WO2011066983A2 - Fiber-integrated optical isolator - Google Patents

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WO2011066983A2
WO2011066983A2 PCT/EP2010/007353 EP2010007353W WO2011066983A2 WO 2011066983 A2 WO2011066983 A2 WO 2011066983A2 EP 2010007353 W EP2010007353 W EP 2010007353W WO 2011066983 A2 WO2011066983 A2 WO 2011066983A2
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WO
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fiber
optical
optical isolator
polarization
cladding
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PCT/EP2010/007353
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Jens Geiger
Oliver Fitzau
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Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Angewandten Forschung E.V.
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Publication date
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Publication of WO2011066983A2 publication Critical patent/WO2011066983A2/en
Publication of WO2011066983A3 publication Critical patent/WO2011066983A3/en

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0955Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

Definitions

  • the present invention relates to an optical isolator formed by a Faraday rotator between two polarizers or by a polarizer and a quarter wave plate.
  • An optical isolator is characterized by an asymmetric transmission behavior. In one beam direction (forward direction), the optical isolator passes the light with low losses, in the other beam direction (reverse direction) it is blocked. Optical isolators are therefore particularly suitable for coupling optical systems asymmetrically. Although the first system can act on the second system in the transmission direction, the second system in the reverse direction does not react to the first. The effect of optical isolation can be achieved using a Faraday rotator and two polarizers for linearly polarized light. The light of a linearly polarized source passes through the first polarizer in its direction of transmission and is then transmitted through the Faraday
  • the second polarizer stands for this polarization direction in transmission.
  • Polarizer is blocked. Such an insulator blocks back light from both polarizations.
  • An unpolarized source is first split into its two polarizations and then through two
  • a simplified version of the optical isolator can be realized with a polarizer and a quarter-wave plate.
  • the light from a linearly polarized source passes through the polarizer in its transmission direction and is then converted by the quarter wave plate into circularly polarized light. Will this light without changing the
  • Polarization state reflected back for example. From a workpiece in the material processing, it is converted by the quarter wave plate back into linearly polarized light. Its polarization axis is now perpendicular to the polarization of the source and the light is blocked by the polarizer. Such an optical isolator completely blocks its own polarization-conserving reflected light, but only half of the unpolarized returned radiation. An unpolarized source is first split into its two polarizations and then through two
  • Radiation propagating direction is scattered out of the fiber at the first polarizer or Bragg grating in the forward direction.
  • Radiation propagating direction is scattered out of the fiber at the first polarizer or Bragg grating in the forward direction.
  • Radiation propagating direction is scattered out of the fiber at the first polarizer or Bragg grating in the forward direction.
  • the transmission of higher average power such a structure, however, can be problematic because of the
  • Polarizer is coupled out a high power over a relatively small area.
  • the object of the present invention is to provide an optical isolator having a high power-resistance, so that the transmittable average power in continuous operation in the
  • the optical isolator should furthermore have a low insertion loss and, in particular when used with fiber lasers, obtain the high beam quality of such lasers.
  • optical isolator according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of this optical isolator are the subject of
  • the proposed optical isolator has as components at least: a Faraday rotator between two polarizers or a polarizer and a quarter wave plate.
  • the optical isolator has as components at least: a Faraday rotator between two polarizers or a polarizer and a quarter wave plate.
  • the one or both polarizers are each formed by polarization-maintaining optical fibers which are wound into a spiral, wherein a radius and / or a pitch of the spiral over a length of
  • the wound polarization-maintaining fibers constitute polarizing optical fibers due to their winding.
  • Polarizers as polarizing optical fibers has the advantage that the reverse-light is coupled over a greater length, for example. 1 to 10 m, as is the case when using other polarizers. As a result, the overall performance that can be transmitted or coupled out with such an optical isolator can be increased significantly.
  • the optical isolator is thus for transmission
  • optical isolator Medium power in continuous operation up to the multi-kW range can be used.
  • all components of the optical isolator are embodied here as fiber-optic elements and integrated in an optical fiber or form a section of an optical fiber which can be obtained, for example, by splicing fibers having different properties.
  • fiber integrated Faraday rotators or quarter wave plates are known in the art. For this purpose, reference is made by way of example to the already mentioned US Pat. No. 7,336,858 Bl or to E. Voges et al. :
  • optical isolator By integrating all the components of the optical isolator into an optical fiber eliminates the need for coupling and decoupling of the light to be transmitted in fiber-based arrangements, so that no adverse coupling losses occur.
  • the proposed optical isolator allows the use of fibers with small fiber cross sections also for the higher average powers, so that the high-brilliance input radiation produced by a fiber laser as a source is obtained in the beam quality.
  • optical power amplifiers in which the output signal of an optical signal source, for example a laser diode, through the optical isolator into an optical amplifier, for example an ytterbium or
  • Erbium-doped, optically pumped fiber is coupled.
  • the amplifier amplifies the signal, but also generates optical interference, eg. B. amplified spontaneous emission (ASE) or stimulated Brillouin scattering, which could act without optical isolator in the signal source and disturb or destroy them.
  • ASE amplified spontaneous emission
  • stimulated Brillouin scattering which could act without optical isolator in the signal source and disturb or destroy them.
  • the proposed optical isolator prevents them
  • Another application example are lasers in material processing, in which the laser radiation is guided via optical fibers.
  • lasers in material processing in which the laser radiation is guided via optical fibers.
  • Reflections can run back in the worst case directly into the laser and disturb or destroy it.
  • the proposed optical isolator between laser and workpiece prevents this.
  • Optical fibers for light transmission consist of a high-refractive core and a low-refractive sheath, both typically of quartz glass. This structure is surrounded by a plastic layer. This protects on the one hand the quartz glass, on the other hand has also optical functions. A low - profile plastic layer ensures that light is also guided in the sheath of the fiber (double sheath fiber). An index-adapted or high refractive coating causes the light not in the
  • Fiber cladding is guided and decoupled over the length of the fiber. Will polarized light in a glass fiber
  • the polarization state is initially maintained.
  • the state of polarization may change over the length of the fiber, for example, due to stress birefringence in bending the fiber (linear to circularly polarized).
  • specific polarization states can be set in a targeted manner.
  • On long stretches is the Polarization state of the light guided in a normal glass fiber but not stable.
  • Polarization preserving fibers as used in
  • Main axles is coupled, under receipt of the
  • Polarization axes This bending attenuation is exploited in the proposed optical isolator to form a polarization-maintaining fiber, a polarizing optical fiber.
  • the polarization-maintaining optical fiber is wound for this purpose, wherein the winding radius is selected so that the better-guided polarization (slow axis, parallel to the line connecting the tension bars) experiences low bending losses in the fiber and the poorer guided axis (fast axis, perpendicular to the connecting line between the voltage bars) high bending losses.
  • the fiber has a polarizing effect.
  • a polarization-maintaining fiber having a small numerical aperture NA of the core (NA ⁇ 0.1) is used here.
  • the fiber is generally more flexible bending and the two polarization modes can be well separated by the bending damping.
  • a winding body for example a cylinder
  • a constant bending radius and a constant pitch of the resulting spiral a constant bending damping over the wound-up length is achieved.
  • the attenuation of the unwanted polarization takes place exponentially in this case, so that a comparatively high power and
  • Heat fraction occurs directly at the beginning of the wound fiber.
