DE3044604C2

DE3044604C2 -

Info

Publication number: DE3044604C2
Application number: DE19803044604
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl.-Phys. 7913 Senden De Weidel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-11-27
Filing date: 1980-11-27
Publication date: 1989-07-20
Also published as: DE3044604A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Polarisator nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 25 42 618 A1 ist ein derartiger Polarisator bekannt. Dieser hat die Form einer Lichtleitfaser und besteht aus einem rohrförmigen Mantel, z. B. optischen Glas, in den ein optisch dop pelbrechendes einkristallines Material z. B. Meta-Nitroanilin, eingefüllt ist. Dieses bildet den lichtführenden Kern des Polari sators.

Aus der EP 00 37 057 A1 ist eine Lichtwellenleiterverzweigung be kannt. Diese besteht aus einer Y-förmigen Kopplung von drei Lichtwellenleitern mit Hilfe eines teildurchlässigen Strahltei lerspiegels. Dieser ist zur Vermeidung von Polarisatonseffekten zwischen zwei fluchtenden Lichtwellenleitern zur Achse der Licht wellenleiter unter einem Winkel größer als 45° geneigt. Der dritte Lichtwellenleiter ist so an diese Anordnung angekoppelt, das Licht von dem Strahlteilerspiegel in diesen dritten Lichtwel lenleiter eingekoppelt wird.

Ein faseroptischer Polarisator kann weiterhin dadurch hergestellt werden, daß eine Lichtleitfaser aufgetrennt, das austretende Licht mit Linsen parallel gerichtet und nach dem Durchgang durch einen Polarisator über Linsen wieder in das andere Faserende zu rückgekoppelt wird. In den Strahlengang kann dann eine der be kannten Ausführungsformen optischer Polarisatoren, zum Beispiel ein Glan-Thompson Polarisator, eingefügt werden. Ein anderes Bei spiel ist ein in der nicht vorveröffentlichten deutschen Pa tentanmeldung P 30 11 663 beschriebener faseroptischer Polarisa tor, bei dem eine Lichtleitfaser auf einer Länge L angeschliffen ist und auf dieser Länge L in Kontakt ist mit einer begrenzenden Fläche eines speziellen Körpers. Ist der Körper beispielsweise ein geeig neter doppelt brechender Kristall, und ist die Lage der op tischen Achsen des Kristalls so gewählt, daß für einen Polarisa tionszustand P ₁ der Lichtleitfaser der Brechungsindex im Kristall kleiner ist als der Brechungsindex des Kerns der Lichtleitfaser, und daß für einen Polarisationszustand P ₂ in der Lichtleitfaser der Brechungsindex im Kristall größer ist als der Brechungsindex des Kerns der Lichtleitfaser, so wird der Polarisationszustand P ₁ stark gedämpft. Die Anord nung wirkt daher als faseroptischer Polarisator.

Die beschriebenen Polarisatoren sind aufwendig und daher schwierig herzustellen. Außerdem ist deren Löschungsvermö gen für eine Polarisationsrichtung des Lichts vorgegeben durch den Aufbau des Polarisators und daher lediglich in ei nem beschränkten Bereich einstellbar. Das Löschungsvermögen bezeichnet dabei das Verhältnis der Intensität des Lichtes senkrecht zur Polarisationsrichtung zu der Intensität des Lichtes parallel zur Polarisationsrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mög lichst einfach herstellbaren optischen Polarisator, insbe sondere für faseroptische Anwendungen, anzugeben, der ein gutes Löschungsvermögen besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge löst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zu sammengestellt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Polarisator weitgehend unempfindlich ist gegenüber mechanischen Bean spruchungen, z. B. Erschütterungen.

Die Erfindung beruht auf dem an sich bekannten Effekt, daß ein optischer Polarisator herstellbar ist, wenn in einem System dünner Schichten jede Schicht unter dem Polarisations winkel getroffen wird. Die parallel zur Einfallsebene schwin gende Komponente des Lichts wird dabei nahezu ohne Reflexions verluste durch das System der Schichten hindurchgelassen, wäh rend die senkrecht zur Einfallsebene schwingende Komponente an jeder Grenzfläche durch Reflexion Verluste erleidet. Das Schichtsystem besteht aus sogenannten λ/4-Schichten aus ab wechselnd einer hochbrechenden und einer niedrigbrechenden Schicht. Als hochbrechendes Schichtmaterial wird beispiels weise TiO₂ mit einem Brechungsindex n = 2,3 und als niedrig brechendes Schichtmaterial SiO₂ mit n = 1.46 gewählt. Das Löschungsvermögen beträgt dann 2.5 · 10^-3 für Schichten (4 Schichten TiO₂, 3 Schichten SiO₂) und 4.4 · 10^-8 für 19 Schichten; das Löschungsvermögen ist durch die Anzahl der ver wendeten Schichten vorgegeben, es wird besser mit zunehmen der Zahl der Schichten.

