DE2931474C2 - Nicht-reziproke optische Vorrichtung - Google Patents

Nicht-reziproke optische Vorrichtung

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DE2931474C2
DE2931474C2 DE2931474A DE2931474A DE2931474C2 DE 2931474 C2 DE2931474 C2 DE 2931474C2 DE 2931474 A DE2931474 A DE 2931474A DE 2931474 A DE2931474 A DE 2931474A DE 2931474 C2 DE2931474 C2 DE 2931474C2
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    • G02F2203/06—Polarisation independent

Description

- einen ersten doppelbrechenden Kristall (4) neben der einen Faser (1),
- einen zweiten doppelbrechenden Kristall (5) neben der anderen Faser (2) und
- eine Kompensierplatte (7) zwischen dem ersten und dem zweiten doppelbrechenden Kristall (4, 5), und
daß die Dicke i,des /-ten doppelbrechenden Kristalls (4, 5) und der Abstand d, üer durch die beiden doppelbrechenden Kristalle (4, 5) erhaltenden zwei polarisierten Strahlen die folgenden Gleichungen erfüllen:
d,A,
sing, · cos ^(/V?
Aßsin2 Oi + Nu cos2 a,
N11, = /V«. =
Λ, =
Brechungsindex des ordentlichen Strahls des /-ten doppelbrechenden Kristalls.
Brechungsindex des außerordentlichen Strahls des /-ten doppelbrechenden Kristall,
Winkel, unter dem die optische Achse des /-ten doppelbrechenden Kristalls gegenüber dem Strahlengang geneigt ist. und
1.2.
2. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtfokussier- und Übertragungseinrichtung (3, 10) im optischen Strahlengang zwischen den beiden optischen Fasern (I, 2) jeweils auf einer Seite dieser optischen Fasern (1, 2) vorgesehen ist, um das sich durch den optischen Strahlengang ausbreitende Licht zu sammeln bzw. zu streuen.
j. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfokussier- und -übertragungseinrichtung zwei Linsen (J, 10) in solcher Anordnung umfaßt, d;iß die anisotropen Kristalleiemente (11,13, 14) und das magneto-optische Llcment (12) im Stralilrngang liegen. d;iß die Anregungsenden der
35 beiden optischen Fasern (1,2) jeweils außerhalb der Lagen der Brennpunkte liegen und daß die Realbilder der Anregungsenden der optischen Fasern (I1 2) im Strahlengang fokussiert bzw. abgebildet werden (F i g. 7A, 7B).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche optische Fasern (15, 16) vorgesehen sind, welche die zerlegten, sich in Gegenrichtung ausbreitenden ordentlichen und außerordentlichen Strahlen jeweils getrennt abnehmen und in einer der Einfallsrichtung in die optische Faser (1) abweichenden Richtung weiterleiten (F ig. 8).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nahe einer optischen Faser (2) ein lichtemittierendes Element (17) vorgesehen ist welches das sich in Vorwärtsrichtung ausbreitende Licht zum Emittieren von sich in Gegenrichtung ausbreitendem Licht abnimmt (Fig.9).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (17) ein Halbleiter-Laser ist (F i g. 9).
Die Erfindung betrifft eine nichtre?.iproke optische Vorrichtung nach dim Oberbegriff des Patentanspruchs I.
Zur Weiterentwicklung der Übertragungstechnik mittels optischer Fasern ist es nötig, möglichst viele Arten optischer Vorrichtungen für eine praktische Anwendung zu entwickeln, nämlich unter anderem auch optische Isolatoren und Zirkulatoren. Diese optischen Vorrichtungen dienen zur Verhinderung einer Reflexion des Lichts zur Lichtquelle zurück, um dadurch deren Arbeitsweise zu stabilisieren, oder zur Isolierung des Lichts in der Ausbreitungsrichtung, um damit einen hohen Übertragungswirkungsgrad des Systems zu
■»ο gewährleisten. Nichtreziproke opC sehe Vorrichtungen besitzen jedoch polarisationsabhängige Eigenschaften, weshalb ihre Einfügungsverluste je nach Polarisationszustand zwischen Null und Unendlich variieren.
Allgemein gesagt: Mit Ausnahme von speziellen Bedingungen ist bei der l.ichtausbreitung durch optische Fasern der Polarisationszustand nicht konstant, vielmehr kann das Licht zahlreiche polarisierte Komponenten erhalten. Linear polarisiertes Licht am Anregungsende der optischen Faser verliert seine Linearität, wenn es sich über eine kleine Strecke ausbreitet. Bei einem weiteren entwickelten optischen Übertragungssystem ist es nötig, optische Vorrichtungen zwischen die Fasern einzuschalten. Diese bisherigen optischen Isolatoren oder Zirkulatoren können nur an den Stellen eingesetzt werden, an denen die Linearität des polarisierten Lichts in den optischen Fasern erhalten bleibt. Aus diesem Grund ist es bei einer mit optischen Fasern zu verbindenden, nichtreziproken optischen Vorrichtung wünschenswert, die Polarisationsabhängigkeit auszuschalten oder die Vorrichtung so auszubilden, daß sie für jede polarisierte Lichtart brauchbar ist. um den optischen l.eistungsverlust zu verringern und die Anwendung zu vereinfachen.
