹涉計的兩個光信號的時間不重疊。隨著路徑差增加到超過0.33m，噪聲再次增加並以雷射器相位噪聲效應佔主導。這樣的示例演示了本發明各實施例中所使用的原理。
即使一個較佳實施例集中於傳播路徑的折射率近似於等於空氣(即，n=1)的自由空間形式的PDL 160，本發明的其它實施例也可通過利用折射率大於1的導波傳播路徑來實現相同的必要頻率相關光學路徑差。例如，圖9示出PDL 160的第一變化實施例，它包括PBS1 169、PBS2 170和光纖瞄準儀910。光纖瞄準儀910使系統100更緊湊且容易製造。尤其是，光纖瞄準儀910包括第一GRIN透鏡920(例如，間距(pitch)為0.25)、第二GRIN透鏡930(例如，間距為0.25)和折射率近似於1.5的光纖940。光纖瞄準儀910接受並輸出直徑適當的經瞄準的自由空間光束。在PDL 160的本實施例中的光纖940可以是偏振光纖(例如，PZ光纖)、PM光纖或路由適當的低雙折射率(Lo-Bi)光纖。對另一實施例的主要約束在於，光纖940必需以高的消光比傳播單個線偏振狀態(例如，s波信號)。
圖10示出系統100的第二變化實施例，它具有全光纖形式的PDL 160。尤其是，此PDL 160包括光纖1045內的偏振光束分離器1010。光纖940提供了長的路徑長度Ls，而光纖1045提供的短的路徑長度Lp。為了使該裝置與經瞄準的自由空間操作兼容，把第一GRIN透鏡920(例如，間距為0.25)和第二GRIN透鏡920(例如，間距為0.25)分別置於光纖940的輸入和輸出處。圖10所示的全光纖PDL方案相對於圖1的自由空間形式和圖9的混合方案減輕了元件對準的難度；然而，全光纖形式需要高性能的PM分離器1010。此外，為了避免來自光纖940端面的反射(它可增加系統100中的SPN)，光纖940的末端是角劈開(angle-cleaved)的並與GRIN透鏡920和930仔細對準，GRIN透鏡920和930已經過類似的角拋光。與直接劈開的光纖940相比，角劈開的光纖940一般導致系統100的正向耦合效率高達70-80％。還可通過在GRIN透鏡920和930之間以及光纖末端使用折射率匹配環氧可消除來自直接劈開光纖940的端面反射。
為了說明和描述，以上描述了較佳實施例。它們不是窮盡的，也不是把本發明限制於所揭示的特定形式。根據以上描述，許多修改和變化是可能的。選擇和描述較佳實施例以最好地說明本發明的原理及實際應用，從而使本領域內的其它技術人員可最好地在適用於特定用途的各實施例和各自修改中利用本發明。本發明的範圍將由權利要求書及其等價物來限定。
權利要求
1．一種耦合到產生主光信號的雷射器的低噪聲光學系統，其特徵在於所述系統包括第一光束分離器，適用於接收來自雷射器的主光信號並適用於發射第一分量信號和第二分量信號，第一分量信號包括主光信號的第一部分，第二分量信號包括主光信號的第二部分；具有第一光學長度、第一端和第二端的第一管道，第一管道在第一端處耦合到第一光束分離器，所述第一管道適用於在正向路徑上傳播第一分量信號並在返迴路徑上傳播第三分量信號，所述第三分量信號包括主光信號的第二部分以及第一寄生光信號；具有第二光學長度、第一端和第二端的第二管道，第二管道在第一端處耦合到第一光束分離器，所述第二管道適用於在正向路徑上傳播第二分量信號並在返迴路徑上傳播第四分量信號，所述第四分量信號包括主光信號的第一部分以及第二寄生信號，光學長度比第一光學長度長的第二光學長度適用於在把第三分量信號與第四分量信號組合時，在主光信號和第一寄生信號以及第二寄生光信號之間引起時間分離。
2．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一管道的第二端和第二管道的第二端的第二光束分離器，適用於接收第一分量信號和第二分量信號並適用於以第一分量信號與第二分量信號之間的時間延遲來發射主光信號。
3．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第一管道和第二管道包括折射率近似等於空氣的折射率的自由空間傳播。
4．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第二管道包括光纖瞄準儀。
5．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第一管道和第二管道中的每一個都包括偏振保持光纖。
6．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第二光學長度與第一光學長度之間的實際長度差小於1米。
7．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第一光學長度與第二光學長度之間的實際長度差近似等於(cT雷射器)/3，這裡c為光在空氣中的速度，T雷射器為雷射器的調製周期。
8．如權利要求7所述的系統，其特徵在於雷射器的調製周期具有至少1/3的佔空度。
9．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第一光束分離器和第二光束分離器中的每一個包括偏振光束分離器。
10．如權利要求1所述的系統，其特徵在於第一光束分離器和第二光束分離器中的每一個包括偏振光纖分離器。
11．如權利要求10所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一偏振分離光纖的第一GRIN透鏡，適用於把沿主光信號的正向路徑的傳播指向通過偏振分離光纖。
