DE4031449A1

DE4031449A1 - Aktive polarisationskontrolle

Info

Publication number: DE4031449A1
Application number: DE4031449A
Authority: DE
Inventors: John A Dankowych
Original assignee: Litton Systems Canada Ltd
Current assignee: L3 Technologies ESS Inc
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1991-04-11
Also published as: JPH03138614A; GB2236601A; FR2652657A1; GB9015494D0; KR910008451A; US4960319A; JPH059769B2; IT1241716B; IT9067755A1; IT9067755A0; CA2021015A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Geräte und Verfahren zur Kontrolle der Lichtpolarisation. Die Erfindung bezieht sich speziell auf Geräte und Verfahren zur Kontrolle der Polarisation von Licht, welches sich in einer optischen Faser ausbreitet. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung auf Geräte und Verfahren zur Kontrolle der Polarisation des Lichtes in faseroptischen drehungsempfindlichen Systemen und in Laserkommunikationssystemen.

Grundlagen der Erfindung

Ein faseroptisches Ringinterferometer enthält typisch eine Schleife aus einem faseroptischen Material, in welchem sich gegenläufig ausbreitende Lichtwellen befinden. Nach Durchlaufen der Schleife werden die sich gegenläufig ausbreitenden Wellen zusammengeführt, so daß sie konstruktiv oder destruktiv miteinander interferieren und auf diese Art ein Ausgangssignal erzeugen. Die Intensität des optischen Ausgangssignals verändert sich als Funktion der Interferenz, die von der relativen Phase der gegenläufigen Wellen abhängt.

Faseroptische Ringinterferometer haben ihre speziellen Anwendungsvorteile bei der Drehbewegungserfassung bewiesen. Drehbewegungen der Schleife erzeugen eine relative oder nichtreziproke Phasendifferenz zwischen den gegenläufigen Wellen in Übereinstimmung mit dem bekannten Sagnaceffekt, wobei die Größe der Phasendifferenz eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Schleife um die Abtastachse ist. Das optische Ausgangssignal, welches durch die Interferenz der gegenläufigen Wellen erzeugt wird, variiert intensitätsmäßig als Funktion der Drehzahl der Schleife. Drehzahlmessung wird durch Nachweis des optischen Ausgangssignals und Verarbeitung des optischen Ausgangssignals zur Ermittlung der Drehzahl durchgeführt.

Kenntnisse von Lichtpolarisation und Ausbreitung von Licht innerhalb von optischen wellenleitenden Strukturen erleichtern ein Verständnis der gegenwärtigen Erfindung. Es ist wohlbekannt, daß eine Lichtwelle durch ein zeitabhängiges elektromagnetisches Feld dargestellt werden kann, welches orthogonale elektrische und magnetische Feldvektoren mit der gleichen Frequenz wie die Lichtquelle hat.

Eine elektromagnetische Welle, die sich durch eine sie leitende Struktur ausbreitet, kann durch eine Gruppe von Normalmoden beschrieben werden. Die Normalmoden sind die erlaubten elektrischen und magnetischen Feldverteilungen innerhalb der führenden Struktur, wie zum Beispiel einem optischen Wellenleiter. Die Feldverteilungen sind direkt mit der Verteilung der Energie innerhalb der führenden Struktur verknüpft. Die Normalmoden werden im allgemeinen durch mathematische Funktionen dargestellt, die die Feldkomponenten innerhalb der Welle als Ausdrücke von Frequenz und räumlicher Verteilung innerhalb der führenden Struktur beschreiben. Die spezifischen Funktionen, die die Normalmoden des Wellenleiters beschreiben, hängen von der Geometrie des Wellenleiters ab. Für eine optische Faser, in der die geführte Welle innerhalb einer Struktur mit kreisförmigem Querschnitt gleichbleibender Abmessungen beschränkt wird, können sich nur Felder, die bestimmte Frequenzen und Raumverteilungen haben, ohne ernsthafte Dämpfung ausbreiten. Die Wellen mit Feldkomponenten, die sich ungedämpft ausbreiten, heißen Normalmoden. Eine Einzelmodefaser wird nur eine räumliche Energieverteilung fortpflanzen, die einer Normalmode für ein Signal mit fester Frequenz entspricht.

Beim Beschreiben von Normalmoden ist es praktisch, sich auf elektrische und magnetische Feldrichtungen relativ zur Ausbreitungsrichtung der Welle zu beziehen. Die Richtung des elektrischen Feldvektors in einer elektromagnetischen Welle ist die Polarisation der Welle. Im allgemeinen wird eine Welle zufällig polarisiert sein, wobei eine gleichmäßige Verteilung elektrischer Feldvektoren besteht, die in alle Richtungen zeigen, die für den gegebenen Mode erlaubt sind. Wenn alle elektrischen Felder einer Welle in eine spezielle Richtung zeigen, ist die Welle linear polarisiert. Wenn das Feld aus zwei orthogonalen elektrischen Feldkomponenten gleicher Größe besteht, ist das elektrische Feld zirkular polarisiert, da das zusammengesetzte elektrische Feld ein Vektor ist, der sich um die optische Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die gleich der Frequenz der Welle ist. Wenn die beiden linearen Polarisationen ungleich sind, ist die Welle elliptisch polarisiert. Im allgemeinen kann jede beliebige Polarisation durch die Summe aus zwei orthogonalen linearen Polarisationen, zwei gegensinnig gerichteten Zirkulationspolarisationen oder zwei gegeneinander rotierenden elliptischen Polarisationen mit orthogonalen Hauptachsen ausgedrückt werden.

Die Grenze zwischen Kern und Umhüllung einer optischen Faser ist eine dielektrische Grenzfläche an der bestimmte, gut bekannte Randbedingungen der Feldkomponenten erfüllt werden müssen. Zum Beispiel muß die Komponente des elektrischen Feldes senkrecht zur Grenzfläche stetig sein. Eine Einzelmodefaser breitet elektromagnetische Energie durch Wellen aus, bei denen eine elektrische Feldkomponente rechtwinklig zur Kern-Umhüllungsgrenzfläche liegt. Da der Faserkern einen größeren Brechungsindex als die Umhüllung hat und Licht mit Winkeln größer oder gleich dem Totalreflexionswinkel auf die Grenzfläche fällt, bleibt, durch die interne Reflexion an der Grenzfläche, das gesamte elektrische Feld im wesentlichen im Kern. Um beide Bedingungen zu befriedigen, die Stetigkeit und die internen Reflexionsbedingungen, muß die Radialkomponente des elektrischen Feldes in der Umhüllung eine schnell abfallende Exponentialfunktion sein. Das exponentiell abfallende Feld wird üblicherweise "Leckfeld" genannt.

Die Geschwindigkeit eines optischen Signals hängt vom Brechungsindex des Mediums, durch welches sich das Licht fortpflanzt, ab. Bestimmte Materialien haben verschiedene Brechungsindizes für verschiedene Polarisationen. Ein Material, das zwei Brechungsindizes hat, wird doppelbrechend genannt. Eine übliche Einzelmodefaser kann als Zweimodefaser angesehen werden, da sie zwei Wellen gleicher Frequenz und Raumverteilung aber mit verschiedener Polarisation ausbreitet. Zwei verschiedenen Polarisationskomponenten desselben Normalmodes können sich, abgesehen von einem Geschwindigkeitsunterschied zwischen beiden Polarisationen, in doppelbrechendem Material ungehindert ausbreiten.

Es ist bei vielen faseroptischen Systemen wünschenswert, Licht eines bekannten Polarisationszustands an ausgewählten Punkten vorliegen zu haben, die z. B. Eingang für polarisationsabhängige Komponenten sind, damit die Fehler minimal gehalten werden können. Der Polarisationszustand ist bei Einheiten, wie faseroptischen drehbewegungsempfindlichen Systemen, besonders wichtig. In einem polarisierten, faseroptischen, drehbewegungsempfindlichen System werden Driftabweichungen, die auf Änderung der Polarisation zurückzuführen sind, durch die Qualität des Polarisators bestimmt.

Der Polarisationszustand von Licht, welches sich in optischen Einzelmodefasern ausbreitet, ist bezüglich Zeit oder Entfernung entlang der Faser unstabil. In einem faseroptischen Drehbewegungssensor, der einen Polarisator aufweist, wird der vorgesehene Polarisationszustand am Ort der Polarisators eingestellt, bevor das optische Signal in die gegenläufigen Wellen, die in die Sensorschleife eingehen, aufgeteilt wird. Die zwei gegenläufigen Wellen, die aus der Sensorschleife zum Polarisator zurückkehren, müssen Polarisationszustände haben, die zu dem ursprünglich eingestellten Polarisationszustand passen.

Die Doppelbrechung normaler optischer Fasern verursacht jedoch im allgemeinen eine Polarisationsfehlanpassung zwischen Eingangs- und Ausgangswellen. Diese Polarisationsfehlanpassung verursacht verschiedene unerwünschte Bedingungen, wobei die wichtigsten eine Verringerung der Signalstärke und eine Erhöhung von parasitärem nichtreziprokem Signal am Detektor erzeugen. Zusätzlich verändert sich die Doppelbrechung der Faser mit der Zeit z. B. durch Temperaturänderung, akustische Belastungen, mechanischen Deformationen, wie Biegen, Verdrehen, Quetschen oder Knicken der Faser, und Fluktuationen magnetischer Felder. Die verursachte zeitabhängige Polarisationsfehlanpassung führt zu einer unstabilen Signalstärke und -drift des nichtreziproken Signalanteils, welcher gebraucht wird, um die Drehzahl zu ermitteln. Beide, die statischen und die zeitabhängigen Effekte der Polarisationsfehlanpassung, verringern die Leistung des faseroptischen Drehbewegungssensors.

