DE3014719C2

DE3014719C2 -

Info

Publication number: DE3014719C2
Application number: DE19803014719
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 7900 Ulm De Russer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1989-02-09
Also published as: DE3014719A1

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Obergbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der DE-OS 28 04 103. Bei dem dort beschriebenen Ringinterferometer wird das von einem Laser ausgesandte, linear polarisierte Licht einem ersten Strahlenteiler und dann einem zweiten Strahlenteiler zugeleitet. Diese Strahlenteiler, die auch Richtkoppler sein können, bestehen im wesentlichen aus halbdurchlässigen Spiegeln, die unter 45°C in den Strahlengang eingefügt sind und eine polarisationsabhängige Ablenkung des Lichts bewirken. Die Strahlenteiler besitzen jeweils zwei optische Ein- und/oder Ausgänge, die auch optische Tore genannt werden. Das in dem zweiten Strahlenteiler ankommende Licht wird dort in zwei Lichtanteile aufgespalten. Diese durchlaufen jeweils ein Polarisationsstellglied (Polarisationsfilter) und werden dann in die Enden eines aufgespulten Lichtwellenleiters (Monomodefaser) eingekoppelt. Dieser wird in entgegengesetzten Richtungen von den beiden Lichtanteilen durchlaufen. Danach gelangen diese wieder auf den zweiten Strahlenteiler und interferieren dort. Das dadurch entstehende Ausgangslicht ist interferometrisch ausgewertet und damit eine zu messende Drehung bestimmt. Es wird lediglich Licht mit einer bestimmten Polarisationsrichtung ausgewertet. Störendes Licht mit anderen Polarisationsrichtungen wird dadurch ausgeschaltet.

Aus "IEEE Journal of Quantum Electronics", Vol. QE-12, No. 7, Juli 1976, Seiten 396-401, ist weiterhin ein elektrooptischer Richtkoppler bekannt, der als integriert optisches Bauelement aufgebaut ist. Dabei sind in einem Substrat zwei nahe beieinander angeordnete Lichtwellenleiter eindiffundiert. Es ist möglich, an auf den Lichtwellenleitern angeordnete Elektroden eine solche elektrische Spannung anzulegen, daß entweder ein kreuzweises oder ein paralleles optisches Verschalten der Lichtwellenleiter ermöglicht wird.

Aus der DE-OS 29 19 590 ist ein Phasenstellglied bekannt.

Aus dem Fachgebiet der Optik sind außerdem Strahlenteiler bekannt, die auch als optische Weichen betrachtet werden können, die Lichtwellen, je nach ihrem Polarisationszustand, verschiedene optische Wege zuweisen.

Aus dem Gebiet der Lichtleitfasertechnik sind weiterhin sogenannte symmetrische Richtkoppler bekannt, die in einer Lichtleitfaser ankommende Lichtwellen gleichmäßig auf zwei Lichtleitfasern verteilen.

Ausgehend von der aus der DE-OS 28 04 103 bekannten Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung derart weiterzubilden, daß bei einer Anordnung mit je zwei optischen Ein- und Ausgängen, im folgenden Tore genannt, die in eines der Eingangs-Tore eingekoppelten Lichtwellen auf eines der beiden Ausgangs-Tore zu übertragen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in dem Unteranspruch beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Toren T 1 bis T 4, den Richtkopplern K 1 und K 2, den Stellgliedern C, D, E, F, G, H und den optischen Verbindungen L und V.

Es ist vorteilhaft, wenn die Richtkoppler K 1 und K 2 weitgehend symmetrisch, reflexionsfrei und verlustfrei sind. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Richtkoppler K 1 und K 2 polarisationsunabhängig in dem Sinn sind, daß Lichtwellen, welche in eines der vier Tore eingekoppelt werden, unabhängig von deren Polarisationszustand vollständig und symmetrisch auf die beiden gegenüberliegenden Tore aufgeteilt werden. Die Stellglieder C, D, E, F, G und H seien ebenfalls vorteilhafterweise reflexionsfrei und verlustfrei. Mit den Stellgliedern können Polarisation und/oder Phase des Lichtes beeinflußt werden.

