WO2005125059A1

WO2005125059A1 - Einrichtung und verfahren zur übertragung von lichtsignalen in lichtwellenleitern

Info

Publication number: WO2005125059A1
Application number: PCT/DE2004/002734
Authority: WO
Inventors: Reiner Thiele; Wolf-Stefan Benedix; Ralf Nette
Original assignee: Hochschule Zittau/gorlitz (fh)
Current assignee: Hochschule Zittau/gorlitz (fh)
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2006-12-15
Also published as: EP1759473A1; DE112004002889B4; DE112004002889A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern, enthaltend eine Laserdiode als Sender von Transversalwellen und einen Empfänger, der mit der Laserdiode zumindest über einen Lichtwellenleiter in Verbindung steht, wobei die Transversalwellen eine elektrische und magnetische Feldstärke sowie eine magnetische Flussdichte, eine Leitungsstromdichte und eine elektrische Verschiebungsflussdichte D aufweisen und in Form von ebenen Wellen von der Laserdiode zum Empfänger geführt sind. Es sollen polarisationsabhängige Effekte, wie schwankende Polarisation, polarisationsabhängige Dämpfung und Polarisationsmodendispersion weitgehend vermieden werden. Die Lösung besteht darin, dass sendeseitig an die Laserdiode (2) nachfolgend ein kurzer isotroper erster Lichtwellenleiter (4) mit einer Dielektrizitätskonstanten ϵ1, einer absoluten Permeabilität µ0 und einer Leitfähigkeit k 0 (gegen Null) planparallel angeschlossen ist, wobei der erste Lichtwellenleiter (4) unter einem einstellbaren Winkel φ schräg an einen nachfolgenden Lichtwellenleiter (6, 6') mittels einer Einkoppelstelle (5) angekoppelt ist, wobei empfangsseitig ein Analysator (7) zur Trennung der der Längsachse (19) des Empfängers (3) parallel gerichteten, übertragenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte DZ aus dem Gesamtfeld DX,DY,DZ der Transversalwelle heraus vorhanden ist, wobei die Richtung der parallel gerichteten Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D einer bestimmten Koordinate eines festgelegten x,y,z-Koordinatensystem (8) entspricht.

Description

Einrichtung und Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern, enthaltend eine Laserdiode als Sender von Transversalwellen und einen zu- gehörigen Empfänger, der mit der Laserdiode zumindest über einen Lichtwellenleiter in Verbindung steht, wobei die Transversalwellen eine elektrische und magnetische Feldstärke sowie eine magnetische Flussdichte, eine Le tungsstromdichte und eine elektrische Verschiebungsflussdiσhte D aufweisen und in Form von ebenen Wellen von der Laserdiode zum Empfänger geführt sind. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Übertragung von optischen Nachrichten mit hohen Bitraten auf vorgegebenen Übertragungsstrecken.

Optische Lichtwellenleiter gewinnen gegenwärtig für die Datenübertragung große Bedeutung. Elektrische Leitungen haben für die Datenübertragung einige ungünstige Eigenschaften, deshalb sind elektrischen Signalen Grenzen hinsichtlich der Bandbreite und Amplitude gesetzt. Außerdem sind elektrische Leitungen emp- findlich gegenüber störender Einstrahlung. Um dennoch große Distanzen zu überwinden, benötigt man alle 1 bis 5 km einen Verstärker.

Die Lichtwellenleiter erfüllen den Bedarf an einem idealen Übertragungsmedium, das bei sehr hohen Frequenzen vertretbare Dämpfungswerte besitzt, besser.

Die Dispersion ist bei Übertragung optischer Signale jedoch ein limitierender Faktor.

Auf herkömmlichen Ubertragungsstrecken mit Lichtwellenleitern treten polarisationsabhängige Effekte auf, insbesondere die Polarisationsmodendispersion, die bei langen Übertragungsstrecken zur Verbreiterung des empfangsseitigen Signalimpulses führt und somit im Empfangsbereiσh die Bitfehlerrate unzulässig vergrößert.

Bei der Polarisationmodendispersion (PMD) entsteht die Dispersion des Lichtes durch die unterschiedlich© Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in verschiedenen x-,y-,z- Polarisationsebenen. Ein einzelner Lichtimpuls im Lichtwellen- leiter hat optische Anteile in allen Polarisationsebenen. Bewegt sich der Lichtimpuls innerhalb des Lichtwellenleiters fort, so kommen die unterschiedlichen polarisierten Anteile mit einem Zeitversatz am Empfänger an. Der Lichtimpuls wird breiter und lässt sich vom Empfänger nicht mehr genau detektieren.

Durch die Doppelbrechung der Lichtwellenleiter sind lineare, elliptische und zirkuläre Polarisationsmoden möglich.

Die statistisch schwankende Polarisation in anisotropen Lichtwellenleitern führt bei paralleler Anregung des Lichtwellenlei- ters zur polarisationsabhängigen Dämpfung und zur Polarisationsmodendispersion der sich ausbreitenden Polarisationsmoden. Dadurch entstehen im Empfänger Bitfehler bei einer Impulsübertragung, die sich bei herkömmlichen Übertragungsverfahren nur mit großem technischem Aufwand eliminieren lassen.

In herkömmlichen Ubertragungsverfahren wird die Verringerung der Bitfehler bezüglich der polarisationsabhängigen Dämpfung durch aufwendige Polarisationsmehrfachempfänger mit bezüglich der Polarisationsmodendispersion verwendetem Laufzeitglied zur konstanten Verzögerung des schnellen Polarisationsmodes gelöst.

Da aber die differenzielle Gruppenlaufzeit statistisch schwankt, und zwar zeitlich als auch mit der Frequenz, kann durch eine konstante oder auch bezüglich eines Festwertes va- riable Einstellung der Verzögerungszeit niemals die zeitgleiche Überlagerung der Impulse, die in den Polarisationsmoden laufen, erfolgen, die notwendig wäre, um Bitfehler zu vermeiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrich- tung und ein Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in

Lichtwellenleitern anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass polarisationsabhängige Effekte, wie schwankende Polarisation, polarisationsabhängige Dämpfung und Polarisationsmodendispersion weitgehend vermieden werden können.

