DE3426138C2

DE3426138C2 - Optical one-way line

Info

Publication number: DE3426138C2
Application number: DE19843426138
Authority: DE
Inventors: Takyuki Nakano; Hidetoshi Iwamura
Original assignee: FDK Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE CORP. FUJI ELECTROC
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1984-07-16
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2004-07-17
Also published as: GB8417899D0; NL8402233A; GB2143337B; NL192407C; NL192407B; DE3426138A1; FR2549246A1; FR2549246B1; GB2143337A

Description

Eine derartige optische Einwegleitung ist aus der GB 1,494,001 bekannt. Diese optische Einwegleitung ist für einen Hochlei stungsglaser bestimmt, bei dem mehrere Glasplatten als Ein wegleitung vorgesehen werden, um eine Zerstörung des Glases durch Selbstfokussierung zu vermeiden. Die Glasplatten bestehen aus einem magneto-optischen Material und sie sind in einem Magnetfeld derart angeordnet, daß der Lichtstrahl unter dem Brewster-Winkel auf die Glasplatten einfällt, wobei die Polarisationsebene bei den auf die erste Platte nachfolgenden Platten mit der Einfall sebene übereinstimmt. Die Polarisationsebene des Lichtes wird beim Durchgang durch alle Platten um 45° gedreht, so daß die Polarisationsebene eines Strahles, der nach der Einwegleitung zurückreflektiert wird und alle Glasplatten noch einmal durch läuft, insgesamt um 90° gedreht wird. Dieser Strahl trifft somit auf die letzte Grenzfläche zwischen Glas und Luft im Brewster- Winkel auf, wobei die Polarisationsebene um 90° gegenüber der Einfallsebene gedreht ist, so daß er vollständig reflektiert wird.Such an optical one-way line is from GB 1,494,001 known. This optical one-way line is for a Hochlei stungsglaser determined in which several glass plates as one can be provided to prevent the glass from being destroyed Avoid self-focus. The glass plates consist of a magneto-optical material and they're in a magnetic field arranged so that the light beam at the Brewster angle incident on the glass plates, the polarization plane at the plates following the first plate with the incidence level coincides. The plane of polarization of light becomes turned through 45 ° when passing through all the plates, so that the Plane of polarization of a beam after the one-way line is reflected back and all glass plates through again runs, is rotated by 90 ° in total. This beam therefore hits to the last interface between glass and air in the Brewster Angle, the polarization plane by 90 ° compared to the Plane of incidence is rotated so that it is fully reflected becomes.

Beim Durchtritt des Lichtstahls durch die einzelnen Glasplatten wird der Lichtstrahl jeweils beim Austreten aus den Glasplatten geschwächt, da seine Polarisationsebene durch die magneto- optische Wirkung aus der Einfallsebene gedreht ist, so daß ein Teil des Lichtstrahls reflektiert wird, wodurch er sich ab schwächt.When the light steel passes through the individual glass plates becomes the light beam each time it exits the glass plates weakened because its plane of polarization is optical effect is rotated from the plane of incidence, so that a Part of the light beam is reflected, causing it to get off weakens.

Ferner ist in der US 4,375,910 ein optischer Isolator mit einem optischen aktiven Einwegelement, wie z. B. einem Faraday-Element beschrieben. Zur Aufweitung des Lichtstrahles werden vor und hinter dem Faraday-Element sogenannte Stangenlinsen angebracht, die aus einer Glasstange mit sich nach außen änderndem Brechungs index bestehen, um den Lichtstrahl beim Durchgang durch das Faraday-Element aufzuweiten.Furthermore, in US 4,375,910 an optical isolator with a optical active disposable element, such as. B. a Faraday element described. To widen the light beam, before and so-called rod lenses are attached behind the Faraday element, that of a glass rod with refraction changing outwards index consist of the light beam passing through the Expand Faraday element.

Außerdem geht aus dem Patent Abstracts of Japan P-153, 5. November 1982, Vol. 6/ Nr. 221 hervor, daß als Material für ein Faraday-Element ein Einkristall aus Yttrium-Eisen-Granat verwendet werden kann.In addition, the Patent Abstracts of Japan P-153, 5. November 1982, Vol. 6 / No. 221 that as a material for a Faraday element is a single crystal made of yttrium iron garnet can be used.

Aus US 3 824 492 ist ein parallel zu einer Pumplampe in einem optischen Pumphohlraum angeordneter Laserstab bekannt, dessen beide Enden planparallel zueinander ausgebildet sind, wobei die Enden jeweils den Brewster-Winkel aufweisen, damit die Laserenergie in dem Resonator unabhängig von der Ausbreitungsrichtung durch den Resonatorring linear polarisiert wird.From US 3 824 492 is parallel to a pump lamp in an optical pump cavity arranged laser rod known, the two ends of which are plane-parallel to one another, the ends each having the Brewster angle so that the laser energy in the Resonator linear regardless of the direction of propagation through the resonator ring is polarized.

Bei einem optischen Oszillator wird insbesondere dann, wenn ein Halbleiterlaser als Lichtquelle verwandt wird, die Schwingung nachteilig beeinflußt, wenn der Laserstrahl von außen in den Schwingungsbereich rückreflektiert wird, was zu einer Verzerrung der Schwingungswellenform des Halblei terlasers und zu einer mangelnden Stabilität der Wellenlän ge und des Ausgangssignalpegels führt und gleichfalls den Rauschpegel erhöht. Um das zu vermeiden, ist ein optisches Nachrichtenverbindungssystem mit einer optischen Einweglei tung zwischen dem Halbleiterlaser und dem Lichtleiter bzw. dem optischen Glasfaserleiter vorgeschlagen worden.In the case of an optical oscillator, in particular when a semiconductor laser is used as the light source, which Vibration adversely affected when the laser beam from what is reflected back into the vibration area on the outside to a distortion of the waveform of the semi-lead terlasers and poor stability of the wavelengths leads and the output signal level and also the Noise level increased. To avoid that, there is an optical Communication system with a one-way optical line device between the semiconductor laser and the light guide or the optical fiber has been proposed.

