DE69707687T2

DE69707687T2 - Verfahren und vorrichtung zum genauen herstellen eines depolarisierers

Info

Publication number: DE69707687T2
Application number: DE69707687T
Authority: DE
Inventors: R. Feth; R. Jessop; F. Straceski
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: JP4027985B2; US5881185A; DE69707687D1; EP0919004A2; WO1998008119A2; WO1998008119A3; CA2263001A1; EP0919004B1; JP2002515985A

Description

Die Erfindung betrifft einen Depolarisator und insbesondere ein System und ein Verfahren zur zuverlässigen, effizienten und genauen Herstellung eines derartigen Depolarisators durch die Verwendung von im wesentlichen gleichzeitigen Messungen der Ausgangsintensitäten von Lichtstrahlen, die aus einer doppelbrechenden Faser austreten.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Depolarisatoren werden verbreitet in Produkten verwendet, die optische Fasern beinhalten, d. h. in faseroptischen Kreiseln, und spielen eine größere Rolle in der Sensortechnologie. Weil Depolarisatoren das Leistungsvermögen und die Qualität eines eine optische Faser enthaltenden Produktes erhöhen können, sind Depolarisatoren für faseroptische Kreiselsystem wichtig. Insbesondere weil sich Kreiselfehlersignale als Resultat unterschiedlicher Polarisationsbedingungen der individuellen Lichtwellenzüge innerhalb der optischen Faser ergeben, können Depolarisatoren dazu verwendet werden, den Kreiselfehler zu unterdrücken.
Eine übliche Technik zur Herstellung eines Depolarisators beinhaltet das Ausrichten der optischen Achsen von zwei doppelbrechenden Fasern in 45º zueinander. Um eine erfolgreiche 45º Ausrichtung zu ermitteln, mißt ein Analysator das Polarisationsextinktionsverhältnis am Ausgang der Faser. Wenn die gemessene Intensität unabhängig von der angularen Position des Analysators relativ zu der zweiten Faser ist, ist eine 45º Ausrichtung erreicht. Das Extinktionsverhältnis bezeichnet das Verhältnis der in zwei beliebigen orthogonalen Achsen der doppelbrechenden Faser enthaltenen Intensitäten (dB = 10log[Imin/Imax]). Das Dezibel (dB) ist eine gebräuchliche Einheit zur Bezeichnung des Verhältnisses. Ein optimaler Polarisator erfordert ein Extinktionsverhältnis von 90 dB, während ein optimaler Depolarisator ein Extinktionsverhältnis von 0dB erfordert.
Nach der Ausrichtung einer breitbandigen polarisierten Eingangslichtquelle würde der optimale Depolarisator einen Ausgabe mit einer gleichen Menge unkorrelierten Lichts in jeder der zwei orthogonalen Achsen aufweisen, und das Extinktionsverhältnis wäre somit gleich 0 dB, weil Imin = Imax und log[1] = 0. Um eine gleiche Lichtmenge in jeder Achse zu erzielen, müssen die zwei Achsen der zwei Faserabschnitte in 45º zueinander ausgerichtet sein. Eine azimuthale Ausrichtung der Spleißorientierung von 45º würde eintreffendes polarisiertes Licht in gleich orthogonale elektrische Felder umsetzen (Emax und Emin sind gleiche elektrische Feldkomponenten in jeder Achse). Eine Ausrichtung ungleich 45º würde zu einer erhöhten Intensität längs einer Achse und einer verminderten Intensität längs der anderen Achse führen.
Wenn ein Depolarisator hergestellt wird, wird bei derzeitigen Verfahren ein Ausgangsphotodetektor mit einem Analysator ausgestattet, um die maximalen und minimalen Ausgangsintensitäten (Imin und Imax sind z. B. die Intensitäten längs der schnellen und langsamen Achse) der angekoppelten Faser zu messen. Das bedeutet, daß eine PM-Faser gesplittet wird, so daß die sich ergebenden Faserabschnitte für die Depolarisation der Quelle lang genug sind. Willkürlich polarisiertes Licht wird in die erste Faser eingekoppelt. Die zweite Faser wird zu der ersten Faser ausgerichtet. Imin und Imax werden bestimmt, indem die Achsen maximaler und minimaler Intensität am Ende der zweiten Faser lokalisiert werden. Die erste Faser wird relativ zu der zweiten Faser gedreht, dann wird der Analysator gedreht, um das Extinktionsverhältnis von Imax und Imin zu bestimmen. Falls das Extinktionsverhältnis 0dB ist, werden die Faserabschnitte verschmolzen, um einen Depolarisator zu bilden. Falls das Extinktionsverhältnis nicht 0dB ist, muß die erste Faser abermals gedreht werden bis die Intensitäten in jeder Achse gleich sind, dann wird wiederum der Analysator gedreht, um zu bestimmen, ob ein Extinktionsverhältnis von 0dB erreicht wurde. Abwechselndes Drehen des ersten Faserabschnitts und des Analysators erfordert zusätzliches Können und zusätzliche Zeit und ist anfällig für Meßfehler.
Falls das Licht nicht vollständig auf einer doppelbrechenden Achse liegt, wenn das Licht in die erste Faser eintritt, wird das Licht zumindest teilweise vor der Ausrichtung des Spleißes dekorreliert. Daher ist wegen einer im voraus existierenden Dekorrelation die Bestimmung der Qualität der Ausrichtung des Spleißwinkels schwierig. Insbesondere falls das Licht in einem Winkel von 45º zu der schnellen und langsamen Achse eintritt, wird das Licht dekorreliert werden, selbst wenn keine Fehlausrichtung des Spleißes existierte. Anstatt das Licht bei einem beliebigen zufälligen Winkel in die erste Faser einzukoppeln, tritt das Licht optimalerweise auf einer doppelbrechenden Achse ein. Licht das in die Faser auf einer Achse eintritt, wird durch die ganze Faser hindurch relativ zu sich selbst korreliert bleiben. Licht, das auf einer Achse eintritt, bürdet das Verteilen zwischen den Achsen ganz dem 45º Spleiß auf. Komplette Dekorrelation (oder Depolarisation) erfordert einen Spleiß mit exakten 45º.