Da außerdem bei einem bisherigen optischen Isolator
hi oder Zirkulator unter Verwendung des üblichen Polarisationsprismas dessen Eigenschaften bzw. Kennlinien durch den Winkel der internen Anschluß· oder Schnittfläche stark beeinflußt werden, erfordert die
Herstellung eines eii.^ipdfreien Polnrisationsprismas eine außerordentlich große Feriigungsgenauigkeit-Infolgedessen erwies es sich bisher als schwierig, ein Polarisationsprisma mit vorbestimmter Konfiguration zu schaffen.
Bei einem bisherigen optischen Isolator sind mehrere Kristallscheiben, nämlich eine anisotrope Kristallscheibe und eine magneto-optische Scheibe mit einer doppelbrechenden Kristallscheibe, die das zwischen zwei gegenüberstehenden Fasern übertragene Licht in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl zu trennen bzw. zerlegen vermag, hintereinander im Strahlengang angeordnet, wobei ein optisches System, wie eine Linse od. dgl. mit den Kristallscheiben kombiniert ist, um das Licht von der einen optischen Faser in Form von parallelen Strahlenbündeln durch den Strahlengang zu richten. Danach werden der ordentliche und der außerordentliche Strahl wieder zusammengesetzt, um zur anderen optischen Faser übertragen zu werden. Ein Beispiel für einen solchen optischen Isolator findet sich in der JA-OS 14946/1978.
Da sich, bei dieser Konstruktion das Licht jedoch in Form von parallelen Strahlenbündein ausbreitet, isi trs für eine wirksame Isolierung erforderlich, die Isolieroder Trennstrecke zwischen den getrennten ordentlichen und außerordentlichen Strahlen größer als zumindest entsprechend dem Durchmesser einer verwendeten Linse einzustellen. Im Hinblick auf die allgemeine Form der optischen Faser und der Linse werden also Dicke und Querschnittsfläche der betreffenden Kristallscheibe ziemlich groß, was dem Erfordernis für Miniaturisierung des optischen Isolators und der Verringerung des optischen Leistungsverlusts zuwiderläuft. Da außerdem aufwendige optische Kristalle verwendet werden müssen, führt eine Vergrößerung der Abmessungen auch zu einer Kostenerhöhung.
In der DE-OS 25 42 618 ist eine nichtreziproke optische Vorrichtung mii einem magneto-optischen Element zwischen zwei Polarisationsprismen beschrieben, wobei ein Faser-Polarisator als Polarisator dient. Dieser Faser-Polarisator wird aus einem Faserkern mittels eines doppelbrechenden Materials erhalten und ist polarisationsabhängig.
Ähnliche Vorrichtungen sind in »Elekiro&nzeiger«, 24. Jg. 12, No. 12/13. 1971. Seiten 265 bis 269. in der FR-PS 15 42 468 und in der GB-PS 14 94 001 beschrieben, wobei das magneto-optische Element auch durch einen elektro-optischen Kristall ersetzt werden oder selbst axial versetzt sein kann.
Aus »IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques« Vol. MTT-23 No. 1. S. 70-78. Jan. 1975 ist außerdem ein Isolator mit zwei parallelen Polarisatoren bekannt, bei dem ein optisch aktiver Rotor für 45° und ein magneto-optischer Rotor für 45° zwischen den beiden Polarisatoren vorgesehen sind.
Weiterhin erläutert die US-PS 33 68 861 einen sogenannten Faraday-Rotor. dessen magneto-optische* Material einen hohen Raraday-Effekt aufweist, um dadurch ein sonst einen üblichen Aufbau besitzendes nichtreziprokes optisches Glied zu verbessern.
