DE69838285T2 - Optischer Zirkulator - Google Patents

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Wayne V. Mountain View Sorin
Douglas M. Los Altos Baney
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Avago Technologies International Sales Pte Ltd
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Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
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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
    • G02F1/093Devices 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 used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/27Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2746Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Kopplungsvorrichtungen und insbesondere auf einen verbesserten optischen Zirkulator.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die WO 97/22034 offenbart eine Vorrichtung zur polarisationsunabhängigen Übertragung von Licht zwischen zwei Wellenleiterarrays, die eine Abbildungseinrichtung, die zwischen zumindest zwei Einrichtungen zur polarisationsabhängigen Verschiebung konvergierender und divergierender Strahlen, die zu und von den Wellenleitern laufen; und eine Mehrzahl von Polarisationsdreheinrichtungen umfasst. Die Verschiebungseinrichtungen könnten doppelbrechender Kristall mit einer Dicke sein, die kleiner ist als diejenige, die für kollimierte Strahlen erforderlich ist. Die Dreheinrichtungen können geeignet angeordnete Halbwellenplatten zum Polarisationsausgleich und Faraday-Dreher umfassen.
  • Ein optischer Zirkulator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der EP-A-0 903 611 bekannt, die gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ ein Dokument des Stands der Technik ist.
  • Kommunikationsnetzwerke, die auf optischen Signalen basieren, weisen eine wesentlich größere Bandbreite als diejenigen auf, die auf metallischen Kopplern basieren. Eine einzelne optische Faser, die bei einer einzelnen Wellenlänge arbeitet, ist in der Lage, Signale mit 2,5 Gbit pro Sekunde oder mehr zu übertragen. Mit der Einführung des Wellenlängenmultiplexens kann die Kapazität einer derartigen Faser weiter erhöht werden, indem Signale bei unter schiedlichen Wellenlängen in eine einzelne optische Faser kombiniert werden.
  • Um das Wellenlängenmultiplexen wirksam zu nutzen, sind Schmalbandfilter zum Trennen der Kommunikationen bei einer bestimmten Wellenlänge erforderlich. Das viel versprechendste Schmalbandfilter basiert auf Faser-Bragg-Reflektoren. Da Faser-Bragg-Reflektoren in der Technik gut bekannt sind, werden dieselben hierin nicht detailliert erläutert. Für den Zweck der vorliegenden Beschreibung ist es ausreichend anzumerken, dass ein Bragg-Reflektor als ein Beugungsgitter betrachtet werden kann, das in dem Kern einer optischen Faser herbeigeführt wurde. Das Beugungsgitter besteht aus periodischen Veränderungen des Brechungsindex des Kerns der Faser. Derartige Veränderungen können durch Beleuchten des Kerns mit einem UV-Licht-Muster herbeigeführt werden, das regelmäßig beabstandete Maxima mit ausreichender Intensität aufweist, um den Kern zu beschädigen. Das Muster wird typischerweise durch die Interferenz zweier UV-Licht-Strahlen erzeugt. Wenn Licht mit einer Wellenlänge, die der doppelte Abstand des Beugungsgitters ist, auf das Beugungsgitter auftrifft, wird das Licht aufgrund der kohärenten Interferenz der verschiedenen Teilreflexionen, die durch die Veränderungen des Brechungsindex des Faserkerns erzeugt werden, reflektiert. Reflexionsfilter, die auf Bragg-Reflektoren basieren, sind relativ billig.
  • Leider sind Reflexionsfilter für optische Kommunikationen suboptimal. In optischen Kommunikationssystemen ist ein Übertragungsfilter nützlicher. Zur Umwandlung eines Reflexionsfilters in ein Übertragungsfilter wird typischerweise ein optischer Zirkulator mit drei Öffnungen verwendet. Ein optischer Zirkulator besitzt die Eigenschaft, dass Licht, das in die n-te Öffnung eintritt, über die (n + 1)-te Öffnung austritt. In einem Übertragungsfilter, das auf einem Zirkulator mit drei Öffnungen basiert, ist das Reflexionsfilter mit der zweiten Öffnung verbunden. Das zu filternde Lichtsignal ist mit der ersten Öffnung gekoppelt. Dieses Signal verlässt die zweite Öffnung und trifft auf das Reflexionsfilter, das Licht bei der Reflexionswellenlänge zurück in die zweite Öffnung reflektiert. Dieses Licht verlässt dann die dritte Öffnung. So ist die Kombination des Zirkulators und des Reflexionsfilters funktionsmäßig äquivalent zu einem Übertragungsfilter, das zwischen die erste und die dritte Öffnung des optischen Zirkulators geschaltet ist.
  • Während Bragg-Reflektoren relativ billig sind, sind optische Zirkulatoren ziemlich teuer. Ein optischer Zirkulator kostet ein Vielfaches eines Bragg-Filters. So werden zur Reduzierung der Kosten eines Bandpassfilters weniger teure optische Zirkulatoren benötigt.
  • Optische Zirkulatoren des Stands der Technik sind aus einem Stapel Kristallplatten aufgebaut, die mit optischen Fasern gekoppelt sind. Ein wesentlicher Anteil der Kosten eines Zirkulators hängt mit den Kosten eines ordnungsgemäßen Ausrichtens der optischen Fasern mit dem Stapel von Platten zusammen. Typischerweise muss jede optische Faser separat ausgerichtet werden.
  • Der Stapel von Platten umfasst gewöhnlich eine Anzahl von Faraday-Drehern. Jeder Faraday-Dreher benötigt bei diesen Entwürfen des Stands der Technik einen separaten Magneten. Entsprechend muss die Größe des Stapels erhöht werden, um Raum für die Magneten zu schaffen. Die Größe der Platten wird ebenso durch den Bedarf erhöht, dass separate Kollimatorlinsen beinhaltet sein müssen, um das Licht von jeder der Fasern mit dem Stapel zu koppeln. Die Kosten des Stapels hängen mit der Größe der Platten zusammen; so erhöhen Entwürfe, die die Größe des Stapels erhöhen, auch die Kosten des Zirkulators.
