DE3615982A1 - Endless polarisation control - Google Patents

Endless polarisation control

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Abstract

In analogy to the electrical superheterodyne receiver, an optical superheterodyne receiver can be designed in which received light is superimposed by the light generated by a local laser. One condition for the superpositioning is, besides the use of coherent light, the same polarisation plane for both light waves. Because the polarisation plane of the light transmitted through the light wave conductor can change, an arrangement for controlling the polarisation on the receiver side is necessary. The polarisation control is carried out by means of double-refracting elements, which are formed using relays, whose movable armatures exert a variable pressure on a light wave conductor carried through the yoke of the magnet. In the present case one can manage with three such double-refracting elements that are controlled in such a way that even when one of these elements arrives at the limit of a displacement range, there is no abrupt change in the polarisation and consequently no signal failure.

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.

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.Under birefringence of electromagnetic waves in the following understood the delay between two each with its own mode of the one causing the birefringence Element occurring components can be determined is, these two eigenmodes differ by their speed of propagation.

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 von 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 Ah 1 Or/6. 5. 1986 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.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 waveguide linear birefringent, where phase differences of the main axis components the continuous coherent electromagnetic wave arise that are linear in a certain range applied pressure are dependent. For reasons of strength given a certain range of birefringence, in by changing the applied pressure the working point is movable. Can be used to generate pressure instead of relays also piezoelectric elements be used with a higher setting speed is possible. In the area of integrated optics can be applied on a substrate Lithium niobate birefringent elements are produced, the birefringence depending Ah 1 Or / 6. 5. 1986  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.

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.The known arrangement has the problem that a Change the working points of one or more of the elements without changing the outcome of the general order effective polarization is only possible in special cases. However, this can be used to return one to one Range limit of the working point of an element significant losses in intensity in the prior art until complete signal loss occurs.

Aus "Electronics Letters" vom 16. Jan. 1986, Seite 100 bis 102 ist bereits eine Endlos-Polarisationsregelung bekannt, die unterbrechungsfrei einen bestimmten Polarisationszustand am Eingang in jeden beliebigen Polarisationszustand am Ausgang umformen kann und dazu drei linear doppelbrechende Elemente und ein weiteres zirkular doppelbrechendes Element enthält. Der Aufbau einer derartigen Anordnung ist schwierig, da beispielsweise für das zirkular doppelbrechende Element mehr als 100 Meter Glasfaserlänge erforderlich sind, die in ein Magnetfeld eingebracht, die gewünschte zirkulare Doppelbrechung ergeben.From "Electronics Letters" from Jan. 16, 1986, page 100 to 102 an endless polarization control is already known, the uninterrupted a certain polarization state at the input in any polarization state can transform at the output and three linear birefringent Elements and another circular birefringent Contains item. The structure of such an arrangement is difficult because, for example, for the circular birefringent Element longer than 100 meters of fiberglass required that are introduced into a magnetic field are the desired ones circular birefringence result.

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. 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 effective polarization at the output of the overall arrangement and thus there is a loss of intensity.  

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.According to the invention, the object is characterized by the of claim 1 contained features solved.

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 beim Erfindungsgegenstand mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Endlos-Polarisationsregelung mit einem unbegrenzten Nachführbereich möglich, während beim Stande der Technik entweder Nachführbereiche in der Größenordnung von einigen 180° bei einfachem Aufbau oder eine Endlos-Polarisationsregelung bei vergleichsweise kompliziertem Aufbau erreichbar sind.The arrangement according to the invention offers advantageous Way the possibility of a polarization control realize that besides the elements with adjustable Birefringence has no other elements in the Path of electromagnetic waves are arranged. With a view to tracking one yourself continuously changing polarization is the subject of the invention with comparatively little effort Endless polarization control with an unlimited Tracking area possible while in the prior art either tracking areas on the order of a few 180 ° with simple construction or an endless polarization control achievable with a comparatively complicated structure are.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sowie eine zweckmäßige Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 näher beschrieben.Advantageous further developments of the invention Arrangement and appropriate use of the invention Arrangement are in claims 2 to 5 described in more detail.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is based on one in the Drawing shown embodiment closer are explained.

