-
Technisches Anwendungsgebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Isolator, der durch einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder durch einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte gebildet ist.
-
Ein optischer Isolator ist durch ein asymmetrisches Transmissionsverhalten gekennzeichnet. In der einen Strahlrichtung (Durchlassrichtung) lässt der optische Isolator das Licht mit geringen Verlusten passieren, in der anderen Strahlrichtung (Sperrrichtung) wird es blockiert. Optische Isolatoren sind daher besonders geeignet, um optische Systeme asymmetrisch zu koppeln. Das erste System kann dabei in Transmissionsrichtung zwar auf das zweite System einwirken, das zweite System in Sperrrichtung aber nicht auf das erste zurückwirken.
-
Der Effekt der optischen Isolation lässt sich unter Verwendung eines Faraday-Rotators und zweier Polarisatoren für linear polarisiertes Licht hervorrufen. Das Licht einer linear polarisierten Quelle durchläuft den ersten Polarisator in seiner Transmissionsrichtung und wird anschließend durch den Faraday-Rotator um 45° gedreht. Der zweite Polarisator steht für diese Polarisationsrichtung in Transmission. Zurücklaufendes, unpolarisiertes Licht, wird zur Hälfte vom zweiten Polarisator geblockt. Der nun linear polarisierte Strahl läuft durch den Faraday-Rotator und wird dabei um 45° so gedreht, dass er am ersten Polarisator geblockt wird. Ein solcher Isolator blockt zurücklaufendes Licht beider Polarisationen. Eine unpolarisierte Quelle wird zunächst in ihre beiden Polarisationen aufgespaltet und dann durch zwei separate Isolatoren geschickt.
-
Eine vereinfachte Variante des optischen Isolators lässt sich mit einem Polarisator und einer Viertelwellenplatte realisieren. Das Licht einer linear polarisierten Quelle durchläuft den Polarisator in seiner Transmissionsrichtung und wird anschließend von der Viertelwellenplatte in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Wird dieses Licht ohne Änderung des Polarisationszustandes zurück reflektiert, bspw. von einem Werkstück bei der Materialbearbeitung, so wird es von der Viertelwellenplatte wieder in linear polarisiertes Licht gewandelt. Seine Polarisationsachse steht nun senkrecht zur Polarisation der Quelle und das Licht wird vom Polarisator geblockt. Ein solcher optischer Isolator blockt sein eigenes, polarisationserhaltend reflektiertes Licht vollständig, aber nur die Hälfte der unpolarisiert zurücklaufenden Strahlung. Eine unpolarisierte Quelle wird zunächst in ihre beiden Polarisationen aufgespaltet und dann durch zwei separate Isolatoren geschickt.
-
Stand der Technik
-
Bekannte optische Isolatoren basieren auf der Verwendung eines Faraday-Rotators in Verbindung mit Dünnschicht- oder Kristallpolarisatoren als separate optische Elemente (Freistrahlelemente). Durch Verwendung einer Kollimations- und einer Fokussierlinse können derartige optische Isolatoren fasergekoppelt ausgeführt werden, d. h. zwischen zwei Fasern eingesetzt werden. Allerdings treten beim Wiedereinkoppeln des Strahls in eine optische Faser vergleichsweise hohe Verluste von typisch 20 bis 50% auf, insbesondere im Falle einer hohen zu übertragenden Strahldichte (z. B. weniger als 2,5 mm mrad bei 1065 nm oder Grundmode-Strahlung). Bei der Übertragung hoher mittlerer Leistungen kann durch diese Verlustleistung die Fasereinkopplung zerstört werden. In jedem Fall sind aufwendige technische Vorkehrungen zu treffen, um die durch die Verlustleistung entstehende Wärme abzuführen und um eine Dejustage der Einkopplung zu verhindern. Durch eine Restabsorption im Faraday-Kristall kann sich bei hohen mittleren Leistungen in dem Kristall eine thermische Linse ausbilden, die zu einer Verringerung der Strahlqualität führt und eine Verschiebung der Fokusposition hinter der Einkoppellinse bewirkt. Dieser Effekt kann zu einer drastischen Verschlechterung der Einkoppeleffizienz führen. Weiterhin verursacht die inhomogene thermische Last Spannungen im Kristallmaterial und damit Spannungsdoppelbrechung. Dadurch sinkt der Isolationsgrad des Isolators.
-
Aus der
US 7,336,858 B1 ist ein optischer Isolator bekannt, der einen faserintegrierten Faraday-Rotator zwischen zwei faserintegrierten Polarisatoren aufweist. Der Faraday-Rotator wird durch ein Array aus alternierenden Magnetfeldern gebildet, das einen niedrig doppelbrechenden Faserabschnitt umgibt. An diesen Faserabschnitt schließen sich beidseitig hoch doppelbrechende Faserabschnitte an, die als Polarisatoren über eine Länge von 1 cm schräg eingeschriebene Bragg-Gitter aufweisen. Die in Sperrrichtung propagierende Strahlung wird an dem in Durchlassrichtung ersten Polarisator bzw. Bragg-Gitter aus der Faser herausgestreut. Bei der Übertragung höherer mittlerer Leistungen kann ein derartiger Aufbau allerdings problematisch werden, da durch den Polarisator eine hohe Leistung über einen relativ kleinen Bereich ausgekoppelt wird.
-
In der Veröffentlichung von Stolen, R. H. et al., „Single mode fiber components”, Proc. of the IEEE, Vol 75, No. 11, S. 1498–1511 (1987), werden allgemein faserintegrierte Komponenten beschrieben, insbesondere Polarisatoren, Wellenplatten und Faraday-Rotatoren, die zusammen in einem Faseraufbau integriert werden können, bspw. um einen optischen Isolator zu bilden. Auch die Veröffentlichung von Sun, L. et al., „All-fiber isolator based on Faraday rotation”, Conference Paper der Konferenz Frontiers in Optics, San Jose/USA, 11. Oktober 2009, offenbart einen faserintegrierten optischen Isolator aus einem faserintegrierten Faraday-Rotator zwischen zwei polarisierenden Fasern, wobei die einzelnen Fasern zusammengespleist sind.
-
AuYeung, J. et al., „Continuous backward-wave generation by degenerate four-wave-mixing in optical fibers”, Optics Letters, Vol. 4, No. 1, S. 42–S. 44 (1979); Park, Y. K. et al., „Stable single-axial-mode operation of an unstable-resonator Nd:YAG oscillator by injection locking”, Optics Letters, Vol. 5, No. 3, S. 96–S. 98 (1980); und Eckstein, J. N. et al., „High resolution two-photon spectroscopy with picosecond light pulses”, Phys. Rev. Lett., Vol. 40, No. 13, S. 847–S. 850 (1978), zeigen jeweils optische Isolatoren aus einer Viertelwellenplatte und einem Polarisator, wobei die Komponenten jedoch nicht faserintegriert sind. Die nachveröffentlichte Publikation von Sun. L. et al., „All-fiber optical isolator based on Faraday rotation in highly terbium-doped fiber”, Optics Letters, Vol. 35, No. 5, S. 706–S. 708 (01. März 2010) beschreibt ebenfalls einen faserintegrierten optischen Isolator wie in der bereits oben genannten Veröffentlichung der gleichen Autoren.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Isolator bereitzustellen, der eine hohe Leistungsfestigkeit aufweist, so dass die übertragbare mittlere Leistung im Dauerbetrieb im Bereich über 100 W bis zu Multi-kW liegen kann. Der optische Isolator soll weiterhin eine niedrige Einfügedämpfung aufweisen und insbesondere bei Verwendung mit Faserlasern die hohe Strahlqualität derartiger Laser erhalten.
-
Darstellung der Erfindung
-
Die Aufgabe wird mit dem optischen Isolator gemäß Patentanspruch 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses optischen Isolators sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Alternative Ausgestaltungen eines optischen Isolators sind in den Patentansprüchen 10 und 11 angegeben.
-
Der vorgeschlagene optische Isolator weist als Komponenten mindestens auf: einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte. Der optische Isolator zeichnet sich dadurch aus, dass der eine oder die beiden Polarisatoren jeweils durch polarisationserhaltende optische Fasern gebildet sind, die zu einer Spirale gewickelt sind, wobei sich ein Radius und/oder eine Ganghöhe der Spirale über eine Länge der polarisationserhaltenden Fasern ändert. Die gewickelten polarisationserhaltenden Fasern stellen aufgrund ihrer Wicklung polarisierende optische Fasern dar.
-
Die Ausgestaltung der Polarisatoren bzw. des Polarisators als polarisierende optische Fasern hat den Vorteil, dass das in Sperrrichtung laufende Licht über eine größere Länge, von bspw. 1 bis 10 m, ausgekoppelt wird, als dies bei der Nutzung anderer Polarisatoren der Fall ist. Dadurch lässt sich die Gesamtleistung, die mit einem derartigen optischen Isolator übertragen bzw. ausgekoppelt werden kann, deutlich erhöhen. Der optische Isolator ist damit für die Übertragung mittlerer Leistungen im Dauerbetrieb bis in den Multi-kW-Bereich einsetzbar. Vorzugsweise sind hierbei alle Komponenten des optischen Isolators als faseroptische Elemente ausgeführt und in einer optischen Faser integriert oder bilden einen Abschnitt einer optischen Faser, die bspw. durch Verspleißung von Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden kann. Beispiele für faserintegrierte Fraday-Rotatoren oder Viertelwellenplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierzu wird beispielhaft auf die bereits genannte
US 7,336,858 B1 oder auf E. Voges et al.: Optische Kommunikationstechnik – Handbuch für Wissenschaft und Industrie, 1. Auflage, Berlin: Springer 2002, Seiten 420–421 verwiesen. Die letztgenannte Veröffentlichung zeigt verschiedene Möglichkeiten einer faserintegrierten Viertelwellenplatte.
-
Durch die Integration aller Komponenten des optischen Isolators in eine optische Faser entfällt die Notwendigkeit der Aus- und Einkopplung des zu übertragenden Lichts in Faser-basierten Anordnungen, so dass keine nachteiligen Einkoppelverluste auftreten. Der vorgeschlagene optische Isolator ermöglicht dabei die Verwendung von Fasern mit geringen Faserquerschnitten auch für die höheren mittleren Leistungen, so dass die von einem Faserlaser als Quelle erzeugte hochbrillante Eingangsstrahlung in der Strahlqualität erhalten wird.
-
Generell bietet sich der Einsatz des vorgeschlagenen optischen Isolators gerade im Bereich der Faserlaser an, da diese systembedingt das Licht bereits in einem Lichtwellenleiter führen. Ein Anwendungsbeispiel sind optische Leistungsverstärker, bei denen das Ausgangssignal einer optischen Signalquelle, bspw. einer Laserdiode, durch den optischen Isolator in einen optischen Verstärker, bspw. eine Ytterbium- oder Erbium-dotierte, optisch gepumpte Faser, eingekoppelt wird. Der Verstärker verstärkt das Signal, erzeugt aber auch optische Störungen, z. B. verstärkte spontane Emission (ASE) oder stimulierte Brillouin-Streuung, die ohne optischen Isolator in die Signalquelle zurückwirken und diese stören oder zerstören könnten. Der vorgeschlagene optische Isolator verhindert diese Rückwirkungen.
-
Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Laser in der Materialbearbeitung, bei denen die Laserstrahlung über optische Fasern geführt wird. So wird bspw. beim Schneiden oder Schweißen mit einem Laser ein großer Anteil der eingestrahlten Laserleistung nicht vom Werkstück absorbiert, sondern reflektiert. Diese Reflektionen können im ungünstigen Fall direkt in den Laser zurücklaufen und diesen stören oder zerstören. Der vorgeschlagene optische Isolator zwischen Laser und Werkstück verhindert dies.
-
Optische Fasern zur Lichtübertragung, insbesondere Glasfasern, bestehen aus einem hochbrechenden Kern und einem niederbrechenden Mantel, beide typischerweise aus Quarzglas. Umgeben ist diese Struktur von einer Kunststoffschicht. Diese schützt zum einen das Quarzglas, hat zum anderen aber auch optische Funktionen. Eine niederbrechende Kunststoffschicht sorgt dafür, dass Licht auch im Mantel der Faser geführt wird (Doppelmantelfaser). Eine Index-angepasste oder hochbrechende Beschichtung führt dazu, dass das Licht nicht im Fasermantel geführt wird und über die Länge der Faser auskoppelt.
-
Wird polarisiertes Licht in eine Glasfaser eingekoppelt, so bleibt der Polarisationszustand zunächst erhalten. Jedoch kann sich der Polarisationszustand über die Länge der Faser ändern, bspw. durch Spannungsdoppelbrechung beim Biegen der Faser (linear zu zirkular polarisiert). Auf kurzen Stücken lassen sich auf diese Weise gezielt bestimmte Polarisationszustände einstellen. Auf langen Strecken ist der Polarisationszustand des in einer normalen Glasfaser geführten Lichts aber nicht stabil.
-
Polarisationserhaltende Fasern, wie sie im vorgeschlagenen optischen Isolator eingesetzt werden, weisen eine starke innere Doppelbrechung auf und führen linear polarisiertes Licht, das entlang einer der Hauptachsen eingekoppelt ist, unter Erhalt der Polarisation auch über lange Strecken. Aufgrund der Doppelbrechung weist eine der beiden Hauptachsen eine etwas größere numerische Apertur auf, als die andere (schnelle Achse – langsame Achse). Dies führt zu einer unterschiedlichen Biegedämpfung für die beiden Polarisationsachsen. Diese Biegedämpfung wird bei dem vorgeschlagenen optischen Isolator ausgenutzt, um aus einer polarisationserhaltenden Faser eine polarisierende optische Faser zu bilden. Die polarisationserhaltende optische Faser ist hierzu gewickelt, wobei der Wickelradius so gewählt ist, dass die besser geführte Polarisation (langsame Achse, parallel zur Verbindungslinie zwischen den Spannungsstäben) in der Faser niedrige Biegeverluste erfährt und die schlechter geführte Achse (schnelle Achse, senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den Spannungsstäben) hohe Biegeverluste. Die Faser wirkt dadurch polarisierend. Vorzugsweise wird hierbei eine polarisationserhaltende Faser mit einer kleinen numerischen Apertur NA des Kerns (NA ≤ 0,1) verwendet. Durch diese kleine numerische Apertur ist die Faser generell biegeempfindlicher und die beiden Polarisationsmoden lassen sich über die Biegedämpfung gut trennen.
-
Bei Aufwickeln der Faser auf einen Wickelkörper, bspw. einen Zylinder, mit konstantem Biegeradius und einer konstanten Ganghöhe der resultierenden Spirale wird eine konstante Biegedämpfung über die aufgewickelte Länge erreicht. Die Dämpfung der unerwünschten Polarisation erfolgt in diesem Fall exponentiell, so dass ein vergleichsweise hoher Leistungs- und Wärmeanteil direkt am Anfang der gewickelten Faser auftritt.
-
Bei dem vorgeschlagenen Isolator sind die polarisationserhaltenden Fasern jedoch so gewickelt, dass sich der Radius und/oder die Ganghöhe der resultierenden Spirale über die Länge der polarisationserhaltenden Faser ändert. Vorzugsweise verkleinert sich dabei der Wickel- bzw. Biegeradius über die Länge. Dadurch wird eine gleichmäßigere Auskopplung der unerwünschten Polarisation über die Länge der Faser erreicht. Beispielsweise kann die Faser in einer archimedischen (lineare Zunahme bzw. Abnahme des Radius) oder logarithmischen (exponentielle Zunahme bzw. Abnahme des Radius) Spirale gewickelt sein. Durch Variation der Ganghöhe (Gewindesteigung) kann ebenfalls eine gewünschte Verteilung der ausgekoppelten Leistung über die Länge erreicht werden. Ziel der Variation des Wickel- bzw. Biegeradius und/oder der Ganghöhe ist es, die Abhängigkeit der Biegedämpfung vom Biegeradius zu nutzen, um die relative Dämpfung (bspw. in Prozent pro Meter) so anzupassen, dass die absolute Dämpfung (bspw. in Watt pro Meter) konstant niedrig wird. Auf diese Weise kann eine Schädigung durch eine überhöhte lokale thermische Last sehr geschickt vermieden werden.
-
Vorzugsweise wird eine polarisationserhaltende Faser mit hochbrechender Kunststoffbeschichtung (Brechungsindex größer als der des Fasermantels) eingesetzt, so dass das Licht, das aus dem Faserkern ausgetreten ist, auch aus dem Mantel austreten kann. Eine derartige Faser ist dann vorzugsweise auf einem Wickelkörper aufgewickelt, der aus einem die austretende Strahlung absorbierenden und gut Wärme leitenden Material besteht. Der Wickelkörper dient dann sowohl zur Absorption der austretenden Strahlung als auch dazu, die durch die Absorption anfallende Wärme schnell abzuführen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird als polarisierende optische Faser eine Doppelmantelfaser eingesetzt, bei der die aus dem Kern austretende Strahlung im Mantel abgeführt wird. Dieses Licht kann dann an geeigneter Stelle aus dem Mantel ausgekoppelt werden und einer weiteren gezielten Verwertung zugeführt oder an geeigneter Stelle absorbiert werden. Das geblockte bzw. in den Mantel ausgetretene Licht wird dabei nicht lokal im Bereich des Polarisators in Wärme umgewandelt und kann bspw. auch verteilt über eine große Länge aus dem Mantel ausgekoppelt und absorbiert werden.
-
Die Auskopplung aus dem Mantel kann bspw. mit einem umgedrehten Multimode-Pumpkoppler erfolgen. In einem Multimode-Pumpkoppler ist die eigentliche Signalfaser von einem Ring von Multimodefasern umgeben und das ganze Faserbündel ist verschmolzen. Durch geeignete Ausgestaltung kann diese Komponente so aufgebaut werden, dass das in den Mantel ausgetretene Licht in die Multimodefasern koppelt und das Signallicht verlustarm durch die Signalfaser in der Mitte geführt wird.
-
Ein Teil des Mantellichts kann dabei bspw. mit einer Photodiode detektiert werden, um ggf. eine Abschaltung des Lasers bei Überschreitung einer bestimmten Intensität dieses Mantellichts einzuleiten. Weiterhin kann auch ein Teil des Mantellichts zur Bestimmung bspw. des ASE-Levels in einer Verstärkerstufe, zur Detektion von stimulierter Brillouin-Streuung (SBS) oder auch für eine spektrale Analyse des Lichts verwendet werden.
-
Bei der Nutzung einer Viertelwellenplatte kann diese bspw. in Form einer oder mehrerer Faserschleifen ausgeführt sein, deren Wickelebenen zueinander verstellbar sein können. Durch die Biegung der Faser wird die eingangsseitige lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation umgewandelt. Weiterhin kann die Viertelwellenplatte auch in Form mechanischer oder piezoelektrischer Klemmsteller ausgeführt sein, deren Klemmachsen zueinander verdreht sind. Durch die induzierten Spannungen wird die Faser doppelbrechend und wandelt die eingangsseitige lineare Polarisation in eine zirkulare Polarisation um. Beispiele für den prinzipiellen Aufbau derartiger faserintergrierter Viertelwellenplatten aus einer oder mehreren Faserschleifen oder mit mechanischen oder piezoelektrischen Klemmstellern sind aus der oben genannten Veröffentlichung von E. Voges et al. ersichtlicht. Die Nutzung eines Aufbaus aus Polarisator und Viertelwellenplatte hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu der anderen Ausgestaltung, die den Faraday-Effekt nutzt, keine Faserkomponente mit einer großen Verdet-Konstante erforderlich ist.
-
Schließlich wird noch eine alternative Ausgestaltung eines optischen Isolators vorgeschlagen, der mindestens einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte aufweist. Der eine oder die beiden Polarisatoren sind in diesem Fall durch faseroptische Elemente gebildet, die eine Doppelmantelstruktur mit einem Faserkern und einem Fasermantel aufweisen, der mit einer Beschichtung oder Ummantelung versehen ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Fasermantel aufweist, so dass aus dem Faserkern in den Fasermantel eintretende optische Strahlung im Fasermantel geführt wird. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich unabhängig von der Ausbildung der Polarisatoren das in den Fasermantel eingekoppelte Licht ableiten und an geeigneter Stelle vom Kernlicht trennen. Das geblockte Licht wird dadurch nicht lokal im Polarisator in Wärme umgewandelt, sondern wird im Fasermantel zunächst abgeführt. An geeigneter Stelle kann es dann auch verteilt über eine große Länge aus dem Mantel ausgekoppelt und absorbiert werden. Darüber hinaus verlässt bei einer faserintegrierten Ausbildung der Komponenten das Signallicht die Faser auch hier nicht, so dass die Anordnung sehr niedrige Transmissionsverluste aufweist.
-
Der vorgeschlagene optische Isolator lässt sich bei Faserverstärkern, Faserlasern sowie in der Mess- und Kommunikationstechnik oder der Materialbearbeitung einsetzen. Insbesondere ermöglicht der optische Isolator die Isolation einzelner Stufen in Faserverstärkern mit niedriger Verstärkung (bis zu 10 W) sowie in Faserverstärkern mit hoher mittlerer Leistung (> 10 W). Er schützt bspw. Faserlaser gegen Rückwirkungen aus der Anwendung, bspw. beim Laser-Schweißen, Schneiden oder Abtragen, besonders für Hochleistungslaser (> 10 W).
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Der vorgeschlagene optische Isolator wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren nochmals kurz erläutert.
-
Hierbei zeigen:
-
1 ein Beispiel für den Aufbau einer polarisationserhaltenden Faser im Querschnitt;
-
2 ein erstes Beispiel für den schematischen Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators;
-
3 ein zweites Beispiel für den schematischen Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators; und
-
4 ein Beispiel für die Auskopplung von Mantellicht.
-
Wege zur Ausführung der Erfindung
-
1 zeigt schematisch im Querschnitt den Aufbau einer polarisationserhaltenden Faser, wie sie zur Bildung der polarisierenden optischen Faser beim vorgeschlagenen optischen Isolator eingesetzt werden kann. Die polarisationserhaltende Faser weist eine starke innere Doppelbrechung auf, wobei die beiden Hauptachsen (schnelle Achse, langsame Achse) in der Figur dargestellt sind. Die entlang der jeweiligen Achsen auftretenden Brechungsindexsprünge zwischen dem Kern 1 und dem Mantel 2 dieser Faser sind in den Diagrammen der Figur ebenfalls angedeutet. Zur Erzeugung der Doppelbrechung weist diese Faser in bekannter Weise Spannungsstäbe 3 auf, die in den Mantel 2 eingebettet sind. Durch Biegung der Faser wird die Polarisationsmode in der schnellen Achse aus dem Kern 1 ausgekoppelt, tritt in dem Mantel 2 ein und wird dort geführt. Die Polarisation entlang der langsamen Achse erfährt hingegen niedrige Biegeverluste und wird dadurch mit nur geringen Transmissionsverlusten im Kern 1 der Faser geführt. Die in diesem Beispiel verwendete Faser hat einen Manteldurchmesser von 400 μm, einen Kerndurchmesser von 20 μm, eine numerische Apertur des Kerns von 0,06 und eine Doppelbrechung von 3,5 × 10–4. Bei einem Wickel- bzw. Biegeradius von 35 mm tritt bei einer derartigen Faser eine sehr gute Polarisationstrennung auf. Die in den Mantel 2 eintretende unerwünschte Polarisation wird im Mantel geführt und kann an geeigneter Stelle aus dem Mantel ausgekoppelt werden.
-
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für den Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators mit den beiden polarisierenden optischen Fasern
4,
5 und dem dazwischen liegenden faserintegrierten Faraday-Rotator
6. Die optisch polarisierenden Fasern
4,
5 sind hierbei aus polarisationserhaltenden Fasern aufgebaut, die auf einen Wickelkörper
8 aufgewickelt sind. Dies ist in der Figur schematisch angedeutet. Der Faraday-Rotator
6 kann durch Nutzung eines Faserabschnitts mit einer geeigneten Verdet-Konstante und äußeren Magnetfeld erzeugenden Einrichtungen gebildet sein, wie sie aus der
US 7,336,858 B1 bekannt sind.
-
3 zeigt schematisch einen Aufbau aus einer optisch polarisierenden Faser 4 und einer faserintegrierten Viertelwellenplatte 7, die hier wiederum lediglich schematisch angedeutet ist und bspw. aus Faserschleifen oder mit geeigneten Klemmstellern gebildet sein kann, wie sie aus der Veröffentlichung von E. Voges et al. bekannt sind.
-
Zur Ableitung des in den Mantel eingekoppelten Lichts 9 der unerwünschten Polarisation können Multimode-Pumpkoppler eingesetzt werden. 4 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung, bei der die Signalfaser 12 von einem Ring aus Multimode-Fasern 11 umgeben ist, wobei das ganze Faserbündel miteinander verschmolzen ist. Das in den Mantel gekoppelte, geblockte Licht 9 koppelt in den Ring aus Multimode-Fasern 11 und wird mit diesen vom Signallicht 10 des Kerns getrennt, das durch die Signalfaser 12 in der Mitte geführt wird. Auf diese Weise lässt sich die unerwünschte Polarisation geeignet über die Multimode-Fasern 11 abführen und an geeigneter Stelle einer weiteren Verwertung oder einer Absorption zuführen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Faserkern
- 2
- Fasermantel
- 3
- Spannungsstäbe
- 4
- polarisierende optische Faser
- 5
- polarisierende optische Faser
- 6
- faserintegrierter Faraday-Rotator
- 7
- faserintegrierte Viertelwellenplatte
- 8
- Wickelkörper
- 9
- Mantellicht
- 10
- Signallicht
- 11
- Multimode-Faser
- 12
- Signalfaser