  • Ein weiteres Problem bei Zirkulatoren des Stands der Technik ist der Grad an Isolation, der zwischen den Öffnungen bereitgestellt wird. Wie oben angemerkt wurde, soll Licht, das in die zweite Öffnung eines optischen Zirkulators eintritt, nur durch die dritte Öffnung austreten. Ein Teil des Lichts jedoch wird aus der ersten Öffnung herausgeführt, da die Faraday-Dreher nicht ideal arbeiten.
  • Wiederum ein weiteres Problem bei Zirkulatoren des Stands der Technik ist der Bedarf, dass ein separater Entwurf für jedes Wellenlängenfenster vorliegen muss. Wenn Licht, das sich in seiner Wellenlänge wesentlich von der Entwurfswellenlänge unterscheidet, in den Zirkulator eintritt, wird der bereitgestellte Grad an Isolation herabgesetzt. Ferner wird der Bruchteil des Lichts, der in eine Öffnung eintritt und die korrekte Öffnung verlässt, reduziert, wenn die Wellenlänge des Lichts sich wesentlich von der Entwurfswellenlänge unterscheidet. In zukünftigen Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystemen ist zu jeder bestimmten Zeit eine Anzahl von Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen vorhanden. So muss ein Zirkulator in der Lage sein, mit der nötigen Isolation und dem nötigen Durchsatz über einen Bereich von Wellenlängen, der so breit wie möglich ist, zu arbeiten.
  • Noch ein weiteres Problem bei optischen Zirkulatoren des Stands der Technik ist die Unfähigkeit, die Richtung einer Zirkulation elektrisch umzukehren. In einem typischen Kommunikationsnetzwerk kommuniziert eine Anzahl von Benutzern miteinander über eine optische Faser, die in einer Schleife angeordnet ist, indem Signale in einer vorbestimmten Richtung entlang der Faser gesendet werden. In einem Telekommunikationsnetzwerk z. B. kommuniziert jeder Teilnehmer mit einem zentralen Büro über eine Faser, die in einem Ring angeordnet ist, wobei der Teilnehmer und Zentralbürostationen entlang des Rings angeordnet sind. Wenn die Faser kaputt ist, wird eine Kommunikation zwischen einem oder mehreren der Benutzer und dem Zentralbüro unterbrochen. Im Prinzip können diese Benutzer dennoch mit dem Zentralbüro kommunizieren, indem sie Nachrichten entlang des ununterbrochenen Abschnitts der Schleife senden. Dies macht es jedoch erforderlich, dass die Richtung einer Ausbreitung entlang der Faser über einen Teil der Faser umgekehrt werden kann.
  • Leider muss, wenn der Faserring einen optischen Zirkulator umfasst, die Richtung einer Zirkulation der Signale in dem Zirkulator umgekehrt werden. Dies bedeutet, dass Licht, das in die Öffnung 3 eintritt, nun durch die Öffnung 2 austreten muss und Licht, das in die Öffnung 2 eintritt, nun über die Öffnung 1 austreten muss. Zirkulatoren des Stands der Technik umfassen kein Verfahren zum Bereitstellen dieser Richtungsumkehr, ohne einen separaten Schalter zum Umleiten der Signale zu umfassen. Die Kosten derartiger Schalter erhöhen die Kosten der Anordnung des optischen Zirkulators und so wäre es von Vorteil, einen optischen Zirkulator bereitzustellen, dessen Zirkulationsrichtung umgekehrt werden kann, indem ein geeignetes Signal an den Zirkulator gesendet wird.
  • Breit ausgedrückt besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten optischen Zirkulator bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Zirkulator mit einem höheren Grad an Isolation zwischen den Öffnungen als in optischen Zirkulatoren des Stands der Technik bereitzustellen.
  • Wiederum eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Zirkulator bereitzustellen, der über ein breiteres Band von Frequenzen arbeitet als optische Zirkulatoren des Stands der Technik.
  • Wiederum eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Zirkulator bereitzustellen, der in der Herstellung weniger teuer ist als optische Zirkulatoren des Stands der Technik.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Zirkulator bereitzustellen, in dem die Zirkulationsrichtung ansprechend auf ein elektrisches Signal umgeschaltet werden kann.
  • Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen optischen Zirkulator bereit, der die Merkmale aus Anspruch 1 aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein optischer Zirkulator mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Öffnung. Der optische Zirkulator umfasst einen Strahlteiler und eine Mehrzahl von Faraday-Stufen. Der Strahlteiler ist mit der ersten und der dritten Öffnung verbunden und trennt ein erstes Lichtsignal, das in die erste Öffnung eintritt, in ein erstes und ein zweites ausgehendes Lichtsignal. Der Strahlteiler trennt außerdem ein zweites Lichtsignal, das in die dritte Öffnung eintritt, in ein drittes und ein viertes ausgehendes Lichtsignal. Das erste, das zweite, das dritte und das vierte ausgehende Lichtsignal sind voneinander beabstandet. Das erste und das zweite ausgehende Lichtsignal umfassen jeweils orthogonale Polarisationskomponenten von dem ersten Lichtsignal und das dritte und das vierte ausgehende Lichtsignal umfassen jeweils orthogonale Polarisationskomponenten von dem zweiten Lichtsignal. Die Faraday-Stufen, die eine erste Faraday-Stufe und eine letzte Faraday-Stufe umfassen, sind in Serie angeordnet. Die erste Faraday-Stufe nimmt Licht von dem Strahlteiler auf und die letzte Faraday-Stufe ist so positioniert, um Licht an die zweite Öffnung zu liefern. Die zweite Öffnung und die abführenden bzw. Walk-Off-Richtungen und Richtungen einer Drehung der Faraday-Stufen sind derart ausgewählt, dass Licht, das in die erste Öffnung eintritt, die zweite Öffnung verlässt, Licht, das in die zweite Öffnung eintritt, die dritte Öffnung verlässt und Licht, das in die dritte Öffnung eintritt, daran gehindert wird, die erste und die zweite Öffnung zu verlassen.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dreht jeder der Faraday-Dreher den Polarisationsvektor von Licht, das sich durch denselben bewegt, in der gleichen Richtung und teilt ein gemeinsames Magnetfeld.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 stellt die Art und Weise dar, in der ein Walk-Off-Kristall einen Lichtstrahl in zwei Strahlen trennt.
  • 2 stellen die Art und Weise dar, in der vier Walk- bis 4 Off-Kristalle kombiniert sind, um einen Polarisationsmischer zu bilden.