Eine nichtreziproke optische Vorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-AS 1184 014 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird jedoch das einfallende Licht durch ein erstes Polarisationsprisma nur in einer Richtung polarisiert bzw. eingeschränkt, so daß allem Licht mit einer Polarisationskomponenten dur^h das magneto-optische Element übertragen wird. Die Polarisationsvorrichtung, in der das Licht durch das magneto-optische Element verläuft, ist dabei rechtwinklig zu der Polarisationsrichtung, mit der das Licht ausschließlich durch das weitere Polarisationsprisma übertragen wird, was dazu führt, daß eine gute Isolation nur mit Licht mit einer Polarisationskomponenten zu erreichen ist.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer nichtreziproken optischen Vorrichtung, in die Licht mit beliebigen Polarisationskomponenten einspeisbar ist
ίο und die sich bei verbesserten Lichtisolier- bzw. -trenneigenschaften auch durch einen hohen Miniaturisierungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einer nicht-reziproken optischen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung breitet sich das Licht von der einen optischen Faser durch den Strahlengang aus, wahrend es div jiert und beim Durchgang durch die Linse konvergier! Aus diesem Grund ist der Abstand zwischen den getrennten ordentlichen und außerordentlichen Strahlen kleiner als bei bisherigen Vorrichtungen, bei denen sich das Licht in Form paralleler Bündel ausbreitet; auf diese Weise können die Vorrichtung miniaturisiert und die optischen Verluste verringert werden. Der genannte Abstand kann dem Kerndurchmesser der optischen Faser entsprechen, so daß die Größe der Vorrichtung im Vergleich zum parallelen Strahlenbündel, bei dem der Abstand dem Linsendurchmesser entspricht, um etwa eine Größenordnung verkleinert werden kann. Die Dicken der doppelbrechenden Kristalle und die Querschnittsflächen aller Kristallelemente können der Verkleinerung dieses Abs'.ands proportional verringert werden. Da die Dicken dieser Kristallelemente mit den angegebenen Werten gewählt werden, wird verhindert.
daß die sich zwischen den optischen Fase η in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden ordentlichen und außerordentlichen Strahlen einander an der Fachte der optischen Faser überlappen, so daß ein optischer Isolator gebildet wird, in den Licht mit beliebigen Polarisationskomponenten einspeisbar ist.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. IA eine schematische Darstellung der Anordnung verschiedener Elemente, die eine nichtreziproke optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden.
Fig. IB eine schematische Darstellung von Lichtkomponenten, welche die verschiedenen Elemente gemäß Fig. IA in Vorwärtsrichtung durchlaufen.
Fig. IC eine Fig. IB ähnelnde Darstellung, bei
welcher die Lichtkomponenten die ve:schiedetien Elemente nach Fig. IA in Gegenrichtung durchlaufen, Fig. 2 ein Vektordiagramm der optischen Achse eines doppelbrechenden Kristalls und der Ausbreitungsrichtung des Lichts gemäß Fig. IA,
Fig. 3 cire graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke I einer doppclbrechendcn Scheibe aus Kalzit, dem Trennabstand ddes austretenden Lichts und dem Winkel <\. unter dem die optische der doppelbrechcnden Scheibe gegenüber dem Strahlengang gern igt ist. dci .,cnkrccht zur Oberfläche di.sci Scheibe verläuft.
I-i g. 4A. 4B und 4C den Fig. IA his IC ähnelnde Darstellungen einer anderen Aiisfiihriingsform der Erfindung,
I' i g. 5 ein Vektordiagramm ik-r optischen Achsen der beiden benachbarten doppelbrechenden Kristalle und ι der l.ichtausbrciuingsrichtungcn nach I-" i >». 4Λ.
Pig. b ein Vektordiagramm für die Beziehung /wischen rechtwinkeligen Koordinaten zur Darstellung der optischen Achsen der beiden benachbarten doppelbrechenden Kristalle nach F'i g. 5 sowie den in optischen Achsen eines anderen doppelbrechenden Kristalls und
("ig. 7Λ. 7B, 8 und 9 schemaiische Darstellungen weiterer Ausfühnmgsfomieii der Erfindung.
Gemäß Fig. IA sind eine Linse J und zwei i*> iloppelbrechende Kristallscheiben 4 und 5 in einen Strahlengang zwischen zwei einander gegenüberstehenden optischen Fasersträngen I und 2 eingefügt. Zwischen die Kristallscheiben 4 und 5 sind /.. B. ein aus YICi bestehendes magneto-optisches Kleinem (i mit >o einem Faradayschcn Rotationswinkel von 45" und eine Kompensierplatie oder -scheibe 7 eingeschaltet, deren Dicke so festgelegt ist. daß ihr Polarisations-Rotationswinkel 45 beträgt. Die z.B. aus Kalzit bestehenden Kristallscheiben 4 und 5 zerlegen das durch sie 2Ί hindurchfallcndc Licht in einen ordentlichen und einen ,inBorordentlichen Strahl.
