DE112020003323T5

DE112020003323T5 - Optischer Fasermodulator

Info

Publication number: DE112020003323T5
Application number: DE112020003323.6T
Authority: DE
Inventors: Dahv A.V. Kliner
Original assignee: NLight Inc
Current assignee: NLight Inc
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-04-28
Also published as: WO2021026202A1; US20220337023A1

Abstract

Systeme und Verfahren zur zeitlichen Amplitudenmodulation eines optischen Strahls. Das System kann eine doppelbrechende Faser aufweisen, welche zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, oder zwischen einer polarisierten Eingangslichtquelle und einem Ausgangs-Polarisator. In die doppelbrechende Faser kann linear polarisiertes Licht eingeleitet werden. In Abhängigkeit von der Doppelbrechung und Orientierung der doppelbrechenden Faser ändert sich der Polarisationszustand, während sich das Licht durch die doppelbrechende Faser fortpflanzt. Der geänderte Polarisationszustand kann dann in den Ausgangs-Polarisator eintreten, für welchen die Durchlässigkeit eine Funktion des Polarisationszustands und der relativen Orientierung der Polarisationsachsen ist. Der aus der doppelbrechenden Faser austretende Polarisationszustand kann durch Modulieren der Doppelbrechung der Faser verändert werden, beispielsweise durch Anwendung von äußerer Spannung. Die resultierende Durchlässigkeit des Systems kann entsprechend der Größe der von außen aufgebrachten Kraft (beispielsweise Druckkraft) auf einem Teil oder die gesamte doppelbrechende Faser moduliert werden.

Description

Prioritätsanspruch
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der US Provisional Patentanmeldung mit der Anmelderin Nummer 62/883,592 mit dem Anmeldedatum 6. August 2019 und dem Titel optischer Fasermodulator, welches Dokument hiermit in seiner Gesamtheit in die Offenbarung eingeschlossen ist.
Technisches Gebiet
Diese Technologie, wie sie hierin offenbart ist, betrifft optische Modulatoren. Genauer ausgedrückt bezieht sich die offenbarte Technologie auf Verfahren, Vorrichtungen und Systeme, welche einen auf optischen Fasern beruhenden Modulator beinhalten.
Hintergrund
Optische Systeme finden viele Anwendungen, wie in der Kommunikation, Verarbeitung von Materialien, sowie Sensorik. Derartige Systeme verwenden oft Laser, beispielsweise Faserlaser, Scheibenlaser, diodengepumpte Festkörperlaser, und lampengepumpte Festkörperlaser. In diesen Systemen wird die optische Leistung oft durch eine optische Faser bereitgestellt.
Ein optischer Modulator ist eine Vorrichtung, welche in optischen Systemen vorgesehen ist, womit ein Parameter oder eine Eigenschaft des Lichts über der Zeit verändert wird. Einige Modulatoren sind dazu ausgerichtet, eine Intensität (Amplitude) eines Lichtstrahls zu variieren, welcher aus dem optischen Modulator austritt. Einige dieser Modulatoren sind Absorptionsmodulatoren oder refraktive Modulatoren. Einige Absorptionsmodulatoren weisen ein Material auf, dessen Absorptionskoeffizient manipuliert werden kann, beispielsweise durch einen Franz-Keldysh-Effekt, oder den quantenbeschränkten Stark-Effekt. Einige refraktive Modulatoren weisen ein Material auf, welches einen akustooptischen Effekt zeigen, wodurch der Brechungsindex mittels einer akustischen Welle moduliert wird, oder weisen einen magneto-optischen Effekt auf, gemäß welchem die Polarisation eines Materials mittels eines quasistatischen Magnetfelds moduliert wird. Eine derartige Phasenmodulation kann dann in eine Intensitätsmodulation konvertiert werden.
Herkömmliche optische Modulatoren, wie diese als Beispiele oben angeführt wurden, verwenden üblicherweise Freiraumoptik-Elemente oder Bulk-Optik-Elemente, welche mit entsprechenden Kosten verbunden sind, die Komplexität eines optischen Systems erhöhen, inhärente optische Verluste mit sich bringen, und/oder Beschränkungen in ihrer Zuverlässigkeit mit sich bringen. Einer auf Fasern basierender optischer Modulator, oder optischer „Vollfaser-”Modulator ist dahingehend vorteilhaft, dass dieser frei von einigen oder mehrere der Beschränkungen ist, wie diese mit Freiraumoptik-Modulatoren einhergehen.
Figurenliste
Die beigefügte Zeichnung, in welcher Bezugszeichen die entsprechenden Elemente bezeichnen, sind hierin eingeschlossen und stellen einen Teil der Beschreibung dar und, zusammen mit der Beschreibung, erläutern die Vorteile und Prinzipien der vorliegend offenbarten Technologie in der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

1 veranschaulicht Beispielverfahren für die Modulation von optischen Strahlen gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
2 veranschaulicht schematisch einen optischen Fasermodulator gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
3 veranschaulicht schematisch einen optischen Vollfaser-Fasermodulator gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
4A, 4B und 4C zeigen Querschnittsansichten von Fasern, welche für Polarisationsfasern und/oder doppelbrechende Fasern gemäß von einigen Ausführungsbeispielen geeignet sind;
5 zeigt Querschnittsansichten von Polarisationsfasern und doppelbrechenden Fasern, um deren relative Ausrichtung gemäß von einigen Ausführungsbeispielen zueinander zu veranschaulichen;
6A zeigt eine räumliche Entwicklung des Polarisationszustands eines Strahls, welcher sich durch eine doppelbrechende Faser in einem ersten Faserzustand fortpflanzt gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
6B zeigt eine räumliche Entwicklung des Polarisationszustands eines Strahls, welcher sich durch eine doppelbrechende Faser in einem zweiten Faserzustand fortpflanzt gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
7A, 7B, 7C und 7D sind Diagramme, welche eine berechnete Durchlässigkeit eines Fasermodulators als eine Funktion der auf die doppelbrechende Faser aufgebrachten Kraft gemäß von einigen Ausführungsbeispielen zeigen;
8 veranschaulicht schematisch einen Laser, welcher einen Modulator aufweist, gemäß von einigen Ausführungsbeispielen;
9 veranschaulicht schematisch ein optisches System, welches einen Modulator im Inneren eines resonanten Hohlraums aufweist, gemäß von einigen Ausführungsbeispielen; und
10 veranschaulicht schematisch ein optisches System, welches einen Modulator aufweist, welcher an einen Ausgang eines resonanten Hohlraums gekuppelt ist, gemäß von einigen Ausführungsbeispielen.

Detaillierte Beschreibung
Wie hierin durch die Offenbarung und in den Ansprüchen verwendet, sollen die in der Einzahl verwendeten Begriffe „a“, „an“, und „the“ auch die Mehrzahl umfassen, sofern der Zusammenhang nicht deutlich eine andere Interpretation verlangt. Außerdem soll der Begriff „schließt ein“ bedeuten „weist auf“. Weiter soll der Begriff „gekoppelt“ nicht die Präsenz von zwischengeschalteten Elementen ausschließen, welche zwischen den gekoppelten Elementen vorhanden sind. Ebenso soll der Begriff „modifizieren“ und „einstellen“ durch den Begriff „verändern“ austauschbar sein.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, wie sie hier beschrieben sind, sollen nicht in irgendeiner Weise beschränkend ausgelegt werden. Stattdessen ist die vorliegende Offenbarung auf alle neuen und erfinderischen Merkmale und Aspekte der verschiedenen, offenbarten Ausführungsbeispiele gerichtet, allein und in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen miteinander. Die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf die speziellen Aspekte und Merkmale oder Kombinationen davon beschränkt, und die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen verlangen auch nicht, dass spezielle Vorteile vorhanden sind oder spezielle Probleme gelöst werden. Zu Grunde liegende Theorien für den Betrieb sollen mit der Erläuterung helfen, aber die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf solche Theorien über den Betrieb beschränkt.
Obgleich der Betrieb von einigen der offenbarten Verfahren in einer speziellen Abfolge der Verfahrensschritte zum Zwecke der Erleichterung der Präsentation offenbart sind, versteht sich, dass diese Art der Beschreibung auch eine Änderung der Reihenfolge umfasst, sofern gemäß der nachfolgenden speziellen Beschreibung keine bestimmte Abfolge verlangt wird. Beispielsweise können Verfahrensschritte, welche in einer Abfolge beschrieben sind, in einigen Fällen in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiter zeigen der Einfachheit halber die angehängten Figuren nicht notwendigerweise die verschiedenen Arten, in welchen die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen in Verbindung mit anderen Systemen, Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können. Zusätzlich verwendet die Beschreibung an manchen Stellen „produzieren“ und „bereitstellen”, um die offenbarten Verfahren zu beschreiben. Diese Begriffe sind starke Abstraktionen des tatsächlichen Betriebs, wie dieser ausgeführt wird. Der tatsächliche Betrieb, der zu diesen Begriffen korrespondiert, kann variieren und ist abhängig von bestimmten Ausführungen, wie diese von einem Fachmann leicht ausgeführt werden können.
In manchen Beispielen sind Werte, Prozesse, oder Vorrichtungen als „geringste“, „am besten“, „minimal“, oder so ähnlich bezeichnet. Solche Beschreibungen sind beabsichtigt, eine Auswahl unter vielen verwendenden funktionalen Alternativen auszuwählen, und bedeuten nicht, dass eine solche Auswahl besser, kleiner oder in anderer Weise über einer anderen Auswahl bevorzugt vorgenommen werden muss. Beispiele sind beschrieben mit einer Referenz auf Richtungen, wie diese mit „über“, „unter“, „oberer”, „unterer“, und so ähnlich beschrieben sind. Diese Begriffe werden für eine einfache Beschreibung verwendet, aber implizieren keine spezielle räumliche Orientierung.
Der Bezug in der Beschreibung auf „ein Ausführungsbeispiel“ oder „in einem Ausführungsbeispiel“, oder „einige Ausführungsbeispiele“ bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur, Funktion oder Charakteristik im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wie dieses in wenigstens einem Ausführungsbeispiel vorhanden ist. Daher bedeutet der Begriff „in einem Ausführungsbeispiel“ oder „in dem einen Ausführungsbeispiel“ oder „einige Ausführungsbeispiele“ an verschiedenen Stellen über die Beschreibung verteilt nicht notwendigerweise, dass alle auf das gleiche Ausführungsbeispiel Bezug nehmen. Weiter können die speziellen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristiken miteinander in jedweder geeigneten Form in einem oder in mehreren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem zweiten Ausführungsbeispiel kombiniert werden, was bestimmte Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Charakteristiken angeht, welche mit beiden Ausführungsbeispielen verbunden sind, sich aber nicht gegenseitig ausschließen.
