DE3610573A1

DE3610573A1 - Anordnung zur polarisationsregelung

Info

Publication number: DE3610573A1
Application number: DE19863610573
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl Ing Noe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1987-10-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Polarisationsregelung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unter Doppelbrechung von elektromagnetischen Wellen wird im folgenden die Verzögerung verstanden, die zwischen zwei mit jeweils einem Eigenmodus des die Doppelbrechung verursachenden Elementes auftretenden Komponenten feststellbar ist, diese beiden Eigenmoden unterscheiden sich durch ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit.

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 linear doppelbrechend, wobei Phasendifferenzen der Hauptachskomponenten der durchlaufenden kohärenten elektromagnetischen Welle entstehen, die in einem 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 aufgebrachtem 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 am Ausgang der Gesamtordnung wirksamen Polarisation nur in Spezialfällen möglich ist. Damit können aber bei der Rückführung eines an einer Bereichsgrenze angelangten Arbeitspunktes eines Elementes beim Stand der Technik wesentliche Intensitätsverluste bis zum völligen Signalverlust auftreten.

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 am Ausgang der Gesamtanordnung wirksamen Polarisation und damit zu Intensitätsverlusten kommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

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 änderenden Polarisation ist beim Erfindungsgegenstand außerdem eine Endlos- Polarisationsregelung mit einem unbegrenzten Nachführbereich möglich, während beim Stande der Technik Nachführbereiche in der Größenordnung von einigen 180° erreichbar sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sowie eine zweckmäßige Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 näher beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Polarisationsregelung,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Polarisationsregelung für den optischen Überlagerungsempfang,

Fig. 3 typische Verstellwege auf einer Poincar´-Kugel,

Fig. 4 einen Modulator,

Fig. 5 eine Signalaufbereitung und

Fig. 6 bis 9 Verstellwege auf der Poincar´-Kugel.

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 optischen Heterodyn- oder Homodyn-Empfängern 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.

In der Fig. 1 ist eine Stelleinrichtung für 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.

Die Doppelbrechung d eines Elementes E ist

d = da + dmod * sin wt dmod «180° (1)

Der Arbeitspunkt da aller Elemente läßt sich im "erlaubten Bereich" um mehr als 360° kontinuierlich variieren. Die Verwendung von wenigstens einem Element mit einem Arbeitsbereich von 180° bis 360° ist möglich, es können auch mehrere dieser Elemente verwendet werden, sofern sie nicht benachbart sind. Für das Element E 3 gilt zusätzlich, daß der Arbeitspunkt der Doppelbrechung über drei benachbarte ganzzahlige Vielfache von 180° verschiebbar sein muß. Die Modulation mit der Amplitude dmod dient dabei der Regelung.

Fig. 2 zeigt die Polarisationsregelung für optischen Überlagerungsempfang. Der Eingang LO ist an einen lokalen Oszillator angeschlossen und mit einem zugeordneten Eingang eines Richtkopplers RK verbunden. An einem weiteren Eingang ES steht das empfangene Licht, dieser Eingang ist über die Stelleinrichtung nach Fig. 1 mit den fünf doppelbrechenden Elementen E 1 . . . E 5 mit einem weiteren Eingang des Richtkopplers RK verbunden. Neben dem optischen Ausgang A 1 verfügt der Richtkoppler RK über einen Anschluß für einen Detektor und Verstärker DET, der einen Photodiodenverstärker enthält. An den Detektorausgang A 2, der einen elektrischen Ausgang darstellt, sind einerseits weitere Anordnungen zur Signalverarbeitung und andererseits ein Quadrierer Q als Teil der Anordnung zur Polarisationsregelung angeschlossen. Der Ausgang des Quadrierers Q ist mit einem Steuereingang eines Reglers R verbunden, der die Stelleinrichtung nach Fig. 1 steuert.

