DE3035153A1 - Optical fibre linear polarisation stabilisation - uses press applied radially to outside of optical fibre from opposite sides - Google Patents

Abstract

The stabilisation is effected by causing an additional internal double refraction in the optical fibre (21) over at least the major part of its length by using a mechanical press (24). The press (24) is applied to opposite sides of the optical fibre (21) along its length in the radial direction. Pref. the mechanical press is applied to the optical fibre (21) by winding it around a cylindrical block (23) provided with an outer cushioning layer (2) and enclosed by a clamping belt (233) which surrounds the entire peripheral surface of the cylindrical block (23). The ends (22) of the optical fibre (21) are connected to the block to input and output the linear polarised light current. The stabilisation is applicable to optical fibres used in ring interferometer for measuring absolute rotation.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren und Anordnung zur Stabilisierung eines Polarisationszustandes in einer Lichtleitfaser Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.Method and arrangement for stabilizing a polarization state in an optical fiber The object of the invention relates to a method and an arrangement according to the preambles of claims 1 and 2.

Derartige Anordnungen werden beispielsweise bei mit Lichtleitfasern aufgebauten Interferometern, sogenannten faseroptischen Interferometern,benutzt, um diese unempfindlich zu machen gegenüber Störgrößen. Was als Störgröße aufzufassen ist, richtet sich dabei nach der zu messenden Größe. So sind beispielsweise Temperaturschwankungen und/oder mechanische Erschütterungel Störgrößen bei einem sogenannten faseroptischen Ringinterferomeer, das zur essung absoluter Drehungen benutzt wird. Bei derarigen Interferometern wird ein der zu messenden Größe entsprechrndes Auswertesignal dadurch erzeugt, daß Teillichtströme interferieren, die näherungsweise gleiche Polarisationszustände besitzt. Durch Störgrößen verursachte Ungleichheiten und zeitliche Änderungen der Polarisationszustände bewirken eine Reduktion bzw. Schwankungen des Kontrastes des auszuwertenden Interferenzbildes, so daß beispielsweise die Empfindlichkeit und/oder Stabilität eines Interferometers verringert werden. Derartige Ungleichheiten und Änderungen der Polarisationszustände beruhen darauf, daß die Storungen eine örtlich und zeitlich schwankende Doppelbrechung in den Lichtleitfasern hervorrufen.Such arrangements are for example with optical fibers built-up interferometers, so-called fiber optic interferometers, are used, to make them insensitive to disturbance variables. What should be understood as a disturbance variable depends on the size to be measured. Such are, for example, temperature fluctuations and / or mechanical vibrations disturbance variables in a so-called fiber optic Ring interferometer used to measure absolute rotations. With such Interferometers receive an evaluation signal that corresponds to the variable to be measured generates that partial luminous fluxes interfere which have approximately the same polarization states owns. By disturbance variables caused inequalities and temporal Changes in the polarization states cause a reduction or fluctuations in the Contrast of the interference image to be evaluated, so that, for example, the sensitivity and / or the stability of an interferometer can be reduced. Such inequalities and changes in the polarization states are based on the fact that the disturbances a cause locally and temporally fluctuating birefringence in the optical fibers.

Zum Verständnis dieser Doppelbrechungsstörungen wird darauf hingewiesen, daß jede reale Lichtleitfaser infolge inherer mechanischer Spannungen eine gewisse lineare igendoppelbrechng besitzt. Hinzu kommt u.U. noch ein Anteil an zirkularer Doppelbrechung, falls die Faser in sich elastisch verdrillt ist. Ferner kommt noch ein Doppelbrechungsanteil infolge der Faserkrümmung hinzu, die vom Wickeln der Faser in Form einer Spule herrührt. Zwar ist jeder dieser Anteile für sich bekannt und verstanden, aber aufgrund von unvermeidbaren Zufälligkeiten bei der Herstellung und Wicklung der Faser variieren die genannten Anteile nach Größe und azimutaler Orientierung in unterschiedlicher und unkontrollierbarer Weise. Sie verändern daher im allgemeinen auch den Polarisationszustan von eingekoppeltem Licht in unkontrollierter Weise. Zudem sind noch einige der genannten Anteile temperatur- und druckabhängig. Daher schwanken die interferierenden Polarisationszustände auch noch im Laufe der Zeit.To understand these birefringence disorders, it is pointed out that that every real optical fiber due to inherent mechanical stresses a certain has linear birefringence. In addition, there may be a share of circular Birefringence if the fiber is elastically twisted in itself. Further comes a fraction of birefringence due to the curvature of the fiber caused by winding the fiber originates in the form of a coil. It is true that each of these shares is known for itself and understood, but due to inevitable contingencies in manufacturing and winding of the fiber, the proportions mentioned vary according to size and azimuthal Orientation in different and uncontrollable ways. They therefore change generally also the polarization state of coupled light in uncontrolled Way. In addition, some of the proportions mentioned are dependent on temperature and pressure. Therefore, the interfering polarization states also fluctuate in the course of the Time.