Es existieren viele Verfahren zur Depolarisation von Licht, aber jedes der derzeitig bekannten Verfahren unterliegt erheblichen Nachteilen, die sie schwierig zu verwenden, unzuverlässig und/oder teuer machen. Das Patent von Laskoskie et al., US-Patent Nr. 5351124, offenbart ein geeignetes System zur Ausrichtung der doppelbrechenden Achsen durch die Verwendung einer temporären dritten Faser und eines Interferometers; Das '124-Patent erkennt die Probleme beim früheren Stand der Technik; die in dem '124-Patent vorgeschlagene Lösung erfordert jedoch die Verwendung teurer, komplizierter Komponenten, wie beispielsweise eines Interferometers, die besonderes Können für ihr Betreiben erfordern.
Um die Probleme des Standes der Technik mit der wiederholten Drehung zu überwinden, offenbart das Patent von Michal (US-Patent Nr. 5.486.916) eine Vorrichtung zur Ausrichtung der doppelbrechenden Achsen durch die Verwendung einer erwärmten Faserwicklung. Eine gering doppelbrechende sensorische Faserwicklung wird mit einer der Ausgangsschaltungen verbunden, und es wird ebenfalls ein reziprokes Interferometer verwendet, um die Ausrichtung der zwei Fasern zu messen. Durch Integration einer Heizwicklung und eines reziproken Interferometers erfordert das '916-Patent die Verwendung teurer, komplizierter Vorrichtungen zur Herstellung eines Depolarisators.
Andere existierende Systeme umfassen ein Verfahren, das verwendet wurde, um effektiv unpolarisiertes Lieht zu erzeugen, und das darin besteht, einen polarisierten Lichtstrahl in eine Mehrzahl von Teilstrahlen zu zerlegen und sie dann zu rekombinieren. Die Rekombination erzeugt ein variierendes Muster von Polarisationszuständen über die Vorderseite eines Detektors hinweg, um ein räumliches Mittel auszubilden. Dieses Verfahren ist nicht sinnvoll bei Monomodefasern, weil es ein räumliches Mittel über eine vergleichsweise große Fläche beinhaltet.
Noch eine weitere Methode der Herstellung eines Depolarisators besteht in der Verwendung einer AC- Erfassung. Das. AC-Signal wird durch Doppelbrechungsmodulation erzeugt. Die Modulation verschwindet, wenn die Achsen beider Fasern um 45º zueinander verdreht sind. Das Verfahren der AC- Erfassung erfordert hohe Spannungen, um eine Pockelszelle zu betreiben, was nicht nur gefährlich und teuer, sondern auch eine komplexe optische Schaltungsanordnung umfaßt
Aus den Patent Abstracts von Japan, Bd. 018, Nr. 519 (P-1807), 29. September 1994 & JP 06 180 410 A ist ein System zur Herstellung eines Depolarisators bekannt, das eine Lichtquelle zur Abstrahlung eines Lichtstrahls, erste und zweite doppelbrechende Fasern, Mittel zur Orientierung der Fasern relativ zueinander, um sie optisch miteinander zu verkoppeln, und Detektormittel umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie die simultane Analyse des Polarisationszustands der durch die doppelbrechenden Fasern übertragenen Lichtstrahlen erlaubt.
Aus den Patent Abstracts von Japan, Bd. 011, Nr. 328 (P-629), 27. Oktober 1987 & JP 62 111 211 A ist es außerdem bekannt, zwei Meßvorrichtungen zur Auswertung der emittierten Lichtstrahlen zu verwenden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System und ein Verfahren zur Herstellung eines Depolarisators zu entwerfen, bei denen die Möglichkeit eines Fehlers aufgrund unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeiten der zwei Meßvorrichtungen vernachlässigbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung können aus den Unteransprüchen entnommen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Fig. 1 zeigt für ein Wellenpacket, das beim Eintritt eine Polarisation von 45º zu den doppelbrechenden Achsen aufweist, die die Trennung hinsichtlich Zeit und Abstand nach dem Durchtritt durch ein doppelbrechendes Element;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zweier doppelbrechender PM-Fasern mit um 45º fehlausgerichteten Achsen, die als Beispiel ein elliptisches Spannungsbauteil beinhalten, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 zeigt die, Anordnung der Fasern und der Gerätschaften zur Bestimmung der Ausrichtung; Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer breitbandigen Quelle für die vorliegende Erfindung;
Fig. 5 zeigt. eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Ausrichtvorrichtung für die vorliegende Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Erfassungsvorrichtung für die vorliegende Erfindung;
Fig. 7 zeigt gekoppelte Detektoren als alternative Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung von Fig. 6; und
Fig. 8 zeigt als alternative Ausführungsform der Detektoren der Erfassungsvorrichtung von Fig. 6 einen drehenden Detektor, der dennoch eine im wesentliche simultane Erfassung der elektromagnetischen Komponenten ausführt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN BEVORZUGTEN AUSÜHRUNGSFORM

Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen auf zuverlässige Weise einen Depolarisators her durch die Verwendung von im wesentlichen gleichzeitigen Messungen der Austrittsintensitäten von aus einer doppelbrechenden Faser austretenden, elektromagnetischen · 12 und y 14 Komponenten. Auch wenn die Art und Weise, in der eine Fehlausrichtung des Spleißes ermittelt wird, weiter unten beschrieben werden wird, wird allgemein das Intensitätsverhältnis von Iy, 14 und Ix 12, die aus der optischen Faser 50 austreten, nach der Manipulation der Faserabschnitte 32, 36 gleichzeitig erfaßt. Momentan Bezug nehmend auf Fig. 3, umfaßt ein Beispiel einer Vorrichtung 5 zur Herstellung eines Depolarisators gemäß verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung eine polarisierte Quelle 50, eine Ausrichtvorrichtung 60, eine doppelbrechende Faser 30 mit Faserabschnitten 32, 36, einen Analysator 84 und eine Erfassungsvorrichtung 80.
Wie ausführlicher unten beschrieben werden wird, erfaßt die Erfassungsvorrichtung 80 nach der Orientierung der doppelbrechenden Faserabschnitte 32, 36 durch die Ausrichtvorrichtung 60 die aus dem doppelbrechenden Faserabschnitt 36 austretenden Iy 14 und, Ix 12, um das optimale Intensitätsverhältnis zu bestimmen, das folglich eine korrekte Ausrichtung anzeigt.
Es wird nun Bezug auf Fig. 1 genommen, die für ein Wellenpacket, das beim Eintritt eine Polarisation von 45º zu den doppelbrechenden Achsen aufweist, die Trennung hinsichtlich Zeit und Abstand nach dem Durchtritt durch ein doppelbrechendes Element zeigt. Die Figur zeigt das Beispiel einer schematischen Darstellung der Dekorrelation von Licht 10 in der Faser 36. Wenn ein Lichtpuls 10 die gespleißte 45º Ausrichtung zwischen den Faserabschnitten 32, 36 (wie in Fig. 3 gesehen) passiert, wird der Lichtimpuls 10 in Pulse längs den x- und y-Achsen, Ix 12 und Iy 14 zerlegt.
Bezug nehmend auf Fig. 2, zeigt dis Figur eine schematische Darstellung doppelbrechender Faserabschnitte 32, 36 mit jeweiligen doppelbrechenden x-Achsen 46 und y-Achsen 47, die in 45º zueinander ausgerichtet sind, was durch den Winkelbetrag zwischen den entsprechenden Achsen 46, 47 der Faserabschnitte 32, 36 gemessen wird. Ein Spannungsbauteil 44 legt eine Spannung an den inneren Kern 42 der Fasern 32, 36 an. Die Spannung erzeugt einen Brechungsindex, der in der x-Achse 46 und der y-Achse 47 unterschiedlich ist, so daß die Fasern 32, 36 das Licht 10 längs der x-Achse 46 und längs der y-Achse 47 unterschiedlich beeinflussen. Daher ist der Brechungsindex längs der x-Achse 46 verschieden von dem Brechungsindex längs der y-Achse 47. Die z-Achse 48 gibt in der beispielartigen schematischen Darstellung der Faser die Ausbreitungsachse längs des Faserkerns wieder.
Bezug nehmend auf Fig. 3 besitzen die Faserabschnitte 32, 36 nach dem Splitten der Faser 30 bei einer bevorzugten Ausführungsform geeigneterweise unterschiedliche Längen. Faser 36 ist vorzugsweise so lang wie erforderlich, während Faser 36 zumindest die kürzeste Länge aufweist, die zur Dekorrelation erforderlich ist. Faser 32 ist vorzugsweise zumindest zweimal so lang wie Faser 36; Faser 32 weist aber geeigneterweise keine obere Grenze für die Länge auf. Daher weist Faser 32 mit momentanem Bezug auf Fig. 5 vorzugsweise einen Faserspeicher 39 in Form einer Faserspule auf. Wie oben beschrieben wird die 45º- Ausrichtung zwischen den Fasern geeigneterweise an einer solchen Stelle hergestellt, daß das resultierende Verhältnis zwischen Faser 32 und Faser 36 vorzugsweise annähernd 2 : 1 ist. Dieses bevorzugte Verhältnis ermöglicht eine fortlaufende Herstellung von Depolarisatoren aus einer einzigen Faserspeicherspule 39 für Fasern mit nur einer Eingangskopplungseinrichtung.
Wieder Bezug auf Fig. 3 nehmend, umfaßt die Quelle 50 geeigneterweise eine beliebige breitbandige Quelle, die in der Lage ist, polarisiertes Licht zu erzeugen und mit einer doppelbrechenden Faser gekoppelt zu werden, wie beispielsweise eine Laserdiode oder dergleichen. Nun Bezug nehmend auf Fig. 4 umfaßt das Beispiel einer Quelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise eine breitbandige Quelle 52, eine Kollimationslinse 53, einen Eingangspolarisator 54 und eine Eingangskopplungslinse 56. Die breitbandige Quelle 52 umfaßt geeigneterweise eine beliebige breitbandige Quelle, die in der Lage ist einen Lichtstrahl zu erzeugen, der aus ein breites Band von Lichtfrequenzen umfaßt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die breitbandige Quelle 52 eine Infrarotlaserdiode mit kurzer Kohärenzlänge. Die Kollimationslinse 53 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Linse, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl zu kollimieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die Kollimationslinse 53 ein spannungsfreies 0,11 NA Mikroskopobjektiv der Modellnummer Rolyn Optics 5 : 1 NA 0,11. Der Eingangspolarisator 54 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl zu polarisieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt der Eingangspolarisator 54 einen Glan-Thompson Polarisator der Modellnummer MGT E14. Die Eingangskopplungslinse 56 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl in eine Faser einzukoppeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die Eingangskopplungslinse 56 ein spannungsfreies 0,1 NA Mikroskopobjektiv der Modellnummer Rolyn Optics 5 : 1 NA 0,11.
