DE3530738A1

DE3530738A1 - Device for controlling polarisation

Info

Publication number: DE3530738A1
Application number: DE19853530738
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl Ing Noe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1987-03-05

Abstract

Particularly in the case of optical heterodyne receivers, there is the problem that before the superposition of the received light and the light generated in a local laser it is necessary to bring the polarisations of the two into agreement. This requires an arrangement for controlling polarisation which compensates temporal variations in the polarisation without the occurrence of variations in optical intensity, and thus without signal failures, during the control process. For this purpose, five elements are provided which have adjustable birefringence and are realised, for example, by relays whose movable armatures exert a more or less intense pressure on an optical fibre having a circular cross-section. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Polarisationsregelung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for polarization control according to the preamble of claim 1.

Eine Anordnung der vorgenannten Art ist aus Applied Optics Vol. 18, No. 9, 1. May 1979, Seiten 1288 und 1289 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist zwischen dem beweglichen Anker und einem unbeweglichen Teil eines Relais ein Lichtwellenleiter angeordnet, auf den der Anker mechanischen Druck ausüben kann. Durch diesen Druck werden die beaufschlagten Teile des Lichtwellenleiters doppelbrechend, wobei Phasendifferenzen der Hauptachskomponenten der durchlaufenden elektromagnetischen Welle entstehen, die in einen bestimmten Bereich linear vom ausgeübten Druck abhängig sind. Aus Festigkeitsgründen ist ein bestimmter Bereich der Doppelbrechung vorgegeben, in dem durch Änderung des angewandten Druckes der Arbeitspunkt verschiebbar ist. Zur Druckerzeugung können anstelle der Relais auch piezoelektrische Elemente verwendet werden, mit denen eine höhere Einstellgeschwindigkeit möglich ist, im Bereich der integrierten Optik können unter Anwendung von auf einem Substrat aufgebrachten Lithiumniobat doppelbrechende Elemente hergestellt werden, deren Doppelbrechung in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld veränderbar ist. In ähnlicher Weise kann für Zwecke der Mikrowellenübertragung z. B. der Querschnitt von Hohlleitern verändert und damit eine verstellbare Doppelbrechung erzeugt werden. Bei der bekannten Anordnung besteht das Problem, daß eine Änderung der Arbeitspunkte eines oder mehrerer der Elemente ohne Veränderung der Polarisation am Ausgang der Gesamtanordnung nicht möglich ist. Damit können aber bei der Rückführung eines an einer Bereichsgrenze angelangten Arbeitspunktes eines Elementes beim Stand der Technik wesentliche Intensitätsverluste auftreten, die bis zum völligen Signalverlust führen können.An arrangement of the aforementioned type is from Applied Optics Vol. 18, No. 9, May 1, 1979, pages 1288 and 1289. In the known arrangement is between the movable An anchor and an immovable part of a relay are an optical fiber arranged on which the anchor mechanical Can exert pressure. This pressure causes the pressurized Parts of the optical fiber birefringent, where phase differences of the main axis components of the passing electromagnetic wave arise in a certain range is linearly dependent on the pressure exerted are. For reasons of strength, there is one Range of birefringence given by change of the applied pressure the working point can be shifted is. Instead of relays, pressure can also be generated Piezoelectric elements are used with which one higher adjustment speed is possible in the range of integrated optics can be applied on a substrate applied lithium niobate birefringent elements are produced, the birefringence depending is changeable by an electric field. More like that Way, for the purpose of microwave transmission z. B. the Cross section of waveguides changed and thus a adjustable birefringence can be generated. With the known Arrangement there is a problem that a change the working points of one or more of the elements without changing the polarization at the output of the overall arrangement not possible. But with that Repatriation of a division limit Working point of an element in the prior art significant losses in intensity occur that by can cause complete signal loss.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Anordnung zur Polarisationsregelung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß eine Änderung des Arbeitspunktes eines Elementes insbesondere in der Nähe der Bereichsgrenze der Doppelbrechung dieses Elementes möglich ist, ohne daß es zu einer Änderung der Polarisation und damit zu Intensitätsverlusten kommt.The object of the present invention is therefore therein an arrangement for polarization control of the input mentioned kind so that a change the working point of an element, especially in close to the range limit of birefringence this Element is possible without changing the Polarization and thus loss of intensity occurs.