Eine „Vorrichtung“ kann allgemein ein Gerät umfassen, welches entsprechend dem Zusammenhang für die Benutzung von diesem Begriff verwendet wird. Beispielsweise kann eine Vorrichtung einen Stapel von Lagen von einzelnen Strukturelementen sein, eine einzige Struktur einer Lage, eine Verbindung von verschiedenen Strukturen, welche aktive und/oder passive Elemente aufweisen, usw. Allgemein ist eine Vorrichtung eine dreidimensionale Struktur mit einer seitlichen x-y-Ebene und einer Höhe entlang der z-Richtung in einem x-y-z kartesischen Koordinatensystem.
Sofern nicht anderweitig spezifiziert, ist die Verwendung von ordinalen Adjektiven „erste“, „zweite“, und „dritte“, usw. vorgesehen, um ein gemeinsames Ziel zu beschreiben, und bezeichnet nur unterschiedliche Fälle von ähnlichen Objekten, auf die Bezug genommen wird, und sind nicht dazu beabsichtigt zu implizieren, dass diese Objekte so beschrieben sind, dass diese in einer gegebenen Reihenfolge vorgesehen sein müssen, weder zeitlich, noch räumlich, oder in ihrer Rangfolge oder in irgendeiner anderen Weise.
Wie über die Beschreibung verteilt beschrieben ist, sowie in den Ansprüchen, kann eine Liste von Elementen, welche durch den Begriff „wenigstens einer von“ oder „einer oder mehrere von“ jede Kombination der aufgeführten Merkmale beinhalten. Beispielsweise kann der Begriff „wenigstens einer von A, B oder C“ bedeuten A; B; C; A und B; B und C; oder A, B und C.
Hierin offenbart sind Systeme und Verfahren zum Modulieren der Amplitude eines optischen Strahls. Exemplarisch weist ein System gemäß von Ausführungsbeispielen eine doppelbrechende Faser auf, welche zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist (oder zwischen einer polarisierten Eingangslichtquelle und einem Ausgangs-Polarisator). Alternativ kann einer dieser Polarisatoren (beispielsweise der Eingangs-Polarisator) durch eine polarisierte Lichtquelle (als Eingangsquelle) ersetzt werden. Die Durchlässigkeit durch das System kann durch das Aufbringen von äußeren Kräften (beispielsweise von Druckspannung) auf einige oder alle Bereiche der doppelbrechenden Faser verändert werden. In einigen als Beispiel aufgeführten Ausführungsbeispielen weist das System eine Vollfaser-Vorrichtung auf, in welcher verschiedene Fasern durch einen Faserspleiss zusammen in einer monolithischen Vorrichtung (d.h. keine Freiraumoptik) verbunden sind. Das System kann bidirektional sein (das heißt, Licht kann sich durch die Vorrichtung in beide Richtungen fortpflanzen oder in beiden Richtungen durch diese übertragen werden).
Während des Betriebs des Systems tritt linear polarisiertes Licht in die doppelbrechende Faser ein. Abhängig von der Doppelbrechungsstärke und der Orientierung der doppelbrechenden Faser wird der Polarisationszustand des Lichts verändert, während sich dieses durch die doppelbrechende Faser fortpflanzt. Dieser veränderte Polarisationszustand wird dann in den zweiten Polarisator eingegeben (d.h., den Ausgangs-Polarisator), bei welchem die Durchlässigkeit eine Funktion des Polarisationszustands ist und der relativen Orientierung der Polarisationsachsen. Der Polarisationszustand, wie dieser aus der doppelbrechenden Faser austritt und in den Ausgangs-Polarisator eintritt, kann durch eine Manipulation der doppelbrechenden Faser verändert werden, so dass die Doppelbrechung der Faser moduliert wird. In einigen Ausführungsbeispielen wird die doppelbrechende Faser mit Spannung von außen beaufschlagt. Beispielsweise kann ein Druckwandler einen sich verändernden Druck auf die doppelbrechende Faser ausüben, wodurch die Durchlässigkeit des Systems im Einklang mit dem sich ändernden Druck moduliert wird. Eine zeitabhängige Anwendung von Spannung von außen, welche auf die doppelbrechende Faser einwirkt, kann daher eine zeitabhängige Durchlässigkeit induzieren, d.h., eine Amplitudenmodulation über der Zeit.
Verfahren können das Empfangen eines optischen Strahls umfassen, welcher einen ersten linearen Polarisationszustand aufweist, oder es kann eine lineare Polarisierung eines depolarisierten Strahl mit einem ersten Polarisator in einen ersten linearen Polarisationszustand vorgenommen werden. Ist der Strahl auf diese Weise polarisiert, wird dieser in die doppelbrechende Faser eingeleitet, welche Doppelbrechungsachsen aufweist, welche so ausgerichtet sind, dass die optische Leistung in beide Polarisationsmodi der doppelbrechende Faser eingeleitet wird. Mit der in beide Polarisationsachsen eingeleiteten optischen Leistung entwickelt sich der Polarisationszustand des Strahls über die Länge der doppelbrechenden Faser. Der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser kann ausgewählt werden (beispielsweise, diese kann ein ganzzahliges Vielfaches der Schwebungslänge sein) so das gemäß eines ersten Faserzustands (beispielsweise, mit hoher Systemdurchlässigkeit), der Polarisationszustand des aus der doppelbrechenden Faser austretenden Strahls im Einklang mit dem Strahl ist, welcher in die doppelbrechende Faser eingekuppelt wurde. Mit diesem den Polarisationszustand erhaltenden Strahl wird dieser in den Ausgangs-Polarisator eingeleitet, welcher derart orientiert ist, dass dieser den größten Teil des Lichts in dem ersten Polarisationszustand hindurchlässt.
Die Verfahren können das Empfangen eines Steuersignals umfassen, und die Einwirkung auf den Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser erfolgt als Antwort auf das Steuersignal, um so eine von außen aufgebrachte Spannung zu modulieren, welches eine Veränderung in der Doppelbrechung der doppelbrechenden Faser relativ zu dem ersten Faserzustand zur Folge hat. Die Änderung in der Doppelbrechung hat zur Folge, dass sich der Polarisationszustand des Strahls, wie dieser aus der doppelbrechenden Faser austritt, von demjenigen Polarisationszustand unterscheidet, welchen der Strahl am Eingang in die doppelbrechende Faser aufwies. Mit der gegenüber dem ersten Polarisationszustand geänderten Polarisation tritt der Strahl in den Polarisator ein, welcher so orientiert ist, dass diese die gleiche Orientierung wie der erste lineare Polarisationszustand hat, und das Licht wird demgemäß entsprechend gedämpft. Infolgedessen hat derjenige Strahl, welcher aus dem Polarisator austritt, eine geringere Amplitude, welche mit dem zweiten Faserzustand einhergeht.
Folglich wird durch eine sich zeitlich ändernde Anwendung von äußerer Spannung auf die doppelbrechende Faser die Durchlässigkeit für den Strahl ausgehend von dem ersten Durchlässigkeitspegel zu einem ersten Zeitpunkt auf einen zweiten Durchlässigkeitspegel zu einem zweiten Zeitpunkt moduliert. In manchen Ausführungsbeispielen verringert das Einwirken auf die doppelbrechende Faser die durch den Polarisator am optischen Ausgang hindurchgelassene optische Leistung zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt um wenigstens 10 %.
Die hierin offenbarte Vorrichtung weist einen optischen Modulator auf, welcher einen Optikeingang aufweist, um einen polarisierten optischen Strahl zu empfangen, und einen Längenabschnitt einer doppelbrechenden Faser aufweist, welche sich zwischen dem Optikeingang und einem Optikausgang erstreckt. Der Modulator weist eine Störvorrichtung auf, um durch ein Einwirken auf die doppelbrechende Faser eine Durchlässigkeit des Strahls am Ausgangs-Polarisator zwischen einem ersten Durchlässigkeitspegel zu einem ersten Zeitpunkt auf einen zweiten Durchlässigkeitspegel zu einem zweiten Zeitpunkt zu modulieren. In manchen Ausführungsbeispielen weist der Modulator einen Steuerungseingang auf, welcher mit der Störvorrichtung gekuppelt ist, und die Störvorrichtung ist so betreibbar, dass diese auf die doppelbrechende Faser als Antwort auf ein Steuersignal einwirkt, welches durch den Steuerungseingang empfangen wird. In manchen Ausführungsbeispielen verändert die Einwirkung auf die doppelbrechende Faser die optischen Verluste innerhalb des Ausgangs-Polarisators. Ein erster Durchlässigkeitspegel ist mit einer geringeren Dämpfung des optischen Strahls durch den Ausgangs-Polarisator verbunden. Ein zweiter Durchlässigkeitspegel ist mit einer stärkeren Dämpfung des optischen Strahls durch den Ausgangs-Polarisator verbunden.
Die Ausführungsbeispiele für den auf Fasern basierenden Modulator, wie dieser hierin beschrieben ist, kann in eine Vielzahl von größeren optischen Systemen integriert werden. Systeme, wie diese von der Offenbarung umfasst sind, können Systeme zum Liefern eines optischen Strahls umfassen, wobei die Systeme eine optische Faser aufweisen. Das optische System kann ein Modulator sein, welcher frei von Freiraumoptiken ist. Das System kann eine oder mehrere Freiraumoptiken aufweisen, welche dazu konfiguriert sind, einen optischen Strahl zu empfangen und zu übertragen, wie dieser durch den Modulator moduliert wurde.