Die Aufgabe der Erfindung wird mittels der Merkmale der Patent- anspüche 1 und 20 gelöst. In der Einrichtung zur Übertragung von Lichtsignalen in Liσhtwellenleitern, enthaltend eine Laserdiode als Sender von Transversalwellen und einen zugehörigen Empfänger, der mit der Laserdiode zumindest über einen Licht- Wellenleiter in Verbindung steht, wobei die Transversalwellen eine elektrische und magnetische Feldstärke sowie eine magnetische Flussdichte, eine Leitungsstromdichte und eine elektrische

Verschiebungsflussdichte D aufweisen und in Form von ebenen

Wellen von der Laserdiode zum Empfänger geführt sind, ist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 sendeseitig an die Laserdiode nachfolgend ein kurzer isotroper erster Lichtwellenleiter mit einer Dielektrizitätskonstanten ε_{l r} einer absoluten Permeabilität μ₀ und einer Leitfähigkeit Ä^*-»0 (gegen Null) planparallel angeschlossen, wobei der erste Lichtwellenleiter unter einem einstellbaren Winkel φ schräg an einen nachfolgenden Lichtwellenleiter mittels einer Einkoppelstelle angekoppelt ist und wobei empfangsseitig ein Analysator zur Trennung der der Längsachse des Empfängers parallel gerichteten, übertragenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z aus dem Gesamtfeld D_κ,D_y,D_z der Transversalwelle heraus vorhanden ist, wobei die Richtung der parallel gerichteten Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D einer bestimmten Koordinate eines festgelegten x,y,z-Koordinatensystem entspricht. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist letztlich nur eine einzige ausgewählte Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D des vorgegebenen x,y,z-Koordinatensystems, insbesondere die z-Komponente D_z auf, die für die Signalauswertung genutzt wird.

Die ausgewählte Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte ist die Komponente, die in Längsachse des Empfängers definiert ausgewiesen ist. Ist z.B. die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z als diejenige vorgesehen, die mit der Längsachse des Empfängers und der Ausbreitungsrichtung der Transversalwelle konform geht, dann wird die z-Komponente D_z unverändert bleiben und die beiden anderen ,y-Komponenten D_x/D_y werden in der erfindungsgemäßen Einrichtung eliminiert.

In dem Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender eine Laserdiode ist, die Lichtsignale aussendet und mindestens zwei der x-,y-,z-Komponenten von Polarisationsmoden aufweist, mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung sind gemäß dem Kennzeichenteil des Anspruchs 20 folgende Schritte vorgesehen:

Festlegung der zur Längsachse des Empfängers konformen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdiσhte gemäß einem vorgegebenem Koordinatensystem, - Herausfiltern/Eliminieren der von der vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte richtungsmäßig abweichenden Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte aus dem zu übertragenden Lichtsignal, Aufnehmen der verbleibenden vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte vom Empfänger, Auswertung der vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte durch einen zugeordneten Einkoordina- ten-Komponenten-Analysator.

In dem Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern sind des Weiteren folgende Schritte vorhanden, die sich insbesondere auf die vorgegebene z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z beziehen:

Erzeugung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungs- flussdichte D_z über eine geschrägte Einkoppelstelle im Eingangsteil der Einrichtung,

Übertragung der x-Komponente der Feldstärke unabhängig von der y-Komponente und der z-Komponente durch eine Diagonali- sierung des Dielektrizitätstensors ε_∑ eines anisotropen Lichtwellenleiters,

Eliminierung der x- und y-Komponenten im z-Komponenten- Analysator am Ausgang der Übertragungsstrecke, Wandlung der polarisationsabhängigen Dämpfungsanteile der y- Komponente in eine gewöhnliche Dämpfung für die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z, die mit mindestens einem optischen Verstärker zwischen dem Eingangsteil und einem Ausgangsteil ausgeglichen werden, und Wandlung der Polarisationsmodendispersion in einem Anteil der chromatischen Dispersion für die z-Komponente der elek- trischen Verschiebungsflussdichte O_z .

Wahlweise kann mit einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter, das zwischen dem Eingang des z-Komponenten-Analysators und des Empfängers angeordnet ist, eine Kompensation der chromatischen Dispersion erfolgen. Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass vorhandene bzw. bereits verlegte anisotrope Lichtwellenleiter durch Beschaltung auf der Sende- und Empfangsseite mit den erfindungsgemäßen Baugruppen bis zu hohen Bitraten und zwar bei kleiner Bitfehler- Wahrscheinlichkeit weiterhin genutzt werden können.

Die Erfindung ermöglicht es, dass die Einrichtung sich mit den zurzeit verfügbaren Bauelementen und Technologien realisieren lässt.

Weiterbildungen und spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen

Einrichtung zur Übertragung von Lichtsignalen in einem Lichtwellenleiter im Längsschnitt in Fig.la und eines vorgegebenen x,y,z-Koordinatensystems in Fig.lb,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Eingangsteils der

Einrichtung mit einer Schweißverbindung an der Einkop- pelstelle für eine schräge Anregung nach Fig.la mit aufklappbarer Kombination von Laserdiode und Lichtwellenleiterstück zum weitergeführten Lichtwellenleiter,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ξingangsteils der

Einrichtung mit einer Liσhtwellenleiter-Verbindung für die schräge Anregung und mit einem im Spalt der Einkoppelstelle eingebrachten Immersionsöl nach Fig.la, Fig. 4 einen Schematischen Aufbau eines z-Komponenten-

Analysators nach dem x,y,z-Koordinatensystem in Fig. lb,

Fig. 5 einen Schematischen Aufbau des z-Komponenten-

Analysators mit einem y-Polarisator und einem x- Polarisator,

Fig. 6 einen Empfänger in der Form einer Ring-Photo-Diod ,

Fig. 7 schematische Darstellungen eines reflexionsfreien z-Komponenten-Analysators in Fig.7a, eines vorgegebenen x,y,z-Koordinatensystems in Fig.7b, einer Aus-

breitungsriσhtung des Wellenvektors #ι zur z-

Koordinate, einer Ausbreitungsrichtung des Wellenvek¬

tors k_" zur z-Koordinate in Fig.7d und einer Ausbrei¬

tungsrichtung des Wellenvektors k₄ zur z-Koordinate in Fig.7e,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Beschaltung eines anisotropen Medium zwischen zwei isotropen Medien in Bereichen von Grenzschichten,

Fig. 9 eine Schematische Darstellung einer unitären Transformation mit optischen Kopplern und eines zugehörigen Signal lussdiagramms ,

Fig. 10 eine sσhematische Darstellung eines y-Polarisators zur Trennung der Feldstärke auf der Ξingangsseite in Fig. 10a, wobei Fig. 10b ein vorgegebenes x,y,z-Koordinatensystem mit einer Komponentenaufteilung darstellt,

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Polarisations- Strahlteilers zur Trennung der Feldstärke auf der Ausgangsseite in Fig.11a, wobei Fig.11b ein vorgegebenes x,y,z-Koordinatensystem mit einer Komponentenaufteilung darstellt,

Fig. 12 eine Darstellung der Eingangsseite mit dem Zusammenfügen der Feldstärkekomponenten und

Fig. 13 eine Darstellung der Ausgangsseite mit dem Zusammenfügen der Feldstärkekomponenten.