  • the polarization-maintaining fibers are wound so that the radius and / or pitch of the resulting spiral changes along the length of the polarization-maintaining fiber.
  • the winding or bending radius decreases over the length. This results in a more even decoupling of the unwanted
  • the fiber may be in an Archimedean (linear increase or decrease in radius) or
  • pitch By varying the pitch (thread pitch) can also be a
  • Winding or bending radius and / or the pitch is to use the dependence of the bending loss of the bending radius to adjust the relative damping (eg. Percent per meter) so that the absolute damping (eg. In watts per meter) constant becomes low.
  • the relative damping eg. Percent per meter
  • Such a fiber is then preferably wound on a winding body, which consists of a
  • the bobbin then serves both to absorb the exiting radiation and to dissipate the heat resulting from the absorption quickly.
  • polarizing optical fiber used a double cladding fiber, in which the emerging from the core
  • Radiation in the jacket is dissipated. This light can then be decoupled from the jacket at a suitable location and a further targeted recycling
  • the blocked or leaked into the jacket light is not locally converted in the region of the polarizer into heat and can be, for example, distributed over a large length from the jacket and absorbed.
  • the coupling out of the jacket can be done, for example, with an inverted multimode pump coupler.
  • an inverted multimode pump coupler In a multimode pump coupler is the actual
  • this component can be constructed so that the leaked into the jacket Light is coupled into the multimode fibers and the signal light is passed through the signal fiber in the middle with little loss. A part of the jacket light can be detected, for example.
  • a photodiode to possibly a
  • the ASE level in an amplifier stage for the detection of stimulated Brillouin scattering (SBS) or also for a spectral analysis of the light.
  • SBS stimulated Brillouin scattering
  • a quarter-wave plate this may, for example, be designed in the form of one or more fiber loops whose winding levels can be adjusted to one another. Due to the bending of the fiber, the input-side linear polarization is converted into a circular polarization.
  • the quarter-wave plate can also be designed in the form of mechanical or piezoelectric clamping plate whose clamping axes are rotated with each other.
  • the fiber is birefringent and converts the input-side linear polarization in a circular polarization.
  • Examples of the basic structure of such fiber-intergrated quarter-wave plates from one or more fiber loops or with mechanical or piezoelectric clamp actuators are known from the above-mentioned publication by E. Voges et al. visible light.
  • the use of a polarizer and quarter wave plate construction has the advantage that, unlike the other Embodiment that uses the Faraday effect, no fiber component with a large Verdet constant is required.
  • an optical isolator which comprises at least one Faraday rotator between two
  • Quarter wave plate has.
  • the one or both polarizers are formed in this case by fiber-optic elements having a double-cladding structure with a fiber core and a fiber cladding provided with a coating or cladding having a lower refractive index than the fiber cladding, so that the Fiber core entering the fiber cladding optical radiation in
  • Fiber coat is performed.
  • the light coupled into the fiber cladding can be dissipated and separated from the core light at a suitable point.
  • the blocked light is thereby not locally converted in the polarizer into heat, but is first removed in the fiber cladding. At a suitable location, it can then be decoupled and absorbed over a long distance from the jacket.
  • the signal light does not leave the fiber, so that the arrangement has very low transmission losses.
  • the proposed optical isolator can be used in fiber amplifiers, fiber lasers, and in measurement and communication technology or material processing deploy. In particular, allows the optical
  • Isolator Isolation of single stages in low amplification (up to 10 W) fiber amplifiers and high average power amplifiers (> 10 W). It protects, for example, fiber lasers against repercussions from the application, for example during laser welding, cutting or ablation, especially for high-power lasers (> 10 W).
  • the proposed optical isolator becomes
  • Fig. 1 shows an example of the structure of a
  • Fig. 2 is a first example of the schematic structure of the proposed optical isolator
  • Fig. 3 is a second example of the schematic structure of the proposed optical isolator.
  • FIG. 1 shows schematically in cross section the
  • the polarization-maintaining fiber has a strong internal birefringence, with the two major axes (fast axis, slow axis) shown in the figure. The along the respective
  • this fiber in a known manner voltage rods 3, which are embedded in the shell 2.
  • the polarization mode is decoupled from the core 1 in the fast axis, enters the shell 2 and is guided there.
  • the polarization along the slow axis undergoes low bending losses and is thus performed with only small transmission losses in the core 1 of the fiber.
  • the fiber used in this example has ⁇ a cladding diameter of 400 ⁇ a core diameter of 20, a numerical aperture of the core of 0.06 and a birefringence of 3.5 x 10 "4. In a winding or bending radius of 35 mm In the case of such a fiber, a very good polarization separation occurs
  • unwanted polarization is conducted in the jacket and can be decoupled from the jacket at a suitable location.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an example of the structure of the proposed optical isolator with the two polarizing optical fibers 4, 5 and the fiber-integrated Faraday rotator 6 interposed therebetween.
  • the optically polarizing fibers 4, 5 are made of polarizing optical fibers. obtained sustaining fibers which are wound on a winding - body 8. This is indicated schematically in the figure.
  • the Faraday rotator 6 can by using a fiber section with a
  • Verdet constant and external magnetic field generating devices are formed, as they are known from US 7,336,858 Bl.
  • Figure 3 shows schematically a structure of an optically polarizing fiber 4 and a fiber-integrated quarter-wave plate 7, which in turn here only schematically indicated and, for example, may be formed from fiber loops or with suitable terminal plates, as described in the publication by E. Voges et al. are known.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the
  • Signal fiber 12 is surrounded by a ring of multimode fibers 11, wherein the entire fiber bundle is fused together.
  • the blocked light 9 coupled into the cladding couples into the ring of multimode fibers 11 and is separated therefrom by the signal light 10 of the core, which is guided by the signal fiber 12 in the middle.
  • the unwanted polarization can be suitably dissipated via the multimode fibers 11 and fed at a suitable point of further utilization or absorption.

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Abstract

The invention relates to an optical isolator which has at least one Faraday rotator (6) between two polarisers or a polariser and a quarter-wave plate (7), wherein one or both polarisers are formed by polarisation-maintaining optical fibres (4, 5) which are wound into a spiral, wherein a radius and/or a pitch of the spiral changes over a length of the polarisation-maintaining fibres. The optical isolator permits the transmission of high power in continuous operation with low insertion loss.

Description

Faserintegrierter optischer Isolator  Fiber-integrated optical isolator
Technisches Anwendungsgebiet Technical application
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Isolator, der durch einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder durch einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte gebildet ist.  The present invention relates to an optical isolator formed by a Faraday rotator between two polarizers or by a polarizer and a quarter wave plate.
