NL8102680A - Polarisatie-onafhankelijke optische schakelinrichting. - Google Patents

Description

a ï i VO 1978

Polarisatie-onafhankelijke optische schakelinrichting.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op optische sehakel-inrichtingen, en meer in het bijzonder op polarisatie-onafhankelijke optische schakelinrichtingen.

Het gebruik van optische schakelinrichtingen vordt een belang-5 rijk element in optische communicatiestelsels. Het is gewenst te beschikken over een optische schakelinrichting die zowel polarisatie-alswel golflengte-onafhankelijk is. Tevens is het gewenst dat de schakelinrichting een goede overspraakverhouding heeft en zo weinig mogelijk energie verbruikt.

10 Een ingangsstralingsbundel die invalt op een polarisatie- onafhan kelijke optische schakelinrichting die is uitgevoerd volgens de onderhavige uitvinding, wordt ontbonden in twee componentbundels met ortho-gonaal lineaire polarisaties. De beide componentbundels worden geleid door een polarisatierotator, die de componentbundels zonder verzwak-15 king overdraagt. Hierna worden de twee componentbundels gereeombi-neerd zodat een uitgangsstralingsbundel wordt gevormd die vanuit de inrichting uitgaat. Wanneer de polarisatierotator is ingericht om de polarisatie van de componentbundels over 0° te roteren, plant de uit-gangs stralingsbundel zich in een eerste richting voort, en wanneer de 20 polarisatierotator is ingericht om de polarisatie over 90° te roteren wordt de uitgangsstralingsbundel naar een tweede richting geschakeld.

In een uitvoeringsvorm is de polarisatierotator een een vloeibaar kristal omvattende torsiecel.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met 25 verwijzing naar de tekening. In de tekening is:

Fig. 1 een schema ter illustratie van een uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij de uitgangsstralingsbundel zich in een eerste richting voortplant; fig. 2 een schema ter illustratie van een uitvoeringsvorm van 30 de uitvinding waarbij de uitgangsbundel is geschakeld naar een tweede richting; fig. 3 een grafische voorstelling ter illustratie van de over-spraakverhouding zoals geldend bij de uitvoeringsvorm van de uitvinding zoals weergegeven in de figuren 1 en 2, als een functie van 35 de polarisatierotatie; 8102680 * . * -2- fig. if- een uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij gebruik wordt gemaakt van optische vezels via welke een ingangsstralingsbundel wordt gekoppeld met een polarisatie-onafhankelijke sehakelinrichting door middel van GRIN-staaflenzen; en 5 fig. 5 een uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij masrdere ingangsbundels gelijktijdig worden geschakeld.

Fig. 1 is illustratief voor een uitvoeringsvorm van een polarisatie-onafhankelijke optische sehakelinrichting die is ingericht volgens de onderhavige uitvinding en waarmee een gecollimeerde, niet-gepolari-10 seerde, incoherente ingangsstralingsbundel kan worden geschakeld; bijvoorbeeld is aangenomen dat de ingangsstralingsbundel 100 is ge-collimeerd en een arbitraire polarisatietoestand heeft. De ingangs-bundel 100. die invalt op een polarisatiebundelsplitser 10 wordt ontbonden in een eomponentbundel 110 met een polarisatie loodrecht op het 15 vlak van tekening, en een eomponentbundel 120 met een polarisatie die . in het vlak van tekening is gelegen, m.a.w. ontbindt de polarisatiebundelsplitser 10 de ingangsbundel 100 in twee componentbundels met orthogonaal lineaire polarisaties.

De eomponentbundel 110 wordt door een spiegel 11 gereflecteerd 20 zodat deze door een polarisatierotator 20 verloopt J)e eomponentbundel 120 verloopt eveneens via deze polarisatierotator 20. Ra de polarisatierotator 20 te hebben gepasseerd, wordt de bundel 120 door een spiegel 12 gereflecteerd in de richting van een polarisatiebundelsplitser 13.

De eomponentbundel 120 verloopt via deze polarisatiebundelsplitser 13 25 en treedt uit als een gedeelte van de uitgangsbundel 130. De component-bundel 110 wordt gereflecteerd naar de polarisatiebundelsplitser 13 en gecombineerd met de eomponentbundel 120 zedsfc de uilgangsbundel 130 wordt gevormd.. Bij de in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm is de polarisatierotator 20 werkzaam o® de polarisatie van de component-30 bundels 110 of 120 over 0° te roteren. Indien de beide componentbundels 110 en 120 zonder verzwakking worden overgedragen, is het vermogen van de uitgangsbundel 130 gelijk aan dat van de ingangsbundel 100.