Für die funktionstragenden gleichen Teile der Einrichtung werden die Bezugszeichen im Wesentlichen durchgängig beibehalten. Im Folgenden werden die Fig.l und die Fig.2 gemeinsam betrachtet. In Fig.l, insbesondere in Fig.la ist eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 im Längsschnitt schematisch dargestellt, die eine Monomode-Laserdiode 2 als Sender von transversalen Wellen und einen Empfänger 3 enthält, wobei sich an die Laserdiode 2 ein erster Lichtwellenleiter 4 plan und ein zweiter Lichtwellenlei- ter 6 anschließen, wobei die Laserdiode 2 und der erste Lichtwellenleiter 4 einen im Leiterquerschnitt aufgeklappten, mit einem optischen Material gefüllten Spalt 5 als Einkoppelstelle, schräg abgewinkelt auf den nachfolgend zweiten Lichtwellenleiter 6 treffend, bilden, wobei der Spalt 5 aus einer planen Aus- trittsflache 51 des ersten Lichtwellenleiters 4 und aus einer planen Eintrittsfläche 52 des zweiten Lichtwellenleiters 6, die einen Winkel φ bilden, dessen Schnittlinie 53 sich im Mantelbereich der beiden Lichtwellenleiter 4 und 6 befindet, besteht. Die Lichtwellenleiter 4,6; bestehen im Wesentlichen aus einem Liσhtwellenleiter-Kern 41 bzw. 61 und einem Lichtwellenleiter- Mantel 42,62, wobei der Lichtwellenleiter-Kern 41 die Dielektrizitätskonstante εi undi der Liσhtwellenleiter-Kern 61 die Dielektrizitätskonstante ε aufweisen. Die Kombination der Laserdiode 2 und des ersten Liσhtwellenleiters 4 einschließlich der aufgeklappten Einkoppelstelle 5 zum zweiten Lichtwellenlei- ter 6 weist nur eine geringe Länge auf. Die Lichtwellenleiter

! 4,6 haben auch eine absolute Permeabilität μ₀ und eine Leitfähigkeit ÄΓ-»0 (gegen Null) ;

Der Empfänger 3 ist plan an den zweiten Lichtwellenleiter 6 an- geschlossen, wobei der Empfänger 3 einen Kern 31 mit einer Dielektrizitätskonstante 8χ, die gleich der Dielektrizitätskonstanten ε_x des ersten Lichtwellenleiters 4 ist, aufweist. Der Empfängermantel 32 besteht aus einem das Lichtsignal aufnehmenden Empfängermaterial und, weist endseitig als Abschluss eine plane elektrisch leitende Schicht 9 auf, die den Empfängerkern 31 ebenfalls abschließt. Zwischen dem Eingangsteil 20 und dem Ausgangsteil 22 befinden sich in einem Ubertragungsstreσkenteil 63 mindestens ein optischer Verstärker und mindestens ein Fa- ser-Bragg-Gitter (beide nicht eingezeichnet) .

Die Fig.lb zeigt das vorgegebene x,y,z-Koordinatensystem 8, das zur Beschreibung der Einrichtung 1 derart festgelegt ist, dass die z-Koordinate im x,y,z-Koordinatensystem 8 mit der Längsachse 19 des Empfängers 3 gleichgerichtet ist. Bei einer anderen Festlegung der xyz-Richtungen des x,y,z-Koordinatensystems 8 kann auch die x-Koordinate oder die y-Koordinate anstelle der z-Koordinate der Längsachse 19 gleichgerichtet sein.

Im Folgenden spielt die z-Koordinate und die z-Komponente der elektrischen Versσhiebungsflussdiσhte D₂ die herausragende Rolle.

In Fig.2 ist ein der Fig. la ähnliches Ξingangsteil 20 der Einrichtung 1 gezeigt, wobei die aus der planen Austrittsfläche 51 und der planen Eintrittsfläche 52 bestehende offene Spalt 5 durch eine Schweißverbindung 21 zu der Einkoppelstelle fest geschlossen ist, wobei ein kontinuierlicher Kernübergang und ein kontinuierlicher Mantelübergang mit einer mittigen äußeren Kantenlinie 56 zwischen dem ersten Lichtwellenleiter 4 und einem zweiten Lichtwellenleiter 6' mittels eines Verschweißungsvor- gangs herbeigeführt sind. Abweichend von Fig. la besitzen beide Lichtwellenleiter 4,6' die gleiche Dielektrizitätskonstante 8χ sowie eine absolute Permeabilität μo und eine Leitfähigkeit κ"-»0 (gegen Null). Auch die Schweißverbindung 21 weist den gleichen Wert der Dielektrizitätskonstanten εi auf. Mit dem festen Verschluss des aufgeklappten Spalts 5 wird eine optische Verbindung in Form eine schrägen Anregung innerhalb des Eingangsteils 20 erzeugt.

In Fig.3 ist ein der Fig.la ähnliches weiteres Ξingangsteil 20 der Einrichtung 1 gezeigt, wobei die aus der planen Austritts- fläche 51 und der abgewinkelten planen Ξintrittsflache 52 bestehende offene Spalt 5 durch Einbringen von Immersionsöl 17 zu einer flexiblen Einkoppelstelle geschlossen ist, wobei die Ein- koppelstelle 5 eine im Mantelbereich 54 bewegliche Stelle aufweist, und der Winkel φ zwischen der Austritts lache 51 und die Ξintritts lache 52 veränderbar ist. Die Laserdiode 2 und der isotrope Lichtwellenleiter 4 im Eingangsteil 20 einerseits und der Eingang des zweiten isotropen Lichtwellenleiters 6' sowie des Empfängers 3 im Ausgangsteil 22 andererseits können jeweils für sich an zugehörige Halterungselemente (nicht eingezeichnet) befestigt sein, zwischen denen durch eine Verstelleinriσhtung

(nicht eingezeichnet) der Winkel φ einstellbar ist.

In Fig.4 enthält das Ausgangsteil 22 den z-Komponente - Analysator 7, der an den dritten Lichtwellenleiter 6' derart homogen angeschlossen ist, dass sich der Kern 41 mit der Dielektrizitätskonstanten εi als Fortsatz 33 fortsetzt und der Empfängermantel 32 ein l chtwellenaufnehmendes Material darstellt, wobei am Leiterabschluss endseitig eine ideal elek- trisch leitende Schicht 9 angebracht ist, die als Endabdeckung sowohl den Fortsatz 33 als auch den Empfängermantel 32 mit einer Grenzfläche 16 abschließt. Der Fortsatz 33 des Kerns 41 mit der Dielektrizitätskonstanten εi des dritten Liσhtwellenleiters 6' dient als Kern mit der Dielektrizitätskonstanten εi als um- gebende und halternde Auflage für den Empfängermantel 32 des Empfängers 3.

In Fig.5 ist in einer sσhematischen Darstellung ein alternativer z-Komponenten-Analysator 7 dargestellt, der aus dem Empfän- ger 3 mit dem den Fortsatz 33 umgebenden Empfängermantel 32, dem dritten Lichtwellenleiter 6' mit der Dielektrizitätskonstanten εi als Anschluss-Lichtwellenleiter, einem y-Polarisator 18 und einem x-Polarisator 13 besteht. Der Empfänger 3 weist nach dem endseitigen Fortsatz 33 den vorzugsweise dünnen x- Polarisator 13 auf. Auch die Anschluss-Lichtwellenleiter 6 ' , 6 ' ' weisen folgende Eigenschaften auf: Die gleiche Dielektrizitäts- konstante εi sowie eine absolute Permeabilität μo und eine Leitfähigkeit ÄΓ-»0 (gegen Null) .