In einigen Anwendungen, wie in einem modengekoppelten oder einem gütegeschalteten Laser, kann ein optisches Verstärkungsmedium innerhalb eines resonanten optischen Hohlraums mit Energie versorgt werden, welcher den Fasermodulator enthält. Ein optischer Strahl innerhalb des Hohlraums kann dann als Antwort auf ein Steuersignal moduliert werden. Die Modulation erzeugt eine zeitliche Veränderung der optischen Verlustleistung innerhalb des Hohlraums durch ein Einwirken auf die doppelbrechende Faser. Wenigstens ein Teil des optischen Strahls wird aus dem resonanten Hohlraum herausgekoppelt. In einigen Ausführungsbeispielen moduliert ein Einwirken auf die Faser eine Durchlässigkeit des optischen Strahls zwischen einem ersten Durchlässigkeitspegel und einem zweiten Durchlässigkeitspegel, um einen gepulsten Betrieb des Lasers zu ermöglichen. In einigen dieser Ausführungsbeispiele ist die Übertragung des optischen Strahls zwischen dem ersten Pegel und dem zweiten Pegel mit einer derartigen Wiederholungsrate moduliert, dass ein aktiver modengekoppelter Betrieb des Lasers erzielt wird. In einigen anderen Ausführungsbeispielen ist der Unterschied zwischen dem ersten Durchlässigkeitspegel und dem zweiten Durchlässigkeitspegel ausreichend hoch, um einen gütegeschalteten Betrieb innerhalb des Hohlraums auszuführen.
In anderen Ausführungsbeispielen wird ein optisches Verstärkermedium innerhalb der resonanten optischen Hohlraum mit Energie versorgt, so dass wenigstens ein Teil des optischen Strahls aus dem Hohlraum herausgekoppelt wird und in den Fasermodulator eingeleitet wird. Pulse, welche den Hohlraum verlassen, werden als Antwort auf ein Steuersignal herausgepickt. Das Herauspicken von Pulsen kann weiter ein Einwirken auf die doppelbrechende Faser des Modulator enthalten, wodurch eine Durchlässigkeit des optischen Strahls zwischen einem ersten Durchlässigkeitspegel und einem zweiten Durchlässigkeitspegel moduliert wird.
In anderen Ausführungsbeispielen wird ein optisches Verstärkermedium innerhalb des resonanten optischen Hohlraums mit Energie versorgt, so dass wenigstens ein Teil des optischen Strahls aus dem Hohlraum herausgekoppelt wird und in den Fasermodulator eingeleitet wird. Die Ausgangsleistung, welche durch den Modulator übertragen wird, und/oder von dem Modulator nicht durchgelassen wird, wird überwacht, und die Durchlässigkeit des Modulators wird verändert, um die durchgelassene oder nicht durchgelassene Leistung zu stabilisieren. Diese „Rauschunterdrückungs“-Funktion resultiert in einem stabileren Leistungsausgang.
Die hierin beschriebenen Modulatoren sind mit einer großen Bandbreite von optischen Systemen kompatibel. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Modulatoren für eine Bandbreite von Anmeldungen geeignet sein, wie optische Telekommunikation, Materialverarbeitung, chemische oder physikalische Sensorik, und medizinische oder biologische Anwendungen, um nur einige zu nennen. Ebenso sind die hierin beschriebenen Modulatoren mit optischen Systemen kompatibel, welche eine Bandbreite von Lasern umfassen. Beispielsweise kann jeder an anderer Stelle beschriebene Laser in das optische System eingeschlossen sein, das weiter einen Modulator aufweist, welcher einen oder mehrere der hierin beschriebenen Merkmale aufweist. Gemäß von einigen Ausführungsbeispielen kann ein Laser, wie als ein Beispiel beschrieben aber nicht darauf beschränkt, ein Faserlaser oder ein fasergekoppelter Laser sein, welcher an einen optischen Eingang eines Modulators angeschlossen werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Modulator in einen Laserhohlraum eingeschlossen sein, so dass dieser Modulator einen Teil des Lasers darstellt.
1 zeigt ein Flussdiagramm, welches Ausführungsbeispiele des Verfahrens 101 zum Modulieren der optischen Strahldurchlässigkeit darstellt. Das Verfahren 101 kann beispielsweise in einem optischen Fasermodulator implementiert sein, wie dieser weiter unten beschrieben ist. Das Verfahren 101 beginnt mit dem Block 105, gemäß welchem ein optischer Strahl empfangen wird. Der Strahl kann beispielsweise durch einen Laser erzeugt worden sein, und kann von einem Ausgang des Lasers durch einen optischen Pfad übertragen werden, bevor der optische Strahl gemäß Block 105 empfangen wird. Unabhängig von seinem Ursprung wird der optische Strahl zunächst gemäß Block 110 polarisiert, so dass dieser einen ersten, linearen Polarisationszustand aufweist. Nachdem der Strahl ursprünglich polarisiert wurde, weist der Strahl einige nicht zu Null gesetzten einfallenden Strahlungsfluss oder Strahlungsleistung y_in auf (wie diese beispielsweise durch die Einheit Watt gemessen werden kann). Der polarisierte Strahl wird dann gemäß Block 115 in eine doppelbrechende Faser eingeleitet, so dass die optische Energie in beide Polarisationsmodi der Faser eingekuppelt wird.
Gemäß Block 120 ändert die doppelbrechende Faser den Polarisationszustand des optischen Strahls während sich der Strahl über eine vorbestimmte Faserlänge fortpflanzt. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Faserlänge der doppelbrechenden Faser so gewählt, dass diese im Wesentlichen ähnlich der Schwebungslänger (b_I) bei gegebenen externen Bedingungen entspricht, welche die Faser in ihrem ersten Zustand erfährt. In diesem ersten Zustand verändert sich öfters die Polarisation des optischen Strahls entsprechend der Fortpflanzungsgeschwindigkeiten in der schnellen Achse und der langsamen Achse der Faser, so das am Ende der doppelbrechenden Faser im Wesentlichen der gleiche Polarisationszustand vorhanden ist, wie dieser am Eingang in die Faser vorhanden war.
Gemäß Block 125 wird der polarisierte Strahl zu einem Ausgangs-Polarisator geleitet, welcher hauptsächlich einen linearen Polarisationszustand hindurchlässt, welcher aufgrund des ersten Polarisationszustands vorbestimmt ist. Beispielsweise kann der Ausgangs-Polarisator gleich ausgerichtet sein wie der Eingangs-Polarisationszustand, so dass der Ausgangs-Polarisator im Wesentlichen einen Strahl mit dem ersten Polarisationszustand zulässt und alle anderen Polarisationszustände stark dämpft. Mit der doppelbrechenden Faser in ihrem ersten Zustand gibt der Ausgangs-Polarisator gemäß dem Block 130 einen Ausgangsstrahl aus, welcher eine erste (Bezugs-)Ausgangsleistung, y_out aufweist. Ein optischer Modulator kann so das Verfahren 101 implementieren, während sich der Modulator beispielsweise in einem ersten (Bezugs-) Zustand befindet. Derjenige Teil der Strahlleistung, welche gemäß Block 130 hindurchgelassen wird, kann mit einer Gesamt-Referenz-Durchlässigkeit Tto oder (y_in/y_out:) t₀ aus einem Modulator in dem Bezugszustand zu einem Bezugszeitpunkt t₀ in Beziehung stehen.
Gemäß Block 106 wird ein Modulations-Steuersignal empfangen. Das Modulations-Steuersignal kann beispielsweise durch einen Steuereingang des Modulators empfangen werden. Das Modulations-Steuersignal kann jedes beliebige digitale oder analoge Signal sein, welches zum Auslösen einer Zustandsänderung des Modulators geeignet ist, so dass der Einfluss auf die Durchlässigkeit des optischen Strahls beeinflussbar ist. Das Modulations-Steuersignal kann eine Logikpegelverschiebung anzeigen, welche eine Änderung in dem Modulatorzustand auslöst, beispielsweise ausgehend von dem ersten (Bezugs-) Zustand in einen zweiten Zustand. Alternativ kann das Modulations-Steuersignal ein Treibersignal sein, welches eine Änderung des Modulatorzustands von dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand treibt. Das Verfahren 101 schreitet zu Block 135 fort, was infolge einer Antwort auf das Modulations-Steuersignal stattfindet, welches in Block 106 empfangen wird.
Gemäß Block 135 wird auf einen Abschnitt der doppelbrechenden Faser eingewirkt, um die Gesamtdurchlässigkeit für den Strahl durch den Ausgangs-Polarisator basierend auf einem Modulations-Steuersignal zu Modulieren. Die Einwirkung auf die Faser(n) gemäß Block 135 kann beispielsweise jede der unten beschriebenen Arten von Einwirkung sein. Im Zusammenhang mit dem Modulationsverfahren 101 wird die Einwirkung auf die Faser(n) gemäß Block 135 zum Zwecke der Änderung der Gesamtdurchlässigkeit für den Strahl durch den Ausgangs-Polarisator ausgehend von einem Referenz-Durchlasspegel vorgenommen. Da die doppelbrechende Faser optisch mit dem Ausgangs-Polarisator gekoppelt ist, ist die Strahlleistung am Ausgangs-Polarisator entsprechend als eine Funktion der Einwirkung gemäß Block 135 moduliert. Wie weiter unten beschrieben kann die Einwirkung gemäß Block 135 ein Aufbringen von Kraft (beispielsweise seitliche Druckkraft, oder Kompression) beinhalten, welche in einer vorbestimmten Richtung relativ zu den Doppelbrechungsachsen aufgebracht wird. Gemäß von einigen Ausführungsbeispielen wird die seitliche Kraft parallel zu der langsamen Achse der doppelbrechenden Faser aufgebracht. Für solche Ausführungsbeispiele vergrößert das Aufbringen einer größeren Kraft die Phasenverzögerung zwischen der langsamen und der schnellen Achse. Alternativ kann die Aufbringung einer größeren Kraft die Phasenverschiebung zwischen der langsamen und der schnellen Achse verringern (beispielsweise wenn die seitliche Kraft parallel zu der schnellen Achse aufgebracht wird). In jedem Fall kann die Modulation der aufgebrachten Kraft die Phasenverzögerung innerhalb der Faser beeinflussen, beispielsweise durch den spannungsoptischen Effekt. Als ein Resultat der Modulation der Phasenverzögerung des Strahls tritt dieser aus dem Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser mit einem zweiten Polarisationszustand aus, welcher sich von dem ersten Polarisationszustand unterscheidet (beispielsweise, elliptisch, kreisförmig oder orthogonal linear ist).