Für die genannten faseroptischen Ringinterferometer, bei denen eine Fläche mindestens einmal von einer Lichtleitfaser umschlungen wird, wurden deshalb aktive sowie passive Anordnungen vorgeschlagen, die den Einfluß der Störgrößen auf die Polarisationszustände des Lichtes verringern. Bei den aktiven Anordnungen sind Bauelemente mit elektronisch steuerbarer optischer Doppelbrechung vorgesehen. Zt:-sammen mit einem Nachweissystem für Polarisationsabweichungen werden derartige Bauelemente zu einem Regelkreis zusammengebaut, der die Polarisationszustände unabhängig macht von den Störgrößen.For the said fiber optic ring interferometer, in which a That is why the surface is wrapped at least once by an optical fiber active as well as passive arrangements proposed that the influence of the disturbance variables on reduce the polarization states of light. The active arrangements are Components provided with electronically controllable optical birefringence. Zt: -together with a detection system for polarization deviations such Components are assembled into a control loop that is independent of the polarization states makes of the disturbance variables.

Die Wirkungsweise der passiven Anordnung besteht darin, den verwendeten Lichtleitfasern eine möglichst große innere Spannungs-Doppelbrechung einzuprägen, die wesentlich größer ist als die durch die Störungen hervorgerufene. Wixd in Lichtleitfasern mit derartiger Doppelbrechung polarisiertes Licht eingekoppelt, so ändert sich dessen Polarisationszustand in vorhersehbarer Weise, beispielsweise in Abhängigkeit von der Länge der Lichtleitfaser, der Einfluß von Störgrößen wird jedoch im Verhältnis der eingeprägten Doppelbrechung zur Stör-Doppelbrechung vermindert. Lichtleitfasern mit großer innerer Spannungs-Doppelbrechung, die bei der Faserherstellung erzeugt wird, sind bekannt, beispielsweise aus den Zeitschriften 1Applied Physics Letters" 33 (1978), S. 699 von R.H. Stolen et al. bzw. aus tApplied Physics Letters 34 (1979) 5. 768 von S.C.The mode of operation of the passive arrangement is the one used Optical fibers to impress the greatest possible internal stress birefringence, which is much larger than that caused by the disturbances. Wixd in optical fibers When light polarized with such birefringence is coupled in, it changes State of polarization in a predictable manner, for example as a function of the length of the optical fiber, however, the influence of disturbance variables is in proportion the imprinted birefringence is reduced to disruptive birefringence. Optical fibers with large internal stress birefringence generated during fiber production are known, for example from the journals 1Applied Physics Letters " 33: 699 (1978) by R.H. Stolen et al. or from tApplied Physics Letters 34 (1979) 5. 768 by S.C.

Rashleigh et al., in denen Lichtleitfasern mit großer zugspannungsinduzierter linearer bzw. zirkularer Doppelbrechung beschrieben werden. Derartige Lichtleitfasern haben jedoch störende Nachteile wie beispielsweise ungenügende mechanische Festigkeit, schlechte Lichtdurchlässigkeit sowie schlechte Justierbarkeit bei Ankopplungen.Rashleigh et al., In which optical fibers with large tensile stress-induced linear or circular birefringence can be described. Such optical fibers however have disruptive disadvantages such as insufficient mechanical strength, poor light transmission and poor adjustability in the case of couplings.

Eine weitere Anordnung, eine große,azimutal genau bestimmte Doppelbrechung in einer Lichtleitfaser zu erzeugen, besteht darin, die Lichtleitfaser unter Zugspannung auf einen Wickelkörper aufzuwickeln, vgl. S.C. Rashleigh und R.Ulrich (Optics. Letters 5, (1980)S. 354).Another arrangement, a large, azimuthally precisely determined birefringence Generating in an optical fiber consists in placing the optical fiber under tension to be wound onto a bobbin, see S.C. Rashleigh and R. Ulrich (Optics. Letters 5, (1980) p. 354).

Die derart erzeugte elastische Zugspannung in der Lichtleitfaser bewirkt eine seitliche (azimutale) Druckkraft zwischen der gekrümmten Oberfläche des Wickelkörpers und der Lichtleitfaser. Diese Druckkraft drückt einseitig auf die Lichtleitfaser und erzeugt über den elasto-optischen Effekt die gewünschte Doppelbrechung.The elastic tensile stress generated in this way is effected in the optical fiber a lateral (azimuthal) compressive force between the curved surface of the bobbin and the optical fiber. This pressure force presses on one side of the optical fiber and generates the desired birefringence via the elasto-optical effect.

Ist die dadurch bewirkte lineare Doppelbrechung der Faser wesentlich größer als die durch Störgrößen bewirkte Doppelbrechung, so ist letztere vernachlässigbar.The resulting linear birefringence of the fiber is essential greater than the birefringence caused by disturbance variables, the latter is negligible.

