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Zirkulator Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsvorrichtung
elektromagnetischer Wellen des optischen Frequenzbereichs, insbesondere auf einen
optischen Zirkulator.
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Das Prinzip nichtreziproker Kopplungen zwischen mehreren Wellenleitern
ist beispielsweise in dem Artikel »The Behavoir an Applications of Ferrites in the
Microwave Region« (Eigenschaften und Anwendungen von Ferriten im Mikrowellenbereich)
von A. G. Fox, S. E. M i I 1 e r und M. T. Weiss in der Zeitschrift »The Bell System
Technical Journal« vom Januar 1955, S. 5 bis 103, beschrieben. Die Anwendung der
dort beschriebenen Vorrichtungen ist auf leitend begrenzte Wellenleiter für Mikrowellenfrequenzen
beschränkt. Die Schaffung selektiv fiuoreszenter optischer Verstärker (optischer
Maser), die in der Lage sind, kohärentes und im wesentlichen monochromatisches Licht
zu erzeugen, hat für die Übertragungstechnik neue Möglichkeiten eröffnet. So stellen
beispielsweise modulierte Energiestrahlen des optischen Frequenzbereiches extrem
breitbandige Übertragungskanäle dar, die in einem Lichtübertragungssystem verwendet
werden können. Jedoch sind die meisten der bisher verfügbaren Bauteile, die für
wesentlich niedrigere Frequenzbereiche gedacht waren, nicht für derartige höherfrequente
Systeme geeignet, bei denen die Fortpflanzungseigenschaften der elektromagnetischen
Wellen in erster Linie durch optische Gesetzmäßigkeiten, nicht aber durch Gesetzmäßigkeiten
des Mikrowellenbereiches bestimmt sind. Ein derartiges Bauteil ist der sogenannte
Zirkulator, bei dem eine einem ersten Tor zugeführte elektromagnetische Welle aus
einem zweiten Tor austritt, bei dem aber eine diesem zweiten Tor zugeführte elektromagnetische
Welle nicht wieder am ersten Tor, sondern an einem dritten Tor austritt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prinzipien eines Zirkulators
auf den optischen Frequenzbereich auszudehnen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung,
in nicht reziproker Weise eine Mehrzahl Tore für elektromagnetische Wellen des optischen
Frequenzbereiches mit Bauteilen zu verbinden, deren Arbeitsweise durch optische
Gesetze bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß weist jede der Polarisationsauswahl-Kopplungsvorrichtungen
erste und zweite Prismen auf, die aus doppelbrechendem Material bestehen, voneinander
durch einen Spalt getrennt sind und paarweise zueinander parallel verlaufende Richtungen
ihrer optischen Achsen aufweisen, wobei die Richtung der der ersten Kopplungsvorrichtung
zugeordneten optischen Achse einen Winkel von 45° mit der Richtung der der zweiten
Kopplungsvorrichtung zugeordneten optischen Achse bildet. Mit anderen Worten weist
ein Zirkulator erste und zweite Polarisationsprismen auf, die längs des Lichtübertragungsweges
im Abstand voneinander angeordnet sind und hierauf einfallendes Licht in Richtungen
übertragen, die durch die Polarisation des Lichtes bestimmt sind, ferner einen Polarisationsrotator,
der zwischen den Polarisationsprismen liegt, Mittel zum Beleuchten mindestens einer
äußeren Oberfläche eines der Prismen mit linear polarisiertem Licht und Mittel zum
Empfangen des durchgelassenen Lichtes auf jeder von mindestens drei der äußeren
Prismenoberflächen. Die ersten und zweiten Polarisationsprismen sind je gekennzeichnet
durch Richtungen einer einzigen optischen Achse, die in parallelen Ebenen liegen,
und weisen je ein Paar Prismen auf, die durch einen Spalt getrennt sind. Die Polarisationsprismen
sind so gedreht, daß zwischen diesen Achsrichtungen ein Winkel von 4.5° gebildet
wird. Mit dergestalt orientierten Prismen entsteht ein vier Tore aufweisender Zirkulator,
bei dem optische Wellenenergie geeigneter Polarisation, die auf 'eine erste, ein
erstes Tor darstellende Prismen-Oberfläche auffällt, zu einer das zweite Tor darstellenden,
zweiten äußeren Prismen-Oberfläche läuft. Auf das zweite Tor auftreffende Strahlenergie
läuft zu einer das dritte Tor darstellenden, dritten Prismen-Oberfläche, die auf
das dritte Tor einfallende Energie läuft zu einer das vierte Tor darstellenden,
vierten
Prismen-Oberfläche und auf das vierte Tor einfallende Wellenenergie
läuft zum ersten Tor. Daher ist die Vorrichtung nicht reziproker Natur. Durch Einführen
einer Reflexion an einem der vier Tore kann die Vorrichtung zu einem drei Tore aufweisenden
Zirkulator reduziert werden.