Das Verfahren 101 schreitet dadurch fort, dass eine Rückkehr zu Block 125 vorgenommen wird, wo die Ausgangs-Strahlleistung empfangen wird, wobei der größte Teil, welcher gedämpft wird, sich außerhalb des ersten Polarisationszustands befindet und daher nicht in Ausrichtung zu dem Ausgangs-Polarisator ist, wie dies anderenfalls der Fall wäre, wenn sich das System im ersten Zustand befindet. Im Ergebnis wird nur ein Bruchteil der Eingangsleistung durch den Ausgangs-Polarisator während des Betriebs 130 hindurchgelassen. Dieser Bruchteil ist nun eine Gesamtdurchlässigkeit T_t1 oder (y_out/y_in) _t1 des Modulators, während sich der Strahl zu einem Zeitpunkt t₁ in einem modulierten Zustand befindet. Die Verfahren schreiten dann weiter mit einer zeitabhängigen Veränderung der Durchlässigkeit als eine Funktion der Modulation des Steuersignals fort.
2 zeigt ein Beispiel für einen optischen Modulator 201, welcher zum Modulieren einer optischen Strahldurchlässigkeit geeignet ist, entsprechend von einigen Ausführungsbeispielen. Der optische Modulator 201 kann beispielsweise das Verfahren 101 ausführen. Der optische Modulator 201 weist einen optischen Eingang 210 auf, um einen optischen Eingangsstrahl 205 zu empfangen, welcher mittels eines optischen Polarisators 215 so polarisiert ist, dass sich dieser in einem ersten linearen Polarisationszustand befindet. Der optische Polarisator 215 kann ein Freiraum-Polarisator oder ein integrierter Polarisator sein, welche für optische Strahlen bekanntermaßen geeignet sind. Der polarisierte optische Strahl wird in den optischen Eingang 210 eingeleitet. Der optische Eingang 210 kann jede Art von geeignetem optischen Anschluss oder optischer Kupplung sein, beispielsweise, aber nicht auf die Folgenden beschränkt, eine Faserspleissverbindung, ein Luftspalt, eine Freiraum- oder eine Bulk-Optik, Klebstoff, ein brechungsindexanpassendes Material, muffengekuppelte Fasern, oder Ähnliches, oder Kombinationen davon. Am Eingang 210 hat der polarisierte optische Strahl 205 eine Leistung von y_in. Die Eingangsleistung von y_in kann jeder beliebige, für das optische System geeignete Leistungen haben, in welches der Modulator 201 gemäß einem Ausführungsbeispiel integriert ist, aber nicht darauf beschränkt ist.
Der optische Strahl 205 wird von dem Eingang 210 in eine doppelbrechende Faser 225 durch geeignete Mittel eingekuppelt, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, durch eine singlemode (SM) optische Faser oder eine multimode (MM) optische Faser. Die doppelbrechende Faser 225 befindet sich zwischen einem optischen Eingang 210 und einem Ausgangs-Polarisator 230. In Ausführungsbeispielen, in welchen der optische Strahl 205 in den Eingang 210 durch eine Faser eingekuppelt wird, kann diese Faser mit dem Eingang 210 verschmolzen sein, wobei der Eingang 210 eine Faserspleissverbindung aufweist, beispielsweise zu einer weiteren Faser.
Doppelbrechende Fasern 225 können jedwede Fasern sein, welche eine Doppelbrechung entlang von zwei zueinander senkrechten Achsen in Ihrem Querschnitt aufweisen, auch als langsame und schnelle Achsen bekannt, was sich jeweils auf den höheren bzw. niedrigeren Brechungsindex bezieht. Wenn sich die Lichtstrahlen durch eine doppelbrechende Faser fortpflanzen, kann der Polarisationszustand des Lichts beibehalten werden, wenn zwei zueinander senkrechte Polarisationsmodi für das Licht in Ausrichtung mit den Doppelbrechungsachsen vorgesehen sind. Doppelbrechende Fasern werden oft als polarisationserhaltende (PM) Fasern bezeichnet. Jedoch haben, wie weiter unten beschrieben, doppelbrechende Fasern 225 eine langsame und eine schnelle Achse, welche relativ zu dem Eingang 210 so ausgerichtet sind, dass der optische Strahl in die doppelbrechende Faser 225 mit einer Polarisation eingeleitet werden, welche sich nicht in Ausrichtung mit den Doppelbrechungsachsen befindet. Beispielsweise, in manchen Ausführungsbeispielen, wird der optische Strahl 205 in die doppelbrechende Faser 225 mit einem ersten Polarisationszustand eingeleitet, welcher in einem Winkel von 45° zu der langsamen und der schnellen Achse ausgerichtet ist, so dass im Wesentlichen gleiche optische Leistungen entlang beider Achsen eingeleitet werden.
Doppelbrechende Fasern 225 werden angekoppelt, um einen optischen Strahl in den Ausgangs-Polarisator 130 zu senden. Der Ausgangs-Polarisator 230 hat eine Polarisationsorientierung gemäß dem ersten Polarisationszustand. Gemäß von exemplarischen Ausführungsbeispielen ist der Ausgangs-Polarisator so ausgerichtet, dass dieser den ersten linearen Polarisationszustands-Ausgang durch den Polarisator 215 hindurchlässt. In anderen Worten sind die Polarisatoren 215 und 230 zueinander gleich ausgerichtet. In anderen Ausführungsbeispielen kreuzen die Polarisatoren 215 und 230 einander. Der Ausgangs-Polarisator kann jeder mögliche Polarisator wie ein auf Fasern basierender Polarisator oder ein Freiraum-Polarisator sein.
Die Leistung des optischen Strahls, welcher aus dem Polarisator 230 austritt, pflanzt sich durch den optischen Ausgang 240 fort, welche jeder Art von optischem Anschluss sein kann, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, eine Faserspleissverbindung, ein Luftspalt, eine Freiraum- oder eine Bulk-Optik, Klebstoff, ein brechungsindexanpassendes Material, muffengekuppelte Fasern, oder Ähnliches, oder Kombinationen davon. In manchen Ausführungsbeispielen ist der optische Ausgang 240 im Wesentlichen wie der optische Eingang 210 gestaltet (beispielsweise können beide Faserspleissverbindungen oder beide können Klebstoff sein, usw.). Der optische Strahl tritt mit der optischen Leistung y_out aus dem Modulator 201 aus. Der optische Strahl 250 kann aus dem optischen Ausgang 240 durch jede Art von geeignetem optischen Ausgang 240 ausgekuppelt werden, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, SM oder MM optische Fasern.
Der Modulator 201 kann eine optische Störvorrichtung 235 aufweisen. Die optische Störvorrichtung 235 ist zum Modulieren durch Krafteinwirkung von außen eingerichtet, wobei eine Kraft auf einen Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser 255 ausgeübt wird, wodurch der Polarisationszustandes des Strahls moduliert wird, während dieser sich durch die optische Faser 225 fortpflanzt. Gemäß von einigen Ausführungsbeispielen weist die optische Störvorrichtung 235 einen Druckwandler 220 auf, welcher eine sich über die Zeit variierende Spannung auf die Faser 225 aufbringt. Die sich über die Zeit ändernde Spannung enthält eine Phasenverzögerung zwischen der langsamen und der schnellen Achse innerhalb der doppelbrechenden Faser 225. Gemäß von einigen Ausführungsbeispielen übt der Druckwandler 220 eine Druckkraft entlang eines Längenabschnitts der doppelbrechenden Faser 225 aus. Jedoch kann der Druck alternativ auch nur auf einen Teil des Längenabschnitts der doppelbrechenden Faser 225 ausgeübt werden.
Die optische Störvorrichtung reagiert auf einen Steuerungssignaleingang 260. Der Steuerungssignaleingang 260 ist kommunikativ mit der Störvorrichtung 210 gekuppelt, und ist derart betreibbar, dass dieser ein Modulations-Steuersignal empfangen kann. Der Steuerungssignaleingang 260 kann ein passives oder ein aktives Kommunikationslink sein, wie dieses zum Übertragen von wenigstens einem Steuerlogiksignal oder wenigstens einem Ansteuersignal geeignet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel empfängt der Steuerungssignaleingang 260 ein externes Steuersignal 270. In einigen Ausführungsbeispielen wird das Steuersignal 270 durch einen Funktionsgenerator bereitgestellt, welcher jede Art von sich über die Zeit verändernde analoge Wellenformen ausgeben kann. Das externe Steuersignal 270 kann zum direkten Ansteuern der Störungsvorrichtung 230 in verschiedenen Zuständen geeignet sein, welche unterschiedlich starke externe Spannung aufbringen kann (zum Beispiel, weniger externe Spannung oder mehr externe Spannung). In anderen Ausführungsbeispielen ist das externe Steuersignal 270 ein sich mit der Zeit veränderndes digitales Signal, welches wenigstens zwei Logikpegel aufweisen kann (zum Beispiel, HI/LO). Die Störvorrichtung 230 wird dann in einem Zustand betrieben, welcher einen Pegel von äußerer Spannung (zum Beispiel weniger oder mehr) basierend auf den Logikpegeln des externen Steuersignals 270 ausüben kann.
3 zeigt schematisch einen Modulator 301, welcher eine Vollfaservorrichtung ist. Der Modulator 301 ist ein Ausführungsbeispiel des Modulators 201 wobei der Modulator sowohl eine Eingangs-Polarisationsfaser 315, als auch eine Ausgangs-Polarisationsfaser 325 aufweist. Eine doppelbrechende Faser 225 ist zwischen den beiden Polarisationsfasern 315, 325 gekuppelt, beispielsweise mittels einer sich von Ende zu Ende erstreckenden Faserspleissverbindung an jedem Ende der Faser 225. Dabei sind die Fasern 315, 225 und 325 separate Abschnitte von monolithischen Fasern. Für den Modulator 301 ist die Eingangsleistung von y_in diejenige Leistung, welche zwischen der Eingangs-Polarisationsfasern 315 und der doppelbrechenden Faser 225 übertragen wird. Mit dem einen Eingangs-Polarisator 315 aufweisenden Modulator 301 kann der in den Eingang 210 eingehende optische Strahl wahlweise durch geeignete Einrichtungen depolarisiert werden. [0051]
Die doppelbrechende Faser 225 kann eine formbasierte Doppelbrechung oder/oder eine spannungsbasierte Doppelbrechung aufweisen. 4A und 4B zeigen Querschnitte von Beispielen von spannungsbasierten doppelbrechenden Faser mit Spannungskomponenten in der Faser, welche die einander gegenüberliegenden Seiten des Kerns 205 umschließen. Beispielhafte Brechungsindexprofile entlang der schnellen und der langsamen Achse sind ebenso dargestellt. In 4A hat die doppelbrechende Faser 225 eine doppelschleifenartige Gestalt mit trapezförmigen Spannungsstäben 211. Die Spannungsstäbe 211 erzeugen lineare Doppelbrechung entsprechend der internen Spannung der Faser. Spannungsstäbe 211 können aus jedem beliebigen Material sein (beispielsweise Aluminium und/oder Bor-dotiertes Glas), und können von jeder geometrischen Gestalt sein, so wie die pandaartige Form, wie diese in 4B dargestellt ist. 4C zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften formbasierenden doppelbrechenden Faser 225, welche ein radial asymmetrisches Brechungsindexprofil (RIP) aufweist, so dass der Kern elliptisch ist. Der elliptische Kern 205 hat eine Hauptachse a_core und eine Nebenachse b_core. Die Elliptizität und die Abmessungen des Kerns 205 können je nach Anwendung unterschiedlich sein. Die Elliptizität kann beispielsweise weniger als ein paar Prozent Unrundheit bis zu einigen Zehnprozent Unrundheit haben.