Die Trennung bzw. der Abstand zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl hängt bekanntlich vom Winkel .<» ab. der - wie im jo Vektordiagramm nach F i g. 2 veranschaulicht ist durch die Z-Achse. d. h. die Ausbreitungsrichtung des Lichts, und eine der doppelbrechenden KristalKcheibe eigene optische Achse Ci bestimmt wird. Fs sind bereits Verfahren zur Bestimmung des Trennungsgrads 3ί /wischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl vorgeschlagen worden: vgl. »Extraordinary-ray und wave Tracing in Uniaxial Crystals«. APPLIED OPTICS. Vol. 14. Nr. 9. September 1975.
Fis sei angenommen, daß das Licht senkrecht auf die -to doppelbrechende Kristallscheibe auftrifft und daß deren optische Achse unter einem Winkel λ zur Lichtausbreitungsrichtung geneigt ist. In diesem Fall läßt sich die Beziehung zwischen dem Trennungsabstand d des Aiistrittslichts. der Dicke ι der Kristallschcibe und dem genannten Winkel .1 nach dem Berechnungsverfahren gemäß der oben genannten Literaturstellc wie folgt ausdrücken:
d = sin α cos a (Nl - N^)
/ N} sin2 a + N} cos2 a '
worin /V1, und N1- die Brechungsindizes entsprechend dem ordentlichen bzw. dem außerordentlichen Strahl angeben. Wenn die doppelbrechende Kristallscheibe
aus Kalzit besteht, ergibt sich —gemäß Fig. 3.
Wenn die beiden Kristallscheiben 4 und 5 jeweils dieselbe Dicke und dieselbe Orientierung der optischen Achse besitzen, wird das durch sie hindurchfallende Licht in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl mit demselben Trennungsabstand d gemäß obiger Gleichung zerlegt. Die Kompensierscheibe 7 kann aus einem Polarisationsrotor bzw. Drehpolarisator aus einer Halbwellen-Kristallscheibe mit einer op- tischen Achse mit vorgegebener Orientierung bestehen, in Kombination mit dem magneto-optischer! Element 6 dreht die Kompensierscheibe 7 die Polarisation des sich in Vorwä1 risrichlung fortpflanzenden I .ichts um ζ. B. 40 während die Polarisation des in (ier1.-11r11.htun>.' hindiirehfallenden Lichts nicht geändert und.
Wenn Licht aus dem optischen Faserstrang I in Richtung auf ilen optischen Faserstrang 2 austritt, wird der Lichtfleck beim [Durchgang durch die Linse I vergrößert, um dann gemäß F ig. IB mit Konvergenz in ilen Faserstrang 2 einzutreten Genauer gesagt: das durch die Linse 5 hindurchtrclende Licht wird durch die Krislallscheibe 4 mit einer vorbestimmten Dicke in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl aufgetrennt, die einen vorbestimmten gegenseitigen Abstand besitzen.
Beim Durchgang durch das magneto-optische HIement 6 wird die Polarisation der so getrennten, ordentlichen und außerordentlichen Strahlen um 4 > im Uhrzeigersinn gedreht, um dann beim Durchgang durch die Kompensierscheibe 7 erneut um 45 gedreht zu werden, so daß sich eine Polarisationsdrehung von insgesamt 90 ergibt. Beim Durchgang durch die Kristallschcibe 5 werden die getrennten ordentlichen und außerordentlichen Strahlen wieder zusammengesetzt, so daß sie mit einer Polarisationsdrehung von 40 gegenüber dem Zustand vor der Trennung durch die Kristallscheibe 4 iti den Faserstrang 2 einfallen.
Umgekehrt wird gemäß Fig. IC das aus dem Faserstrang 2 austretende Licht beim Durchgang durch die Kristallscheibc 5 in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl aufgeteilt. Sodann wird die Polarisation dieser Strahlen beim Durchgang durch die Kompensierscheibe 7 um 45* gedreht. Im Gegensalz zur Übertragung in Vorwärtsrichtung erfährt jedoch das Licht beim Durchgang durch das magneto-optische Element 6 in Gegenrichtung eine Drehung um 4V entgegen dem Uhrzeigersinn, so daß sich die durch die Kristallscheibe 4 hindurchfallenden ordentlichen und außerordentlichen Strahlen in voneinander getrenntem Zustand zum Faserstrang I bewegen. Wenn die Dicke der Kristallscheiben 4 und 5 jeweils so gewählt ist. daß sich die beiden Lichtfleckc dieser getrennten Strahlen am Anregungsende des Faserstrangs 1 nicht überlappen, werden sie an einem Eintritt in den I ascrstrang I gehindert, so daß ein optischer Isolator realisiert ist. Zu diesem Zweck werJen die Größen von t und r so gewählt, daß die Größe von J gemäß obiger Gleichung größer ist als der Kerndurchmesser des optischen Faserstrangs.
Die in F i g. 4A dargestellte, abgewandelte Ausführungsform der Erfindung entspricht derjenigen nach Fig. IA mit dem Unterschied, daß die Kompensierscheibe 7 gemäß Fig. !A durch eine weitere doppelbrechende Kristallscheibe 8 ersetzt ist.
Wie durch das Vektordiagramm von F i g. 5 veranschaulicht ist, koinzidieren die optischen Achsen der doppelbrechenden Kristallscheiben 8 und 5 mit optischen Achsen C2 und C3, die jeweils einen Winkel λ zu einer Achse ZO bilden, längs welcher sich das Licht ausbreitet. Weiterhin ist die Anordnung so getroffen, daß eine die optische Achse C2 enthaltende Ebene Zo-Zo eine die optische Achse C3 einschließende Ebene Xo-Zo unter einem rechten Winkel schneidet. Wie aus dem Vektordiagramm nach F i g. 6 hervorgeht, sind diese beiden Ebenen, die einander unter einem rechten Winkel schneiden, um 45° zu einer die optische Achse Ci der Kiistallscheibe 4 enthaltenden Ebene Z-Kind zu einer die Ebene Z-Y unter einem rechten Winkel schneidenden Ebene X-Z geneigt.
Bei dieser Konstruktion wird gemäß F i g. 4B das aus
dem optischen fascist rang I austretende Licht durch die KriMallscheibe 4 in einer ordentlichen und einen ,iiißerordeiilliclien Strahl /erlegt und durch das magneto-optische Element 6 hc/üglich seiner Polarisation um 45 gedreht, wahrend sich die Polarisation dieser Strahlen auch beim Durchgang durch die Kristallscheiben 5 und 8 nicht iindert. Die beiden getrennten Lichtstrahlen werden jedoch durch die beiden Kristallscheiben 5 und 8 jeweils abgelenkt, so daß sie schließlich am Austrittsende zusammengesetzt sind. Infolgedessen (ritt das gesamte Licht ohne jeden Verlust in den Faserstrang 2 cm.
Andererseits wird gemäß f ig. 4C das aus dem optischen f'aserstrang 2 austretende Licht durch die Kristallscheiben 5 und 8 in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl /er egt. die jedoch bei der Bewegung /um f'aserstrang I .ins [-..ich dem Durchgang durch das magneto-optische Element 6 und die KristalNcheibe 4 weiterhin voneinander getrennt bleiben Auf diese Weise wird fii Fintritt des vom I .iserstrang 2 stammenden Lichts in den Faserstrang 1 serhindert. Diese abgewandelt: Ausführungsform wirkt somii ebenfalls als optischer Isolator.
Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4A die optischen Achsen der drei doppelbrcchenden Kristallscheiben 4, 8 und 5 unter demselben Winkel » zur AusbreitungsrLhtung des Lichts geneigt sind, ist es durch Wahl der Dicken der Kristallscheiben 8 und 5 entsprechend l'|2 derjenigen der Kristallscheibe 4 möglich, dieselbe Funktion wie bei der Ausführungsform nach I ι g. I zu gewährleisten, obgleich der Strahlengang nicht derselbe ist.
Obgleich beim vorstehend beschriebenen Beispiel vorausgesetzt wurde, daß das magneto-optische Element 6 aus YIG besteht uid einen Faradayschen Rotationswinkel \on 45' besit;:t, ist es bei Verwendung eines anderen magneto-optiscien Materials mit einem kleineren derartigen Rotationswinkel möglich, einen großen Polarisationsdrchwink·:! dadurch zu gewährleisten, daß an Vorder- und Rückseite des magneto-optischen Elements 6 total reflektierende Spiegel montiert werden, um Mehrfachreflexionen des Lichts im Inneren dieses Elements hervorzubringen.
Während bei den beschriebenen Aiisführungsformen jeweils eine einzige Linse 3 zw sehen dem Faserstrang 1 und der doppelbrechenden Kri»teilscheibe 4 angeordnet ist, um Divergenz und Konvergenz des Lichts zu bewirken, ist es bei Verwendung zweier Linsen vorteilhaft, die Linse 3 an der dem Faserstrang 1 zugewandten Seite anzuordnen, eine Linse IO an der dem Faserstrang 2 zugewandten Seite vorzusehen und drei anisotrope Kristalle 11, 13 und 14 zusammen mit einem magneto-optischen Element 12 zwischen den Linsen 3 und 10 anzuordnen, wie dies in den F i g. 7A und 7 B dargestellt ist.
Sofern bei der Anordnung nach F i g. 7A die optischen Achsen der drei anisotropen Kristalle 11, 13 und 14 entsprechend gewählt sind, wird das aus dem optischen Faserstrang 1 austretende und durch die Linse 3 hindurchfallende Licht unter Abbildung eines Realbilds der Austrittsfläche oder Facette des Faserstrangs l konvergiert, während das Licht einen die anisotropen Kristalle II, 15 und 14 sowie das magneto-optische !■!lenient 12 enthaltenden Strahlengang durchlauft und dann Jurch die Linse 10 in den l-'aserstrang 2 gerichtet wird.
Im Gegensatz da/u wird gemäß I- i g. 7B das aus dem Fasersiran)! 2 austretende Licht, wahrend es die Kristalle II, Π und 14 und das magneto-optische Llement 12 durchläuft, wie im Fall der l.iclitausbreitung in Vorwärtsrichtiing durch die Linse 10 fokussiert bzw.
ίο gebündelt. Beim Durchgang durch die Linse 3 wird das Licht sodann in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl /erlegt, so daß dieses Licht nicht in den I aserstrang I eintreten kann und mithin ein optischer Isolator gebildet wird.
r, Bei dieser Konstruktion kann tier Abstand /wischen den so /erlegten ordentlichen und außerordentlichen Strahlen, wie bei Verwendung einer einzigen Linse, dem Kerndurchmesser des optischen Faserslrangs entsprechen. Wenn die Anordnung so getroffen ist, daß das Licht zu parallelen Lichlstrahlenbündeln geformt wird. erhält der genannte Abstand einen großen Wen entsprechend dem Linsendurchniesser.
Die F i g. 8 und 9 veranschaulichen noch weitere Abwandlungen der Erfindung in Form von nicht reziproken optischen Vorrichtungen, die als optische Zirkulation wirken, wobei die den Teilen von lig. 7A entsprechenden Teile mit denselben Bezugs/iffern wie dort bezeichnet sind
Bei der Aiisführungsform gemäß F i g. 8 wird das aus dem optischen Faserstrang 2 austretende und in Gegenrichtung durch die Linse 3 hindurchfallcnde Licht in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl aufgetrennt i.nd dann durch zwei zusätzliche optische Fasern 15 und 16 abgenommen und /usammcn-
B5 gesetzt, wobei das Licht in einer von der Ausbreitungsrichtung durch den Faserstrang I abweichenden Richtung geleite' wird. Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, kam: das auf die beiden zusätzlichen Fasern 15 und 16 füllende Licht durch eine andere Linse zusammengesetzt und dann einem piezoelektrischen Wandlerclcment. etwa einer Photodiode, aufgeprägt werden, um ein elektrisches Signal zu erzeugen.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 wird das vom optischen Faserstrang I in Vorwärtsrichtung abgestrahlte Licht durch die anisotropen Kristalle 11,13 und 14 und das magneto-optische Element 12 geleitet, um sodann in den Faserstrang 2 einzutreten. Dagegen wird das sich in Gegenrichtung ausbreitende Licht von einem lichtemittierenden Element mit hohem Polarisationsgrad. etwa einem Halbleiter-Laser 17, emittiert, um verlustfrei in den Faserstrang 1 einzutreten. Dieses lichtemittierende Element kann dabei ein solches sein, das 'Jcht mit hohem Polarisationsgrad vom einen Ende eines optischen Faserstrangs emittiert, dessen anderes Ende mit einer Lichtquelle verbunden ist.
Während in der vorstehenden Beschreibung vorausgesetzt wird, daß alle Einzelelemente räumlich voneinander getrennt sind, kann die Konstruktion stark miniaturisiert werden, wenn diese Elemente mittels eines geeigneten Kitts oder Bindemittels miteinander verklebt sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Nichtreziproke optische Vorrichtung zur optischen Kopplung zweier einander gegenüberstebender optischer Fasern (1,2) bzw. Faserstränge,
    mit einem einen Polarisationsdrehwinkel bewirkenden, zwischen zwei anisotrope Kristallelemente (4, 5) eingefügten magneto-oplischen Element (6), das dem ordentlichen Strahl und dem außerordentlichen Strahl, die durch die Kristalleiemente (4, 5) zerlegt sind, bei deren Ausbreitung durch den Strahlengang eine Polarisationsdrehung erteilt,
    wobei bei einer Ausbreitung von der einen optischen Faser (1) zur anderen optischen Faser (2) in r. Vorwärtsrichtung der ordentliche und der außerordentliche Strahl wieder zusammengesetzt werden, während diese Strahlen bei Ausbreitung in der Gegenrichtung am Anregungsende der einen optischen Faser (I) nicht einander überlagert wtrden, dadurcn gekennzeichnet,
    daß die anisotropen Kristaüeiemence (4, 5) aufweisen:
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NL (1) NL181053C (de)

Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5649517U (de) * 1979-09-25 1981-05-01
JPS57100410A (en) * 1980-12-15 1982-06-22 Fujitsu Ltd Optical isolator
US4410238A (en) * 1981-09-03 1983-10-18 Hewlett-Packard Company Optical switch attenuator
NL8104123A (nl) * 1981-09-07 1983-04-05 Philips Nv Optische multiplex- en demultiplexinrichting.
US4563057A (en) * 1982-08-31 1986-01-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Fiber optic cable connector
US4482202A (en) * 1982-09-20 1984-11-13 Tsukasa Nagao Optical glass fiber transmission lines coupled junction circulators
US4464022A (en) * 1982-09-28 1984-08-07 At&T Bell Laboratories Optical circulator
US4737005A (en) * 1982-12-17 1988-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for eliminating birefringence in a fiber optic coupler and a coupler polarization corrector
GB2158227B (en) * 1984-04-28 1987-09-16 Standard Telephones Cables Ltd Photo-elastic sensor
US4893890A (en) * 1988-05-04 1990-01-16 Lutes George F Low-loss, high-isolation, fiber-optic isolator
US4974944A (en) * 1988-07-21 1990-12-04 Hewlett-Packard Company Optical nonreciprocal device
US5033830A (en) * 1989-10-04 1991-07-23 At&T Bell Laboratories Polarization independent optical isolator
US5052786A (en) * 1990-03-05 1991-10-01 Massachusetts Institute Of Technology Broadband faraday isolator
US5151955A (en) * 1990-06-20 1992-09-29 Kabushiki Kaisha Shinkosha Optical isolator
US5237445A (en) * 1990-11-30 1993-08-17 Shimadzu Corporation Optical isolator
US5267078A (en) * 1990-12-20 1993-11-30 Kazuo Shiraishi Optical isolator
EP0525208B1 (de) * 1991-02-20 1997-05-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optischer isolator
JP3160319B2 (ja) * 1991-07-25 2001-04-25 株式会社信光社 光アイソレータ
EP0557532B1 (de) * 1991-09-12 1997-04-16 Fujitsu Limited Optische vorrichtung
US5631771A (en) * 1991-09-19 1997-05-20 Lucent Technologies Inc. Optical isolator with polarization dispersion and differential transverse deflection correction
EP0533398A1 (de) * 1991-09-19 1993-03-24 AT&T Corp. Optischer Isolator mit Polarisationsdispersionskorrektur
JP2775547B2 (ja) * 1992-02-17 1998-07-16 秩父小野田株式会社 光アイソレータ
JP2757093B2 (ja) * 1992-04-20 1998-05-25 富士電気化学株式会社 無偏波分散型光アイソレータ
US5768015A (en) * 1992-12-22 1998-06-16 Telstra Corporation Limited Optical isolator
JPH08505961A (ja) * 1993-01-21 1996-06-25 イー−テック・ダイナミックス・インコーポレイテッド 偏光モード分散の低い光学装置
US5276747A (en) * 1993-01-21 1994-01-04 E-Tek Dynamics, Inc. Polarization-independent optical switch/attenuator
JP2565099B2 (ja) * 1993-08-09 1996-12-18 日本電気株式会社 光非相反回路
US5499307A (en) * 1993-10-13 1996-03-12 Tdk Corporation Optical isolator and polarization splitter therefor
AU1379095A (en) * 1993-12-10 1995-06-27 Jds Fitel Inc. Optical non-reciprocal devices
GB2293024A (en) * 1994-09-07 1996-03-13 Northern Telecom Ltd Optical isolator functioning at least twice in different pathways
US5539574A (en) * 1994-12-21 1996-07-23 At&T Corp. Optical isolator with fabry-perot ripple reduction
JPH0990279A (ja) * 1995-09-20 1997-04-04 Nec Corp 偏光無依存型光アイソレータと光サーキュレータ
CA2165119C (en) * 1995-12-13 2006-10-03 Vincent Delisle Antiresonant waveguide apparatus for periodically selecting a series of at least one optical wavelength from an incoming light signal
US5905823A (en) * 1996-02-28 1999-05-18 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Polarization independent optical nonreciprocal circuit based on even mode to odd mode conversion
JP3705869B2 (ja) * 1996-09-06 2005-10-12 富士写真フイルム株式会社 デジタル画像形成装置
DE19653276A1 (de) * 1996-12-20 1998-06-25 Bosch Gmbh Robert Bidirektionaler optischer Verstärker mit optischem Isolator
US6014254A (en) * 1997-02-24 2000-01-11 Cheng; Yihao Optical device for splitting an input beam into two orthogonal polarization states
US6239900B1 (en) 1997-09-19 2001-05-29 Nz Applied Technologies Corp. Reflective fiber-optic isolator
KR100288443B1 (ko) * 1997-12-08 2001-05-02 윤종용 아이솔레이터를이용한광변조기및이를구비한광전송장치
JP3779054B2 (ja) * 1998-01-23 2006-05-24 富士通株式会社 可変光学フィルタ