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Bisher wurden Polarisationsprismen in einer Vorrichtung benutzt, in
der ein unpolarisierter Lichtstrahl auf eine Oberfläche des Polarisationsprismas
gerichtet worden ist, und das aus einer zweiten Oberfläche des Prismas austretende
linear polarisierte Licht wurde für die verschiedensten weiteren optischen Zwecke
verwendet. Die am Spalt reflektierte Energie war im allgemeinen unerwünscht und
wurde meist durch einen auf derjenigen Prisma-Oberfläche vorgesehenen schwarzen
Fleck absorbiert, durch die der Strahl normalerweise austreten würde. Gemäß der
Erfindung werden die Polarisationsprismen in einer neuartigen Kombination verwendet,
so daß eine optische Zirkulatorwirkung entsteht. An Stelle der Verwendung nicht
polarisierten Lichtes wird hierbei Licht mit einer Polarisationsrichtung verwendet,
die entweder parallel oder senkrecht zur optischen Achse eines der beiden räumlich
gegeneinander verdrehten Prismen steht, und optische Rotationsmittel sind zwischen
den gedrehten Prismen angeordnet.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Zirkulators gemäß
der Erfindung, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Kopplungscharakteristiken
des Zirkulators der F i g. 1, F i g. 3 A und 3 B eine perspektivische Ansicht bzw.
eine Schnittansicht eines ersten Polarisationsprismas, das sich für eine Verwendung
in einem optischen Zirkulator eignet, F i g. 4 A und 4 B eine perspektivische Ansicht
bzw. eine Schnittansicht eines zweiten Polarisationsprismas, das für den Gebrauch
in einem optischen Zirkulator geeignet ist, und F i g. 5 ein Blockschaltbild eines
Vielfachkanalverstärkers für ein optisches Übertragungssystem. Das Prinzip eines
Vieltorzirkulators ist in der Mikrowellentechnik bekannt. Das hierfür verwendete
Symbol ist in der F i g. 2 dargestellt. Werden elektromagnetische Wellen dem Tor
a zugeführt, so werden sie in zirkularer Weise zum Tor b übertragen. Eine Zuführung
bei b liefert eine Übertragung nach c, eine Zuführung bei c liefert eine Übertragung
nach d, und eine Zuführung bei d liefert eine Übertragung nach a.
Daher ist jedes Tor längs des Kreises immer nur an ein einziges anderes Tor, dem
Energie zugeführt wird, angekoppelt. Demgemäß wird, wenn einem gegebenen Ausgangstor
Energie zugeführt wird, diese Energie an ein anderes Tor angekoppelt als an das,
von dem die dem Ausgangstor zugeführte Energie herrührt.