  • 5 bis 9 stellen ein Ausführungsbeispiel eines optischen Zirkulators gemäß der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise dar, in der die verschiedenen Lichtkomponenten durch die Elemente dieses Ausführungsbeispiels verarbeitet werden.
  • 10 ist ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • 11 bis 13 stellen die Art und Weise dar, in der die ver schiedenen Lichtkomponenten durch die in 10 gezeigten Elemente des bevorzugten Ausführungsbeispiels verarbeitet werden.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich zweier elementarer optischer Elemente, eines Walk-Off-Kristalls und eines Faraday-Drehers, leichter zu verstehen. Es wird Bezug auf 1 genommen, die die Art und Weise darstellt, in der ein Walk-Off-Kristall 20 einen Lichtstrahl 11, der sich in der Richtung bewegt, die durch einen Pfeil 22 gezeigt ist, in zwei Strahlen 15 und 16 trennt. Allgemein weist der Walk-Off-Kristall 20 eine Richtung 21 auf, die durch die Kristallstruktur definiert ist, die in der folgenden Beschreibung als die „Walk-Off"-Richtung bezeichnet wird. Diese Richtung könnte verwendet werden, um ein Koordinatensystem zu definieren. Der Polarisationsvektor 12 des eingehenden Lichtstrahls 11 könnte in orthogonale Komponenten 13 und 14 in Bezug auf dieses Koordinatensystem aufgelöst werden. Die Komponente 14 ist parallel zu der Walk-Off-Richtung und die Komponente 13 ist orthogonal zu der Walk-Off-Richtung. Licht mit einer Polarisationsrichtung parallel zu derjenigen der Walk-Off-Richtung wird in der Walk-Off-Richtung verschoben und so durch den Walk-Off-Kristall in einen Strahl 16 getrennt. Das Licht in dem Strahl 16 besitzt eine Polarisation, die parallel zu der Walk-Off-Richtung ist. Licht mit einer Polarisation, die orthogonal zu der Walk-Off-Richtung ist, wird nicht verschoben. Dieses Licht bildet einen Strahl, der zusammenfällt mit dem ursprünglichen Strahl und eine Polarisation aufweist, die orthogonal zu der Walk-Off-Richtung ist. Die Verschiebung, die durch den Walk-Off-Kristall bereitgestellt wird, ist eine Funktion der Dicke des Kristalls und des bestimmten Materials, aus dem derselbe aufgebaut ist. Materialien zum Aufbauen von Walk-Off-Kristallen sind in der Technik gut bekannt und werden deshalb hierin nicht detaillierter erläutert.
  • Es soll angemerkt werden, dass für einen Lichtstrahl, der sich in der umgekehrten Richtung bewegt, die Walk-Off-Richtung umgekehrt ist. Dies bedeutet, dass ein Licht strahl, der sich in der Richtung bewegt, die durch einen Pfeil 23 angezeigt ist, in einer Richtung abgeht, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, die durch den Pfeil 21 gezeigt ist.
  • Vier Walk-Off-Kristalle können kombiniert werden, um ein Element zu bilden, das in der folgenden Beschreibung als ein Polarisationsmischer bezeichnet wird. Ein Polarisationsmischer erzeugt zwei neue Lichtstrahlen aus zwei einfallenden Lichtstrahlen. Die zwei neuen Lichtstrahlen sind räumlich relativ zu den einfallenden Lichtstrahlen verschoben. Jeder der zwei neuen Strahlen umfasst eine Polarisationskomponente aus jedem der einfallenden Strahlen. Eine Anordnung von Walk-Off-Kristallen, die zu einem Polarisationsmischer führt, ist in den 2 bis 4 dargestellt. 2 zeigt die Anordnung von vier Walk-Off-Kristallen 31 bis 34 relativ zu den beiden einfallenden Strahlen 41 und 42. 3 ist eine Endansicht der Walk-Off-Kristalle 31 und 32 und zeigt die Polarisationsvektoren der einfallenden Strahlen. 4 ist eine Ansicht der resultierenden Lichtstrahlen, wie diese auf einem Bildschirm erscheinen würden, der hinter den Walk-Off-Kristallen 33 und 34 platziert ist. 4 zeigt die letztendlichen beiden Strahlen 43 und 44 und die Polarisationskomponenten, die kombiniert werden, um diese Strahlen zu erzeugen. Es wird angemerkt, dass die letztendlichen Strahlen, die räumlich relativ zu den einfallenden Strahlen verschoben sind, aus Polarisationskomponenten aufgebaut sind, die aus jedem der einfallenden Strahlen hergeleitet sind.
  • Das zweite elementare optische Element, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist ein Faraday-Dreher. Ein Faraday-Dreher ist ein Element, das aus einer optisch aktiven Verbindung aufgebaut ist, wie z. B. Yttrium-Eisen-Granat Y3Fe5O12, die die Richtung des Polarisationsvektors des Lichts, das denselben durchläuft, um einen Winkel von 45° dreht. Die Richtung einer Drehung wird durch die Richtung eines angelegten Magnetfelds bestimmt. Die Richtung einer Drehung des Polarisationsvektors ist unabhängig von der Richtung einer Bewegung des Lichts durch das Element. Durch ein Verändern der Richtung des Magnetfelds verändert sich die Drehung des Polarisationsvektors unabhängig von der Richtung einer Bewegung des Lichts durch die Vorrichtung von 45° auf –45°. Wie unten noch detaillierter erläutert werden wird, wird in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen die Richtung einer Zirkulation des optischen Zirkulators reversibel ist, die Richtung des Magnetfelds in den Faraday-Drehern durch ein externes Signal bestimmt.
  • Es soll angemerkt werden, dass ein Faraday-Dreher nur für eine spezifische Wellenlänge und Temperatur eine präzise 45°-Drehung bereitstellt. Wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts sich von der Entwurfswellenlänge unterscheidet oder der Faraday-Dreher bei einer Temperatur betrieben wird, die sich von der Entwurfstemperatur unterscheidet, unterscheidet sich der Drehwinkel leicht von 45°. Die Bedeutung dieser Abweichung wird unten detaillierter erläutert.
