-
Die Erfindung betrifft Polarisationsregler.
-
Polarisationsregler werden in optischen
Kommunikationssystemen eingesetzt, die Monomoden-Lichtleitfasern
verwenden. In derartigen Systemen ist es, um die
Empfängersensitivität im Vergleich zu direkten
Detektionsverfahren, die gegenwärtig in Lichtleitfasersystemen
verwendet werden, zu steigern, wünschenswert, kohärente
Detektionstechniken zu verwenden. Derartige Techniken
erfordern jedoch die Anpassung des
Polarisationszustandes des optischen Signals am Austritt der
Übertragungsfaser an den Strahl eines lokalen Oszillators am
Empfänger. Das Problem stellt sich für lange
Lichtleitfaserlängen, d.h. Kilometer, wobei der Polarisationszustand
des aus der Faser austretenden Lichts infolge inhärenter
Doppelbrechung der Faser, Defekten und Verformungen,
entweder inhärenten oder z.B. durch Biegen der Faser
eingeführten, infolge Temperatur- und Druckänderungen entlang
der Faserlänge usw. zeitlich variieren wird.
-
So wird beispielsweise ein linear polarisierter
Eintrittsstrahl aus der Faser mit elliptischer
Polarisation austreten.
-
Polarisationsregler müssen infolgedessen in
derartigen Systemen eingesetzt werden, um den
Polarisationszustand des Austrittsstrahls und Strahls vom lokalen
Oszillator abzustimmen. Eine Anzahl Polarisationsregler
ist über die Jahre vorgeschlagen worden, wobei eine
Übersicht derartiger Regler im Journal of Lightwave
Technology, Band LT-3, Nr. 6, im Dezember 1985 veröffentlicht,
gegeben wird. Diese umfassen elektromagnetische
Faserquetscher, drehbare Faserspulen, Farraday-Rotatoren,
elektrooptische Kristalle, Phasenplatten und drehbare
Faserklammern. Sämtliche dieser vorgeschlagenen
Polarisationsregler unterliegen jedoch Nachteilen, wobei die
Faserquetscher, drehbaren Faserspulen, Farraday-Rotatoren und
elektrooptischen Kristalle nicht imstande sind,
kontinuierliche, nicht begrenzte Variationen im Polarisationszustand
zu bewältigen, während die Phasenplatten und drehbaren
Faserklammern unter einem langsamen zeitlichen
Ansprechverhalten leiden. Während elektrooptische Kristalle,
beispielsweise Paare von Lithiumniobatkristallen, in
praktischen Systemen eingesetzt wurden, unterliegen diese dem
zusätzlichen Nachteil hoher Betriebsspannungen,
typischerweise 160 bis 260 Volt, und die große Länge des optischen
Weges durch die Kristalle führt zu hohen
Einfügungsverlusten von typischerweise 3 bis 6 dB.
-
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
einen Polarisationsregler vorzusehen, der für den Einsatz
in einem optischen Kommunikationssystem geeignet ist,
worin einige der in zuvor vorgeschlagenen
Polarisationsreglern inhärenten Nachteile zumindest gemildert sind.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Polarisationsregler angegeben, aufweisend einen Stapel
von zumindest zwei elektrooptischen Modulatoren, die
derart angeordnet sind, daß auf den Stapel auftreffende
Strahlung aufeinanderfolgend durch die Modulatoren treten
wird; und eine Einrichtung, die über die Modulatoren
synchronisierte Felder legt, um so die Phasenverzögerung der
durch jeden Modulator hindurchgelassenen Strahlung um
einen ausgewählten Betrag zu ändern, wobei die optischen
Achsen der Mosulatoren bezüglich einander derart orientiert
sind, daß die Polarisation von durch den Regler
hindurchgelassener Strahlung von einem ersten Polarisationszustand,
in dem die Strahlung auf den Regler auftrifft, in einen
zweiten Polarisationszustand geändert wird, in dem die
Strahlung den Regler verläßt, wobei die Einrichtung zum
Anlegen synchronisierter Felder eine
Rückkopplungseinrichtung umfaßt, die so wirksam ist, daß sie die Werte dieser
Felder in Abhängigkeit vom zweiten Zustand ändert; dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrooptischen Modulatoren
nematische Flüssigkristallzellen sind.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Polarisationsregler angegeben, aufweisend
zwei Stapel von zumindest zwei nematischen
Flüssigkristallzellen, die derart angeordnet sind, daß auf jeden Stapel
auftreffende Strahlung aufeinanderfolgend durch jede Zelle
im Stapel treten wird, wobei die Stapel zwei alternative
optische Wege bilden; eine Einrichtung, die synchronisierte
Felder über die Zellen legt und so wirksam ist, daß sie die
Phasenverzögerung der durch jede Zelle hindurchgelassenen
Strahlung um einen ausgewählten variablen Betrag derart
ändert, daß die Phasenverzögerung entlang jedes Weges
periodisch variiert, wobei die optischen Achsen der Zellen
bezüglich einander derart orientiert sind, daß die
Polarisation von durch den Regler hindurchgelassener Strahlung aus
einem kontinuierlich variierenden ersten
Polarisationszustand, in dem die Strahlung auf den Regler auftrifft, in
einen zweiten Polarisationszustand geändert wird, in dem
die Strahlung den Regler verläßt, wobei einer der
Zustände eine erste beliebige Polarisation ist und der
andere der Zustände eine vorselektierte feste
Polarisation oder eine zweite beliebige Polarisatlon ist; und eine
Einrichtung zur periodischen Variation der sich entlang
jedes Weges ausbreitenden Anteilsproportionen der
auftreffenden Strahlung.