Bekannte und derzeit in großen Mengen hergestellte Lichtleitfasern, wie beispielsweise sogenannte Monomode-Lichtleitfasern, besitzen, wie erwähnt, eine, durch Herstellungvorgänge bedingte, stark schwankende Doppelbrechung von typisch 10 bis 100 rad/m. Soll diese störende (weil azimutal nicht festgelegte) Doppelbrechung durch eine zugspannungs-induzierte größere und azimutal definierte Doppelbrechung von beispielsweise 200 rad/m unwirksam gemacht werden, so ist bei der beschriebenen Anordnung ein Wickelkörper mit einen Krümmungsradius von ungefähr 1,5cm sowie eine Ztgspannung erforderlich, die bei der Lichtleitfaser eine Dehnung vfn ungefähr 12 erzeugt.Well-known optical fibers currently being produced in large quantities, such as so-called single-mode optical fibers, have, as mentioned, a, Strongly fluctuating birefringence caused by manufacturing processes, typical 10 to 100 rad / m. Should this disruptive (because azimuthally not determined) birefringence by a tensile stress-induced larger and azimuthally defined birefringence of, for example, 200 rad / m are rendered ineffective, so is in the case of the described Arrangement a winding body with a radius of curvature of approximately 1.5 cm and a Ztg tension required, which in the optical fiber an elongation of about 12 generated.

Unter derartigen Bedingungen besteht die Gefahr; daß die Lichtleitfaser reißt, entweder während des Wickelns oder während der späteren Verwendung der Anordnung.In such conditions there is a risk; that the optical fiber tears, either during winding or during subsequent use of the assembly.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine eine einfach herstellbare sowie betriebssichere Anordnung anzugeben zur Stabilisierung des Polarisat ionszustandes des eine Lichtleitfaser aurchlaufenden Sich tes.The object of the invention is therefore to provide one that is easy to manufacture as well as a reliable arrangement to stabilize the polarization state of the view passing through an optical fiber.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unterånsprüchen zusammengestellt.Appropriate embodiments are compiled in the sub-claims.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf die Lichtleitfaser, im wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsachse, lediglich eine Druckkraft ausgeübt wird, während eine Zugspannung, in Richtung der Längsachse, weitgehend vermieden wird. Die Anordnung verringert daher die Gefahr eines Bruches der Lichtleitfaser, denn es ist bekannt, daß spröde Materialien wie Glas sehr viel höheren Druckbeanspruchungen standhalten als Zugbeansprtlchungen. Umgekehrt ist es möglich, bei einer vergleichbaren Gefahr eines Bruches der Lichtleitfaser mit der Methode des seitlichen Druckes eine erheblich höhere Doppelbrechung zu erzielen als mit den anderen vorgenannten Anordnungen nach dem Stande der Technik. Damit ist dann auch die Stabilisierungswirkung höher.A first advantage of the invention is that on the optical fiber, essentially perpendicular to its longitudinal axis, only a compressive force is exerted is largely avoided during tensile stress in the direction of the longitudinal axis will. The arrangement therefore reduces the risk of the optical fiber breaking, because it is known that brittle materials such as glass are subject to much higher compressive loads withstand as tensile stresses. Conversely, it is possible with a comparable Risk of breakage of the optical fiber with the side pressure one method to achieve significantly higher birefringence than with the other aforementioned arrangements according to the state of the art. The stabilizing effect is then also higher.

Im Vergleich mit den innerlich verspannten Lichtleitfasern mit hoher Doppelbrechung ist die hier vorgeschlagene Anordnung vorteilhaft, weil sie mit gewöhnlichen Lichtleitfasern arbeitet. Diese können frei nach ihren sonstigen Eigenschaften ausgesucht werden, wie beispielsweise Wellenlängenbereich, Lichtverlust oder Kerndurchmesser.In comparison with the internally strained optical fibers with higher Birefringence, the arrangement proposed here is advantageous because it is associated with ordinary Optical fiber works. These can be freely selected according to their other properties such as wavelength range, light loss or core diameter.

Bei den erwähnten innerlich verspannten Lichtleitfasern müßten teilweise ungünstige Kompromisse im Hinblick auf die aufgezählten Eigenschaften geschlossen werden.With the mentioned internally strained optical fibers would have to partially unfavorable compromises made with regard to the listed properties will.

Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist es jedoch, daß die durch die Druckkraft in der Lichtleitfaser bewirkte Doppelbrechung überall entlang der Längsachse dieselbe, genau bestimmte azimutale Richtung besitzt. Die liauptacsen der bewirkten Doppelbrechung fallen mit den elastischen Hauptepannungsrichtungen im Kern der Lichtleitfaser zusammen und stehen deshalb überall ungefähr parallel bzw. senkrecht zum lokalen Radius der Lichtleitfaserspule. Koppelt man .linear polarisiertes Licht so in die Faser ein, daß die Schwinungsrichtung parallel oder senkrecht zur Richtung der Druckkraft liegt, so bleibt dieser lineare Polarisationszustand entlang der Faser erhalten.The most important advantage of the arrangement according to the invention, however, is that the birefringence caused by the compressive force in the optical fiber is everywhere has the same, precisely defined azimuthal direction along the longitudinal axis. the The liauptacsen of the birefringence caused coincide with the main elastic stress directions in the core of the optical fiber and are therefore roughly parallel everywhere or perpendicular to the local radius of the fiber optic coil. If you couple .linearly polarized Light enters the fiber in such a way that the direction of oscillation is parallel or perpendicular to the Direction of the compressive force, this linear polarization state remains along of the fiber.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments Explained in more detail with reference to the schematic drawings.

Es zeigt: FIG. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung FIG. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung FIG. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.It shows: FIG. 1 shows a cross section through an arrangement according to the invention FIG. 2 shows a cross section through an embodiment according to the invention FIG. 3 shows a cross section through a further embodiment according to the invention.