  • Die Art und Weise, in der die oben beschriebenen Elemente kombiniert werden, um einen optischen Dreher bereitzustellen, wird nun unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 erläutert. Zuerst wird Bezug auf 5 genommen, die ein Blockdiagramm eines optischen Zirkulators 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Die drei Öffnungen des optischen Zirkulators sind mit 1 bis 3 bezeichnet. Bei der in 5 gezeigten Konfiguration tritt Licht, das in die Öffnung 1 eintritt, über eine Öffnung 2 aus und Licht, das in die Öffnung 2 eintritt, tritt über die Öffnung 3 aus. Jegliches Licht, das in die Öffnung 3 eintritt, geht verloren.
  • Die Öffnungen 1 und 3 sind jeweils mit optischen Fasern 51 und 53 mit thermisch erweitertem Kern (TEC-Fasern; TEC = thermally expanded core) gekoppelt. TEC-Fasern werden durch Erwärmen des Endes einer Faser, um zu bewirken, dass sich die Kerndotierungsmittel diffundieren und die Kerngröße der Faser erhöhen, hergestellt. Dies führt zu einem optischen Strahl mit größerem Durchmesser, der aus dem Faserende austritt und deshalb einen kleineren Divergenzwinkel aufweist. Die optischen TEC-Fasern stellen eine Kollimierung bereit, die erforderlich ist, um den Lichtstrahl von den Kernen der Fasern auf einen Polarisationsmischer 61 zu erweitern. Diese Fasern werden bevorzugt, da derartige Fasern die Kopplungsfunktion bereitstellen, ohne eine Kollimator- oder Abbildungslinse erforderlich zu machen. Als ein Ergebnis können die Abmessungen des optischen Zirkulators 50 wesentlich reduziert werden. Wie oben angemerkt wurde, hängen die Kosten eines optischen Zirkulators mit der Größe der Komponenten zusammen. So reduziert die Verwendung der TEC-Fasern die Herstellungskosten. Die Öffnung 2 ist mit einer optischen Faser 52 gekoppelt.
  • Licht, das in die Öffnung 1 eintritt, gelangt durch einen Stapel optischer Kristalle, der aus einem Polarisationsmischer 61, einem Walk-Off-Kristall 62, einem Faraday-Dreher 63, einem Differenzzeitverzögerungskristall 64, einem zweiten Walk-Off-Kristall 65, einem zweiten Faraday-Dreher 66 und einem dritten Walk-Off-Kristall 67 besteht. Das Licht, das den Walk-Off-Kristall 67 verlässt, wird durch eine Linse 68 in eine Faser 52 fokussiert, die an der Öffnung 2 angebracht ist.
  • Die Art und Weise, in der Licht, das in die Öffnung 1 eintritt, an der Öffnung 2 ankommt, während Licht, das in die Öffnung 3 eintritt, beseitigt wird, ist unter Bezugnahme auf die 6 und 7 leichter verständlich. Die 6A bis 6H sind Endansichten der optischen Kristalle, wie sie ein Betrachter sieht, der von der linken Seite der Figur längs auf den Stapel sieht, an den Orten, die in 5 mit A-H gezeigt sind. Die Pfeile zeigen die Walk-Off-Richtungen in den relevanten Kristallen an, wie sie durch einen Lichtstrahl, der sich in der Richtung von der Öffnung 1 zu der Öffnung 2 bewegt, zu sehen sind. Die Pfeile, die in den Faraday-Drehern gezeigt sind, zeigen die Richtung einer Drehung eines Polarisationsvektors an, wenn das Licht durch den Faraday-Dreher läuft.
  • Der Differenzzeitverzögerungskristall 64 gleicht die Zeitverzögerung für die Polarisationskomponenten des Lichts von der Öffnung 1 ab. Der Pfeil mit der Markierung „f" zeigt die Polarisationsrichtung an, für die sich Licht am schnellsten durch den Kristall bewegt. Der Pfeil mit der Markierung „s" zeigt die Polarisationsrichtung an, für die sich Licht am langsamsten durch den Kristall bewegt.
  • Nun wird Bezug auf 7 genommen, die die Bewegung der verschiedenen Polarisationskomponenten durch den optischen Zirkulator 50 darstellt. Die 7A bis H zeigen die Polarisationskomponenten und Strahlpositionen, wie sie zu sehen wären, wenn ein Bildschirm zwischen den optischen Kristallen platziert wäre, an den Orten, die in 5 bei A bis H gezeigt sind. Die beiden orthogonalen Polarisationskomponenten des Lichts, das in die Öffnung 1 eintritt, sind als durchgezogene Linien gezeigt, wobei die y-Komponente als eine dicke Linie gezeigt ist, während die x-Komponente als eine dünne Linie gezeigt ist. Die beiden orthogonalen Polarisationskomponenten des Lichts, das in die Öffnung 3 eintritt, sind als gestrichelte Linien mit unterschiedlichen Strichmustern gezeigt.
  • Nun wird Bezug auf 7B genommen, wobei die y-Komponente des Lichts von der Öffnung 3 nach einem Verlassen des Mischers 61 in die Position 71 bewegt wurde. Der Walk-Off-Kristall 62 bewegt diese Komponente an einen Ort, der bei 72 gezeigt ist. Es wird angenommen, dass die Abmessungen der Kristalle ausreichend groß sind, dass die Komponente innerhalb der Kristalle verbleibt. Die bei 72 gezeigte Komponente verlässt schließlich den Kristallstapel an dem Ort, der bei 77 gezeigt ist. Die Linse 68 ist eingestellt, um Licht von der Position 79 in die Faser 52 zu fokussieren. So kann Licht von der Position 77 nicht in die Faser 52 eintreten, da es nicht auf den Faserkern abgebildet ist. Entsprechend wird die y-Komponente von Licht, das in die Öffnung 3 eintritt, beseitigt.