Ein linearer Polarisationszustand in einer optischen Faser wird mit irgendeinem linearen Polarisatortyp erreicht, wie z. B. den im Patent US-A 43 86 822 beschriebenen optischen Polarisator. Der Polarisationszustand am Eingang ist im allgemeinen gleichgültig. Der Polarisator koppelt Licht mit unerwünschter Polarisation aus der Faser und erlaubt Licht, welches nur eine ausgewählte erwünschte Polarisation hat, sich durch die Faser auszubreiten. Diese Schrift offenbart einen faseroptischen Polarisator, bei dem ein Teil einer optischen Faser in einem Graben eines Quarzsubstrates befestigt ist. Das Substrat und ein Teil der optischen Faser sind geschliffen und poliert, um zur Ausbildung einer Wechselwirkungszone einen Teil der Umhüllung der Faser zu beseitigen. Der Teil der Faser in dem Graben ist, durch die polierte Oberfläche gesehen, konvex gekrümmt. Der doppelbrechende Kristall ist auf dem Substrat über der Wechselwirkungszone eng am Kern des faseroptischen Materials befestigt. Der Kristall ist so angebracht, daß er teilweise den Weg, des sich im Kern der optischen Faser ausbreitenden Lichts, kreuzt, so daß Leckfeldkopplung das Licht der unerwünschten Polarisation von der optischen Faser in den Kristall einkoppelt.

In früheren Systemen zur aktiven Polarisationskontrolle in faseroptischen Drehbewegungssensoren war es nötig, Polarisatoren zu benutzen, welche Licht mit der gewünschten Polarisation durchlassen, während sie die unerwünschte Polarisationskomponenten in eine Richtung entließen, die nicht kollinear mit der Ausgangsfaser ist. In solchen Systemen wird der erwünschte Polarisationszustand erreicht, indem die Doppelbrechung der Faser durch eine Polarisationskontrolleinheit in einen Zustand eingestellt wurde, bei dem die Intensität des ausgesandten nicht kollinearen Ausgangssignals minimal ist. Um den benötigten Polarisationszustand aufrechtzuerhalten, muß ein ausgleichender Doppelbrechungseffekt in der Sensorschleife des faseroptischen Drehbewegungssensors angewandt werden. Die frühere Technik benötigte einen komplexen Polarisator, ein zusätzliches Photodetektionsgerät und komplexe elektronische Kontrollkreise zur Erzeugung der nötigen Rückkopplungssignale.

Polarisationskontrolle wird auch in faseroptischen Kommunikationssystemen auf Basis kohärenten Lichts benutzt, bei dem das Trägersignal eines Festkörperlasers langer Kohärenzlänge benutzt wird. Das Signal wird amplituden-, frequenz- oder phasenmoduliert in den optischen Träger übermittelt. In einem optischen Überlagerungsempfänger wird das Licht von der Übertragungsfaser und das Licht eines lokalen Oszillatorlasers gemischt, um eine Zwischenfrequenz zu erzeugen, die typisch im Mikrowellenbereich liegt. Man benutzt Standard-Mikrowellentechnik, um das Zwischenfrequenzsignal zu demodulieren.

Die Polarisationszustände der beiden interferierenden Lichtwellen müssen auf den Mischer abgestimmt werden, um die optimale Signalempfindlichkeit zu erreichen. Wenn eine normale Faser, die nicht den Polarisationszustand erhält, als Übertragungsmedium benutzt wird, dann führt die Doppelbrechung, die in solchen Fasern auftritt, im allgemeinen zu einer Fehlanpassung im Polarisationszustand zwischen den beiden interferierenden Lichtwellen am Photodetektor. Die Größe der Fehlanpassung wird, wegen der oben beschriebenen Gründe im Fall des faseroptischen Drehbewegungssensors, zeitlich unstabil sein. Um die nötige Polarisationsanpassung zu erhalten, muß ein doppelbrechungskompensierender Effekt in den lokalen Oszillator oder in den Signalarmen des Empfängers benutzt werden. Das aktive Polarisationskontrollsystem, welches bei faseroptischen drehbewegungsempfindlichen Sensoren benutzt wird, kann zur Kompensation der Doppelbrechung eingesetzt werden.

Die früheren Polarisationskontrolltechniken, die in einem faseroptischen Kommunikationssystem auf Basis kohärenten Lichts benutzt wurden, benötigten ein aktives Polarisationskontrollsystem in jedem Faserarm, der in den 3-dB-Koppler geht und einen oder zwei Polarisatoren, abhängig davon, ob die Gleichgewichtsmischmethode benutzt wird oder nicht. Die Polarisatoren können alternativ durch einen polarisationserhaltenden Koppler ersetzt werden. Ein anderes Verfahren, die Polarisationsfehlanpassung zu überwinden, benutzt einen polarisationsintensiven Empfänger, einen bulkoptischen polarisierenden Strahlteiler und zwei Sätze Detektorelektronik. Wenn die Gleichgewichtsmischmethode benutzt wird, dann verdoppelt sich die Anzahl der Komponenten. Alle diese früheren Polarisationskontrolltechniken haben eine Vielzahl von Komponenten, hohe Komplexität und Kosten.

Mohr, F. A. und Scholz, U. "Polarization Control for an Optical Fiber gyroscope", Fiber Optic Rotation and Related Technology, Springer Verlag, 1982, pp. 163-168 beschreibt eine bulkoptische Ausführung eines Systems zur Ausbreitung eines optischen Signals ausgewählter Polarisationsrichtung in einer optischen Faser. Der Apparat enthält eine optische Faser, einen polarisierenden Strahlteiler zur Erzeugung eines optischen Ausgangssignals aus der optischen Faser, einen Photodetektor, ein Paar PZT-Faserquetscher und Selbstregelelektronik. Der polarisierende Strahlteiler nimmt Licht von beiden, nämlich der gewünschten Polarisationsrichtung und der unerwünschten Polarisation, aus der optischen Faser auf. Nachdem das Signal aus der Faser polarisiert wurde, fällt es auf den Photodetektor, der ein elektrisches Abweichungssignal abhängig von der unerwünschten Polarisation erzeugt. Die Selbstregulierungselektronik enthält ein Paar proportional integrierende Kontrollkreise, die die PZT- Faserquetscher antreiben. Die Kontrollschaltkreise werden mit Rechtecksignalen von einem Rechtoszillator moduliert, der zwei Schwingungen erzeugt, die um 90° außer Phase sind.

US-A 47 53 507 offenbart einen Faserquetscher, der einen Rahmen aufweist, der eine Vorlast auf eine optische Faser aufbringt, um Veränderungen der Doppelbrechung durch Erhöhen oder Erniedrigen der Vorlast zu erlauben. Die optische Faser und ein piezoelektrischer Wandler sind in dem Rahmen enthalten und eine Spannungsquelle ist an dem piezoelektrischen Wandler angeschlossen, um die Kraft auf die Faser zu steuern, die den Brechungsindex der Faser mit Hilfe des photoelastischen Effekts beeinflußt. Diese Schrift offenbart auch drei Faserquetscher, die in einer Linie entlang der Länge einer Faser angeordnet sind, um die Polarisation des Lichts, das von der Faser geleitet wird, einzustellen.

US-A 47 29 622, US-A 47 25 113 und US-A 46 95 123 offenbaren alle faseroptische Polarisationskontrollsysteme, die einen Polarisator und ein System Faserquetscher einschließen. Der Polarisator koppelt Licht der unerwünschten Polarisation aus der optischen Faser. Das aus der Faser ausgekoppelte Licht fällt auf einen Photodetektor, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches zur Steuerung der Faserquetscher benutzt wird. Die Faserquetscher stellen die Eingangspolarisation am Polarisator so ein, daß die Intensität des ausgekoppelten Lichts minimalisiert wird.

US-A 43 89 090 offenbart eine faseroptische Polarisationssteuerung, bei der Teile der Faser über drei Spulen gewunden werden. Die Spulen sind auf einer gemeinsamen Achse zur Einstellung der Polarisation des Lichtes, welches von der Faser geführt wird, rotierbar angeordnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung überwindet die Schwierigkeiten der früheren aktiven Polarisierungskontrollsysteme, indem zweidimensionale Polarisationskontrollmodulation verwendet wird. Die Vorteile der Erfindung werden erreicht, ohne daß teure polarisationserhaltende Fasern benötigt werden.

Die Erfindung erzeugt Signale zur Selbstregulierung der Polarisation, um die Abweichung des Polarisationszustandes in einem faseroptischen Drehbewegungssensor durch orthogonale Modulation zu korrigieren, indem zwei Bänke Doppelbrechung verändernde Wandler innerhalb der drehbewegungsempfindlichen Schleife eingefügt sind. Die Erfindung hat daher den Vorteil, komplexere und teurere zweifach ausgeführte Ausgangspolarisatoren einzusparen.

Die Erfindung erzeugt Signale zur Selbstregulierung der Polarisationszustandsabweichung in Laserkommunikationssystemen, indem zwei Bänke von Doppelbrechung beeinflussenden Wandlern orthogonal moduliert werden, die sich entweder in den Kommunikationsarmen oder den lokalen Oszillatorsignalarmen am Empfänger befinden. Die Erfindung hat daher den Vorteil geringerer Komplexität gegenüber anderen Systemen, wobei sie eine deutliche Erhöhung in der Bandbreite erlaubt, die zur Übertragung von Daten zur Verfügung steht.