Weiter Bezug nehmend auf Fig. 3 umfaßt die Faser 30 geeigneterweise einen beliebigen polarisationserhaltenden (PM) optischen Monomodewellenleiter, der in der Lage ist, einen Lichtstrahl zu übertragen, wie beispielsweise eine optische Faser und/oder dergleichen. Nun Bezug nehmend auf Fig. 5, umfaßt das Beispiel einer Faser 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise eine kontinuierliche doppelbrechende Faser 30, die so zurechtgeschnitten ist, daß sie einen ersten Faserabschnitt 32 mit einem ersten Ende 33, einem Faserspeicher 39 und einem zweiten Ende 34, und einen zweiten Faserabschnitt 36 mit einem Ende 37 und einem zweiten Ende 38 umfaßt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt Faser 30 zwei separate Fasern, die während des Herstellungsverfahrens des Depolarisators miteinander verschmolzen werden.
Wiederum Bezug nehmend auf Fig. 5, umfaßt das Beispiel einer Ausrichtvorrichtung 60 geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, zwei Fasern 32, 36 auszurichten und zu verspleißen, wie beispielsweise eine x-y-z-Justiereinrichtung 62, eine Azimuth-Justiereinrichtung 61, eine Spleißeinrichtung 63, eine Kombination daraus und/oder dergleichen. Die x-y-z-Justiereinrichtung 62 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, optische Fasern translatorisch zu bewegen. Die Azimuth- Justiereinrichtung 61 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, optische Fasern zu drehen. Die Spleißeinrichtung 63 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, zwei optische Fasern miteinander zu verspleißen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die x-y-z-Justiereinrichtung 62, die Azimuth- Justiereinrichtung 61 und die Spleißeinrichtung 63 in einer Vorrichtung integriert, die die Ericsson Modellnummer FSU 905 umfaßt. Diese Ausrichtvorrichtung 60 ist zwischen dem ersten Faserabschnitt 32 und dem zweiten Faserabschnitt 36 angeordnet.
Nun Bezug nehmend auf Fig. 6 umfaßt die Erfassungsvorrichtung 80 geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl zu erfassen, wie beispielsweise einen Photodetektor und/oder dergleichen. Das Beispiel einer Erfassungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt vorzugsweise einen Ausgangskollimator 82, einen polarisierenden Strahlteiler 84 und zwei Ausgangsphotodetektoren 100, 110. Eine opake Struktur 86 umschließt den Ausgangskollimator 82, den polarisierenden Strahlteiler 84 und die zwei Ausgangsphotodetektoren 100, 110. Die opake Struktur 86 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, im wesentlichen alles Umgebungslicht abzuschirmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die opake Struktur 86 ein Aluminiumblech. Der Ausgangskollimator 82 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl im wesentlichen zu kollimieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt der Ausgangskollimator 82 ein spannungsfreies 0,1 NA Mikroskopobjektiv der Modellnummer Rolyn Optics 5 : 1 NA 0,11. Der Strahlteiler 84 umfaßt geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl in seine X- und Y- Polarisationskomponenten aufzuteilen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt der Strahlteiler 84 einen Wollastonanalysator, hergestellt von der Karl Lambrecht, Inc., Modelnummer MW2A10-20.
Weiter unter Bezug auf Fig. 6 umfassen die Ausgangsphotodetektoren 100, 110 geeigneterweise eine beliebige Vorrichtung, die in der Lage ist, im wesentlichen gleichzeitig die Ausgangsintensitäten der elektromagnetischen Komponenten 12, 14 zu messen, die aus der optischen Faser austreten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfassen die Ausgangsphotodetektoren 100, 110 die Photodyne Modenummer 550. Unter Bezug auf Fig. 7 sind die Ausgangsphotodetektoren 100, 110 geeignet mit einer Vorrichtung wie der Photodyne Modenummer 22 XLC, 130 verbunden, die automatisch das Extinktionsverhältnis des austretenden Lichts 10 berechnet. Unter Bezug auf Fig. 8, sind die Photodetektoren 100, 110 bei einer alternativen Ausführungsform ein Photodetektor 112. Der Photodetektor 112 wird mit einer Geschwindigkeit vor jede elektromagnetische Komponente 12, 14 gedreht, die eine im wesentlichen gleichzeitige Messung der elektromagnetischen Komponenten 12, 14 erlaubt.
Unter Bezug auf Fig. 5 wird im wesentlichen polarisiertes Licht längs einer Achse, d. h. der y- Achse des Faserabschnitts 32 durch beliebige geeignete Mittel eingegeben. Die Faser 30 ist vorzugsweise so ausgerichtet, daß alles polarisierte Licht auf den Detektor 100 auffällt. Die Faser 30 wird auf geeignete Weise in zwei Teile, einen ersten Faserabschnitt 32 und einen zweiten Faserabschnitt 36 gesplittet, vorzugsweise ohne die Eintritts- und Austrittsausrichtungen zwischen der Quelle 52 (die in Fig. 4 gezeigt ist), den Photodetektoren 100, 110 und den Faserenden 33, 38 zu stören. Das zweite Ende 34 des ersten Faserabschnitts 32 und das erste Ende 37 des zweiten Faserabschnitts 36 werden geeignet in einen Faserhalter 64 des Schmelzspleißers 63 eingeführt. Die Faserenden 34, 37 werden unter Verwendung der x-y-z- Justiereinrichtung 62 relativ zueinander in den x-y-z Ebenen geeignet ausgerichtet. Die Fasern 32, 36 werden dann unter Verwendung der x-y-z-Justiereinrichtung 61 geeignet gedreht, bis die Vorrichtung 130 ein Extinktionsverhältnis aus der Messung an den Photodetektoren 100, 110 berechnet, das annähernd 0dB ist, wodurch folglich eine Spleißausrichtung von annähernd 45º erzeugt wird. Eine bevorzugte Verwendung zweier Photodetektoren 100, 110 erlaubt eine genauere 45º Ausrichtung um etwa eine Größenordnung. Unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform wurde eine Spleißausrichtung mit einem Fehler von nur +/- 0,1º erreicht.