US6055104A (en) * 1998-03-23 2000-04-25 Cheng; Yihao Optical attenuator
US6075642A (en) * 1998-06-18 2000-06-13 Hewlett-Packard Company Multi-port optical isolator
US6366713B1 (en) * 1998-09-04 2002-04-02 Tellabs Operations, Inc. Strictly non-blocking optical switch core having optimized switching architecture based on reciprocity conditions
US6167174A (en) * 1998-10-27 2000-12-26 Adc Telecommunications, Inc. Multiple port, fiber optic isolator
US6288826B1 (en) * 2000-01-05 2001-09-11 Jds Uniphase Inc. Multi-stage optical isolator
US20030147126A1 (en) * 2000-04-13 2003-08-07 Lutz Rapp Method and device for regulating a medium with an amplifying effect, especially a fiber optical waveguide
US6442310B1 (en) 2000-07-14 2002-08-27 Jds Uniphase Inc. Optical coupling device and method
US6363182B2 (en) 2000-07-31 2002-03-26 James D. Mills Optical switch for reciprocal traffic
US6850662B1 (en) 2000-07-31 2005-02-01 Tellabs Operations, Inc. Optical switch for reciprocal traffic
US7173762B2 (en) * 2000-10-13 2007-02-06 Finisar Corporation Optical isolator with reduced insertion loss and minimized polarization mode dispersion
DE60235781D1 (de) * 2001-02-09 2010-05-12 Panasonic Corp Optische Vorrichtung
US6683710B2 (en) * 2001-06-01 2004-01-27 Optical Research Associates Correction of birefringence in cubic crystalline optical systems
US6844972B2 (en) 2001-10-30 2005-01-18 Mcguire, Jr. James P. Reducing aberration in optical systems comprising cubic crystalline optical elements
US6970232B2 (en) * 2001-10-30 2005-11-29 Asml Netherlands B.V. Structures and methods for reducing aberration in integrated circuit fabrication systems
US7453641B2 (en) * 2001-10-30 2008-11-18 Asml Netherlands B.V. Structures and methods for reducing aberration in optical systems
US6995908B2 (en) * 2001-10-30 2006-02-07 Asml Netherlands B.V. Methods for reducing aberration in optical systems
EP1451619A4 (de) * 2001-10-30 2007-10-03 Asml Netherlands Bv Strukturen und verfahren zur verringerung der aberration in optischen systemen
US7035484B2 (en) * 2002-04-12 2006-04-25 Xtellus, Inc. Tunable optical filter
US6958864B2 (en) * 2002-08-22 2005-10-25 Asml Netherlands B.V. Structures and methods for reducing polarization aberration in integrated circuit fabrication systems
KR100583651B1 (ko) 2003-12-24 2006-05-26 한국전자통신연구원 광송신 모듈의 패키징 방법
JP5643936B2 (ja) * 2011-06-29 2014-12-24 フルウチ化学株式会社 コリメータおよびコリメータ付き光アイソレータ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1184014B (de) * 1963-01-03 1964-12-23 Western Electric Co Zirkulator
US3368861A (en) * 1964-05-04 1968-02-13 Bell Telephone Labor Inc Faraday rotator utilizing terbium aluminum garnet and dysprosium aluminum garnet
FR1542468A (fr) * 1966-11-04 1968-10-18 Westinghouse Electric Corp Dispositif optique non réciproque
SE7502770L (de) * 1974-03-12 1975-09-15 Comp Generale Electricite
JPS5618923B2 (de) * 1972-06-30 1981-05-02
US3830555A (en) * 1973-05-04 1974-08-20 J Warner Nonreciprocal waveguide mode converter
US4153328A (en) * 1974-05-13 1979-05-08 The Regents Of The University Of California Polarization converter and circuit elements for use in optical waveguides
GB1514477A (en) * 1974-09-24 1978-06-14 Post Office Optical devices
JPS6049297B2 (ja) * 1977-05-31 1985-11-01 日本電気株式会社 光アイソレ−タ

Also Published As

Publication number Publication date
GB2030316B (en) 1983-03-30
FR2432723B1 (de) 1984-01-13
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CA1116906A (en) 1982-01-26
NL7905972A (nl) 1980-02-06
FR2432723A1 (fr) 1980-02-29
NL181053B (nl) 1987-01-02
DE2931474A1 (de) 1980-02-21
NL181053C (nl) 1987-06-01
US4239329A (en) 1980-12-16

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