-
Vier Polarisationsregler gemäß der Erfindung werden
nun lediglich beispielhalber unter bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
FIG. 1 eine schematische Darstellung eines ersten
Polarisationsreglers gemäß der Erfindung ist;
-
FIG. 2 eine schematische Querschnittsansicht
einer Flüssigkristallzelle innerhalb des ersten Reglers ist;
-
FIG. 3 schematisch ein erstes Beispiel einer
Flüssigkristallzellenkonfiguration darstellt, die im in FIG. 1
gezeigten Regler verwendet werden kann;
-
FIG. 4 die Variation der Phasenverzögerung mit
angelegtem elektrischem Feld veranschaulicht, die durch
die Zellenkonfiguration der FIG. 3 hervorgerufen wird;
-
FIG. 5 ein zweites Beispiel einer speziellen
Flüssigkristallzellenkonfiguration darstellt, die im in
FIG. 1 gezeigten Regler eingesetzt werden kann;
-
FIG. 6 die Änderung der Phasenverzögerung
darstellt, die durch die Zelle der FIG. 5 bei angelegtem
elektrischem Feld erzeugt wird;
-
FIG. 7 die Variation der Phasenverzögerung
darstellt, die durch eine dritte
Flüssigkristallzellenkonfiguration bei angelegtem elektrischem Feld hervorgerufen
wird, die im Regler, der in FIG. 1 gezeigt ist, einsetzbar
ist, wobei der Flüssigkristall innerhalb der Zelle eine
positive dielektrische Anisotropie aufweist;
-
FIG. 8 FIG. 7 entspricht, wobei der
Flüssigkristall innerhalb der Zelle eine negative dielektrische
Anisotropie aufweist;
-
FIG. 9 eine schematische Darstellung des zweiten
Reglers ist;
-
FIG. 10 eine schematische Darstellung des dritten
Reglers ist;
-
FIG. 11 die Änderung der Phasenverzögerungen mit
der Zeit darstellt, die vom Regler der FIG. 10
hervorgerufen werden; und
-
FIG. 12 eine schematische Darstellung des vierten
Reglers ist.