Dabei zeigtIt 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 die schematische Darstellung einer Polarisationsregelung für den optischen Überlagerungsempfang und Fig. 2 is a schematic representation of a polarization control for the optical overlay reception and

Fig. 3 Verstellwege auf einer Poincar´-Kugel. Fig. 3 adjustment paths on a Poincar´ ball.

Es wird eine Regelung beschrieben, mit der die Polarisation elektromagnetischer Wellen der Polarisation eines am Ausgang einer Anordnung befindlichen Analysators angeglichen werden kann. Dazu wird die Strahlungsintensität hinter dem Analysator bestimmt. Sie soll maximiert werden. Die Polarisationsregelung ist in der Lage, Polarisationsänderungen 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.A regulation is described with which the polarization electromagnetic waves of the polarization of an am Aligned output of an array located analyzer can be. This is the radiation intensity determined behind the analyzer. It should be maximized. The polarization control is able to change polarization to follow the analyzer. The polarization the wave at the exit of the arrangement is always adjusted so that it corresponds to that of the analyzer. The tracking area is in contrast to the prior art unlimited. For optical heterodyne or homodyne receivers can overlap the polarizations of the two Signals are matched, the Polarization analyzer is omitted and the control variable Power of the electrical intermediate frequency signal is used. Another application is in fiber optic gyroscopes conceivable.

In der Fig. 1 ist eine Stelleinrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung zur Polarisationsregelung dargestellt, die drei Magnete mit UI-Kernen enthält, wobei die I-Schenkel freibeweglich sind und Druck auf einen durch die drei 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 könne. Der Azimut der Magnete liegt abwechselnd bei 45° und 0° bezogen auf eine zum Lichtwellenleiter senkrecht gewählte Hauptachse. Die Doppelbrechungs-Hauptachsen der einzelnen doppelbrechenden Elemente E 1, E 2, E 3 liegen parallel zum Azimut des jeweiligen Magneten.In FIG. 1, a control device for an inventive arrangement is shown for polarization control, contains the three magnets having UI cores, wherein the I-arm can move freely and pressure can exert on a guided through the three 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 45 ° and 0 ° in relation to a main axis selected perpendicular to the optical fiber. The main birefringence axes of the individual birefringent elements E 1 , E 2 , E 3 lie parallel to the azimuth of the respective magnet.

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

d = da + dmod * sin wt dmod « 180° (1) d = da + dmod * sin wt dmod «180 ° (1)

Der Arbeitspunkt da aller Elemente läßt sich im "erlaubten Bereich" um mehr als 180° kontinuierlich variieren, die Verwendung von wenigstens einem Element mit einem Arbeitsbereich von 360° ist dabei nötig.The working point since all elements can be varied continuously in the "permitted range" by more than 180 °, the use of at least one element with a working range of 360 ° being necessary.

Fig. 2 zeigt die Polarisationsregelung für optischen Überlagerungsempfang. Der Eingang ES erhält das ankommende Licht und ist mit einem zugeordneten Eingang eines Richtkopplers RK verbunden. Ein weiterer Eingang LO ist an einen lokalen Oszillator mit Polarisationszustand Po′ angeschlossen, dieser Eingang ist über die Stelleinrichtung nach Fig. 1 mit den drei doppelbrechenden Elementen E 1 . . .E 3 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. Fig. 2 shows the polarization control for optical heterodyne reception. The input ES receives the incoming light and is connected to an assigned input of a directional coupler RK . Another input LO is connected to a local oscillator with polarization state Po ' , this input is via the actuating device according to FIG. 1 with the three birefringent elements E 1 . . . E 3 connected to another input of the directional coupler RK . In addition to the optical output A 1 , the directional coupler RK has a connection for a detector and amplifier DET , which contains a photodiode amplifier. On the one hand, further arrangements for signal processing and, on the other hand, a squarer Q as part of the arrangement for polarization control are connected to the detector output A 2 , which represents an electrical output. The output of the squarer Q is connected to a control input of a regulator R which controls the actuating device according to FIG. 1.