  • Das Licht von der x-Komponente des Lichts, das in die Öffnung 3 eintritt, wird zu einer Position 73 bewegt, die in 7B gezeigt ist, und bleibt nach dem Walk-Off-Kristall 62 an diesem Ort, da der Walk-Off-Kristall 62 Polarisationskomponenten, die parallel zu der x-Richtung sind, nicht bewegt. Der Faraday-Dreher 63 dreht alle Polarisationskomponenten um 45° in der Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, wie in 7D gezeigt ist. Diese Konfiguration wird durch den Differenzzeitverzögerungskristall 64 nicht verändert; so ist die Konfiguration an den Orten D und E die gleiche. Der Walk-Off-Kristall 65 bringt dann alle Komponenten in 45° zu der x-Achse nach oben und rechts, wie in 7F gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird die verbleibende Komponente des Lichts von der Öffnung 3 in die Position bewegt, die bei 74 gezeigt ist, von der man annimmt, dass sie noch immer innerhalb des Kristallstapels ist. Diese Komponente wird durch die verbleibenden Kristalle verarbeitet und verlässt schließlich den Stapel an dem Ort, der bei 78 gezeigt ist. Wie oben angemerkt wurde, verfehlt Licht von dieser Position ebenso die Faser 52, da die Linse 68 nur Licht von der Position 79 in die Faser 52 abbildet. Entsprechend kann Licht von der Öffnung 3 den optischen Zirkulator nicht durchqueren und über die Öffnung 2 austreten.
  • Licht von der Öffnung 1 tritt durch die Öffnung 2 aus. Wieder unter Bezugnahme auf 7F werden nach dem Walk-Off-Kristall 65 die beiden Komponenten des Lichts von der Öffnung 1 in Richtungen, die parallel zu der x- und y-Achse sind, durch den Faraday-Dreher 66 zurück gedreht, wie in 7G gezeigt ist. Die Komponenten werden dann durch den Walk-Off-Kristall 67 neu kombiniert, der die bei 75 gezeigte Komponente zu dem Ort der Komponente, der bei 76 gezeigt ist, bringt. Die Linse 68 ist positioniert, um Licht von dieser Position in die Faser 52 zu fokussieren.
  • Die Art und Weise, in der Licht, das über die Faser 52 in die Öffnung 2 eintritt, zu der Faser 53 gerichtet wird, die an der Öffnung 3 angebracht ist, ist unter Bezugnahme auf die 8 und 9 leichter verständlich. Die 8 und 9 sind analog zu den oben erläuterten 6 und 7. Die Pfeile jedoch, die die Richtung eines Walk-Offs bzw. Weglaufens anzeigen, wurden in 8 umgekehrt, um die Richtung einer Bewegung des Lichts zu berücksichtigen. 9 zeigt die Bewegung der verschiedenen Polarisationskomponenten durch einen optischen Zirkulator 50. Die 9A bis 9H zeigen die Polarisationskomponenten und Strahlpositionen, wie sie zu sehen wären, wenn ein Bildschirm zwischen den optischen Kristallen platziert wäre, an den jeweiligen Orten, die in 8 bei A bis H gezeigt sind. Licht, das über die Öffnung 2 eintritt, wird durch die Linse 68 umgewandelt, um einen Strahl an der Position 81 zu bilden. Der Walk-Off-Kristall 67 trennt die Komponenten dieses Lichtsignals in eine vertikale und eine horizontale Komponente, wie bei 82 bzw. 83 gezeigt ist. Der Faraday-Dreher 66 dreht die getrennten Komponenten um 45° in der Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. Wie oben angemerkt wurde, ist die Richtung einer Drehung eines Faraday-Drehers unabhängig von der Richtung einer Bewegung des Lichts. Der Walk-Off-Kristall 65 bewegt die horizontale Komponente in eine Position 84, die noch innerhalb des Kristallstapels ist. Der Faraday-Dreher 63 dreht die Komponenten um weitere 45° und der Walk-Off-Kristall 62 bewegt die horizontale Komponente in eine Position, in der der Polarisationsmischer 61 die Komponenten an der Position 85, die der Öffnung 3 entspricht, rekombinieren kann.
  • Es wird darauf verwiesen, dass der optische Zirkulator 50 zwei Faraday-Dreher umfasst, die die gleiche Drehrichtung aufweisen. So ist das an jeden Dreher angelegte Magnetfeld gleich. Entsprechend können die beiden Faraday-Dreher den gleichen Magneten gemeinschaftlich verwenden. Da die anderen optischen Komponenten unempfindlich gegenüber Magnetfeldern sind, kann der Magnet über der gesamten Vorrichtung platziert sein. Entsprechend ist der Raum, der für die Faraday-Dreher erforderlich ist, nur derjenige, der für die Kristalle erforderlich ist. Dies ermöglicht es, dass ein optischer Zirkulator gemäß der vorliegenden Erfindung mit viel kleineren physischen Abmessungen aufgebaut sein kann als optische Zirkulatoren des Stands der Technik, in denen die Faraday-Dreher entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen und so zwei separate Magneten und eine ausreichende Beabstandung erforderlich machen, um zu verhindern, dass die Magnetfelder einander stören.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die Größe des optischen Zirkulators reduziert, ist die Verwendung von Fasern mit thermisch erweitertem Kern (TEC-Fasern) zur Kopplung mit den Öffnungen 1 und 3. Die Fasern können in Bezug aufeinander in V-förmigen Rillen ausgerichtet sein, die z. B. in kristallinem Silizium gebildet sind. Die ausgerichteten Fasern werden dann gegen den Mischer und den Rest der Kristalle in dem Stapel gesetzt und bilden dabei eine einzelne Einheit. Ein kleiner Fehler bei der relativen Ausrichtung der beiden Fasern und der Kristallanordnung führt zu einem Fehler bei dem Ort, an dem das Licht an der Öffnung 2 austritt. So ist die einzige manuelle Ausrichtung, die erforderlich ist, diejenige, um die Öffnung 2 und die Linse 68 zu positionieren, nachdem die Fasern für die Öffnungen 1 und 3 mit der Kristallanordnung verbunden sind. Im Gegensatz dazu erfordern optische Zirkulatoren des Stands der Technik, die herkömmliche Fasern und Kollimatorlinsen für alle Öffnungen verwenden, zwei oder mehr Ausrichtungsoperationen. Die Kosten eines Ausrichtens der Optiken sind ein wesentlicher Teil der Kosten des optischen Zirkulators; so ist die vorliegende Erfindung wesentlich billiger als derartige Vorrichtungen des Stands der Technik.