Abweichend zu Fig. 2 können die Stelleneinrichtung auch zumindest teilweise im anderen Lichtweg angeordnet und mit dem fünften Element an den lokalen Laseroszillator und mit dem fünften oder einem anderen Element an den Richtkoppler RK angeschlossen sein. Das fünfte Element kann immer dann entfallen, wenn die Polarisation des vom lokalen Laser erzeugten Lichtes geeignet gewählt wird. Es ergibt sich dadurch eine Verringerung der Anzahl der Variablen und damit eine drastische Verringerung des Regelaufwandes, da nur die Intensitätsregelung verbleibt. Die Regelstrecke besteht aus der Anordnung zur Polarisationsregelung und einem anschließendem Analysator oder Koppler mit einer Zuführung der lokalen Oszillatorwelle. Die Stellgrößen d und die zwei Polarisationen Po und Ps′ bestimmen die Größe der Intensität 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. Die Hauptsachen der linear doppelbrechenden Elemente E 1, E 3, E 5, sind dabei so gewählt, daß der Punkt P mit dem Doppelbrechungswinkel des betreffenden Elementes auf der Kugeloberfläche um die Y-Achse gedreht wird, während die Hauptachsen der linear doppelbrechenden Elemente E 2, E 4 so gewählt sind, daß der Punkt P mit dem Doppelbrechungswinkel des betreffenden Elementes auf der Kugeloberfläche um die X-Achse gedreht wird. Durch ein linear doppelbrechendes Element E, 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 liegt, um den der Doppelbrechung entsprechenden Winkel d gedreht.

In einem typischen Betriebsfall ist die Intensität die Regelgröße und soll durch die Regelung maximiert werden.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist an die erfindungsgemäße Anordnung an Stelle des Richtkopplers nach Fig. 2 ein Polarisationsanalysator angekoppelt.

Wird Licht der Polarisation Ps und der Intensität Is durch einen verlustfreien Analysator Po geleitet, ist die Intensität I am Ausgang

wobei PsPo der räumliche Winkel zwischen den beiden Punkten auf der Poincar´-Kugel ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 2 dient die erfindungsgemäße Anordnung für den optischen Überlagerungsempfang.

Beim optischen Überlagerungsempfang werden die Signalwelle (Ps, Is) und die lokale Oszillatorwelle (Po, Io) zur Gesamtintensität IÜ überlagert.

c ist die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen. Sofern Io»Is ist und der Empfänger mit einer Frequenz- bzw. Phasenregelschleife ausgestattet ist, wird das modulierte und vom Empfänger detektierbare Nutzsignal im elektrischen Teil des Empfängers

Die Intensität I wird in diesem Fall durch

I = In ²/(4 * Io)

definiert. I ist also die geeignet normierte Leistung des elektrischen Überlagerungssignals.

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.

Nehmen wir an, für d = dopt eines Elementes E werde PoPs minimal. Es gilt

Dabei ist ϕ auf der Poincar´-Kugel der Winkel zwischen dem Polarisationszustand Ps und der Doppelbrechungs-Hauptachse des die Doppelbrechung d verursachenden Elementes, während ψ der halbe Winkel zwischen den Polarisationszuständen Po und Ps ist, wenn die Doppelbrechung den für maximale Intensität erforderlichen Wert d = dopt annimmt.

Bei kontinuierlicher Bewegung von d schwankt I sinusförmig.