Eine typische herkömmliche optische Einwegleitung macht vom Faraday-Effekt Gebrauch und ist in der in Fig. 1A und 1B dar gestellten Weise mit einem ersten Polarisator 1, einem Fara day-Drehelement 2 und einem zweiten Polarisator 3 versehen, die entlang der optischen Achse X angeordnet sind.A typical conventional optical one-way line makes use of the Faraday effect and is provided in the manner shown in FIGS. 1A and 1B with a first polarizer 1 , a Fara day rotating element 2 and a second polarizer 3 , which are arranged along the optical axis X. are.

Wenn ein Laserstrahl L1 vom Halbleiterlaser 4 zu einer opti schen Glasfaserleitung 5 gelenkt wird, wie es in Fig. 1A dar gestellt ist, wobei die Richtung dieses Laserstrahls im fol genden als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, wird der Laser strahl L1 zu linear polarisiertem Licht L2 polarisiert, wenn er durch den ersten Polarisator 1 geht. Das linear polarisier te Licht L2 wird dann durch das Faraday-Drehelement 2 unter dem Einfluß eines äußeren magnetischen Feldes H gedreht, um zu linear polarisiertem Licht L3 zu werden, dessen Polarisa tionsebene um beispielsweise 45° in Richtung im Uhrzeiger sinn gesehen in Vorwärtsrichtung gedreht ist. Das linear po larisierte Licht L3 geht dann durch den zweiten Polarisator 3, dessen Ebene so angeordnet ist, daß sie unter 45° zur op tischen Achse verläuft, so daß das Licht L3 ohne jede Polari sierung hindurchgeht, in die optische Glasfaserleitung 5.If a laser beam L1 is directed from the semiconductor laser 4 to an optical fiber line 5 , as shown in FIG. 1A, the direction of this laser beam being referred to hereinafter as the forward direction, the laser beam L1 is polarized to linearly polarized light L2 when he goes through the first polarizer 1 . The linearly polarized light L2 is then rotated by the Faraday rotating element 2 under the influence of an external magnetic field H to become linearly polarized light L3, the polarization plane of which is rotated, for example, 45 ° in the clockwise direction in the forward direction . The linear po larized light L3 then goes through the second polarizer 3 , the plane of which is arranged so that it extends at 45 ° to the optical axis, so that the light L3 passes without any polarization, into the optical fiber line 5 .

Reflektiertes Licht L4, beispielsweise Licht, das von der Stirnfläche der optischen Faser 5 reflektiert ist und in Richtung zum Halbleiterlaser 4 zurückkommt, kann jedoch di rekt durch den zweiten Polarisator 3 hindurchgehen, wird je doch beim Durchgang durch das Faraday-Drehelement 2 in seiner Polarisationsebene um 45° in Richtung entgegen dem Uhrzeiger sinn gedreht. Das linear polarisierte Licht L5, das vom Faraday-Drehelement 2 ausgeht, hat somit eine Polarisations ebene, die um 90° gegenüber der des in Vorwärtsrichtung ge henden linear polarisierten Lichts L2 gedreht ist. Der erste Polarisator 1 verhindert folglich, daß linear polari siertes Licht L5 den Halbleiterlaser 4 erreicht. Diese An ordnung arbeitet daher wirkungsvoll als optische Einweglei tung.Reflected light L4, for example light which is reflected from the end face of the optical fiber 5 and comes back towards the semiconductor laser 4 , can, however, pass directly through the second polarizer 3 , but will pass through the Faraday rotating element 2 in its polarization plane rotated counterclockwise by 45 °. The linearly polarized light L5, which emanates from the Faraday rotating element 2 , thus has a polarization plane which is rotated by 90 ° with respect to that of the linearly polarized light L2 going in the forward direction. The first polarizer 1 thus prevents linearly polarized light L5 from reaching the semiconductor laser 4 . This arrangement therefore works effectively as a one-way optical line.

Bei dieser optischen Einwegleitung ist es jedoch notwendig, Polarisatoren auf beiden Seiten des Faraday-Drehelementes vorzusehen, so daß die Größe der gesamten Einwegleitung zu nimmt.With this optical one-way line, however, it is necessary Polarizers on both sides of the Faraday rotating element to be provided so that the size of the entire one-way line increases takes.

Eine optische Einwegleitung für ein optisches Nachrichtenver bindungssystem, das einen Halbleiterlaser verwendet, muß eine sehr hohe Leistungsfähigkeit haben. Die bei einer derartigen optischen Einwegleitung verwandten Polarisatoren bestehen üblicherweise jeweils aus einem Prisma aus natürlichem Kalk spat, was mit hohen Kosten verbunden ist. Die Kosten einer optischen Einwegleitung, die zwei mit hohen Kosten verbundene Kalkspatkristalle verwendet, sind daher wesentlich höher als die des Halbleiterlasers. Das verhindert die Anwendung von optischen Nachrichtenverbindungssystemen auf verschiedenen Industriegebieten.An optical one-way line for an optical messaging Binding system that uses a semiconductor laser must have very high performance. The one at such optical one-way line related polarizers exist usually each made from a prism made of natural lime late, which is associated with high costs. The cost of one optical one-way line, the two associated with high costs Calcite crystals used are therefore much higher than that of the semiconductor laser. This prevents the use of optical communication systems on different Industrial areas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Ein wegleitung so auszubilden, daß sie sowohl kostengünstig ist, als auch einen hohen Wirkungsgrad hat.The invention has for its object an optical one train way so that it is both inexpensive and also has a high efficiency.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of claim 1.

Durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Einwegleitung mit einem magneto-optischen Element werden die Verluste minimal gehalten, da das Licht die Grenzflächen des magneto-optischen Elements nur unter dem Brewster-Winkel passiert, wobei auch die Austritts fläche bzw. Stirnfläche (B) so geschnitten ist, daß die Polarisa tionsebene mit der Einfallsebene beim Austritt aus dem magneto- optischen Element übereinstimmt, wodurch keinerlei Verluste am polarisierten Licht auftreten. Rückgestrahltes Licht wird beim Eintritt in das magneto-optische Element polarisiert, um 45° bzw. 225° durch die Faraday-Drehung gedreht, so daß es beim Austritt um 90° gegenüber der Einfallsebenen gedreht ist und so voll ständig durch Reflektion unter dem Brewster-Winkel zur Seite abgelenkt wird.By providing the one-way line according to the invention with a magneto-optical element, the losses are kept to a minimum, since the light only touches the interfaces of the magneto-optical element happens at the Brewster angle, including the exit surface or end face (B) is cut so that the Polarisa level with the plane of incidence when exiting the magneto- optical element matches, whereby no losses on polarized light occur. Retroreflected light is used in the Entry into the magneto-optical element polarized by 45 ° or 225 ° rotated by the Faraday rotation so that it emerges is rotated by 90 ° with respect to the plane of incidence and so full constantly by reflection under the Brewster angle to the side is distracted.

Bei dieser optischen Einwegleitung wird nur eine einziges magneto-optisches Element benötigt, ohne daß der Einsatz von zusätzlichen Polarisationsfiltern notwendig ist, wodurch die Kosten gering sind.This optical one-way line uses only one magneto-optical element required without the use of additional polarization filters is necessary, which the Costs are low.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be schrieben. Es zeigen:In the following, the particular drawing will be used ders preferred embodiments of the invention be closer wrote. Show it:

Fig. 1A und 1B schematisch den bekannten Aufbau einer herkömmlichen optischen Einwegleitung, FIGS. 1A and 1B, schematically, the known structure of a conventional optical isolator,

Fig. 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen optischen Einwegleitung, Figs. 2A and 2B, an embodiment of the fiction, modern optical isolator,

Fig. 3 eine Abwandlungsform der in Fig. 2A und 2B dargestelten optischen Einwegleitung, Fig. 3 a modification of the dargestelten in Fig. 2A and 2B optical isolator,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen optischen Einwegleitung, und Fig. 4 shows another embodiment of the inventive optical one-way line, and

Fig. 5 eine Abwandlungsform des in Fig. 4 darge stellten Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen optischen Einwegleitung. Fig. 5 shows a modification of the in Fig. 4 Darge presented embodiment of the inventive one-way optical line.

In den Fig. 2A und 2B ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einwegleitung dargestellt, wobei Fig. 2A ein Beispiel zeigt, bei dem das Licht in die Vorwärtsrichtung, d. h. vom Halbleiterlaser zur optischen Glasfaserleitung, geht, während Fig. 2B das Beispiel zeigt, bei dem das Licht in die Rückwärtsrichtung geht. Bei dem in den Fig. 2A und 2B darge stellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht ein opti sches Einwegleitungselement 10 aus einem Material, das einen magneto-optischen Effekt hat, wie beispielsweise aus einem Yttrium-Eisen-Granat-Einkristall. Eine axiale Stirnfläche die ses Elements ist unter einem Winkel komplementär zum Brewster- Winkel Φ, der vom Brechungsindex des Materials abhängt, d. h. unter einem Winkel 90° - Φ geschnitten, um eine erste schräge Fläche A zu liefern. Die andere axiale Stirnfläche ist gleich falls unter einem Winkel komplementär zum Brewster-Winkel Φ geschnitten, um eine zweite schräge Fläche B zu liefern. Die erste schräge Fläche A und die zweite schräge Fläche B stehen so zueinander in Beziehung, daß ihre Flächenorientierungen übereinstimmen würden, wenn die Flächen um 45° relativ zu einander in Richtung der Faraday-Drehung um die optische Ach se gedreht würden. Das Element hat eine derartige Lichtweg länge LP, daß ein äußeres magnetisches Feld H eine Drehung um 45° der Polarisationsebene des ankommenden Lichtes um die op tische Achse bewirken kann. Die beiden schrägen Stirnflächen A und B müssen gut poliert sein, müssen jedoch nicht mit re flexverminderten Beschichtungen versehen sein, wie es bei ei ner herkömmlichen optischen Einwegleitung der Fall ist.In FIGS. 2A and 2B, an embodiment of the disposable conduit according to the invention is schematically shown, wherein FIG. 2A shows an example in which the light in the forward direction, ie, from the semiconductor laser to the optical fiber link, going, while Fig. 2B shows the example in which the light goes in the reverse direction. In the in Figs. 2A and 2B Darge embodiment of the invention is presented an opti ULTRASONIC isolator element 10 of a material which has a magneto-optical effect, such as for example, a yttrium iron garnet single crystal. An axial end face of this element is complementary at an angle to the Brewster angle Φ, which depends on the refractive index of the material, ie cut at an angle 90 ° - Φ to provide a first inclined surface A. The other axial end face is the same if cut at an angle complementary to the Brewster angle Φ to provide a second inclined surface B. The first inclined surface A and the second inclined surface B are related to each other so that their surface orientations would match if the surfaces were rotated 45 ° relative to each other in the direction of Faraday rotation around the optical axis. The element has such a light path length LP that an external magnetic field H can cause a rotation by 45 ° of the plane of polarization of the incoming light around the optical axis. The two inclined end faces A and B must be well polished, but do not have to be provided with coatings which are reduced in flex, as is the case with a conventional optical one-way line.