Fig.2 toont dezelfde uitvoeringsvorm van de polarisatie-onafhankelijke sehakelinrichting wanneer de polarisatierotator 20 bewerkstel-35 ligt dat de polarisatie van de componentbundels 110 en 120 over 90° wordt geroteerd.

8102680 -3- hi

De verandering in rotatie vanaf 0° tot 90° wordt bewerkstelligd door de apparatuur 50 die de grootte van de polarisatierotatie van de rotator 20 verandert. Bij deze configuratie wordt de componentbundel 120 door de polarisatiebundelsplitser 13 gereflecteerd zodanig dat deze 5 bundel deel uitmaakt van de uitgangsbundel 1^-0, waarbij deze uitgangs-bundel lUo zich voortplant in een richting die loodrecht staat op de richting zoals voor de uitgangsbundel 130 in fig. 1 is weergegeven.

De componentbundel 110 verloopt via de polarisatiebundelsplitser 13 en wordt gecombineerd met de componentbundel 120 zodat de uitgangsbundel 10 lbO wordt gevormd. Evenals bij de in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvorm het geval was geldt dat indien de beide componentbundels 110 en 120 worden overgedragen zonder verzwakking, het vermogen van de uitgangsbundel 1^0 gelijk is aan dat van de ingangsbundel 100.

In het algemeen is het niet nodig dat de richtingen van de 15 uitgangsbundels 130 en lUO loodrecht op elkaar staan; een dergelijke oriëntatie is aangegeven teneinde op een zo eenvoudig mogelijke wijze de werking van de inrichting uiteen té kunnen' zetten. Indien bijvoorbeeld de ingangsbundel 100 niet onder een loodrechte .hoek op het oppervlak 200 van de polarisatiebundelsplitser 10 zou invallen, zouden de uit-20 gangsbundels 130 en lUO niet loodrecht op elkaar staan. Indien bovendien de oppervlakken 210 en 211 onder verschillende hoeken in het inwendige van de polarisatiesplitser 10 zouden^jpgesteld, zouden de bundels 130 en lUO eveneens niet een rechte hoek insluiten.

Zoals in het voorafgaande werd opgemerkt geldt dat indien de beide 25 componentbundels 110 en 120 zonder verzwakking worden overgedragen, dan het vermogen van de uitgangsbundels 130 of lbO gelijk is aan dat van de ingangsbundel 100. Indien echter tussen de componentbundels 110 en 120 relatieve fazeverschuivingen zijn ontstaan nadat deze bundels de rotator 20 hebben gepasseerd, zou de polarisatigtoestand- van de-uit-30 gangsbundels 130 en lUO kunnen afwijken van de polarisatietoestand van de ingangsbundel 100, zelfs indien het overgedragen vermogen onveranderd zou blijven. Tevens zij opgemerkt dat de spectrale eigenschappen van de uitgangsbundel, de responsiesnelheid en de elektrische vereisten voor de schakelinrichting afhankelijk zijn van de eigenschappen 35 van de rotator 20. Tevens zal. het duidelijk zijn dat er enige spectraal afhankelijkheid kan bestaan ten aanzien van de eigenschappen van de 8102680 f · < -u- polarisatiesplitsers 10 en 13.

De component bun dels 110 en 120 storen elkaar niet aan de uitgang ongeacht de polarisatierotatie die door de polarisatierotator 20 wordt geïntroduceerd, aangezien de polarisatiesplitser 13 de twee 5 orthogonale polarisatiecomponenten isoleert. Aldus geldt dat de uitgangsbundel 130 of de uitgangsbundel lUo is te beschouwen als de incoherente superpositie van de twee componentbundels 110 en 120, waarbij het vermogen van de uitgangsbundel in principe gelijk is aan dat van de ingangsbundel 100. Er zij opgemerkt dat aangezien bij de 10 schakelinrichting geen rol spelen de coherentie van de ingangsbundel 110 of interferentie-effecten, interferometrische uitlijning van de onderdelen niet nodig is.

Bij de in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm van de uitvinding is gebruik gemaakt van een ingangsbundel. De in fig. 1 weergegeven 15 schakelinrichting biedt echter ook de mogelijkheid om twee ingangs-bundels afkomstig van onafhankelijke richtingen te schakelen.