Der in FIG. t dargestellte Querschnitt durch rille erfindullgsttnl.iße Anordnung dient der Erläuterung des Erfindungsgedankens. Ringe beliebig lange, spiral- oder schraubenförmig aufgewickelte Lichtleitî;ser, im folgenden Lichtleitfaserschicht 1 genannt, ist von Ausgleichsschichten 2 begrenzt.The one shown in FIG. t shown cross-section through groove erfindullgsttnl.iße Arrangement serves to explain the concept of the invention. Rings of any length, spiral or helically wound light guide, hereinafter referred to as an optical fiber layer 1, is delimited by leveling layers 2.

Diese Schichtenfolge wird zwischen Körpern 3 eingeklemmt, auf die eine Druckkraft 4 einwirkt, deren Richtung ungefähr senkrecht steht auf der Richtung der Längsachse 5 der Lichtleitfaser. Bei der dargestellten Anordnung dienen die als mechanisch starr zu betrachtenden Körper 3, beispielsweise dicke Metallkörper, sowie die Ausgleichsschichten 2, beispielsweise dünne Kunststoffolien, dazu, die Druckkraft 4 gleichmäßig auf die Lichtleitfaserschicht 1 zu übertragen. Die Ausgleichsschichten 2 dienen zum Ausgleich eventuell -orhandener Schwankungen der Dicke der Lichtleitfaserschicht i. Sind diese Schwankungen vernachlässigbar, so ist lediglich eine Ausgleichsschicht 2 erforderlich. Die Ausgleichsschicht ist gegebenenfalls nicht erforderlich, wenn keine Schwankungen der Dicke der Lichtleitfaserschicht 1 vorhanden sind, bzw. wen: die verwendeten Lichtleitfasern eine Schutzummantelung, beispielweise eine Kunststoffschicht besitzen, die dänn als Ausgleichsscicht wirkt.This sequence of layers is clamped between bodies 3 on which a compressive force 4 acts, the direction of which is approximately perpendicular to the direction the longitudinal axis 5 of the optical fiber. In the arrangement shown, the as a mechanically rigid body 3, for example thick metal body, as well as the compensation layers 2, for example thin plastic films, to the To transmit pressure force 4 evenly to the optical fiber layer 1. The leveling layers 2 serve to compensate for any fluctuations in the thickness of the optical fiber layer i. If these fluctuations are negligible, then there is only a leveling layer 2 required. The leveling layer may not be required if there are no fluctuations in the thickness of the optical fiber layer 1, or who: the optical fibers used have a protective coating, for example a plastic layer own, which acts as a compensatory layer.

Eine derartige Anordnung bewirkt, daß auf eine Lichtleitfaserschicht 1, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse S der einzelnen Lichtleitfaser, eine hohe und, in Richtung der Längsachse 5, gleichmäßige Druckkraft ausgeübt wird, die eine Stabilisierung des Polarisationszustandes des eingekoppelten Lichtes bewirkt, wenn dessen SchwingUngsrichtung parallel oder senkrecht zur Richtung der Druckkraft gewählt ist. In den einzelnen Lichtleitfasern, aus denen die Lichtleitfaserschicht 1 besteht, wird gemäß der dargestellten Anordnung keine nachteilige Zugspannung erzeugt.Such an arrangement causes an optical fiber layer on 1, essentially perpendicular to the longitudinal axis S of the individual optical fiber, a high and, in the direction of the longitudinal axis 5, uniform compressive force is exerted, the stabilizes the polarization state of the coupled light, if its direction of oscillation is parallel or perpendicular to the direction of the compressive force is chosen. In the individual optical fibers that make up the optical fiber layer 1 exists, there is no disadvantageous tensile stress according to the illustrated arrangement generated.

In FIG. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In FIG. 2 shows an embodiment of the invention.

Ein zylinderförmiger Wickelkörper 23 sowie ein Gürtel 233, der die gesamte Mantelfläche des Wickelkörpers 23 umfaßt, entsprechen den Körpern 3 in FIG. 1.A cylindrical bobbin 23 and a belt 233, which the the entire outer surface of the winding body 23, correspond to the bodies 3 in FIG. 1.

Auf dem Wickelkörper 23 ist eine Ausgleichsschicht 2 angebracht, um die eine Lichtleitfaser 21 schraubenförmig gewickelt ist. Die Enden 22 der Lichtleitfaser 21 dienen der Ein- bzw. Auskopplung von Licht. Mit Hilfe einer Spannvorrichtung 25 wird der Durchmesser des Gürtels 233 derart verringert, daß eine Druckkraft 24 auf die Lichtleitfaser 21 einwirkt. Die Druckkraft 24 wirkt überall in Richtung des lokalen Radius des Wickelkörpers 23 und steht daher an allen Faserabschnitten senkrecht auf der Richtung der Längsachse der Lichtleitfaser 21.On the winding body 23, a compensation layer 2 is attached to which an optical fiber 21 is helically wound. The ends 22 of the optical fiber 21 are used to couple light in and out. With the help of a jig 25, the diameter of the belt 233 is reduced in such a way that a compressive force 24 acts on the optical fiber 21. The pressure force 24 acts everywhere in the direction the local radius of the winding body 23 and is therefore on all fiber sections perpendicular to the direction of the longitudinal axis of the optical fiber 21.