Eine derartige optische Einwegleitung arbeitet in der folgen den Weise. Bei dem in den Fig. 2A und 2B dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist das optische Einwegleitungselement 10 so angeordnet, daß seine erste schräg verlaufende Fläche A dem Halbleiterlaser 4 zugewandt ist. Wie es in Fig. 2A dargestellt ist, fällt das vom Halbleiterlaser 4 ausgesandte Licht L10 auf die erste schräge Fläche A des optischen Einwegleitungselemen tes 10 unter dem Brewster-Winkel Φ. In diesem Fall wird die Komponente des Laserstrahls, die in der Einfallsebene polari siert ist, wobei diese Ebene die Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Strahles und die Linie senkrecht zur schrägen Fläche A enthält, unter einem Winkel gebrochen, der komplemen tär zum Brewster-Winkel ist, während der größte Teil der Kom ponente, die senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, rückreflektiert wird. Die Stirnfläche A, die unter einem Win kel komplementär zum Brewster-Winkel Φ geschnitten ist, wirkt daher als Polarisator, so daß nur die Lichtkomponente, die in der Einfallsebene polarisiert ist, das optische Einwegleitungs element 10 erreichen kann. Die Polarisationsebene des von der ersten schrägen Fläche A gebrochenen Lichtes, das in das op tische Einwegleitungselement 10 eintritt, wird durch das äußere magnetische Feld A beispielsweise im Uhrzeigersinn um die optische Achse X gedreht. Da der Abstand zwischen der Eintrittsstelle an der ersten schrägen Fläche A und der zwei ten schrägen Fläche B so vorbestimmt ist, daß eine Drehung um 45° der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes möglich ist, wird das die Austrittsstelle an der zweiten schrägen Fläche B erreichende Licht zu einem linear polarisierten Licht mit einer Polarisationsebene, die um die Fortpflanzungs richtung um 45° im Uhrzeigersinn gedreht ist. Wie es oben be schrieben wurde, ist die zweite schräge Fläche B unter einem Winkel komplementär zum Brewster-Winkel geschnitten und in ihrer Orientierung um 45° in der Richtung der Faraday-Drehung um die optische Achse gegenüber der Orientierung der ersten schrägen Fläche A gedreht. Das die Austrittsstelle an der zweiten schrägen Fläche B erreichende Licht geht somit direkt zur optischen Glasfaserleitung 5.Such an optical one-way line works in the following manner. In the exemplary embodiment shown in FIGS . 2A and 2B, the optical one-way line element 10 is arranged such that its first inclined surface A faces the semiconductor laser 4 . As shown in FIG. 2A, the light L10 emitted from the semiconductor laser 4 falls on the first inclined surface A of the optical one-way line element 10 at the Brewster angle Φ. In this case, the component of the laser beam which is polarized in the plane of incidence, which plane contains the direction of propagation of the incident beam and the line perpendicular to the inclined surface A, is broken at an angle which is complementary to the Brewster angle, while most of the component, which is polarized perpendicular to the plane of incidence, is reflected back. The end face A, which is cut at a angle complementary to the Brewster angle Φ, therefore acts as a polarizer, so that only the light component, which is polarized in the plane of incidence, can reach the optical one-way line element 10 . The plane of polarization of the light broken by the first inclined surface A, which enters the optical one-way line element 10 , is rotated by the external magnetic field A, for example, clockwise around the optical axis X. Since the distance between the entry point on the first inclined surface A and the two th inclined surface B is predetermined so that a rotation through 45 ° of the polarization plane of the incident light is possible, the light reaching the exit point on the second inclined surface B becomes a linearly polarized light with a plane of polarization that is rotated 45 ° clockwise around the direction of propagation. As described above, the second inclined surface B is cut at an angle complementary to the Brewster angle and rotated in its orientation by 45 ° in the direction of the Faraday rotation around the optical axis with respect to the orientation of the first inclined surface A. The light reaching the exit point on the second inclined surface B thus goes directly to the optical fiber line 5 .

Die optische Glasfaserleitung 5 besteht gewöhnlich aus Quarz glas mit einer extrem feinen Struktur, so daß es schwierig ist, eine reflexvermindernde Beschichtung auf den Glasfaser stirnflächen vorzusehen. Es kann folglich davon ausgegangen werden, daß annähernd 4% des einfallenden Lichtes durch die Stirnfläche der optischen Glasfaserleitung reflektiert wer den. Das von der Stirnfläche der optischen Glasfaserleitung 5 reflektierte Licht L12 wandert zurück zum Halbleiterlaser 4, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Dieses reflektierte Licht fällt auf die zweite schräge Fläche B des optischen Einwegleitungselementes 10 und wird durch diese Fläche in das optische Einwegleitungselement 10 gebrochen. Das Licht wird im optischen Einwegleitungselement 10 so polarisiert, daß sei ne Polarisationsebene in einer Richtung entgegen dem Uhrzei gersinn um die optische Achse durch das äußere magnetische Feld H um 45° gedreht wird. Das linear polarisierte Licht, daß die erste schräge Fläche A erreicht und dessen Polari sationsebene um 45° gedreht ist, ist gegenüber dem einfal lenden Laserstrahl von Fig. 2A in seiner Polarisationsebene um 90° gedreht. Dieses Licht wird daher durch die erste schräge Fläche A reflektiert, so daß es zu einem reflektier ten Lichtstrahl L13 wird. Folglich wird das von der Stirn fläche der optischen Glasfaserleitung 5 reflektierte und in Rückwärtsrichtung laufende Licht nahezu vollständig daran gehindert, zum Halbleiterlaser 4 zurückzukehren, da es durch die erste schräge Fläche A des optischen Einwegleitungsele mentes 10 reflektiert wird. Es ist somit möglich, ein opti sches Einwegleitungselement aus einem magneto-optischen Ma terial zu erhalten, das diesen speziellen Aufbau hat.The optical fiber line 5 is usually made of quartz glass with an extremely fine structure, so that it is difficult to provide an anti-reflective coating on the glass fiber end faces. It can therefore be assumed that approximately 4% of the incident light is reflected by the end face of the optical fiber line. The light L12 reflected from the end face of the optical fiber line 5 travels back to the semiconductor laser 4 , as shown in FIG. 2B. This reflected light falls on the second inclined surface B of the optical one-way line element 10 and is refracted into the optical one-way line element 10 through this surface. The light is polarized in the optical one-way line element 10 so that its plane of polarization is rotated counterclockwise in a direction counterclockwise about the optical axis by the external magnetic field H by 45 °. The linearly polarized light that reaches the first inclined surface A and whose polarization plane is rotated by 45 ° is rotated by 90 ° in relation to the incident laser beam of FIG. 2A in its polarization plane. This light is therefore reflected by the first inclined surface A, so that it becomes a reflected light beam L13. Consequently, the light reflected from the end face of the optical fiber line 5 and traveling in the backward direction is almost completely prevented from returning to the semiconductor laser 4 because it is reflected by the first inclined surface A of the optical one-way line element 10 . It is thus possible to obtain an optical one-way line element from a magneto-optical material which has this special structure.