Ein erfindungsgemäßes System zur Kontrolle der Polarisation von Licht, welches von optischen Wellenleitern geführt wird, enthält Mittel zur Kontrolle der Doppelbrechung des optischen Wellenleiters, einschließlich eines ersten und eines zweiten Wandlers, die so angeordnet sind, daß sie auf den optischen Wellenleiter entlang paralleler Achsen einwirken, und ein dritter Wandler sich auf einer Achse befindet, die sich zwischen den parallelen Achsen befindet und ihnen gegenüber um 45° verdreht ist. Die Erfindung weist weiterhin Mittel auf, um ein erstes Kontrollsystem an jeden, den ersten und den zweiten Wandler, zu legen und Mittel, um ein zweites Signal an den dritten Wandler anzulegen, wobei das erste und zweite Signal zeitlich um 90° phasenverschoben sind. Das System enthält Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches von der Intensität des Lichtes abhängt, das von dem optischen Wellenleiter geführt wird und Mittel zur Verarbeitung des elektrischen Signals, um ein Signal abhängig von der Abweichung des Polarisationszustands des Lichts, das durch den optischen Wellenleiter geführt wird, von einem Polarisationssollwert zu erzeugen. Die Erfindung schließt Mittel zur Kombination des Abweichungssignals mit dem ersten und zweiten Kontrollsignal ein, um den Unterschied zwischen Polarisationszustand des geführten Lichtes und den Polarisationssollwert zu minimalisieren.

Jeder, der sich erfindungsgemäß im System befindlichen Wandler enthält vorzugsweise einen piezoelektrischen Faserquetscher, der die Doppelbrechung des optischen Wellenleiters über den photoelastischen Effekt einstellt.

Ein System, welches sich in Übereinstimmung mit der Erfindung befindet, kann weiterhin einen Polarisator einschließen, der so angeordnet ist, daß er eine Referenzpolarisation in dem optischen Wellenleiter liefert.

Das System kann auch einen ersten Oszillator zur Erzeugung des ersten Kontrollsignals, erste Mittel zur Verstärkung des ersten Kontrollsignals, zweite Mittel zur Verstärkung des zweiten Kontrollsignals und Mittel zur unabhängigen Verstärkungskontrolle der ersten und zweiten Verstärkungsmittel enthalten.

Das Polarisationskontrollsystem entsprechend der Erfindung enthält vorzugsweise einen zweikanalphasenempfindlichen Detektor, welcher auf beide, entweder auf das in Phase liegende oder um 90° phasenverschobene Signal zur Demodulation des elektrischen Signals reagiert, welches von der Lichtintensität im optischen Wellenleiter abhängt.

Die Erfindung befaßt sich auch mit einem faseroptischen Drehbewegungssensor, der mit den oben beschriebenen Polarisationskontrolleinheiten aufgebaut ist. Der erfindungsgemäße faseroptische Drehbewegungssensor enthält eine optische Faser, die mit einer Sensorschleife ausgebildet ist, Mittel zur Einführung gegenläufig sich ausbreitender optischer Wellen in die Sensorschleife, Mittel zur Verarbeitung der gegenläufig sich ausbreitenden Wellen, die ein Signal in Abhängigkeit der Drehbewegung der Sensorschleife erzeugen, und Mittel, um das drehbewegungsabhängige Signal zur Kontrolle der Polarisation der gegenläufig sich ausbreitenden Lichtwellen zu verarbeiten. Der erfindungsgemäße faseroptische Drehbewegungssensor enthält weiter einen Polarisator, der so angeordnet ist, daß er eine Referenzpolarisation für die gegenläufig sich ausbreitenden optischen Wellen liefert.

Die Erfindung befaßt sich auch mit Laserkommunikationssystemen, welche das oben beschriebene Polarisationskontrollsystem enthalten. Die erfindungsgemäßen laseroptischen Kommunikationssysteme enthalten Mittel zur Erzeugung eines ersten Signals, welches ein optisches Trägersignal mit dem überlagerten Datensignal enthält. Das Laserkommunikationssystem enthält weiter Mittel zur Erzeugung eines zweiten optischen Signals zur Demodulation des Datensignals und Mittel zur optischen Signalmischung des ersten und zweiten optischen Signals. Das laseroptische Kommunikationssystem enthält auch Mittel zur Verarbeitung der gemischten optischen Signale, um die Polarisation des zweiten optischen Signals zu kontrollieren, damit das erste und zweite optische Signal dieselbe Polarisation haben, wenn sie gemischt sind.

Das laseroptische Kommunikationssystem kann weiterhin ein erstes optisches wellenleitendes Mittel zur Führung des ersten optischen Signals enthalten, ein zweites optisches wellenleitendes Mittel zur Führung des zweiten optischen Signals, optische Koppelmittel zur Vereinigung des ersten und zweiten optischen Signals, einen Detektor zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches von der Intensität des kombinierten optischen Signals abhängt und Mittel zur Verarbeitung des elektrischen Signals, um ein Abweichungssignal zu erzeugen, welches von der Differenz der Polarisationszustände des Lichts abhängt, welches in den ersten und zweiten wellenleitenden Mitteln geführt wird.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Kontrolle der Polarisation von Licht, welches durch einen optischen Wellenleiter geführt wird, welches die Schritte zur Kontrolle der Doppelbrechung des optischen Wellenleiters enthält, gegeben durch Schritte, bei denen ein erster und ein zweiter Wandler so angeordnet sind, daß sie auf einem optischen Wellenleiter entlang paralleler Achsen arbeiten und bei denen ein dritter Wandler auf einer Achse zwischen den parallelen Achsen und ihnen gegenüber winkelmäßig um 45° verschoben ist. Das Verfahren enthält auch Schritte zum Anlegen eines ersten Steuersignals an beide, den ersten und zweiten Wandler und zum Anlegen eines zweiten Steuersignals an den dritten Wandler, wobei das erste und zweite Steuersignal zeitlich um 90° verschoben sind. Das Verfahren enthält auch Schritte zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches abhängig von der Intensität des Lichts ist, welches von dem optischen Wellenleiter geführt wird und enthält auch Schritte zur Verarbeitung des elektrischen Signals zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Abweichung zwischen den Polarisationszuständen des Lichts, da in dem optischen Wellenleiter geführt wird und einem vorbestimmten Polarisationssollwert. Das Verfahren enthält weiter den Schritt, das Abweichungssignal mit dem ersten und zweiten Steuersignal zu kombinieren, um die Differenz zwischen dem Polarisationszustand des Lichts, das von dem optischen Wellenleiter geführt wird und den Polarisationssollwert zu minimieren.

Das Verfahren kann auch den Schritt enthalten, jeden Wandler mit einem piezoelektrischen Faserquetscher auszubilden, der die Doppelbrechung des optischen Wellenleiters mit Hilfe des photoelastischen Effekts einstellt. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt der Erzeugung einer Referenzpolarisation in dem optischen Wellenleiter enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch die Schritte zur Erzeugung des ersten Steuersignals mit einem ersten Oszillator, Verstärkung des ersten Steuersignals, Erzeugung des zweiten Steuersignals mit einem zweiten Oszillator, Verstärkung des zweiten Steuersignals und Erzeugung unabhängiger Verstärkungskontrolle für das erste und zweite Verstärkungsmittel enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren enthält vorzugsweise einen weiteren Schritt zur Bestimmung der Signale, die in Phase und um 90° verschoben sind, mit Hilfe eines zweikanalphasensensitiven Nachweisgeräts, das auf beide, das Signal, welches in Phase ist und das Signal, welches um 90° phasenverschoben ist, zur Demodulation des elektrischen Signals anspricht, das von der Intensität des Lichts im optischen Wellenleiter abhängt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Polarisationskontrollsystem, welches eine Laserquelle, eine optische Faser, eine Dreibankpolarisationskontrolleinheit, einen Polarisator, einen Detektor und eine Zweikanalanalogsteuerung enthält.

Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Ausgangssignals eines faseroptischen Drehbewegungssensorsystems, in Abhängigkeit der beiden Spannungen, die an zwei Bänke von Doppelbrechung beeinflussenden Wandlern in einer Polarisationskontrolleinheit angelegt werden und die zusammen mit einer Sensorschleife benutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Ausgangssignals von Fig. 2 als Funktion der einen Spannung eines Doppelbrechung beeinflussenden Wandlers, wenn der andere die Doppelbrechung beeinflussende Wandler für maximales Lichtausgangssignal eingestellt ist.

Fig. 4 zeigt schematisch einen faseroptischen Drehbewegungssensor, der eine aktive Polarisationskontrolleinheit enthält.

Fig. 5 zeigt ein faseroptisches Laserkommunikationssystem, welches einen optischen Überlagerungsempfänger mit einzelnem Photodetektor und aktiver Polarisationskontrolle enthält.

Fig. 6 zeigt ein faseroptisches Laserkommunikationssystem, welches einen Gleichgewichtsmischer, zwei Photodetektoren und einen optischen Überlagerungsempfänger mit aktiver Polarisationskontrolle enthält.

Fig. 7 zeigt eine per Hand einstellbare Polarisationskontrolleinheit vom Schleifentyp zur Kontrolle der Lichtpolarisation in einer optischen Faser.