Die folgende Darstellung dient der Berechnung dw Bauteile der Anordnung gemäß FIG; 2.The following illustration is used to calculate dw components of the arrangement according to FIG; 2.

Wenn die pro Längeneinheit auf die Lichtleitfaser 21 wirkende Druckkraft 24 mit F bezeichnet wird, so beträgt gemäß einer von Y. Namihira et al (Trans. lnst. Chem. Eng. 60 C (1977) S. 391), abgeleiteten Beziehung die dadurch in der Lichtlflitfaser 21 er- zeugte Doppelbrechung ß der Faser für geführtes Licht ß vs 4 4. 5 F/d [rad/m] In dieser Formel ist d der Durchmesser der Lichtleitfaser 21. Er ist in Metern einzusetzen, während F in Newton/Meter einzusetzen ist.When the compressive force acting on the optical fiber 21 per unit length 24 is designated by F, according to one of Y. Namihira et al (Trans. Lnst. Chem. Eng. 60 C (1977) p. 391), the relationship derived from this in the optical fiber 21 produced birefringence ß of the fiber for guided light ß vs 4 4. 5 F / d [rad / m] In this formula, d is the diameter of the optical fiber 21. It is to be used in meters, while F is to be used in Newtons / meter.

Für die Polarisationsstabilisierung.in einem Ringinterferometer mit einer z.B. 100m langen Lichtleitfaser 21 sollte die Doppelbrechung ß in der Größenordnung von einigen 100 rad/m liegen. Gemäß obiger Formel ist dazu eine seitliche Druckkraft 24 von ungefähr 500 bis 100oN/m erforderlich. Das bedeutet, daßbei einer eng (Windung an Windung) gewickelten Lichtleitfaser 21 nach FIG. 2 der Gürtel 233 mit einem Druck von 50 bis 100 bar auf die Oberfläche der Lichtleitfaserschicht drücken muß.For polarization stabilization in a ring interferometer with of an optical fiber 21, for example 100 m long, the birefringence β should be of the order of magnitude of a few 100 rad / m. According to the above formula, there is a lateral compressive force 24 of approximately 500 to 100oN / m is required. This means that with a tight (turn on turn) wound optical fiber 21 according to FIG. 2 the belt 233 with a print must press from 50 to 100 bar on the surface of the optical fiber layer.

Zur Herstellung einer derartigen Anordnung wird ein zylindrischer Wickelkörper 23 mit glatter (möglichst polierter ) Oberfläche benötigt. Er muß eine derartige Wandstärke besitzen, daß er den radial gerichteten äußeren Druck von 50 bis 100 bar aushält. Besteht der Wickelkörper 23 aus Stahl, so ist eine Wandstärke von 2 bis 3 mm ausreichend.To produce such an arrangement, a cylindrical Winding body 23 with a smooth (polished if possible) surface is required. He must be one have such a wall thickness that it has the radially directed external pressure of 50 withstands up to 100 bar. If the winding body 23 is made of steel, then there is a wall thickness from 2 to 3 mm is sufficient.

Die Lichtleitfaser 21 wird einlagig auf den Wickelkörper aufgewickelt. Eine geringe Zugspannung (z.B. in der Größenordnung von 1N) stört bei dieser Wicklung nicht, sondern erhöht Sogar ein wenig die gewünschte Doppelbrechung.The optical fiber 21 is wound onto the bobbin in a single layer. A low tensile stress (e.g. of the order of 1N) interferes with this winding not, but actually increases the desired birefringence a little.

Je nach Festigkeit und Dicke der Kunststoff-Mantelschicht der Lichtleitfaser 21 kann es zweckmäßig sein, unter und über der entstandenen Lichtleitfaserschicht Ausgleichsschichten 2 aus Kunst- stoffolien anzubringen. Die Kunststoffolien sind möglichst glatt und hart z sählen, aber wiederum doch so elastisch, daß die Lichtleitfaser sich einige Tausendstel Millimeter in sie eindrücken kann, vgl. FIG. 1. In dieser Größenordnung liegen die Durchmesser-Schwankungen der Lichtleitfaser 21, die auszugleichen sind. Lin zu tiefes Eindrücken ist ungünstig, da dann die Druckkraft nit-llt mehr genau seitlich auf die Lichtleitfaser wirkt, sondern auf einen größeren Teil des Umfanges der Lichtleitfaser. Die genaue Tiefe des Lichtleitfaser-Eindruckes ist einstellbar durch passende Wahl der Gesamt-Dicke (evtl. mehrere Windungen) der Kunststofffolie. Ein geeignetes Folien-Material ist Polyterephthalate-Folic, eine typische Dicke ist 25/um.Depending on the strength and thickness of the plastic jacket layer of the optical fiber 21 it can be useful, under and over the resulting optical fiber layer Leveling layers 2 made of synthetic to attach fabric foils. The plastic films are as smooth and hard as possible, but again so elastic that the Optical fiber can press a few thousandths of a millimeter into it, see FIG. 1. The diameter fluctuations of the optical fiber are in this order of magnitude 21 to be balanced. Lin too deep an impression is unfavorable because then the Pressure force doesn’t work more precisely laterally on the optical fiber, but rather acts on it a larger part of the circumference of the optical fiber. The exact depth of the optical fiber impression can be adjusted by suitable choice of the total thickness (possibly several turns) of the Plastic film. A suitable film material is Polyterephthalate-Folic, a typical thickness is 25 µm.