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei weitere Elemente mit verstellbarer Doppelbrechung vorgesehen sind, deren jeweilige Doppelbrechung- Hauptachsen zur Hauptachse jedes benachbarten Elementes um einen Betrag von 45° oder 135° gegeneinander gedreht sind, daß das mittlere der Elemente eine Doppelbrechung aufweist, die über mindestens drei benachbarte ganzzahlige Vielfache von π verstellbar ist, daß bei Betrieb der doppelbrechenden Elemente im Inneren des Polarisations- Verstellbereichs die Polarisation der elektromagnetischen Wellen vor und nach dem mittleren Element zumindest angenähert linear ist und zumindest angenähert parallel oder senkrecht zur Doppelbrechungs-Hauptachse dieses Elementes ist, das bei Annäherung des Arbeitspunktes eines Elementes an eine der Bereichsgrenzen der Doppelbrechung nach einer Verstellung des Arbeitspunktes des mittleren Elementes auf ein Vielfaches von π der Arbeitspunkt des zuvor genannten Elementes in Richtung Bereichsmitte und gleichzeitig der Arbeitspunkt des übernächsten Elementes innerhalb des Bereichs jeweils um ein Vielfaches von verstellt werden, wobei im Falle der Verstellung des Arbeitspunktes eines äußeren Elementes die Arbeitspunkte dieses und des mittleren Elementes nur um ein geradzahliges Vielfaches von π verstellt werden, und zwar erst nach einer zwischenzeitlich vorgenommenen Verstellung des Arbeitspunktes des zwischen beiden Elementen angeordneten Elementes auf ein Vielfaches von π und gleichzeitig des Arbeitspunktes des gegenüber letzteren übernächsten Elementes um den gleichen Betrag, wobei abschließend der Arbeitspunkt des dem mittleren und dem äußeren Element benachbarten Elementes und gleichzeitig der Arbeitpunkt des gegenüber letzterem übernächsten Elements rückgestellt werden und daß die Arbeitspunktverstellungen in Abhängigkeit von einer Regelgröße erfolgen, die aus der Intensität des Nutzsignals erzeugt wird.According to the invention the object is achieved in that at least two further elements with adjustable birefringence are provided, the respective main birefringence axes of which are rotated relative to the main axis of each adjacent element by an amount of 45 ° or 135 °, that the middle of the elements has a birefringence, which is adjustable over at least three adjacent integer multiples of π , that when the birefringent elements are operated inside the polarization adjustment range, the polarization of the electromagnetic waves before and after the central element is at least approximately linear and at least approximately parallel or perpendicular to the main birefringence axis Element is that when the working point of an element approaches one of the range limits of the birefringence after adjusting the working point of the middle element to a multiple of π, the working point of the aforementioned element in the direction of te and at the same time the working point of the next but one element within the area are adjusted by a multiple of, whereby in the case of adjusting the working point of an outer element, the working points of this and the middle element are only adjusted by an even multiple of π , and only after an interim adjustment of the working point of the element arranged between the two elements to a multiple of π and at the same time the working point of the element after next but one by the same amount, finally the working point of the element adjacent to the middle and the outer element and at the same time the working point of the opposite the latter but one element after the next are reset and that the operating point adjustments take place as a function of a controlled variable which is generated from the intensity of the useful signal.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, eine Polarisationsregelung zu realisieren, die außer den Elementen mit verstellbarer Doppelbrechung keine weiteren Elemente aufweist, die im Weg der elektromagnetischen Wellen angeordnet sind. Im Hinblick auf eine Nachführung einer sich kontinuierlich ändernden Polarisation ist es beim Erfindungsgegenstand außerdem möglich, praktisch einen unbegrenzten Nachführbereich zu erzeugen, während beim Stande der Technik Nachführbereiche in der Größenordnung von einigen π erreichbar sind.The arrangement according to the invention advantageously offers the possibility of realizing a polarization control which, apart from the elements with adjustable birefringence, has no further elements which are arranged in the path of the electromagnetic waves. With regard to tracking a continuously changing polarization, it is also possible in the subject matter of the invention to practically generate an unlimited tracking area, while tracking areas in the order of magnitude of a few π can be achieved in the prior art.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sowie eine zweckmäßige Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 näher beschrieben.Advantageous further developments of the arrangement according to the invention and an appropriate use of the invention Arrangement are in claims 2 to 10 described in more detail.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is based on the following in the drawing illustrated embodiments explained in more detail will.