Fig. 8 zeigt eine piezoelektrisch betriebene, belastungsinduzierte Dreibank-Polarisationskontrolleinheit.

Fig. 9 zeigt einen Polarisator zum Polarisieren von Licht, welches von einer optischen Faser geführt wird.

Fig. 10 zeigt einen akustooptischen Modulator, welcher benutzt werden kann, um die Lichtfrequenz zu verändern.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Fig. 1 zeigt ein Servosystem 20 zur Polarisationskontrolle, welches eine Polarisationskontrolleinheit 22, eine faseroptische Sensorschleife 24, einen Polarisator 26 und einen elektronischen Schaltkreis 28 enthält. Eine Lichtquelle 30, welche ein Festkörperlaser sein kann, versorgt den Eingang der optischen Faser 32 mit einem kohärenten optischen Strahl der Polarisation E₀.

Der Strahl der Polarisation E₀ wird über die optische Faser 32 in die Polarisationskontrolleinheit 22 eingeführt. Die Polarisationskontrolleinheit 22 kann, wie in Fig. 8 gezeigt, drei PZT-Faserquetscher 34-36 aufweisen. Passende Strukturen für die PZT-Faserquetscher 34-36 sind in US-A 47 33 507 gezeigt.

Weiterhin, bezüglich Fig. 8, enthält jeder PZT-Faserquetscher 34-36 einen Rahmen 38, der ein PZT-Stellglied 40 festhält. Die optische Faser 32 ist zwischen dem Rahmen 38 und einem Ende des Stellglieds 40 befestigt, so daß Anlegen einer passenden Spannung an das Stellglied 40 die transversale Kompressionskraft einstellt, welche das Stellglied 40 auf die optische Faser 32 aufbringt. Anwendung einer transversalen Kompressionskraft auf eine optische Faser 32 ändert die Brechungsindizes des Faserkerns und dadurch wird die Doppelbrechung der optischen Faser 32 eingestellt. Einstellung der Doppelbrechung der optischen Faser 32, beeinflußt die Polarisation des Lichts, welches sich in dem unter Kompression stehenden Abschnitt der Faser 32 ausbreitet.

Die drei PZT-Faserquetscher 34-36 sind mit geringen Zwischenräumen der optischen Faser 32 angebracht. Die Faserquetscher 34 und 36 bringen parallele Kompressionskräfte auf die optische Faser auf. Die Kompressionskraft, die der Faserquetscher 35 auf die optische Faser 32 ausübt, ist um 45° gegen die Kompressionskräfte der Quetscher 34 und 36 versetzt. Die drei PZT-Faserquetscher 34 bis 36 gestatten es, jeden beliebigen Polarisationseingangszustand der Polarisationskontrolleinheit 22 in einen gewünschten Polarisationsausgangszustand umzuwandeln.

Die Lichtpolarisation am Ausgang der Polarisationskontrolleinheit 22 wird mit E₁ bezeichnet. Der Strahl mit Polarisation E₁ ist Eingangssignal einer faseroptischen Sensorschleife 24, die in der optischen Faser 32 ausgebildet ist. Der von der faseroptischen Schleife 24 ausgehende Lichtstrahl geht dann zum Eingang des Polarisators 26, der ein Signal der Polarisation E₂ ausgibt. Das Signal mit der Polarisation E₂ fällt dann auf den Photodetektor 42, der einen, der auffallenden Lichtintensität entsprechenden, elektrischen Strom erzeugt.

Das elektrische Ausgangssignal des Photodetektors 42 wird von einem Verstärker 44 verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann einem Paar von Mischern 46 und 48 eingegeben. Ein Modulationssignal 47, das von cos(ωt) abhängt, wird an dem Mischer 46 eingegeben und ein Modulationssignal 49, welches von sin(ωt) abhängt, wird am Mischer 48 eingegeben. Die Oszillatoreingänge zu den Mischern 46 und 48 sind somit gegenseitig um 90° phasenverschoben. Die Ausgänge der Mischer 46 und 48 sind Eingänge der Integratoren 39 bzw. 41. Die integrierten Signalausgänge der Integratoren 39 und 41 sind Eingänge der entsprechenden Summierungsschaltkreise 43 und 45. Der Summierungsschaltkreis 43 erhält ebenso das cos(ωt)- Signal des Mischers 46, während der Summierungsschaltkreis 45 das sin(ωt)-Signal, das in den Mischer 48 eingegeben wird, erhält.

Die Jonesmatrix des ersten PZT-Quetschers 34 ist:

Die 45°-Drehung zwischen PZT-Quetschern 34 und 35 wird durch die folgende Jonesmatrix gebildet:

Die Jonesmatrix des zweiten PZT-Quetschers 35 ist:

Die 45°-Drehung zwischen PZT-Quetschern 35 und 36 wird durch die folgende Jonesmatrix gebildet:

Die Jonesmatrix des dritten PZT-Quetschers 36 ist:

Die Winkel Φ₂ und Φ₁ sind die induzierten Doppelbrechungen oder Phasendifferenzen des Lichts in der optischen Faser 32 in den drei PZT-Quetschern 34-36. Der erste und der dritte Faserquetscher 34 und 36 sind elektrisch parallel verbunden, so daß die Doppelbrechungen, die durch sie in die optische Faser 32 eingeführt wird, nominell gleich sind. Es ist wichtig festzustellen, daß, obwohl Φ₁ die induzierte optische Phasendifferenz zwischen den x- und y-Koordinaten ist, wobei x die Durchgangsachse des Polarisators 26 ist, und als absolute Phase, die zur y-Richtung des Lichts dazuaddiert ist, verstanden werden kann, Φ₂ nicht so einfach auf die x- oder y-Achse bezogen werden kann. Der Winkel Φ₂ kann als absolute Phase angesehen werden, die der Lichtausbreitung in einer Richtung, die um 45° von der y-Richtung verdreht wird, dazuaddiert wird. Obwohl eine Äquivalenz zwischen Φ₁ und y-Koordinate aufgestellt werden kann, kann keine solche Äquivalenz zwischen Φ₂ und x-Koordinate hergestellt werden.

Der Eingangspolarisationszustand E₀ der Lichtquelle 30 kann in Jonesmatrixform geschrieben werden als:

Wobei die Ausbreitungskonstante in die j-Richtung ist:

Und n_j ist der Brechungsindex in der j-Richtung. Die Jonesmatrix des Polarisators 26 ist:

Dabei ist ε das Polarisationsextinktionsverhältnis. Das Extinktionsverhältnis des Polarisators 26 gibt an, wie gut der Polarisator den unerwünschten Polarisationsmode ausfiltert, der der orthogonale Mode für faseroptische Drehbewegungssensoren ist.

Den Polarisationszustand des Lichtstrahls E₂ am Detektor 42 erhält man dadurch, daß man alle Jonesmatrizen aller Komponenten der Polarisationskontrolleinheit 20 miteinander und mit dem Eingangspolarisationszustand E₀ zusammenmultipliziert, was ergibt:

Die Intensität am Detektor 42 ist proportional zum Absolutquadrat der Welle E₂, was ergibt:

E₂ † E₂ = ½[(1 + ε²) · (c_x² + c_y²)(1 - ε²)[(c_x² - c_y²)cos(Φ₂) + 2c_xc_y sin(k_yz - k_xz + Φ₁)sin(Φ₂)]]. (16)

Die Gleichungen können vereinfacht werden, indem Φ₁=K₁v₁ und Φ₂=K₂v₂ gesetzt werden, wobei die v_i die Spannungen sind, die an den PZT-Quetschern angelegt werden und K₁=2πK₁ und K₂=2πK₂, wobei die K_j- Frequenzen im Spannungsraum in Schwingungen pro Volt sind und

Dabei sind die X_j die Perioden im Spannungsraum in Volt.

Die mittlere Leistung am Detektor 42 als Funktion der angelegten Spannungen ist:

I(ν₁,ν₂) = ¼[(1 + ε²) · (c_x² + c_Y2) + (1 - ε²)[(c_x² - c_y²)cos(K₂ · v₂) + 2(1 - ε²)c_xc_y sin(k_yz - k_xz + K₁ · v₁)sin(K · v₂)]. (17)

Man kann die optische Faser 32 zwischen Laserquelle und Polarisationseinheit so anordnen, daß der Polarisationszustand des Welleneingangssignals zur Polarisationskontrolleinheit 22 die Beziehungen

c_x = c_y = c

und

k_y = k_x.

erfüllt. Das kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß man Fasern mit großer Doppelbrechung auswählt, deren Symmetrieachse 45° relativ zur ersten Polarisationskontrollstufe 34 orientiert ist. Die mittlere Leistung wird dann:

Anwendung der Erfindung in einem faseroptischen Drehbewegungssensor

Fig. 4 zeigt einen faseroptischen Drehbewegungssensor 50, der ein automatisches Polarisationskontrollsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung enthält. Eine optische Quelle 52 gibt ein Signal an eine optische Faser 53 ab, welche das Signal zur Quellenpolarisationskontrolleinheit 54 fortpflanzt, welche vorzugsweise die drei PZT-Faserquetscher 56-58, ähnlich den Faserquetschern 34-36, die oben beschrieben wurden, enthält. Der Strahl, der von der Quellenpolarisationskontrolleinheit ausgegeben wird, geht in den faseroptischen, bidirektionalen Koppler 59, welcher einen Teil des Signals von der optischen Faser 53 in eine optische Faser 63 einkoppelt. Licht, das nicht von der Faser 53 in die Faser 63 gekoppelt wird, wird in einer Lichtfalle 60 absorbiert.