-
Zunächst wird auf FIG. 1 Bezug genommen, wobei der
erste zu beschreibende Regler, der dazu ausgelegt ist,
einfallende Strahlung willkürlicher oder beliebiger
elliptischer Polarlsation in lineare Polarisation bekannten
Azimuts oder umgekehrt zu konvertieren, einen Stapel oder
eine Schichtung von zwei Flüssigkristallzellen 1, 3
umfaßt, wobei diese Zellen so angeordnet sind, daß ihre
langsamen Achsen 5, 7, d.h. die Polarisationsrichtung des
außerordentlichen Strahls innerhalb der Zelle, auf 45º
eingestellt ist. In FIG. 2, auf die nun Bezug genommen
wird, umfaBt jede Zelle 1, 3 ein Sandwich, das einen
nematischen Flüssigkristallfilm 9 enthält, der zwischen
zwei Platten 11, 13 aus Glas eingegrenzt ist, wobei der
nematische Film typischerweise zwischen 5 um und 10 um
dick ist. Die Platten 11, 13 sind voneinander beabstandet
und mittels einer Dichtung 15 abgedichtet, die
Abstandspartikel aus Glas oder Kohlenstoffasern enthält. Die
beiden Platten 11, 13 tragen jeweils auf ihrer Innenfläche
eine jeweilige dünne transparente Elektrode 16, 17, im
wesentlichen aus Indiumzinnoxid, jeweilige Grenz- oder
Sperrschichten aus SiO&sub2; 19, 21, die zwischen jede Platte
11, 13 und die entsprechende Elektrode 16, 17 gelegt sind,
um so Migration von Natriumionen aus den Glasplatten in
den Flüssigkristallfllm 9 zu verhindern. Auf der
Innenfläche jeder Elektrode 16, 17 sind jeweils dünne
Ausrichtungsschichten 25, 25 ausgebildet. Diese Schichten
bewirken, daß die optischen Achsen des Flüssigkristalls sich
parallel zu den Platten 11, 13 oder unter einem kleinen
Winkel geneigt hierzu ausrichten, d.h. sie veranlassen
den Kristall, eine homogene Ausrichtung anzunehmen. Die
geneigte Anordnung wird bevorzugt, da sie eine Entartung
abbaut, die andernfalls die Ausbildung von Domänen
hervorrufen könnte, wenn über die Zelle ein elektrisches Feld
angelegt wird. Geeignete Ausrichtungsschichten umfassen
angeriebene oder geschliffene Polymerflächen, die eine
Neigung von typischerweise 2º ergeben, oder schräg
aufgedampfte Siliciummonoxidfilme oder -schichten, die
entweder eine Neigung Null oder eine Neigung von
typischerweise etwa 30º gemäß der Verdampfungsgeometrie
liefern. Gemäß den FIG. 3 und 4, auf die nun auch Bezug
genommen wird, wird die Zelle so zusammengefügt, daß
die Ausrichtungs-Richtungen 10 antiparallel sind, so daß
bei Fehlen einer angelegten Spannung die optische Achse
12 im Volumen der Flüssigkeit 9 durch die ganze Zelle
hinweg eine gleichförmige Konfiguration annimmt. Weist
der Flüssigkristall eine positive dielektrische
Anisotropie auf, so wird bei Anlegen einer Wechselspannung an
die Zelle die Konfiguration der optischen Achse, wie in
FIG. 3 gezeigt ist, gestört. Infolgedessen wird die
Phasenverzögerung oder Phasenverschiebung zwischen
ordentlichem und außerordentlichem Strahl, die
normalerweise durch die doppelbrechende Zelle übertragen werden,
wie in FIG. 4 gezeigt ist, mit dem rms-Wert der
angelegten Spannung V (dem Effektivwert der angelegten Spannung V)
variieren.
-
Gemäß FIG. 1, auf die nun wiederum primär Bezug
genommen wird, tritt beim Betrieb des Reglers zum Umsetzen
beliebiger Polarisation auf linear ein Strahl einfallenden
Lichts 101 mit beliebiger, willkürlicher Polarisation in
die Zelle 1 ein, wobei dies in FIG. 1 durch die
elliptische Darstellung 103 gezeigt ist. Die an die Zelle 1
über die Elektroden 16, 17 angelegte Spannung ist derart
ausgewählt, daß sowohl der Azimut als auch die
Elliptizität der Polarisation geändert werden, wobei die
Hauptachsen der Ellipse 105 parallel und senkrecht zu der
langsamen Achse 5 der Zelle 1 liegen, wie durch die
elliptische Darstellung 105 dargestellt ist. Die Spannung
an der zweiten Zelle 3 wird dann so eingestellt, daß
das aus dem Stapel austretende Licht, wie in der
Darstellung 107 gezeigt, linear polarisiert ist. Die elektronische
Rückkopplungsschaltung, die für diesen Zweck erforderlich
ist, ist nicht dargestellt, wird jedoch für die Fachleute
auf dem Gebiet der Polarisationsregler klar sein.
-
Die mathematischen Algorithmen für die
Phasenverzögerungen, die von den Zellen 1,3 gefordert sind, sind
im folgenden angegeben:
-
Die Polarisationsregelalgorithmen sind in einem
Jones-Matrixformalismus gegeben, wobei die beliebige
Polarisation durch den Jones-Vektor repräsentiert ist:
-
wobei θ, ε der Azimut bzw. der Elliptizitätswinkel sind.