Die Druckkraft 24 auf die Lichtleitfaser 21 wird von dem elastisch gespannten Gürtel 233 erzeugt. Er wird entweder unmittelbar um die Lichtleit-Faserwicklung gelegt, oder um eine äußere Ausgleichsschicht 2. Er wird mit einer Spannvorrichtung 25 gespannt. Er besteht zweckmäßig aus einem dünnen Stahlblech. Wird der Radius des Wickelkörpers 23 mit R bezeichnet, so beträgt der Anpreß-Druck P des Gürtels 233 auf die Oberfläche der Lichtleitfaserschicht P = K/R wobei K die pro Längeneinheit (parallel zur Achse des Wickelkörpers gemessen) im Gürtel 233 wirkende Zugkraft ist. Für p = iOObar ist bei X = 5 cm beispielsweise eine Zugkraft von 5 000 N/cm erforderlich. Ein Gürtel aus Stahlblech von 0,25 mm Dicke erzeugt diese Kraft bei einer elastischen Dehnung von etwa 0,1%.The pressing force 24 on the optical fiber 21 becomes elastic from the tensioned belt 233 generated. It is either directly around the fiber optic winding placed, or around an outer leveling layer 2. It is secured with a jig 25 excited. It is expediently made of a thin sheet of steel. Will be the radius of the winding body 23 denoted by R, the contact pressure P of the belt is 233 on the surface of the optical fiber layer P = K / R where K is the per unit length (measured parallel to the axis of the bobbin) tensile force acting in the belt 233 is. For p = 100bar, for example, at X = 5 cm, a tensile force of 5,000 N / cm necessary. A belt made of sheet steel 0.25 mm thick generates this force an elastic elongation of about 0.1%.

In den in FIG. 1 und 2 dargestellten Anordnungen sind einlagige Li chtlei tfaserschichten verwendet, wns bedetltet, t;lß der Dicke ungefähr gleich dem Durchmesser der verwendeten Lichtleitfaser ist.In the in FIG. The arrangements shown in FIGS. 1 and 2 are single-layer Li Various layers of fiber are used, if covered, with approximately the same thickness is the diameter of the optical fiber used.

Wird bei einer Anordnung gemäß FIG. 2 verlangt, daß die aufgewickel- te Lichtleitfaser 21 einen möglichst kleinen Raum einnimmmt, so ist es besonders zweckmäßig, daß die Lichtleitfaser 21 mehrlagig gewickelt wird. Eine derartige Anordnung ist in FIG. 3 dargestellt, die im wesentlichen der FIG. 1-entspricht. Zwischen jeweils zwei Lichtleitfaserschichten i\ die in Ausgleichsschichten 2 eingebettet sind, ist eine Druckvermittlungsschicht 6 eingefügt, die bewirkt, daß die Druckkraft 4 in jeder Lichtleitfaserschicht 1 die gleiche Richtung hat. Mit Hilfe mehrerer derartiger Druckvermittlungsschichten, die beispielsweise aus Stahlfolie bestehen,sind auch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mehrlagige Wicklungen aus Lichtleitfasern aufbaubar.If in an arrangement according to FIG. 2 requires that the wound te Optical fiber 21 occupies the smallest possible space, it is particularly useful to that the optical fiber 21 is wound in multiple layers. One such arrangement is in FIG. 3, which essentially corresponds to FIG. 1-corresponds. Between each two optical fiber layers i \ which are embedded in compensation layers 2 is inserted a pressure-imparting layer 6, which causes the pressure force 4 in each optical fiber layer 1 has the same direction. With the help of several such Pressure transfer layers, which for example consist of steel foil, are also According to a further development of the invention, multi-layer windings made of optical fibers buildable.

ln der Anordnung gemäß FIG. 2 ist die Lichtleitfaser 21 schraubenförnzig aufgewickelt. Ein andores, nicht dargestelltes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung besteht darin, die Lichtleitfaser in einer Ebene spiralförmig, ein- oder mehrlagig aufzuwickeln und sie in Anordnungen gemäß den FIG. 1 und 3 zwischen zwei ebenen Körpern 3 einer Druckkraft 4 auszusetzen.In the arrangement according to FIG. 2, the optical fiber 21 is helical wound up. An andores, not shown exemplary embodiment of the invention consists in the optical fiber in a plane spirally, single or multi-layer wind up and they in arrangements according to FIG. 1 and 3 between two levels To expose bodies 3 to a compressive force 4.

Mit derartigen Anordnungen sind beliebig lange Lichtleitfasern stabilisierbar für Polarisationszustände des eingekoppelten Lichtes.Optical fibers of any length can be stabilized with such arrangements for polarization states of the coupled light.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckkraft 4 modulierbar. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Spannvorrichtung 25 in FIG. 2 durch einen Hebel änderbar wird, dessen Lage durch eine zu messende Größe bestimmt wird. Eine Modulation der Druckkraft 24 ist beispielsweise auch dadurch erreichbar, daß gemäß FIG. 2 in dem Innenraum des Wickelkörpers 23 ein hyrostatischer Druck erzeugt wird, der eine geringfügige Dehnung des Wickelkörpers 23 bewirkt, so daß eine Modulation der Druckkraft 24 entsteht.In a further, not shown embodiment is the Pressure force 4 modulatable. This is achieved, for example, in that the clamping device 25 in FIG. 2 can be changed by a lever, the position of which is to be measured by a Size is determined. A modulation of the pressure force 24 is also possible, for example achievable that according to FIG. 2 in the interior of the winding body 23 a hyrostatic Pressure is generated which causes a slight expansion of the winding body 23, so that the pressure force 24 is modulated.