Dabei zeigt It shows

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Polarisationsregelung, Fig. 1 is a schematic representation of an inventive arrangement for polarization control,

Fig. 2 das Schema einer Polarisationsregelung mit Analysator, Fig. 2 a diagram of a polarization control with the analyzer,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Polarisationsregelung für den optischen Überlagerungsempfang, Fig. 3 is a schematic representation of a polarization control for optical heterodyne reception,

Fig. 4 typische Verstellwege auf einer Poincar´-Kugel, Fig. 4 shows typical displacement paths on a Poincar' ball,

Fig. 5 einen Regler, Fig. 5 shows a controller,

Fig. 6 einen Modulator, Fig. 6 a modulator,

Fig. 7 eine Signalaufbereitung und Fig. 7 a signal processing and

Fig. 8 bis 15 weitere Verstellwege auf der Poincar´- Kugel. Fig. 8 to 15 further adjustment paths on the Poincar´ ball.

Es wird eine Regelung beschrieben, mit der die Polarisation elektromagnetischer Wellen der Polarisation eines am Ausgang der Anordnung befindlichen Analysators angeglichen wird. Dazu wird die Strahlungsintensität hinter dem Analysator bestimmt. Sie soll maximiert werden. Die Polarisationsregelung ist in der Lage, Polarisationsänderungen sowohl der einfallenden Welle, als auch des Analysators zu folgen. Die Polarisation der Welle am Ausgang der Anordnung wird stets so nachgeführt, daß sie der des Analysators entspricht. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Nachführbereich unbegrenzt. Bei kohärentem optischen Empfang können die Polarisationen der zwei zu überlagernden Signale zur Übereinstimmung gebracht werden, wobei der Polarisationsanalysator entfällt und als Regelgröße die Leistung des elektrischen Zwischenfrequenzsignals dient. Weiterhin ist eine Anwendung in faseroptischen Kreiseln denkbar.A regulation is described with which the polarization electromagnetic waves of the polarization of an am Output of the arrangement located analyzer adjusted becomes. To do this, the radiation intensity is behind the analyzer certainly. It should be maximized. The polarization control is able to change polarization both the incident wave and the Analyzer to follow. The polarization of the wave at the output the arrangement is always tracked so that it of the analyzer. In contrast to the state of the Technology, the tracking area is unlimited. With coherent The polarizations of the two can be received optically overlapping signals matched are, whereby the polarization analyzer is omitted and as Control variable the power of the electrical intermediate frequency signal serves. It is also used in fiber optics Gyro conceivable.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Polarisationsregelung dargestellt, die fünf Magnete mit UI- Kernen enthält, wobei die I-Schenkel freibeweglich sind und Druck auf einen durch die fünf Magnete geführten Lichtwellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt ausüben können. Der Einfachheit halber sind dabei nur die Magnetkerne ohne Spulenkörper und Wicklung dargestellt. Die Magnete bilden dabei die Stellglieder, mit der die in den Magneten angeordneten Lichtwellenleiterabschnitte als doppelbrechende Elemente verstellt werden können. Der Azimut der Magnete liegt abwechselnd bei 0° und 45° bezogen auf eine zum Lichtwellenleiter senkrecht gewählte Hauptachse, die Doppelbrechungs-Hauptachsen der einzelnen doppelbrechenden Elemente E 1, E 2, E 3, E 4, E 5 liegen parallel zum Azimut des jeweiligen Magneten.In Fig. 1, an arrangement according to the invention is shown for polarization control, the five magnets with UI - containing nuclei, the I -limb are freely movable and can exert pressure on a guided through the five magnets optical waveguide with a circular cross-section. For the sake of simplicity, only the magnetic cores are shown without the bobbin and winding. The magnets form the actuators with which the optical waveguide sections arranged in the magnets can be adjusted as birefringent elements. The azimuth of the magnets is alternately at 0 ° and 45 ° in relation to a main axis selected perpendicular to the optical waveguide, the birefringence main axes of the individual birefringent elements E 1 , E 2 , E 3 , E 4 , E 5 lie parallel to the azimuth of the respective magnet .

Die Doppelbrechung d eines Elementes E istThe birefringence d of an element E is

Der Arbeitspunkt da läßt sich im "erlaubten Bereich" um mehr als 2π kontinuierlich variieren. Für das Element E 3 gilt zusätzlich, daß der Arbeitspunkt der Doppelbrechung über drei benachbarte ganzzahlige Vielfache von π verschiebbar sein muß. Die Modulation mit der Amplitude dmod dient dabei der Regelung.The operating point there can be varied continuously by more than 2π in the "permitted range". For element E 3 it also applies that the working point of the birefringence must be displaceable over three adjacent integer multiples of π . The modulation with the amplitude dmod is used for regulation.

Fig. 2 zeigt die Polarisationsregelung mit Analysator, Fig. 3 die für den optischen Überlagerungsempfang. Abweichend könnte die Anordnung auch mit dem fünften Elemente E 5 an den lokalen Oszillator und mit dem ersten Element E 1 an den Koppler angeschlossen sein. Die Regelstrecke besteht aus der Anordnung zur Polarisationsregelung und einem anschließendem Analysator oder einer Zuführung der lokalen Oszillatorwelle. Die Stellgrößen d und die zwei Polarisationen Po und Ps′ bestimmen die Größe der Intensität I. Fig. 2 shows the polarization control with analyzer, Fig. 3 that for the optical overlay reception. Deviatingly, the arrangement could also be connected to the local oscillator with the fifth element E 5 and to the coupler with the first element E 1 . The controlled system consists of the arrangement for polarization control and a subsequent analyzer or a supply of the local oscillator wave. The manipulated variables d and the two polarizations Po and Ps' determine the size of the intensity I.

Anschließend soll die Funktion der Regelung näher erläutert werden. Zur Beschreibung der Polarisation dient die Poincar´-Kugel. Jedem Polarisationszustand ist eineindeutig ein Punkt P auf der Kugeloberfläche zugeordnet. Durch ein Element E der Polarisation P, dessen Hauptachse um den Winkel b gegenüber der Horizontalen geneigt ist, wird der Punkt P auf der Kugeloberfläche um eine Achse, die in der Äquatorebene auf der Länge 2b liegt, um den der Doppelbrechung entsprechenden Winkel d gedreht. Die Transformationswege des beschriebenen Stellgliedes in einem typischen Betriebsfall zeigt Fig. 4.The function of the control will then be explained in more detail. The Poincar´ sphere is used to describe the polarization. A point P on the spherical surface is uniquely assigned to each polarization state. By means of an element E of polarization P , the main axis of which is inclined by the angle b with respect to the horizontal, the point P on the spherical surface is rotated by an angle d corresponding to the birefringence about an axis lying in the equatorial plane on the length 2 b . The transformation path of the actuator described in a typical operating case, Fig. 4 shows.