In Fig.6 ist der Empfänger 3 in Form einer Ring-Photodiode ausgebildet, die den Fortsatz 33 als weitergeführten Kern des Lichtwellenleiters 6 mit der Dielektrizitätskonstanten εi anstelle des eigentlich zugehörigen Lichtwellenleitermantels 42 umgibt. Am Ende der Ring-Photodiode 3 ist die Schicht 9 angebracht, die als ideal elektrisch leitend ausgebildet ist.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Ξinrichtung 1 anhand der Fig.l bis Fig.6 beschrieben.

Bei der Ξinrichtung 1 zur Übertragung von Lichtsignalen in den Lichtwellenleitern 4,6' für hohe Bitraten findet die Monomode- Laserdiode 2 nach Fig.l Verwendung, die eine transversale Lichtwelle liefert. Die transversale Lichtwelle wird mit dem ersten isotropen Mono ode-Lichtwellenleiter 4, der vorzugsweise für eine schwache Führung der Lichtwelle ausgelegt ist, an die geschweißte schräge Einkoppelstelle 5 geleitet und unter dem Winkel φ in den nachfolgenden anisotropen zweiten Monomode- Lichtwellenleiter 6 entsprechend Fig.2 oder in den nachfolgenden isotropen dritten Monomode-Lichtwellenleiter 6' entsprechend Fig.3 eingekoppelt. Dabei entsteht neben der x-Komponente und der y-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y auch deren z-Komponente D_a, die am x,y,z-Koordinatensystem 8 in Fig.lb orientiert sind.

Die x-,y-,z-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y,D_z werden nach Fig.l in Richtung zum Empfänger 3 übertragen. Dabei erfahren die x-Komponente und die y- Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y un- terschiedliche Dämpfungen und Verzögerungen durch die Eigenschaften des zweiten Monomode-Lichtwellenleiters 6 bzw. des dritten und des vierten Monomode-Lichtwellenleiters 6' , 6' ' .

Durch die Verminderung der x- und y-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y im Empfänger 3 auf den Betrag Null mit D_x=0,Dy=0, entsteht z.B. für einen als logische Eins gesendeten Impuls eine Eins am Empfänger 3. Bei Nichtbeseitigung der x- und y-Komponenten entstehen z.B. für einen als logische Eins gesendeten Lichtimpuls zeitlich nacheinander zwei Lichtimpulse als logische Eins oder bei großen unterschiedlichen Verzögerungen der Polarisationsmoden sogar das Bitmuster „1-0-1" in der angegebenen zeitlichen Reihenfolge.

Die so entstehenden Bitfehler sind nur vermeidbar, wenn in dem so bezeichneten z-Komponenten-Analysator 7 nach Fig.4 oder Fig.5 die x- und die y-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_κ,D_y den Betrag Null erhalten, entweder durch eine ideal elektrisch leitende Schicht 9 oder durch eine Hintereinanderschaltung eines y-Polarisator 18 und eines x- Polarisators 13 und mit einer verschwindenden resultierenden Jones-Matrix J, die Bestandteile des z-Komponenten-Analysators 7 sind.

Die verbleibende z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z breitet sich entsprechend der Transversalwellen- bedingung in orthogonaler Richtung zur Längsachse 19 entsprechend des x,y,z-Koordinatensystems 8 nach Fig.l aus und kann mit der erfindungsgemäßen Ring-Photodiode 3 nach Fig.6 empfangen werden. In Zusammenfassung der Fig.l bis Fig.6 wird in der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 somit das Lichtsignal als eine elektromagnetische Transversalwelle mit einer elektrischen und magneti- sehen Feldstärke sowie der magnetischen Flussdichte, Leitungs- stromdiσhte und elektrischen Verschiebungsflussdichte D definiert. Die Transversalwelle ist in Form einer ebenen Welle für die nach der Laserdiode 2 folgenden durchstrahlten Baugruppen gemäß Fig.l ausgebildet. An der Laserdiode 2 ist ein kurzer isotroper Lichtwellenleiter

4 mit der Dielektrizitätskonstanten ε_lf der absoluten Permeabilität μ₀ und der Leitfähigkeit K — > 0 planparallel mit seiner Stirnfläche 55 angeschlossen. Das Ende des ersten Lichtwellenleiters 4 als Austrittsfläche 51 ist schräg unter dem Winkel an dem nachfolgenden isotropen oder anisotropen Lichtwellenleiter 6,6' zur Übertragung der Lichtwelle zum Empfänger 3 angeschweißt oder die entstandene klap- penspaltige Ξinkoppelstelle 5 mit Immersionsöl 17 gefüllt und mantelseitig beweglich verbunden. Die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z aus der y' -Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte der Transversalwelle der Laserdiode 2 gemäß dem in Fig. lb dargestellten Koordinatensystems 8 wird unter der Voraussetzung, dass die Transversalwelle der Laserdiode 2 nicht in x-Richtung polarisiert ist, erzeugt, übertragen und empfangen.

In dem z-Komponenten-Analysator 7 innerhalb des Ausgangsteils 22 gemäß der Fig.l und Fig.4 wird sich von den empfangenen x- und y-Komponenten getrennt, indem die x- und y-Komponente der elektrischen Feldstärke E_X,E_Y kurzgeschlossen werden. Der z-Komponenten-Analysator 7 gemäß Fig.5 ist aus dem Anschluss-Lichtwellenleiter 6', dem dünnen y-Polarisator 18, dem Anschluss-Lichtwellenleiter 6' und dem dünnen x-Polarisator 13 aufgebaut, wobei der x-Polarisator 13 nur die x-Komponente D_x durchläset und die y-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte Dy sperrt. An den x-Polarisator 13 ist ein Liσht- Wellenleiter 6' angeschlossen, auf dem, wie in Fig.6 gezeigt ist, die Ring-Photodiode 3 sitzt zum Empfang im Winkelbereich von 0° bis 360° des Winkels, den der Ortsvektor mit der x-Achse auf der kreisförmigen Lichtwellenleiter-Querschnittsfläσhe des Anschluss-Lichtwellenleiters 6' bildet. Die Wirkungen polarisationsabhängiger Effekte, wie sie bei den optischen Ubertragungsstrecken mit paralleler Anregung auftreten, sind hier somit unterdrückt.

Bei einer Favorisierung der z-Komponente der elektrischen Ver- schiebungsflussdichte D_z wird die Übertragung von Lichtsignalen auf eine Übertragung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z und deren Auswertung mittels des empfängerseitigen z-Komponenten-Analysators 7 reduziert.