Das Signal in der Faser 63 pflanzt sich dann in den Polarisator 62 fort, der in Fig. 9 gezeigt ist. Der Polarisator 62 kann so ausgeführt sein, wie er in US-A 43 86 822 beschrieben ist. Andere Typen von Polarisatoren können aber auch benutzt werden. Speziell ist es in der Erfindung nicht notwendig, den vom Polarisator ausgehenden Strahl zu überwachen. Daher kann die Erfindung auch mit einem York-Faserpolarisator durchgeführt werden, wie er in Varnham et al., Optics Letters No. 9, S. 306, 1984 beschrieben ist.

Wie in US-A 43 86 822 beschrieben ist, kann der Polarisator 62 der Fig. 9 dadurch ausgebildet werden, daß die Gaser 63 in einem konvex gebogenen Graben eines Substrats 70 angebracht wird. Das Substrat 70 und der Zentralteil der Faser 63 in dem Graben sind geläppt, um koplanare optisch flache Oberflächen in der Umhüllung der Faser 63 und dem Substrat 70 auszubilden. Ein doppelbrechendes Kristall 72 ist auf der optisch flachen Oberfläche eng am Kern der Faser 63 angebracht. Das Kristall 72 und die geläppte Oberfläche der Faser 63 bilden den Polarisator 62. Das Leckfeld des Lichts in der Faser 63 wechselwirkt mit dem Kristall 72 in einer von der Polarisation der Lichtquelle abhängigen Weise. Eine Polarisation, die eine kleinere Wellengeschwindigkeit im Kristall 72 als in der Faser 63 hat, wird aus der Faser 63 ausgekoppelt und erzeugt eine Bulkwelle im Kristall 72. Eine Polarisation, die eine höhere Wellengeschwindigkeit im Kristall 72 als in der Faser 63 hat, bleibt von der Faser 63 geführt. Die Brechungsindizes des Kristalls sind so gewählt, daß einer der beiden möglichen Polarisationszustände in der Faser 63 eine Bulkwelle im Kristall anregt, während der andere Polarisationszustand von der Faser 63 geführt bleibt.

Der Polarisator 62 kann auch ausgeführt sein, wie in US-A 46 66 235, US-A 46 95 123 oder US-A 47 25 113 angegeben ist.

Das Ausgangssignal des Polarisators 62 fällt auf einen optischen Koppler 80, der das Eingangssignal von dem Polarisator 62 gleichmäßig zwischen der Faser 63 und einer Faser 82 aufteilt. Der optische Koppler koppelt die Lichtenergie zwischen den Fasern 63 und 82 vorzugsweise über Leckfeldkopplung. Das Signal, welches in der Faser 63 bleibt, durchläuft eine Polarisationskontrolleinheit 84.

Fig. 7 zeigt eine Struktur, die geeignet ist, die Polarisationseinheit 84 auszubilden. Eine geeignete Struktur für die Polarisationskontrolleinheit 84 der Fig. 7 ist in US-A 43 89 090 offenbart.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, enthält die Polarisationskontrolleinheit 84 eine Grundplatte 98, auf der eine Anzahl aufrechtstehender Blöcke 99-102 befestigt sind. Zwischen nebeneinanderliegenden Blöcken 99-102 sind Spulenkörper 103-105 tangential auf einer Mehrzahl von entsprechenden Stangen 106-108 befestigt. Die Stangen 106-108 sind gegeneinander in axialer Richtung ausgerichtet und drehbar zwischen den entsprechenden Blöcken 99-102 angebracht. Die Spulenkörper 103-105 sind im wesentlichen zylindrisch und tangential zu den Stangen 106-108 angebracht, wobei die Achsen der Spulenkörper 103-105 rechtwinklig zu den Achsen der Stangen liegen. Die Faser 63 erstreckt sich durch axiale Bohrungen in den Stangen 106-108, ist über jeden der Spulenkörper 103-105 gewickelt und bildet so drei entsprechende Spulen 109-111 aus. Die Radien der Spulen 109-111 sind so gewählt, daß die Faser 63 belastet wird, um ein doppelbrechendes Medium in jeder der Spulen 109-111 auszubilden. Die drei Spulen 109-111 können unabhängig voneinander um die betreffenden Achsen der Stangen 106-108 gedreht werden, um die Orientierung der Doppelbrechung der Faser 63 einzustellen und so die Polarisation des hindurchgehenden Lichts zu kontrollieren.

Der Durchmesser und die Anzahl der Wicklungen der Spulen 109-111 sind so gewählt, daß die äußeren Spulen 109 und 111 eine Phasenverschiebung von einer viertel Wellenlänge verursachen, während die mittlere Spule 110 eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge erzeugt. Die Spulen 109 und 111 von einer viertel Wellenlänge kontrollieren die Elliptizität der Polarisation und die Spule 110 mit halber Wellenlänge kontrolliert die Polarisationsrichtung.

Das Licht, welches mit dem Koppler 80 in die Faser 82 eingekoppelt ist, fällt auf eine Polarisationskontrolleinheit 120, die im wesentlichen identisch der Polarisationskontrolleinheit 84 sein kann. Das Licht, welches in die Faser 82 gekoppelt ist, bildet die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Welle, welche in die Sensorspule des Drehbewegungssensors 50 eingeführt wird.

Das Ausgangssignal der Polarisationskontrolleinheit 84 breitet sich in der Faser 63 zu einer Linse 122 aus, die das Licht auf einen akustooptischen Modulator 124 fokussiert, welcher eine Braggzelle als Frequenzverschieber darstellt. Ein geschlossener faseroptischer Drehbewegungssensor, wie der faseroptische Drehbewegungssensor 50, kann einen Frequenzschieber einschließen, der nahe dem Punkt eingebaut ist, wo jede der gegenläufigen Wellen in die Sensorspule eingeführt wird und der dazu dient, die rotationsinduzierte Phasenverschiebung aufzuheben. Die Größe, mit der die Wellen frequenzmäßig eingestellt werden müssen, um die Phasenverschiebung durch Sagnaceffekt auf Null zu bringen, zeigt die Drehzahl der Sensorschleife an. Die Größe der Frequenzverschiebung kann durch Messen des elektrischen Steuersignals, welches an den Frequenzverschieber angelegt wird, ermittelt werden. Der Gebrauch von Frequenzverschiebungen, um den Sagnaceffekt aufzuheben, erhöht den Dynamikbereich faseroptischer Drehbewegungssensoren in großem Maße.

Ein akustooptischer Modulator vom Typ der Braggzelle enthält einen Kristall, der durch einen akustischen Wandler zur Erzeugung akustischer Wellen angesteuert wird. Die akustischen Wellen wechselwirken mit dem Lichtstrahl, welcher sich durch den Kristall ausbreitet. Anlegen von modulierten Signalen an den akustischen Wandler steuert die Frequenz ω_m der akustischen Welle im Kristall. Die akustischen Wellenfronten im Kristall wirken als sich bewegendes Beugungsgitter, welches einen ersten Anteil des senkrechten optischen Strahls durchläßt und einen zweiten Anteil reflektiert. Wenn das optische Signal eine Frequenz ω_o hat, dann hat der reflektierte Strahl der Braggzelle die Frequenz ω_o+ω_m und der durchgelassene Anteil des Strahles hat die ursprüngliche Frequenz ω_o.

Fig. 10 zeigt eine bevorzugte Ausführung für den akustooptischen Modulator 124. Der akustooptische Modulator enthält einen Kristall 126, bei dem ein akustischer Wandler 128 an einer Oberfläche 130 angebracht ist. Der Kristall 126 hat Oberflächen 132 und 134, die gegenüber der Oberfläche 130 gewinkelt sind. Die Oberflächen 130, 132 und 134 sind vorzugsweise optisch perfekt flach ohne Oberflächenirregularitäten oder Schlieren.

Weiterhin zeigt die Fig. 10, daß der einfallende Strahl parallel zur Oberfläche 130 verläuft, so daß der Strahl die Oberfläche 132 unter einem Winkel I′ relativ zur Oberflächennormalen 132 berührt. Die gewinkelte Oberfläche 132 ist präzise geschliffen und hat den Brechungsindex des Kristalls 126, um den Braggwinkel auszugleichen. Ein Teil des einfallenden Lichts wird in den Kristall gebrochen und wechselwirkt mit den akustischen Wellenfronten, die vom akustischen Wandler 128 erzeugt werden. Ein Teil des optischen Strahls im Kristall wird durch die akustischen Wellenfronten gebeugt und wird gegen die Oberfläche 134 gerichtet. Der optische Strahl bricht sich an der Oberfläche 134, tritt kollinear mit dem einfallenden Strahl aus und verläßt den Kristall.

Der akustooptische Modulator 124 wird von einem Oszillator 140 betrieben, der vorzugsweise mit einer festen Frequenz zur Erzeugung einer festen Modulationsfrequenz angelegt wird. Das Modulationssignal vom Oszillator 140, der einen Ausgang an der Signalverarbeitungseinheit 160 angeschlossen hat, wird mit dem Verstärker 142 verstärkt, bevor es an den akustischen Wandler 128 angelegt wird.