Jedes der Ausführungsbeispiele für die Faserarchitekturen, wie diese in 4A-4C dargestellt sind, können beispielsweise in dem Modulator 201, 301 angewendet werden. In dem Modulator 301 können die gleichen Faserarchitekturen auch für die Polarisationsfasern 315, 325 angewendet werden. Anders als die doppelbrechende Faser 224 weisen die Polarisationsfasern 315 ein ausgeprägtes Polarisationsauslöschungsverhältnis (PER) auf, welches beispielsweise 30 dB oder mehr betragen kann.
5 zeigt Querschnittsansichten der Polarisationsfasern 315 und 325 zusammen mit der doppelbrechenden Faser 225, um deren Anordnung relativ zueinander gemäß von Ausführungsbeispielen darzustellen. Der Fachmann erkennt, dass diese Figur nur als Beispiel dargestellt ist, und andere Ausführungsbeispiele ebenso vom Umfang der Erfindung erfasst sind. Wie beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, ist die langsame Achse der Polarisationsfaser 315 zu einer Referenz-x-Achse ausgerichtet. Die langsame Achse der Polarisationsfaser 325 ist in Bezug auf die x-Achse ähnlich ausgerichtet wie die langsame Achse der Polarisationsfasern 315. Linear polarisiertes Licht, welches durch die Polarisationsfasern 315 passiert, hat daher eine hohe Übertragung durch die Polarisationsfasern 325, wenn der Polarisationszustand nicht durch die doppelbrechende Faser 225 verändert wird. Wie weiter in 5 dargestellt ist, hat die doppelbrechende Faser 225 Doppelbrechungsachsen, welche in einem relativen Winkel φ zueinander angeordnet, wodurch sichergestellt wird, dass ein Teil der optischen Leistung von dem linear polarisierten Strahl, welcher aus der Polarisationsfasern 315 austritt, jeweils in beide einander senkrechten Modi der doppelbrechenden Faser 225 eingekoppelt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt φ etwa 45°, so dass die optische Eingangsleistung (y_in) zu etwa gleichen Teilen zwischen den beiden Modi aufgeteilt wird. Der relative Winkel φ kann verändert werden, beispielsweise zwischen 0° und 90° liegen, um die Reaktion des Modulators auf eine Störung zu verändern. Beispielsweise, obwohl gemäß der Polarisationsfaser 315 wie dargestellt die schnelle und die langsame Achse ausgerichtet sind, können diese auch unterschiedlich ausgerichtet sein, und können sogar einander kreuzen, so dass nur Licht, welches einen Polarisationszustand aufweist, welche senkrecht zu demjenigen der Ausgangs-Polarisationsfasern 315 ist, durch die Polarisationsfasern 325 übertragen wird.
5 zeigt weiter ein Ausführungsbeispiel von einem Doppelbrechungs- Druckwandler 220, welcher zur Störung der doppelbrechenden Faser 225 eingesetzt wird. Der Druckwandler 220 kann eine piezoelektrische Vorrichtung sein, eine Klemme (oder eine Befestigungsvorrichtung), oder Ähnliches, oder eine Kombination davon. Dies sind lediglich Beispiele von Druckwandlern und keine abschließende Liste. Klemmen (oder Befestigungsvorrichtungen) können dazu verwendet werden, unterschiedliche Stärken von mechanischer Druckspannung entlang der Doppelbrechungsachse der Faser 225 aufzubringen. Klemmen können entlang einer Schiene hoch oder herunter bewegt werden oder entlang einer Plattform. Eine Steuervorrichtung kann die Bewegung der Klemme steuern. Mechanische Spannung kann durch einen Aktuator aufgebracht werden, welcher beispielsweise von einer Steuerung 230 gesteuert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Druckkraft F in einer Richtung ausgeübt, welche parallel zu der langsamen Achse verläuft. Größere Druckkräfte F können eine Phasenverzögerung zwischen der langsamen und der schnellen Achse vergrößern. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Druckkraft F in einer sich parallel zur schnellen Achse erstreckenden Richtung aufgebracht. Größere Druckkräfte F können daher eine Phasenverschiebung zwischen der langsamen und der schnellen Achse verringern. In beiden Fällen wird die Phasenverzögerung derart moduliert, dass die doppelbrechende Faser 225 den Polarisationszustand eines Strahls um einen Betrag verändert, während sich dieser durch die Faser 225 fortpflanzt, welcher Betrag sich mit der Stärke der Störung verändert (beispielsweise, mit der ausgeübten Druckkraft).
Obwohl ein Druckwandler 220 dargestellt ist, kann jede Art von Vorrichtungen und/oder Anordnungen auch anders konfiguriert sein, um eine Einstellung des Polarisationszustandes von einem Strahl zu verändern, welcher sich durch die doppelbrechende Faser 225 fortpflanzt. Beispielsweise können piezoelektrische Wandler verwendet werden, um eine Störung der Doppelbrechung über einen Längenabschnitt der Faser 225 auszuüben. Das piezoelektrische Material kann die Form einer sich um die blanke Faser herum erstreckenden Umhüllung haben, welche eine Druckkraft auf die Faser ausüben kann, um so den Brechungsindex der Faser durch eine resultierende Veränderung ihrer Dichte auszuüben. Die Störung kann dynamisch gesteuert werden, indem eine elektrische Spannung gesteuert wird, mit welcher die piezoelektrische Vorrichtung beaufschlagt wird.
6A zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine räumliche Entwicklung des Polarisationszustands eines Strahls, welcher sich durch die doppelbrechende Faser in einem ersten Faserzustand fortpflanzt. Der erste Faserzustand kann beispielsweise durch die Ausübung einer geringeren (beispielsweise Null) äußeren Spannung/Kraft gekennzeichnet sein. Wie dargestellt, hat die doppelbrechende Faser 225 eine Schwebungslänge l_b bei einer Betriebswellenlänge, und die Länge entspricht einer 2π Phasenverschiebung zwischen der schnellen und der langsamen Achse. Gemäß von einigen Ausführungsbeispielen ist die doppelbrechende Faser aus Glas und hat einen Kerndurchmesser von etwa 125 µm, wobei die Schwebungslänge l_b etwa 3 mm beträgt. Wenn die schnelle und die langsame Achse der Faser 225 in einem relativen Winkel von 45° zu den Referenz- x- und y-Achsen angeordnet sind, verändert sich der Polarisationszustand von dem ersten linearen Polarisationszustand, welcher in Ausrichtung mit der x-Achse an der Einkopplungsstelle der Faser 225 ausgerichtet ist, durch einen ersten elliptischen Zustand, zu einem senkrechten linearen Polarisationszustand von 1/2l_b hin zu einem zweiten elliptischen Zustand, und kehrte zu der ersten linearen Polarisationszustand am Ausgang der Faser 225 zurück. In diesem ersten Faserzustand verlässt daher der Strahl mit einem ersten Polarisationszustand des sich durch die Faser 225 fortpflanzenden optischen Strahls die Faser mit im Wesentlichen dem gleichen Polarisationszustand, mit welchem dieser in die Faser 225 eingekoppelt wurde. Die Polarisationsfaser 325 kann den polarisierten Strahl mit einer höheren Durchlässigkeit (geringe Dämpfung) übertragen.
6B zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine räumliche Entwicklung des Polarisationszustands eines Strahls, welcher sich durch die doppelbrechende Faser in einem zweiten Faserzustand fortpflanzt. Der zweite Faserzustand kann beispielsweise durch die Ausübung einer höheren (beispielsweise 7,5 N/0,75 kg/1,6lb) äußeren Spannung/Kraft gekennzeichnet sein. Eine Kraft einer solchen Höhe kann gemäß einem Ausführungsbeispiel praktisch durch Anwendung eines piezoelektrischen Druckwandlers erzeugt werden. Wenn die aufgebrachte Kraft eine Spannung erzeugt, welche die Doppelbrechung erhöht, kann die Phasenverzögerung ausgehend von dem Faserzustand erhöht werden. Die Schwebungslänge l_b kann dann bei einer Betriebswellenlänge etwas verringert werden (beispielsweise weniger als 3 mm betragen), so dass die feste Faserlänge einer größeren als einer 2π Phasenverschiebung zwischen der schnellen und der langsamen Achse entspricht. Der Polarisationszustand verändert sich dann von einem ersten linearen Polarisationszustand, welcher in Ausrichtung mit der x-Achse am Eingang in die Faser 225 ausgerichtet ist, über die 2π Rückkehr zu dem ersten linearen Polarisationszustand an dem Ausgang der Faser 225. In dem zweiten Faserzustand verlässt der optische Strahl, welcher aus der Faser 225 austritt, diese Faser mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand als an ihrem Eingang. Somit kann die Polarisationsfaser den polarisierten Strahl mit einer geringeren Übertragung (höheren Dämpfung) hindurchlassen.
7A, 7B, 7C und 7D zeigen Diagrammen zu einigen Ausführungsbeispielen, welche die berechnete Durchlässigkeit eines Fasermodulators als eine Funktion der aufgebrachten Kraft zeigt, welche auf die doppelbrechende Faser einwirkt. Wie in den 7A und 7B dargestellt ist, verändert sich die Durchlässigkeit von 100 % auf ein Minimum (im wesentlichen 0 %), wenn die Kraft von 0 N auf 7,3 N erhöht wird.