  • Der in 5 gezeigte optische Zirkulator wird als ein Zweistufenzirkulator bezeichnet, da er zwei Anordnungen umfasst, die aus einem Faraday-Dreher, gefolgt durch einen Walk-Off-Kristall bestehen. Bei der folgenden Erläuterung wird eine Stufe, die einen Faraday-Dreher und einen Walk-Off-Kristall aufweist, als eine Faraday-Stufe bezeichnet. Es soll angemerkt werden, dass eine Faraday-Stufe andere Elemente zusätzlich zu dem Faraday-Dreher und dem Walk-Off-Kristall umfassen könnte. Eine Faraday-Stufe könnte z. B. Fasenverzögerungselemente oder Wellenplatten umfassen. Wie oben angemerkt wurde, stellen Faraday-Dreher nur für eine Wellenlänge bei einer Temperatur eine präzise 45°-Drehung bereit. Bei anderen Wellenlängen und anderen Temperaturen unterscheidet sich die Drehung leicht von 45°. Der Fehler bei dem Drehwinkel wird durch Δϑ angegeben. Es ist zu sehen, dass der Grad an Isolation, der zwischen den Öffnungen 1 und 3 bereitgestellt wird, proportional zu sin–2n Δϑ ist, wobei n die Anzahl von Faraday-Stufen ist. Die Übertragung des optischen Zirkulators kann als proportional zu cos–2n Δϑ gezeigt werden. Da cos–2n Δϑ eine sich sehr langsam verändernde Funktion für Fehler nahe 0 ist, ist es von Vorteil, mehrere Stufen zu verwenden, um eine gute Isolation sicherzustellen, da die Übertragungseinbuße klein ist.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet drei Stufen. Die zusätzlichen Stufen stellen eine Anzahl von Vorteilen bereit. Erstens ist, wie oben angemerkt wurde, die bereitgestellte Isolation größer als in optischen Zweistufenzirkulatoren. Zweitens wird der in 5 bei 64 gezeigte Differenzzeitverzögerungskristall bei der bevorzugten Dreistufenvorrichtung nicht benötigt. Schließlich kann, wie unten detaillierter erläutert werden wird, die Bandbreite, die durch den optischen Zirkulator untergebracht wird, durch Fehlabstimmen der Faraday-Dreher erhöht werden, so dass jeder die 45°-Drehung bei einer leicht unterschiedlichen Wellenlänge bereitstellt.
  • Nun wird Bezug auf die 10-13 genommen, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. 10 ist eine Seitenansicht eines optischen Zirkulators 100. Eine 11 ist ein Blockdiagramm der Kristalle in dem Kristallstapel des optischen Zirkulators, wie in Endansichten von Öffnungen 1 und 3 aus zu sehen. 11 ist analog zu der oben erläuterten 6. Der Kristallstapel besteht aus einem Polarisationsmischer 101, einem Walk-Off-Kristall 102 und drei Faraday-Stufen 111-113. Die Faraday-Stufe 111 weist einen Faraday-Dreher 103 und einen Walk-Off-Kristall 104 auf. Die Faraday-Stufe 112 weist einen Faraday-Dreher 105 und einen Walk-Off-Kristall 106 auf und die Faraday-Stufe 113 weist einen Faraday-Dreher 107 und einen Walk-Off-Kristall 108 auf. Die Pfeile, die den Walk-Off-Kristallen zugeordnet sind, stellen die Richtung eines Walk-Offs bzw. Abgangs für Licht dar, das sich von der Öffnung oder der Öffnung 3 zu der Öffnung 2 bewegt.
  • Die 12A bis J zeigen die Positionen der verschiedenen Polarisationskomponenten für Licht, das in die Öffnung 1 eintritt, wie auf Bildschirmen, die an jeweiligen Orten A bis J, die in 11 gezeigt sind, angeordnet sind, zu sehen wäre. Um die Zeichnungen zu vereinfachen, sind nur die Anfangs- und die Endposition des Lichts, das in die Öffnung 3 eintritt, gezeigt. Das Licht, das in die Öffnung 1 eintritt, ist bei 110 gezeigt. Die letztendliche Position dieses Lichts ist bei 120 gezeigt. Es wird angemerkt, dass die Entfernungen, die jede der Polarisationskomponenten des Lichts, das in die Öffnung 3 eintritt, zurücklegt, gleich sind. Entsprechend erfordert dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung keinen Differenzzeitverzögerungskristall.
  • Die 13A bis J zeigen die Positionen der verschiedenen Polarisationskomponenten für Licht, das an einer Position 120 in die Öffnung 2 eintritt, wie durch die Bildschirme zu sehen wäre, die an jeweiligen Orten A bis J in 11 angeordnet sind. Bei einer Verfolgung des Wegs der verschiedenen Komponenten muss daran gedacht werden, dass die Richtung eines Abgangs bei einem Durchlaufen des Stapels aus der umgekehrten Richtung für jeden der Walk-Off-Kristalle, die in 11 gezeigt sind, umgekehrt ist.
  • Es soll wieder angemerkt werden, dass alle Faraday-Dreher die Polarisation des Lichts in der gleichen Richtung drehen. So verwenden alle Faraday-Dreher bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den gleichen Magneten gemeinschaftlich. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Magnetfeld durch Leiten eines Stroms durch eine Spule 131 erzeugt, obwohl ein Magnet bei einem Ausführungsbeispiel verwendet würde, bei dem die Richtung der Zirkulation fest ist. Die Richtung des Stroms und so des Magnetfelds wird durch ein Steuersignal bestimmt, das durch eine Stromquelle 131 empfangen wird. Wie oben angemerkt wurde, reduziert die Verwendung eines einzelnen Magneten die Dicke des Stapels wesentlich.
  • Es soll auch angemerkt werden, dass ein Umkehren der Richtung des Magnetfelds dazu führt, dass die Richtung einer Zirkulation in dem optischen Zirkulator 100 umgekehrt wird. Dies bedeutet, dass Licht, das in die Öffnung 3 eintritt, nun durch die Öffnung 2 austritt und Licht, das in die Öffnung 2 eintritt, über die Öffnung 1 austritt. So stellt die vorliegende Erfindung außerdem einen umkehrbaren optischen Zirkulator bereit.
  • Es soll auch angemerkt werden, dass der optische Zirkulator 100 auch als ein optischer Schalter verwendet werden könnte. Wie von der Öffnung 2 zu sehen ist, leitet der optische Zirkulator 100 Licht abhängig von der Richtung des Magnetfelds, das an die Faraday-Dreher in dem optischen Zirkulator 100 angelegt ist, entweder zu der Öffnung 1 oder der Öffnung 3.