Das Ausgangssignal des akustooptischen Modulators 124 fällt dann auf die Linse 144, die den Strahl auf ein Ende einer optischen Faser 150 fokussiert, in der die Sensorspule 152 ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des akustooptischen Modulators 124 erzeugt die im Uhrzeigersinn sich ausbreitende Welle in dem faseroptischen Drehbewegungssensor 50, wie der Fig. 4 entnommen wird. Nach Durchlaufen der Sensorspule 152 erreicht die im Uhrzeigersinn umlaufende Welle eine Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156, welche vorzugsweise eine automatische Polarisationskontrolleinheit nach der Erfindung ist, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156 und die Quellenpolarisationskontrolleinheit 54 sind mit der Signalverarbeitungseinheit 160 verbunden.

Nach Durchlaufen der Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156 erreicht die im Uhrzeigersinn umlaufende Welle die Linse 170, die den Strahl auf eine Oberfläche 172 eines akustooptischen Modulators 174 richtet. Der akustooptische Modulator 174 ist ähnlich wie der akustooptische Modulator 124 ausgebildet. Der akustooptische Modulator 174 wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator 176, der auch einen Ausgang mit der Signalverarbeitungseinheit 160 verbunden hat, angesteuert. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 176 ist eine Spannung mit einer Frequenz, die abhängig von der Steuerspannung am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 176 ist. Die Frequenz, bei der der spannungsgesteuerte Oszillator 176 betrieben wird, wird so eingestellt, daß die Phasendifferenz des Sagnaceffekts zwischen der sich in Uhrzeigersinn und gegen Uhrzeigersinn ausbreitenden Wellen verschwindet.

Das Ausgangssignal des akustooptischen Modulators 174 fällt senkrecht auf eine Linse 180, die die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Welle auf die optische Faser 82 fokussiert, welche das Licht zur Polarisationskontrolleinheit 120 führt. Die Polarisationskontrolleinheit 120 ist ähnlich der Polarisationskontrolleinheit 84 aufgebaut.

Die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Welle breitet sich über den selben Weg aus, wie die im Uhrzeigersinn verlaufende Welle, jedoch in umgekehrter Richtung. Die Wellen werden phasenverschoben, wenn die Sensorspule 152 um die Sensorachse rotiert. Die Wellen vereinigen sich im Koppler 80, der die Wellen veranlaßt, ein Interferenzmuster in der Faser 63 auszubilden. Die interferierenden Wellen werden zu dem Photodetektor 200 geführt, der ein elektrisches Signal in Abhängigkeit der optischen Intensität im Interferenzmuster erzeugt.

Das elektrische Signal des Photodetektors 200 wird vom Verstärker 202 verstärkt und dann durch ein Filter 204 gefiltert, welches die zweite Oberwelle vom Signal beseitigt. Das Ausgangssignal des Filters 204 wird dann an einen phasenempfindlichen Detektor 206 geführt, der ein Referenzsignal vom Signalerzeuger 208 erhält. Der Ausgang des phasenempfindlichen Detektors 206 wird dann vom Integrator 210 integriert. Das Referenzsignal des Signalgenerators 208 und der Ausgang des Integrators 210 werden an die Eingänge eines summierenden Verstärkers 212 angelegt. Der summierende Verstärker 212 liefert die Ansteuerspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator 176. Die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators 176 ist so eingestellt, daß er eine Frequenzverschiebung im akustooptischen Modulator 174 liefert, die die Sagnacphasenverschiebung aufhebt.

Daten, die durch Aufnahme der zweiten Oberwelle des in Fig. 4 dargestellten faseroptischen Drehbewegungssensors 50 gewonnen wurden, werden in Fig. 2 in Abhängigkeit von den Spannungen, die an die Polarisationskontrolleinheit 156 angelegt sind, dargestellt. Die Daten werden gut durch die vorher abgeleitete Gleichung (18) beschrieben. Auf der Poincarèkugel stellt der Scheitelpunkt der Intensitätsstruktur einen wohldefinierten Polarisationszustand dar. Dieser Polarisationszustand ist durch die Bedingung festgelegt, daß das Ausgangssignal zur Kontrolle des Polarisationszustands an der Ausgangsseite des Polarisators maximal sein soll, so daß er sich entsprechend der Richtung, die durch den Polarisator festgelegt ist, ausrichtet. Für kleine Störungen der schnell-langsam Achsenphasendifferenz oder Doppelbrechung sind die Änderungen im resultierenden Polarisationszustand für jede Achse orthogonal bezüglich der anderen Achse. Das wird gewöhnlich für den Fall, bei dem eine Phase gegen nπ/2 geht, gezeigt, denn dann ist die andere Phase unabhängig von der ersten Phase, wie in Fig. 3 für ε=0 dargestellt ist. Daher können die gewünschten Polarisationszustände durch Implementierung einer Zweikanalwechselstromsteuerung gewonnen werden. Der Struktur von Fig. 2 kann entnommen werden, daß bei Anlegen einer Sinus- und einer um 90°phasenverschobenen Cosinusmodulation an die zwei Banken von Doppelbrechung beeinflussenden Wandlern eine elliptische Bewegung um die Spitze der Struktur entsteht, wenn die Gleichspannungskomponenten für das Maximum eingestellt sind. Ähnlich wird der Polarisationszustand auf der Poincarèkugel um die optimale Einstellung für maximales Ausgangssignal schwingen und die elliptische Wirkung wird in einem konstanten Ausgangssignal resultieren.

Bei anderen Bedingungen als am Intensitätsscheitelpunkt des Ausgangssignals kann die Grundwelle der Polarisation steuernden Modulationsfrequenzen durch Modulation der Modulatorausgangssignale und anschließende Multiplikation der I-Signale (in-Phase entsprechend dem Cosinus) und Q-Signale (um 90° phasenverschoben entsprechend dem Sinus) mit einer Verstärkung einer Hilfsschleife und Rückführung als Korrektur zu den Gleichspannungseinstellungen der Wandlerspannungen minimalisiert werden. Modulation heißt hierbei, die sinusförmige Variation oder schrittweise Einstellung der Wandlerspannungen der Polarisationskontrolleinheiten.

Betriebsweise

Die folgende Ableitung zeigt mathematisch, wie die erfindungsgemäße Polarisationskontrollsteuerung arbeitet, um die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auszunutzen. In dieser Analyse ist die Koordinate v₁ die Spannung, die in Phase liegt (I-Kanal) und die Koordinate v₂ ist die Spannung, die dazu um 90° phasenverschoben ist (Q-Kanal), so daß die Spannungen explizit festgelegt sind als:

v₁ = Spannung für Doppelbrechung beeinflussende Wandler, und
v₂ = um 90° phasenverschobene Spannung für Doppelbrechung beeinflussende Wandler.

Nun werden Modulationssignale für die Spannungen v₁ und v₂ eingeführt, so daß

v₁ = B₁ sin ω₁t + v_1off (19)

v₂ = B₂ cos ω₂t + v_2off (20)

wobei
B₁ und B₂ Modulationsamplituden sind,
ω₁ und ω₂ sind 2πmal die Modulationsfrequenzen,
t ist Zeit und
v_1off und v_2off sind die angelegten Gleichspannungskomponenten der Wandlerspannungen. Die Intensität des I-Kanals am Detektor wird dann:

Nun sei
C₁ = cos (K₁v_1off)
S₁ = sin (K₁v_1off)
C₂ = cos (K₂v_2off)
S₂ = sin (K₂v_2off)
α₁ = K₁B₁
α₂ = K₂B₂

Nun wird die aus der Geometrie wohlbekannte Identität sin(A+B)=sin (A)cos (B)+cos (A)sin (B) angewandt:

oder:

Mit der Definition der Besselfunktionen ergibt sich:

cos(αsinR) = J₀(α) + 2(J₂(α)cos 2R + J₄(α)cos 4R + . . .)

sin(αsinR) = 2(J₁(α)sin R + J₃(α)sin 3R + . . .

cos(αcosR) = J₀(α) - 2(J₂(α)cos 2R - J₄(α)cos 4R + . . .)

sin(αcosR) = 2(J₁(α)cos R - J₃(α)cos 3R + J₅(α)cos 5R . . .)

Gleichung (24) beschreibt das Ausgangssignal der Polarisationskontrolleinheit am Detektor 42 der Fig. 1.

Die Servoverstärkung wird im nächsten Abschnitt abgeleitet. Die Ableitung beginnt mit der Demodulation von Gleichung (24), indem man mit sin(ωt) multipliziert und über die Zählperiode integriert. Die Zählperiode ergibt sich aus der speziellen Anwendung, für die die Polarisationskontrolleinheit benutzt wird. In einem digitalen synchronen Demodulationsschema soll der Integrationsbereich ein ganzzahliges Vielfaches der Perioden n der Modulationsfrequenz sein.

Im Fall des faseroptischen Drehbewegungssensors, der in Fig. 4 abgebildet ist, wurde n=1 für die Quellpolarisationskontrolleinheit und n=9 für die Schleifenpolarisationskontrolleinheit gewählt. Diese Werte wurden gewählt, um die Koinzidenz höherer Oberwellen zu minimieren, die parasitäre Kopplungen zwischen den beiden Polarisationskontrolleinheiten verursachen könnten.