Ein derartiger Polarisator hat bei Verwendung in der kon ventionellen Optik einige Nachteile: Die Materialdispersio nen führen dazu, daß eine Polarisation mit gutem Löschungs vermögen lediglich für einen gewissen Wellenlängenbereich erhalten wird. Weiter wird durch divergentes Licht das Lö schungsvermögen ebenfalls verschlechtert.

Diese Nachteile sind bei Verwendung dieses Polarisatorprin zips in der Faseroptik nicht von Bedeutung, wenn als Licht quelle ein Laser bzw. Halbleiterlaser oder eine LED (licht emittierende Diode) verwendet wird, die eine geringe spektra le Breite besitzen, und eine Faser mit niedriger Modenzahl, speziell eine einwellige Faser benutzt wird, die eine gerin ge Divergenz besitzt. Dagegen sind die geringen Dickenabmes sungen dieses Polarisatortyps von erheblichem Vorteil bei der Verwendung eines derartigen Polarisators.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.

In der Figur sind bei Lichtleitfasern 10, 20 bestehend aus Kernen 13, 23 und Mäntels 14, 24 unter einem Winkel 1 gegen über den Faserachsen 12, 22 Endflächen 11, 21 angeschliffen und gegebenenfalls poliert. Der Winkel 1 ist beispielsweise der Polarisationswinkel ϕ, der von der verwendeten Lichtwel lenlänge sowie den Brechungsindizes der Lichtleitfasern 10, 20 und den auf die Endflächen 11, 21 aufgebrachten Schichten 2 abhängt. Für Lichtleitfasern 10, 20, die im wesentlichen aus SiO₂ (Brechungsindex n = 1.46) bestehen, und TiO₂-SiO₂- Schichten 2 (Brechungsindex n = 2.3) berechnet sich der Polari sationswinkel ϕ beispielsweise zu ϕ = arc tan (2.3/1,46) = 57°36′. Die Schichten 2 bestehen aus mindestens einer Schicht 2 mit gegenüber den Lichtleitfasern 10, 20 unterschiedlichem Brechungsindex oder einem Schichtsystem aus sogenannten λ/4- Schichten, die beispielsweise auf mindestens eine Endfläche 11 aufgedampft sind. Nach dem Aufbringen der Schichten 2 wer den die Lichtleitfasern 10, 20 zueinander justiert, z. B. der art, daß die Faserachsen 12, 22 ungefähr eine Gerade bilden, und zusammengefügt, beispielsweise mit Hilfe eines durchsich tigen optischen Kittes, der eine Anpassung der Brechungsin dizes zwischen den Schichten 2 und den Lichtleitfasern be wirkt. Auf diese Weise ist eine optimale optische Kopplung zwischen den Lichtleitfasern 10, 20 möglich. Die geringe Dicke des Systems 1 µm für 7 Schichten und 2,8 µm für 19 Schichten, erlaubt einen so geringen Abstand zwischen den Endflächen 11 und 21, daß das Schichtsystem unmittelbar auf eine Endfläche 11 aufgebracht wird und daß durch direktes Aneinanderstoßen mit sehr geringen Verlusten die Lichtleit fasern 10 und 20 wieder zusammengefügt werden. Es entsteht ein Polarisator mit guter Langzeitstabilität, was für tech nische Anwendungen von wesentlicher Bedeutung ist.

Claims

1. Optischer Polarisator, der einen lichtführenden Kern und einen diesen umgebenden Mantel enthält, insbesondere für faserop tische Anordnungen, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Lichtleitfasern (10, 20), deren Endflächen (11, 21) in möglichst geringem Abstand und möglichst parallel zueinander zu sammengefügt sind, so daß die Faserachsen (12, 22) der Lichtleit fasern (10, 20) an der Fügestelle möglichst eine Gerade bilden, vorhanden sind,
daß zwischen den Endflächen (11, 21) dielektrische Schichten (2) mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex vorhanden sind,
daß mindestens eine der Schichten (2) als λ/4-Schicht ausgebil det ist, wobei λ die Lichtwellenlänge bezeichnet,
daß die Anzahl der Schichten (2) in Abhängigkeit von dem ge wünschten Löschungsvermögen, welches das Verhältnis der Intensi tät des Lichts senkrecht zur Polarisationsrichtung zu der Inten sität parallel zur Polarisationsrichtung bezeichnet, gewählt ist und
daß der Winkel (1) zwischen den Endflächen (11, 21) und den Fa serachsen (12, 22) als Polarisationswinkel ausgebildet ist.

2. Optischer Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Endflächen (11, 21) poliert sind.

3. Optischer Polarisator nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einwellige, ungefähr gleichartige Lichtleitfasern verwendet sind.

4. Optischer Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vielwellige Lichtleitfasern ver wendet sind.

5. Optischer Polarisator nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen (11, 21) der Lichtleitfasern (10, 20) hohlraumfrei zusammengefügt sind.