Derartige Anordnungen sind als akusto-optische Meßfühler für Druck- und Schallwellen einsetzbar.Such arrangements are used as acousto-optical sensors for pressure and Sound waves can be used.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausfüllrungsbeispiel ist ein Draht, beispielsweise ein Stahldraht, unter derart hoher Zuyspannallg um den Gürtel 233 gewickelt, daß die gewünschte Druckkraft 4 entsteht. Der Gürtel dient lediglich dazu, die durch die Drahtwicklung bewirkte Druckkraft 24 gleichmäßig auf- die Lichtleitfaserschicht zu übertragen.In a further, not shown Ausfüllrungsbeispiel is a Wire, for example a steel wire, under such high tension around the belt 233 wound so that the desired compressive force 4 is produced. The belt only serves in addition, the pressure force 24 caused by the wire winding is uniformly applied to the optical fiber layer transferred to.

Eine weitere Möglichkeit, die Druckkraft 24 zu erzeugen, besteht darin, einen hohlzylinderförmigen, geschlossenen Gürtel 233 auf die nach FIG. 2 aufgewickelte Lichtleitfaserschicht derart aufzuschrumpfen, daß die Druckkraft 24 entsteht. Ein derartiges Aufschrumpfen ist beispielsweise dadurch möglich, daß ein mit genauem Innendurchmesser hergestellter hohlzylinderförmiger Gürtel aus Metall derart erwärmt wird, daß er lediglich im erwärmten Zustand über die Lichtleitfaserschicht schiebbar ist. Beim Abkühlen des Gürtels entsteht.dann- die gewünschte Druckkraft.Another possibility to generate the compressive force 24 is to a hollow cylindrical, closed belt 233 on the according to FIG. 2 wound To shrink the optical fiber layer in such a way that the compressive force 24 arises. A Such shrinking is possible, for example, by using a precise Inner diameter produced hollow cylindrical belt made of metal heated in this way is that it can only be pushed over the optical fiber layer in the heated state is. When the belt cools down, the desired compressive force is created.

Weitere nicht dargestellte Anordnungen, die eine Dehnung des Wikkelkörpers bzw. eine Verengung des Gürtels bewirken, sind ebenfalls geeignet, die Druckkraft zu erzeugen. Bei derartigen Anordnungen wird beispielsweise mit Hilfe eines hydrostatischen Druckes eine Dehnung des Wickelkörpers 23 erreicht.Other arrangements, not shown, that stretch the winding body or cause a narrowing of the belt, are also suitable for the compressive force to create. In such arrangements, for example, with the help of a hydrostatic Pressure reaches an elongation of the winding body 23.