Nun soll τ=Integrationsperiode=Zählperiode (ungefähr 1 sec für den faseroptischen Drehbewegungssensor) sein. Die folgenden Definitionen und Ersetzungen werden nun gebraucht:

Daher:

R_LPC = 9R_SPC

und

Die Intensität des Inphasesignals ist dann durch das Integral gegeben:

+ J₁(α₂)J₃(α₁)cosR sin3R sinR - J₁(α₁)J₃(α₂)cos3R sin²R
- J₃(α₁)J₃(α₂)cos3R sin3R sinR + J₁(α₁)J₅(α₂)cos5R sin²R
+ J₃(α₁)J₅(α₂)cos5R sin3R sinR]
+ 2(1 - ε²)C₁S₂[J₀(α₂)J₁(α₁)sin²R + J₀(α₂)J₃(α₁)sin3R sinR
- 2J₁(α₁)J₂(α₂)cos2R sin²R - 2J₂(α₂)J₃(α₁)cos2R sin3R sinR
+ 2J₁(α₁)J₄(α₂)cos4R sin²R + 2J₃(α₁)J₄(α₂)cos4R sin3R sinR]
+ 2(1 - ε²)C₂S₁[J₀(α₁)J₁(α₂)cos R sinR
+ 2J₁(α₂)J₂(α₁)cos2R cosR sinR + 2J1(α₂)J₄(α₁)cos4R cosR sinR
- J₀(α₁)J₃(α₂)cos3R sinR - 2J₂(α₁)J₃(α₂)cos 2R cos3R sinR
- 2J₃(α₂)J₄(α₁)cos3R cos4R sinR + J₀(α₁)J₅(α₂)cos5R sinR
+ 2J₂(α₁)J₅(α₂)cos2R cos5R sinR + 2J₄(α₁)J₅(α₂)cos4R cos5R sinR]
(1 - ε²)S₁S₂[J₀(α₁)J₀(α₂)sinR + 2J₀(α₂)J₂(α₁)cos2R sinR
+ 2J₀(α₂)J₄(α₁)cos4R sinR - 2J₀(α₁)J₂(α₂)cos2R sinR
- 4J₂(α₁)(α₁)J₂(α₂)cos² 2R sinR - 4J₂(α₂)J₄(α₁)cos2R cos4R sinR
+ 2J₀(α₁)J₄(α₂)cos4R sinR + 4J₂(α₁)J₄(α₂)cos2R cos4R sinR
+ 4J₄(α₁)J₄(α₂)cos² 4R sinR]] (25)

Ausführung der Integration ergibt:

Die I- und Q-Koordinaten werden nun neu definiert bezüglich eines Intensitätsscheitelpunkts von Gleichung (18), so daß

Δv₁ = v₁₀ - v_1off

Δv₂ = v₂₀ - v_2off

wobei

und

dann wird Gleichung (18)

Für kleine Abweichungen Δv₁,Δv₂

C₁ = sin(K₁Δv₁) ≈ (K₁Δv₁)

und

S₂ = cos(K₁Δv₁) ≈ 1.

Die kleine Abweichung im Phasensignal I für den stetigen Fall ist

Die Servoverstärkung ergibt sich aus Gleichung (28)

Für den Fall, daß ε nahe 0 ist, wird die Verstärkung

was wird:

Für einen faseroptischen Drehbewegungssensor, in dem ein Paar diskreter digitaler Steuerungsschleifen implementiert sind, wird die Integrationszeit durch die Summe von Werten ersetzt, die durch die Abtastperiode Δt voneinander getrennt sind, so daß das Integral wird:

wobei S(mΔt) das diskrete oder abgetastete Signal ist und S(t) das kontinuierliche Signal ist. Die Zeit τ=MΔt ist die Integrations- oder Zählperiode, so daß Δt=τ/M. Die Frequenz ω kann als ω=2π/T geschrieben werden, wobei T die Periode der Polarisationskontrollmodulation ist. Die Zahl M kann als M=NCPC_*NSTEPS geschrieben werden, wobei NCPC=n=die Anzahl der Modulationszyklen pro Zählperiode τ/T ist. Die Zahl n ist 1 für die Quellenpolarisationskontrolleinheit 54 und n=9 für die Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156. NSTEPS ist die Zahl der diskreten Abtastwerte in der Modulationsschwingung und ist 954 für die Quellenpolarisationseinheit 54 und 106 für die Schleifenpolarisationseinheit 156. Die Zahl der Zählungen pro Sekunde, NCPS, kann als 1/τ geschrieben werden. Daher ist das Zeitintervall

und

Die Intensität am Detektor ist dann:

· [J₁(α₁)J₀(α₂) + J₁(α₁)J₂(α₂) - J₃(α₁)J₂(α₂) - J₃(α₁)J₄(α₂)]. (34)

Für die Quellenpolarisationskontrolleinheit 54 ist NSTEPS=954 und n=NCPC=1. Für die Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156 ist NSTEPS=106 und n=NCPC=9. Dann wird die Servoschleifenverstärkung wenn beide, Δv₂ und ε nahe Null liegen:

so daß Δv₁=G₁I₁. Ähnliche Ausdrücke lassen sich für den um 90° phasenverschobenen Q-Kanal finden, so daß Δv₂=G₂I₂ ist.

Gleichung 35 wird benutzt, um die Regelschleifenverstärkung in einem Polarisationskontrollprogramm in einem Einplatinencomputer auszurechnen. Das Programm addiert die Größen Δv₁ und Δv₂ zu v_1off und v_2off, um den gewünschten Polarisationszustand, der durch v₁₀ und v₂₀ definiert ist, zu erhalten. Die geänderten Offsetspannungen v_1off und v_2off werden dann zusammen mit dem Modulationssignal (Gleichung 19 und 20) an ein Paar Digital-Analog-Wandler (nicht gezeigt) ausgegeben. Diese Digital-Analog-Wandler legen dabei Spannungen an die Doppelbrechung beeinflussenden Wandler an. Wenn die Doppelbrechung sich in der Faser mit der Zeit ändert, werden Abweichungssignale erzeugt, die schnell eine Rückführung in die optimalen Bedingungen verursachen. Die Modulationsfrequenzen in dem faseroptischen Drehbewegungssensor können 1 Hz für die Quellenpolarisationskontrolleinheit 54 und 9 Hz für die Schleifenpolarisationskontrolleinheit 156 sein. Die Servoschleifenverzögerungszeit von einer Sekunde ist ausreichend kurz, um dem kleinen Drift der Faserdoppelbrechung zuverlässig zu folgen.

Die relative Größe der Polarisationszustandsmodulationssignale und das nicht reziproke Phasenmodulationssignal des faseroptischen Drehbewegungssensors sind teilweise durch die Modulationsamplituden B₁ und B₂ an den Doppelbrechung beeinflussenden Wandlern und der maximalen Phasenabweichung des nichtreziproken Phasenmodulators bestimmt. Im Falle zweier modulierter Polarisationskontrolleinheiten (vier Dimensionen) entspricht die Empfindlichkeit für nichtreziproke Phasenverschiebungen am Maximalpunkt, weniger als 10% Amplitudenverminderung in der zweiten Oberwelle der nichtreziproken Phasenmodulationsfrequenz des optischen Drehbewegungssensors. Der zweidimensionale Fall ergibt für die nichtreziproke Phasenverschiebung am Maximalpunkt eine Amplitudenverringerung in der zweiten Oberwelle von 46%. Die Modulation beeinflußt auch die Genauigkeit des Abweichungssignals der Polarisationskontrolleinheit.

Anwendung der Erfindung auf ein faseroptisches Laserkommunikationssystem

Fig. 5 zeigt ein faseroptisches Laserkommunikationssystem 250, das eine Polarisationskontrolleinheit 252 enthält, die im wesentlichen und vorzugsweise identisch mit dem Servosystem zur Polarisationskontrolle 20 der Fig. 1 ist. Ein Datensignal wird an einem diskreten Feedbacklaser 254 eingegeben, welcher ein die Daten enthaltendes Ausgangssignal erzeugt. Der Ausgangsstrahl des Lasers 254 fällt auf eine Linse 256, welche den Strahl durch ein optisches isolierendes System 258 hindurchführt. Das optische isolierende System stellt die Ausbreitung des Lichts in eine Richtung sicher und führt das Signal der Linse 260 zu, die das Datensignal auf eine optische Faser 262 führt. Die optische Faser 262 ist im allgemeinen eine optische Einzelmodefaser und kann in einem typischen Kommunikationssystem eine Länge von 100 km haben. Das Signal in der optischen Faser 262 fällt auf den optischen Koppler 264, der das Signal in der optischen Faser 262 mit Signalen, die durch die optische Faser 266 zugeführt werden, kombiniert.

Die Eingangssignale der optischen Faser 266 stammen aus einem Laser 268, der ein externer Gitterlaser sein kann. Der Ausgang des Lasers 268 wird von der Faser 266 zur Polarisationskontrolleinheit 252 geführt. Polarisationskontrolle ist in dem Kommunikationssystem 250 erwünscht, weil die Signale in der Faser 266 benutzt werden, um die Signale in der Faser 262 zu demodulieren. Daher müssen die optischen Signale in den Fasern miteinander interferieren, um die für die Demodulation erforderliche Mischung zu erzeugen. Die Signale in den Fasern 262 und 266 müssen dieselbe Polarisation haben, um ein Schwinden des Signals zu verhindern.

Die vereinigten optischen Signale fallen auf den Detektor 270, der vorzugsweise aus einer Germaniumavalanchephotodiode besteht. Das Ausgangssignal des Detektors 270 ist ein elektrisches Signal, welches von dem Interferenzmuster abhängt, welches durch die Mischung des Datensignals mit dem Demodulationssignal gebildet wird. Das elektrische Signal wird durch den Verstärker 272 verstärkt, bezüglich des Bandpasses durch ein Filter 273 ausgefiltert und dann in einen Frequenzdiskriminator 276 eingegeben. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 276 wird in ein Tiefpaßfilter 278 eingegeben, dessen Ausgang der Datensignalausgang des Kommunikationssystems 250 ist.

Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 276 ist Eingang zu einem Polarisationskontrollschaltkreis 282, der die Steuersignale an das Polarisationskontrollsystem 252 anlegt. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 276 gibt zusätzlich Eingangssignale für das Tiefpaßfilter 284 ab, die anschließend vom Verstärker 286 verstärkt werden. Der Ausgang des Verstärkers 286 wird an den Laser 268 angelegt, wodurch eine Frequenzstabilisierung ermöglicht wird.

Der Unterschied in den optischen Trägersignalen in den Fasern 262 und 266 verursacht am Ausgang des Detektors 272 ein kleineres Signal als das maximale Signal. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 276, der den Polarisationskontrollschaltkreis versorgt, beeinflußt das Signal in der Faser 266 so, daß seine Polarisation mit der Polarisation des Signals in der Faser 262 zusammenpaßt und damit den Ausgang des Photodetektors 272 zurück zum Maximum bringt.

Die Fig. 6 zeigt ein Kommunikationssystem 290, welches eine Polarisationskontrolleinheit 292 enthält, die vorzugsweise identisch dem Polarisationskontrollsystem 20 ist, wie es oben in bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Ein Laser 294, der vorzugsweise ein ausgedehnter Hohlraumlaser ist, liefert einen Lichtstrahl, der durch den Phasenmodulator 296 hindurchgeht. Eine elektronische Schwingung mit aufgeprägter Dateninformation, wird an dem Phasenmodulator angelegt und bringt Träger und Datensignal auf das übermittelte Licht auf. Der Lichtstrahl tritt dann in die Faser 302 ein, welche die Signale zum Empfänger 304 übermittelt. Der Empfänger 304 enthält einen optischen Koppler 306, der Daten- und Trägersignal mit einem Demodulationssignal kombiniert, wobei das Demodulationssignal über die Faser 310 zugeführt wird. Der optische Koppler 306 hat vorzugsweise eine Kopplungsausbeute von 50%, so daß die Faserteile 302 und 310 auf der rechten Seite des Kopplers, wie aus der Fig. 6 ersichtlich, gleiche Teile des Daten- und des Modulationssignals enthalten.

Die Strahlen, die von den Fasern 302 und 310 übertragen werden, werden den Detektoren 312 beziehungsweise 314 eingegeben. Die Ausgänge der beiden Detektoren 312 und 314 werden miteinander verbunden und dann einem Verstärker 316 eingegeben. Der Ausgang des Verstärkers 316 wird einem Verstärker 322 und einem Phasendetektor 320 zugeführt, der das Ausgangssignal des Empfängers 304 abgibt.

Der Ausgang des Verstärkers 316 wird auch Eingang eines Verstärkers 318, der die verstärkten Signale an einen elektrischen Schaltkreis 324 zur Polarisationskontrolle und einen frequenzsynchronisierenden Schaltkreis 326 abgibt. Der elektrische Schaltkreis 324 zur Polarisationskontrolle kann im wesentlichen identisch zum elektronischen Schaltkreis 28 der Fig. 1 zur Steuerung der drei Faserquetscher 34 bis 36 sein. Der frequenzsynchronisierende Schaltkreis 326 liefert ein Signal an einen lokal oszillierenden Laser 328, der ein ausgedehnter Hohlraumlaser sein kann. Abweichungen in der Polarisation des optischen Signals des lokalen Oszillators 328 von dem Eingangssignal am optischen Koppler 306 erzeugen ein Abweichungssignal, das benutzt wird, um die Polarisationskontrolleinheit 292 zu betreiben, welche die Polarisation des Lichts in der Faser 310 gleich der einstellt, die das Licht von der Faser 302 an den Detektoren 312 und 314 hat.

Claims

1. System zur Kontrolle von Polarisation von Licht, welches von einem optischen Wellenleiter (32) geführt wird, gekennzeichnet durch einen Apparat zur Kontrolle der Doppelbrechung des optischen Wellenleiters, der einen ersten Wandler (34) und einen zweiten Wandler (36) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie auf dem optischen Wellenleiter (32) auf parallelen Achsen wirken, und einem dritten Wandler (35), der sich auf den Achsen zwischen dem ersten Wandler (34) und dem zweiten Wandler (36) mit den parallelen Achsen befindet und dessen Achse gegen diese um 45° verdreht ist,
durch einen Apparat (43), der ein erstes Kontrollsignal (47) auf den ersten (34) und zweiten Wandler (36) gibt,
durch einen Apparat (45) zum Anlegen eines zweiten Kontrollsignals (49) an den dritten Wandler (35), wobei das erste Kontrollsignal (47) und zweite Kontrollsignal (49) zeitlich um 90° phasenverschoben sind,
durch einen Apparat (42) zur Bildung eines elektrischen Signals, welches die Intensität des Lichts, welches durch den optischen Wellenleiter (32) geführt wird, als elektrischen Wert wiedergibt,
durch einen Apparat (28) zur Verarbeitung des elektrischen Signals, um ein Abweichungssignal zu bilden, das den Unterschied zwischen dem Polarisationszustand des Lichts, welches von dem optischen Wellenleiter (32) geführt wird und einen vorbestimmten erwünschten Polarisationszustand wiedergibt und
durch einen Apparat (28) zur Kombination des Abweichungssignals mit dem ersten Kontrollsignal (47) und dem zweiten Kontrollsignal (49) und zur Minimierung des Unterschieds des Polarisationszustands des Lichts, das im Wellenleiter (32) geführt wird und dem erwünschten Polarisationszustand.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wandler (34, 35, 36) einen piezoelektrischen Faserquetscher (40) aufweist, der die Doppelbrechung des optischen Wellenleiters (32) mit Hilfe des photoelastischen Effekts einstellt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Polarisator (26) zur Erzeugung einer Referenzpolarisation in dem optischen Wellenleiter (32).

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
durch einen ersten Oszillator zur Erzeugung des ersten Kontrollsignals (47),
durch einen ersten Apparat zur Verstärkung des ersten Kontrollsignals (47),
durch einen zweiten Oszillator zur Erzeugung des zweiten Kontrollsignals (49),
durch einen zweiten Apparat zur Verstärkung des zweiten Kontrollsignals (49) und
durch einen Apparat (28), der unabhängigen Verstärkungskontrolle für den ersten und zweiten verstärkenden Apparat erlaubt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweikanalphasensensitives Nachweisgerät (28) enthalten ist, das sowohl auf das Signal (47), welches in Phase ist, als auch das um 90° phasenverschobene Signal (49) reagiert, um das elektrische Signal, welches die Intensität des im optischen Wellenleiter geführten Lichts wiedergibt, zu demodulieren.

6. Verfahren zur Kontrolle der Polarisation des Lichts, welches durch einen optischen Wellenleiter (32) geführt wird,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Kontrolle der Doppelbrechung des optischen Wellenleiters (32) durch die Schritte, einen ersten Wandler (34) und zweiten Wandler (36) so anzuordnen, daß sie auf dem optischen Wellenleiter (32) entlang paralleler Achsen wirken und Anordnung eines dritten Wandlers (35) auf einer Achse, die gegenüber den parallelen Achsen des ersten Wandlers (34) und des zweiten Wandlers (36) um 45° verdreht ist.
Anlegen eines ersten Kontrollsignals (47) an den ersten Wandler (34) und an den zweiten Wandler (36).
Anlegen eines zweiten Kontrollsignals (49) an den dritten Wandler (35), wobei das erste Kontrollsignal (47) und das zweite Kontrollsignal (49) zeitlich gegeneinander um 90° versetzt sind.
Bildung eines elektrischen Signals, das die Intensität des Lichts, welches von dem Wellenleiter (32) geführt wird, als elektrischen Wert wiedergibt.
Verarbeitung des elektrischen Signals zu einem Abweichungssignal, welches die Abweichungen zwischen dem Polarisationszustand des Lichts, welches von dem optischen Wellenleiter (32) geführt wird und einem vorbestimmten erwünschten Polarisationszustand wiedergibt.
Kombination des Abweichungssignals mit dem ersten und zweiten Kontrollsignal (47, 49), um den Unterschied zwischen dem Polarisationszustand des Lichts, das von dem optischen Wellenleiter (32) geführt wird und dem erwünschten Polarisationszustand zu minimieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, durch einen Schritt gekennzeichnet, jeden Wandler (34, 35, 36) so auszubilden, daß er einen piezoelektrischen Faserquetscher (40) enthält, der die Doppelbrechung des optischen Wellenleiters (32) mit Hilfe des photoelastischen Effekts einstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzpolarisation in dem optischen Wellenleiter (32) erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte enthalten sind:
Erzeugung des ersten Kontrollsignals (47) mit einem ersten Oszillator,
Verstärkung des ersten Kontrollsignals (47),
Erzeugung des zweiten Kontrollsignals (49) mit einem zweiten Oszillator,
Verstärkung des zweiten Kontrollsignals (49) und
Ermöglichung unabhängiger Verstärkungskontrolle für die ersten und zweiten Verstärkungsmittel.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, durch einen Schritt gekennzeichnet, bei dem das in Phase liegende Signal (47) und das zeitlich um 90° verschobene Signal (49) mit einem zweikanalphasensensitiven Nachweisgerät (28) nachgewiesen werden, welches zur Demodulation auf das elektrische Signal reagiert, welches die Intensität des Lichts wiedergibt, welches von dem optischen Wellenleiter (32) geführt wird.