Abweichend zu Fig. 2 könnte die Stelleinrichtung auch zumindest teilweise im anderen Lichtweg angeordnet und mit dem dritten Element an den Eingang ES und mit dem ersten oder einem anderen Element an den Richtkoppler RK angeschlossen sein. Die Regelstrecke besteht aus der Anordnung zur Polarisationsregelung und einem anschließenden Analysator oder Koppler mit einer Zuführung der lokalen Oszillatorwelle. Die Stellgrößen d 1 . . .3 und die zwei Polarisationen Po′ und Ps bestimmen die Größe der Intensität I. In contrast to Fig. 2, the adjustment device could also be at least partially disposed in the other optical path, and connected to the third element to the input ES and to the first or another element of the directional coupler RK. The controlled system consists of the arrangement for polarization control and a subsequent analyzer or coupler with a supply of the local oscillator wave. The manipulated variables d 1. . .3 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 eine Poincar´-Kugel. Jedem Polarisationszustand ist eindeutig ein Punkt P auf der Kugeloberfläche zugeordnet. Die Hauptachsen der linear doppelbrechenden Elemente E 1, E 3 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 Hauptachse des linear doppelbrechenden Elementes E 2 so gewählt ist, 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.The function of the control will then be explained in more detail. A Poincar´ sphere is used to describe the polarization. A point P on the spherical surface is uniquely assigned to each polarization state. The main axes of the linear birefringent elements E 1 , E 3 are selected such that the point P is rotated around the Y axis with the birefringence angle of the element in question on the spherical surface, while the main axis of the linear birefringent element E 2 is selected such that that the point P is rotated with the birefringence angle of the element in question on the spherical surface around the X axis. By means of a linear birefringent element E , the main axis of which is inclined with respect to the horizontal by the angle b , the point P on the spherical surface is rotated by an angle d which corresponds to the birefringence by an axis lying in the equatorial plane.

In einem typischen Betriebsfall ist die Intensität die Regelgröße und soll durch die Regelung maximiert werden.In a typical operation, the intensity is that Controlled variable and should be maximized by the regulation.

Bei einem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 2 dient die erfindungsgemäße Anordnung für den optischen Überlagerungsempfang.In an exemplary embodiment corresponding to FIG. 2, the arrangement according to the invention is used 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 ;

IÜ = Io + Is + 2 √ cos (½) cos(c), IÜ = Io + Is + 2 √ cos (½) cos ( c ),

dabei ist c die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen. Sofern Io » Is und der Empfänger mit einer Frequenz- bzw. Phasenregelschleife ausgestattet ist, wird das modulierte und vom Empfänger detektierbare Nutzsignal In im elektrischen Teil des Empfängers:where c is the phase difference between the two waves. If Io » Is and the receiver are equipped with a frequency or phase locked loop, the modulated useful signal In which can be detected by the receiver is in the electrical part of the receiver:

In = 2 √ cos (½) In = 2 √ cos (½)

Die normierte Intensität I am Ausgang des Quadrierers Q wird durchThe normalized intensity I at the output of the squarer Q is given by

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 aus 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 assumes the maximum possible value, ie = 0 °. This requires information about the location of the points and circles from 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.

Eine weitere Erläuterung des Intensitätsverhaltens und der Intensitätsmaximierung ist in der älteren Patentanmeldung P 36 10 573.2 in Verbindung mit fünf Elementen und den Fig. 4 und 5 detailliert beschrieben. Zur sinngemäßen Übertragung ist dabei das Element E 1 der älteren Anmeldung durch das Element E 3 der vorliegenden Anmeldung zu ersetzen.A further explanation of the intensity behavior and the intensity maximization is described in detail in the earlier patent application P 36 10 573.2 in connection with five elements and FIGS . 4 and 5. For analogous transmission, element E 1 of the earlier application is to be replaced by element E 3 of the present application.

Wenn I = Is ist und sich Ps ändert, entsteht ein Fehler . Im Normalbetrieb werden Schwankungen von Ps ausgeregelt. Der Intensitätsverlust während des Nachregelvorganges ist äußerst gering, wenn die Schwankungen langsam gegenüber der Regelgeschwindigkeit der Anordnung sind. If I = Is and Ps changes, an error occurs. In normal operation, fluctuations in Ps 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.