12．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第二光束分離器的四分之一波板，適用於把主光信號重新定向以使返迴路徑上的第二光束分離器把主光信號分離成第三分量信號和第四分量信號。
13．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第二光束分離器的反射媒體，適用於使主光信號從正向路徑重新指向返迴路徑。
14．如權利要求13所述的系統，其特徵在於所述反射媒體包括磁-光媒體，適用於依靠克爾效應把以磁性方式存儲在磁-光媒體上的邏輯狀態信息傳送到主光信號。
15．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括具有第一端、第二端、第三光學長度以及第四光學長度的第三管道，所述第三管道的所述第一端耦合到所述第一管道的所述第二端以及所述第二管道的所述第二端，所述第三管道適用於傳播主光信號、第一寄生信號以及第二寄生光信號。
16．如權利要求15所述的系統，其特徵在於所述第三管道包括光纖。
17．如權利要求16所述的系統，其特徵在於光纖包括偏振保持光纖，所述偏振保持光纖包括代表偏振保持光纖的快軸的第四光學長度以及代表偏振保持光纖的慢軸的第三光學長度。
18．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一光束分離器的第一半波板，適用於對在正向路徑上傳播的主光信號的偏振進行定向，以使第一光束分離器把主光信號分離成第一分量信號以及第二分量信號。
19．如權利要求15所述的系統，其特徵在於還包括置於第二光束分離器與第三管道之間的第一半波板，適用於對正向路徑上的主光信號進行定向，以使第三管道把主光信號分離成第三分量和第四分量。
20．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一光束分離器的漏光束分離器，適用於接收來自雷射器的主光信號並適用於把具有一偏振狀態的主光信號發射到第一光束分離器。
21．如權利要求14所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一光束分離器的差分檢測模塊，適用於檢測包含在主光信號內的邏輯狀態信息。
22．如權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括耦合到第一光束分離器的四分之一波板，適用於使在返迴路徑上傳播的主光信號近似於圓偏振。
23．一種耦合到雷射器的光學系統，適用於把主光信號上的光譜偏振噪聲的影響減到最小，其特徵在於所述系統包括反射磁-光媒體，適用於依靠克爾效應把以磁性方式存儲在媒體上的邏輯狀態信息傳送到主光信號；耦合到反射磁-光媒體的偏振保持光纖，適用於來往於反射磁-光媒體傳播主光信號；以及耦合到偏振保持光纖的偏振計延遲線，適用於把寄生光信號的時間與主光信號的時間分離。
24．一種用於減少光譜偏振噪聲的影響的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟把從雷射器接收到的主光信號分離成第一分量信號和第二分量信號；通過第一管道在正向路徑上傳播第一分量信號；通過第二管道在正向路徑上傳播第二分量信號；把第一分量信號轉換成第四分量信號，所述第四分量信號包括第一分量信號以及第一寄生光信號；把第二分量信號轉換成第三分量信號，所述第三分量信號包括第二分量信號以及第二寄生光信號；通過第二管道在返迴路徑上傳播主光信號的第四分量信號；通過第一管道在返迴路徑上傳播主光信號的第三分量信號；以及把第三分量信號與第四分量信號組合，以重新形成主光信號並把第一寄生光信號和第二寄生光信號時間與主光信號的時間分離。
25．如權利要求24所述的系統，其特徵在於還包括使主光信號從正向路徑重新指向返迴路徑的步驟。
26．如權利要求25所述的系統，其特徵在於還包括依靠克爾效應把以磁性方式存儲在磁-光媒體上的邏輯狀態信息傳送到主光信號的步驟。
27．如權利要求24所述的系統，其特徵在於還包括通過偏振保持光纖在正向路徑上傳播第一分量信號和第二分量信號以及通過偏振保持光纖在返迴路徑上傳播第三分量信號和第四分量信號的步驟。
28．如權利要求24所述的系統，其特徵在於還包括對在正向路徑上傳播的主光信號進行定向以使第一光束分離器把主光信號分離成第一分量信號以及第二分量信號的步驟。
29．如權利要求23所述的系統，其特徵在於還包括檢測在主光信號內傳輸的邏輯狀態信息的步驟。
30．一種用於減小光譜偏振噪聲的影響的方法，其特徵在於所述方法包括把從雷射器接收到的主光信號分離成第一分量信號和第二分量信號；通過第一管道傳播第一分量信號；通過第二管道傳播第二分量信號；分離第一寄生光信號與第二分量信號的時間以及第二寄生光信號與第一分量信號的時間；以及把第一分量信號與第二分量信號組合，以形成主光信號。
全文摘要
一種系統和方法,用於在使用多模式二極體雷射器和偏振保持光纖時在磁光存儲系統中實現高的信噪比。尤其是,該系統把輸入的主光信號分離成兩個正交的偏振狀態,然後在重新組合這兩個偏振狀態前把它們在不同的距離上傳播。通過在高的頻率下以脈衝啟動和斷開雷射器並對偏振狀態選擇有關雷射器的調製頻率的適當路徑差,該系統消除了由主要光學元件內的潛在誤差所引起的第一級光譜偏振噪聲。
文檔編號G11B7/135GK1295708SQ99804646
公開日2001年5月16日 申請日期1999年3月26日 優先權日1998年3月30日
發明者J·P·維爾德, A·採利科夫, 張永衛 申請人:西加特技術有限責任公司