Vormultiplikations-Phasenfaktoren werden niemals explizit
angegeben. Wenn im Verlauf einer Berechnung der
Phasenfaktor wechselt, wird dies durch ein Äquivalenzsymbol
anstelle des Gleichheitszeichens angemerkt.
(A) Zelle 1
-
Die Jones-Matrix von Zelle 1 sei geschrieben
-
Dann ist die Ausgangsgröße
-
Vorausgesetzt daß
sinφ&sub1;cosθcosε=cosφ&sub1;sinθsinε i.e.tanφ&sub1;=tanθtanε (A10)
-
cosφ&sub2;sinθcosε=sinθ&sub2;cosθsinε i.e.tanφ&sub2;=tanθcotε (A.11)
Anmerkungen
-
(i) Die Gleichungen für φ&sub1; und θ&sub2; (A.10) und (A.11)
sind stets lösbar.
-
(ii) Vormultiplikation des Vektors (A.1) durch die Matrix
(A.2) führt offensichtlich direkt zu (A.7). Jedoch
beleuchtet die Abschweifung oder Digression über (A.3) auf
(A.6) das Polarisationsumsetzungsproblem und insbesondere
die Notwendigkeit für einen Stapel zweier Zellen.
(B) Zelle 5
-
Die Jones-Matrix der Zelle 3 sei geschrieben
-
Dann gilt
-
Offenbar ist das endgültige Ergebnis im allgemeinen ein
Strahl min Azimut = 0 und Elliptizitätswinkel ½ φ&sub3; +ε,
d.h. willkürlich zu bekannter Azimutumsetzung. Die
Bedingung für eine Umsetzung auf lineare Polarisation ist
-
½φ+ε'=½nπ(n=0,±1,±2,...) (A.15)
-
Um linear polarisiertes Licht in beliebige Polarisation
umzusetzen, wird der in FIG. 1 gezeigte Stapel von
Zellen 1,3 präzise in der Umkehrung des oben
Beschriebenen betrieben. Linear polarisiertes Licht fällt ein,
wobei seine Polarisationsebene unter 45º zur langsamen
Achse 5 der ersten Zelle 1 geneigt ist, wodurch eine
Umsetzung auf elliptische Polarisation erzielt wird,
wobei die Hauptachsen parallel und senkrecht zur
langsamen Achse 7 der zweiten Zelle 3 sind. Die Umsetzung
auf den gewünschten Azimut und die gewünschte
Elliptizität wird dann durch die zweite Zelle 3
vervollständigt.
-
Der mathematische Algorithmus für diese
umgekehrte Umsetzung folgt aus der Beobachtung, daß die Jones-
Matrizen A2 und A12 Inverse aufweisen.
-
Es wird klar, daß durch Ändern des der Zelle 3
zugeführten Signals die Konfiguration, die in FIG. 1
gezeigt ist, dazu eingesetzt werden kann, eine
willkürliche Polarisation auf elektrische Polarisation mit
festen Hauptachsen umzusetzen.
-
Es sei angemerkt, daß während der zuvor
beispielhalber beschriebene Polarisator zwei homogen
ausgerichtete nematische Flüssigkristallzellen enthält, der
Polarisator gleichermaßen Flüssigkristallzellen alternativer
Ausrichtungen enthalten kann. In den FIG. 5 und 6, auf
die nun Bezug genommen wird, können die Zellen 1,3
alternativ einen nematischen Flüssigkristallfilm aufweisen,
der eine homötrope Ausrichtung aufweist.