Een tweede ingangsstralingsbundel die op de polarisatiebundelsplitser 10 valt langs de richting zoals aangegeven door de pijl 101, zal aanleiding geven tot een uitgangsbundel verlopende in de richting zoals 20 aangegeven door de pijl 102 wanneer de uitgangsbundel van de ingangsbundel 100 zal verlopen in de richting zoals aangegeven door de bundel 130. Wanneer de polarisatierotator 20 de polarisaties roteert over 90°, zal de. uitgangsbundel voor een tweede ..ingangsbundel een richting hebben die samenvalt met de richting zoals gegeven door de bundel .25 130.

Verder zij opgemerkt dat de polarisatierotator 20 voor de componentbundels 110 en 120 een regelbare grootte van de polarisatierotatie kan geven. De grootte van deze rotatie bepaalt of al de straling in de ingangsbundel 100 de schakelinrichting verlaat in de bundel 130, 30 of in de bundel 1^0, of over deze bundels is verdeeld.

Voor verliesvrije, perfekt gepolariseerde componenten,*te fractie van optisch uitgangsvermogen f^ langs een eerste richting, b.v. langs de bundel 130, en de fractie fg van uitgangsvermogen langs een tweede richting, b.v. langs de pijl 102, uitsluitend afhankelijk 35 van de polarisatie-rotatiehoek ö zoals geïntroduceerd door de polarisatierotator 20 en wel volgens de volgende uitdrukkingen: f1 = cos20 ...(1) 2 Λ Λ a λ λ fn = sin θ (2) 81026802 - I < -5-

Uit de vergelijkingen (l) en (2) "blijkt dat een omschakeling tussen de richtingen volgens de bundel 130 en volgens de pijl 102 mogelijk is • „„o met elk wilfekeurig materiaal dat een schakelbare rotatie van 90 produceert.

5 Aan de eigenschap van de schakelinrichting om de uitgangssignalen in de ene of de andere richting te blokkeren kan een grens worden gesteld door de nauwkeurigheid van de polarisatierotatie .Ievoor een gegeven niveau van onderdrukking vereiste nauwkeurigheid van de rotatie is bepaald door de vergelijkingen (L) en (2), en wel voor een onderdrukking 10 van -20 dB moet deze zijn ongeveer +5°.

Aan de eigenschap van de schakelinrichting om de uitgangssignalen te blokkeren kan tevens een grens worden gesteld door de kwaliteit van de bundelsplitser. Als gevolg van een slechte kwaliteit van de polarisatiebundelsplitser zal in elk van de twee componentbundels 15 110 en 120 enigermate een incorrectefeolarisatie kunnen worden ge ïntroduceerd. Wanneer rekening wordt gehouden met een partiële polarisatie als gevolg van ongerechtigheden in de polarisatiebundelsplitser, kunnen de vergelijkingen (1) en (2) aldus worden geschreven als: 20 F1 = (1 -2) cos20 + f) sin29 (3) F2 = (1 -^f) sin20 + ^cos20 (4) p .de waarin & , als maat voor'ongerechtigheden in de polarisatiebundelsplitser is gegeven door <SSl + *pl+ £s2+ V/2 t5> 25 waarin en representatief zijn voor de fracties van s- en p- polarisaties die op onjuiste wijze door de polarisatiebundelsplitser 10 zijn geïntroduceerd, en £^ en representatief zijn voor de over eenkomstige grootheden met betrekking tot de polarisatiebundelsplitser 13.

De grootheid § is representatief voor de kwaliteit van het bundelsplitser-voor 30 paar en een diëlektrische filmpolarisators typerende waarde is ongeveer 10"2.

Bij de vergelijkingen 3) en 4) is geen rekening gehouden met interferentie-effecten die aanwezig zijn bij partieel-gepolariseerde 8102680 * · * -6- bundels. Zulks geldt echter voor incoherente bronnen waarbij de co-herentielengte van de ingangsbundel kleiner is daiéiet optische padverschil ' voorde twee paden. Bovendien zijn ae interferentie-effecten bij coherente bronnen slechts significant .zover het de onderdrukte 5 uitgangsbundels betreft en niet voor de hoofduitgangsbundels.