Ein optischer Isolator ist durch ein asymmetrisches Transmissionsverhalten gekennzeichnet. In der einen Strahlrichtung (Durchlassrichtung) lässt der optische Isolator das Licht mit geringen Verlusten passieren, in der anderen Strahlrichtung (Sperrrichtung) wird es blockiert. Optische Isolatoren sind daher besonders geeignet, um optische Systeme asym- metrisch zu koppeln. Das erste System kann dabei in Transmissionsrichtung zwar auf das zweite System einwirken, das zweite System in Sperrrichtung aber nicht auf das erste zurückwirken. Der Effekt der optischen Isolation lässt sich unter Verwendung eines Faraday-Rotators und zweier Polarisatoren für linear polarisiertes Licht hervorrufen. Das Licht einer linear polarisierten Quelle durchläuft den ersten Polarisator in seiner Transmis- sionsrichtung und wird anschließend durch den Faraday-An optical isolator is characterized by an asymmetric transmission behavior. In one beam direction (forward direction), the optical isolator passes the light with low losses, in the other beam direction (reverse direction) it is blocked. Optical isolators are therefore particularly suitable for coupling optical systems asymmetrically. Although the first system can act on the second system in the transmission direction, the second system in the reverse direction does not react to the first. The effect of optical isolation can be achieved using a Faraday rotator and two polarizers for linearly polarized light. The light of a linearly polarized source passes through the first polarizer in its direction of transmission and is then transmitted through the Faraday
Rotator um 45° gedreht. Der zweite Polarisator steht für diese Polarisationsrichtung in Transmission. Rotator turned 45 °. The second polarizer stands for this polarization direction in transmission.
Zurücklaufendes, unpolarisiertes Licht, wird zur Hälfte vom zweiten Polarisätor geblockt. Der nun linear polarisierte Strahl läuft durch den Faraday-Rotator und wird dabei um 45° so gedreht, dass er am ersten Returning, unpolarized light is half blocked by the second polarizer. The now linearly polarized beam passes through the Faraday rotator and is rotated by 45 ° so that it on the first
Polarisator geblockt wird. Ein solcher Isolator blockt zurücklaufendes Licht beider Polarisationen. Eine unpolarisierte Quelle wird zunächst in ihre beiden Polarisationen aufgespaltet und dann durch zwei Polarizer is blocked. Such an insulator blocks back light from both polarizations. An unpolarized source is first split into its two polarizations and then through two
separate Isolatoren geschickt. sent separate insulators.
Eine vereinfachte Variante des optischen Isolators lässt sich mit einem Polarisator und einer Viertel- wellenplatte realisieren. Das Licht einer linear polarisierten Quelle durchläuft den Polarisator in seiner Transmissionsrichtung und wird anschließend von der Viertelwellenplatte in zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt . Wird dieses Licht ohne Änderung des A simplified version of the optical isolator can be realized with a polarizer and a quarter-wave plate. The light from a linearly polarized source passes through the polarizer in its transmission direction and is then converted by the quarter wave plate into circularly polarized light. Will this light without changing the
Polarisationszustandes zurück reflektiert, bspw. von einem Werkstück bei der Materialbearbeitung, so wird es von der Viertelwellenplatte wieder in linear polarisiertes Licht gewandelt . Seine Polarisationsachse steht nun senkrecht zur Polarisation der Quelle und das Licht wird vom Polarisator geblockt. Ein solcher optischer Isolator blockt sein eigenes, polarisationserhaltend reflektiertes Licht vollständig, aber nur die Hälfte der unpolarisiert zurücklaufenden Strahlung. Eine unpolarisierte Quelle wird zunächst in ihre beiden Polarisationen aufgespaltet und dann durch zwei Polarization state reflected back, for example. From a workpiece in the material processing, it is converted by the quarter wave plate back into linearly polarized light. Its polarization axis is now perpendicular to the polarization of the source and the light is blocked by the polarizer. Such an optical isolator completely blocks its own polarization-conserving reflected light, but only half of the unpolarized returned radiation. An unpolarized source is first split into its two polarizations and then through two
separate Isolatoren geschickt. sent separate insulators.
Stand der Technik State of the art
Bekannte optische Isolatoren basieren auf der Known optical isolators are based on the
Verwendung eines Faraday-Rotators in Verbindung mit Dünnschicht- oder Kristallpolarisatoren als separate optische Elemente (Freistrahlelemente) . Durch Verwendung einer Kollimations- und einer Fokussierlinse können derartige optische Isolatoren fasergekoppelt ausgeführt werden, d. h. zwischen zwei Fasern eingesetzt werden. Allerdings treten beim Wiedereinkoppeln des Strahls in eine optische Faser vergleichsweise hohe Verluste von typisch 20 bis 50% auf, insbesondere im Falle einer hohen zu übertragenden Strahldichte (z. B. weniger als 2,5 mm mrad bei 1065 nm oder Grundmode- Strahlung) . Bei der Übertragung hoher mittlerer Use of a Faraday rotator in conjunction with thin-film or crystal polarizers as separate optical elements (free-jet elements). By Using a collimating and a focusing lens, such optical isolators can be performed fiber-coupled, ie be used between two fibers. However, upon reincorporation of the beam into an optical fiber, comparatively high losses of typically 20 to 50% occur, particularly in the case of a high beam density to be transmitted (eg, less than 2.5 mm at 1065 nm or fundamental mode radiation). When transmitting high average
Leistungen kann durch diese Verlustleistung die Benefits can be due to this power loss
Fasereinkopplung zerstört werden. In jedem Fall sind aufwendige technische Vorkehrungen zu treffen, um die durch die Verlustleistung entstehende Wärme abzuführen und um eine Dejustage der Einkopplung zu verhindern. Durch eine Restabsorption im Faraday-Kristall kann sich bei hohen mittleren Leistungen in dem Kristall eine thermische Linse ausbilden, die zu einer Verringerung der Strahlqualität führt und 'eine Verschiebung der Fokusposition hinter der Einkoppellinse bewirkt. Dieser Effekt kann zu einer drastischen Verschlechterung der Fiber input to be destroyed. In any case, expensive technical precautions must be taken to dissipate the heat generated by the power loss and to prevent misalignment of the coupling. By residual absorption in the Faraday crystal, a thermal lens can form in the crystal at high average powers, which leads to a reduction in the beam quality and causes a shift in the focus position behind the coupling lens. This effect can lead to a drastic deterioration of the
Einkoppeleffizienz führen. Weiterhin verursacht die inhomogene thermische Last Spannungen im Kristall- material und damit Spannungsdoppelbrechung. Dadurch sinkt der Isolationsgrad des Isolators. Coupling efficiency lead. Furthermore, the inhomogeneous thermal load causes stresses in the crystal material and thus stress birefringence. This reduces the degree of isolation of the insulator.