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Wie im einzelnen aus der F i g. 1 hervorgeht, weist der optische Zirkulator
10 Polarisationsprismen 11
und 12 auf, die längs der geometrisch optischen
Übertragungsachse 13 im Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen beiden Prismen
ist ein Rotator 14 angeordnet. Das Polarisationsprisma 11 besteht aus einem Paar
Prismen 15, 16 dreieckigen Querschnitts, die mit ihren breiten Oberflächen einander
zugekehrt und durch einen Spalt 17 voneinander getrennt sind. Der Spalt ist mit
einem dielektrischen Material, z. B. Luft, ausgefüllt. In entsprechender Weise besteht
das Polarisationsprisma 12 aus einem Paar Prismen 18, 19 dreieckigen Querschnittes,
deren Breitseiten einander zugekehrt und durch einen Spalt 20 getrennt sind. Der
Spalt 20 ist gleichfalls mit dielektrischem Material, z. B. Luft, ausgefüllt. Die
Prismen 11 und 12 sind so gegenseitig orientiert, daß die Endflächen, die
durch die geometrisch optische Achse 13 geschnitten werden, Wechselweise miteinander
parallel sind und daß die Schnittgerade der Endfläche 21 des Prismas
12 mit der Ebene des Spaltes 20, einen 45°-Winkel zur Schnittgeraden der
Endfläche 22 des Prismas 11 mit der Ebene des Spaltes 17 bildet. Die
Prismen 15, 16 und 18, 19 bestehen aus doppelbrechendem Material, wie nachstehend
noch im einzelnen ausgeführt werden wird.
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Der Rotator ist längs der geometrisch optischen Achse 13 zwischen
den Polarisationsprismen 11 und 12 angeordnet und weist ein optisch aktives Material
auf, das in der Lage ist, eine Faraday-Drehung der Polarisationsebene auf die einfallende
polarisierte Wellenenergie optischer Frequenz auszuüben. Der Betrag dieser Drehung,
die durch den Rotator 14
ausgeübt wird, ist üblicherweise durch die Größe
oder die Orientierung eines stationären Magnetfeldes gesteuert, das eine nicht gezeichnete
Einrichtung erzeugt. Ein besonders geeignetes Rotatormaterial ist Chromtribromid.
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Natur und Eigenschaften der Polarisationsprismen, die als Prismen
11 und 12 in optischen Zirkulatoren gemäß der Erfindung Verwendung
finden können, werden in der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den F
i g. 3 A, 3 B, 4 A und 4 B verständlich.
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An der F i g. 3 A ist ein Polarisationsprisma 30 der Glan-Foucault-Klasse,
das beispielsweise aus zwei Kalzit-Prismen 31, 32 aufgebaut ist. Die Prismen
31, 32 sind durch einen Spalt 33 getrennt, der Spalt 33 kann beispielsweise als
Luftspalt ausgebildet sein. Kalzit ist ein doppelbrechendes Material dahingehend,
daß der Brechungsindex für die einfallenden Lichtwellen von der Polarisationsebene
der Wellen abhängt. Auf ein derartiges Material einfallendes unpolarisiertes Licht
wird in zwei Komponenten aufgespalten, von denen die eine dem Snelliusschen Brechungsgesetz
nicht folgt und als der außerordentliche Strahl bezeichnet wird. Kalzit ist ferner
als einachsiges Material definiert, da ihm eine bestimmte spezifische Richtung,
die die optische Kristallachse genannt wird, zugeordnet ist. Diese Richtung zeichnet
sich gegenüber allen übrigen Richtungen dadurch aus, daß, wenn ein Lichtstrahl den
Kristall längs der optischen Kristallachse durchquert; die beiden Strahlen, der
ordentliche und der außerordentliche Strahl, mit gleicher Geschwindigkeit längs
desselben Weges fortschreiten und nicht aufgespalten werden. Ein Lichtstrahl, der
den Kristall in einer anderen als zu dieser optischen Kristallachse parallelen Richtung
durchquert, zeichnet sich durch zwei mit ungleicher Geschwindigkeit fortschreitende
Strahlen aus. In der F i g. 3 A ist die Richtung der optischen Kristallachse sowohl
parallel zur Ebene des Luftspaltes liegend als auch zur brechenden Kante des Prismas
vorgesehen, wie durch die Linien und Punkte dargestellt ist.