Een belangrijke grootheid voor de polarisatiedeelschakelinrichting is de overspraakverhouding fg/f^ zoals bepaald door de vergelijkingen (3) en(/0. Voor een enkele ingangsbundel» zoals de bundel 100 bij de configuratie volgens fig. 1, is deze verhouding representatief voor 10 de relatieve sterkte van de twee uitgangsbundels 130 en 102.

Voor twee ingangsbundels, zoals 100 en 101, is deze verhouding representatief voor de over spraak tussen de twee uitgangsbundels op een enkele plaats zoals is·.: gegeven door de uitgang 130. Fig.3 geeft een grafische voorstelling van de wijze op de overspraakverhouding 15 fg/f i wordt beïnvloed door bundelsplitserongerechtigheden é en de polarisatierotatie 0. Fig. 3 toont een groep van overspraakkrommen voor verschillende waarden van S waaruit blijkt dat bij een over-spraakniveau van - 20 dB een bundelsplitserpaar is vereist waarvoor geldt dat § ζ 0,007 en een polarisatierotatie nauwkeurigheid van 20 ongeveer + 3° bestaat.

De schakelwerking kan worden gerealiseerd door voor de polarisatierotator 20 gebruik te maken van een een vloeibaar kristal omvattende torsiecel. In een ene uitvoeringsvorm werd gebruik gemaakt van een cel met een dikte van 6 ^um, die was gevuld met een nematiseh 25 vloeibaar kristal,materiaal met een grote:diëlektrische anisotropie. label 1 geeft een samenvatting van de eigenschappen van de vloeibaar-kr.istal..omvattende torsiecel. Bij deze uitvoeringsvorm levert de apparatuur 50 een 1 kHz signaal dat tussen 0,8 en 2,5 volt effectief kan worden geschakeld, teneinde de vloeibaar -kristal omvattende cel te besturen 30 en de schakelwerking te realiseren. Yoor de uitvoeringsvorm van een schakelaar met een polarisatierotator gevormd door een "een -vloeibaar kristal omvattende torsiecel, is een typerend tussenschakelverlies waarbij geen rekening is gehouden met reflecties en prisma coating absorptie, 0,^ dB met een onderdrukkingsverhouding van ongeveer 35 - 20 dB.

Tabel 2 geeft een overzicht van tussenschakelverliesmetingen en · 81 0 2 6 80 » * # -7- onder druiddngs verhoudingmetingen uitgevoerd aan een schakelinrichting met een rotator gevormd door eenevLoeibaar kristal omvattende torsiecel. in deze meetresultaten zijn begrepen ~ reflectie- en absorptieverliezen ten bedrage van 1,6 dB voor de torsiecelrotator, vanneer deze Mff of 5 UIT vas geschakeld; dergelijke verliezen kunnen echter in sterke mate vorden geëlimineerd, zoals in het onderstaande zal worden beschre-ven.De gemeten tussenschakelverliezen zijn slechts 0,3-0jU dB groter dan 1,6 dB voor de torsiecel in de MT-toestand, en slechts 0,1 - 0,2 dB groter dan 1,6 dB wanneer deze cel UIT is geschakeld.

10 Het restant is waarschijnlijk te wijten aan strooi-effecten in de cel.

Deze metingen werden uitgevoerd bij een golflengte van 633 nm en onder gebruikmaking van een incoherente, niet-gepolariseerde ingangsbundel afkomstig van een Xe-koog bron met een 10 nm banddoorlatend interferentiefilter. De schakelaar heeft soortgelijke verliezen en 15 overspraak voor lichtstraling afkomstig van een HeHe-laser. De hoofdbijdragen aan de tussenschakelverliezen zijn afkomstig van reflecties -bij de componentoppervlakken en absorptie in de spiegelcoatings, e.e.a. zoals samengevat in tabel 3. Deze verliescomponenten kunnen in sterke mate worden teruggebracht door gébruik te maken van niet-20 gecoate prisma’s en door de delen samen te cementeren. Aan het over-spraakniveau van - 20 dB is een grens gesteld door de kwaliteit van de polarisatiebundelsplitsers. De polarisatiebundelsplitsers bevatten een uit meerdere lagen samengestelde dielektrische film 210 die is ingeklemd tussen aan elkaar gehechte silica prisma's 220 en 221. Deze 25 polarisatiebundelsplitsers werden ontworpen voor een bedrijfsgolflengte van 633 nm waarbij een ^*0,01 werd gemeten.

