DE3014719A1

DE3014719A1 - Anordnung zum polarisationsabhaengigen schalten von lichtwellen

Info

Publication number: DE3014719A1
Application number: DE19803014719
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 7900 Ulm Russer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1981-10-22
Also published as: DE3014719C2

Description

Beschreibung Anordnung zum polarisationsabhänigen Schalten von Lichtwellen Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Nit derartigen Anordnungen lassen sich optische Verzweigungen schalten, wobei der Weg der Lichtwellen von deren Polarisationszustand abhanOt Diese Anordnungen werden z,BI bei einem Laser-Ringfaser-Ereisel benötigt, Aus dem Fachgebiet der Optik sind Strahlteiler bekannt, die auch als optische Weichen betrachtet werden können, die Lichtwellen, je nach ihrem Polarisationszustand, verschiedene optische Wege zuweisen Aus dem Gebiet der. Lichtleitfssertechnik sind sogenannte symmetrische Richtkoppler bekannt, die in einer Lichtleitfaser ankommende Lichtwellen gleichmäßig auf zwei Lichtleitfasern verteilen, Der angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit mehreren optischen Ein- und Ausgängen, im folgenden Tore genannt, anzugeben, bei der Lichtwellen von einem beliebigen Eingangstor auf ein beliebig wählbares Ausgangs tor übertragen werden können Die aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 erläutert, Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Toren T1 bis T4, den Richtkopplern K1 und Kg den Stellgliedern C,D,E,F,G,H und den optischen Verbindungen L und V Es ist vorteilhaft, wenn die RichtkopplerK1 und K2 weitgehend symmetrisch, reflexionsfrei und verlustfrei sind Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die RichtkopplerXlund K2polarisationsunabhängig in dem Sinn sind, daß Lichtwellen welche in eines der vier Tore eingekoppelt werden unabhängig von deren Polarisationszustand vollständig und symmetrisch auf die beiden gegenüberliegenden Tore aufgeteilt werden Die Stellgleider C,D,E,F,G und K seien ebenfalls vorteilhafterweise reflexionsfrei und verlustfrei Mit den Stellgliedern können Polarisation und/oder Phase des Lichtes beeinflußt werden.
Die Richtkoppler K1 und K2 sind nicht notwendigerweise polarisationserhaltend. Ebenso ist für die optischen Verbindungen L und V, welche die Komponenten K1,K2,O,L verbinden Polarisationserhaltung nicht unbedingt erforderlich.
In verschiedenen Fällen ist eine Verringerung der Anzahl der Stellglieder möglich, Ist z.B. der Polarisationszustand des bei den Toren T3 und T, ausgekoppelten Lichtes uninteressant, so können G und H weggelassen werden. Ebenso kann das vor einem unbenutzten und reflexionsfrei abgeschlossenen Tor liegende Stellglied weggelassen werden Ein weiterer wichtiger Sonderfall ict t der in welchem die Verbindungen RichtkopplerKl undK2 sowie alle optischen/polarisationserhaltend sind In diesem Sonderfall können alle Stellglieder bis auf C oder L weggelassen werden FIG. 2 zeigt die schematische Darstellung einer derartigen Anordnung mit nur einem einzige Stellglied C und der optischen Verbindung L a1 bis ge, b1 bis b8 sind Lichtwellen kennzeichnende Größen, die ifl der folgenden Beschreibund näher erläutert werde, Die eingezeichneten Pfeile deuten die Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen an Im übrigen entspricht FIG. 2 der FIG 1. Anhand dieser Anordnung soll die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden Die optischen Verbindungen und die einzelrlen Tore der homponenten sind jeweils für die beiden orthogonalen Polarisationszustände P und Q durchlüssig. In jedem Polarisationszustand wird nur ein Wellenmodus angeregt. Das ist z.B.
dadurch gewährleistet, daß die optischen Komponenten nur den Grundmodus der elektromegnetischen Welle fortleiten.
Die in ein Tor eingekoppelte Welle wird durch die komplexen skalaren Amplituden aip und aiQ dargestellt, die ausgekoppelte Welle durch die skalaren Amplituden bip und biQ Die Indizes P und Q beziehen sich auf den Polarisationszustand, die Indizes i auf das Tor Die skalaren Amplituden aiP, aiQ und bi7, biQ werden zu den zweidimensionalen Vektoren

aiP

ai = # # (1)

aiQ

biP

bi = # # (2)

biQ

zusammengefaßt Die Komponenten A, 3 und C werden durch die Streumatrizen SA, SB und SC chatakterisiert:

b1 a1

b2 a2

# # = SA # # (3)

b3 a3

b4 a4

b5 a5

b6 a6

# # = SB # # (4)

b8 a8

a3 b3

# # = SC # # (6)

a5 b5

SA und SB sind 8-dimensional, SC ist vierdimensional.
bei geeigneter Wahl der Bezugsebenen bzw, unter Vernacchlässigung unwesentlicher Phasenfaktoren erhält man die folgenden Strelatrizen für die polarisationserhaltenden verlustfreien, reflexionsfreien symmetrischen Strahlenteiler: Das in SA oder 53 übergekoppelte Licht wird jeweils in der Phase um 90° verschoben, während das nicht übergekoppelte Licht keine Phasenverschiebung erleidet, Erfolgt nun in C keine zusätzliche Phasenverschiebung so interferiert das in T1 eingekoppelte und in K1 aufgeteilte Licht in E2 so, daß nur bei T4 Licht austritt Wird hingegen durch C eine zusätzliche Phasenverschiebung von 180° eingestellt, so erfolgt die Interferenz der inKl aufgeteilten (von T1 kommenden) Lichtwellen so, daß Licht- wellen nur bei T3 ausgekoppelt werden Es wird nun das Stellglied C in bekannter Weise so ausgebildet, daß der Polarisationszustand P eine Phasenänderung von 180° erfährt und der Polarisationszustand Q keire Phasenänderung erfährt, Dann werden die im Polarisationszustand P eingekoppelten Lichtwellen bei T3 ausgekoppelt und die bei T1 im Polarisationszustand Q eigekoppelten Lichtwellen bei T4 ausgekoppelt. Im übrigen gilt folgende Tabelle: Polarisationszustand von Tor Nr. nach Tor Nr, P1 Ql 1 4 P2 2 4 Q2 2 3 P3 3 1 Q3 3 2 P4 4 2 Q4 4 Für ein verlustfreies reflexionsfreies Stellglied C welches den Zustand P um 1800 in der Phase verschiebt und den Zustand Q in der Phase nicht verschiebt, gilt: O 0 -1 0 0 0 0 0 SC = (8) -1 0 0 0 0 1 0 0 Wird die optische Verbindung L zwischen den Richtkoppler K1 und K2 in der LänUe mit C abgestimmt, so daß Lichtwellen im Zustand Q in C und L die gleiche dann vernachlässigbare Phasenverschiebung erfahren,so gilt: a4 = b6 (9) a6 = b4 Die S-Matrix des polarisationsabhängigen Strahlenteilers gibt den Zusammenhang

b1 a1

b2 a2

# # = S # # (10)

b7 a7

an Aus den Gleichungen (3) bis (10) folgt

0 0 1 0 0 0 0 0

0 -1 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

S = # 0 0 0 1 0 0 0 0 # (11)

0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 -1 0

0 0 0 0 0 1 0 0

Wie man leicht überprüft, erfüllen die Gleichungen(10) und (11) die Forderungen der Tabelle auf Seite 8, Eine faseroptische Realisierung einer Anordnung nach FIG. 1 ist ,B, mit faseroptischen Strahlenteilern als Richtkoppler K1 und K2 möglich. Die Stellglieder 0.
können faseroptisch in bekannter Weise dadurch realisiert --crden, daß durch oflillete mechanische Vorrichtungen ein z ; Zup; in Längsrichtung und/oder ein seItlicher Druck - - - zur in einer bestimmten Richtung senkrecht/ Faserachse ausgeübt wird Durch den Zug in Längsrichtung wird eine Phasenänderung erzielt; durch den Druck senkrecht zur Faserachse wird die Faser linear doppelbrechend gemacht, Durch mehrere in verschiedenen Richtungen angreifende Druckstellglieder sind beliebige Änderungen des Polarisationszustandes realisierbar.

Claims

Patentansprüche Anordnung zum polarisationsabhängigen Schalten von Lichtwellen, gekennzeichnet durch mehrere optische Richtkoppler (K1, K2) und mindestens ein optisches Polarisations-und/oder Phasenstellglied (C, D), wobei die Ausgänge eines optischen Richtkopplers (K1) optisch mit den Eingängen eines nachgeschalteten optischen Richtkopplers (K2) verbunden sind und in diese optische Verbindungen (V, L) mindestens ein optisches Stellglied (C, D) eingefügt ist, das definierte Polarisations- und/oder Phasenänderungen der Lichtwellen ermöglicht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Eingängen des optischen Richtkopplers (K1) und/oder den Ausgängen des optischen Richtkopplers (E2) weitere optische Polarisations- und/oder Phasenstellglieder (,F,G,B) eingefügt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der optischen Verbindungen, optischen Richtkoppler, optische Folarisations- und/oder Phasensteliglieder als faseroptische Bauteile ausgebildet sind