DE3305104A1

DE3305104A1 - Faseroptischer polarisator

Info

Publication number: DE3305104A1
Application number: DE19833305104
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7900 Ulm Petermann; Edgar 7913 Senden Weidel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1984-08-16

Description

Beschreibung
"Faseroptischer Polarisator" Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Polarisator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Polarisator ist bekannt aus der DE-OS 30 11 663. DerartigePolarisatoren lassen bei dem Lichtwellenleiter lediglich eine Polarisationsrichtung der Grundwelle des übertragenen Lichts passieren. Die Unterdrückung (Dämpfung) der nicht übertragenen Polarisationsrichtung wird gekennzeichnet durch den Polarisationsgrad des durchgelassenen, polarisierten Lichts. Derartige faseroptische Polarisatoren werden für vielfältige Anwendungen benötigt, z.B. für faseroptische Sensoren, für spezielle Komponenten der optischen Nachrichtentechnik, wie z.B. für optische Richtungsleitungen, sowie für Anordnungen der kohärenten optischen Nachrichtentechnik.
Der bekannte faseroptische Polarisator besteht aus einem einwelligen Lichtwellenleiter, der auch Monomodefaser genannt wird, an dessen Mantel, tangential zum Kern, eine im wesentlichen ebene Oberfläche angeschliffen ist. Auf dieser Oberfläche ist ein Metallfilm aufgebracht. Dieser Polarisator besitzt in nachteiliger Weise lediglich einen geringen Polarisationsgrad.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Polarisator dahingehend zu verbessern, daß ein hoher Polarisationsgrad erreichbar ist und daß ein derartiger Polarisator in wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Polarisator.
Der dargestellte einwellige Lichtwellenleiter 10, z.B.
eine Monomodefaser aus dotiertem und undotiertem Quarzglas, besitzt eine Faserachse 11 (optische Achse), einen lichtführenden Kern 12 mit einem Durchmesser von ungefähr 4um - lOpm.
und einen den Kern 12 umgebenden Mantel 13 mit einem Außendurchmesser von ungefähr 100 - 150po. Der Lichtwellenleiter 10 ist in einem gekrümmten Zustand dargestellt mit einem Krümmungsradius R von ungefähr Im. In diesem Zustand ist an dem Lichtwellenleiter tangential eine im wesentlichen ebene Oberfläche 14 angeschliffen, die den Kern 12 zumindest berührt. Durch einen im Vakuum ausgeführ ten Aufdampfvorgang sind zumindest auf der Oberfläche 14 mindestens eine dielektrische Schicht 20 und mindestens ein Metallfilm 30 entstanden. Der Abstand zwischen der Faserachse 11 und der Oberfläche 14 ist so gewählt, daß im Kern 12 geführtes Licht in die dielektrische Schicht 20 eingekoppelt wird.
Die Wirkungsweise der Erfindung beruht darauf, daß sich an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht 20 und dem Metallfilm 30 eine Oberflächenwelle ausbildet. Diese Oberflächenwelle hat eine transversal-magnetische Polarisationskomponente (TM-Polarisation), die stark verlustbehaftet ist. Wenn die Ausbreitungskonstante dieser Oberflächenwelle gerade gleich der Ausbreitungskonstante der Grundwelle des in dem einwelligen Lichtwellenleiter geführt ten Lichts enspricht, entzieht die Oberflächenwelle der TM-polarisierten Grundwelle sehr viel Energie, die im Metallfilm 30 absorbiert wird, so daß dieser Vorgang schließlich zu einer nahezu vollständigen Absorption der TM-polarisierten Grundwelle führt. Lediglich die transversal-elektrische Polarisations- komponente (TE-Polarisation) der Grundwelle des Lichts wird nahezu verlustfrei weitergeleitet, so daß die gewünschte Polarisatorwirkung entsteht.
In einem ungestörten Lichtwellenleiter breitet sich die Grundwelle des Lichts in axialer Richtung mit der Ausbreitungskonstanten ß aus entsprechend dem Ausdruck exp (-jßz)(z = axiale Koordinate). Dabei ist der Grundwelle ein effektiver Brechungsindex n = ß/k zugeordnet, mit der e Wellenzahl k = 2 fr/ des freien Raumes, d.h. dem Vakuum x= Wellenlänge des Lichts im Vakuum). Die Oberflächenwelle an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht 20 und dem Metallfilm 30 hat dann die gleiche Ausbreitungskonstante, wenn der Brechungsindex n20 der dielektrischen Schicht 20 gewählt wird gemäß der Formel bei der n" den Imaginärteil des komplexen Brechungsindexes des Metallfilmes 30 bezeichnet.
Bei einer dünnen dielektrischen Schicht der Dicke 0,5m wird der Brechungsindex n20 kleiner als n.. gewählt.
a In dem Ausführungsbeispiel ist ein Abstand von ungefähr 5um zwischen der Faserachse 11 und der Oberfläche 14 vorhanden. Die aufgedampfte dielektrische Schicht 20 aus CaK2 besitzt eine Dicke von 0,15pm und einen Brechungsindex von n20= 1.39. Der Metallfilm 30 besteht aus aufgedampftem Aluminium. Dieser Al-Metallfilm besitzt bei Licht mit einer Vakuum-Wellenlänge x = 0,85m einen Imaginärteil n" = 7,15 des Brechungsindexes, so daß sich bei einem effektiven Brechungsindex n = 1,456 der Grundwelle in einer Quarzglasfaser n.. = 1.427 ergibt.
a Bei einer Schichtdicke der Schicht 20 von nur 0,15pm sollte n20 etwas kleiner sein, so daß n2 = 1.39 eine gute Wahl darstellt.
Ein derartiger Polarisator besitzt eine TE-Dämpfung von weniger als ldB und eine TM-Dämpfung von mehr als 40 dB, was einem Polarisationsgrad von besser als 99,99% entspricht.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ist auf weitere Ausführungsbeispiele anwendbar, z.B. auf einen Lichtwellenleiter, dessen lichtführender Kern bezüglich der Faserachse so exzentrisch angeordnet ist, daß auf ein Anschleifen der Oberfläche verzichtet werden kann.