Unter Bezug auf Fig. 6 wird das Extinktionsverhältnis geeigneterweise durch Ablesen der Intensitäten von jedem Photodetektor 100, 110 und geeignetes Berechnen des Extinktionsverhältnisses gemessen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wie in Fig. 7 sind die Photodetektoren 100, 110 mit einer Vorrichtung 130 verbunden, die das Extinktionsverhältnis automatisch berechnen wird. Der erste Faserabschnitt 32 wird somit vorzugsweise gedreht bis die Vorrichtung 130 0dB anzeigt.
Unter momentanem Bezug auf Fig. 5 werden die Faserabschnitte 32, 36 nach dem Erreichen eines Extinktionsverhältnisses von 0dB geeigneterweise in einem Faserspleißer 63 verschmolzen. Die Verschmelzung der Faserabschnitte 32, 36 wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, daß ein elektrischer Lichtbogen um die Enden 34, 37 geführt wird, um die Faserabschnitte 32, 36 gemeinsam zu aufzuschmelzen. Bevor der neue Lyot- Depolarisator 120 von der Vorrichtung entfernt wird, wird der Lyot-Depolarisator 120 geeigneterweise auf seine endgültige Konfiguration zugeschnitten. Aufgrund der Verfügbarkeit von zusätzlicher optischer Faser, die auf den Faserspeicher 39 gewickelt ist, kann nach der Entfernung des Lyot-Depolarisators 120 die zusätzliche optische Faser abgewickelt werden und als neue optische Faser 30 verwendet werden, ohne die Eintrittsausrichtung der Quelle 50 zu stören.
Unter Bezug auf Fig. 6 werden die Spleißfehlausrichtung von 45º und der Polarisationsgrad der depolarisierten Ausgabe mit einer abschließenden Messung des Extinktionsverhältnis gemessen. Die meisten Photodetektoren für Intensitätsmessungen sind geringfügig polarisationsempfindlich. Im Zusammenhang mit einer Änderung des Polarisationszustands und/oder der intrinsischen Unterschiede der Photodetektoren 100, 110 unterscheidet sich das Ansprechen des Detektors typischerweise um bis zu 0,04 bis 0,08 dB. Um die Möglichkeit eines Fehlers aufgrund der unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten der Photodetektoren 100, 110 zu vermeiden, werden die Photodetektoren 100, 110 geeignet konfiguriert und so angebracht, daß sie zwischen jedem Ausgang 12, 14 des Strahlteilers 84 hin- und hergeschaltet werden können. Somit werden für das gleiche, aus dem Lyot- Depolarisator 120 austretende Licht 10 vorzugsweise zwei verschiedene Extinktionsverhältnisse gemessen, indem jeder Photodetektor 100, 110 geeignet vor jede aus dem Strahlteiler 84 austretende Komponente 12, 14 gesetzt wird. Beispielsweise mißt der Photodetektor 100 geeigneterweise IX 12 und der Photodetektor 110 mißt geeigneterweise Iy 14, dann mißt Photodetektor 100 geeigneterweise Iy 14 und der Photodetektor 110 mißt geeigneterweise IX 12. Jeglicher Intensitätsunterschied zwischen den Photodetektoren 100, 110 für die gleiche Ausgabe 12, 14 aus dem Strahlteiler 84 wird vorzugsweise notiert und das endgültige Intensitätsergebnis geeignet berechnet. Das wahre Extinktionsverhältnis der Ausgabe 12, 14 des Lyot- Depolarisators 120 ist die Hälfte der Differenz jeder der Extinktionsverhältnismessungen.
Insbesondere gilt θ1 = π/4 + &epsi;, wenn &epsi; die Spleißfehlausrichtung ist; θ&sub2; = 8, oder die Fehlausrichtung des Polarisators 84 (der in Fig. 6 zu sehen ist) zu den Faserachsen; Ex und Ey sind die orthogonalen elektrischen Felder der durch den polarisierenden Strahlteiler 84 (der in Fig. 6 zu sehen ist) durchgetretenen Ausgabe; und das am Faserende 23 eingegeben Ei (siehe Fig. 4) ist eine polarisierte Eingabe im wesentlichen längs einer Faserachse. Falls Ix = Ex·Ex* (wobei Ex* die komplex konjugierte ist) und die Faserabschnitte 32, 36 eine geeignete Länge zur Depolarisation der Quelle haben (d. h. länger als die Kohärenzlänge der breitbandigen Quelle oder annähernd gleich der Länge des Faserabschnitts 36 sind), können alle Beiträge der tatsächlichen Längen der Faserabschnitte 32, 36 vernachlässigt werden. Wegen der Verwendung einer breitbandigen Quelle sind die Felder Ex und Ey unkorreliert, nachdem sie durch den Faserabschnitt 36 durchgetreten sind, so daß die zeitlichen Mittelwerte des Kreuzprodukts (EX·EY) zu Null werden. Dadurch verbleiben nur EX·Ey* = 1/2, Ey·Ey* = 1/2 und die Winkel 6 und 8, um die Ausgangsintensitäten zu beschreiben. Die Intensität längs der x-Achse ist:
was sich für kleine 8 und s weiter auf
Ix = 1/2 + &epsi; (2)
reduziert. Auf ähnliche Weise wird für die Intensität längs der y-Achse erhalten:
Iy = 1/2 - &epsi; (3)
Um die Möglichkeit eines Fehlers infolge unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeiten der Detektoren, die Ix und Iy und Streulicht messen, zu vermeiden, wird der Ausgang des in Herstellung befindlichen Depolarisators durch den Kollimator 82 kollimiert. Die Photodetektoren 100, 110 werden derart angebracht, daß sie einfach zwischen jeder Ausgabe aus dem Wollaston hin- und hergeschaltet werden können und so zwei Messungen des Extinktionsverhältnis des Lichts 10 ausführen.