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

Iw = J/Jd * dmod * sin wt (7a)

Iw und I2w sind Signalgrößen. Mit (7) und (8) sind JI/Jd und J ² I/Jd ², die erste und zweite Ableitung der Regelgröße, bekannt. Ist das absolute Maximum einmal erreicht (2ψ = 0, da = dopt), vereinfacht sich (8b) mit sin ϕ = r zu

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 werden die Doppelbrechungen d 1. . .d 5 verändert. Die Fig. 4 zeigt einen typischen Betriebsfall. 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, da in diesem Fall die Polarisation an dieser Stelle gleich einem der Eigenmoden dieses Elementes ist. Die Elemente E 1 und E 2 werden so eingestellt, daß die Intensität immer maximal wird. Die Elemente E 4 und E 5 werden verwendet, um die Intensitätsschwankungen, die durch Modulation der Doppelbrechung d 3 entstehen, zu minimieren. Sofern nur die Intensität im Arbeitspunkt ihr Maximum erreicht hat, sind diese Schwankungen proportional zum Quadrat des Radius r 3, den der die Funktion des Elementes E 3 beschreibende Kreis auf der Poincar´-Kugel hat. Im folgenden soll demnach die Größe r 3 ² minimiert werden. Ein einwandfreier Verstellbetrieb ist nämlich auf r 3 ² ≈ 0 angewiesen. Diese 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 der 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.

Die Modulation wird für jedes Element getrennt in einem in Fig. 4 dargestellten Modulator erzeugt. Der Modulator enthält eine Meßeinrichtung ME, der neben dem Taktsignal C 1 eine die Intensität I darstellende elektrische Größe zugeführt wird. An den beiden Ausgängen der Meßeinrichtung ME werden die Wechselanteile der Intensität bei der einfachen und der doppelten Modulationsfrequenz an nachgeschaltete phasenempfindliche Gleichrichter und Verstärker GR 1, GR 2 abgegeben, die einen Umschalter US steuern. Durch den Umschalter wird der Betrag der einen oder anderen Ableitung an einen Subtrahierer weitergeleitet, der den Betrag von einer Referenzgröße subtrahiert und die Differenzgröße an einen nachgeschalteten ersten Integrator IN 1 abgibt. Mit dem Ausgang des Integrators IN 1 ist ein Begrenzer BE verbunden, der die Modulationsamplitude dmod begrenzt und an einen getakteten Verstärker Vt zur Erzeugung des Modulationssignals für das jeweilige Element abgibt. Die Amplitude dmod der Doppelbrechungsmodulation sollte möglichst groß sein, um eine hohe Regelgenauigkeit zu gewährleisten. Der Integrator und somit die Amplitude dmod wird bei Betriebsbeginn auf Null gesetzt. Dann wird die Amplitude dmod so lange erhöht, bis die gewichteten Beträge der in der Meßeinrichtung ermittelten Intensitäten Iw oder I2w so groß sind, daß die maximal zulässige Abweichung der Intensität I vom nichtmodulierten Wert erreicht ist. Dies gilt für die Elemente E 1, E 2 und E 3. Eine weitere obere Grenze ist durch dmod « 180° 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.

Die Modulationsamplitude dmod und die Wechselanteile werden einen in der Zeichnung nicht dargestellten Umformer zugeführt, der die erste und zweite Ableitung der Intensität I entsprechend Gleichungen (7a) und (8a) erzeugt.