Die Polarisationsregelung kann in einem labilen Zustand hängen bleiben, in dem die Intensität nicht optimal ist. Es wurde deshalb ein Regelalgorithmus entwickelt, der durch labile Zustände vermieden und die Elemente E 2 und E 2 kombiniert moduliert werden. Es werden die gemischten Ableitungen der Intensität nach den Doppelbrechungen ausgewertet, wodurch die labilen, suboptimalen Zustände verlassen werden.The polarization control can get stuck in an unstable state in which the intensity is not optimal. A control algorithm was therefore developed which is avoided by unstable conditions and the elements E 2 and E 2 are modulated in combination. The mixed derivatives of the intensity after the birefringence are evaluated, as a result of which the unstable, suboptimal states are left.

Im Verstellbetrieb ist der Arbeitspunkt wenigstens eine der Elemente E 2, E 3 in die Nähe einer Bereichsgrenze 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. Es ist erkennbar, daß es während des Verstellens zu Intensitätseinbußen kommen könnte, wenn nicht dafür gesorgt wird, daß die Polarisation gleich einem Eigenmodus des Elementes ist. Der unbegrenzte Nachführbereich der beschriebenen Polarisationsregelung beruht neben der aus Electronics Letters bekannten linearen Verstellung der Doppelbrechung d 3 bei gleichzeitiger periodischer Verstellung der Doppelbrechungen d 1 und d 2, darauf, daß ein Überschreiten der Bereichsgrenze der Doppelbrechung d 2 dadurch vermieden wird, daß bei Erreichen der Bereichsgrenze der Doppelbrechung die Doppelbrechung d 3 um 180° verändert wird. Dadurch kehrt sich die Verstellrichtung für die Doppelbrechung d 2 um in Richtung Bereichsmitte. Die Bereichsgrenzen sind dabei jeweils ungerade Vielfache von 90°, da nur dann der Polarisationszustand am Element E 3 während dessen Verstellung um 180° gleich einem Eigenmodus dieses Elements ist.In the adjustment mode, the working point of at least one of the elements E 2 , E 3 is shifted in the vicinity of a range limit, in the course of time the working point for an element may exceed the permitted range. The birefringence d must be adjusted up or down in this case. It can be seen that there may be a loss of intensity during the adjustment, if it is not ensured that the polarization is equal to an intrinsic mode of the element. The unlimited tracking range of the polarization control described is based, in addition to the linear adjustment of the birefringence d 3 known from Electronics Letters, with simultaneous periodic adjustment of the birefringence d 1 and d 2 , on the fact that exceeding the range limit of the birefringence d 2 is avoided in that when the Range limit of the birefringence, the birefringence d 3 is changed by 180 °. This reverses the direction of adjustment for birefringence d 2 towards the center of the area. The range limits are in each case odd multiples of 90 °, since only then is the state of polarization at element E 3 during its adjustment by 180 ° equal to a mode of its own.

Die Fig. 3 zeigt auf der Poincar´-Kugel den Betriebsfall, bei dem der Arbeitspunkt des Elements E 2 die Bereichsgrenze erreicht hat und deshalb der Arbeitspunkt des Elements E 3 um 180° verschoben wird. Fig. 3 shows on the Poincar´ sphere the operating case in which the working point of the element E 2 has reached the range limit and therefore the working point of the element E 3 is shifted by 180 °.

Anstelle empfangener Signalwellen mit einem festen Polarisationszustand können die ankommenden Wellen auch beliebige Polarisation aufweisen. In diesem Fall ist den drei vorhandenen Elementen E 1, E 2, E 3 ein weiteres Element E 0 vorgeschaltet. Zusätzlich werden die Doppelbrechungen des ersten und des weiteren Elements moduliert und durch die Regelung der Intensität des vom Detektor abgegebenen Signals maximiert. Nach Erreichen der maximalen Intensität des vom Detektor abgegebenen Signals wird diese konstant gehalten und es werden die durch die Modulation der Arbeitspunkte des ersten und des zweiten Elements erzeugten Wechselanteile in ihrer Amplitude maximiert. Der Modulation des Arbeitspunktes des Elements E 1 folgt eine Optimierung der Arbeitspunkte der Elemente E 0, E 2, E 3; während bei Modulation des Arbeitspunktes des Elements E 2 die Arbeitspunkte der Elemente E 1, E 3 optimiert werden.Instead of received signal waves with a fixed polarization state, the incoming waves can also have any polarization. In this case, the three existing elements E 1 , E 2 , E 3 are preceded by another element E 0 . In addition, the birefringence of the first and further elements are modulated and maximized by regulating the intensity of the signal emitted by the detector. After the maximum intensity of the signal emitted by the detector has been reached, it is kept constant and the amplitude of the alternating components generated by the modulation of the operating points of the first and second elements is maximized. The modulation of the working point of the element E 1 is followed by an optimization of the working points of the elements E 0 , E 2 , E 3 ; while modulating the working point of element E 2, the working points of elements E 1 , E 3 are optimized.