Claims

Patentansprüche Faseroptischer Polarisator, bestehend aus einem einwelligen Lichtwellenleiter mit einem Kern und einem Mantel der in einem Teilbereich eine tangential zum Kern liegende Oberfläche besitzt, die von einem Metallfilm überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche (14) und dem Mantelfilm (30) mindestens eine dielektrische Schicht (20) angeordnet ist mit einer optischen Dicke, die in Kombination mit dem Metallfilm (30) eine wesentliche Dämpfung einer Polarisationsrichtung des Lichts erzeugt.
2. Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (14) entstanden ist durch im wesentlichen tangentiales Anschleifen eines gekrümmten Lichtwellenleiters.
3. Polarisator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (20) und/ oder der Metallfilm (30) aufgedampft sind.
4. Polarisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dieelektrische Schicht (20) Kalziumfluorid (CaF2) und/oder Magnesiumfluorid (MgF2) enthält.
5. Polarisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (30) Aluminium enthält.
6. Polarisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (20) einen Brechungsindex n20 besitzt gemäß der Formel bei der n" den Imaginärteil des Brechungsindexes des Metallfilm(30) bezeichnet, n = ß 'X /(2 *) den effektiven e Ausbreitungsindex der Grundwelle des Lichts im Lichtwellenleiter, ß bzw. X die Ausbreitungskonstante bzw. die Wellenlänge der Grundwelle angibt.
7. Polarisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisationsgrad von mindesten 99,99% vorhanden ist.
8. Polarisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (20) eine Dicke 0,5pm besitzt.