In Fig.7, insbesondere in Fig.7a ist in einer weiteren Schem - tisσhen Darstellung ein reflexionsfreier z-Komponenten- Analysator 70 gezeigt, der einen y-Polarisator 18, einen Anschluss-Lichtwellenleiter 71, eine Ring-Photodiode 3 und ab- schlussseitig einen optischen Isolator 9' oder die ideal elek- trisch leitende Schicht 9 enthält, wobei sich vor dem y- Polarisator 18 ein Lichtwellenleiter 72, der eine innere Brechzahl ni und einen Kerndurchmesser 2r_L aufweist, befindet. Der y- Polarisator 18 weist die Brechzahlen n_x,n_y,n_z in den zugehörigen x,y,z-Koordinaten auf. Der Anschluss-Lichtwellenleiter 71 hat die Brechzahl n₃ und ebenfalls einen Kerndurchmesser 2r_L. Der Empfänger 3 enthält einen Kern mit der Brechzahl n₄ sowie einen Kerndurchmesser 2r_L. Das Sendesignal λ₀ wird im Lichtwellenleiter 72 geführt und das Empfangssignal λ_z wird von der Ring-Photodiode 3 aufgenommen. In der zugehörigen Fig.7b ist ein vorgegebenes x,y,z- Koordinatensystem, in der Fig.7c ist eine Ausbreitungsrichtung

des Wellenvektors &ι zur z-Koordinate, in der Fig.7d ist eine

Ausbreitungsriσhtung des Wellenvektors k₃ zur z-Koordinate und in der Fig.7e ist eine Ausbreitungsrichtung des Wellenvektors

Λ zur z-Koordinate gezeigt.

Der z-Komponenten-Analysator 70 hat die Aufgabe, die Elimination der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D₂ aus dem Gesamtfeld D_x,D_y,D_z herbeizuführen und die x- und y- Komponente der elektrischen Feldstärke E_x,E_y am Ausgang des isotropen oder anisotropen fünften Lichtwellenleiters 72 derart zu unterdrücken, dass die Übertragung nur mit der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z realisiert wird und so polarisationsabhängige Effekte, die zu Bitfehlern im Empfänger 3 führen, vermieden werden.

In Fig.8 ist in einer schematischen Darstellung eine Beschaltung eines anisotropen Mediums 81 zwischen zwei isotropen Medien 80,82 gezeigt. Dabei besteht eine Zusammenführung eines ersten isotropen Mediums 80, eines anisotropen Mediums 81 und ei- nes zweiten isotropen Mediums 82. Zwischen den Medien 80,81 und 81,82 sind die Grenzschichten 83 bzw. 84 vorhanden.

Durch die erfindungsgemäße Zusammenschaltung der dielektrischen Grenzschichten 83,84 werden die x- ,y-Komponenten D_x,D_y unter- drückt. Dabei erfolgt eine Ausnutzung der Eigenschaften isotroper bzw. anisotroper dielektrischer Grenzschichten 83,84, wie in Fig.8 gezeigt ist, derart, dass die Richtung des Wellenvektors der x-Komponente der elektrischen Feldstärke so beein- flusst wird, dass sie orthogonal zur z-Richtung ist. Ebenso wird die Richtung des Wellenvektors der y' -Komponente, die sich aus y- und z-Komponente zusammensetzt, so beeinflusst, dass die y-Komponente verschwindet und nur noch die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z übrig bleibt. Die wesentlichen und zusätzlichen Vorteile des z-Komponenten- Analysator 70 bestehen darin, dass endliche Brechzahlen bzw. Hauptbrechzahlen durch die nachfolgend aufgezeigten Dimensionierungsbedingungen eingestellt werden können und - Freiheitsgrade in den Dimensionierungsbedingungen vorhanden sind, die z.B. dazu genutzt werden können, um die Brechzahl n₄ des innerhalb der Ring-Photodiode 3 liegenden Kernmediums des Fortsatzes 33 so zu wählen, dass keine Reflexionen an der Eingangsseite der Ring-Photodiode 3 auftreten und - die Anordnung des z-Komponenten-Analysators 70 durch die Einstellung des genauen Winkels φ des schrägen Klappspalts an der Einkoppelstelle 5 vor der Ξingangsseite des z- Komponenten-Analysators 70 abgleichbar ist.

Ξine Sσhaltungsanordnung eines zweiten z-Komponenten- Analysators 70 zur Auswertung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z weist im Wesentlichen die folgende Funktionsweise auf:

Das Sendesignal 75 wird, wie in Fig.7 gezeigt ist, als Lichtsignal in Form einer elektromagnetischen Transversalwelle mit ei- ner elektrischen und magnetischen Feldstärke sowie der magnetischen Flussdichte und der elektrischen Verschiebungsflussdichte übertragen.

Das Sendesignal 75, das Empfangssignal 76 sowie das übertragene Signal werden als ebene Welle im x,y,z-Koordinatensystem 8 vorgegeben.

Das Sendesignal 75 mit der Betriebswellenlänge λ₀ wird über einen isotropen oder anisotropen fünften Lichtwellenleiter 72 an den Eingang des zweiten z-Komponenten-Analysators 70, wie in Fig.7a gezeigt ist, gelegt und breitet sich dort im fünften Lichtwellenleiter 72 mit dem Mantel 73 und dem Kern 74, wie in Fig.7c gezeigt ist, mit den Eigenschaften - Brechzahl ziχ und Kernradius r_L - unter dem Winkel ψι zur z-Koordinate mit dem

Wellenvektor k>_\ in Richtung zum y-Polarisator 18 aus.

Der y-Polarisator 18 besteht aus einem anisotropen Medium mit den Hauptbrechzahlen n_x,n_y,n_z für die x-,y-,z-Koordinatenrichtungen. Der zugehörige Dielektrizitätstensor ε₂ besitzt eine Diagonalform.

Die Brechzahlen des y-Polarisators 18 sowie der vor- und nachgelagerten isotropen Anschluss-Lichtwellenleiter 72,71 genügen den Gleichungen n_x = n_l - smφ_l

wobei sich die Winkelbedingung

einstellt und der Wellenvektor k_{3 r} wie in Fig. 7d gezeigt ist, die gleiche Richtung wie der Wellenvektor k_λ in Fig.7c besitzt. An dem ausgangsseitigen Anschluss-Lichtwellenleiter 71 des y- Polarisators 18 ist die Ring-Photodiode 3 mit innerem isotropen Medium der Brechzahl n₄ und dem Innenradius r_z zum Empfang der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z oder elektrischen Feldstärke Ξ_z mit der Dimensionierungsbedingung

«₄ ^~ n₃ -sin^₃ und damit mit einem sich einstellenden Winkel der Transversal¬

welle mit dem Wellenvektor ft₄ von φ ~ 90 , wie in Fig.7e gezeigt ist, angeschlossen. Für das Bogenmaß des Winkels ψi wird die Bedingung

im Lichtwellenleiter 72 zur Sicherung des Monomode-Betriebes der Ξinrichtung 1 festgelegt.