Claims (5)

1. Anordnung zur Polarisationsregelung mit einem ersten, zweiten, dritten im Lichtweg in dieser Reihenfolge angeordneten Element mit kontinuierlich verstellbarem Arbeitspunkt der 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 wenigstens eines der doppelbrechenden Elemente und damit der Phasendifferenzen der Hauptachsenkomponenten der elektromagnetischen Welle wenigstens 360° auseinanderliegen und am Ausgang ein Detektor angeschlossen ist, der ein von der Übereinstimmung der Polarisation des Ausgangslichts mit einem Sollwert in seiner Intensität abhängiges Signal abgibt, das zur Regelung der Arbeitspunkte der Doppelbrechung der Elemente verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (E 1, E 2, E 3) eine wenigstens angenähert lineare, elliptische oder zirkulare und mit 360° periodische Doppelbrechung (d 1, d 2, d 3) aufweisen, daß ein doppelbrechendes Element mit einer Doppelbrechung von etwa 180° bei Anregung mit einem Eigenmodus der benachbarten Elemente wenigstens annähernd den zweiten, dazu orthogonalen Eigenmodus erzeugt, daß der Polarisationszustand des ankommenden Lichtes gleich dem schnellen Eigenmodus des zweiten doppelbrechenden Elementes (E 2) gewählt ist, daß die Doppelbrechung (d 1) des ersten Elements (E 1) außerhalb des Vorstellbetriebs auf 90° eingestellt ist, daß die Doppelbrechungen (d 1, d 2) des zweiten und des dritten Elements (E 2, E 3) moduliert werden und am Ausgang des Detektors ein Wechselanteile enthaltendes Signal erzeugt wird und diese Wechselanteile zur Regelung der mittleren Intensität des Signals durch Vorstellung der Arbeitspunkte der Doppelbrechung (d 2, d 3) des zweiten und dritten doppelbrechenden Elements (E 2, E 3) verwendet werden, daß sich bei Verstellung der Doppelbrechung d 3 des dritten doppelbrechenden Elementes die Doppelbrechungen d 1, d 2 des ersten und zweiten Elementes (E 1, E 2) dadurch ergeben, daß
für d 20 180° oder 0°: d 1 = cos-1 (-cos d 2 · sin (d 3-d 30)) ist, und
für d 20 = 180° oder 0°: ist, wobei d 20, d 30 die momentanen Doppelbrechungen des zweiten bzw. dritten doppelbrechenden Elementes (E 2, E 3) unmittelbar vor dem Verstellbetrieb darstellen,
daß die Bereichsgrenzen des zweiten doppelbrechenden Elements (E 2) gleich einen geradzahligen Vielfachen von 90° gewählt sind,
daß bei Erreichen einer dieser Bereichsgrenzen die Doppelbrechung (d 3) des dritten Elements (E 3) um 180° innerhalb der Bereichsgrenzen verändert wird und dadurch die Richtung der Arbeitspunktverschiebung der Doppelbrechung (d 2) des zweiten Elements (E 2) sich umkehrt, so daß auf diese Weise das erste und zweite Element (E 1, E 2) den Arbeitsbereich des dritten Elementes (E 3) und das dritte Element den Arbeitsbereich des zweiten Elementes (E 2) so erweitern, daß sich eine Endlos-Polarisationsregelung ergibt.1. Arrangement for polarization control with a first, second, third element arranged in the light path in this order with a continuously adjustable working point of birefringence, wherein in the case of the exclusive use of linear birefringent elements, the main birefringence axes of two adjacent elements are approximately 45 ° positive or negative direction of rotation are rotated against each other and the range boundaries of at least one of the birefringent elements and thus the phase differences of the main axis components of the electromagnetic wave are at least 360 ° apart and a detector is connected to the output, which determines the intensity of the polarization of the output light with a target value dependent signal that is used to regulate the operating points of the birefringence of the elements, characterized in that the elements ( E 1 , E 2 , E 3 ) have an at least approximately linear, elliptical or circular ulare and with 360 ° periodic birefringence ( d 1 , d 2 , d 3 ) have that a birefringent element with a birefringence of about 180 ° when excited with a mode of the neighboring elements generates at least approximately the second, orthogonal mode, that the Polarization state of the incoming light is chosen equal to the fast eigenmode of the second birefringent element ( E 2 ) that the birefringence ( d 1 ) of the first element ( E 1 ) is set to 90 ° outside the imagining mode, that the birefringence ( d 1 , d 2 ) of the second and third elements ( E 2 , E 3 ) are modulated and a signal containing alternating components is generated at the output of the detector and these alternating components are used to regulate the mean intensity of the signal by presenting the operating points of the birefringence ( d 2 , d 3 ) of the second and third birefringent element ( E 2 , E 3 ) are used that when adjusting the birefringence d 3 of the third birefringent element, the birefringence d 1 , d 2 of the first and second element ( E 1 , E 2 ) result in that