De schakelinrictüng heeft tevens de mogelijkheid van multimodus -werking aangezien geringe veranderingen in de invalshoek van de ingangsbundel de prestatie van de schakelinrichting niet noemenswaardig 30 beïnvloeden. Een verandering van +_ 2° geeft bijvoorbeeld een verwaarloosbare toename van de tussenschakelverliezen en slechts een gemeten verslechtering van ongeveer 1,0 dB wat de overspraakeigenschappen betreft. Zoals in het onderstaande nader zal worden behandeld is zulks voldoende voor multimodus optische vezeltoepassingen, indien voor het collimeren 35 van het uitgangssignaal van de optische vezels lenzen worden gebruikt.

8102680 v W ...

-δ-

Tabel 1

Eigenschappen Torsiecel met Vloeibaar Kristal.-Celmatarjaal Eigenschappen:

Kematiseh Vloeibaar Kristal Merck (TM) E7

5 Nematisch Gebied -10° tot 60.5°C

Dielektrische Anisotropie ( l - 4, ) 13.8

Effectieve Elasticiteitsmodulus (k) 1.09x10” dynes

Viscositeit (^) 0.38 poise

Cel Constructie: 10 Dikte 6 ^um

Elektroden ^n2°3

Oppervlakte Behandeling Vacuum Opgedampt SiO

Celprestaties:

Drempel Spanning 1 volt eff.

15 Rotatie (2.5 V eff.) 2.7°

Rotatie (0.8V eff.) 87.1°

Stijgtijd (0.8-2.5 volt overgang j 80 msec

Daalt ij d (2.5-0.8 volt overgang':) lUo msec

Weerstand 16 M ohms —9 2 20 Capaciteit (C . ) - geschat 3x10 farads/cm 2

Vermogens Dissipatie - geschat 0.3 microwatts/cm 81 0 2 680 -9-

Tabel 2

Samenvatting; Verlies- en Oversuraak Metingen (/-.= 633 nm; ó ~ 0.01)

Tussenschakel 5 Bron Rotator Toestand Rotatie Verlies κ Overstraak

Xe-Boog Torsie Cel AM 2.T° 2.0 dB -I8.8 dB

UIT . 87.1° 1.8 dB -I6.8 dB

HeNe n

Laser Torsie Cel AM 2.7° 1*9 dB -I8.8 dB

10 UIT 87.1° 1.7 dB -19.1+ dB

h Gemeten reflectie- en prisma coating verliezen ten bedrage van 1.6 d3 voor de Torsie Cell Aan of Uit (zie tabel 3)

Tabel 3

Gemeten Tussensehakelverlies Bi,i dragen 15 Reflecties -

Bundelsplitsers (AR-gecoat) 0.1 dB

Prisma’s 0.U dB

Rotator 0.U dB

Absorptie - Prisma Coating 0.7 dB

20 1.6 is

81 0 2 6 8 C

-10-

y V

De door een torsiecel met een vloeibaar kristal gevormde rotator heeft een brede-band schakelwerking bij spanning- en vermogensniveaus die compatibel zijn met een geïntegreerde keten. Boven de drempelspanning, die zo klein kan zijn als 1 volt of minder, geeft de torsiecel een 5 rotatie van 90° voor al de met zichtbare en bijna-idfrarode straling corresponderende golflengten. De een vloeibaar kristal omvattende cel is compact van uitvoering en de vloeibare kristal materialen hebben een brekingsindex soortgelijk aan die van glas, van welke omstandigheid gebruik kan worden gemaakt om de reflecties tot een minimum terug te brengen.

10 Bij andere uitvoeringsvormen van een optische schakelinrichting die is ingericht volgens de onderhavige uitvinding kunnen verschillende polarisatierotators worden gebruikt zoals bijvoorbeeld Pockels electro-optisch effect inrichtingen, Kerr-cellen of'Faraday-effect inrichtingen.

Bij apparatuur die is uitgevoerd onder gebruikmaking ^an de bovengenoemde 15 polarisatierotators, is de grootte van de rotatie zoals door een gegeven inrichting wordt geïntroduceerd afhankelijk van de golflengte van de daardoorheen geleide straling. Dit betekent dat het gebied van bruikbare golflengtenvan de schakelinrichting waarin van dergelijke rotator-inrichtingen gebruik is gemaakt, beperkt. :.s.