Aus der US 7,336,858 Bl ist ein optischer Isolator bekannt, der einen faserintegrierten Faraday-Rotator zwischen zwei faserintegrierten Polarisatoren aufweist . Der Faraday-Rotator wird durch ein Array aus From US 7,336,858 Bl an optical isolator is known which has a fiber-integrated Faraday rotator between two fiber-integrated polarizers. The Faraday rotator is characterized by an array
alternierenden Magnetfeldern gebildet, das einen niedrig doppelbrechenden Faserabschnitt umgibt . An diesen Faserabschnitt schließen sich beidseitig hoch doppelbrechende Faserabschnitte an, die als Polarisatoren über eine Länge von 1 cm schräg formed alternating magnetic fields surrounding a low birefringent fiber section. At this fiber section close on both sides highly birefringent fiber sections, which as Polarizers over a length of 1 cm oblique
eingeschriebene Bragg-Gitter aufweisen. Die in have registered Bragg gratings. In the
Sperrrichtung propagierende Strahlung wird an dem in Durchlassrichtung ersten Polarisator bzw. Bragg-Gitter aus der Faser herausgestreut . Bei der Übertragung höherer mittlerer Leistungen kann ein derartiger Aufbau allerdings problematisch werden, da durch den Radiation propagating direction is scattered out of the fiber at the first polarizer or Bragg grating in the forward direction. In the transmission of higher average power such a structure, however, can be problematic because of the
Polarisator eine hohe Leistung über einen relativ kleinen Bereich ausgekoppelt wird. Polarizer is coupled out a high power over a relatively small area.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Isolator bereitzustellen, der eine hohe Leistungsfestigkeit aufweist, so dass die übertragbare mittlere Leistung im Dauerbetrieb im The object of the present invention is to provide an optical isolator having a high power-resistance, so that the transmittable average power in continuous operation in the
Bereich über 100 W bis zu Multi-kW liegen kann. Der optische Isolator soll weiterhin eine niedrige Einfügedämpfung aufweisen und insbesondere bei Verwendung mit Faserlasern die hohe Strahlqualität derartiger Laser erhalten . Range over 100 W up to multi-kW. The optical isolator should furthermore have a low insertion loss and, in particular when used with fiber lasers, obtain the high beam quality of such lasers.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem optischen Isolator gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses optischen Isolators sind Gegenstand der  The object is achieved with the optical isolator according to claim 1. Advantageous embodiments of this optical isolator are the subject of
abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der dependent claims or can be the
nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungs- beispiel entnehmen. Eine alternative Ausgestaltung eines optischen Isolators ist in Patentanspruch 9 angegeben . refer to the following description and the exemplary embodiment. An alternative embodiment of an optical isolator is specified in claim 9.
Der vorgeschlagene optische Isolator weist als Komponenten mindestens auf : einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte. Der optische Isolator The proposed optical isolator has as components at least: a Faraday rotator between two polarizers or a polarizer and a quarter wave plate. The optical isolator
zeichnet sich dadurch aus, dass der eine oder die beiden Polarisatoren jeweils durch polarisations- erhaltende optische Fasern gebildet sind, die zu einer Spirale gewickelt sind, wobei sich ein Radius und/oder eine Ganghöhe der Spirale über eine Länge der is characterized in that the one or both polarizers are each formed by polarization-maintaining optical fibers which are wound into a spiral, wherein a radius and / or a pitch of the spiral over a length of
polarisationserhaltenden Fasern ändert. Die gewickelten polarisationserhaltenden Fasern stellen aufgrund ihrer Wicklung polarisierende optische Fasern dar. polarization-maintaining fibers changes. The wound polarization-maintaining fibers constitute polarizing optical fibers due to their winding.
Die Ausgestaltung der Polarisatoren bzw. des The design of the polarizers or the
Polarisators als polarisierende optische Fasern hat den Vorteil, dass das in Sperrrichtung laufende Licht über eine größere Länge, von bspw. 1 bis 10 m, ausgekoppelt wird, als dies bei der Nutzung anderer Polarisatoren der Fall ist. Dadurch lässt sich die Gesamtleistung, die mit einem derartigen optischen Isolator übertragen bzw. ausgekoppelt werden kann, deutlich erhöhen. Der optische Isolator ist damit für die Übertragung Polarizers as polarizing optical fibers has the advantage that the reverse-light is coupled over a greater length, for example. 1 to 10 m, as is the case when using other polarizers. As a result, the overall performance that can be transmitted or coupled out with such an optical isolator can be increased significantly. The optical isolator is thus for transmission
mittlerer Leistungen im Dauerbetrieb bis in den Multi- kW-Bereich einsetzbar. Vorzugsweise sind hierbei alle Komponenten des optischen Isolators als faseroptische Elemente ausgeführt und in einer optischen Faser integriert oder bilden einen Abschnitt einer optischen Faser, die bspw. durch Verspleißung von Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden kann. Beispiele für faserintegrierte Faraday-Rotatoren oder Viertelwellenplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierzu wird beispielhaft auf die bereits genannte US 7,336,858 Bl oder auf E. Voges et al . : Medium power in continuous operation up to the multi-kW range can be used. Preferably, all components of the optical isolator are embodied here as fiber-optic elements and integrated in an optical fiber or form a section of an optical fiber which can be obtained, for example, by splicing fibers having different properties. Examples of fiber integrated Faraday rotators or quarter wave plates are known in the art. For this purpose, reference is made by way of example to the already mentioned US Pat. No. 7,336,858 Bl or to E. Voges et al. :
Optische Kommunikationstechnik - Handbuch für Optical Communication Technology - Manual for
Wissenschaft und Industrie, 1. Auflage, Berlin: Springer 2002, Seiten 420-421 verwiesen. Die letztgenannte Veröffentlichung zeigt verschiedene Möglichkeiten einer faserintegrierten Viertelwellenplatte. Durch die Integration aller Komponenten des optischen Isolators in eine optische Faser entfällt die Notwendigkeit der Aus- und Einkopplung des zu übertragenden Lichts in Faser-basierten Anordnungen, so dass keine nachteiligen Einkoppelverluste auftreten. Der vorgeschlagene optische Isolator ermöglicht dabei die Verwendung von Fasern mit geringen Faserquerschnitten auch für die höheren mittleren Leistungen, so dass die von einem Faserlaser als Quelle erzeugte hochbrillante Eingangsstrahlung in der Strahlqualität erhalten wird. Science and Industry, 1st edition, Berlin: Springer 2002, pages 420-421. The latter publication shows various possibilities of a fiber-integrated quarter wave plate. By integrating all the components of the optical isolator into an optical fiber eliminates the need for coupling and decoupling of the light to be transmitted in fiber-based arrangements, so that no adverse coupling losses occur. The proposed optical isolator allows the use of fibers with small fiber cross sections also for the higher average powers, so that the high-brilliance input radiation produced by a fiber laser as a source is obtained in the beam quality.
Generell bietet sich der Einsatz des vorgeschlagenen optischen Isolators gerade im Bereich der Faserlaser an, da diese systembedingt das Licht bereits in einem Lichtwellenleiter führen. Ein Anwendungs- beispiel sind optische Leistungsverstärker, bei denen das Ausgangssignal einer optischen Signalquelle, bspw. einer Laserdiode, durch den optischen Isolator in einen optischen Verstärker, bspw. eine Ytterbium- oder In general, the use of the proposed optical isolator, especially in the field of fiber lasers, offers itself, since these system-related the light already lead in an optical waveguide. An example of application are optical power amplifiers, in which the output signal of an optical signal source, for example a laser diode, through the optical isolator into an optical amplifier, for example an ytterbium or
Erbium-dotierte, optisch gepumpte Faser, eingekoppelt wird. Der Verstärker verstärkt das Signal, erzeugt aber auch optische Störungen, z. B. verstärkte spontane Emission (ASE) oder stimulierte Brillouin-Streuung, die ohne optischen Isolator in die Signalquelle zurück- wirken und diese stören oder zerstören könnten. Der vorgeschlagene optische Isolator verhindert diese Erbium-doped, optically pumped fiber, is coupled. The amplifier amplifies the signal, but also generates optical interference, eg. B. amplified spontaneous emission (ASE) or stimulated Brillouin scattering, which could act without optical isolator in the signal source and disturb or destroy them. The proposed optical isolator prevents them
Rückwirkungen . Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Laser in der Materialbearbeitung, bei denen die Laserstrahlung über optische Fasern geführt wird. So wird bspw. beim Repercussions. Another application example are lasers in material processing, in which the laser radiation is guided via optical fibers. For example, when
Schneiden oder Schweißen mit einem Laser ein großer Anteil der eingestrahlten Laserleistung nicht vom Cutting or welding with a laser does not account for a large proportion of the incident laser power
Werkstück absorbiert, sondern reflektiert. Diese Workpiece absorbs, but reflects. These
Reflektionen können im ungünstigen Fall direkt in den Laser zurücklaufen und diesen stören oder zerstören. Der vorgeschlagene optische Isolator zwischen Laser und Werkstück verhindert dies. Reflections can run back in the worst case directly into the laser and disturb or destroy it. The proposed optical isolator between laser and workpiece prevents this.