Die Intensität I ist die Regelgröße und soll durch die Regelung maximiert werden.The intensity I is the control variable and should be maximized by the control.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist an die erfindungsgemäße Anordnung ein Polarisationsanalysator angekoppelt.In a first embodiment, the invention Arrangement coupled a polarization analyzer.

Wird Licht der Polarisation Ps und der Intensität Is durch einen verlustfreien Analysator Po geleitet, ist die Intensität I am AusgangIf light of the polarization Ps and the intensity Is is passed through a loss-free analyzer Po , the intensity I is at the output

wobei der räumliche Winkel zwischen den beiden Punkten auf der Poincar´-Kugel ist.where the spatial angle between the two points is on the Poincar´ sphere.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel dient die erfindungsgemäße Anordnung für den optischen Überlagerungsempfang.In a second embodiment, the invention serves Arrangement for optical overlay reception.

Beim optischen Überlagerungsempfang werden die Signalwelle (Ps,Is) und die lokale Oszillatorwelle (Po,Io) zur Gesamtintensität IÜ überlagert.In the case of optical superimposition reception, the signal wave ( Ps, Is ) and the local oscillator wave ( Po, Io ) are superimposed to form the overall intensity IÜ .

c ist die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen. c is the phase difference between the two waves.

Sofern Io » Is ist und der Empfänger mit einer Frequenz- bez. Phasenregelschleife ausgestattet ist, wird das modulierte und vom Empfänger detektierbare Nutzsignal im elektrischen Teil des EmpfängersIf Io is Is and the receiver with a frequency reference. Phase locked loop is equipped, the modulated and detectable by the receiver useful signal in the electrical part of the receiver

Die Intensität I wird in diesem Fall durchThe intensity I is in this case

I = In ²/(4 * Io) I = In ² / (4 * Io )

definiert. I ist also die geeignet normierte Leistung des elektrischen Überlagerungssignals.Are defined. I is therefore the suitably standardized power of the electrical beat signal.

Die doppelbrechenden Elemente sollen so verstellt werden, daß die Regelgröße I immer den maximal möglichen Wert annimmt, d. h. = 0 ist. Dazu sind Informationen über die Lage der Punkte und Kreise auf der Poincar´-Kugel erforderlich. Diese Informationen werden über die Intensitätsschwankungen bei Modulation der Elemente gewonnen. Die Amplituden dmod werden so klein gehalten, daß I nur unwesentlich unter den augenblicklichen Wert fallen kann.The birefringent elements should be adjusted so that the controlled variable I always takes the maximum possible value, ie = 0. This requires information about the location of the points and circles on the Poincar´ sphere. This information is obtained via the intensity fluctuations when modulating the elements. The amplitudes dmod are kept so small that I can only fall slightly below the current value.

Nehmen wir an, für d = dopt eines Elementes E werde PoPs minimal. Es gilt (Beweise siehe Anhang)Let us assume that PoPs become minimal for d = dopt of an element E. The following applies (for evidence see Appendix)

Bei kontinuierlicher Bewegung von d schwankt I sinusförmig.With continuous movement of d , I fluctuates sinusoidally.

Wenn (6) in einer Taylorreihe um den Arbeitspunkt da entwickelt wird, ergibt sich für die Wechselanteile Iw und I2w bei den Frequenzen w und 2w If (6) is developed in a Taylor series around the operating point da, the alternating components Iw and I 2 w result at the frequencies w and 2 w

I2w = -1/8 * Is * sin(2ψ + ϕ) sinϕ cos(da - dopt) * dmod ² * cos 2wt I 2 w = -1/8 * Is * sin (2 ψ + ϕ ) sin ϕ cos ( da - dopt ) * dmod ² * cos 2 wt

Dabei ist auf der Poincar´-Kugel der Winkel zwischen dem Polarisationszustand Ps und der Doppelbrechungs-Hauptachse des die Doppelbrechung d verursachenden Elements während ψ der halbe Winkel zwischen den Polaritätszuständen Po und Ps für d = dopt ist.The angle between the polarization state Ps and the main birefringence axis of the element causing the birefringence d is on the Poincar´ sphere, while ψ is half the angle between the polarity states Po and Ps for d = dopt .