-
In einer derartigen Vorrichtung werden beide
Platten 11, 13 Ausrichtungsschichten einer Art aufweisen,
die dazu führt, daß die optische Achse des
Flüssigkristalls sich senkrecht zur Platte oder unter einem kleinen
Winkel zur Senkrechten zur Platte geneigt ausrichtet. Die
letztere Anordnung wird vorgezogen, da sie eine Entartung
abbaut, die andernfalls die Ausbildung von Domänen
hervorrufen könnten wenn über die Zelle ein elektrisches
Feld angelegt wird. Bevorzugte Ausrichtungsschichten
umfassen grenzflächenaktive Substanzen (die eine
senkrechte Ausrichtung verleihen) oder grenzflächenaktive
Substanzen, die über schräg gedampfte
Siliciummonooxidfilme der Art aufgebracht werden, die selbst eine
30º-Neigung ergeben würde (die grenzflächenaktiven
Substanzen liefern so eine Neigung auf senkrechte
Ausrichtung). Wie in FIG. 5 gezeigt ist, ist jede Zelle so
angeordnet, daß die Ausrichtungs-Richtungen 30
antiparallel sind, so daß bei Fehlen einer angelegten Spannung
die optische Achse im Volumen der Flüssigkeit 32 eine
gleichförmige Konfiguration durch die gesamte Zelle
hinweg annimmt. So wird bei Anlegen einer Wechselspannung
an die Zelle, wenn der Flüssigkristall eine negative
dielektrische Anisotropie hat, die Konfiguration der
optischen Achse, wie in FIG. 5 gezeigt, gestört. Als
Folge hiervon variiert die Phasenverzögerung oder
-verschiebung zwischen ordentlichem und außerordentlichem
Strahl, die normalerweise durch die doppelbrechende
Zelle übertragen werden, mit dem rms-Wert der angelegten
Spannung V, wie in FIG. 6 gezeigt ist.
-
Eine weitere alternative Ausrichtung für die
Zellen 1, 3 ist eine Hybridausrichtung, in der eine
Platte eine Ausrichtungsschicht homogener Art trägt,
während die andere eine Schicht homötroper Art trägt.
Der Flüssigkristall kann entweder positive oder negative
dielektrische Anisotropie aufweisen. Bei Anlegen einer
Wechselspannung an die Zelle wird die Phasenverzögerung
zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl, die
normalerweise durch die doppelbrechende Zelle übertragen
werden, im ersteren Fall abnehmen und im letzteren Fall
zunehmen, wie in den FIG. 7 bzw. 8 gezeigt ist.
-
Eine weitere alternative Ausrichtung für die
Zellen 1, 3 ist schließlich eine Hybridausrichtung, in
der eine Platte eine Ausrichtungsschicht homogener Art
trägt, in der die optische Achse einen speziellen
Winkel mit der Platte einschließt, während die andere eine
Ausrichtungsschicht homogener Art trägt, in der die
optische Achse einen anderen Winkel mit der Platte
einschließt, wobei die Zelle so zusammengesetzt wird, daß
die Ausrichtungs-Richtungen antiparallel sind.
-
Es sei angemerkt, daß jede Zelle 1,3 innerhalb
des obigen Reglers einen Flüssigkristall enthalten kann,
der irgendeine der obigen Ausrichtungen, d.h. homogen,
homötrop oder hybrid aufweisen kann.
-
Es sei auch angemerkt, daß die beiden Zellen 1, 3
durch eine einzelne Glasplatte getrennt sein können,
wobei die Elektroden- und Ausrichtungsschichten auf
beiden Seiten aufgebracht sind, oder aus zwei Platten
hergestellt sein können, die mit optischem Kitt verbunden
sind.
-
Es sei angemerkt, daß ein spezieller Vorteil eines
Polarisationsreglers gemäß dem ersten Aspekt der
Erfindung darin besteht, daß die maximale Phasenverzögerung
jeder Flüssigkristallzelle innerhalb des Reglers durch
den Ausdruck
-
δo = 2Πd(ne -no) λ
-
angegeben wird,
-
worin d, ne, no jeweils die Dicke des
Flüssigkristallfilms bzw. seine außerordentlichen und ordentlichen
Brechungsindices anzeigen und λ die Wellenlänge des
einfallenden Lichts ist. Da (ne-no) immerhin 0,2 oder mehr
betragen kann, sind δo-Werte von 4Π rad oder mehr mit
typischen Werten für d und λ erzielbar. Ein δ-Bereich
von zumindest 3Π rad kann erforderlich sein.
-
Es sei ferner angemerkt, daß die
Schwellwertspannungen Vo, die in den FIG. 4 und 6 gezeigt sind,
typischerweise im Bereich von 1 bis zu 3 V liegen.
Infolgedessen wird die Betriebsspannung eines Reglers gemäß
der Erfindung typischerweise 2 bis 4 V betragen.
-
Es wird ferner angemerkt, daß der optische Weg
durch jede Flüssigkristallschicht in einem Regler gemäß
der Erfindung kurz, typischerweise wenige um, sein wird.