20 Het Pockels-effect is bovendien zwak waarbij door het introduceren van een rotatie van 90° hoge werkspanningen en omvangrijke inrichtingen zijn vereist. Voor een KD*P Pockels cel is de. halve-golfspanning bijvoorbeeld 3000 V bij 633 nm. Bovendien kan zulk een Pockels cel een lengte van meerdere centimeters bezitten.

25 Een Faraday rotator is wat functie betreft verschillend van zowel een vloeibaar kristal omvattende torsiecel alswel een in het voorafgaande beschreven Pockels cel. Door gebruik te maken van een Faraday rotator wordt een circulatorinrichting verkregen aangezien de polari-satierotatie van de straling niet-reciprook is met betrekking tot de 30 voortplantingsrichting van de daardoorheen gaande straling. De oriëntatie van het magnetische veld dat wordt aangelegd aan het Faraday materiaal bepaalt de circulatie-volgorde met betrekking totjde ingangs- en uit-gangsstralingsbundels en de circulatie-volgorde kan worden geschakeld door omkering van de richting van dit magnetische veld. Het zal voor de 35 vakman op dit gebied duidelijk zijn hoe het magnetische veld kan . worden geschakeld. De apparatuur 50 kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door het Faraday materiaal te omgeven met een magneet en een spoel. Een 8102680 -11- apparatuur waardoor de richting van de door de spoel vloeiende stroom Vrti worden omgekeerd verandert de richting van het veld dat - door dit materiaal verloopt.

Bij golflengten groter dan 1 ^um, waarbij YIG kristallen trans-5 paraat zijn, Tmrmep Faraday rotators van compacte uitvoering worden gerealiseerd aangezien het rotatievermogen van YIG hij verzadigings-magnetisatie ongeveer 20°/mm bedraagt. Bij golflengten kleiner dan 1 ^um, vereisen de sterkste transparante Faraday materialen echter grotere voortplantingsafstanden.

10 Verder zal het voor de vakman op dit gebied duidelijk zijn dat de apparatuur 50 mechanische middelen kan omvatten voor het veranderen van de polarisatierotatie hetgeen kan worden bereikt hetzij door verin schillende polarisatierotators te voeren op de plaats zoals ingenomen door de polarisatierotator 20 volgens fig. 1, hetzij door een halve-15 golfplaat te roteren .Bij ‘een ene uitvoeringsvorm kan de rotatie worden veranderd door gebruik te maken van golfplaten met verschillende dikte die zijn vastgehecht aan een draaibaar wiel.

Zoals in het voorafgaande werd beschreven werkt de polarisatie-onafhankelijke optische schakelinrichting het best met gecollimeerde 20 lichtstraling* De optische schakelinrichting kan echter tevens worden gebruikt in combinatie met optische bronnen en ontvangers zoals lasers, licht emitterende diodes, fotodiodes en multi-modus optische vezels, wanneer voor het collimeren van de lichtstraling gebruik wordt gemaakt van lenzen. Bij de in het onder staande gegeven uiteenzettingen is 25 eenvoud!gheidshalve gebruik gemaakt van het voorbeeld met optische vezels. Een lens met een brandpuntafstand van 3 mm gebruikt in combinatie met een optische vezel met een kerndiameter van 50 ƒurn is bijvoorbeeld voldoende om een bundel te vormen die goed genoeg is gecolli-meerd om een bevredigende schakelwerking te verkrijgen, d.w.z. de 30 stralingsbundel heeft een bundelspreiding kleiner dan 1°.

Fig. 4 toont een afzonderlijke twee-bundel schakelinrichting waarbij voor de vier optische vezels 200-203 gebruik is gemaakt van lenzen 210-213. Al de in fig. k weergegeven onderdelen kunnen tezamen worden gecementeerd zodat ein enkel stijf samenstelsel is gevormd.

35 Bij de configuratie volgens fig. k kunnen de lenzen zijn uitgevoerd als GRIH-staaf lenzen met een kwart-periode. Zoals is weergegeven zijn de vezels bevestigd aan het oppervlak van een van de vlakken van de lenzen en wel op de plaats waar de optische as van een lens 8102680 -12- dat vlak doorsnijdt.

Teneinde de door de schakelinrichting veroorzaakte verliezen gering te houden, dienen de optische vezels, de lenzen en de schakelaar onderdelen nauwkeurig te zijn uitgelijnd. De twee gerecombineerde 5 component bundels dienen evenwijdig te verlopen teneinde vlekken te doen ontstaan die op het oppervlak van de lens waaraan de uitgangs-vezel is bevestigd, samenvallen. Dit vereiste brengt mede dat de componentbundels evenwijdig aan elkaar moeten verlopen binnen een tolerantie van ongeveer 3 boogminuten voor een misuitlijning van • IQ de vlekken van 3 ^um en een lens met een brandpuntsafstand van 3 mm.