Die Phasen der Kurven (beispielsweise der Versatz entlang der horizontalen Achsen in 7A, 7B) können durch ein Verändern der Länge oder der Doppelbrechung der doppelbrechenden Fasern 225 verändert werden. Beispielsweise zeigen die 7C und 7D eine Durchlässigkeit durch den Ausgangs-Polarisator als eine Funktion der Kraft in der doppelbrechenden Faser für den Fall, in dem die Phasenverzögerung π und die Länge 3 mm ist (d.h., die Durchlässigkeit wird um einen Faktor 2 verringert). Folglich können die unterschiedlichen Längen und Doppelbrechungsstärken der doppelbrechenden Faser 225 verwendet werden, um die die Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Kraft zu verändern, was eine Veränderung der maximalen und minimalen Durchlässigkeitswerte beinhaltet. Weiter können die relativen Winkel der doppelbrechenden Achsen der 2 Polarisationsfasern 315, 315 und der doppelbrechenden Faser 225 variiert werden, um so die Kurve der Durchlässigkeit über der Kraft zur verändern.
Anzumerken ist, dass die Beispiele für Modulatoren, wie diese oben beschrieben sind, ohne Freiraumoptik betrieben werden können. Die aufgeführten Fasern können Single-Mode-Fasern oder Multi-Mode-Fasern sein. Ebenso ist anzumerken, dass die Beispiele von Modulatoren, wie diese oben beschrieben sind, in jedem optischen System angewendet werden können, in welchem eine Störung der Faser eine ausreichende Modulation der Frequenz und der Amplitude erzielt. In einigen optischen Systemen werden einer oder mehrere Modulatoren entsprechend von einem oder mehreren der beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem Laser implementiert. Die optischen Verluste innerhalb des Lasers werden so moduliert, um den Betrieb des Lasers in jedweder in diesem Bereich bekannten Art zu steuern. In einigen anderen optischen Systemen, welche einen Laser enthalten, können einer oder mehrere Modulatoren entsprechend von einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele außerhalb des Lasers implementiert werden, beispielsweise die Konditionierung und/oder Filterung des Ausgangslichts des Lasers in jeder in diesem Gebiet bekannten Art.
8 zeigt schematisch einen Laser 801, welcher einen Modulator entsprechend von einigen Ausführungsbeispielen aufweist. Wie dargestellt ist der Laser 801 eine Anordnung, welche einen optischen Hohlraum 810 aufweist. Der optische Hohlraum kann eine Architektur aufweisen (e.g. Fabry-Perot etc.), welche dafür bekannt ist, eine stehende Welle für eine gewünschte Resonanzfrequenz zu ermöglichen. Wenn beispielsweise der Laser 801 ein Faserlaser ist, kann der optische Hohlraum 810 beispielsweise einen oder mehrere Längenabschnitte von optischen Fasern enthalten. Die schematisch dargestellte optische Hohlraum weist einen hochreflektierenden Spiegel 820 und einen teilreflektierenden Spiegel 825 auf, welcher außerdem als ein Ausgangskupplung betreibbar ist, durch welche ein Ausgangsstrahl 805 durch den Laser 801 erzeugt wird. Spiegel 820 und 825 können eine Architektur aufweisen, welche für das Aufrechterhalten einer stabilen stehenden Welle geeignet sind. Wenn beispielsweise der Laser ein Faserlaser ist, können die Spiegel 820 und 825 ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) sein, wobei der Spiegel 820 eine größeres Gitter-Reflexionsvermögen als der Spiegel 825 aufweist. Ein optisches Verstärkungsmedium 815 und ein optischer Modulator 301 können innerhalb des optischen Hohlraums 810 angeordnet sein. Obgleich nur ein optisches Verstärkungsmedium 815 dargestellt ist, können zwei oder mehrere optische Verstärkungsmedien 815 vorhanden sein. Das optische Verstärkungsmedium 815 kann jedes mögliche Medium sein, welches von energieübertragenden Mitteln 808 stammt und einen oder mehrere angeregte Zustände annimmt. Bei einem Schwellwert-Energiepegel liefert das optische Verstärkungsmedium 815 weiter eine stimulierte Emission. In einigen Beispielen ist der Laser 801 ein Faserlaser, wobei das optische Verstärkungsmedium 815 eine oder mehrere Längen von mit seltenen Erden (RE) dotierten Fasern aufweist. Als Dotierungsstoffe können alle seltenen Erden verwendet werden, wie diese für diese Zwecke bekannt sind, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt Yb, Nd, Er and Tm.
Der Laser 801 ist weiter mit einem Energiezuführungsmittel 808 versehen, welches dazu dient, dem optischen Verstärkungsmedium 815 Energie zuzuführen, was jede Art von elektromagnetischer und/oder optischer Pumpquelle sein kann. Das Energiezuführungsmittel 808 kann jedwede Vorrichtung(en) sein, welche dazu geeignet sind, dem optischen Verstärkungsmedium 815 Energie zuzuführen. In manchen Ausführungsbeispielen, in welchem der Laser 801 ein Faserlaser ist, kann das Energiezuführungsmittel 808 ein gepumpter Laser sein, welcher eine oder mehrere Laserdioden aufweist, welche über eine Bandbreite hinweg betreibbar sind, welche für das Verstärkungsmedium 815 geeignet ist. Der Laser 801 weist weiter einen Modulator 301 auf, welcher jede der Funktionen und/oder Eigenschaften aufweist, welche anderswo beschrieben sind. Innerhalb des Hohlraums 810 kann der Modulator 301 auf jeder der Seiten des Verstärkungsmediums 815 angeordnet sein. Der optische Pfad des Hohlraums 810 weist eine Länge von doppelberechnenden Fasern auf, welche sich zwischen zwei Abschnitten von polarisierenden Fasern erstrecken, welche in dem Modulator 301 umfasst sind. Selbst bei Beispielen, in welchen der Laser 801 kein Faserlaser ist (beispielsweise eine oder mehrere Freiraumoptiken aufweist), befinden sich die Faserlängenabschnitte in dem Modulator 301 in dem optischen Pfad, in welchem sich die stehende Welle befindet. Der Modulator 301 empfängt dann ein Steuersignal, beispielsweise wie im Wesentlichen anderswo beschrieben, und als Antwort auf das Steuersignal werden die optischen Verluste innerhalb des Hohlraums 810 durch Einwirken auf die Längenabschnitte der doppelbrechenden Faser verändert, was in jedwede Weise wie hier oder anderswo beschrieben erfolgen kann. Die Modulation der Durchlässigkeit durch eine Ausgangs-Polarisationsfaser, welche mit dem optischen Verstärkungsmedium 815 gekuppelt ist, kann dabei verwendet werden, um die Lasercharakteristik innerhalb des Hohlraums in einer geeigneten Weise zu modulieren.
9 ist eine schematische Darstellung eines optischen Systems 901, welches den Modulator 301 innerhalb eines optischen Hohlraums 902 zeigt, entsprechend von einigen Faserlaser-Ausführungsbeispielen. Wie dargestellt ist, weist ein erster Anschluss (beispielsweise Eingang) des Modulators 301 einen Faserspleiss 910 auf. Ein erster FBG 911 ist mit dem Faserspleiss 910 gekuppelt. Ein zweiter Anschluss (beispielsweise Ausgang) des Modulators 301 weist einen weiteren Faserspleiss 990 auf. Eine mit RE dotierte Faser 915 ist mit einer Ausgangs-Polarisationsfaser 325 an den Faserspleiss 990 gekuppelt. Ein gepumpter Laser 908 ist in die RE-dotierte Faser 915 gekuppelt, und die RE-dotierte Faser 915 ist weiter an einen zweiten FGB 912 gekuppelt. In manchen Ausführungsbeispielen weist der gepumpte Laser 908 einen oder mehrere Laserdioden auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der FBG 912 als eine Ausgangs-Kupplung betreibbar, durch welche ein Ausgangsstrahl in einen externen Teil eines optischen Systems 901 gekuppelt werden kann, welches weitere Komponenten und/oder Anordnungen aufweisen kann. Die Eingangs-Polarisationsfasern 315 hat ein erstes Ende an dem Spleiss 910 und ein zweites Ende, welches mit einem ersten Ende der doppelbrechenden Faser 225 mit dieser verbunden ist (beispielsweise damit gespleißt ist, verschmolzen ist, usw.).
Der Hohlraum 902 weist nur Fasern auf (das heißt, in einen moduliertem Vollfaser-Hohlraum) und ist frei von irgendwelchen Freiraumoptik- oder Bulk-Optik- Komponenten. Wie beschrieben, wirkt die Störvorrichtung auf die doppelbrechende Faser 225 ein, um ihre Doppelbrechung zu modulieren, beispielsweise als Antwort auf eine Modulation. Bei einer geringeren Durchlässigkeit (höhere Dämpfungsrate) sind die optischen Verluste größer als bei einer hohen Durchlässigkeit (geringer Dämpfungsrate). In einigen Ausführungsbeispielen kann die Veränderung der Verluste innerhalb des optischen Hohlraums 902 den Betrieb eines gepulsten Lasers erzeugen. Die Pulsfrequenz kann als eine Funktion der Hin- und Rück-Fortpflanzungszeit mit dem der Länge des optischen Pfads des Hohlraums variiert werden, wobei die Pulse als eine Amplitudenmodulation im Einklang mit dem Betrieb des Modulators 301 erscheinen.