Das Verhältnis Iy/Ix = 1 - 4&epsi; wird üblicherweise als 10·log(1 - 45) ausgedrückt oder als das Extinktionsverhältnis des aus dem Depolarisator austretenden Lichts. Dieser Ausdruck kann bequem und sehr genaue verwendet werden, indem er in eine Taylor- Reihe entwickelt wird und alle Terme bis auf den ersten Term vernachlässigt werden:
10·log(1 - 4&epsi;) = -17,4&epsi; (4)
oder anders ausgedrückt, ist die Spleißfehlausrichtung in Radian gleich dem Extinktionsverhältnis in dB dividiert durch 17,4.
Bei der Herstellung und nachfolgenden Charakterisierung eines Lyot-Depolarisators, wird das Extinktionsverhältnis C gemessen, die Detektoren 100, 110, umgeschaltet und das Extinktionsverhältnis D gemessen, so daß sich für das wahre Extinktionsverhältnis E gilt:
Die Genauigkeit von E wird geschätzt und daraus die Genauigkeit der angularen Fehlausrichtungsmessung (&epsi;) durch die Fehlerfortpflanzung geschätzt. Da C = A - B, wobei A und B die entsprechenden Detektorablesungen aus den Photodetektoren 100, 110 der Ausgänge längs jeder Achse sind, kann eine Schätzung von σc = 0.028dB (der 1σ Fehler von C) erhalten werden, wenn man konservativ schätzt, daß σA = σB = 0,02dB und unter folgenden Ausdruck verwendet:
Wenn man D = A - B definiert, ergibt ein ähnliches Vorgehen σd = 0,028dB. Wenn man außerdem jedes A, B und C in (6) durch C, D beziehungsweise E ersetzt und (5) verwendet, dann ergibt sich σe = 0,020dB. Mit diesem Ergebnis und (4) ergibt sich, daß der für einen Lyot- Depolarisator erforderliche 45º Winkel mit einer Genauigkeit kleiner als 0,1º reproduziert werden kann.
Weil der Grad der Kohärenz zwischen dem Licht in den zwei Achsen Null ist, wenn die Messungen des Extinktionsverhältnisses ausgeführt werden, wird der Polarisationsgrad P in dieser Situation direkt als
gemessen; durch Verwendung dieses einfachen Verfahrens wurden Depolarisatoren hergestellt, die Licht mit einem Polarisationsgrad in der Größenordnung von 2 · 10&supmin;³ oder weniger erzeugen.
Wenn man den Lichtweg 10 durch die vorliegende Erfindung unter Bezug auf Fig. 4 bei einer bevorzugten Ausführungsform verfolgt, treten die Lichtstrahlen 10 aus der breitbandigen Quelle 52 vorzugsweise in die Kollimationslinse 53 und dann in den Eingangspolarisator 54 ein. Nach dem Austreten aus dem Eingangspolarisator 54 ist der Strahl 10 linear polarisiert. Der linear polarisierte Strahl 10 tritt als nächstes in die Eingangskopplungslinse 56 ein, wo das Licht 10 geeignet gekoppelt wird, bevor es in die doppelbrechende Faser 30 eintritt. Der Eingangspolarisator 54 erlaubt es geeigneterweise nur dem linear polarisierten Strahl 10 in den Faserabschnitt 32 einzutreten, wodurch es dem Licht 10 geeigneterweise ermöglicht wird, gänzlich auf einer Achse in den Faserabschnitte 32 einzutreten.
Unter momentanem Bezug auf Fig. 2 tritt Licht 10, nachdem es den Faserabschnitt 32 durchlaufen hat vorzugsweise mit einem Winkel von 45º relativ zu den Achsen in die Faser 36 ein. Unter momentanem Bezug auf Fig. 1 wird der elektrische Vektor des Lichts 10 durch die 45º Fehlausrichtung geeignet in seine · 12 und Y 14 Komponenten zerlegt, die annähernd die gleiche Amplitude (A) und damit gleiche Intensität besitzen.
Unter momentanen Bezug auf Fig. 6 tritt das Licht 10 vorzugsweise aus dem Faserabschnitt 36 aus und tritt vorzugsweise in den Ausgangskollimator 82 ein, wo die Komponenten 12, 14 geeignet kollimiert werden. Die Komponenten 12, 14 treten als nächstes vorzugsweise in den Strahlteiler 84 ein, in dem orthogonale Komponenten Ex 12 und Ey 14 angular separiert werden. Die Photodetektoren 100, 110 empfangen vorzugsweise zwei divergente Ausgaben aus dem Strahlteiler 84. Der Photodetektor 100 mißt geeigneterweise die Intensität von Ex 12 und der Photodetektor 110 mißt geeigneterweise die Intensität von Ey 14, um die Intensitäten in Dezibel relativ zu einem Milliwatt der Ausgabe längs der Achsen von Faser 30 zu bestimmen.
Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Depolarisator und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Depolarisation von Licht betrifft, versteht es sich in dieser Hinsicht, daß die Erfindung nicht darauf begrenzt ist. Es zeigt sich insbesondere, daß die vorliegende Erfindung im Grunde jede beliebige Art eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zur Ausrichtung von Spleißen und simultaner Erfassung betrifft.
Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die vorstehende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung repräsentativ für eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Depolarisators innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ist, der in den Ansprüchen dargelegt ist. Fachleute werden auch erkennen, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden könne, ohne dadurch von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Orte der Detektoren geändert werden oder es kann eine beliebige doppelbrechende Faser verwendet werden. Fachleute werden erkennen, daß die Erfindung nicht auf die hier gezeigten Besonderheiten begrenzt ist, sondern in jeder Form oder Modifikation beansprucht ist, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fällt. Aus diesem Grund wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