Deze tolerantie ligt zodanig binnen de toleranties zoals geldend voor commercieel gefabriceerde prisma's en polarisatiebundel-'splitsers, dat de schakelaar onder delen en de lenzen die zijn weergegeven in fig. ^ zonder verdere instelling kunnen worden samengecementeerd. De uit-15 lijning van de in fig. ^ weergegeven vezels met betrekking tot de lenzen dient echter te vallen binnen toleranties soortgelijk aan die welke geldend zijn voor verbindingen waarbij de vezels kop-aan-kop liggen, en voor welke toleranties micromanipulatie van de afzonderlijke vezels is vereist.

20 Wanneer de onderdelen zijn uitgelijnd en samen zijn gecementeerd zijn reflectieverliezen in het algemeen geëlimineerd; koppelverliezen als gevolg van lensafwijkingen en diffracties blijven echter bestaan.

Deze verliezen zijn echter niet groter dan 0.8 dB voor een paar van GRIN-staaflenzen, zelfs wanneer de twee lenzen van elkaar zijn geschei-25 den met een afstand die voor de schakelaaronderdelen nodig is. Bij een verdere uitvoeringsvorm van de in fig. 4 weergegeven schakelinrichtiigkan gebruik worden gemaakt van bolvormige-staaf lenzen.. Der gelijke lenzen hebben koppelverliezen van 0,8 dB, maar hebben het voordeel dat grotere lensseparaties kunnen worden toegestaan zonder dat de koppelverliezen 30 worden vergroot. Het zal tevens duidelijk zijn voor de gemiddelde vakman op dit gebied dat voor het realiseren van andere uitvoeringsvormen van de uitvinding ook equivalente lensstructuren kunnen worden gebruikt. .

Bij een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zoals 35. weergegeven in fig. 5.wordt de polarisatie-onafhankelijke optische schakelinrichting gebruikt in een reeks-configuratie waarbij de polarisa-tierotator 310 is samengesteld uit afzonderlijk bestuurbare segmenten 81 0 2 6 8 0 Γ · -13- 300-303 die onder liet "bestuur staan van apparatuur 320. Dergelijke afzonderlijk "bestuurbare segmenten zoals weergegeven door 300-303 op de rotator 310 in fig. 5> zijn in de regel aanwezig in een vloeibaar kristal omvattende torsiecellen. Normaliter wordt zulks gerealiseerd door 5 afzonderlijk gesegmenteerde elektrodes toe te passen op een enkele cel. Deze segmenten kunnen een omvang van slechts enige mm bezitten en kunnen met .onderlinge afstanden van niet groter dan 200 ^um worden aangebracht zodat een zeer compacte reeksconfiguratie kan worden gevormd. Teneinde een compacte reeksconfiguratie te combineren met optische vezels zal 10 normaliter gebruik worden gemaakt van een reeks van ingangslenzen en uitgangslenzen waarbij de vezels daaraan zijn bevestigd op een wijze soortgelijk aan die welke is weergegeven in fig. k. Bij een dergelijke speciale uitvoeringsvorm is het aantal elementen in een reeks beperkt door de omvang van de polarisatiebundelsplitser, welke omvang bepalend 15 is voor de scheiding tussen ingangs- en uitgangslenzen. Aangezien bundel-spreiding plaatsvindt is deze scheiding bepalend voor de vereiste lensdiameter en daarmee voor het aantal van lenzen dat kan worden ondergebracht in de vrije apertuur van de bundelsplitser. Een 25 mm brede bundelsplitser kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het inbouwen van 20 100 onafhankelijke schakelinrichtingen onder gebruikmaking van lenzen met een brandpuntsafstand van 3 mm en die zijn opgesteld in een 10 x 10 matrix configuratie met een onderlinge afstand van 2 mm in deze configuratie.

