DE10147053A1

DE10147053A1 - Polarisationsumsetzer für Polarisationsmultiplex und optischen Überlagerungsempfang

Info

Publication number: DE10147053A1
Application number: DE2001147053
Authority: DE
Inventors: Erich Gottwald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polarisationswandelverfahren sowie eine Polarisationswandeleinrichtung (24a) zum Wandeln einer an deren Eingang eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation, bei der die Polarisationswandeleinrichtung (24a) zum Wandeln der elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation mindestens eine Interferometereinrichtung (35) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Polarisationswandeleinrichtung zum Wandeln einer an deren Eingang eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Des weiteren betrifft die Erfindung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 22 ein Polarisationswandelverfahren zum Wandeln einer an einem Eingang einer Polarisationswandeleinrichtung eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation, insbesondere zur Verwendung bei einem optischen Polarisationsmultiplex-Nachrichtenübertragungsverfahren.

Optische Nachrichtennetzwerke weisen im Allgemeinen eine erste Sende-/Empfangseinrichtung (bzw. eine Sendeeinrichtung) auf, von welcher aus über eine Datenverbindung optische Signale ggf. unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer miteinander verbundener Netzknoten an eine zweite Sende- /Empfangseinrichtung (bzw. eine Empfangseinrichtung) übermittelt werden. Die Netzknoten bzw. die Sende- /Empfangseinrichtungen können z. B. jeweils über einen oder mehrere Lichtwellenleiter (LWL) miteinander verbunden sein.

Lichtwellenleiter können beispielsweise aus Quarz bzw. einem speziellen Quarzglas, alternativ z. B. auch aus normalem Glas oder aus Kunststoff bestehen. Bei derartigen "Lichtleitfasern" weist der "Kern" der Faser i. A. eine Brechzahl n_K auf, die etwas größer ist, als die Brechzahl n_M des den Kern umgebenden "Mantels". Dies kann z. B. durch entsprechende Dotierung mit Fremdatomen erreicht werden.

Bei ODTM-Nachrichtenübertragungsverfahren (ODTM = Optical Time Division Multiplexing bzw. Optischer Zeitmultiplex) enthält ein bei einer bestimmten Wellenlänge über einen Lichtwellenleiter übertragenes Signal mehrere (Teil-)Signale, denen jeweils einer von mehreren Zeitschlitzen zugeordnet ist.

Soll mit Hilfe des jeweiligen (Teil-)Signals z. B. ein Bit "1" übertragen werden, wird von der jeweiligen Sende- /Empfangseinrichtung in dem dem jeweiligen (Teil-)Signal zugeordneten Zeitschlitz beispielsweise ein sog. RZ-Impuls ausgesendet (RZ = Return to Zero). Soll stattdessen ein Bit "0" übertragen werden, speist die jeweilige Sende- /Empfangseinrichtung im entsprechenden Zeitschlitz keinen Impuls in den Lichtwellenleiter ein.

Um die Übertragungsraten zu erhöhen, können (zusätzlich) sog. WDM-Übertragungsverfahren verwendet werden ("WDM" = wavelength division multiplex bzw. Wellenlängen-Multiplex). Dabei werden über einen einzigen Lichtwellenleiter parallel mehrere wellenlängengemultiplexte, optische Signale übertragen, z. B. mehrere ODTM-Signale.

Hohe Datenübertragungsraten können z. B. auch erreicht werden, indem (zusätzlich oder alternativ zu ODTM- und/oder WDM-Verfahren) sog. Polarisationsmultiplexverfahren eingesetzt werden.

Beispielsweise können hierbei von einem ersten und einem zweiten Sender ausgesendete, polarisierte Lichtwellen einer Polarisationsmisch- bzw. -kombiniereinrichtung zugeführt werden, die die Lichtwellen dann in ein- und denselben Lichtwellenleiter einspeist.

Die Lichtwellen weisen jeweils die gleiche Wellenlänge auf; allerdings sind deren Polarisationsrichtungen z. B. um ca. 90° verdreht. Jede der zwei Lichtwellen überträgt unterschiedliche Daten. Am jeweiligen Empfänger können dann die Lichtwellen - z. B. durch Verwendung von Polarisationsfiltern - wieder voneinander getrennt werden.

Dadurch ist es möglich, die Datenübertragungsrate zu verdoppeln, ohne dass wesentliche Änderungen am jeweiligen optischen Nachrichtennetzwerk vorgenommen werden müssten.

Sollen für derartige Polarisationsmultiplexverfahren beliebige Sender verwendet werden, d. h. Sender, die nicht speziell für Polarisationsmultiplexverfahren ausgelegt sind, kann zwischen den jeweiligen Sender und die o. g. Polarisationskombiniereinrichtung jeweils eine Polarisationswandel- bzw. Polarisationsumsetzeinrichtung geschaltet werden.

Diese stellt sicher, dass die beiden Lichtwellen nach der Einspeisung in den Lichtwellenleiter zumindest näherungsweise orthogonal zueinander sind.

Beispiele für herkömmliche Polarisationsregeleinrichtungen sind z. B. in Leeb, W. R.: "Realisation of 90° and 180° Hybrids for optical frequencies", AEÜ, 1983, Heft 5/6, S. 203-206, beschrieben.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Polarisationswandelverfahren, sowie eine neuartige Polarisationswandeleinrichtung zum Wandeln einer an deren Eingang eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation zur Verfügung zu stellen, die insbesondere einfacher aufgebaut ist, als im Stand der Technik.

Sie erreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 22.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird eine Polarisationswandeleinrichtung zum Wandeln einer an deren Eingang eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation zur Verfügung gestellt, wobei die Polarisationswandeleinrichtung zum Wandeln der elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetischen Welle vorbestimmter Polarisation mindestens eine Interferometereinrichtung aufweist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Polarisationswandeleinrichtung außerdem eine Polarisationsteileinrichtung auf, mit einem ersten Eingang, welchem die in die Polarisationswandeleinrichtung eingegebene oder eine daraus abgeleitete elektromagnetische Welle zugeführt wird, und mit mindestens einem ersten und einem zweiten Ausgang, an welchen zwei elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Polarisation ausgegeben werden.

Besonders bevorzugt ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung, und einem ersten und zweiten Eingang der Interferometereinrichtung eine weitere Interferometereinrichtung geschaltet.

Diese weist vorteilhaft einen ersten und einen zweiten Eingang auf, an die eine erste bzw. eine zweite der von der Polarisationsteileinrichtung ausgegebenen elektromagnetischen Wellen oder daraus abgeleitete elektromagnetische Wellen zugeführt werden, sowie einen ersten und einen zweiten Ausgang, an welchen unterschiedliche, auf Interferenz der am ersten und am zweiten Interferometer-Eingang eingegebenen elektromagnetischen Wellen beruhende elektromagnetische Wellen ausgegeben werden.

Bevorzugt wird die weitere Interferometereinrichtung so gesteuert, dass die an ihrem ersten und zweiten Ausgang ausgegebenen elektromagnetischen Wellen im wesentlichen gleiche Leistung aufweisen. Die entsprechenden elektromagnetischen Wellen - bzw. daraus abgeleitete elektromagnetische Wellen - werden dem ersten bzw. zweiten Eingang der (anderen) Interferometereinrichtung zugeführt.

Diese wird vorteilhaft so gesteuert, dass die an ihrem ersten oder zweiten Ausgang ausgegebene elektromagnetische Welle eine relativ hohe Leistung, und die am jeweils anderen Ausgang ausgegebene elektromagnetische Welle eine relativ geringe Leistung aufweist, insbesondere so, dass im wesentlichen die gesamte elektromagnetische Leistung an einem einzigen Interferometer-Ausgang erscheint.

Dadurch kann z. B. erreicht werden, dass bei relativ einfachem Aufbau der Polarisationswandeleinrichtung - unabhängig von der Eingangspolarisation der in die Polarisationswandeleinrichtung eingegebenen elektromagnetischen Welle - am ersten (bzw. zweiten) Ausgang der Interferometereinrichtung eine elektromagnetische Welle mit vorbestimmter konstanter, linearer Polarisation ausgegeben wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Nachrichtennetzwerks gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Detaildarstellung einer im optischen Nachrichtennetzwerk gemäß Fig. 1 verwendeten Sende- Empfangseinrichtung; und
Fig. 3 eine schematische Detaildarstellung einer der in Fig. 2 dargestellten Polarisationswandeleinrichtungen.
In Fig. 1 ist ein optisches Nachrichtennetzwerk 1 gezeigt. Dieses weist eine Vielzahl von Netzknoten 2, 3, 4, 5, 6, 7 auf, die untereinander über einzelne Lichtwellenleiter 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, oder über entsprechende Bündel von Lichtwellenleitern verbunden sind.
Über die Lichtwellenleiter 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 werden - ggf. unter Zwischenschaltungen eines oder mehrerer Netzknoten 2, 3, 4, 5, 6, 7 - jeweils von einer ersten Sende- /Empfangseinrichtung 16 aus optische Signale an eine von mehreren weiteren Sende-/Empfangseinrichtungen 17, 18, 19 übertragen (und umgekehrt).
Bei den Signalen kann es sich z. B. um ODTM-Signale handeln (ODTM = Optical Time Division Multiplexing bzw. Optischer Zeitmultiplex)). Ein ODTM-Signal besteht aus mehreren Einzelsignalen, denen jeweils einer von mehreren - periodisch aufeinanderfolgenden - Zeitschlitzen zugeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich können zwischen den entsprechenden Sende-/Empfangseinrichtungen 16, 17, 18, 19 über einen einzelnen Lichtwellenleiter 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 unter Nutzung mehrerer verschiedener Wellenlängebereiche jeweils mehrere (ODTM-) Signale parallel übertragen werden (WDM-Übertragung ("WDM" = wavelength division multiplex bzw. Wellenlängen-Multiplex)).
Um hohe Datenübertragungsraten zu erreichen, werden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Lichtwellen über die verschiedenen Lichtwellenleiter 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 (zusätzlich) mittels Polarisationsmultiplex übertragen. Dabei werden in ein- und denselben Lichtwellenleiter mehrere (z. B. zwei) polarisierte Lichtwellen gleicher Wellenlänge einspeist, deren Polarisationsrichtungen z. B. um einen bestimmten Winkel, z. B. ca. 90° verdreht sind. Jede der zwei Lichtwellen überträgt unterschiedliche Daten.
Dadurch ist es möglich, die Datenübertragungsrate zu erhöhen (z. B. zu verdoppeln, oder z. B. zu verdrei- und vervierfachen), ohne dass wesentliche Änderungen am jeweiligen optischen Nachrichtennetzwerk vorgenommen werden müssten.
Gemäß Fig. 2 weist jede der o. g. Sende- /Empfangseinrichtungen 16, 17, 18, 19 eine oder mehrere Sendeeinrichtungen 20 auf, und/oder eine oder mehrere Empfangseinrichtungen.
Jede Sendeeinrichtung 20 weist mehrere (hier: zwei, alternativ z. B. drei oder vier) Sender 21a, 21b auf. Bei diesen kann es sich im Prinzip um beliebige, zur Verwendung für herkömmliche optische Nachrichtenübertragungsverfahren (z. B. ODTM- oder WDM-Verfahren) geeignete Sender handeln, die nicht speziell zur Verwendung als Sender für Polarisationsmultiplexverfahren ausgelegt zu sein brauchen.
Jeder Sender ist über einen entsprechenden Lichtwellenleiter 22a, 22b mit einer Polarisationswandeleinrichtung 24a, 24b verbunden. Die Sender 21a, 22a erzeugen jeweils eine polarisierte Lichtwelle (z. B. einen Laserstrahl) mit vorbestimmter, im wesentlichen identischer Wellenlänge. Die jeweilige Polarisationsrichtung der von den Sendern 22a, 22b ausgegebenen Lichtwellen kann vorab nicht bzw. nicht exakt festgelegt werden.
Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, wird in den Polarisationswandeleinrichtungen 24a, 24b die Polarisationsrichtung der Lichtwellen entsprechend angepasst, so dass die Polarisationsrichtungen der von der ersten und zweiten Polarisationswandeleinrichtung 24a, 24b ausgegebenen Lichtwellen um einen bestimmten Winkel, z. B. ca. 90° gegeneinander verdreht sind.
Die jeweiligen Lichtwellen werden von der entsprechenden Polarisationswandeleinrichtung 24a, 24b über weitere Lichtwellenleiter 23a, 23b an eine Polarisationsmischeinrichtung 25 ausgegeben. Diese mischt die jeweiligen Lichtwellen, und gibt sie als gemischtes Polarisationsmultiplex-Signal an den Lichtwellenleiter 8 aus.
Über den Lichtwellenleiter 8 wird das Signal dann gemäß Fig. 1 an den Netzknoten 3, bzw. eine in dessen Sende- /Empfangseinrichtung 18 vorgesehene Empfangseinrichtung weitergeleitet. Dort können die Lichtwellen - z. B. durch Verwendung von Polarisationsfiltern - wieder voneinander getrennt werden.
Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung der in Fig. 2 dargestellten ersten Polarisationswandeleinrichtung 24a. Die zweite Polarisationswandeleinrichtung 24b ist entsprechend aufgebaut, wie die erste Polarisationswandeleinrichtung 24a.
Die Polarisationswandeleinrichtung 24a weist eine ein- /ausschaltbare Polarisations-Dreheinrichtung 26, ein erstes Interferometer 28 (hier: ein steuerbares Mach-Zehnder-Interferometer), ein zweites Interferometer 29 (hier: ein steuerbares Mach-Zehnder-Interferometer), sowie eine Steuereinrichtung 30 auf.
An der Eingangsseite des ersten Interferometers 28 ist eine faseroptische Polarisationsteileinrichtung 27 angeordnet, z. B. eine Polarisationsteileinrichtung, wie sie in H. C. Lefevre, P. Simonpietri und P. Graindorge: "High selectivity polarisation splitting fiber coupler", Spie Konferenz 988, Boston 1988 beschrieben wurde. In einem ersten Arm des ersten Interferometers 28 ist eine Polarisationsstelleinrichtung 31 vorgesehen. Diese kann z. B. entsprechend wie die in B. G. Koehler und J. E. Bowers: "In-Line single-mode fiber polarization controllers at 1.55, 1.3 and 0.63 micron", Applied Optics, Vol.24 No. 3, 1.2.85, Seite 349-353 beschriebene Polarisationsstelleinrichtung aufgebaut sein.
In einem zweiten Arm des ersten Interferometers 28 ist eine Längenstelleinrichtung 32 angeordnet. Diese ist in Form einer Piezoscheibe ausgebildet, um die herum ein Lichtwellenleiter gewickelt ist. An der Ausgangsseite des ersten Interferometers 28 befindet sich eine Koppeleinrichtung 34, hier: ein symmetrischer 2 × 2-Koppler.
In einem zweiten Interferometer-Arm des zweiten Interferometers 29 ist eingangsseitig eine Längenstelleinrichtung 33 angeordnet. Diese ist entsprechend wie die Längenstelleinrichtung des ersten Interferometers 28 in Form einer Piezoscheibe ausgebildet, um die herum ein Lichtwellenleiter gewickelt ist. Ausgangsseitig weist das Interferometer 29 eine der Koppeleinrichtung 34 entsprechende Koppeleinrichtung 35 auf.
Gemäß Fig. 3 wird die in dem Lichtwellenleiter 22a geführte Lichtwelle einem Eingang der Polarisationswandeleinrichtung 24a zugeführt. Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, wird die Lichtwelle dort so gewandelt, dass an einem Ausgang der Polarisationswandeleinrichtung 24a, und damit am Lichtwellenleiter 23a unabhängig vom Polarisationszustand der Lichtwelle am Polarisationswandeleinrichtungs-Eingang eine Lichtwelle mit einem vorbestimmten Polarisationszustand ausgegeben wird.
Der Eingang der Polarisations-Dreheinrichtung 26 ist mit dem Lichtwellenleiter 22a verbunden. Die Polarisations-Dreheinrichtung 26 befindet sich zunächst in einem ausgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand. In diesem Zustand geht die im Lichtwellenleiter 22a geführte Lichtwelle ohne Änderung der Polarisationsrichtung durch die Polarisations-Dreheinrichtung 26 hindurch, und wird am Ausgang der Polarisations-Dreheinrichtung 26 in einen Lichtwellenleiter 36 eingespeist, der die Lichtwelle zu einem ersten Eingang des Interferometers 28 bzw. zu einem ersten Eingang der Polarisationsteileinrichtung 27 weiterleitet. Ein zweiter Eingang des Interferometers 28 ist im Leerlauf geschaltet.
Das zu der in die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle gehörige elektrische Feld S läßt sich - wie bei jeder vollständig polarisierten Lichtwelle - als Superposition zweier orthogonaler, linear polarisierter elektrischer Felder S_p, S_s beschreiben, deren Phasen um einen Winkel δ gegeneinander verschoben sind.
Der elektrische Feld-Vektor der in die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle weist somit eine "parallele" Vektor-Komponente S_p cos (ωt), und eine "senkrechte" Vektor-Komponente S_s cos(ωt+δ) auf, d. h. das elektrische Feld S der Lichtwelle kann durch folgenden Vektor beschrieben werden:
Am ersten (oberen) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 wird somit eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Dabei beschreibt der Winkel φ₁ die durch den Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 hervorgerufene Phasenverschiebung.
Entsprechend kann der elektrische Feld-Vektor einer am zweiten (unteren) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebenen Lichtwelle wie folgt beschrieben werden:
Dabei beschreibt der Winkel φ₂ die Phasenverschiebung, die durch den Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 hervorgerufen wird.
Die am ersten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 37 eingespeist, und über diesen der Polarisationsstelleinrichtung 31 zugeführt.
In der Polarisationsstelleinrichtung 31 wird die Polarisationsrichtung der Lichtwelle um 90° (π/2) gedreht, d. h. die o. g. "parallele" Vektor-Komponente S_p cos(ωt+ω₁) des Feld- Vektors E₁ in eine "senkrechte" Vektor-Komponente umgewandelt. Die Polarisationsrichtung der am Ausgang der Polarisationsstelleinrichtung 31 ausgegebenen Lichtwelle entspricht somit der Polarisationsrichtung der Lichtwelle, die am zweiten (unteren) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegeben wird.
Am Ausgang der Polarisationsstelleinrichtung 31 wird somit eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Dabei beschreibt der Winkel φ₃ die (insgesamt) beim Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 und die Polarisationsstelleinrichtung 31 auftretende Phasenverschiebung.
Die am Ausgang der Polarisationsstelleinrichtung 31 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 38 eingespeist, und über diesen dem ersten (oberen) Eingang der Koppeleinrichtung 34 zugeführt.
Die am zweiten (unteren) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 39 eingespeist, und über diesen der Längenstelleinrichtung 32 zugeführt.
Am Ausgang der Längenstelleinrichtung 32 wird eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Dabei beschreibt der Winkel φ₄ die (insgesamt) beim Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 und die Längenstelleinrichtung 32 auftretende Phasenverschiebung.
Die von der Längenstelleinrichtung 32 verursachte Phasenverschiebung kann durch ein Steuersignal ω₁ beeinflußt werden, welches der Längenstelleinrichtung 32 von der Steuereinrichtung 30 über eine elektrische Signalleitung 40 zugeführt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Längenstelleinrichtung 32, wie oben beschrieben, in Form einer Piezoscheibe ausgebildet, die mit einer vom o. g. Steuersignal festgelegten Frequenz (hier: ω₁) gewobbelt wird.
Die am Ausgang der Längenstelleinrichtung 32 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 41 eingespeist, und über diesen dem zweiten (unteren) Eingang der Koppeleinrichtung 34 zugeführt.
Der elektrische Feld-Vektor der am ersten (oberen), und am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwellen kann wie z. B. in R. G. Priest: "Analysis of fiber interferometer utilizing 3 × 3 fiber coupler", IEEE QE 18, Nr. 10, Oktober 1983, S. 1601-1603 beschrieben, anhand der Feld-Vektoren der entsprechenden, am ersten (oberen) bzw. zweiten (unteren) Eingang der Koppeleinrichtung 34 eingegebenen Lichtwellen, und der folgenden Streumatrix ST berechnet werden:
Demzufolge wird am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Auf entsprechende Weise kann das elektrische Feld der am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle durch den folgenden Vektor beschrieben werden:
Das erste Interferometer 28 wird von der Steuereinrichtung 30 mittels des über die Signalleitung 40 zugeführten Steuersignals ω₁ so geregelt, dass die Lichtleistung der am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle gleich groß ist, wie die Lichtleistung der am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle, d. h. so, dass gilt: δ+φ₄-φ₃ = π/2, und damit:
|E₅|² = |E₆|² = (1/2) (S_p ² + S_s ²) = (1/2) S²
Die am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 42 eingespeist, und über diesen einem ersten (oberen) Eingang des zweiten Interferometers 29, bzw. einem ersten (oberen) Eingang von dessen Koppeleinrichtung 35 zugeführt.
Auf entsprechende Weise wird die am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebene Lichtwelle in einen Lichtwellenleiter 43 eingespeist, und über diesen einem zweiten (unteren) Eingang des zweiten Interferometers 29, bzw. einem Eingang von dessen Längenstelleinrichtung 33 zugeführt.
Da das erste Interferometer 28, wie oben erläutert, so geregelt wird, dass in dessen Ausgangsbereich die Lichtleistung in beiden Interferometer-Zweigen gleich ist, kann das zweite Interferometer 29 so geregelt werden, dass die gesamte Lichtleistung (mit vorbestimmter Polarisation) an nur einem einzigen Interferometer-Ausgang (hier: dem zweiten, oberen Ausgang des zweiten Interferometers 29) ausgegeben wird. Dies geschieht, wie weiter unten genauer beschrieben wird, durch entsprechende Regelung der Längenstelleinrichtung 33.
Am Ausgang der Längenstelleinrichtung 33 wird eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrischer Feld-Vektor - abgesehen von einer von der Längenstelleinrichtung 33 verursachten Phasenverschiebung - im wesentlichen demjenigen der Lichtwelle am Längenstelleinrichtungs-Eingang entspricht.
Die von der Längenstelleinrichtung 33 verursachte Phasenverschiebung kann durch ein Steuersignal ω₂ beeinflußt werden, welches der Längenstelleinrichtung 33 von der Steuereinrichtung 30 über eine elektrische Signalleitung 44 zugeführt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Längenstelleinrichtung 33, wie oben beschrieben, in Form einer Piezoscheibe ausgebildet, die mit einer vom o. g. Steuersignal festgelegten Frequenz (hier: ω₂) gewobbelt wird.
Die am Ausgang der Längenstelleinrichtung 33 ausgegebene Lichtwelle wird in einen Lichtwellenleiter 45 eingespeist, und über diesen dem zweiten (unteren) Eingang der Koppeleinrichtung 35 zugeführt.
Das elektrische Feld dieser Lichtwelle kann durch den folgenden Vektor beschrieben werden:
Auf entsprechende Weise kann das elektrische Feld der über den Lichtwellenleiter 42 dem ersten (oberen) Eingang der Koppeleinrichtung 35 zugeführten Lichtwelle vektormäßig wie folgt beschrieben werden:
Der elektrische Feld-Vektor der am ersten (oberen), und am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 35 ausgegebenen Lichtwellen kann wie bereits oben im Zusammenhang mit der Koppeleinrichtung 34 beschrieben anhand der Feld-Vektoren der entsprechenden, am ersten (oberen) bzw. zweiten (unteren) Eingang der Koppeleinrichtung 35 eingegebenen Lichtwellen, und der folgenden Streumatrix ST berechnet werden:
Demzufolge wird am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 35 eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Auf entsprechende Weise kann das elektrische Feld der am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 35 ausgegebenen Lichtwelle durch den folgenden Vektor beschrieben werden:
Das zweite Interferometer 29 wird von der Steuereinrichtung 30 mittels des über die Signalleitung 44 zugeführten Steuersignals ω₂ so geregelt, dass die gesamte Lichtleistung am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 35 ausgegeben wird (d. h. am Lichtwellenleiter 23a), und keine Lichtleistung am zweiten (unteren) Koppeleinrichtungs-Ausgang (d. h. an einem Lichtwellenleiter 46), d. h. so, dass gilt: φ₇ = φ₈, und damit:

|E₉|² = S²; sowie
|E₁₀|² = 0
Das bedeutet, daß die gesamte Lichtleistung am ersten (oberen) Ausgang des zweiten Interferometers 29 ausgegeben wird, wobei die entsprechende Lichtwelle eine feste, vorbestimmte Polarisationsrichtung aufweist.
Kommt es zu einer Regelabweichung (d. h. wird am zweiten (unteren) Ausgang eine Lichtwelle bestimmter Lichtleistung ausgegeben), wird die entsprechende Lichtwelle über den Lichtwellenleiter 46 an eine Messeinrichtung 47 weitergeleitet. Dort wird die Lichtleistung der jeweiligen Lichtwelle gemessen, und das Meßergebnis mittels eines entsprechenden Lichtleistungs-Meßdatensignals an die Steuereinrichtung 30 weitergeleitet.
In der Steuereinrichtung 30 wird aus dem empfangenen Lichtleistungs-Meßdatensignal das o. g. erste Steuersignal ω₁, und das o. g. zweite Steuersignal ω₂ abgeleitet, und zwar so, dass - wie oben beschrieben - am ersten und zweiten Ausgang des ersten Interferometers 28 Lichtwellen gleicher Leistung ausgegeben werden, und am zweiten Interferometer 29 die gesamte Lichtleistung am ersten (oberen) Ausgang.
Wie bereits oben erläutert, lässt sich das zu der über den Lichtwellenleiter 36 in das erste Interferometer 28 bzw. die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle gehörige elektrische Feld S auf herkömmliche Weise als Superposition zweier orthogonaler, linear polarisierter elektrischer Felder S_p, S_s beschreiben, deren Phasen um einen Winkel δ gegeneinander verschoben sind.
Wächst der Winkel δ relativ stark an (bzw. fällt er relativ stark ab), kann es sein, dass die Grenze des Regelbereichs überschritten wird. Um dies zu verhindern, wird - noch vor dem Überschreiten der Regelbereichsgrenze - von der Steuereinrichtung 30 über eine elektrische Signalleitung 48 ein entsprechendes Aktivier-Signal an die die Polarisations-Dreheinrichtung 26 gesendet.
In Reaktion auf den Empfang des Aktivier-Signals wird die Polarisations-Dreheinrichtung 26 in einen eingeschalteten bzw. aktivierten Zustand gebracht. In diesem Zustand wird die Polarisationsrichtung der im Lichtwellenleiter 22a geführten Lichtwelle beim Durchtritt durch die Polarisations-Dreheinrichtung 26 von der Polarisations-Dreheinrichtung 26 (immer stärker) geändert bzw. gedreht.
Dabei wird die Polarisationsrichtungs-Drehung - ausgehend von einer Drehung um 0° - kontinuierlich und relativ langsam erhöht, bis schließlich eine Drehung der Polarisation um 90° erreicht wird.
Die Drehung der Polarisationsrichtung durch die Polarisations-Dreheinrichtung 26 wird so langsam erhöht, dass weiterhin die Lichtleistungen der am ersten und zweiten Ausgang des ersten Interferometers 28 ausgegebenen Lichtwellen von der Steuereinrichtung 30 auf gleiche Leistung hin geregelt werden können, und am zweiten Interferometer 29 die gesamte Lichtleistung am ersten (oberen) Ausgang ausgegeben wird (d. h. so langsam, dass die Regelung der Änderung der Polarisation der in das erste Interferometer 28 eingegebenen Lichtwelle folgen kann).
Nach Abschluß der Drehung ist bei der in das erste Interferometer 28 bzw. die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle gegenüber der in die Polarisations-Dreheinrichtung 26 eingegebenen Lichtwelle die Größe der elektrischen Felder S_p, S_s vertauscht; aus dem Winkel δ ist ein Winkel -δ geworden. Nach Abschluß der Drehung ist die Regelung wieder relativ weit von der Regelbereichsgrenze entfernt.
Der elektrische Feld-Vektor der nach einer Drehung der Polarisation um 90° am Ausgang der Polarisations-Dreheinrichtung 26 ausgegebenen, d. h. in den Eingang der in die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle kann anhand des Feld-Vektors der entsprechenden, am Polarisations-Dreheinrichtungs-Eingang eingegebenen Lichtwelle, und der folgenden, 90°-Drehmatrix D berechnet werden:
Das - nach der Drehung - zu der in die Polarisationsteileinrichtung 27 eingegebenen Lichtwelle gehörige elektrische Feld S läßt sich somit durch folgenden Vektor beschreiben:
Am ersten (oberen) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 wird dann also eine Lichtwelle ausgegeben, deren elektrisches Feld durch den folgenden Vektor beschrieben werden kann:
Dabei beschreibt der Winkel φ₁ entsprechend wie oben erläutert die durch den Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 hervorgerufene Phasenverschiebung.
Entsprechend kann der elektrische Feld-Vektor der am zweiten (unteren) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebenen Lichtwelle - bei einer Drehung der Polarisationsrichtung der in die Polarisations-Dreheinrichtung 26 eingegebenen Lichtwelle um 90° - wie folgt beschrieben werden:
Dabei beschreibt der Winkel φ₂ die Phasenverschiebung, die durch den Durchlauf der Lichtwelle durch die Polarisationsteileinrichtung 27 hervorgerufen wird.
Die Polarisationsrichtung der am ersten (oberen) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebene Lichtwelle wird dann, wie oben erläutert, in der Polarisationsstelleinrichtung 31 um 90° (π/2) gedreht.
Die entsprechende Lichtwelle wird gemäß der Darstellung oben in der Koppeleinrichtung 34 mit der am zweiten (unteren) Ausgang der Polarisationsteileinrichtung 27 ausgegebenen, über die Längenstelleinrichtung 32 zugeführten, und damit (zusätzlich) phasenverzögerten Lichtwelle gemischt.
Im Fall einer Drehung der Polarisationsrichtung der in die Polarisations-Dreheinrichtung 26 eingegebenen Lichtwelle um 90° ergibt sich somit für die am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle der folgende elektrische Feld-Vektor:
Auf entsprechende Weise kann das elektrische Feld der am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle in diesem Fall durch den folgenden Vektor beschrieben werden:
Das erste Interferometer 28 wird von der Steuereinrichtung 30 entsprechend wie oben beschrieben mittels des über die Signalleitung 40 zugeführten Steuersignals ω₁ so geregelt, dass die Lichtleistung der am zweiten (unteren) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle gleich groß ist, wie die Lichtleistung der am ersten (oberen) Ausgang der Koppeleinrichtung 34 ausgegebenen Lichtwelle.
Das erste Interferometer 28 wird (nach Abschluß der 90°-Drehung der Polarisationsrichtung der in die Polarisations-Dreheinrichtung 26 eingegebenen Lichtwelle) also so geregelt, dass gilt: φ₄-φ₃-δ = π/2.
Durch die in Fig. 3 gezeigte Polarisationswandeleinrichtung 24a wird somit - bei relativ einfachem Aufbau - unabhängig von der Eingangspolarisation der im Lichtwellenleiter 22a geführten Lichtwelle an den Lichtwellenleiter 23a eine Lichtwelle mit konstanter, linearer (Ausgangs-)Polarisation ausgegeben.

Bezugszeichenliste

1 Nachrichtennetzwerk
2 Netzknoten
3 Netzknoten
4 Netzknoten
5 Netzknoten
6 Netzknoten
7 Netzknoten
8 Lichtwellenleiter
9 Lichtwellenleiter
10 Lichtwellenleiter
11 Lichtwellenleiter
12 Lichtwellenleiter
13 Lichtwellenleiter
14 Lichtwellenleiter
15 Lichtwellenleiter
16 Sende-Empfangseinrichtung
17 Sende-Empfangseinrichtung
18 Sende-Empfangseinrichtung
19 Sende-Empfangseinrichtung
20 Sendeeinrichtung
21a Sender
21b Sender
22a Lichtwellenleiter
22b Lichtwellenleiter
23a Lichtwellenleiter
23b Lichtwellenleiter
24a Polarisationswandeleinrichtung
24b Polarisationswandeleinrichtung
25 Polarisationsmischeinrichtung
26 Polarisations-Dreheinrichtung
27 Polarisationsteileinrichtung
28 Interferometer
29 Interferometer
30 Steuereinrichtung
31 Polarisationsstelleinrichtung
32 Längenstelleinrichtung
33 Längenstelleinrichtung
34 Koppeleinrichtung
35 Koppeleinrichtung
36 Lichtwellenleiter
37 Lichtwellenleiter
38 Lichtwellenleiter
39 Lichtwellenleiter
40 Signalleitung
41 Lichtwellenleiter
42 Lichtwellenleiter
43 Lichtwellenleiter
44 Signalleitung
45 Lichtwellenleiter
46 Lichtwellenleiter
47 Messeinrichtung
48 Signalleitung

Claims

1. Polarisationswandeleinrichtung (24a) zum Wandeln einer an deren Eingang eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationswandeleinrichtung (24a) zum Wandeln der elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetischen Welle vorbestimmter Polarisation mindestens eine Interferometereinrichtung (35) aufweist.

2. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 1, bei welcher die Interferometereinrichtung (35) ein Mach-Zehnder-Interferometer ist.

3. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 1 oder 2, welche außerdem eine Polarisationsteileinrichtung (27) aufweist, mit einem ersten Eingang, welchem die in die Polarisationswandeleinrichtung (24a) eingegebene oder eine daraus abgeleitete elektromagnetische Welle zugeführt wird, und mit mindestens einem ersten und einem zweiten Ausgang, an welchen zwei elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Polarisation ausgegeben werden, wobei eine erste der von der Polarisationsteileinrichtung (27) ausgegebenen elektromagnetischen Wellen oder eine daraus abgeleitete elektromagnetische Welle einem ersten Eingang der Interferometereinrichtung (35) zugeführt wird, und eine zweite der von der Polarisationsteileinrichtung (27) ausgegebenen elektromagnetischen Wellen oder eine daraus abgeleitete elektromagnetische Welle einem zweiten Eingang der Interferometereinrichtung (35).

4. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 3, bei welcher zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung (27), und dem entsprechenden ersten und/oder zweiten Eingang der Interferometereinrichtung (35) eine Einrichtung (33) geschaltet ist, mit welcher die Phase der dem entsprechenden Eingang der Interferometereinrichtung (35) zugeführten elektromagnetischen Welle variabel verzögerbar ist.

5. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 4, bei welcher die Einrichtung (33) eine Piezoscheibe oder einen elektro-optischen Phasenschieber aufweist.

6. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 5, bei welcher um die Piezoscheibe herum ein elektromagnetischer Wellenleiter angeordnet ist.

7. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, bei welcher die Interferometereinrichtung (35) mindestens einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, an welchen unterschiedliche, auf Interferenz der am ersten und am zweiten Interferometer-Eingang eingegebenen elektromagnetischen Wellen beruhende elektromagnetische Wellen ausgegeben werden.

8. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 7, welche außerdem eine Steuereinrichtung (30) aufweist, welche die Einrichtung (33) so steuert, dass die am ersten oder zweiten Ausgang der Interferometereinrichtung (35) ausgegebene elektromagnetische Welle eine relativ hohe Leistung, und die am anderen Ausgang oder an den anderen Ausgängen ausgegebene elektromagnetische Welle eine relativ geringe Leistung aufweist, insbesondere im wesentlichen die gesamte elektromagnetische Leistung an einem einzigen Interferometer-Ausgang erscheint.

9. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 8, welche außerdem eine Messeinrichtung (47) aufweist zum Messen der Leistung der an mindestens einem Ausgang der Interferometereinrichtung (35) ausgegebenen elektromagnetischen Welle.

10. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 9, bei welcher von der Steuereinrichtung (30) über eine Steuerleitung (44) an die Einrichtung (33) gelieferte Steuersignale in Abhängigkeit von von der Messeinrichtung (47) gelieferten Leistungs-Meßdaten gewählt werden.

11. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei welcher zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung (27), und dem entsprechenden ersten und/oder zweiten Eingang der Interferometereinrichtung (35) eine weitere Interferometereinrichtung (34) geschaltet ist.

12. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 11, bei welcher zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung (27), und einem entsprechenden ersten und/oder zweiten Eingang der weiteren Interferometereinrichtung (34) mindestens eine Polarisationsstelleinrichtung (31) geschaltet ist, mit welcher die Polarisation von mindestens einer der der weiteren Interferometereinrichtung (34) zugeführten elektromagnetischen Wellen so gedreht wird, dass die Polarisation der dem ersten und zweiten Eingang der weiteren Interferometereinrichtung (34) zugeführten elektromagnetischen Wellen im wesentlichen identisch ist.

13. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Ausgang der Polarisationsteileinrichtung (27), und dem entsprechenden ersten und/oder zweiten Eingang der weiteren Interferometereinrichtung (34) eine Einrichtung (32) geschaltet ist, mit welcher die Phase der dem entsprechenden Eingang der weiteren Interferometereinrichtung (34) zugeführten elektromagnetischen Welle variabel verzögerbar ist.

14. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 13, bei welcher die Einrichtung (32) eine Piezoscheibe aufweist.

15. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 14, bei welcher um die Piezoscheibe herum ein elektromagnetischer Wellenleiter angeordnet ist.

16. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei welcher die weitere Interferometereinrichtung (34) mindestens einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, an welchen auf Interferenz der am ersten und am zweiten Interferometer-Eingang eingegebenen elektromagnetischen Wellen beruhende elektromagnetische Wellen ausgegeben werden.

17. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 16, bei welcher die Steuereinrichtung (30) die Einrichtung (32) so steuert, dass die am ersten und zweiten Ausgang der weiteren Interferometereinrichtung (34) ausgegebenen elektromagnetischen Wellen im wesentlichen gleiche Leistung aufweisen.

18. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, welche eine Polarisations-Dreheinrichtung (26) aufweist, welche in Reaktion auf ein von der Steuereinrichtung (30) empfangenes Steuersignal die Polarisation der in die Polarisationsteileinrichtung (27) eingegebenen elektromagnetischen Welle ändert.

19. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 18, bei welcher die Polarisations-Dreheinrichtung (26) die Polarisation in Reaktion auf das Steuersignal zunächst immer stärker verändert.

20. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach Anspruch 19, bei welcher die Polarisations-Dreheinrichtung (26) die Polarisationsrichtung der in die Polarisationsteileinrichtung (27) eingegebenen elektromagnetischen Welle in Reaktion auf das Steuersignal zunächst um 0°, und dann immer stärker, insbesondere um bis zu 60°-90°, verdreht.

21. Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die elektromagnetischen Wellen Lichtwellen sind.

22. Polarisationswandelverfahren zum Wandeln einer an einem Eingang einer Polarisationswandeleinrichtung (24a) eingegebenen elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle vorbestimmter Polarisation, insbesondere zur Verwendung in einer Polarisationswandeleinrichtung (24a) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wandeln der elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetischen Welle vorbestimmter Polarisation mindestens eine Interferometereinrichtung (35) verwendet wird.