Der Gütefaktor des Hohlraums 902 kann durch den Modulator 301 mit solchen Pulswiederholungsraten moduliert werden, um gütegeschaltete Ausgangspulse zu erzeugen oder um eine aktive Modenkoppelung des Laserausgangs zu erzeugen. Für den modengekoppelten Betrieb können die optischen Verluste durch die Ausgangs-Polarisationsfaser 325 auch nur leicht moduliert werden, beispielsweise um ca. 10 %, während bei Gütekopplung eine stärkere Modulation der Durchlässigkeit (beispielsweise 3-40 dB) vorteilhaft sind. Dabei sind passiv gütegeschaltete Laser (die beispielsweise einen sättigbaren Absorber verwenden) üblicherweise mehr Bulk-Optik- und/oder Freiraumoptik-Komponenten, und die Wiederholungsfrequenz kann nicht unabhängig von anderen Betriebsparametern verändert werden und ist üblicherweise instabil (ungleichmäßige zeitliche Abstände der Ausgangspulse). Wenn der Modulator 301 in den resonanten optischen Hohlraum eingesetzt ist, lässt sich eine aktive Güteschaltung erzielen, welche dann voll verstellbar ist, beispielsweise zwischen einigen Hz bis in den Mhz Bereich hinein, und ist nur durch die Faser-Störungsrate beschränkt, und die Pulsdauer bestimmt die Wellenform, welche den Modulator treibt (und kann daher gleichbleibend sein und/oder mit einem äußeren Triggersignal oder Taktsignal synchronisiert werden). Diese Vorgehensweise ermöglicht so eine Bandbreite von Pulswiederholungsraten, eine konstante Pulswiederholungsfrequenz, eine Synchronisation der Pulswiederholungsfrequenz oder von einzelnen Pulsen mit externen Vorgängen oder mit einem Taktgeber, und sogar einen Puls-auf-Anforderungs-Betrieb.
10 zeigt entsprechend von bevorzugten Ausführungsbeispielen schematisch ein optisches System 1001, welches einen Modulator 301 aufweist, welcher mit einem Ausgang eines optischen Hohlraums 810 gekuppelt ist. In dem optischen System 1001 sind die einzelnen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie diese im Zusammenhang mit dem optischen Modulator 301 (3) und dem optischen Hohlraum 810 (8) eingeführt wurden und haben im Wesentlichen die gleichen Funktionen und/oder die gleichen Merkmale und Eigenschaften wie bereits oben beschrieben. In dem System 1001 ist der Hohlraum 810 in einem gepulsten Ausgangsmodus betreibbar. Alle möglichen Einrichtungen können in dem optischen Hohlraum 810 vorgesehen sein, um einen gepulsten Ausgang zu erzeugen, beispielsweise durch die Verwendung von aktivem oder passivem, einstellbarem Dämpfungselement. In manchen Ausführungsbeispielen weist der Durchlässigkeit-Modulator einen oder mehrere der Merkmale auf, welche hierin an anderer Stelle beschrieben sind, und ist innerhalb des optischen Hohlraum 810 vorgesehen, um einen gepulsten, modengekoppelten oder gütegekoppelten Ausgangsstrahl zu erzeugen. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Hohlraum 810 ein sättigbarer Absorber oder weist einen elektooptischen Modulator auf, welche solche als geeignete, einstellbare Dämpfungselemente bekannt sind.
Ein gepulster Laser-Ausgang, welcher eine bestimmte Pulsfolgen-Charakteristik aufweist (beispielsweise insbesondere Frequenz und Leistung) wird in den Modulator 301 eingegeben. Der Modulator 301 weist einen oder mehrere Störvorrichtungen auf, wie diese beispielsweise an anderer Stelle hierin beschrieben sind, welche auf einen Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser einwirken, um deren Durchlässigkeit hinsichtlich der eingegebenen Pulsfolge zu modulieren. Die Pulsfolgen-Modulation kann entweder die Form von zeitlich beeinflusstem Pulsausschneiden oder Pulsformen sein, oder falls die Pulsfolgen-Modulation in geeignetem zeitlichen Zusammenhang erfogt,
kann auch nur einen Untergruppe der Pulse hindurchpassieren oder ausgewählt werden (potenziell kann ein einzelner Puls ausgewählt werden) welche Pulse an dem Modulator-Ausgang 250 vorhanden sind. Die ausgeschnittenen und/oder ausgewählten Pulse können dann in andere Komponenten des optischen Systems 1001 eingeleitet werden. Beispielsweise können die ausgewählten Pulse, welche aus dem Modulator-Ausgang 250 ausgesendet werden, durch ein Verstärkungsmedium 915 verstärkt werden.
Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können durch Hardware-Elemente, Software-Elemente, oder Kombinationen davon verwirklicht werden. Beispiele von Hardware-Elementen oder Hardware-Modulen beinhalten: Prozessoren, Mikroprozessoren, Schaltkreise, Schaltkreiselemente (beispielsweise Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, und so weiter), integrierte Schaltkreise, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC), programmierbare logische Schaltungsvorrichtungen (PLD), digitale Signalverarbeiter (DSP), Field Programmable Gate Arrays (FPGA), logische Schaltungen, Register, Halbleitervorrichtungen, Chips, Mikrochips, Sätze von Chips, usw. Beispiele für Software-Elemente oder Softwaremodule beinhalten: Anwendungen, Computerprogramme, Anwendungsprogramme, Systemprogramme, Maschinenprogramme, Betriebssystem-Software, Middleware, Firmware, Computerprogramme, Unterprogramme, Funktionen, Verfahren, Vorgänge, Software-Schnittstellen, Anwendungsprogramm-Schnittstellen (API), Befehlssätze, Computerprogramm-Code, Computer-Code, Codeabschnitte, Computerprogramm-CodeAbschnitte, Datenworte, Werte, Symbole, oder jegliche Kombinationen davon. Die Feststellung, ob ein Ausführungsbeispiel durch Anwendung von Hardwareelementen und/oder Softwareelementen implementiert ist, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, welche als eine Designauswahl in Erwägung gezogen werden, so wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt: Berechnungsgeschwindigkeit, Energiepegel, Wärmetoleranz, Budget für Datenverarbeitungszyklen, die Daten-Eingaberate, die Daten-Ausgangsrate, Speicherplatz, Datenbus-Geschwindigkeit und andere Design- oder Leistungs-Beschränkungen.
Einige oder mehrere der Aspekte von wenigstens einem der Ausführungsbeispiele kann durch repräsentative Befehle ausgeübt werden, welche in einem maschinenlesbarem Speichermedium gespeichert sind. Solche Befehle können vollständig oder wenigstens teilweise in einem Hauptspeichermedium und/oder in einem Prozessor während deren Ausführung durch die Maschine gespeichert sein, wobei der Hauptspeicher und diejenigen Prozessorteile, welche die Befehle speichern, dann gleichzeitig auch ein maschinenlesbares Speichermedium darstellen. Programmierbare Logikschaltkreise haben Register, Zustandsmaschinen usw., welche von dem Prozessor konfiguriert werden, welcher das Computerlesbare Speichermedium darstellt. Solche logischen Schaltkreise, wie programmiert, sind dann als physikalisch verändert zu verstehen, um in ein System integriert zu sein, welches unter den Umfang der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele fällt. Befehle, welche verschiedenen Logiken innerhalb des Prozessors darstellen, welche dann von einer Maschine lesbar sind, können die Maschine dann auch veranlassen, eine für die hierin beschriebene Architektur angepasste Logik zu erzeugen und/oder die hierin beschriebenen Techniken umzusetzen. Solche Repräsentation, wie diese als Zelldesign bekannt sind, oder IP-Core, können auf einem materiellen, maschinenlesbarem Medium gespeichert sein.
Während einige hierin beschriebene Merkmale in Bezug auf verschiedene Anwendungen beschrieben wurden, ist die Beschreibung nicht dazu gedacht, in einem beschränkenden Sinne ausgelegt zu werden. Folglich sind verschiedene Modifikationen und Implementationen hierin beschrieben, sowie andere Implementationen, welche für den Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar sind und worauf sich diese Offenbarung bezieht, als innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der Erfindung mit eingeschlossen angesehen. Es ist zu erkennen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, aber mit Modifikationen und Änderungen ausgeführt werden kann, ohne vom Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele versuchen nur, eine Untergruppe dieser Merkmale zu erfassen, und erfassen auch eine unterschiedliche Anordnung diese Merkmale, eine unterschiedliche Kombination solcher Merkmale, und/oder weitere Merkmale als die explizit aufgelisteten Merkmale. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher in Bezug auf die angehängten Ansprüche bewertet werden, zusammen mit dem vollen Umfang sowie Äquivalenten, zu welcher Auslegung dieser Ansprüche berechtigt sind.
Durch die Beschreibung dargestellten Beispiele, sowie allgemeine Beispiele, als auch die speziellen Prinzipien von Beispielen hinsichtlich der vorliegend offenbarten Technologie, ist erkennbar, dass diese Beispiele sowohl in ihrer Anordnung, als auch ihrem Detail modifiziert werden können, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/883592 [0001]

Claims

Ein optischer Modulator, mit: einem Optikeingang, um einen Lichtstrahl zu empfangen, der sich in einem ersten Polarisationszustand befindet und eine Lichtleistung hat; einem Längenabschnitt einer doppelbrechenden Faser, welche sich zwischen dem Optikeingang und einem Optikausgang erstreckt, wobei die Länge der doppelbrechenden Faser so ausgerichtet ist, dass eine Teil der optischen Leistung sowohl in die schnelle Achse, als auch die langsame Ache der Doppelbrechung eingeleitet wird; einem Optikausgang, welcher eine vorbestimmte Orientierung der Polarisation relativ zu dem ersten Polarisationszustand aufweist; einer Störvorrichtung zum Modulieren, was durch Einwirken auf wenigstens einen Teil des Längenabschnitts der doppelbrechenden Faser erfolgt, um den Polarisationszustand des Strahls zu modulieren, welcher in den Optikausgang Eintritt; und einem Steuerungseingang, welcher an die Störvorrichtung gekuppelt ist, wobei die Störvorrichtung auf einen oder mehrere Längenabschnitte der Faser als Antwort auf ein Steuersignal einwirkt, welches durch den Steuerungseingang empfangen wird, um eine Durchlässigkeit für den Strahl durch den optischen Modulator von einem ersten Durchlässigkeitspegel zu einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Durchlässigkeitspegel zu einem zweiten Zeitpunkt zu verändern.
Der optische Modulator nach Anspruch 1, wobei: der erste Polarisationszustand ein erster linearer Polarisationszustand ist; und die schnelle Achse und die langsame Achse in einem Winkel zwischen 0° und 90° des ersten linearen Polarisationszustands zueinander angeordnet sind.
Der optische Modulator nach Anspruch 3, wobei: die schnelle Achse und die langsame Achse in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den ersten linearen Polarisationszustand angeordnet sind; und der Optikausgang eine Orientierung der Polarisation hat, welche im Wesentlichen mit dem ersten linearen Polarisationszustand im Einklang steht.