Bei richtiger Berücksichtigung von
Antireflexionsschichtungen werden daher Einfügungsverluste sehr gering
sein, typischerweise Bruchteile eines dB pro
Flüssigkristallage, und die erforderliche Leistung zum
Betreiben des Reglers wird im Mikrowattbereich liegen. Die
Dicke und relativen Brechungsindices der Schichten bzw.
Lagen, die in dem Aufbau des Reglers eingesetzt werden,
können so ausgewählt werden, daß Differenzeffekte dazu
dienen, Einfügungsverluste zu reduzieren. Alternativ
können Interferenzeffekte durch die Verwendung von
Schichten keilförmiger Form reduziert oder eliminiert
werden.
-
Es wird erkannt werden, daß, während die oben
beispielhalber beschriebenen Flüssigkristallzellen
Flüssigkristallfilme zwischen 5 um und 10 um Dicke
enthalten, dünnere Filme mit geeigneten Materialien
eingesetzt werden können, um eine speziell schnelle
Antwortzeit zu erzielen.
-
Es wird auch erkannt werden, daß
Polarisationsregler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung
Freiraumvorrichtungen sein können oder integral mit Quellen-
oder Detektorvorrichtungen hergestellt werden können
oder in integrierte optische Bauelemente inkorporiert
werden können.
-
Es wird offensichtlich, daß ein Regler von
willkürlich auf linear, dem ein Regler von linear auf
willkürlich folgt, als Reger von willkürlich auf willkürlich
wirken kann, vorausgesetzt, daß die Ausgangspolarisation
des Willkürlich/Linearreglers mit der
Eingangspolarisation des Linear/Willkürlichreglers zusammenfällt. Jedoch
benötigt ein derartiger Regler insgesamt vier
Flüssigkristallzellen irgendeiner Kombination homogener,
homötroper und Hybrid-Ausrichtungen.
-
Der zweite zu beschreibende Regler wirkt als ein
Willkürlich/Willkürlichregler unter Verwendung von nur
drei Zellen 90, 92, 94, wie in FIG. 9 gezeigt ist,
wobei jede Zelle die Form aufweist, die bezüglich des
ersten Reglers beschrieben wurde. Der Lichtstrahl 912
mit willkürlicher oder zufälliger Polarisation 914 wird
durch die erste Zelle 90 in einen Strahl mit
elliptischer Polarisation 916 umgesetzt, wobei die Hauptachsen
parallel und senkrecht zu den langsamen Achsen 96 der
Zelle 90 liegen. Die zweite und dritte Zelle 92 und 94
wirken als ein Umsetzer von bekanntem Azimut auf
willkürlich, wie oben in bezug auf den ersten Regler
beschrieben wurde. Die Zelle 92, deren langsame Achse 98
unter ± 45º zur Achse 96 geneigt ist, ändert die
Elliptizität, jedoch nicht den Azimut der einfallenden
Strahlung 912, und die dritte Vorrichtung 94, deren langsame
Achse 910 entweder parallel oder senkrecht zur Achse
ist, wobei erstere in FIG. 9 gezeigt ist, vervollständigt
die Umsetzung auf die gewünschte Ausgangspolarisation 920.
-
Bei Zuwendung auf die FIG. 10 und 11 besteht nun
ein Problem, welches bei Anwendung der
Polarisationsregler auf optische Kommunikationssysteme auftreten
kann, darin, daß die Eingangspolarisation monoton ohne
Grenze variieren könnte. Jedoch sind die entsprechenden
Phasenverzögerungen, die durch die individuellen
Vorrichtungen erzeugt werden können, die den Regler bilden,
sämtlich begrenzt. D.h., gleichwelcher Art die Auslegung
des Reglers ist, wird eventuell ein Punkt erreicht, bei
dem eines oder mehrere der Komponenten-Bauelemente
"zurückgesetzt"
werden muß, d.h. dessen Phasenverzögerung sich
um ein Vielfaches von 2Π oder in einigen Fällen
wahlweise Π geändert wird. Unglücklicherweise benötigt
diese Rücksetzoperation eine endliche Zeit, und es
müssen Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen,
daß Daten während des Rücksetzens nicht verstümmelt
werden oder verlorengehen.