  • Während die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Spule zum Erzeugen des Magnetfelds eingesetzt haben, das durch die Faraday-Dreher gemeinschaftlich verwendet wird, sind weitere Verfahren zum Bereitstellen eines schaltbaren Magnetfelds für Fachleute auf dem Gebiet aus der obigen Beschreibung ersichtlich. Ausführungsbeispiele z. B., in denen der Magnetfelderzeuger ein Verriegelungsmaterial einsetzt, könnten bei der vorliegenden Erfindung ebenso verwendet werden. Bei derartigen Ausführungsbeispielen stellt ein Strompuls die Richtung einer Magnetisierung ein. Die Richtung bleibt die gleiche, bis ein weiterer Strompuls angelegt wird. Ähnlich könnte ebenso ein Permanentmagnet gemeinsam mit einer Vorrichtung zum Umdrehen der Richtung des Magnets ansprechend auf ein Steuersignal eingesetzt werden.
  • Wie oben angemerkt wurde, ist es von Vorteil, den Bereich von Eingangswellenlängen, über den der optische Zirkulator 100 funktioniert, zu maximieren. Da der optische Zirkulator 100 drei Stufen besitzt, ist der Grad an Isolation von der Öffnung 2 nach 1 ausreichend hoch, um es zu ermöglichen, dass ein Teil der Isolation aufgegeben werden kann, um einen breiteren Bereich von Isolation für Wellenlängen außerhalb der Entwurfswellenlänge zu erzielen. Der Kompromiss wird durch die Verwendung von Faraday-Drehern erzielt, die Licht um leicht unterschiedliche Winkel bei den Entwurfsfrequenzen, über die der optische Zirkulator arbeiten soll, drehen. Dies hat die Wirkung eines Verbreiterns des Isolationsansprechens als eine Funktion der Eingangswellenlänge, während das Übertragungsansprechen nur leicht vermindert wird.
  • Es wird darauf verwiesen, dass die obigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Polarisationsmischer, gefolgt durch einen Walk-Off-Kristall als die Eingangsstufe für die Öffnungen 1 und 3 verwendet haben. Wie aus 7C zu sehen ist, trennt diese Kombination von Elementen die beiden eingehenden Strahlen von den Öffnungen 1 und 3 in vier ausgehende Strahlen, die räumlich voneinander getrennt sind. Der erste bzw. der zweite ausgehende Strahl beinhalten die orthogonalen Polarisationskomponenten des ersten Eingangsstrahls und der zweite bzw. der dritte ausgehende Strahl beinhalten die orthogonalen Polarisationskomponenten des zweiten Eingangsstrahls. Während die Kombination eines Polarisationsmischers und eines Walk-Off-Kristalls das bevorzugte Ausführungsbeispiel für einen derartigen Strahlteiler ist, könnten auch andere Anordnungen von Kristallen eingesetzt werden, um die gleiche Trennung zu erzielen.
  • Verschiedene Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der vorstehenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden. Entsprechend soll die vorliegende Erfindung lediglich durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims (5)

  1. Ein optischer Zirkulator, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Öffnung; eine zweite Öffnung; eine dritte Öffnung; einen Strahlteiler, der mit der ersten und der dritten Öffnung verbunden ist, wobei der Strahlteiler einen Polarisationsmischer und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei der Polarisationsmischer zwischen der ersten und der dritten Öffnung auf einer Seite und dem Walk-Off-Kristall auf der anderen Seite platziert ist, wobei der Polarisationsmischer eine Mehrzahl von Walk-Off-Kristallen mit Walk-Off-Richtungen aufweist, die derart ausgesucht sind, dass eine erste und eine zweite orthogonale Polarisationskomponente des ersten Lichtstrahls, der in die erste Öffnung eintritt, mit einer ersten und einer zweiten orthogonalen Komponente des zweiten Lichtstrahls kombiniert werden, der in die dritte Öffnung eintritt, derart, dass ein dritter und ein vierter voneinander beabstandeter Lichtstrahl erzeugt werden, wobei der dritte Lichtstrahl die erste orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die zweite orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist und der vierte Lichtstrahl die zweite orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die erste orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist, und eine Mehrzahl von Faraday-Stufen, die eine erste Faraday-Stufe und eine letzte Faraday-Stufe umfassen, wobei die Faraday-Stufen in Serie angeordnet sind, wobei die erste Faraday-Stufe Licht von dem Strahlteiler empfängt und die letzte Faraday-Stufe so positioniert ist, um Licht an die zweite Öffnung zu liefern, wobei jede Faraday-Stufe einen Faraday-Dreher und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei jeder Faraday-Dreher durch eine Richtung einer Drehung gekennzeichnet ist und jeder Walk-Off-Kristall durch eine Walk-Off-Richtung gekennzeichnet ist, und wobei die zweite Öffnung und die Walk-Off-Richtungen und Richtungen einer Drehung der Faraday-Stufen derart ausgewählt sind, dass Licht, das in die erste Öffnung eintritt, die zweite Öffnung verlässt, Licht, das in die zweite Öffnung eintritt, die dritte Öffnung verlässt und Licht, das in die dritte Öffnung eintritt, daran gehindert wird, aus der ersten und der zweiten Öffnung auszutreten, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator einen gemeinsamen Magnetfelderzeuger aufweist, der ein Magnetfeld bereitstellt, das gemeinschaftlich durch alle Faraday-Dreher verwendet wird.
  2. Der optische Zirkulator gemäß Anspruch 1, bei dem der Magnetfelderzeuger die Richtung des Magnetfelds ansprechend auf ein Steuersignal einstellt.