Optische Fasern zur Lichtübertragung, insbesondere Glasfasern, bestehen aus einem hochbrechenden Kern und einem niederbrechenden Mantel, beide typischerweise aus Quarzglas. Umgeben ist diese Struktur von einer Kunststoffschicht . Diese schützt zum einen das Quarzglas, hat zum anderen aber auch optische Funktionen. Eine niederbrechende Kunststoffschicht sorgt dafür, dass Licht auch im Mantel der Faser geführt wird (Doppel - mantelfaser) . Eine Index-angepasste oder hochbrechende Beschichtung führt dazu, dass das Licht nicht im Optical fibers for light transmission, in particular glass fibers, consist of a high-refractive core and a low-refractive sheath, both typically of quartz glass. This structure is surrounded by a plastic layer. This protects on the one hand the quartz glass, on the other hand has also optical functions. A low - profile plastic layer ensures that light is also guided in the sheath of the fiber (double sheath fiber). An index-adapted or high refractive coating causes the light not in the
Fasermantel geführt wird und über die Länge der Faser auskoppelt . Wird polarisiertes Licht in eine Glasfaser Fiber cladding is guided and decoupled over the length of the fiber. Will polarized light in a glass fiber
eingekoppelt, so bleibt der Polarisationszustand zunächst erhalten. Jedoch kann sich der Polarisationszustand über die Länge der Faser ändern, bspw. durch Spannungsdoppelbrechung beim Biegen der Faser (linear zu zirkulär polarisiert) . Auf kurzen Stücken lassen sich auf diese Weise gezielt bestimmte Polarisations- zustände einstellen. Auf langen Strecken ist der Polarisationszustand des in einer normalen Glasfaser geführten Lichts aber nicht stabil . coupled, the polarization state is initially maintained. However, the state of polarization may change over the length of the fiber, for example, due to stress birefringence in bending the fiber (linear to circularly polarized). On short pieces, specific polarization states can be set in a targeted manner. On long stretches is the Polarization state of the light guided in a normal glass fiber but not stable.
Polarisationserhaltende Fasern, wie sie im Polarization preserving fibers, as used in
vorgeschlagenen optischen Isolator eingesetzt werden, weisen eine starke innere Doppelbrechung auf und führen linear polarisiertes Licht, das entlang einer der proposed optical isolator, have a strong internal birefringence and lead linearly polarized light along one of the
Hauptachsen eingekoppelt ist, unter Erhalt der Main axles is coupled, under receipt of the
Polarisation auch über lange Strecken. Aufgrund der Doppelbrechung weist eine der beiden Hauptachsen eine etwas größere numerische Apertur auf, als die andere (schnelle Achse - langsame Achse) . Dies führt zu einer unterschiedlichen Biegedämpfung für die beiden Polarization over long distances. Due to birefringence, one of the two major axes has a slightly larger numerical aperture than the other (fast axis - slow axis). This leads to a different bending damping for the two
Polarisationsachsen. Diese Biegedämpfung wird bei dem vorgeschlagenen optischen Isolator ausgenutzt, um aus einer polarisationserhaltenden Faser eine polarisierende optische Faser zu bilden. Die polarisationserhaltende optische Faser ist hierzu gewickelt, wobei der Wickelradius so gewählt ist, dass die besser geführte Polarisation (langsame Achse, parallel zur Verbindungslinie zwischen den Spannungsstäben) in der Faser niedrige Biegeverluste erfährt und die schlechter geführte Achse (schnelle Achse, senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den Spannungsstäben) hohe Biege- Verluste. Die Faser wirkt dadurch polarisierend. Polarization axes. This bending attenuation is exploited in the proposed optical isolator to form a polarization-maintaining fiber, a polarizing optical fiber. The polarization-maintaining optical fiber is wound for this purpose, wherein the winding radius is selected so that the better-guided polarization (slow axis, parallel to the line connecting the tension bars) experiences low bending losses in the fiber and the poorer guided axis (fast axis, perpendicular to the connecting line between the voltage bars) high bending losses. The fiber has a polarizing effect.
Vorzugsweise wird hierbei eine polarisationserhaltende Faser mit einer kleinen numerischen Apertur NA des Kerns (NA < 0,1) verwendet. Durch diese kleine  Preferably, a polarization-maintaining fiber having a small numerical aperture NA of the core (NA <0.1) is used here. Through this little one
numerische Apertur ist die Faser generell biege- empfindlicher und die beiden Polarisationsmoden lassen sich über die Biegedämpfung gut trennen. Bei Aufwickeln der Faser auf einen Wickelkörper, bspw. einen Zylinder, mit konstantem Biegeradius und einer konstanten Ganghöhe der resultierenden Spirale wird eine konstante Biegedämpfung über die aufge- wickelte Länge erreicht . Die Dämpfung der unerwünschten Polarisation erfolgt in diesem Fall exponentiell , so dass ein vergleichsweise hoher Leistungs- und Numerical aperture, the fiber is generally more flexible bending and the two polarization modes can be well separated by the bending damping. When winding the fiber onto a winding body, for example a cylinder, with a constant bending radius and a constant pitch of the resulting spiral, a constant bending damping over the wound-up length is achieved. The attenuation of the unwanted polarization takes place exponentially in this case, so that a comparatively high power and
Wärmeanteil direkt am Anfang der gewickelten Faser auftritt . Heat fraction occurs directly at the beginning of the wound fiber.
Bei dem vorgeschlagenen Isolator sind die polarisationserhaltenden Fasern jedoch so gewickelt, dass sich der Radius und/oder die Ganghöhe der resultierenden Spirale über die Länge der polarisationserhaltenden Faser ändert. Vorzugsweise verkleinert sich dabei der Wickel- bzw. Biegeradius über die Länge. Dadurch wird eine gleichmäßigere Auskopplung der unerwünschten However, in the proposed insulator, the polarization-maintaining fibers are wound so that the radius and / or pitch of the resulting spiral changes along the length of the polarization-maintaining fiber. Preferably, the winding or bending radius decreases over the length. This results in a more even decoupling of the unwanted
Polarisation über die Länge der Faser erreicht. Polarization achieved over the length of the fiber.