Die kleinen Punkte und kleinen Pfeile in Fig. 2A und 2B zei gen schematisch die Polarisationsrichtungen. Die kleinen Punkte geben insbesondere die Polarisation in einer Rich tung senkrecht zur Einfallsebene wieder. Die kleinen Pfeile senkrecht zur optischen Achse zeigen eine Polarisation in der Einfallsebene, während die kleinen Pfeile schräg zur optischen Achse eine Polarisation unter einem Winkel zur Einfallsebene zeigen.The small dots and small arrows in FIGS. 2A and 2B schematically show the polarization directions. The small dots in particular reflect the polarization in a direction perpendicular to the plane of incidence. The small arrows perpendicular to the optical axis show polarization in the plane of incidence, while the small arrows oblique to the optical axis show polarization at an angle to the plane of incidence.

Der Faraday-Drehwinkel (°/cm) in einem magneto-optischen Ma terial ist eine Funktion der Wellenlänge des Lichtes. Da gemäß der Erfindung die Stirnflächen des optischen Einweg leitungselementes schräg verlaufen, ist es möglich, selbst dann eine Drehung der Polarisationsebene um 45° zu erhal ten, wenn sich die Wellenlänge des Lichtes ändert, indem die Eintrittsstelle der optischen Achse geändert wird. D. h., daß ein optisches Einwegleitungselement mit einer gegebenen Form, das für eine gegebene Wellenlänge des Lichtes ausge legt ist, als optische Einwegleitung für Licht mit verschie denen Wellenlängen benutzt werden kann. Gemäß der Erfin dung ist es somit möglich, eine optische Breitbandeinweglei tung mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen zu schaffen.The Faraday rotation angle (° / cm) in a magneto-optical measure material is a function of the wavelength of light. There according to the invention the end faces of the optical disposable line element run obliquely, it is possible yourself then get a 45 ° rotation of the polarization plane when the wavelength of the light changes by the Entry point of the optical axis is changed. That is, that a one-way optical line element with a given Shape that out for a given wavelength of light is as a one-way optical line for light with various which wavelengths can be used. According to the Erfin It is thus possible to use a single-use optical broadband to create with a smaller number of components.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel war die zweite schräge Fläche des optischen Elementes unter 45° relativ zur ersten schrägen Fläche in Richtung der Faraday-Drehung um die optische Achse orientiert. Das ist jedoch nicht ausschließ lich notwendig, eine relative Orientierung von 225° in Richtung der Faraday-Drehung ist gleichfalls möglich, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Eine in dieser Weise abgewandelte optische Einwegleitung arbeitet im wesentlichen in der glei chen Weise wie das in Fig. 2A und 2B dargestellte Ausfüh rungsbeispiel. In Fig. 3 sind daher gleiche Bezugszeichen für gleiche Komponenten und Bauteile, wie in Fig. 2A und 2B ver wandt, wobei auf die Beschreibung dieser Komponenten und Bau teile im einzelnen verzichtet werden kann.In the exemplary embodiment described, the second inclined surface of the optical element was oriented at 45 ° relative to the first inclined surface in the direction of the Faraday rotation about the optical axis. However, this is not only necessary, a relative orientation of 225 ° in the direction of the Faraday rotation is also possible, as shown in Fig. 3. An optical one-way line modified in this way works essentially in the same manner as the exemplary embodiment shown in FIGS . 2A and 2B. In Fig. 3, therefore, the same reference numerals for the same components and components as in Fig. 2A and 2B ver ver, wherein the description of these components and construction parts can be omitted in detail.

Die gegenwärtig verfügbaren Halbleiterlaser können linear polarisiertes Licht mit einem sehr hohen Polarisationsgrad liefern, wobei es bekannt ist, daß zurückkehrendes Licht, das senkrecht zum ausgesandten linear polarisierten Licht polari siert ist, einen Halbleiterlaser nicht sehr nachteilig be einflußt. Der Polarisator an der Eintrittsseite der opti schen Einwegleitung muß daher kein sehr hohes Extinktionsver hältnis haben. Daraus ergibt sich, daß eine Anordnung, bei der ein Laserstrahl auf eine schräge Fläche eines magneto optischen Materials fällt und durch diese polarisiert wird, gute Ergebnisse liefern kann, ohne daß ihre Funktion in ir gendeiner Weise beeinträchtigt wäre.The currently available semiconductor lasers can be linear polarized light with a very high degree of polarization provide, it is known that returning light, the perpendicular to the emitted linear polarized light is, a semiconductor laser is not very disadvantageous influences. The polarizer on the entry side of the opti The one-way line does not have to have a very high extinction ratio have a relationship. It follows that an arrangement at which is a laser beam on an oblique surface of a magneto optical material falls and is polarized by it, can give good results without their function in ir would be affected in some way.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Elemente 20a und 20b vorgesehen, von denen jedes ähnlich dem magneto-optischen Element 10 bei dem in Fig. 2A und 2B dargestellten Ausführungs beispiel ist, wobei zwischen den beiden Elementen 20a und 20b ein isotropes transparentes Element 24 vorgesehen ist. Fig. 4 shows a further embodiment of the invention. In this embodiment, two elements 20 a and 20 b are provided, each of which is similar to the magneto-optical element 10 in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, with an isotropic transparent element between the two elements 20 a and 20 b 24 is provided.