Der Maximumregler, bestehend aus Signalaufbereitung entsprechend Fig. 5 mit zweitem Integrator IN 2 ermittelt den Arbeitspunkt da des Stellelements. Die in Fig. 5 dargestellte Signalaufbereitung enthält einen ersten Komparator K 1, dessen einer Eingang mit dem ersten Eingang E 1 der Signalaufbereitung verbunden ist und ein Signal entsprechend der Steilheit der Intensität in Abhängigkeit von der Doppelbrechung erhält. Der zweite Eingang des ersten Komparators K 1 ist mit Bezugspotential verbunden. Mit einem zweiten Eingang E 2 der Signalaufbereitung ist ein erster Eingang eines zweiten Komparators K 2 verbunden der ein Signal entsprechend der Krümmung der Kurve für die Intensität in Abhängigkeit von der Doppelbrechungerzeugt. Der zweite Eingang des zweiten Komparators K 2 ist mit Bezugspotential verbunden. Der erste Komparator K 1 steuert einen ersten Schalter S 1, der zwischen einem positiven und negativen konstanten Wert ± K 3 umschaltet, die die Regelgeschwindigkeit beeinflussen. Der zweite Komparator K 2 steuert einen zweiten Schalter S 2, der von dem Ausgang des ersten Schalters S 1 auf Bezugspotential umschaltet. Der Ausgang des zweiten Schalters S 2 ist mit einem Eingang einer Summierstufe SSt verbunden, deren anderer Eingang mit dem ersten Eingang E 1 der Signalaufbereitung verbunden ist. Der Ausgang der Summierstufe ist über einen Verstärker V mit einem zweiten Integrator IN 2 verbunden, an dessen Ausgang ein Signal da ansteht, aus dem zusammen mit dem Ausgangssignal des Modulators nach Fig. 4 das Stellsignal für den Arbeitspunkt des jeweiligen Elementes erzeugt wird. Die Signalaufbereitung ermöglicht es, aus dem labilen Minimum JI/Jd = 0 und JI ²/d ² 0 schnell herauszukommen: Wenn J ² I/Jd ² einen Wert k 2 übersteigt, wird der Betrag von JI/Jd um einen Wert k 3 erhöht. Der Maximumregler erreicht so da = dopt, also den optimalen Arbeitspunkt.

Die Elemente E 1 und E 2 werden so eingeregelt werden, daß die Intensität I dabei maximiert wird. Der Arbeitspunkt des Elementes E 3 wird auf da 3 = k* 180° konstant gehalten. Das Element E 3 wird ebenfalls moduliert und ein zugehöriges Rechenwerk bestimmt unter der Annahme 2 ψ = 0, also maximaler Intensität im Arbeitspunkt, die durch die schnelle Regelung der Elemente E 1 und E 2 gerechtfertigt ist, mit Gleichung (8c) das Quadrat des Radius r 3. Die Elemente E 4 und E 5 werden so geregelt, daß das Quadrat r 3 ² mimimiert wird. Dazu bestimmen Umformer die jeweiligen Größen Jr 3 ²/Jd und J ² r 3 ²/Jd ², mit denen die Signalaufbereitungen für die Elemente E 4 und E 5 angesteuert werden. So wird die Größe -r 3 analog zur Intensität I maximiert.

Der Taktgenerator synchronisiert die Modulationen. Es kann, wie beschrieben, im Frequenzmultiplex mit Sinusschwingungen, im Funktionenmultiplex oder auch im Zeitmultiplex gearbeitet werden. Wichtig ist nur, daß die Modulationsgeschwindigkeiten und Regelgeschwindigkeiten der Regelkreise für das vierte und fünfte Element gegenüber denen für die Elemente E 1, E 2, E 3 vergleichsweise langsam sind.

Wenn I = Is ist und sich Po oder Ps′ ändern, entsteht ein Fehler . 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.

Die Polarisationsregelung kann in einem labilen Zustand hängen bleiben, in dem die Intensität nicht optimal oder die durch die Modulation des Elementes E 3 hervorgerufenen Intensitätsschwankungen nicht minimal sind. Es wurde deshalb ein Regelalgorithmus entwickelt, der labile Zustände vermeidet und abwechselnd zum einen durch Verstellung der Elemente E 1 und E 2 die Intensität maximiert und durch Verstellung der Elemente E 4 und E 5 die durch die Modulation des Elementes E 3 hervorgerufenen Intensitätsschwankungen minimiert und zum anderen durch Verstellung der Elemente E 4 und E 5 die Intensität maximiert und durch Verstellung der Elemente E 1 und E 2 die durch die Modulation des Elementes E 3 hervorgerufenen Intensitätsschwankungen minimiert. Die Elemente E 1 und E 2 sowie E 4 und E 5 werden kombiniert moduliert. Es werden die gemischten Ableitungen der Intensität nach dem jeweiligen Doppelbrechungen ausgewertet, wodurch die labilen, suboptimalen Zustände verlassen werden. Weiterhin ist eine teilweise Bestimmung des Eingangs - oder Ausgangs - Polarisationszustandes durch Modulation des ersten oder fünften Elementes möglich. Damit kann das zweite oder vierte Element so voreingestellt werden, daß die durch die Modulation des Elementes E 3 hervorgerufenen Intensitätsschwankungen schnell minimiert werden.