Beispielsweise kann die Faser in einer archimedischen (lineare Zunahme bzw. Abnahme des Radius) oder For example, the fiber may be in an Archimedean (linear increase or decrease in radius) or
logarithmischen (exponentielle Zunahme bzw. Abnahme des Radius) Spirale gewickelt sein. Durch Variation der Ganghöhe (Gewindesteigung) kann ebenfalls eine logarithmic (exponential increase or decrease in radius) spiral wound. By varying the pitch (thread pitch) can also be a
gewünschte Verteilung der ausgekoppelten Leistung über die Länge erreicht werden. Ziel der Variation des desired distribution of the decoupled power over the length can be achieved. Goal of the variation of the
Wickel- bzw. Biegeradius und/oder der Ganghöhe ist es, die Abhängigkeit der Biegedämpfung vom Biegeradius zu nutzen, um die relative Dämpfung (bspw. in Prozent pro Meter) so anzupassen, dass die absolute Dämpfung (bspw. in Watt pro Meter) konstant niedrig wird. Auf diese Winding or bending radius and / or the pitch is to use the dependence of the bending loss of the bending radius to adjust the relative damping (eg. Percent per meter) so that the absolute damping (eg. In watts per meter) constant becomes low. To this
Weise kann eine Schädigung durch eine überhöhte lokale thermische Last sehr geschickt vermieden werden. Vorzugsweise wird eine polarisationserhaltende Faser mit hochbrechender Kunststoffbeschichtung In this way, damage caused by an excessive local thermal load can be very cleverly avoided. Preferably, a polarization-maintaining fiber with high refractive plastic coating
(Brechungsindex größer als der des Fasermantels) eingesetzt, so dass das Licht, das aus dem Faserkern ausgetreten ist, auch aus dem Mantel austreten kann. Eine derartige Faser ist dann vorzugsweise auf einem Wickelkörper aufgewickelt, der aus einem die  (Refractive index greater than that of the fiber cladding) used, so that the light that has leaked from the fiber core can also escape from the jacket. Such a fiber is then preferably wound on a winding body, which consists of a
austretende Strahlung absorbierenden und gut Wärme leitenden Material besteht . Der Wickelkörper dient dann sowohl zur Absorption der austretenden Strahlung als auch dazu, die durch die Absorption anfallende Wärme schnell abzuführen. Exiting radiation absorbing and good heat conductive material. The bobbin then serves both to absorb the exiting radiation and to dissipate the heat resulting from the absorption quickly.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als In a further embodiment is as
polarisierende optische Faser eine Doppelmantelfaser eingesetzt, bei der die aus dem Kern austretende polarizing optical fiber used a double cladding fiber, in which the emerging from the core
Strahlung im Mantel abgeführt wird. Dieses Licht kann dann an geeigneter Stelle aus dem Mantel ausgekoppelt werden und einer weiteren gezielten Verwertung Radiation in the jacket is dissipated. This light can then be decoupled from the jacket at a suitable location and a further targeted recycling
zugeführt oder an geeigneter Stelle absorbiert werden. Das geblockte bzw. in den Mantel ausgetretene Licht wird dabei nicht lokal im Bereich des Polarisators in Wärme umgewandelt und kann bspw. auch verteilt über eine große Länge aus dem Mantel ausgekoppelt und absorbiert werden. fed or absorbed at a suitable location. The blocked or leaked into the jacket light is not locally converted in the region of the polarizer into heat and can be, for example, distributed over a large length from the jacket and absorbed.
Die Auskopplung aus dem Mantel kann bspw. mit einem umgedrehten Multimode-Pumpkoppler erfolgen. In einem Multimode-Pumpkoppler ist die eigentliche The coupling out of the jacket can be done, for example, with an inverted multimode pump coupler. In a multimode pump coupler is the actual
Signalfaser von einem Ring von Multimodefasern umgeben und das ganze Faserbündel ist verschmolzen. Durch geeignete Ausgestaltung kann diese Komponente so aufgebaut werden, dass das in den Mantel ausgetretene Licht in die Multimodefasern koppelt und das Signal- licht verlustarm durch die Signalfaser in der Mitte geführt wird. Ein Teil des Mantellichts kann dabei bspw. mit einer Photodiode detektiert werden, um ggf. eine Signal fiber surrounded by a ring of multimode fibers and the whole fiber bundle is fused. By suitable design, this component can be constructed so that the leaked into the jacket Light is coupled into the multimode fibers and the signal light is passed through the signal fiber in the middle with little loss. A part of the jacket light can be detected, for example. With a photodiode to possibly a
Abschaltung des Lasers bei Überschreitung einer Shutdown of the laser when exceeding one
bestimmten Intensität dieses Mantellichts einzuleiten. Weiterhin kann auch ein Teil des Mantellichts zur certain intensity of this coat of light. Furthermore, a part of the jacket light to
Bestimmung bspw. des ASE-Levels in einer Verstärkerstufe, zur Detektion von stimulierter Brillouin- Streuung (SBS) oder auch für eine spektrale Analyse des Lichts verwendet werden. Bei der Nutzung einer Viertelwellenplatte kann diese bspw. in Form einer oder mehrerer Faserschleifen ausgeführt sein, deren Wickelebenen zueinander verstellbar sein können. Durch die Biegung der Faser wird die eingangsseitige lineare Polarisation in eine zirkuläre Polarisation umgewandelt. Weiterhin kann die Viertelwellenplatte auch in Form mechanischer oder piezoelektrischer Klemmsteller ausgeführt sein, deren Klemmachsen zueinander verdreht sind. Durch die Determination of, for example, the ASE level in an amplifier stage, for the detection of stimulated Brillouin scattering (SBS) or also for a spectral analysis of the light. When using a quarter-wave plate, this may, for example, be designed in the form of one or more fiber loops whose winding levels can be adjusted to one another. Due to the bending of the fiber, the input-side linear polarization is converted into a circular polarization. Furthermore, the quarter-wave plate can also be designed in the form of mechanical or piezoelectric clamping plate whose clamping axes are rotated with each other. By the
induzierten Spannungen wird die Faser doppelbrechend und wandelt die eingangsseitige lineare Polarisation in eine zirkuläre Polarisation um. Beispiele für den prinzipiellen Aufbau derartiger faserintergrierter Viertelwellenplatten aus einer oder mehreren Faserschleifen oder mit mechanischen oder piezoelektrischen Klemmstellern sind aus der oben genannten Veröffentlichung von E. Voges et al . ersichtlicht . Die Nutzung eines Aufbaus aus Polarisator und Viertelwellenplatte hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu der anderen Ausgestaltung, die den Faraday-Effekt nutzt, keine Faserkomponente mit einer großen Verdet-Konstante erforderlich ist. Schließlich wird noch eine alternative Ausgestaltung eines optischen Isolators vorgeschlagen, der mindestens einen Faraday-Rotator zwischen zwei induced voltages, the fiber is birefringent and converts the input-side linear polarization in a circular polarization. Examples of the basic structure of such fiber-intergrated quarter-wave plates from one or more fiber loops or with mechanical or piezoelectric clamp actuators are known from the above-mentioned publication by E. Voges et al. visible light. The use of a polarizer and quarter wave plate construction has the advantage that, unlike the other Embodiment that uses the Faraday effect, no fiber component with a large Verdet constant is required. Finally, an alternative embodiment of an optical isolator is proposed which comprises at least one Faraday rotator between two
Polarisatoren oder einen Polarisator und eine Polarizers or a polarizer and a
Viertelwellenplatte aufweist. Der eine oder die beiden Polarisatoren sind in diesem Fall durch faseroptische Elemente gebildet, die eine Doppelmantelstruktur mit einem Faserkern und einem Fasermantel aufweisen, der mit einer Beschichtung oder Ummantelung versehen ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Faser- mantel aufweist, so dass aus dem Faserkern in den Fasermantel eintretende optische Strahlung im Quarter wave plate has. The one or both polarizers are formed in this case by fiber-optic elements having a double-cladding structure with a fiber core and a fiber cladding provided with a coating or cladding having a lower refractive index than the fiber cladding, so that the Fiber core entering the fiber cladding optical radiation in
Fasermantel geführt wird. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich unabhängig von der Ausbildung der Polarisatoren das in den Fasermantel eingekoppelte Licht ableiten und an geeigneter Stelle vom Kernlicht trennen. Das geblockte Licht wird dadurch nicht lokal im Polarisator in Wärme umgewandelt, sondern wird im Fasermantel zunächst abgeführt. An geeigneter Stelle kann es dann auch verteilt über eine große Länge aus dem Mantel ausgekoppelt und absorbiert werden. Darüber hinaus verlässt bei einer faserintegrierten Ausbildung der Komponenten das Signallicht die Faser auch hier nicht, so dass die Anordnung sehr niedrige Transmissionsverluste aufweist. Fiber coat is performed. In this embodiment, regardless of the formation of the polarizers, the light coupled into the fiber cladding can be dissipated and separated from the core light at a suitable point. The blocked light is thereby not locally converted in the polarizer into heat, but is first removed in the fiber cladding. At a suitable location, it can then be decoupled and absorbed over a long distance from the jacket. In addition, in a fiber-integrated design of the components, the signal light does not leave the fiber, so that the arrangement has very low transmission losses.