Iw und I2w sind Signalgrößen. Mit (7) und (8) sind ∂I/∂d und ∂² I/∂d ², die erste und zweite Ableitung der Regelgröße, bekannt. Ist das absolute Maximum einmal erreicht (2 = 0, da = dopt), vereinfacht sich (8b) mit sinϕ = r zu Iw and I 2 w are signal quantities . With (7) and (8) ∂ I / ∂ d and ∂ ² I / ∂ d ² , the first and second derivative of the controlled variable, are known. Once the absolute maximum has been reached (2 = 0, since = dopt ), (8b) is simplified with sin ϕ = r

Nachfolgend soll die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung bei Normalbetrieb erläutert werden, dabei wird unter Normalbetrieb verstanden, daß die Arbeitspunkte der einzelnen Elemente ausreichend weit von den Bereichsgrenzen entfernt sind. Zur Regelung der Intensität auf den maximal möglichen Wert dient die Anordnung in Fig. 5. Sie steuert die Doppelbrechungen d 1 . . . d 5 von Fig. 4. Es ist erkennbar, daß jeder beliebige Punkt Ps; der die Polarisation der Welle vor dem Stellglied bezeichnet, in jeden beliebigen Punkt Ps (oder im Idealfall in den Punkt Po) übergeführt werden kann. Das Element E 3 ist im Normalbetrieb funktionslos. E 1 und E 2 werden so eingestellt, daß die Intensität immer maximal wird. E 4 und E 5 werden verwendet, um den Radius r 3 zu minimieren. Ein einwandfreier Verstellbetrieb ist nämlich auf r 3 = 0 angewiesen. Diesen beiden Elemente berühren also eine abgeleitete Regelgröße, die auf indirektem Wege aus der Intensität I ermittelt wird. Deswegen kann die Anordnung Schwankungen des Punktes Po nicht so schnell ausregeln wie solche des Punktes Ps′. Diese Auslegung ist auf den optischen Überlagerungsempfang zugeschnitten, wo aber Punkt Ps′, also der Polarisationszustand am Ende eines langen Lichtwellenleiters, viel stärker schwankt als der Punkt Po, der den Polarisationszustand des lokalen Oszillators nach einigen Zentimetern oder Metern Lichtwellenleiterlänge darstellt.The function of the arrangement according to the invention during normal operation is to be explained below, normal operation being understood to mean that the operating points of the individual elements are sufficiently far from the area limits. The arrangement in FIG. 5 serves to regulate the intensity to the maximum possible value . It controls the birefringence d 1 . . . d 5 of Fig. 4. It can be seen that any point Ps ; which indicates the polarization of the wave in front of the actuator, can be transferred to any point Ps (or ideally to the point Po ). Element E 3 has no function in normal operation. E 1 and E 2 are set so that the intensity is always maximum. E 4 and E 5 are used to minimize the radius r 3 . Correct adjustment operation depends on r 3 = 0. These two elements are affected by a derived control variable, which is determined indirectly from the intensity I. Therefore, the arrangement can not compensate for fluctuations of the point Po as quickly as those of the point Ps' . This design is tailored to the optical overlay reception, but where point Ps' , i.e. the polarization state at the end of a long optical waveguide, fluctuates much more than the point Po , which represents the polarization state of the local oscillator after a few centimeters or meters of optical waveguide length.

Die Modulation wird für jedes Element getrennt in einem in Fig. 6 dargestellten Modulator erzeugt. Die Amplitude dmod der Doppelbrechungsmodulation sollte einerseits möglichst groß sein, um eine hohe Regelgenauigkeit zu gewährleisten. Der Modulator wird vom Taktgenerator synchronisiert und besitzt einen I-Regler. Der Integrator und somit die Amplitude dmod wird bei Betriebsbeginn auf Null gesetzt. Dann wird die Amplitude dmod so lange erhöht, bis die gewichteten Beträger der in der Meßeinrichtung ermittelten Intensitäten Iw oder I2w so groß sind, daß die maximal zulässige Abweichung dere Intensität I von seinem aktuellen Wert erreicht ist. Dies gilt für die Elemente E 1, E 2 und E 3. Eine weitere obere Grenze ist durch dmod « π gegeben, wodurch die Regelung näherungsweise linear bleibt. Sie wird durch den Begrenzer gewährleistet. Die Amplitude dmod wird während des Maximumregelvorganges ständig den wechselnden Erfordernissen angepaßt.The modulation is generated separately for each element in a modulator shown in FIG. 6. On the one hand, the amplitude dmod of the birefringence modulation should be as large as possible in order to ensure a high control accuracy. The modulator is synchronized by the clock generator and has an I controller. The integrator and thus the amplitude dmod is set to zero at the start of operation. Then the amplitude dmod is increased until the weighted amounts of the intensities Iw or I 2 w determined in the measuring device are so large that the maximum permissible deviation of their intensity I from its current value is reached. This applies to the elements E 1 , E 2 and E 3 . Another upper limit is given by dmod « π , whereby the control remains approximately linear. It is guaranteed by the limiter. The amplitude dmod is constantly adapted to the changing requirements during the maximum control process.

Mit Hilfe des Modulationsanteils dmod * sinwt bestimmt ein Umformer aus den Intensitäten Iw und I2w die erste und zweite Ableitung der Intensität I entsprechend Gleichungen (7a) und (8a). Der Maximumregler, bestehend aus Signalaufbereitung entsprechend Fig. 7 und I-Regler, ermittelt den Arbeitspunkt da des Stellelements. Die Signalaufbereitung ermöglicht es, aus dem labilen Minimum ∂I/∂d = 0 und ∂²/∂d ²0 schnell herauszukommen: Wenn ∂² I/∂d ² einen Wert k 2 übersteigt, wird der Betrag von ∂I/∂d um k 3 erhöht. Der Maxiumregler erreicht so stets da = dopt.Using the modulation component dmod * sin wt , a converter determines the first and second derivatives of the intensity I from the intensities Iw and I 2 w in accordance with equations (7a) and (8a). The maximum controller, consisting of signal processing according to FIG. 7 and I controller, determines the operating point da of the control element. The signal processing makes it possible from the labile minimum ∂ I / ∂ d = 0, and ∂ ² / ∂ d quickly get out ² 0: If ∂ ² I / ∂ d ² k has a value exceeds 2, that the amount of ∂ I / ∂ d increased by k 3 . The maxium regulator always reaches da = dopt .