1. System (5) zur Herstellung eines Depolarisators mit:

einer Lichtquelle (50),

Mitteln (60) zum Ausrichten von doppelbrechenden Achsen einer ersten doppelbrechenden Faser (32) und einer zweiten doppelbrechenden Faser (36) relativ zueinander, Strahlteilermitteln (84) zum Teilen eines Lichtstrahls in einen ersten Strahl (12) mit einer ersten Polarisation und einen zweiten Strahl (14) mit einer zweiten Polarisation, und

Detektormitteln (80) zum Detektieren eines ersten und eines zweiten Strahls, wobei das Detektormittel einen ersten (100) und zweiten Detektor (110) aufweist, die einen ersten beziehungsweise zweiten Strahl detektieren, und Mitteln zum Wechseln des ersten (100) und zweiten Detektors (110) hinsichtlich der Position zum Detektieren eines ersten beziehungsweise zweiten Strahls.

2. System gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (50) gegenüber einem ersten Ende der ersten doppelbrechenden Faser (32) angeordnet ist, um einen Lichtstrahl (10) in das erste Ende der ersten doppelbrechenden Faser (32) zu emittieren,

die erste doppelbrechende Faser (32) mit einem zweiten Ende zu einem ersten Ende der zweiten doppelbrechenden Faser (36) ausgerichtet ist, so daß Licht aus einem zweiten Ende der zweiten doppelbrechenden Faser austritt,

das Mittel (60) zum Ausrichten doppelbrechender Achsen die ersten und zweiten doppelbrechenden Fasern dreht, so daß ein Winkel zwischen den doppelbrechenden Achsen verändert wird,

die ersten und zweiten Detektoren die Intensitäten der ersten beziehungsweise zweiten Strahlen anzeigen und/oder umgekehrt, und das Mittel zum Ausrichten so angeordnet ist, daß die ersten und zweiten doppelbrechenden Fasern entsprechend den von den ersten und zweiten Detektoren angezeigten Intensitäten in einen gewünschten Winkel zwischen den doppelbrechenden Achsen gedreht werden.