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Die F i g. 3 B, die einen Querschnitt des Prismas 30 der F i g. 3
A längs der Linie 3-3' darstellt, zeigt
die selektive Polarisationsnatur
des Polarisationsprismas 30. In der F i g. 3 B fällt ein Lichtstrahl 34 unpolarisierten
Lichtes auf ein dreieckiges Prisma unter 90° ein. Da der Lichtstrahl 34 senkrecht
zur Richtung der optischen Kristallachse des Kalzits steht, verlaufen der ordentliche
und der außerordentliche Strahl längs des gleichen Weges im Prisma 31,
aber
mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Der Strahl 34 fällt auf den Spalt 33 unter
einem Winkel l-. Die Größe dieses Winkels ist von großer Wichtigkeit. Da die ordentlichen
und die außerordentlichen Komponenten des Strahles 34 mit verschiedener Geschwindigkeit
fortschreiten, ist der dem Material des Prismas 31 zugeordnete Brechungsindex, definiert
als
worin die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und v die Lichtgeschwindigkeit im Kristall
bedeutet, verschieden für die beiden Strahlenkomponenten. Aus einer überlegung mittels
des Snelliusschen Brechungsgesetzes für Wellen, die aus einem optisch dichteren
Medium (n1) in ein optisch dünneres (n2) eintreten, kann nicht für alle Einfallswinkel
eine Brechung erfolgen. Ist insbesondere
dann wird der Brechungswinkel imaginär. und die Welle wird an der Grenzfläche total
reflektiert. Im Falle doppelbrechenden Materials existiert daher ein Bereich für
die Einfallswinkel 0 des Strahles 34, in dem einer der Strahlkomponenten reflektiert
und der andere gebrochen wird. Da die Strahlenkomponenten in zueinander senkrechten
Richtungen polarisiert sind, ist die von dem Prisma auf den unter einem im richtigen
Bereich liegenden Einfallswinkel relativ zum Spalt 33 einfallenden urpolarisierten
Lichtstrahl ausgeübte Wirkung die, daß der ; Strahl in eine durchgelassene Komponente,
die parallel zur optischen Kristallachse polarisiert ist, und in eine reflektierte
Komponente, die senkrecht zur optischen Kristallachse polarisiert ist, aufgespalten
wird.
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Insbesondere ist im Hinblick auf das Kalzitprisma der F i g. 3 B n.
gleich Eins, da der Spalt 33 als Luftspalt ausgebildet ist, und ni ist für Natriumlicht
in Kalzit entweder n. = 1,6584 oder ne = 1,4864, je nachdem, ob der ordentliche
oder der außerordentliche Strahl betrachtet wird. Aus dem Snelliusschen Gesetz folgt,
daß für 0 größer als 37° der ordentliche Strahl am Spalt 33 als Strahl 34' total
reflektiert wird, wobei er senkrecht zur optischen Kristallachse des Prismas 31
polarisiert ist. Ist der Einfallswinkel O größer als 42°, wird der außerordentliche
Strahl in gleicher Weise am Spalt reflektiert. Liegt jedoch der Winkeln zwischen
37 und 42°, so wird der ordentliche Strahl reflektiert, während der außerordentliche
Strahl am Spalt 33 gebrochen wird und durch das Prisma 32 als Strahl 34" hindurchgeschickt
wird. Dieser Strahl ist parallel zu der optischen Kristallachse der Prismen 31,
32 polarisiert. Zur Reduzierung einer Reflexion der reflektierten und gebrochenen
Strahlen an den Grenzflächen zwischen den Prismenmedien und dem Umgebungsmedium
werden diese Prismen-Oberflächen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Strahlen
stehend ausgebildet.
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In den Fig. 4A und 4B ist ein Polarisationsprisma der nach Ta y1 o
r modifizierten Glan-Foucault-Klasse in perspektivischer und in Schnittansicht dargestellt.