Im Verstellbetrieb ist der Arbeitspunkt wenigstens eines der Elemente in die Nähe einer Bereichgrenze verschoben, im Laufe der Zeit kann der Arbeitspunkt 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 ² = 0 um Vielfache von 180° verstellt wird.

Im Verstellbetrieb werden alle Elemente deren 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.

Die folgenden Ausführungen gelten analog für die Elemente E 2 und E 4. Wenn das Element E 2 den zulässigen Bereich überschreitet, prüft zunächst ein Steuerwerk, in welche Richtung dessen Arbeitspunkt da 2 verstellt werden muß. Dann wird überprüft, ob der Arbeitspunkt da 4 des vierten Elementes um 180° in der entgegengesetzten Richtung verstellt werden kann. Ist diese Bedingung erfüllt, wird der Arbeitspunkt da 3 des dritten Elementes auf 2k* 180° eingestellt. Das Quadrat r 3 ² wird bis zum Ende des Verstellbetriebes nicht mehr minimiert. Die Arbeitspunkte des zweiten und vierten Elementes werden gegensinnig und synchron um 180° verschoben. Dabei kann es nicht zu Intensitätseinbußen kommen. Der Verstellbetrieb ist hier beendet.

Wenn sich der Arbeitspunkt da 4 des vierten Elementes nicht entgegengesetzt zur Verstellrichtung des Arbeitspunktes da 2 des zweiten Elemntes um 180° verschieben läßt, kann er gleichzeitig verstellt werden, da der Arbeitsbereich mindestens 360° umfaßt. Der Verstellbetrieb verläuft wie oben beschrieben, nur wird da 3 anfangs auf (2k+1) * 180° eingestellt.

Die folgenden Ausführungen gelten für die Elemente E 1 und E 5 analog. Es sei z. B. da 1 um 360° nach oben verstellen. As erstes wird geprüft, in welcher Richtung das benachbarte Element E 2 verstellt werden muß, damit da 2 = k * 180° 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. der Arbeitspunkt da 2 des zweiten Elementes ein gerades Vielfaches von 180° werden, der Arbeitspunkt da 3 des dritten Elementes auf einen Wert 2k * 180° gesetzt, von dem aus es um 360° erniedrigt werden kann, wie in den Fig. 6 bis 9 dargestellt ist. Gleiches gilt, wenn der Arbeitspunkt da 1 des ersten Elementes um 360° nach unten verstellt werden soll und der Arbeitspunkt da 2 des zweiten Elementes (2k+1) 180° erreichen soll. In den beiden anderen möglichen Kombinationen muß der Arbeitspunkt da 3 = 2k * 180° des dritten Elementes um 360° erhöht werden können.

Anschließend beginnt der Verstellbetrieb: der Arbeitspunkt des zweiten Elementes da 2 wird wie gewünscht verschoben und der Arbeitspunkt da 4 des Elementes E 4 synchron dazu mitverschoben, bis entsprechend Fig. 13 der Arbeitspunkt da 2 = k * 180° des zweiten Elementes erreicht ist. Dann wird die in Element E 3 "gespeicherte" Doppelbrechung auf Element E 1 übertragen, indem der Arbeitspunkt da 3 des Elementes E 3 um 360° erniedrigt bzw. erhöht wird und der Arbeitspunkt da 1 des ersten Elementes in der gewünschten Richtung mitgeführt wird (Fig. 14). Der Arbeitspunkt des Elementes E 1 liegt dann wieder im Arbeitsbereich. Abschließend wird der Arbeitspunkt des vierten Elementes auf seinen ursprünglichen Wert verschoben, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Der Arbeitspunkt des zweiten Elementes wird synchron dazu mitverschoben, und zwar auf seinen ursprünglichen Wert, falls der Arbeitspunkt da 1 des ersten Elementes zuvor um 180° verschoben wurde, oder den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung, falls der Arbeitspunkt da 1 des ersten Elementes um 360° verschoben wurde.

Claims

1. Anordnung zur Polarisationsregelung mit drei Elementen mit kontinuierlich verstellbarer Doppelbrechung, wobei im Falle der ausschließlichen Verwendung linear doppelbrechender Elemente die Doppelbrechungs-Hauptachsen von jeweils zwei benachbarten Elementen um etwa 45° im positiven oder negativen Drehsinn gegeneinander gedreht sind und die Bereichsgrenzen der Doppelbrechung der Elemente und damit der Phasendifferenzen der Hauptachsenkomponenten der elektromagnetischen Welle um wenigstens 360° auseinanderliegen und am Ausgang wahlweise ein Polarisator oder ein Koppler angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei weitere Elemente mit kontinuierlich verstellbarer Doppelbrechung vorgesehen sind, daß die sich ergebenden wenigstens fünf Elemente eine wenigstens angenähert lineare, elliptische oder zirkulare Doppelbrechung aufweisen, daß ein doppelbrechendes Element mit einer Doppelbrechung von etwa 180° bei Anregung mit einem Eigenmodus jedes der benachbarten Elemente wenigstens annähernd den zweiten, dazu orthogonalen Eigenmodus erzeugt, daß äußere doppelbrechende Elemente und jeweils deren unmittelbar benachbartes Element direkt der Polarisationsregelung dienen und daß ein mittleres Element den Arbeitsbereich der übrigen Elemente so erweitert, daß sich eine Endlos- Polarisationsregelung ergibt, bei der kontinuierlich beliebige Polarisationszustände der ankommenden Welle in beliebige andere Polarisationszustände umgeformt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endlos- Polarisationsregelung dadurch ermöglicht wird, daß dann eine Verstellung des Arbeitspunktes des ersten, dritten oder fünften Elementes ohne Intensitätsverlust erfolgt, wenn die Polarisation der elektromagnetischen Wellen vor und nach dem mittleren Element zumindest angenähert gleich einem Eigenmodus dieses Elementes ist, daß bei Annäherung des Arbeitspunktes eines anderen Elementes an eine der Bereichsgrenze der Doppelbrechung nach einer Verstellung des Arbeitspunktes des mittleren Elementes um einen ersten Verstellwinkel auf einen ersten Ausgangswert der Arbeitspunkt des zuvor genannten Elementes in Richtung Bereichsmitte und gleichzeitig der Arbeitspunkt des übernächsten Elementes innerhalb des Bereiches jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches von 180° verstellt werden, wobei außerdem eine Verstellung des Arbeitspunktes eines äußeren Elementes erst erfolgt, nachdem eine Verstellung des Arbeitspunktes des zwischen dem äußeren und dem mittleren Element angeordneten Elementes um einen zweiten Verstellwinkel auf einen zweiten Ausgangswert und gleichzeitig des Arbeitspunktes des gegenüber letzteren übernächsten Elementes um den Betrag des gleichen Verstellwinkels vorgenommen wurde und abschließend der Arbeitspunkt des dem mittleren und dem äußeren Element benachbarten Elementes und gleichzeitig der Arbeitspunkt des gegenüber letzteren übernächsten Elementes jeweils um den Betrag des zweiten Verstellwinkels verstellt werden, daß die Arbeitspunktverstellungen in Abhängigkeit von einer Regelgröße erfolgen, die aus der Intensität des Nutzsignals erzeugt wird, daß die Ausgangswerte jeweils ein gangzzahliges Vielfaches von 360° zuzüglich einem Zwischenwinkel und einem, wahlweise 0° oder 180° aufweisenden Korrekturwinkel sind, daß der Zwischenwinkel die wirksame Doppelbrechung des Elementes darstellt, durch die eine Komponente mit dem schnellen Eigenmodus des in Ausbreitungsrichtung unmittelbar davor angeordneten Elementes vollständig in eine Komponente mit dem schnellen Eigenmodus des unmittelbar folgenden Elementes umgewandelt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Annäherung des Arbeitspunktes des zweiten doppelbrechenden Elementes an einen Ausgangswert statt einer Verstellung des zweiten und vierten das erste Element um ein ungeradzahliges Vielfaches von 180° verstellt werden kann und daß bei einer Annöherung des Arbeitspunktes des vierten doppelbrechenden Elementes an einen Ausgangswert statt einer Verstellung des zweiten und vierten das fünfte Element um ein ungeradzahliges Vielfaches von 180° verstellt werden kann.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verstellung des Arbeitspunktes eines zwischen anderen Elementen angeordneten Elementes auf einen Ausgangswert bei einem Korrekturwinkel von 0° die gleichzeitige Verstellung der Arbeitspunkte der beiden benachbarten Elemente in entgegengegesetzter Richtung erfolgt und daß bei einem Korrekturwinkel von 180° eine Verstellung beider Arbeitspunkte in die gleiche Richtung erfolgt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch kennzeichnet, das der Doppelbrechungsbereich des mittleren Elementes wenigstens zwei benachbarte, ganzzahlige Vielfache von 180° umfaßt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung linear doppelberechnender Elemente deren jeweilige Doppelbrechungs- Hauptachsen zur Hauptachse jedes benachbarten Elementes um etwa 45° oder 135° gegeneinander geneigt sind, daß bei Betrieb linear doppelbrechender Elemente im Innern des Doppelbrechungsbereiches 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.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer am Eingang der Anordnung mit dem Eigenmodus des ersten Elementes auftretenden elektromagnetischen Welle das erste Element entfallen kann.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einstellung des ersten Elementes auf einen Doppelbrechungswinkel von 0° oder ganzzahligen Vielfachen von 180° das erste Element entfällt.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer am Ausgang der Anordnung mit dem Eigenmodus des letzten Elementes auftretenden elektromagnetischen Welle das letzte Element entfällt.

10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einstellung des letzten Elementes auf einem Doppelbrechungswinkel von 0° oder 180° das letzte Element entfällt.

11. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Doppelbrechung wenigsten eines der Elemente variiert wird und die sich ergebenden Schwankungen einer Regelgröße nach Betrag und Polarität ausgewertet, zur Ableitung weiterer Regelgrößen dienen.

12. Anordnung nach Patentansprüchen 1, 2 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Doppelbrechung mindestens eines weiteren Elementes vergleichsweise langsam variiert wird und die sich ergebenden Schwankungen einer Regelgröße zur Ableitung weiterer Regelgrößen dienen.

13. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die bei Annäherung des Arbeitspunktes eines Elementes an eine der Bereichsgrenzen der Doppelbrechung vorzunehmenden Verstellungen der Arbeitspunkte der doppelbrechenden Elemente die vorgeschriebenen Werte wenigstens näherungsweise erreicht werden.

14. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Angleichung der Polarisation zweier Wellen unter Verwendung eines Kopplers, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente auf die Wege der beiden elektromagnetischen Wellen so verteilt sind, daß die in einem Weg angeordneten Elemente in der ursprünglichen Reihenfolge und die im anderen Weg angeordneten restlichen Elemente in der zu ihrer ursprünglichen Reihenfolge umgekehrten Reihenfolge auftreten und daß dabei an Stelle eines einzigen mittleren Elementes in jedem Signalweg ein mittleres Element angeordnet ist.