Zoals in het voorafgaande in verband met de uiteenzetting 25 betreffende de vergelijkingen(1) en(2) werd opgemerkt, zijn de fractie van het optisch uitgangssignaal langs een eerste richting, bijvoorbeeld langs de uitgangsbundel 130 in fig. 1, en de fractie van een optisch uitgangssignaal langs een tweede richting, bijvoorbeeld langs de pijl 102 in fig. 1, uitsluitend afhankelijk van de polarisatierotatiehoek Θ 30 zoals veroorzaakt door de polarisatierotator 20. Zulks is illustratief voor een ander aspect van de onderhavige uitvinding, nl. het aspect van een instelbare bundelsplitser. De verhouding tussen de over twee richtingen gesplitste vermogens is bepaald overeenkomstig de polarisatierotatiehoek. Dit aspect is tevens geïllustreerd in fig. 3.

35 De rotator bestaande uit een torsiecel met een vloeibaar kristal is echter zodanig werkzaam dat lineair gepolariseerde straling daardoorheen 81 0 2 6 80 · ·*.

-lU- wordt overgedragen wanneer de rotatie ofwel 0° ofwel 90° is·

Bij daartussen- liggende rotatiehoeken kan de overgedragen straling elliptisch zijn gepolariseerd. In een dergelijke situatie is de in verband met de in fig. 3 gegeven uiteenzetting niet geschikt.

5 Desalniettemin kan de straling worden verdeeld over de twee uit-gangsrichtingen naarmate de spanning over de cel wordt gevarieerd.

8102680

Claims (10)

1. Polarisatie-onafhankelijke optische inrichting omvattende: splitsermiddelen (10) voor het ontbinden van een of meer invallende straiig&undels^wee component straoigsbundels» 'waarbij de com-ponentbundels in hoofdzaak orthogonaal zijn gepolariseerd; 5 combineermiddelen (13) die zijn opgesteld in het pad van de twee componentbundels en dienende om de twee componentbundels te combineren tot een uitgaande bundel, gekenmerkt door rotatormiddelen (20) die zijn opgesteld in het pad van de twee componentbundels en dienende om de polarisatie van elk van de componentbundels te roteren; 10 middelen (50) voor het instellen van de rotatormiddelen zodanig dat de polarisatie van de componentbundels over in hoofdzaak 0° of in hoofdzaak 90° wordt geroteerd, waardoor de uitgaande bundel .vanuit een ene richting wordt overgeschakeld naar een andere richting; en de combineermiddelen (13) zijn opgesteld in het pad van de twee component-15 bundels na de rotatormiddelen (20).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotatormiddelen (20) zijn uitgevoerd als een een vloeibaar kristal omvattende torsiecel.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotator-20 middelen (20) zijn uitgevoerd als een Pockels elektro-optische cel. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotatormiddelen (20) zijn uitgevoerd als een Kerr-cel.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotator middelen (20) zijn uitgevoerd als een Faraday-rotator.

6. Inrichting volgens conclusie 5S met het kenmerk , dat de Faraday- rotator (20) is uitgevoerd als een YIG-cel.

7. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 1-6, gekenmerkt door eerste lensmiddelen (210 en 211) die zijn opgesteld tussen een of meer optische stralingsbronnen en de splüsermiddelen (l0).en 30 dienende om de straling afkomstig van de desbetreffende optische bron te koppelen Biet de splitsermiddelen; en tweede lensmiddelen (212 en 213) die zijn opgesteld tussen de combineermiddelen (13) en een optische ontvanger (202 en 203) en dienende om straling afkomstig van de combineermiddelen te koppelen met de optische ontvanger. 8102680 yj- * -16-

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de optische hron (200 en 201) en de optische ontvanger (202 en 203) zijn uitgevoerd als optische vezels.

9· Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat 5 de eerste lensmiddelen (210 en 211), alsook de tweede lensmiddelen (212 en 213) zijn uitgevoerd als GRIIi-staaflenzen.

10. Inrichting volgens de conclusie 7 of 8, met het kenmerk,dat de eerste lensmiddelen (210 en 211) alsook de tweede lensmiddelen (212 en 213) zijn uitgevoerd als sferische-staaflenzen.

11. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelen (320) voor het naar keuze instellen van de rotatormiddelen zijn ingericht om de polarisatie van elk van een paar van de component "bundels onafhankelijk en variabel te roteren, waardoor elk van de uitgaande stralingen wordt gesplitst in twee 15 richtingen, waarbij het stralingsvermogen in elk van een veelvoud van twee richtingen onafhankelijk kiesbaar is ingesteld wanneer de rotatormiddelen onafhankelijk kiesbaar zijn ingesteld om de polarisatie van de componentbundels variabel te roteren. 8102680