DE3014719C2 - - Google Patents
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- G02F1/0131—Devices 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 electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence
- G02F1/0134—Devices 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 electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence in optical waveguides
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- G02B6/105—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects
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- G02B6/26—Optical coupling means
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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 (2)
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.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19803014719 DE3014719A1 (de) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Anordnung zum polarisationsabhaengigen schalten von lichtwellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803014719 DE3014719A1 (de) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Anordnung zum polarisationsabhaengigen schalten von lichtwellen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3014719A1 DE3014719A1 (de) | 1981-10-22 |
DE3014719C2 true DE3014719C2 (de) | 1989-02-09 |
Family
ID=6100242
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803014719 Granted DE3014719A1 (de) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Anordnung zum polarisationsabhaengigen schalten von lichtwellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4588255A (en) * | 1982-06-21 | 1986-05-13 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical guided wave signal processor for matrix-vector multiplication and filtering |
DE3377595D1 (en) * | 1983-12-01 | 1988-09-08 | Ibm Deutschland | Interferometric device with a mach-zehnder interferometer |
GB8825481D0 (en) * | 1988-11-01 | 1988-12-07 | British Telecomm | Interferrometer |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2804103A1 (de) * | 1978-01-31 | 1979-08-02 | Siemens Ag | Interferometer mit einer spule aus einem einmode-wellenleiter |
US4195908A (en) * | 1978-05-15 | 1980-04-01 | Sperry Corporation | Magnetic mirror for imparting non-reciprocal phase shift |
-
1980
- 1980-04-17 DE DE19803014719 patent/DE3014719A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3014719A1 (de) | 1981-10-22 |
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