Die Fig. 5 zeigt, daß E 1 und E 2 so eingeregelt werden, daß I dabei maximiert wird. Der Arbeitspunkt daß des Elementes E 3 wird vom Steuerwerk auf da 3 = k * π konstant gehalten. Das Element E 3 wird ebenfalls moduliert und das zugehörige Rechenwerk bestimmt unter der Annahme 2ψ = 0, die durch die schnelle Regelung der Elemente E 1 und E 2 gerechtfertigt ist, mit Gleichung (8c) den Radius r 3. Die Elemente E 4 und E 5 werden so geregelt, daß der Radius r 3 minimiert wird. Dazu bestimmen die Umformer die jeweiligen Größen ∂r 3/∂d und ∂² r 3/∂d ², mit denen die Signalaufbereitungen von E 4 und E 5 angesteuert werden. So wird der Radius -r 3 analog zu I maximiert. Fig. 5 shows that E 1 and E 2 are adjusted so that I is maximized. The operating point that the element E 3 is kept constant by the control unit at da 3 = k * π . The element E 3 is also modulated and the associated arithmetic unit determines the radius r 3 using equation (8c), assuming 2 ψ = 0, which is justified by the rapid regulation of the elements E 1 and E 2 . The elements E 4 and E 5 are controlled so that the radius r 3 is minimized. For this purpose, the converters determine the respective sizes ∂ r 3 / ∂ d and ∂ ² r 3 / ∂ d ² , with which the signal conditioning of E 4 and E 5 are controlled. The radius - r 3 is thus maximized analogously to I.

Der Taktgenerator synchronisiert die Modulationen. Es kann, wie beschrieben, im Frequenzmultiplex mit Sinusschwingungen oder auch im Zeitmultiplex gearbeitet werden. Wichtig ist nur, daß w 4, 5 « w 3 und w 4, 5 « 1/t 1, 2(« w 1, 2) ist. t 1, 2 sind die Zeitkonstanten der d 1, 2 Regelkreise.The clock generator synchronizes the modulations. As described, it can be used in frequency division multiplexing with sine waves or in time division multiplexing. It is only important that w 4, 5 « w 3 and w 4, 5 « 1 / t 1, 2 (« w 1, 2 ). t 1, 2 are the time constants of the d 1, 2 control loops.

Wenn I = Is ist und sich Po oder Ps′ ändern, entsteht ein Fehler PoPs. Im Normalbetrieb werden Schwankungen von Ps′ und Po ausgeregelt. Der Intensitätsverlust während des Nachregelvorganges ist äußerst gering, wenn die Schwankungen langsam gegenüber der Regelgeschwindigkeit der Anordnung sind.If I = Is and Po or Ps ′ change, a PoP error occurs. In normal operation, fluctuations in Ps' and Po are corrected. The loss of intensity during the readjustment process is extremely low if the fluctuations are slow compared to the control speed of the arrangement.

Im Verstellbetrieb ist der Arbeitspunkt wenigstens eines der Elemente in die Nähe einer Bereichgrenze verschoben, im Laufe der Zeit kann der Arbeitpunkt bei einem Element den erlaubten Bereich überschreiten. Die Doppelbrechung d muß in diesem Fall nach oben oder unten verstellt werden. Aus Gleichung (6) ist erkennbar, daß es während des Verstellens zu Intensitätseinbußen kommen könnte, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß r = 0 ist, d.h. die Polarisation vor und nach dem zu einem Punkt entarteten Kreisbogen ist linear und ist parallel oder senkrecht zur Achse des Elementes orientiert. Der unbegrenzte Nachführbereich der beschriebenen Polarisationsregelung beruht darauf, daß das dritte Element E 3 im Zustand r 3 = 0 um Vielfache von verstellt wird.In the adjustment mode, the working point of at least one of the elements is shifted in the vicinity of an area boundary. Over time, the working point for an element can exceed the permitted range. The birefringence d must be adjusted up or down in this case. From equation (6) it can be seen that there may be a loss of intensity during the adjustment if it is not ensured that r = 0, ie the polarization before and after the arc degenerated to a point is linear and is parallel or perpendicular to Axis of the element oriented. The unlimited tracking range of the polarization control described is based on the fact that the third element E 3 in the state r 3 = 0 is adjusted by a multiple of.

Im Verstellbetrieb werden alle Elemente dessen Doppelbrechung nicht momentan konstant gehalten werden muß, auf maximale Intensität geregelt. Verläßt außer den zu verstellenden ein weiteres Element den erlaubten Bereich, kann dies erst behoben werden, wenn der laufende Verstellbetrieb abgeschlossen ist. Es dürfen daher Ps′ und Po nicht zu stark schwanken bzw. eine gewisse Doppelbrechungsreserve in der Form breiterer "erlaubter Bereiche" ist angebracht.In adjustment mode, all elements whose birefringence does not have to be kept constant at the moment are regulated to maximum intensity. If, in addition to the elements to be adjusted, another element leaves the permitted range, this can only be remedied when the current adjustment operation has been completed. Therefore, Ps' and Po must not fluctuate too much or a certain birefringence reserve in the form of wider "permitted ranges" is appropriate.

Die folgenden Ausführungen gelten analog für E 2 und E 4. Wenn E 2 den zulässigen Bereich überschreitet, prüft zunächst das Steuerwerk, in welche Richtung da 2 verstellt werden muß. Dann wird überprüft, ob da 4 um π in der entgegengesetzten Richtung verstellt werden kann. Ist diese Bedingung erfüllt, wird da 3 auf 2k * π eingestellt. In Fig. 8 zeigen die dicken Pfeile an, in welcher Richtung sich die Schnittpunkte der Kreisbögen als nächstes bewegen. Die Schalter s 4 und s 5 schalten dann alle Elemente um, sodaß bis auf weiteres r 3 nicht mehr minimiert wird. Das Steuerwerk regelt dann die Integratoren 4 und 2 - letzterer über die Summierstelle - gegensinnig und synchron auf maximale Intensität am Ausgang bis sich da 2 und da 4 um π verschoben haben (Fig. 9). Dabei kann es nicht zu Intensitätseinbußen kommen. Der Verstellbetrieb ist hier beendet und das Steuerwerk schaltet wieder auf Normalbetrieb.The following explanations apply analogously to E 2 and E 4 . If E 2 exceeds the permissible range, the control unit first checks in which direction da 2 must be adjusted. Then, it is checked whether there 4 can be adjusted to π in the opposite direction. If this condition is met, k 3 to 2 * is set as π. In Fig. 8, the thick arrows indicate the direction in which the intersections of the arcs move next. The switches s 4 and s 5 then switch over all elements, so that until further r 3 is no longer minimized. The control unit then controls the integrators 4 and 2 - the latter via the summing point - in opposite directions and synchronously to the maximum intensity at the output until there 2 and have shifted by π as 4 (Fig. 9). There can be no loss of intensity. The adjustment mode is ended here and the control unit switches back to normal operation.

Wenn sich der Arbeitspunkt da 4 nicht entgegengesetzt zur da 2-Verstellrichtung um π verschieben läßt, kann er entsprechend Fig. 10 und 11 gleichsinnig verstellt werden, da der "erlaubte Bereich" ja mindestens 2π umfaßt. Der Verstellbetrieb verläuft wie oben beschrieben, nur wird da 3 anfang auf (2k+1) * π eingestellt.If the operating point da 4 cannot be shifted by π opposite to the da 2 adjustment direction, it can be adjusted in the same direction according to FIGS. 10 and 11, since the “permitted range” comprises at least 2 π . The adjustment operation proceeds as described above, except that 3 is initially set to (2 k +1) * π .

Die Regelung von Element E 2 vermeidet u.a. Intensitätseinbrüche beim gleichzeitigen Verstellen der Elemente E 2 und E 4, wenn die entsprechenden Doppelbrechungskennlinien nicht exakt bekannt sind. Die Regelung von Element E 3 verhindert Intensitätsverluste, wenn da 3 nicht exakt auf ein Vielfaches von π eingestellt wurde. Die notwendigen Umschaltungen übernimmt das Steuerwerk.The regulation of element E 2 avoids, inter alia, drops in intensity when elements E 2 and E 4 are adjusted simultaneously if the corresponding birefringence characteristics are not exactly known. The regulating element E 3 prevents loss of intensity, when there 3 was not accurately set to a multiple of π. The control unit takes over the necessary switching.

Die folgenden Ausführungen gelten für E 1 und E 5 analog. Es sei z. B. da 1 um 2π nach oben zu verstellen. Als erstes wird geprüft, in welcher Richtung das benachbarte Element E 2 verstellt werden muß, damit da 2 = k π erreicht wird und Element E 4 bei gegensinniger Veränderung um einen gleichen Winkel noch innerhalb der Bereichsgrenzen bleibt. Eine erfolgreiche Kombination ist immer möglich. Soll z. B. da 2 ein gerades Vielfaches von π werden, so wird da 3 auf einen Wert 2k * π gesetzt, von dem aus es um 2π erniedrigt werden kann, wie in den Fig. 12 bis 15 dargestellt ist. Gleiches gilt, wenn da 1 um 2π nach unten verstellt werden soll und da 2 (2k+1) π erreichen soll. In den beiden anderen möglichen Kombinationen muß da 3 = 2k * π um 2π erhöht werden können.The following explanations apply analogously to E 1 and E 5 . It is e.g. B. da 1 to 2 π upwards. First of all, it is checked in which direction the adjacent element E 2 must be adjusted so that 2 = k π is reached and element E 4 remains within the range limits when changed in the opposite direction by the same angle. A successful combination is always possible. Should z. B. since 2 become an even multiple of π , da 3 is set to a value 2 k * π , from which it can be decreased by 2 π , as shown in FIGS. 12 to 15. The same applies if there π 1 to 2 is to be moved down and da 2 (k 2 +1) π to achieve. In the other two possible combinations of k 3 = 2 * must since π can be increased by π. 2