Dieses Polarisationsprisma kann gleichfalls in einem optischen Zirkulator gemäß
der Erfindung verwendet werden. Wie aus der F i g. 4 A hervorgeht, ist das Prisma
40 aus einem Paar dreieckiger Prismen 41 und 42 aufgebaut; die durch einen Luftspalt
43 getrennt sind.
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Das Prisma der F i g. 4 A besteht aus doppelbrechendem Material, z.
B. aus Kalzit, und unterscheidet sich von dem Prisma der F i g. 3 A nur in der relativen
Orientierung der Richtung der optischen Kristallachse. Während die Richtung der
optischen Kristallachse des Prismas 30 parallel zur Schnittgeraden der Ebene des
Luftspaltes mit der Ebene der Prismenfläche, auf die der Strahl einfällt, liegt,
also parallel zur brechenden Kante des; Prismas liegt, ist die Richtung der optischen
Kristallachse des Prismas 40 senkrecht zur Schnittgeraden der Ebene des Luftspaltes
mit der Ebene der Prismafläche, durch die der Strahl eintritt; orientiert, also
senkrecht zur brechenden Kante' des Prismas 40 orientiert. In der F i g. 4 B, die
einen Schnitt längs der Linie. 4-4' der F i g. 4 A darstellt, ist die selektive
Polarisationsnatur des Prismas 40 dargestellt. Ein Strahl 44 urpolarisierten Lichtes,
der unter einem rechten Winkel auf eine äußere Prismafläche fällt, wird in zwei
Komponenten aufgeteilt, und zwar in den außerordentlichen Strahl, dessen Polarisationebene
parallel zur optischen Kristallachse liegt, und in den ordentlichen Strahl, dessen
Polarisationsebene senkrecht zur optischen Kristallachse und senkrecht zur Polarisationsebene
des außerordentlichen Strahles liegt. Diese Strahlen pflanzen sich wie beim Prisma
30 der F i g. 3, im Prisma 41 längs des gleichen Weges, aber mit ungleichen Geschwindigkeiten
fort. Beim Auftreffen der Strahlen auf den Spalt 43 unter einem Einfallswinkel O
existieren für die Totalreflexion die gleichen Bedingungen wie beim Prisma 30. Daher
wird, wenn der Winkel O zwischen 37 und 42° liegt, der ordentliche Strahl an. der
Grenzfläche zwischen Prisma 41 und dem Spalt 43 als Strahl 44' total reflektiert,
während der außerordentliche Strahl am Spalt gebrochen wird, durch das Prisma 42
als Strahl 44" hindurchläuft und an der Oberfläche 45 parallel zum Eingangsstrahl
44 -austritt, wenn die. Oberfläche 45 parallel zur Eingangsoberfläche orientiert
ist. Auch hier wird wieder im Hinblick auf eine Reduzierung der Reflexion an der
äußeren Grenzfläche diejenige äußere Oberfläche, durch die der Strahl 44' austritt,
senkrecht zur Strahlrichtung orientiert.
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Das nach Taylor modnfiziperte Glan-Foucault-Polarisationsprisma, das
in den F i g. 4A und 4B dargestellt und beschrieben ist, zeichnet sich durch einen
Reflexionskoeffizienten des außerordentlichen Strahles am Luftspalt aus, der kleiner
ist als der des Glan-Foucault-Prismas. Die Ursache des niedrigen Reflexionskoeffizienten
liegt kurz gesagt darin, daß der elektrische Vektor des außerordentlichen Strahles
und die Einfallsebene des auf den Spalt einfallenden Strahles zueinander parallel
sind. Beim Glan-Foucault-Prisma steht der elektrische Vektor des außerordentlichen
Strahles senkrecht auf der Einfallsebene. Daher ist das Prisma der F i g. 4 A und
413 insbesondere dann von Vorteil, wenn in bestimmten Anwendungsfällen der Erfindung
die Reflexionsverluste möglichst klein bleiben sollen.