d 20 for 180 ° or 0 °: d 1 = cos -1 (cos d 2 * sin (d 3 - d 30)) is and
for d 20 = 180 ° or 0 °: d 20 , d 30 represent the instantaneous birefringence of the second or third birefringent element ( E 2 , E 3 ) immediately before the adjustment operation,
that the range limits of the second birefringent element ( E 2 ) are selected to be an even multiple of 90 °,
that when one of these range limits is reached, the birefringence ( d 3 ) of the third element ( E 3 ) is changed by 180 ° within the range limits and the direction of the working point shift of the birefringence ( d 2 ) of the second element ( E 2 ) is reversed, so that in this way the first and second elements ( E 1 , E 2 ) expand the working area of the third element ( E 3 ) and the third element the working area of the second element ( E 2 ) so that there is an endless polarization control. 2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem schnellen Eigenmodus des zweiten Elements (E 2) abweichenden Polarisationszustand der ankommenden Welle der Doppelbrechungswinkel des ersten Elements (E 1) entsprechend verändert wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in a fast mode of the second element ( E 2 ) deviating polarization state of the incoming wave, the birefringence angle of the first element ( E 1 ) is changed accordingly. 3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung ankommender Wellen beliebiger Polarisation den drei vorhandenen Elementen (E 1, E 2, E 3) ein weiteres Element (E 0) vorgeschaltet ist, daß zusätzlich die Doppelbrechungen des ersten und des weiteren Elements (E 1, E 2) moduliert werden und durch die Regelung die Intensität des vom Detektor abgegebenen Signals maximal wird, daß bei wenigstens annähernd maximiert Intensität des vom Detektor abgegebenen Signals die durch die Modulation der Arbeitspunkte des ersten und zweiten Elements erzeugten Wechselanteile in ihrer Amplitude maximiert werden und daß dabei die Modulation des einen Elements zur Optimierung der Arbeitspunkte der anderen Elemente dient.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that for processing incoming waves of any polarization, the three existing elements ( E 1 , E 2 , E 3 ) is preceded by a further element ( E 0 ) that in addition the birefringence of the first and of the further element ( E 1 , E 2 ) are modulated and the intensity of the signal emitted by the detector is maximized by the regulation, that with at least approximately maximized intensity of the signal emitted by the detector, the alternating components generated by the modulation of the operating points of the first and second elements are maximized in amplitude and that the modulation of one element serves to optimize the operating points of the other elements. 4. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wegen 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. 4. Arrangement according to claims 1, 2 or 3, characterized, that because of the approximation of the working point Element to one of the range limits of birefringence adjustments to the working points of the birefringent At least elements of the prescribed values can be approximately achieved.   5. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Angleichung der Polarisation zweier Wellen, 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.5. Use of an arrangement according to one of the preceding Claims to equalize the polarization two waves, characterized, that the elements on the path of the two electromagnetic Waves are distributed so that they are in one way arranged elements in the original order and the remaining elements arranged in the other way in the reverse order to their original order Order occur.
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