Anschließend beginnt der in Fig. 12 dargestellte Verstellbetrieb: Schalter S 4 und s 5 werden umgeschaltet, da 2 wird wie gewünscht verschoben und da 4 synchron dazu mitverschoben, bis entsprechend Fig. 13 da 2 = k * π erreicht ist. Analog zu oben wird hier mit den Elementen E 1, E 3 und E 4 und E 5 auf Maximum geregelt. Dann wird die in E 3 "gespeicherte" Doppelbrechung auf E 1 übertragen, indem da 3 um 2π erniedrigt bzw. erhöht wird und da 1 in der gewünschten Richtung mitgeführt wird (Fig. 14). Währenddessen regeln nur die Elemente E 1, E 4 und E 5 auf Maximum E 1 liegt dann wieder im erlaubten Bereich. . Then, the adjustment operation shown in FIG 12 starts. Switches S 4 and S 5 are switched, since 2 is displaced as desired, and as 4 synchronously moved along with this, according to Fig 13 there 2 = k * π is achieved. Analogously to the above, the elements E 1 , E 3 and E 4 and E 5 are used for maximum regulation. Then, the "stored" in E 3 birefringence E 1 is transmitted by π as 3 to 2 is lowered or raised and is carried in the desired direction as 1 (Fig. 14). In the meantime, only the elements E 1 , E 4 and E 5 regulate to maximum E 1 then again lies in the permitted range.

Claims

1.Arrangement for polarization control with three elements with adjustable birefringence, the birefringence main axes of two adjacent elements being rotated by an amount of approximately 45 ° relative to one another and the range limits of the birefringence of the elements and thus the phase differences of the main axis components of the electromagnetic wave by at least two π apart and a polarizer or a coupler is optionally connected at the output, characterized in that at least two further elements with adjustable birefringence are provided, the respective birefringence main axes of which are relative to the main axis of each adjacent element by an amount of approximately 45 ° or 135 ° are rotated that the middle of the elements has a birefringence that can be adjusted by at least three adjacent integer multiples of π , that the polarization during operation of the birefringent elements inside the polarization adjustment range n of the electromagnetic waves before and after the central element is at least approximately linear and is at least approximately parallel or perpendicular to the main birefringence axis of this element, that when the operating point of an element approaches one of the range limits of the birefringence after an adjustment of the operating point of the central element a multiple of π the working point of the aforementioned element towards the center of the area and at the same time the working point of the next but one element within the area can be adjusted by a multiple of, whereby in the case of adjusting the working point of an outer element, the working points of this and the middle element only by an even-numbered multiple of π can be adjusted, and only after an intermediate adjustment of the working point of the element arranged between the two elements to a multiple of π and at the same time the working point of the opposite the latter after the next element by the same amount, finally the working point of the element adjacent to the middle and the outer element and at the same time the working point of the element after the next but one element being reset, and that the working point adjustments are made as a function of a controlled variable which is generated from the intensity of the useful signal becomes.

2. Arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that the given range limits of the birefringence of the elements are more than two π apart and that in addition the range limits of the birefringence of the central element are selected so that the operating point of the birefringence over three adjacent integer multiples is displaceable by π .

3. Arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that the Working point of the birefringence of at least one of the elements is modulated and the resulting alternating components the controlled variable amount and polarity are evaluated, serve to generate further control variables.

4. Arrangement for polarization control according to claim 3, characterized in that the Working point of the birefringence of at least one other Elements modulated with a comparatively low frequency and the resulting alternating shares of one Control variable are used to generate further control variables.

5. Arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that at an elliptical occurring at the location of the first element polarized electric wave at which one the main axes of the polarization ellipse by an angle 45 ° to the birefringence main axis of the second element is inclined, the first element is omitted.

6. Arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that with an elliptical occurring at the exit of the arrangement polarized electric wave at which one the main axes of the polarization ellipse by an angle from 45 ° to the main birefringence axis of the penultimate element is inclined, the last element is omitted.

7. Arrangement for polarization control according to claim 1 to Claim 6, characterized in that all elements are at least approximately linear birefringence exhibit.

8. arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that at least one of the elements is an elliptical birefringence having.

9. Arrangement for polarization control according to claim 1, characterized in that in the case of the adjustment of outer elements at least one and at the same time the middle element is adjusted by an odd multiple of π instead of an even multiple of π and that finally the working point of the two neighboring ones Element shifted again by the same amount and at the same time the working point of the element after next is reset to the original point.

10. Use of an arrangement for polarization control to adjust the polarization of two waves, thereby characterized that the Elements are distributed on the paths of the two waves so that the elements arranged in one path in the original Order and those arranged in the other way remaining items in their original Order reverse order occur.