3. System gemäß Anspruch 2, wobei die Quelle folgendes umfaßt:

eine Breitbandlichtquelle (52) mit einem Ausgang, einen Kollimator (53) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite des Kollimator zu dem Ausgang der Quelle ausgerichtet ist,

einen ersten Polarisator (54) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite des ersten Polarisators zu dem Ausgang des Kollimators ausgerichtet ist, und

eine erste Koppellinse (56) mit einer ersten Seite und einer zweit en Seite, wobei die erste Seite der ersten Koppellinse zu der zweiten Seite des ersten Polarisators ausgerichtet ist, wobei das erste Ende der doppelbrechenden Faser zu der zweiten Seite der ersten Koppellinse ausgerichtet ist.

4. System gemäß Anspruch 1, wobei das Ausrichtmittel (60) eine Einstellvorrichtung (62) und ein Schmelzspleißwerkzeug (63) mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und zumindest einem Halter für eine doppelbrechende Faser umfaßt, wobei die Einstellvorrichtung und das Spleißwerkzeug das Stück der doppelbrechenden Faser aufnehmen.

5. System gemäß Anspruch 1, wobei das Detektormittel folgendes umfaßt:

eine zweite Koppellinse (82) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite der zweiten Koppellinse zu dem zweiten Ende der doppelbrechenden Faser ausgerichtet ist.

6. System gemäß Anspruch 1, wobei der Strahlteiler (84) einen Wollaston-Analysator umfaßt.

7. System gemäß, Anspruch 1, außerdem mit einer Vorrichtung (130), die mit dem ersten und zweiten Photodetektor verbunden ist, wobei die Vorrichtung automatisch ein Auslöschungsverhältnis berechnet.

8. System gemäß Anspruch 7, wobei das Auslöschüngsverhältnis E ist, wobei die Intensität des Lichtes eine y-Komponente und eine x-Komponente umfaßt, wobei die Intensität der y-Komponente Iy ist, die Intensität der x-Komponente Ix ist und E = 10log[Ix/Iy].

9. System gemäß Anspruch 1, außerdem mit einer opaken Struktur (86), die die Detektormittel (80) abschirmt.

10. System gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten doppelbrechenden Fasern (32, 36) polarisationserhaltende, doppelbrechende, optische Monomode-Fasern sind.

11. System gemäß Anspruch 2, wobei die erste doppelbrechende Faser (32) eine vorbestimmte Länge aufweist, so daß eine Mehrzahl neuer Depolarisatoren aus der vorbestimmten Länge gefertigt werden können, ohne die Quelle von der ersten doppelbrechenden Faser abzukoppeln.

12. Verfahren zur Herstellung eines Depolarisators mit folgenden Verfahrensschritten:

Bereitstellen einer Breitbandlichtquelle (50) mit einem Ausgang,

Bereitstellen einer doppelbrechenden Faser (30), die eine Länge, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,

Bereitstellen eines Mittels zum Ausrichten von Fasern (60) zueinander, Koppeln des Ausrichtmittels mit der doppelbrechenden Faser (30),

Bereitstellen einer Detektionsvorrichtung (80), Ausrichten der Detektionsvorrichtung (80) zu der doppelbrechenden Faser (30),

Splitten der doppelbrechenden Faser (30) in erste (32) und zweite (36) doppelbrechende Faserabschnitte,

Ausrichten der doppelbrechenden Faserabschnitte (32, 36), wenn die Quelle (80) anliegt bis ein Auslöschungsverhältnis des Ausgangs (12, 14) der doppelbrechenden Faser annähernd Null dB beträgt, und Verschmelzen der doppelbrechenden Faserabschnitte (32, 36), und

wobei der Schritt des Bereitstellens eines Detektionsmittels (80) folgendes umfaßt:

Bereitstellen einer zweiten Koppellinse (82) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, Ausrichten der ersten Seite der zweiten Koppellinse (82) zu dem zweiten Ende (38) der doppelbrechenden Faser (36),

Bereitstellen eines Strahlteilers (84) mit einer ersten Seite, einem ersten Ausgang (12) und einem zweiten Ausgang (14), Ausrichten der ersten Seite des Strahlteilers (84) zu der zweiten Seite der zweiten Koppellinse (82),

Bereitstellen eines ersten Photodetektors (100) mit einer ersten Seite, Ausrichten der ersten Seite des ersten Photodetektors (100) zu dem ersten Ausgang (12) des Strahlteilers (84) und Messen der Ausgangsintensität,

Bereitstellen eines zweiten Photodetektors (110) mit einer ersten Seite, Ausrichten der ersten Seite des zweiten Photodetektors (100) zu dem zweiten Ausgang (14) des Strahlteilers (84) und Messen der Ausgangsintensität, und

Wechseln der Positionen des ersten (100) und zweiten Photodetektors (110), so daß der erste Photodetektor (100) zu dem zweiten Ausgang (14) ausgerichtet ist und der zweite Photodetektor (110) zu dem ersten Ausgang (12) ausgerichtet ist, und Messen der Ausgangsintensitäten.