Bei dem in Fig. 4 dargestellen Ausführungsbeispiel sind die Enden des ersten magneto-optischen Elementes 20 mit schrä gen Flächen A und B versehen. Eine der schrägen Endflächen A steht gewöhnlich mit Luft in Berührung, während die andere schräge Endfläche B mit dem transparenten Element 24 oder genauer mit einem transparenten Klebemittel in Berührung steht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher der zum Brewster-Winkel komplementäre Winkel an der Endfläche A von dem an der Endfläche B verschieden.In the embodiment shown in Fig. 4, the ends of the first magneto-optical element 20 are provided with oblique surfaces A and B. One of the inclined end surfaces A is usually in contact with air, while the other inclined end surface B is in contact with the transparent element 24 or more precisely with a transparent adhesive. In this exemplary embodiment, therefore, the angle at the end face A which is complementary to the Brewster angle is different from that at the end face B.

Ein zweites magneto-optisches Element 20b kann eine Form ha ben, die mit der des ersten Elementes 20a identisch ist. Die schrägen Endflächen des zweiten magneto-optischen Elementes 20b sind mit C und D jeweils bezeichnet. Das erste magneto- optische Element 20a und das zweite magneto-optische Element 20b sind in einer Reihe so angeordnet, daß ihre schrägen Flä chen B und C parallel zueinander verlaufen und einander zuge wandt sind, wobei ihre optischen Achsen im wesentlichen in einer Linie zueinander ausgerichtet sind. Die beiden schrägen Stirnflächen des isotropen transparenten Elementes 24 ver laufen parallel zueinander und sind unter einem Winkel kom plementär zum Brewster-Winkel so geschnitten, daß sie dicht an die schräg verlaufenden Flächen B und C der entsprechenden magneto-optischen Elemente passen. Die Richtung des Magnet feldes, das auf das erste magneto-optische Element 20a ein wirkt, ist der Richtung des Magnetfeldes entgegengesetzt, das auf das zweite magneto-optische Element 20b einwirkt. Das kann leicht durch eine geeignete Wahl der Anordnung der Mag nete erzielt werden. Es können beispielsweise Magnetfelder Ha und Hb an beide magneto-optischen Elemente gelegt werden, indem ein Südpol in der Nähe des transparenten Elementes 24 angeordnet wird, während Nordpole auf beiden Seiten des Südpoles vorgesehen sind. Es versteht sich, daß es möglich ist, diese Magnetfelder dadurch anzulegen, daß nicht darge stellte Solenoidspulen um jedes magneto-optische Element 20a, 20b herum angeordnet werden und diese Spulen mit elektrischen Strömen in unterschiedlichen Richtungen versorgt werden.A second magneto-optical element 20 b can have a shape which is identical to that of the first element 20 a. The oblique end faces of the second magneto-optical element 20 b are denoted by C and D, respectively. The first magneto-optical element 20 a and the second magneto-optical element 20 b are arranged in a row so that their inclined surfaces B and C are parallel to each other and face each other, with their optical axes substantially in a line are aligned with each other. The two inclined end faces of the isotropic transparent element 24 ver run parallel to each other and are cut at an angle complementary to the Brewster angle so that they fit closely to the inclined surfaces B and C of the corresponding magneto-optical elements. The direction of the magnetic field, which acts on the first magneto-optical element 20 a, is opposite to the direction of the magnetic field, which acts on the second magneto-optical element 20 b. This can easily be achieved by a suitable choice of the arrangement of the mag nete. For example, magnetic fields Ha and Hb can be applied to both magneto-optical elements by arranging a south pole in the vicinity of the transparent element 24 , while north poles are provided on both sides of the south pole. It is understood that it is possible to apply these magnetic fields in that solenoid coils, not shown, are arranged around each magneto-optical element 20 a, 20 b, and these coils are supplied with electrical currents in different directions.

Die genannten drei Elemente sind miteinander durch ein trans parentes Klebemittel verbunden. Die beiden axialen Enden der integrierten optischen Einwegleitung 20 müssen gut poliert sein, jedoch nicht mit einem reflexvermindernden Überzug ver sehen sein, wie es bei einer herkömmlichen Einwegleitung der Fall ist.The three elements mentioned are connected to one another by a transparent adhesive. The two axial ends of the integrated optical one-way line 20 must be well polished, but must not be seen with an anti-reflective coating, as is the case with a conventional one-way line.

Wenn ein Yttrium-Eisen-Granat-Einkristall als magneto-opti sches Material verwandt wird, beträgt sein Brechungsindex etwa 2,2. In diesem Fall können daher Titanoxid mit einem Brechungsindex von 2,25, Strontiumtitanat mit einem Bre chungsindex von 2,21 oder ein Gemisch aus Tl-Cl und Tl-Br mit einem Brechungsindex 2,19 als isotropes transparentes Material verwandt werden.When an yttrium iron garnet single crystal is used as the magneto-optic material, its refractive index is about 2.2. In this case, titanium oxide with a refractive index of 2.25, strontium titanate with a refractive index of 2.21 or a mixture of Tl-Cl and Tl-Br with a refractive index 2 , 19 can be used as an isotropic transparent material.

Im folgenden wird die Arbeit der magneto-optischen Einweg leitung 20 beschrieben. Bei der in Fig. 4 dargestellten An ordnung ist die schräge Stirnfläche A des ersten magneto optischen Elementes 20a der optischen Einwegleitung 20 so angeordnet, daß sie dem Halbleiterlaser 4 zugewandt ist. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, trifft der Laserstrahl L10, der vom Halbleiterlaser 4 ausgesandt wird, auf die schräge Flä che A des ersten magneto-optischen Elementes 20a der opti schen Einwegleitung 20 unter dem Brewster-Winkel Φ. In der selben Weise, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2A und 2B kann nur die Komponente des Lichtes, die in der Einfalls ebene polarisiert ist, in die optische Einwegleitung 20 ge hen. Die Polarisationsebene des Lichtes, das von der schrä gen Fläche A gebrochen und in die optische Einwegleitung 20 eingeführt wird, wird dann beispielsweise in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die optische Achse X durch das äußere magnetische Feld Ha gedreht. Das die Austrittsstelle an der schrägen Fläche B erreichende Licht ist linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene um seine Fortpflanzungs richtung um 45° gedreht ist. Die schräge Fläche B verläuft unter einem Winkel komplementär zum Brewster-Winkel bezüglich der optischen Achse X, und die Orientierung der Fläche B ist gegenüber der der schrägen Fläche A in der Richtung der Faraday-Drehung um 45° gedreht. Da darüberhinaus das isotrope transparente Element 24, das mit der schrägen Fläche B des ersten magneto-optischen Elementes 20 in Berührung steht, ei nen Brechungsindex hat, der im wesentlichen gleich dem des Elementes 20a ist, kann das die Austrittsstelle an der zwei ten schrägen Fläche B erreichende Licht direkt in das trans parente Element 24 gehen.In the following the work of the magneto-optical one-way line 20 will be described. In the arrangement shown in Fig. 4, the inclined end face A of the first magneto-optical element 20 a of the optical one-way line 20 is arranged so that it faces the semiconductor laser 4 . As shown in Fig. 4, the laser beam L10, which is emitted by the semiconductor laser 4 , strikes the oblique surface A of the first magneto-optical element 20 a of the optical one-way line 20 at the Brewster angle Φ. In the same manner as in the exemplary embodiment according to FIGS. 2A and 2B, only the component of the light which is polarized in the plane of incidence can pass into the optical one-way line 20 . The plane of polarization of the light refracted from the oblique surface A and inserted into the optical one-way line 20 is then rotated, for example, in a clockwise direction around the optical axis X by the external magnetic field Ha. The light reaching the exit point on the inclined surface B is linearly polarized light, the polarization plane of which is rotated by 45 ° about its direction of reproduction. The inclined surface B extends at an angle complementary to the Brewster angle with respect to the optical axis X, and the orientation of the surface B is rotated by 45 ° in relation to that of the inclined surface A in the direction of the Faraday rotation. In addition, since the isotropic transparent element 24 , which is in contact with the inclined surface B of the first magneto-optical element 20 , has a refractive index which is substantially equal to that of the element 20 a, the exit point at the second can be inclined Light reaching surface B go directly into the transparent element 24 .

Das Licht wandert dann gerade durch das transparente Element 24 und tritt in das zweite magneto-optische Element 20b ein. Wenn das Licht in das zweite magneto-optische Element 20b eintritt, werden alle Komponenten mit unerwünschter Polari sierung durch den Polarisierungseffekt ausgeschaltet. Wäh rend das Licht durch das zweite magneto-optische Element 20b hindurchgeht, wird seine Polarisationsebene in einer Rich tung entgegen dem Uhrzeigersinn um die optische Achse X durch das äußere magnetische Feld Hb gedreht, das in eine Richtung wirkt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der das mag netische Feld Ha am ersten magneto-optischen Element liegt. Da der Abstand zwischen der Einfallsstelle an der schrägen Fläche C und der Austrittsstelle an der schrägen Fläche D des zweiten magneto-optischen Elementes so groß ist, daß ei ne Drehung der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes um 45° auftritt, ist das Licht, das die Austrittsstelle an der schrägen Fläche D erreicht, linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsebene, die in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um die Fortpflanzungsrichtung des Lichtes um 45° gedreht ist. Die schräge Fläche D verläuft unter ei nem Winkel Komplementär zum Brewster-Winkel bezüglich der optischen Achse X, wobei ihre Orientierung gegenüber der schrägen Fläche C in der Richtung der Faraday-Drehung um 45° gedreht ist. Das Licht, das die Austrittsstelle an der schrägen Fläche D erreicht, geht durch diese Fläche hindurch und erreicht direkt die optische Glasfaserleitung 5.The light then travels straight through the transparent member 24 and enters b in the second magneto-optical element twentieth When the light enters the second magneto-optical element 20 b, all components with undesired polarization are switched off by the polarization effect. Currency rend the light optical magneto-by the second element 20 passes b, its plane of polarization is rotated by the external magnetic field Hb tung in a rich counter-clockwise direction around the optical axis X, which acts in a direction which is opposite to the direction, in which the magnetic field Ha lies on the first magneto-optical element. Since the distance between the point of incidence on the inclined surface C and the exit point on the inclined surface D of the second magneto-optical element is so large that ei ne rotation of the polarization plane of the incident light occurs by 45 °, the light is the exit point reached on the inclined surface D, linearly polarized light with a polarization plane which is rotated in a counterclockwise direction about the direction of propagation of the light by 45 °. The inclined surface D extends at an angle complementary to the Brewster angle with respect to the optical axis X, its orientation relative to the inclined surface C being rotated by 45 ° in the direction of the Faraday rotation. The light that reaches the exit point on the inclined surface D passes through this surface and directly reaches the optical fiber line 5 .

Wie es bereits erwähnt wurde, werden etwa 4% des einfallenden Lichtes durch die Stirnfläche der optischen Glasfaserleitung rückreflektiert. Das reflektierte Licht wandert in die Rich tung zum Halbleiterlaser 4 zurück und trifft auf die schräge Fläche D des zweiten magneto-optischen Elementes 20b der op tischen Einwegleitung. Das Licht wird dann durch die schräge Fläche D gebrochen und tritt in die optische Einwegleitung 20 ein. Während der reflektierte Lichtstrahl durch das zwei te magneto-optische Element 20b hindurchgeht, wird er durch das äußere magnetische Feld Hb so beeinflußt, daß seine Po larisationsebene um 45° im Uhrzeigersinn um die optische Ach se X während der Zeit gedreht wird, während der der Licht strahl die schräge Fläche C des zweiten magneto-optischen Elementes 20b erreicht. Das reflektierte Licht, das die schräge Fläche C erreicht, ist linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsebene, die um 90° gegenüber der des in Vor wärtsrichtung gehenden Lichtes gedreht ist, so daß dieses Licht durch die schräge Fläche C reflektiert wird.As already mentioned, about 4% of the incident light is reflected back through the end face of the optical fiber line. The reflected light travels back in the direction of the semiconductor laser 4 and strikes the inclined surface D of the second magneto-optical element 20 b of the optical one-way line. The light is then refracted through the inclined surface D and enters the one-way optical line 20 . While the reflected light beam passes through the two te magneto-optical element 20 b, it is influenced by the external magnetic field Hb so that its polarization plane is rotated by 45 ° clockwise around the optical axis X during the time during which the light beam reaches the inclined surface C of the second magneto-optical element 20 b. The reflected light that reaches the inclined surface C is linearly polarized light with a polarization plane that is rotated 90 ° relative to that of the light going in the forward direction, so that this light is reflected by the inclined surface C.

Das von der Stirnfläche der optischen Glasfaserleitung 5 reflektierte und zur optischen Einwegleitung 20 zurückkehren de Licht wird somit durch die schräge Fläche C des zweiten magneto-optischen Elementes 20b erneut reflektiert und kann daher den Halbleiterlaser nicht erreichen. Obwohl ein kleiner Teil des zurückgehenden Lichtes durch die schräge Fläche C nicht reflektiert wird und in das erste magneto-optische Ele ment 20a durch das transparente Element 24 hindurch eintreten kann, wird dieses Licht erneut polarisiert und durch die schräge Fläche A des ersten magneto-optischen Elementes re flektiert. Es ist daher möglich, eine optische Einwegleitung unter Verwendung von zwei magneto-optischen Elementen mit einem bestimmten Aufbau in einer Kombination mit einem trans parenten Element zu erhalten.The light reflected from the end face of the optical glass fiber line 5 and returning to the optical one-way line 20 is thus reflected again by the oblique surface C of the second magneto-optical element 20 b and therefore cannot reach the semiconductor laser. Although a small part of the returning light is not reflected by the inclined surface C and can enter the first magneto-optical element 20 a through the transparent element 24 , this light is polarized again and by the inclined surface A of the first magneto- optical element is reflected. It is therefore possible to obtain a one-way optical line using two magneto-optical elements with a certain structure in combination with a transparent element.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel waren die Orientierungen der schrägen Flächen B und D um die optische Achse in der Richtung der Faraday-Drehung relativ zu den Orientierungen der entsprechenden schrägen Flächen A und C um 45° gedreht. Diese Anordnung ist jedoch nicht ausschließlich vor geschrieben, die Drehung der Orientierungen kann auch 225° in der Richtung der Faraday-Drehung um die optische Achse be tragen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Arbeitsweise dieser Abwandlungsform der optischen Einwegleitung ist im we sentlichen identisch mit der der optischen Einwegleitung, die in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 5 sind daher gleiche Bezugs zeichen für gleiche Komponenten oder Bauteile, wie in Fig. 4, verwandt, wobei eine Beschreibung dieser Komponenten und Bau teile im einzelnen sich erübrigt.In the embodiment shown in FIG. 4, the orientations of the inclined surfaces B and D were rotated about the optical axis in the direction of the Faraday rotation relative to the orientations of the corresponding inclined surfaces A and C by 45 °. However, this arrangement is not exclusively prescribed, the rotation of the orientations can also be 225 ° in the direction of the Faraday rotation around the optical axis, as shown in FIG. 5. The operation of this modification of the one-way optical line is essentially identical to that of the one-way optical line shown in FIG. 4. In Fig. 5, therefore, the same reference signs for the same components or components as in Fig. 4, related, with a description of these components and construction parts in needless.

Wie es oben beschrieben wurde, ist es bei der erfindungsge mäßen optischen Einwegleitung nicht notwendig, teure äußere Polarisatoren zu verwenden, so daß die erfindungsgemäße Ein wegleitung mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Weiterhin ist der Aufbau vereinfacht, was eine Verringerung der Größe und des Gewichtes erlaubt. Es sei darauf hingewie sen, daß die schrägen Stirnflächen der magneto-optischen Ele mente gleichfalls nicht mit einem reflexvermindernden Über zug versehen werden müssen.As described above, it is in the fiction moderate optical one-way line not necessary, expensive outer To use polarizers, so that the invention can be manufactured at low cost. Furthermore, the structure is simplified, which is a reduction the size and weight allowed. It was pointed out sen that the oblique faces of the magneto-optical ele likewise not with an anti-reflective coating train must be provided.

Claims

1. Optical one-way line with at least one magneto-optical element which has a first inclined end face (A) which is arranged so that a light beam is incident at the Brewster angle, a second inclined end face (B) being provided on the beam exit side , and an external magnetic field causes a rotation of the polarization plane of the incident light beam by 45 °, characterized in that on a single magneto-optical element ( 10 ) the second inclined end face (B) is arranged on the beam exit side in such a way that it is not parallel to the end face (A) on the beam entry side and the light beam strikes this second end face (B) at the Brewster angle, the plane of polarization coinciding with the plane of incidence.

2. Optical one-way line according to claim 1, characterized in that two magneto-optical elements in a row with one interposed isotropic transparent element are arranged, the isotropic transparent element has a refractive index equal to that of the magneto optical elements.

3. Optical one-way line according to claim 2, characterized in that the isotropic transparent element by a transparent Adhesive is connected to the magneto-optical elements.

4. Optical one-way line according to claim 1, characterized in that the magneto-optical element made of an yttrium iron Garnet single crystal exists.

5. Optical one-way line according to claim 2, characterized in that the first magneto-optical element of the two magneto optical elements is arranged so that it faces a semiconductor laser, wherein a laser beam from the semiconductor laser onto the oblique beam entry surface of the first magneto-optical element falls.