Wahlweise sind der optische Isolator 9' in die positive z- Richtung zur Vermeidung von einfallendem Fremdlicht auf die Ring-Photodiode 3 oder die ideal elektrisch leitende Schicht 9 reflexionsfrei angeschlossen.

Die Wirkung polarisationsabhängiger Ξffekte, wie sie bei optischen Übertragungsstrecken mit paralleler Anregung auftreten, ist hier erfindungsgemäß unterdrückt, weil die dafür zuständigen x- und y-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichten D_x,Dy Null sind und weil so Reflexionen innerhalb der Ring-Photodiode 3 vermieden werden.

Zur Erzeugung einer Schaltungsanordnung zur Transformation optischer Netzwerke auf Diagonalform liegt erfindungsgemäß ein optisches Netzwerk, z.B. als y-Polarisator 18 ausgebildet, mit einem anisotropen dielektrischen Medium 82 vor, das durch einen symmetrischen oder hermiteschen Dielektrizitätstensor ε₂ gemäß

definiert ist. Der Tensor ε₂ beschreibt den Zusammenhang zwischen der elektrischen Verschiebungsflussdichte D₂ und der elektrischen Feldstärke E₂ für ein vorausgesetztes homogenes Medium gemäß der Gleichung

£>₂ — ^ε2 ^&Ϊ als lineare Abbildung.

Das anisotrope Medium 81 wird mit den beiden vor- und nachgela- gerten isotropen Medien 80,82 mit den Dielektrizitätskonstanten S_\ und £₃ , wie in Fig. 8 gezeigt ist, beschältet.

Die entstehenden Grenzschichten 83,84 sind durch die Transferma- trizen T_ai (anisotrop-isotrop) und T_ia (isotrop-anisotrop) und die Übertragung vom Eingang zum Ausgang des anisotropen Mediums 81 durch die erweiterte Jones-Matrix J gemäß den Gleichungen

! out ~ $ &! in Eout ^~ & &1 out definiert.

In Fig.9 ist eine zugehörige Darstellung einer unitären Transformation mit optischen Kopplern gezeigt. Zur Diagonalisierung des Dielektrizitätstensors ε₂ werden die unitäre Transformationsmatrix A und eine zugehörige unitäre transponierte konjugiert komplexe Transformationsmatrix A' aus einem zugeordneten Eigenwertproblem bestimmt, wobei so ein nichtdiagonales Übertragungsproblem mit der Gleichung in ein diagonalisiertes Problem (Index d) mit den Gleichungen

^Ein = E_in

E_{% m} - E_{2 in} i out ~ ^ E_{2 out} ou_t - A E_out gemäß den Gleichungen

fid _ η d -rd ηπd

übergeht.

Wegen der Gleichung o_ut ⁼^ T_ia JT_aiA E_in braucht ein nichtdiagonalisiertes Netzwerk nur mit Schaltungsanordnungen, die die Transformationsmatrizen A und A' realisieren, vor und nach dem optischen Netzwerk beschaltet zu wer- den.

Ξine Schaltungsanordnung zur Realisierung der Matrix A besteht vorzugsweise aus polarisationserhaltenden optischen Kopplern, deren Signalflussdiagramm in Fig.9 gezeigt ist, die die Transformation bis auf einen konstanten Faktor realisiert. Die Schaltungsanordnung zur Realisierung der Matrix A' ergibt sich aus der Schaltungsanordnung der Matrix A durch Transponierung und Übergang zum anderen Vorzeichen in den Imaginärteilen d ^*ιj , wobei für die Transformationsmatrix A :

a v <1 a_f <1

gilt.

In Fig.10a ist ein y-Polarisator 18 zur Trennung der Feldstärke Ξ_x-,Ey' auf der Eingangsseite einschließlich eines x,y,z- Koordinatensystems mit Komponententeilung in Fig.10b gezeigt. Am Eingang des Gesamtnetzwerkes ist, wie in Fig.10a gemeinsam mit dem x,y,z-Koordinatensystem in Fig.10b gezeigt ist, der y-

Polarisator 18 vorgesehen, der die £,- Komponente des Eingangs-

Signals für das optische Netzwerk beseitigt, um einen konstanten Winkel φ der schrägen Anregung für die Ξinkoppelstelle 5 zu erhalten.

In Fig. 11a ist ein Polarisationsstrahlteuer 85 zur Trennung der Feldstärke Ξ_x ",Ξ_y- auf der Ausgangsseite einschließlich eines x,y,z-Koordinatensystems mit Komponententeilung in Fig.11b gezeigt. Die Trennung der Feldstärkekomponenten als Ξingangs- größen für die Schaltungsanordnungen zur Realisierung der Transformation auf der Ein- und Ausgangsseite des Polarisationsstrahlteilers 85 wird, wie in Fig.11a und gemeinsam mit dem Koordinatensystem in Fig.11b gezeigt ist, mit entsprechenden Zusammenschaltungen von Kopplerzweigen bzw. dem Polarisationsstrahlteiler 85 durchgeführt.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Zusammenfügens der Feldstärkenkoraponenten E_xir^Ξyi^Ξzin auf der Ξingangsseite und in Fig.13 ist eine chem ische Darstellung des Zusammenfügens der Feldstärkenkomponenten E^d _Xoιαt_rE^dyou,E^d ₂ou auf der Ausgangsseite gezeigt.

Das polarisationsrichtige Zusammenfügen der Feldstärkekomponen- ten nach den Transformationsschaltungen zur Realisierung der

Transformationsmatrizen A und A' wird durch Zusammenschaltung von Rotatoren und entsprechenden Kopplerzweigen, wie schematisch mittels der Matrix in Fig.12 für die Eingangsseite und der Fig.13 für die Ausgangsseite gezeigt ist, dargestellt.

Damit lässt sich die störende Polarisationsmodenkopplung beseitigen.