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Die Wirkungsweise der in der F i g. 1 dargestellten Anordnung als
optischer Zirkulatör ist folgende. Von einer optischen Quelle 23 wird linear polarisiertes
Licht
auf die Endfläche 22 des Polarisationsprismas 11 gestrahlt, die das Tor a des Zirkulators
bildet. Die Polarisationsebene liegt hierbei parallel zur optischen Kristallachse
des Prismas 11. Ist daher das Prisma 11 ein Glan-Foucault-Prisma, wie es
im Zusammenhang mit den F i g. 3 A, 3 B beschrieben worden ist, so ist die Polarisation
parallel zur Schnittgeraden der Ebene des Spaltes 17 mit der Fläche 22, also parallel
zur brechenden Kante des Prismas. Ist als Prisma 11 ein nach T a y 1 o r modifiziertes
Glan-Foucault-Prisma vorgesehen, dann ist die Polarisation senkrecht zur Schnittgeraden
der Ebene des Spaltes 17 mit der Fläche 22, also senkrecht zur brechenden Kante
des Prismas. Da diese Polarisationsrichtung der Orientierung des außerordentlichen
Strahles innerhalb des Prismas 11 entspricht und da die Prismen so proportioniert
sind, daß der einfallende Strahl am Spalt 17 unter einem Winkel auftritt, der innerhalb
des Bereiches liegt, in dem der außerordentliche Strahl durchgelassen wird, läuft
der einfallende Strahl durch das Prisma 11 hindurch und längs der geometrischen
optischen Achse 13 zum Rotator 14. Beim Durchlauf des Strahles durch den Rotator
14 wird die Polarisationsebene des Strahles um 45° im Uhrzeigersinn, vom Prisma
11 aus gesehen, gedreht. Besteht der Rotator 14 z. B. aus Chromtribromid,
so ist die durch den Rotator verursachte Größe der Drehung steuerbar durch die Größe
der zur geometrisch optischen Achse 13 parallelen Magnetisierungskomponente des
Materials. In einer derartigen Anordnung ist es notwendig, daß die Temperatur des
Drehmediums unterhalb des Curiepunktes, der etwa bei 36° K liegt, gehalten wird.
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Besteht der Rotator 14 aus einem paramagnetischen Glas, z. B. aus
Bleioxydglas, so ist die Größe der Drehung proportional der parallel zur geometrisch
optischen Achse 13 vorhandenen Komponente des Magnetfeldes.
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Der Strahl läuft dann, nachdem seine Polarisationsebene um 45° gedreht
worden ist, zum Polarisationsprisma 12, das in physikalischer Hinsicht identisch
mit dem Prisma 11, aber diesem gegenüber um die geometrische optische Achse
13 um 45° verdreht ist. Diese Verdrehung ist gleichfalls, vom Prisma 11 her gesehen,
im Uhrzeigersinn erfolgt. Daher erscheint das Prisma 12 einem Strahl, der durch
das Prisma 11 und den Rotator 14 hindurchgelaufen ist, als identisch mit dem Prisma
11. Der Strahl, der dem außerordentlichen Strahl entspricht, läuft daher durch das
Prisma 12 hindurch, tritt am Tor b aus und läuft von dort aus zu einem Wandler
24. Wird nun ein Strahl mit einer zur optischen Kristallachse des Prismas
12 parallelen Polarisationsebene beim Tor b eingestrahlt, läuft er durch das Prisma
12, wird um 45° gedreht, und zwar wieder, vom Prisma 11 aus gesehen, im Uhrzeigersinn,
und läuft längs der geometrisch optischen Achse 13 zum Prisma 11. Die Polarisationsebene
des Lichtstrahles liegt nunmehr senkrecht zur optischen Kristallachse des Prismas
11, wenn der Strahl beim Tor b mit einer 45°-Drehung eingeführt worden und durch
den Rotator 14 um weitere 45° gedreht worden ist. Daher entspricht der Strahl
dem ordentlichen Lichtstrahl innerhalb der Prismen. Erreicht der Strahl den Spalt
17, so tritt eine Totalreflexion auf; der Strahl tritt am Tor c aus und wird
von dort aus einem Wandler 25 zugeführt. In ähnlicher Weise wird ein Strahl, der
dem Tor c mit einer Polarisationsrichtung zugeführt wird, die senkrecht zur optischen
Kristallachse des Prismas 11 steht, am Spalt 17 total reflektiert und läuft dann
längs der geometrisch optischen Achse 13,
wird durch den Rotator
14 um 45° gedreht und fällt auf das Prisma 12 mit einer Orientierung auf,
die dem ordentlichen Lichtstrahl hierin entspricht. Folglich wird der Strahl am
Spalt 20 total reflektiert, tritt am Tor d aus und fällt auf einen Wandler 26 zur
Weiterverwendung. Ein Strahl, der dem Tor d mit einer zur optischen Kristallachse
des Prismas 12
senkrechten Polarisationsebene zugeführt wird, wird am Spalt
20 reflektiert, so daß er längs der geometrisch optischen Achse 13 fortschreitet,
im Rotator 14 um 45° gedreht wird und auf dem Prisma 11 mit einer Polarisationsrichtung
auffällt, die parallel zur optischen Kristallachse des Prismas orientiert ist. Daher
wird der Strahl, der nunmehr der Orientierung des außerordentlichen Strahls entspricht,
durch den Spalt 17 hindurchgelassen und tritt am Tor a für eine Weiterverwendung
aus. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die vier Tore a, b, c und
d in nicht reziproker und zirkularer Weise miteinander gekoppelt sind.
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Die vorstehende Beschreibung bezog sich insbesondere auf einen vier
Tore aufweisenden Zirkulator der F i g. 1. Ein derartig viertoriger Zirkulator kann
in einen drei Tore aufweisenden Zirkulator umgewandelt werden, wenn eine Totalreflexion
an einer der äußeren Tore eingeführt wird. Wird daher beispielsweise die Prismafläche
versilbert, die dem Tor c zugeordnet ist, so werden das Tor a mit dem Tor b, das
Tor b mit dem Tor c und das Tor d mit dem Tor a gekoppelt.
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Eine der vielen möglichen Anwendungen der optischen Zirkulatoranordnung
der F i g. 1 ist in der F i g: 5 dargestellt, bei der ein viertoriger Zirkulatorverstärker
mit Polarisationsprismen 51 und 52 und mit einem Rotator 53 in Blockform dargestellt
ist: Ein optischer, selektiv fluoreszenter Verstärker 50 ist zwischen dem
Rotator 53 und dem Polarisationsprisma 52 längs der Strahlachse
54 angeordnet. Es sei jedoch bemerkt, daß der optische Verstärker 50 in gleicher
Weise zwischen dem Polarisationsprisma 51 und dem Rotator 53 angeordnet
werden kann. Der optische Verstärker 50 kann als selektiv fluoreszentes Medium
entweder ein kristallines Medium oder ein gasförmiges Medium aufweisen, wie beispielsweise
in dem Artikel »Optical Masers« von A. L. S c h a w 1 o w in der Zeitschrift »Scientific
American«, Bd. 204, Nr. 6, vom Juni 1961 auf den Seiten 54 bis 61 beschrieben ist,
je nachdem, welche Leistungen und Verstärkerfaktoren in Frage kommen.
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Während des Betriebs sind die Tore a, b, c und d in nicht reziproker
Weise entsprechend den Zirkula-: tor-Eigenschaften der Anordnung miteinander gekoppelt,
und die Energie, die zwischen irgendeinem der Paare a--#.b, b->-c, c--*d oder d--+a
hindurchläuft, wird beim Durchgang durch den optischen Verstärker verstärkt. Bei
einer derartigen Anordnung kann ein einziger optischer Verstärker zur Signalverstärkung
verwendet werden, die gleichzeitig zwischen mehreren Torpaaren übertragen werden.