Der optische Modulator nach Anspruch 1, wobei die Einwirkung das Beaufschlagen mit einer Druckspannung ist, welche entlang von wenigstens einer der Achsen der Doppelbrechung wirkt, wobei die Störvorrichtung so moduliert ist, dass diese die Stärke der Druckspannung moduliert.
Der optische Modulator nach Anspruch 4, wobei die Störvorrichtung eine mechanische Klemme ist und/oder ein piezoelektrisches Material ist.
Der optische Modulator nach Anspruch 4, wobei das Beaufschlagen mit Druckkraft eine Phasenverzögerung zwischen der schnellen Achse und der langsamen Achse der Doppelbrechung verändert.
Der optische Modulator nach Anspruch 6, wobei die Druckspannung mit einer Orientierung aufgebracht wird, welche sich im Wesentlichen parallel zu der schnellen Achse oder der langsamen Achse der Doppelbrechung erstreckt.
Der optische Modulator nach Anspruch 6, wobei der erste Durchlässigkeitspegel mit einer ersten Phasenverzögerung zwischen der schnellen Achse und der langsamen Achse der Doppelbrechung einhergeht; und der zweite Durchlässigkeitspegel mit einer zweiten Phasenverzögerung zwischen der schnellen Achse und der langsamen Achse der Doppelbrechung einhergeht.
Der optische Modulator nach Anspruch 8, wobei der Lichtstrahl am Optikeingang die gleiche optische Leistung zum ersten Zeitpunkt und zum zweiten Zeitpunkt aufweist, und wobei die optische Leistung, welche von dem Optikausgang zum ersten Zeitpunkt übertragen wird, wenigstens 10 % größer als die optische Leistung ist, welche von dem Optikausgang zu dem zweiten Zeitpunkt übertragen wird.
Der optische Modulator nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der Optikeingang eine erste Polarisationsfaser aufweist, welche ein höheres Polarisationsauslöschungsverhältnis (PER) als der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser aufweist, und wobei die erste Polarisationsfaser so orientiert ist, dass der optische Strahl in seinem ersten Polarisationszustand in den Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser eingeleitet wird; und der Optikausgang eine zweite Polarisationsfaser aufweist, welche ein höheres Polarisationsauslöschungsverhältnis (PER) als der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser aufweist, und wobei die zweite Polarisationsfaser relativ zu der ersten Polarisationsfaser so orientiert ist, dass sich der optische Strahl in seinem ersten Polarisationszustand fortpflanzen kann.
Der optische Modulator nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser eine Umhüllung aufweist, welche einen Kern umhüllt, wobei der Kern eine elliptischen Querschnitt aufweist oder die Umhüllung eine Spannungs-Stange aufweist.
Der optische Modulator nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Störvorrichtung zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand entsprechend einer analogen Wellenform hin- und her schaltet, wodurch sich die Durchlässigkeit entsprechend einer kontinuierlichen Funktion ändert, welche den ersten und zweiten Durchlässigkeitspegel steuert.
Ein Laser, mit: einem resonanten optischen Hohlraum, welcher ein optisches Verstärkungsmedium und einen optischen Modulator aufweist; und einer Energieversorgungseinrichtung des optischen Verstärkungsmediums; einem Ausgangsverbinder, um wenigstens einen Teil des optischen Strahls aus dem Hohlraum herauszukoppeln, wobei der optische Modulator weiter versehen ist mit: einem ersten Längenabschnitt einer Polarisationsfaser, einem zweiten Längenabschnitt einer Polarisationsfaser, und einem Längenabschnitt einer doppelbrechenden Faser, welche sich zwischen dem ersten und dem zweiten Längenabschnitt erstreckt, wobei die ersten und die zweiten Längenabschnitte von Polarisationsfasern ein höheres Polarisationsauslöschungsverhältnis als der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser aufweisen, und wobei die ersten und zweiten Längenabschnitte von Polarisationsfasern so orientiert sind, dass diese einen Lichtstrahl hindurchlassen, der sich im ersten Polarisationszustand befindet; und einer Störvorrichtung, welche innerhalb des Hohlraums in zeitlicher Abhängigkeit die optischen Verluste als Antwort auf ein Steuersignal verändert, indem diese auf den Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser einwirkt, welche eine Phasenverschiebung zwischen der schnellen und der langsamen Achse in dem Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser moduliert.
Der Laser nach Anspruch 13, wobei: das Verstärkungsmedium eine optische Faser aufweist; und die Energieversorgungseinrichtung einen gepumpten Laser aufweist.
Der Laser nach Anspruch 13, wobei die Störvorrichtung die Durchlässigkeit für den Strahl zwischen einem ersten Durchlässigkeitspegel und einem zweiten Durchlässigkeitspegel moduliert, um einen gepulsten Betrieb des Lasers zu erzeugen.
Der Laser nach Anspruch 15, wobei die Störvorrichtung die Durchlässigkeit für den optischen Strahl zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel mit einer solchen Wiederholungsrate zeitlich so moduliert, dass eine aktive Modenkopplung des Lasers erreicht wird.
Der Laser nach Anspruch 15, wobei der Unterschied zwischen dem ersten Durchlässigkeitspegel und dem zweiten Durchlässigkeitspegel genügend hoch ist, um den Laser gütegeschaltet zu betreiben.
Ein optisches System, mit: einem resonanten optischen Hohlraum, welcher ein optisches Verstärkungsmedium aufweist; und einer Energieversorgungseinrichtung des optischen Verstärkungsmediums; einem Ausgangsverbinder, um wenigstens einen Teil des optischen Strahls aus dem Hohlraum herauszukoppeln; und einem optischen Fasermodulator, welcher einen an den Ausgangsverbinder gekoppelten Eingang aufweist, wobei der optische Fasermodulator weiter versehen ist mit: einem ersten Längenabschnitt einer Polarisationsfaser, einem zweiten Längenabschnitt einer Polarisationsfaser, und einem Längenabschnitt einer doppelbrechenden Faser, welche sich zwischen dem ersten und dem zweiten Längenabschnitt erstreckt, wobei die ersten und die zweiten Längenabschnitte von Polarisationsfasern ein höheres Polarisationsauslöschungsverhältnis als der Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser aufweisen, und wobei die ersten und zweiten Längenabschnitte von Polarisationsfasern so orientiert sind, dass diese einen Lichtstrahl hindurchlassen, der sich im ersten Polarisationszustand befindet; und einer Störvorrichtung, welche auf den Längenabschnitt der Faser so einwirkt, dass eine Durchlässigkeit für den Strahl durch den optischen Modulator von einem ersten Durchlässigkeitspegel zu einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Durchlässigkeitspegel zu einem zweiten Zeitpunkt moduliert wird.
Das optische System nach Anspruch 18, wobei die Störvorrichtung die optischen Verluste zwischen den Längenabschnitten der Fasern verändert, um die Pulse des optischen Strahls auszuwählen, welche aus dem Ausgangsverbinder heraustreten.
Das optische System nach Anspruch 19, weiter versehen mit einem Funktionsgenerator, welcher mit dem optischen Modulator verbunden ist, wobei die Störvorrichtung die Durchlässigkeit für den optischen Strahl zwischen dem ersten Durchlässigkeitspegel und dem zweiten Durchlässigkeitspegel als Antwort auf ein oder mehrere Signale moduliert, welche von dem Funktionsgenerator empfangen werden.
Ein optisches System, mit: einem Laser; und dem optischen Modulator nach Anspruch 1, wobei der Optikeingang mit einem Ausgangsverbinder des Lasers verbunden ist und wobei der Optikeingang eine Polarisationsfaser aufweist, welche den ersten Polarisationszustand festlegt.
Das System nach Anspruch 21, weiter versehen mit einem Faserverstärker, welcher an einen Ausgang des optischen Modulators gekuppelt ist.
Ein Modulationsverfahren für einen optischen Strahl, wobei das Verfahren versehen ist mit: Einleiten von einem Teil der optischen Leistung des optischen Strahls mit einem ersten Polarisationszustand sowohl in die schnelle Achse, als auch die langsame Ache einer doppelbrechenden Faser; und Verändern einer Durchlässigkeit für den Strahl von einem ersten Durchlässigkeitspegel zu einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Durchlässigkeitspegel zu einem zweiten Zeitpunkt durch Einwirken auf wenigstens einen Teil eines Längenabschnitts einer doppelbrechenden Faser, um so den Polarisationszustand des Strahls zu modulieren, welcher in einen Optikausgang eintritt, welcher eine vorbestimmte Orientierung der Polarisation im Verhältnis zum ersten Polarisationszustand aufweist.
Das Modulationsverfahren für einen optischen Strahl nach Anspruch 23, weiter versehen mit dem Empfangen eines Steuersignals, wobei die Einwirkung auf die doppelbrechende Faser eine Antwort des Steuersignals ist, und wobei die Einwirkung auf die doppelbrechende Faser einer durch den Einschlussbereich zu dem Optikausgang übertragenen optischen Leistung um wenigstens 10 % zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt verringert wird.
Das Modulationsverfahren für einen optischen Strahl nach Anspruch 23, wobei das Einwirken auf die doppelbrechende Faser weiter ein Modulieren einer Spannung innerhalb der doppelbrechenden Faser beinhaltet, wodurch eine Phasenverzögerung zwischen der schnellen und der langsamen Achse verändert wird.
Das Modulationsverfahren für einen optischen Strahl nach Anspruch 25, wobei die Spannung eine Druckspannung ist, welche entlang von wenigstens einer der Doppelbrechungsachsen aufgebracht wird, und wobei das Einwirken auf die doppelbrechende Faser eine Höhe der Druckspannung moduliert.
Das Modulationsverfahren für einen optischen Strahl nach Anspruch 26, wobei die schnelle Achse und die langsame Achse in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den ersten linearen Polarisationszustand angeordnet sind; und der Optikausgang eine Orientierung der Polarisation hat, welche im Wesentlichen mit dem ersten linearen Polarisationszustand im Einklang steht.
Das Modulationsverfahren für einen optischen Strahl nach Anspruch 23, wobei der erste Durchlässigkeitspegel mit einer stärkeren Kopplung des optischen Strahls von dem Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser in den Optikausgang einhergeht; und der zweite Durchlässigkeitspegel mit einer geringeren Kopplung des optischen Strahls von dem Längenabschnitt der doppelbrechenden Faser in den Einschlussbereich einhergeht.