  3. Ein optischer Zirkulator, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Öffnung; eine zweite Öffnung; eine dritte Öffnung; einen Strahlteiler, der mit der ersten und der dritten Öffnung verbunden ist, wobei der Strahlteiler einen Polarisationsmischer und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei der Polarisationsmischer eine Mehrzahl von Walk-Off-Kristallen mit Walk-Off-Richtungen aufweist, die derart ausgesucht sind, dass eine erste und eine zweite orthogonale Polarisationskomponente des ersten Lichtstrahls, der in die erste Öffnung eintritt, mit einer ersten und einer zweiten orthogonalen Komponente des zweiten Lichtstrahls kombiniert werden, der in die dritte Öffnung eintritt, derart, dass ein dritter und ein vierter voneinander beabstandeter Lichtstrahl erzeugt werden, wobei der dritte Lichtstrahl die erste orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die zweite orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist und der vierte Lichtstrahl die zweite orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die erste orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist, und eine Mehrzahl von Faraday-Stufen, die eine erste Faraday-Stufe und eine letzte Faraday-Stufe umfassen, wobei die Faraday-Stufen in Serie angeordnet sind, wobei die erste Faraday-Stufe Licht von dem Strahlteiler empfängt und die letzte Faraday-Stufe so positioniert ist, um Licht an die zweite Öffnung zu liefern, wobei jede Faraday-Stufe einen Faraday-Dreher und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei jeder Faraday-Dreher durch eine Richtung einer Drehung gekennzeichnet ist und jeder Walk-Off-Kristall durch eine Walk-Off-Richtung gekennzeichnet ist, und wobei die zweite Öffnung und die Walk-Off-Richtungen und Richtungen einer Drehung der Faraday-Stufen derart ausgewählt sind, dass Licht, das in die erste Öffnung eintritt, die zweite Öffnung verlässt, Licht, das in die zweite Öffnung eintritt, die dritte Öffnung verlässt und Licht, das in die dritte Öffnung eintritt, daran gehindert wird, aus der ersten und der zweiten Öffnung auszutreten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Faraday-Dreher den Polarisationsvektor von Licht, das denselben durchläuft, um einen Winkel dreht, der sich von dem Winkel unterscheidet, um den ein anderer der Faraday-Dreher den Polarisationsvektor von Licht, das durch den Faraday-Dreher läuft, dreht.
  4. Ein optischer Zirkulator, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Öffnung; eine zweite Öffnung; eine dritte Öffnung; einen Strahlteiler, der mit der ersten und der dritten Öffnung verbunden ist, wobei der Strahlteiler einen Polarisationsmischer und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei der Polarisationsmischer eine Mehrzahl von Walk-Off-Kristallen mit Walk-Off-Richtungen aufweist, die derart ausgesucht sind, dass eine erste und eine zweite orthogonale Polarisationskomponente des ersten Lichtstrahls, der in die erste Öffnung eintritt, mit einer ersten und einer zweiten orthogonalen Komponente des zweiten Lichtstrahls kombiniert werden, der in die dritte Öffnung eintritt, derart, dass ein dritter und ein vierter voneinander beabstandeter Lichtstrahl erzeugt werden, wobei der dritte Lichtstrahl die erste orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die zweite orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist und der vierte Lichtstrahl die zweite orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die erste orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist, und eine Mehrzahl von Faraday-Stufen, die eine erste Faraday-Stufe und eine letzte Faraday-Stufe umfassen, wobei die Faraday-Stufen in Serie angeordnet sind, wobei die erste Faraday-Stufe Licht von dem Strahlteiler empfängt und die letzte Faraday-Stufe so positioniert ist, um Licht an die zweite Öffnung zu liefern, wobei jede Faraday-Stufe einen Faraday-Dreher und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei jeder Faraday-Dreher durch eine Richtung einer Drehung gekennzeichnet ist und jeder Walk-Off-Kristall durch eine Walk-Off-Richtung gekennzeichnet ist, und wobei die zweite Öffnung und die Walk-Off-Richtungen und Richtungen einer Drehung der Faraday-Stufen derart ausgewählt sind, dass Licht, das in die erste Öffnung eintritt, die zweite Öffnung verlässt, Licht, das in die zweite Öffnung eintritt, die dritte Öffnung verlässt und Licht, das in die dritte Öffnung eintritt, daran gehindert wird, aus der ersten und der zweiten Öffnung auszutreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Faraday-Stufen größer als 2 ist.
  5. Ein optischer Zirkulator, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Öffnung; eine zweite Öffnung; eine dritte Öffnung; einen Strahlteiler, der mit der ersten und der dritten Öffnung verbunden ist, wobei der Strahlteiler einen Polarisationsmischer und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei der Polarisationsmischer eine Mehrzahl von Walk-Off-Kristallen mit Walk-Off-Richtungen aufweist, die derart ausgesucht sind, dass eine erste und eine zweite orthogonale Polarisationskomponente des ersten Lichtstrahls, der in die erste Öffnung eintritt, mit einer ersten und einer zweiten orthogonalen Komponente des zweiten Lichtstrahls kombiniert werden, der in die dritte Öffnung eintritt, derart, dass ein dritter und ein vierter voneinander beabstandeter Lichtstrahl erzeugt werden, wobei der dritte Lichtstrahl die erste orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die zweite orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist und der vierte Lichtstrahl die zweite orthogonale Komponente des ersten Lichtstrahls und die erste orthogonale Komponente des zweiten Lichtstrahls aufweist, und eine Mehrzahl von Faraday-Stufen, die eine erste Faraday-Stufe und eine letzte Faraday-Stufe umfassen, wobei die Faraday-Stufen in Serie angeordnet sind, wobei die erste Faraday-Stufe Licht von dem Strahlteiler empfängt und die letzte Faraday-Stufe so positioniert ist, um Licht an die zweite Öffnung zu liefern, wobei jede Faraday-Stufe einen Faraday-Dreher und einen Walk-Off-Kristall aufweist, wobei jeder Faraday-Dreher durch eine Richtung einer Drehung gekennzeichnet ist und jeder Walk-Off-Kristall durch eine Walk-Off-Richtung gekennzeichnet ist, und wobei die zweite Öffnung und die Walk-Off-Richtungen und Richtungen einer Drehung der Faraday-Stufen derart ausgewählt sind, dass Licht, das in die erste Öffnung eintritt, die zweite Öffnung verlässt, Licht, das in die zweite Öffnung eintritt, die dritte Öffnung verlässt und Licht, das in die dritte Öffnung eintritt, daran gehindert wird, aus der ersten und der zweiten Öffnung auszutreten, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator ferner einen Differenzzeitverzögerungskristall aufweist, der derart angeordnet ist, dass die optischen Wege, die durch die erste und die zweite orthogonale Polarisationskomponente des ersten Lichtsignals durchlaufen werden, beim Durchqueren des optischen Zirkulators abgeglichen werden, um die zweite Öffnung zu erreichen.
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