-
Dieses Problem kann durch den dritten zu
beschreibenden Regler gelöst werden, der in FIG. 10 dargestellt
ist. Der dritte Regler umfaßt eine Leitwegvorrichtung
1002, die so wirkt, daß sie einen einfallenden Strahl 1004,
dessen Polarisation zur Steuerung gedacht ist, teilweise
oder vollständig in zwei alternative Wege oder Pfade 1006,
1008 leitet. Jeder Weg 1006, 1008 enthält einen
jeweiligen Stapel von Flüssigkristallzellen 1010, 1012, jeweils
von der generellen Form, die zuvor in bezug auf entweder
den ersten oder zweiten Regler beschrieben wurde. Eine
Rekombinationsvorrichtung 1014, die so wirkt, daß sie
die beiden Wege 1006, 1008 kombiniert, ist auch
vorgesehen.
-
In FIG. 11, auf die nun Bezug genommen wird,
repräsentiert δ&sub1; die Phasenverzögerung, die durch eine
spezielle Zelle im Stapel 1010 eingeführt wird, und δ&sub2;
repräsentiert die Phasenverzögerung, die durch die
entsprechende Zelle im Stapel 1012 eingeführt wird,
wobei im Einsatz des Reglers die Leitwegeinrichtung
anfangs derart eingerichtet ist, daß das einfallende
Licht ausschließlich entlang des Weges 1006 geleitet
wird, d.h., die Intensität I (1008) des entlang des
Weges 1008 übertragenen Lichts ist null, wie in FIG. 11
angezeigt ist. Die Phasenverzögerung, die von der Zelle
im Stapel 1010 hervorgerufen wird, ist so ausgelegt, daß
sie zunimmt, bis sie sich innerhalb eines Betrages α
einer brauchbaren Einheit nähert, die hier als 2II
angenommen wird wobei die Zelle im Stapel 1012 derart
eingestellt
ist, daß sie eine Phasenverzögerung von α, d.h.
dasselbe Modulo 2Π auferlegt. Die Leitwegeinrichtung
1002 ist nun so ausgelegt, daß sie den Strahl 1004 aus
dem Weg 1006 aus-und in den Weg 1008 einblendet, wobei
die Gesamtintensität I (1008) plus I (1006)
selbstverständlich eine Konstante ist.
-
Der gesamte Vorgang wird dann wiederholt, wobei
der Strahl 1004 vollständig entlang des Weges 1008
gelenkt wird usw. und erneut so, wie in FIG. 11 angezeigt
ist.
-
Es wird offenbar, daß das Schalten und Ausblenden
zwischen den Lichtwegen 1006, 1008 durch eine Vielfalt
von Einrichtungen erzielbar ist. Daher werden die
FIG. 10 und insbesondere die Leitwegeinrichtung 1002 und
die Rekombinationsvorrichtung 1014 als schematisch und
für das involvierte Prinzip veranschaulichend angesehen.
In der Praxis können ootische Schalter und/oder variable
Abschwächer, die separate Einrichtungen oder ineinander
inkorporiert sein können, oder im Fall von Abschwächern
den Stapeln 1010 und 1012 zugeordnet sind, eingesetzt
werden. Sämtliche dieser Vorrichtungen stehen unter der
Steuerung einer in FIG. 10 nicht dargestellten
Steuerschaltung.
-
Es wird offenbar, daß die Leitweg- und
Ausblendvorrichtungen selbst Änderungen in der Polarisation des
Strahls einbringen können. Sind diese Änderungen zwischen
den Zweigen 1 und 2 unsymmetrisch, dann wird die einfache
Beziehung zwischen δ&sub1; undδ&sub2;, die in FIG. 11 gezeigt
ist, modifiziert.
-
Dieses Problem kann in alternativer Weise durch
einen vierten Regler überwunden werden, der in FIG. 12
gezeigt ist. Der vierte Reger umfaßt vier Zellen 1201,
1202, 1203, 1204, in denen die langsamen Achsen 1205,
1207 der ersten und dritten Zelle parallel und senkrecht
liegen und die langsamen Achsen der zweiten und vierten
Zelle 1206, 1208 unter ± 45º zur Achse der ersten Zelle
orientiert sind. Algorithmen für die Steuerung eines
derartigen Reglers kann der Fachmann auf diesem Gebiet
leicht an Hand der für Faserquetschvorrichtungen
veröffentlichten Algorithmen verstehen.
-
Obgleich in den obigen Ausführungsbeispielen die
Zellen durch an sie angelegte elektrische Felder
gesteuert werden, können die Zellen auch magnetisch
gesteuert werden.