Die Richtkoppler K 1 und K 2 sind nicht notwendigerweise polarisationserhaltend. Ebenso ist für die optischen Verbindungen L und V, welche die Komponenten K 1, K 2, C, L verbinden, Polarisationserhaltung nicht unbedingt erforderlich.

In verschiedenen Fällen ist eine Verringerung der Anzahl der Stellglieder möglich. Ist z. B. der Polarisationszustand des bei den Toren T 3 und T 4 ausgekoppelten Lichtes uninteressant, so können G und H weggelassen werden. Ebenso kann das vor einem unbenutzten und reflexionsfrei abgeschlossenen Tor liegende Stellglied weggelassen werden.

Ein weiterer wichtiger Sonderfall ist der, in welchem die Richtkoppler K 1 und K 2 sowie alle optischen Verbindungen polarisationserhaltend sind. In diesem Sonderfall können alle Stellglieder bis auf C oder D weggelassen werden.

Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung einer derartigen Anordnung mit nur einem einzigen Stellglied C und der optischen Verbindung L. a ₁ bis a ₈, b ₁ bis b ₈ sind Lichtwellen kennzeichnende Größen, die in der folgenden Beschreibung näher erläutert werden. Die eingezeichneten Pfeile deuten die Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen an. Im übrigen entspricht Fig. 2 der Fig. 1. Anhand dieser Anordnung soll die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden.

Die optischen Verbindungen und die einzelnen Tore der Komponenten sind jeweils für die beiden orthogonalen Polarisationszustände P und Q durchlässig. In jedem Polarisationszustand wird nur ein Wellenmodus angeregt. Das ist z. B. dadurch gewährleistet, daß die optischen Komponenten nur den Grundmodus der elektromagnetischen Welle fortleiten.

Die in ein Tor eingekoppelte Welle wird durch die komplexen skalaren Amplituden a _iP und a _iQ dargestellt, die ausgekoppelte Welle durch die skalaren Amplituden b _iP und b _iQ.

Die Indizes P und Q beziehen sich auf den Polarisationszustand, die Indizes i auf das Tor. Die skalaren Amplituden a _iP, a _iQ und b _iP, b _iQ werden zu den zweidimensionalen Vektoren

zusammengefaßt.

Die Komponenten A, B und C werden durch die Streumatrizen _A, _B und _C charakterisiert:

_A und _B sind 8-dimensional, _c ist vierdimensional.

Bei geeigneter Wahl der Bezugsebenen bzw. unter Vernachlässigung unwesentlicher Phasenfaktoren erhält man die folgenden Streumatrizen für die polarisationserhaltenden verlustfreien, reflexionsfreien symmetrischen Strahlenteiler:

Das in _A oder _B übergekoppelte Licht wird jeweils in der Phase um 90° verschoben, während das nicht übergekoppelte Licht keine Phasenverschiebung erleidet. Erfolgt nun in C keine zusätzliche Phasenverschiebung, so interferiert das in T 1 eingekoppelte und in K 1 aufgeteilte Licht in K 2 so, daß nur bei T 4 Licht austritt.

Wird hingegen durch C eine zusätzliche Phasenverschiebung von 180°C eingestellt, so erfolgt die Interferenz der in K 1 aufgeteilten (von T 1 kommenden) Lichtwellen so, daß Lichtwellen nur bei T 3 ausgekoppelt werden. Es wird nun das Stellglied C in bekannter Weise so ausgebildet, daß der Polarisationszustand P eine Phasenänderung von 180°C erfährt und der Polarisationszustand Q keine Phasenänderung erfährt. Dann werden die im Polarisationszustand P eingekoppelten Lichtwellen bei T 3 ausgekoppelt und die bei T 1 im Polarisationszustand Q eingekoppelten Lichtwellen bei T 4 ausgekoppelt. Im übrigen gilt folgende Tabelle:

Für ein verlustfreies reflexionsfreies Stellglied C, welches den Zustand P um 180° in der Phase verschiebt und den Zustand Q in der Phase nicht verschiebt, gilt:

Wird die optische Verbindung L zwischen den Richtkoppler K 1 und K 2 in der Länge mit C abgestimmt, so daß Lichtwellen im Zustand Q in C und L die gleiche dann vernachlässigbare, Phasenverschiebung erfahren, so gilt:

Die -Matrix des polarisationsabhängigen Strahlenleiters gibt den Zusammenhang

an. Aus den Gleichungen (3) bis (10) folgt

Wie man leicht überprüft, erfüllen die Gleichungen (10) und (11) die Forderungen der Tabelle auf Seite 8.

Eine faseroptische Realisierung einer Anordnung nach Fig. 1 ist z. B. mit faseroptischen Strahlenteilern als Richtkoppler K 1 und K 2 möglich. Die Stellglieder C . . . H können faseroptisch in bekannter Weise dadurch realisiert werden, daß durch geeignete mechanische Vorrichtungeen ein Zug in Längsrichtung und/oder ein seitlicher Druck in einer bestimmten Richtung senkrecht zur Faserachse ausgeübt wird. Durch den Zug in Längsrichtung wird eine Phasenänderung erzielt; durch den Druck senkrecht zur Faserachse wird die Faser linear doppelbrechend gemacht. Durch mehrere in verschiedenen Richtungen angreifende Druckstellglieder sind beliebige Änderungen des Polarisationszustandes realisierbar.

Claims

1. Anordnung zum polarisationsabhängigen Schalten von Lichtwellen, zumindest bestehend aus mindestens einem optischen Richtkoppler, der zwei optische Eingänge und zwei optische Ausgänge besitzt, in der das Licht zweimal einen optischen Richtkoppler durchläuft, in der die Ausgänge des zuerst durchlaufenden Richtkopplers über mindestens eine optische Verbindung mit den Eingängen des danach durchlaufenden Richtkopplers verbunden sind, wobei in diese Verbindung mindestens ein optisches Polarisationsstellglied eingefügt ist, das bei Lichtwellen Polarisationsänderungen ermöglicht, und die mindestens ein optisches Eingangs-Tor und mindestens zwei optische Ausgangstore umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei optische Eingangs-Tore (T 1, T 2), die jeweils mit einem Eingang eines symmetrischen, polarisationsunabhängigen ersten Richtkopplers (K 1) verbunden sind, vorhanden sind,
- daß die Ausgänge des ersten Richtkopplers (K 1) über zwei optische Verbindungen (V, L) mit den Eingängen eines symmetrischen, polarisationsunabhängigen zweiten Richtkopplers (K 2), dessen Ausgänge jeweils zu einem der zwei Ausgangs-Tore (T 3, T 4) führen, verbunden sind,
- daß in die Verbindungen (V, L) mindestens ein Phasenstellglied (C, D) eingefügt ist, durch das zwischen den in beiden Verbindungsleitungen (V, L) gleichzeitig führbaren interferenzfähigen Lichtwellen eine Phasenverschiebung erzeugbar ist, welche nach der Interferenz der Lichtwellen in dem zweiten Richtkoppler (K 2) zu einem von der Phasenverschiebung abhängigen Ansteuern der Ausgangs-Tore (T 3, T 4) führt, und
- daß die Richtkoppler (T 1, T 2), das Phasenstellglied (C) und die optischen Verbindungen (V, L) als faseroptische Bauelemente ausgebildet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangs-Toren (T 1, T 2) und den Eingängen des ersten Richtkopplers (K 1) und/oder zwischen den Ausgangs-Toren (T 3, T 4) und den Ausgängen des zweiten Richtkopplers (K 2) weitere optische Polarisations- und/oder Phasenstellglieder (E, F, G, H) eingefügt sind.