Der vorgeschlagene optische Isolator lässt sich bei Faserverstärkern, Faserlasern sowie in der Mess- und Kommunikationstechnik oder der Materialbearbeitung einsetzen. Insbesondere ermöglicht der optische The proposed optical isolator can be used in fiber amplifiers, fiber lasers, and in measurement and communication technology or material processing deploy. In particular, allows the optical
Isolator die Isolation einzelner Stufen in Faserverstärkern mit niedriger Verstärkung (bis zu 10 W) sowie in Faserverstärkern mit hoher mittlerer Leistung (>10 W) . Er schützt bspw. Faserlaser gegen Rückwirkungen aus der Anwendung, bspw. beim Laser-Schweißen, Schneiden oder Abtragen, besonders für Hochleistungslaser (>10 W) . Isolator Isolation of single stages in low amplification (up to 10 W) fiber amplifiers and high average power amplifiers (> 10 W). It protects, for example, fiber lasers against repercussions from the application, for example during laser welding, cutting or ablation, especially for high-power lasers (> 10 W).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Der vorgeschlagene optische Isolator wird  The proposed optical isolator becomes
nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in below with reference to an embodiment in
Verbindung mit den Figuren nochmals kurz erläutert . Hierbei zeigen: Connection with the figures briefly explained again. Hereby show:
Fig. 1 ein Beispiel für den Aufbau einer Fig. 1 shows an example of the structure of a
polarisationserhaltenden Faser im  polarization maintaining fiber in the
Querschnitt ;  Cross-section ;
Fig. 2 ein erstes Beispiel für den schematischen Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators;  Fig. 2 is a first example of the schematic structure of the proposed optical isolator;
Fig. 3 ein zweites Beispiel für den schematischen Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators; und  Fig. 3 is a second example of the schematic structure of the proposed optical isolator; and
Fig. 4 ein Beispiel für die Auskopplung von  4 shows an example of the decoupling of
Mantellicht .  Coat light.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention
Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt den  Figure 1 shows schematically in cross section the
Aufbau einer polarisationserhaltenden Faser, wie sie zur Bildung der polarisierenden optischen Faser beim vorgeschlagenen optischen Isolator eingesetzt werden kann. Die polarisationserhaltende Faser weist eine starke innere Doppelbrechung auf, wobei die beiden Hauptachsen (schnelle Achse, langsame Achse) in der Figur dargestellt sind. Die entlang der jeweiligenStructure of a polarization-maintaining fiber, as used to form the polarizing optical fiber in proposed optical isolator can be used. The polarization-maintaining fiber has a strong internal birefringence, with the two major axes (fast axis, slow axis) shown in the figure. The along the respective
Achsen auftretenden Brechungsindexsprünge zwischen dem Kern 1 und dem Mantel 2 dieser Faser sind in den Axis occurring refractive index jumps between the core 1 and the sheath 2 of this fiber are in the
Diagrammen der Figur ebenfalls angedeutet. Zur Diagrams of the figure also indicated. to
Erzeugung der Doppelbrechung weist diese Faser in bekannter Weise Spannungsstäbe 3 auf, die in den Mantel 2 eingebettet sind. Durch Biegung der Faser wird die Polarisationsmode in der schnellen Achse aus dem Kern 1 ausgekoppelt, tritt in dem Mantel 2 ein und wird dort geführt. Die Polarisation entlang der langsamen Achse erfährt hingegen niedrige Biegeverluste und wird dadurch mit nur geringen Transmissionsverlusten im Kern 1 der Faser geführt. Die in diesem Beispiel verwendete Faser hat einen Manteldurchmesser von 400 μπι, einen Kerndurchmesser von 20 μπι, eine numerische Apertur des Kerns von 0,06 und eine Doppelbrechung von 3,5 x 10"4. Bei einem Wickel- bzw. Biegeradius von 35 mm tritt bei einer derartigen Faser eine sehr gute Polarisations- trennung auf . Die in den Mantel 2 eintretende Generation of the birefringence, this fiber in a known manner voltage rods 3, which are embedded in the shell 2. By bending the fiber, the polarization mode is decoupled from the core 1 in the fast axis, enters the shell 2 and is guided there. The polarization along the slow axis, however, undergoes low bending losses and is thus performed with only small transmission losses in the core 1 of the fiber. The fiber used in this example has μπι a cladding diameter of 400 μπι a core diameter of 20, a numerical aperture of the core of 0.06 and a birefringence of 3.5 x 10 "4. In a winding or bending radius of 35 mm In the case of such a fiber, a very good polarization separation occurs
unerwünschte Polarisation wird im Mantel geführt und kann an geeigneter Stelle aus dem Mantel ausgekoppelt werden . unwanted polarization is conducted in the jacket and can be decoupled from the jacket at a suitable location.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für den Aufbau des vorgeschlagenen optischen Isolators mit den beiden polarisierenden optischen Fasern 4, 5 und dem dazwischen liegenden faserintegrierten Faraday-Rotator 6. Die optisch polarisierenden Fasern 4, 5 sind hierbei aus polarisations- erhaltenden Fasern aufgebaut, die auf einen Wickel - körper 8 aufgewickelt sind. Dies ist in der Figur schematisch angedeutet. Der Faraday-Rotator 6 kann durch Nutzung eines Faserabschnitts mit einer FIG. 2 shows a schematic representation of an example of the structure of the proposed optical isolator with the two polarizing optical fibers 4, 5 and the fiber-integrated Faraday rotator 6 interposed therebetween. The optically polarizing fibers 4, 5 are made of polarizing optical fibers. obtained sustaining fibers which are wound on a winding - body 8. This is indicated schematically in the figure. The Faraday rotator 6 can by using a fiber section with a
geeigneten Verdet-Konstante und äußeren Magnetfeld erzeugenden Einrichtungen gebildet sein, wie sie aus der US 7,336,858 Bl bekannt sind. suitable Verdet constant and external magnetic field generating devices are formed, as they are known from US 7,336,858 Bl.
Figur 3 zeigt schematisch einen Aufbau aus einer optisch polarisierenden Faser 4 und einer faserintegrierten Viertelwellenplatte 7, die hier wiederum lediglich schematisch angedeutet ist und bspw. aus Faserschleifen oder mit geeigneten Klemmstellern gebildet sein kann, wie sie aus der Veröffentlichung von E. Voges et al . bekannt sind. Figure 3 shows schematically a structure of an optically polarizing fiber 4 and a fiber-integrated quarter-wave plate 7, which in turn here only schematically indicated and, for example, may be formed from fiber loops or with suitable terminal plates, as described in the publication by E. Voges et al. are known.
Zur Ableitung des in den Mantel eingekoppelten Lichts 9 der unerwünschten Polarisation können For the derivation of the light coupled into the jacket 9 of unwanted polarization can
Multimode-Pumpkoppler eingesetzt werden. Figur 4 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung, bei der die Multi-mode pump coupler can be used. FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the
Signalfaser 12 von einem Ring aus Multimode-Fasern 11 umgeben ist, wobei das ganze Faserbündel miteinander verschmolzen ist. Das in den Mantel gekoppelte, geblockte Licht 9 koppelt in den Ring aus Multimode- Fasern 11 und wird mit diesen vom Signallicht 10 des Kerns getrennt, das durch die Signalfaser 12 in der Mitte geführt wird. Auf diese Weise lässt sich die unerwünschte Polarisation geeignet über die Multimode- Fasern 11 abführen und an geeigneter Stelle einer weiteren Verwertung oder einer Absorption zuführen. Bezugszeichenliste Signal fiber 12 is surrounded by a ring of multimode fibers 11, wherein the entire fiber bundle is fused together. The blocked light 9 coupled into the cladding couples into the ring of multimode fibers 11 and is separated therefrom by the signal light 10 of the core, which is guided by the signal fiber 12 in the middle. In this way, the unwanted polarization can be suitably dissipated via the multimode fibers 11 and fed at a suitable point of further utilization or absorption. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Faserkern 1 fiber core
2 Fasermantel  2 fiber coat
3 Spannungsstäbe  3 voltage bars
4 polarisierende optische Faser  4 polarizing optical fiber
5 polarisierende optische Faser  5 polarizing optical fiber
6 faserintegrierter Faraday-Rotator 6 fiber-integrated Faraday rotator
7 faserintegrierte Viertelwellenplatte7 fiber-integrated quarter wave plate
8 Wickelkörper 8 bobbins
9 Mantellicht  9 coat light
10 Signallicht  10 signal light
11 Multimode-Faser  11 multimode fiber
12 Signalfaser  12 signal fiber

Claims

Patentansprüche claims
Optischer Isolator, der mindestens aufweist: Optical isolator having at least:
- einen Faraday-Rotator (6) zwischen zwei  - a Faraday rotator (6) between two
Polarisatoren oder Polarizers or
- einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte (7) ,  a polarizer and a quarter wave plate (7),
wobei der eine oder die beiden Polarisatoren durch polarisationserhaltende optische Fasern (4, 5) gebildet sind, die zu einer Spirale gewickelt sind, wobei sich ein Radius und/oder eine Ganghöhe der Spirale über eine Länge der polarisations- erhaltenden Fasern ändert . wherein the one or both polarizers are formed by polarization-maintaining optical fibers (4, 5) wound into a spiral, wherein a radius and / or a pitch of the spiral changes over a length of the polarization-maintaining fibers.
Optischer Isolator nach Anspruch 1, Optical isolator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass alle Komponenten des optischen Isolators als faseroptische Elemente ausgeführt und in einer optischen Faser integriert sind oder einen that all components of the optical isolator are designed as fiber-optic elements and integrated in an optical fiber or one
Abschnitt einer optischen Faser bilden. Form section of an optical fiber.
Optischer Isolator nach Anspruch 2, Optical isolator according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Komponenten des optischen Isolators zur Bildung des Abschnitts der optischen Faser that the components of the optical isolator to form the portion of the optical fiber
verspleißt sind. are spliced.
Optischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, Optical isolator according to one of Claims 1 to 3, characterized
dass die polarisationserhaltenden Fasern eine numerische Apertur des Kerns von ^ 0,1 aufweisen. that the polarization-maintaining fibers have a numerical aperture of the core of ^ 0.1.
Optischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , Optical isolator according to one of Claims 1 to 4, characterized
dass die polarisationserhaltenden optischen Fasern (4, 5) einen Faserkern (1) und einen Fasermantel (2) aufweisen, der mit einer Beschichtung oder Ummantelung versehen ist, die einen höheren in that the polarization-maintaining optical fibers (4, 5) have a fiber core (1) and a fiber cladding (2) provided with a coating or sheath which has a higher
Brechungsindex als der Fasermantel (2) aufweist. Has refractive index as the fiber cladding (2).
Optischer Isolator nach Anspruch 5, Optical isolator according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die polarisationserhaltenden optischen Fasern (4, 5) auf einen Wickelkörper aufgewickelt sind, der aus einem optische Strahlung absorbierenden und wärmeleitenden Material gebildet ist. in that the polarization-maintaining optical fibers (4, 5) are wound on a winding body which is formed from an optical radiation-absorbing and heat-conducting material.
Optischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, Optical isolator according to one of Claims 1 to 4, characterized
dass die polarisationserhaltenden optischen Fasern (4, 5) eine Doppelmantelstruktur mit einem in that the polarization-maintaining optical fibers (4, 5) have a double-cladding structure with a
Faserkern (1) und einem Fasermantel (2) aufweisen, der mit einer Beschichtung oder Ummantelung Fiber core (1) and a fiber cladding (2) having a coating or sheath
versehen ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Fasermantel (2) aufweist, so dass aus dem Faserkern (1) in den Fasermantel (2) eintretende optische Strahlung im Fasermantel (2) geführt wird. is provided, which has a lower refractive index than the fiber cladding (2), so that from the fiber core (1) in the fiber cladding (2) entering optical radiation in the fiber cladding (2) is guided.
Optischer Isolator nach Anspruch 7, Optical isolator according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein Multimode-Pumpkoppler an zumindest einer der polarisationserhaltenden optischen Fasern (4, 5) angeordnet ist, durch den die im Fasermantel (2) geführte optische Strahlung abgeführt wird. in that a multimode pump coupler is arranged on at least one of the polarization-maintaining optical fibers (4, 5) through which the fibers in the fiber cladding (2) guided optical radiation is dissipated.
Optischer Isolator, der mindestens aufweist: Optical isolator having at least:
- einen Faraday-Rotator zwischen zwei Polarisatoren oder  a Faraday rotator between two polarizers or
- einen Polarisator und eine Viertelwellenplatte, wobei der eine oder die beiden Polarisatoren durch faseroptische Elemente gebildet sind, die eine Doppelmantelstruktur mit einem Faserkern (1) und einem Fasermantel (2) aufweisen, der mit einer Beschichtung oder Ummantelung versehen ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als der Fasermantel (2) aufweist, so dass aus dem Faserkern (1) in den Fasermantel (2) eintretende optische  a polarizer and a quarter wave plate, said one or both polarizers being formed by fiber optic elements having a double cladding structure with a fiber core (1) and a cladding (2) provided with a coating or cladding having a lower refractive index as the fiber cladding (2), so that from the fiber core (1) in the fiber cladding (2) entering optical
Strahlung im Fasermantel (2) geführt wird. Radiation in the fiber cladding (2) is performed.
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