Claims (14)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Stabilisierung eines linearen Polarisationszustandes in einer beliebig langen Lichtleitfaser, die zur optischen bertragung eines linear polarisierten Lichtstroms geeignet ist, durch Einprägung einer zusätzlichen, derart großen inneren Spannungs-Doppelbrechung in die Lichtleitfaser über zumindest den überwiegenden Anteil ihrer Gesamtlänge, daß der Einfluß unvermeidbarer Störgrößen, die selbst die Betriebssicherheit der Lichtleitfaser durch Veränderung des Polarisationszustandes infolge einer Stör-Doppelbrechung unkontrollierbar beeinflussen, auf den resultierenden Polarisatiionszustand im gewünschten Verhältnis der eingeprägten Doppelbrechung zur Stör-Doppelbrechung vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Doppelbrechung unter Verwendung mechanischer Druckerzeugungsmittel (23, 233) erzielt wird, die entlang der Lichtleitfaser auf deren Oberfläche zweiseitig von außen, zueinander entgegengesetzt in radialer Richtung einwirken, so daß der Polarisationszustand eines linear polarisierten Lichtstroms entlang den Druckerzeugungsmittelhweitgehend stabilisiert wird.Claims 1. A method for stabilizing a linear polarization state in an optical fiber of any length, which is used for optical transmission of a linear polarized luminous flux is suitable, by impressing an additional, such large internal stress birefringence in the optical fiber over at least the predominant part of their total length that the influence of unavoidable disturbance variables, which itself the operational reliability of the optical fiber by changing the polarization state influence uncontrollably due to an interference birefringence on the resulting Polarization state in the desired ratio of the imprinted birefringence to interference birefringence is reduced, characterized in that the additional Birefringence achieved using mechanical pressure generating means (23, 233) that runs along the optical fiber on its surface on both sides from the outside, act opposite to each other in the radial direction, so that the polarization state of a linearly polarized light flux along the pressure generating means largely is stabilized. 2. Anordnung zur Stabilisierung eines.linearen Polarisationszustandes in mindestens einer Lichtleitfaser1 dadurch gekenxizeichnet, daß auf eine beliebig lange Lichtleitfaser, im wesentlichen senkrecht zu deren Längsachse (5), eine Druckkraft (';) ausübbar ist derart, daß eine dadurch erzeugte Spannungsdoppelbrechung in der Faser überall entlang der Faser eine gleichmäßige, wohldefinierte azimutale Richtung besitzt, daß diese Doppelbrechung wesentlich größer ist als die Doppelbrechung, die durch Störgrößen erzeugt wird, und daß eine Zug- oder Druckspannung in Richtung der Längsachse (5) der Lichtleitfaser vermeidbar ist.2. Arrangement for stabilizing a linear polarization state gekenxizeichnet in at least one optical fiber1 that on any long optical fiber, essentially perpendicular to its longitudinal axis (5), a compressive force (';) can be exercised in such a way that a stress birefringence generated thereby in the Fiber has a uniform, well-defined azimuthal direction everywhere along the fiber possesses that this birefringence is much greater than the birefringence, which is generated by disturbance variables, and that a tensile or compressive stress in the direction the longitudinal axis (5) of the optical fiber can be avoided. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser zwischen mindestens zwei Körpern (3) angeordnet ist derart, daß die Lichtleitfaser die Körper (3) berührt und daß auf mindestens einen Körper eine Kraft ausübbar ist, die in der Lichtleitfaser eine Druckkraft (4) erzeugt, deren Richtung im wesentlichen senkrecht steht auf der Richtung der Längsa(:hse (5) der Lichtleitfaser.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the optical fiber is arranged between at least two bodies (3) such that the optical fiber touches the body (3) and that a force can be exerted on at least one body, which generates a compressive force (4) in the optical fiber, the direction of which is essentially stands perpendicular to the direction of the longitudinal axis (5) of the optical fiber. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtleitfaser und mindestens einem der Körper (3) eine Ausgleichsschicht (2) vorhanden ist, die in Richtung der Längsachse (5) der Lichtleitfaser auftretende Schwankungen der Druckkraft (4) ausgleicht.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that between the optical fiber and at least one of the bodies (3) a compensation layer (2) is present, which occurs in the direction of the longitudinal axis (5) of the optical fiber Compensates for fluctuations in the pressure force (4). 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Körpern (3) folgende Schichtenfolge mint:estens einmal vorhanden ist: - Lichtleitfaserschicht (i) - Druckvermittlungsschicht (6).5. Arrangement according to claim 2, characterized in that between the two bodies (3) the following sequence of layers mint: at least once there is: - Optical fiber layer (i) - pressure transfer layer (6). 6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Körpern (3) folgende Schichtenfolge mindestens einmal vorhanden ist: - Lichtleitfaserschicht (i) - Ausgleichsschicht (2) - Druckvermittlungsschicht (6).6. Arrangement according to claim 3, characterized in that between two bodies (3) the following layer sequence is present at least once: - optical fiber layer (i) - compensating layer (2) - pressure transfer layer (6). 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaserschicht (1) aus mindestens einer schraubenförmig gewickelten Lichtleitfaser besteht.7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the Optical fiber layer (1) made of at least one helically wound optical fiber consists. 8. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaserschicht (1) aus mindestens einer spiralförmig gewickelten Lichtleitfaser besteht.8. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the Optical fiber layer (1) made of at least one spirally wound optical fiber consists. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft (4) modulierbar ist.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the pressure force (4) can be modulated. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch geknnzeichnet, daß koaxial um einen Wickelkörper (23) mindestens eine Lichtleitfaserschicht (21) und ein diese umfassender Gürtel (233) angeordnet ist derart, daß ein Verkürzen des Gürtels (233) in diesem eine Zugspannung erzeugt, die die Druckkraft (24) bewirkt.10. Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized thereby, that coaxially around a winding body (23) at least one optical fiber layer (21) and a belt (233) encompassing them is arranged so that shortening of the belt (233) generates a tensile stress in this, which causes the compressive force (24). 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Zugspannung stehender Draht derart um den Gürtel (233) gewickelt ist, daß die Druckkraft (4) entsteht.11. The arrangement according to claim 10, characterized in that a lower Tension standing wire is wound around the belt (233) so that the compressive force (4) arises. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial um einen Winkelkörper (231 mindestens eine Lichtleitfaserschicht (21) aufgewickelt ist und am diese ein geschlossener Gürtel aufschrumpfbar ist derart, daß die Druckkraft (24) erzeugt wird.12. Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized in that that coaxially around an angle body (231 at least one optical fiber layer (21) is wound up and a closed belt can be shrunk onto this in such a way that that the compressive force (24) is generated. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekbnnzeichnet, daß der Durchmesser des Wickelkörpers (23) veränderbar ist derart, daß die Druckkraft (24) erzeugt wird.13. Arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized thereby, that the diameter of the bobbin (23) can be changed in such a way that the compressive force (24) is generated. 14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulischer Druck auf mindestens eine Begrenzungsfläche der Lichtleitfaserschicht (21) einwirkt derart, daß die Druckkraft (24) entsteht.14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that a hydraulic pressure on at least one boundary surface of the optical fiber layer (21) acts in such a way that the compressive force (24) arises.