Bezugszeichenliste

1 Einrichtung 2 Laserdiode

3 Empfänger

4 erster Lichtwellenleiter

5 Einkoppelstelle

6 zweiter Lichtwellenleiter 6' dritter Lichtwellenleiter

6'' vierter Lichtwellenleiter

7 erster z-Komponenten-Analysator

8 x,y,z-Koordinatensystem

9 ideal elektrisch leitende Schicht 9' optischer Isolator

10 isotropes Medium Mantel des Lichtwellenleiters Kern des Lichtwellenleiters x-Polarisator Eingang der Einrichtung Ausgang der Einrichtung Grenzfläche Immersionsöl y-Polarisator Längsachse Eingangsteil Schweißverbindung Ausgangsteil mpfänger-Kern Empfänger-Mantel erster Lichtwellenleiter-Kern erster Lichtwellenleiter-Mantel Austrittsfläche Eintrittsfläche Schnittlinie Mantelbereich Stirnfläche Kantenlinie zweiter Lichtwellenleiter-Kern zweiter Lichtwellenleiter-Mantel Ubertragungsstreckenteil zweiter z-Komponenten-Analysator Anschluss-Lichtwellenleiter fünfter Lichtwellenleiter erstes isotropes Medium anisotropes Medium zweites isotropes Medium 83 erste Grenzschicht

84 zweite Grenzschicht φ Winkel x,y,z Koordinaten ε Dielektrizitätskonstante μ₀ Permeabilität

K Leitfähigkeit

D elektrische Verschiebungsflussdichte

E elektrische Feldstärke

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwel- lenleitern, enthaltend eine Laserdiode als Sender von Transversalwellen und einen zugehörigen Empfänger, der mit der Laserdiode zumindest über einen Lichtwellenleiter in Verbindung steht, wobei die Transversalwellen eine elektrische und magnetische Feldstärke sowie eine magnetische Flussdichte, eine Leitungsstromdichte und eine elektrische

Verschiebungsflussdichte D aufweisen und in Form von ebenen Wellen von der Laserdiode zum Empfänger geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig an die Laserdiode (2) nachfolgend ein kur- zer isotroper erster Lichtwellenleiter (4) mit einer Dielektrizitätskonstanten ε_{l r} einer absoluten Permeabilität μ₀ und einer Leitfähigkeit K -» 0 (gegen Null) planparallel angeschlossen ist, wobei der erste Lichtwellenleiter (4) unter einem einstellbaren Winkel φ schräg an einen nachfol- genden Lichtwellenleiter (6,6') mittels einer Einkoppelstelle (5) angekoppelt ist, wobei empfangsseitig ein Analysator (7) zur Trennung der der Längsachse (19) des Empfängers (3) parallel gerichteten, übertragenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z aus dem Gesamtfeld D_x,D_y,Dj₅ der Transversalwelle heraus vorhanden ist, wobei die Richtung der parallel gerichteten Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D einer bestimmten Koordinate eines festgelegten x,y,z-Koordinatensystem (8) entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene z-Koordinate des festgelegten x,y,z- Koordinatensystem (8) die Richtung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungflussdiσhte D_z bildet und der Analysator (7) als z-Komponenten-Analysator ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass im unmittelbar der Laserdiode (2) nachfolgenden Lichtwellenleiter (4) ein im Leiterquerschnitt aufgeklappter, mit einem optischen Material gefüllten Spalt (5) als Einkoppelstelle, schräg abgewinkelt auf den nachfolgenden Lichtwellenleiter (6) treffend, vorhanden ist, wobei der Spalt (5) aus einer planen Austrittsfläche (51) des ersten

Lichtwellenleiters (4) und aus einer planen Eintrittsfläche

(52) des zweiten Lichtwellenleiters (6) , die einen Winkel φ bilden, dessen Schnittlinie (53) sich im Mantelbereich der beiden Lichtwellenleiter (4,6) befindet, besteht und im Schnittlininienbereich mantelseitig beweglich verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsflache (51) des ersten Lichtwellenleiters (4) schräg unter dem Winkel φ an die Eintrittsfläche (52) des nachfolgenden isotropen oder anisotropen Lichtwellenleiters (6,6') zum Ξmpfänger (3) angeschweißt oder der entstandene Spalt mit Immersionsöl gefüllt und mantelseitig, bezogen auf die Änderung des Winkels φ, beweglich verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfängermantel (32) des Empfängers (3) aus einem das Lichtsignal aufnehmenden Empfängermaterial besteht und endseitig als Abschluss eine plane elektrisch leitende Schicht (9) aufweist, die den Empfängerkern (31) ebenfalls abschließt.

6. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Übertragungsstreckenteil (63) zwischen dem Eingangsteil (20) und dem Ausgangsteil (22) mindestens ein optischer Verstärker und mindestens ein Faser-Bragg- Gitter befinden.

7. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3) in Form einer Ring-Photodiode ausge- bildet ist, deren Empfängermantel einen Fortsatz (33) als weitergeführten Kern des Lichtwellensleiters (6) mit der Dielektrizitätskonstanten ε_x umgibt.

8. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der z-Komponenten-Analysator (7) aus einem Lichtwellenleiter (6'), einem dünnen y-Polarisator (18), einem Lichtwellenleiter (6'') und einem dünnen x-Polarisator (13) aufgebaut ist, wobei der x-Polarisator (13) nur die x- Komponente D_x durchläset und die y-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_γ sperrt, wobei dem x- Polarisator (13) der Lichtwellenleiter (6'') vorgeschaltet ist, auf dem als Empfänger (3) eine Ring-Photodiode zum Empfang im Winkelbereich von 0° bis 360° des Winkels, den der Ortsvektor mit der x-Achse auf der kreisförmigen Lichtwellenleiter-Querschnittsfläche des Lichtwellenleiters (6'') bildet, sitzt, wobei die beiden Lichtwellenleiter (6',6'') eine Dielektrizitätskonstante ε_{l f} eine absolute Permeabilität μo und eine Leitfähigkeit *c-»0 (gegen Null) aufweisen.

9. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der z-Komponenten-Analysator (7) zur Auswertung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der y-Polarisator (18) aus einem anisotropen Medium mit den Hauptbrechzahlen n_Xf n_y,n_z für die x-,y-, z-Richtung besteht sowie einen zugehörigen Dielektrizitätstensor ε₂ mit einer Diagonalform besitzt und die Brechzahlen des y- Polarisators (18) sowie der vor- und naσhgelagerten isotropen Lichtwellenleiter (72,71) den Bedingungen

ny = ⁿz = *h = * genügen und sich die Winkelbedingung

<Pι = <Pι einstellt und der Wellenvektor k die gleiche Richtung wie

der Wellenvektor k_γ besitzt.

11. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den ausgangsseitigen Lichtwellenleiter (71) des y- Polarisators (18) die Ring-Photodiode (3) mit einem inneren isotropen Medium n und einem Innenradius r_L zum Empfang der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z oder einer elektrischen Feldstärke Ξ_z mit der Dimensionie- rungsbedingung n₄ = n₃ -sin^ und damit einen sich einstellenden Winkel der Welle mit dem

Wellenvektor k von #?₄ = 90 angeschlossen ist, wobei für das Bogenmaß des Winkels ψi die Bedingung

zur Sicherung des Monomode-Betriebes der Übertragungstrecke von der Laserdiode (2) aus bis zum Empfänger (3) festgelegt ist.

12. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Isolator (9') in die positive z-Richtung zur Vermeidung von einfallendem Fremdlicht auf die Ring- Photodiode (3) oder die ideal elektrisch leitende Schicht (9) reflexionsfrei angeschlossen sind.

13. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Reflexionen innerhalb der Ring- Photodiode (3) die zuständigen x- und y-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y gleich Null sind.

14. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr zur Transformation optischer Netzwerke auf eine Diagonalform das optische Netzwerk ein anisotropes dielektrisches Medium enthält, das einen symmetrischen oder her- miteschen Dielektrizitätstensor ε₂ gemäß der Gleichung

aufweist, wobei der Dielektrizitätstensor ε₂ den Zusammenhang zwischen der elektrischen Verschiebungsflussdichte D₂ und der elektrischen Feldstärke E₂ als lineare Abbildung für ein homogenes Medium gemäß der Gleichung

D₂ = ε₂ E₂ festlegt.

15. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope Medium (81) des optischen Netzwerkes mit vor- und naσhgelagerten isotropen Medien (80,82) mit den jeweiligen Dielektrizitätskonstanten ε-γ und ε₃ beschältet ist.

16. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vorhandenen Grenzschichten (83,84) zwischen dem isotropen, anisotropen, isotropen Medium (80,81,82) in der genannten Reihenfolge durch Transfermatrizen T_ai vom anisotropen zum isotropen Medium und T_ia vom isotropen zum anisotropen Medium und die Übertragung vom Eingang zum Ausgang des anisotropen Mediums (81) durch die erweiterte

Jones-Matrix J gemäß den Gleichungen

& in ^~ *ai in 2ou_t - JE_{2 i}„ out ⁼ *i_a E_{2 mt} vorgegeben sind.

17. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wegen der Gleichung

E₀u_t ~ A T_ia JT_ai A E_in ein nichtdiagonalisiertes Netzwerk nur mit Schaltungsanordnungen, die die Transformationsmatrizen A und A realisieren, vor und nach dem optischen Netzwerk (18) beschaltet sind.

18. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanordnung zur Realisierung der Transformationsmatrix A aus polarisationserhaltenden optischen Kopplern besteht, die eine Transformation bis auf einen konstanten Faktor realisiert, wobei sich die Schaltungsanordnung zur Realisierung der Transformationsmatrix A' aus der Schaltungsanordnung der Transformationsmatrix A durch Transponierung und Übergang zum anderen Vorzeichen in den

Imaginärteilen üy ergibt, wobei für die Transformationsmatrix A :

gilt.

19. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang des Gesamtnetzwerkes ein y-Polarisator (18) vorgesehen ist, der die ^'-Komponente des Sendesignals (75) für das optische Netzwerk (18) beseitigt, um konstante Winkel φ der schrägen Einkoppelstelle (5) zu erhalten.

20. Verfahren zur Übertragung von Lichtsignalen in Lichtwellenleitern zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender eine Laserdiode ist, die Lichtsignale als Transversalwellen aussendet und mindestens zwei der x-,y-,z- Komponenten von Polarisationsmoden aufweist, wobei die Transversalwellen eine elektrische und magnetische Feldstärke sowie eine magnetische Flussdiσhte, eine Leitungs- stromdiσhte und eine elektrische Verschiebungsflussdichte D aufweisen und in Form von ebenen Wellen von der Laserdiode zum Empfänger geführt werden, mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Festlegung der zur Längsachse (19) des Empfängers (3) konformen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z gemäß einem vorgegebenen Koordinatensystem (8) ,

- Herausfiltern/Eliminieren der von der vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z richtungsmäßig abweichenden Komponenten der elektrischen Ver- schiebungsflussdichte D_x,D_y aus dem zu übertragenden Lichtsignal,

- Aufnehmen der verbleibenden vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z vom Empfänger (3), - Auswertung der vorgegebenen Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z durch einen zugeordneten Ein- koordinaten-Komponenten-Analysator (7,70) .

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch folgende Schritte, die sich auf die vorgegebene z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z beziehen:

- Erzeugung der z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z über eine geschrägte Einkoppelstelle (5) im Eingangsteil (22) der Einrichtung (1) , - Übertragung der x-Komponente der Feldstärke E_x unabhängig von y- und z-Komponente durch eine Diagonalisierung des Dielektrizitätstensors ε₂ eines anisotropen Lichtwellenleiters, - Ξliminierung der x- und y-Komponenten im z-Komponenten- Analysator (7,70) am Ausgang der Ubertragungsstrecke,

- Wandlung der polarisationsabhängigen Dämpfungsanteile der y-Komponente in eine gewöhnliche Dämpfung für die z- Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z, die mit mindestens einem optischen Verstärker zwischen dem Ξingangsteil (20) und einem Ausgangsteil (22) ausgeglichen werden, und

- Wandlung der Polarisationsmodendispersion in einem Anteil der chromatischen Dispersion für die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsfluss- dichte D_z aus der y' -Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte der Transversalwelle der Laserdiode (2) gemäß dem x,y,z-Koordinatensystem (8) unter der Voraussetzung, dass die Transversalwelle der Laserdiode (2) nicht in x-Richtung polarisiert ist, erzeugt, übertragen, empfangen wird.

23. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem z-Komponenten-Analysator (7,70) auf der Ξmp- fangsseite die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_z von den empfangenen x- und y-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte D_x,D_y getrennt wird, indem die x-Komponente und y-Komponente der elektrischen Feldstärke E kurzgeschlossen werden.

24. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (75) mit der Betriebswellenlänge λ₀ über einen isotropen oder anisotropen Lichtwellenleiter

(72) an den Eingang des z-Komponenten-Analysators (7,70) gelegt wird und sich dort im Lichtwellenleiter (72) mit den

Eigenschaften - Brechzahl _± und Kernradius x_z - unter dem

Winkel φi zur z-Achse mit dem Wellenvektor k_\ in Richtung zum y-Polarisator (18) ausbreitet.

25. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagonalisierung eines einem optischen Netzwerk zugeordneten Dielektrizitätstensors ε₂ eine unitäre Trans- förmationsmatrix A und eine zugehörige transponierte uni- täre konjugiert komplexe Transformationsmatrix A' aus einem zugeordneten Eigenwertproblem bestimmt werden, wobei

ein nichtdiagonales Übertragungsproblem gemäß der Gleichung

in ein diagonalisiertes Problem mit den Gleichungen E_in = AE?_n

El i_n ^~ AE_{2 in}

Eiout ~ ^ E _mt

E₀ut ~ A E_out gemäß der Gleichung

Et = A'^* T_Sα A A'^* J A A'^* T_αS AJf

fid

übergeleitet wird.

26. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung der Feldstärkekomponenten als Eingangsgrößen für die Schaltungsanordnungen zur Realisierung der Transformation auf der Ein- und Ausgangsseite des optischen Netzwerkes (18) mit entsprechenden Zusammenschaltungen von Kopplerzweigen bzw. einem Polarisationsstrahlteiler (85) erfolgt und ein polarisationsrichtiges Zusammenfügen der Feldstärkekom- ponenten nach den Transformationsschaltungen zur Realisierung der Transformationsmatrizen A und A' durch Zusammenschaltung von Rotatoren und entsprechenden Kopplerzweigen durchgeführt wird.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen