HK123294A - Optical nonreciprocal device - Google Patents

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Claims (16)

  1. Nicht-reziproke optische Vorrichtung (10; 100; 150; 200; 300) zum Durchlassen von Licht in einer Vorwärtsrichtung von einem ersten Punkt (1) zu einem zweiten Punkt (2) und zum Vermindern von Licht, das in einer Rückwärtsrichtung von den zweiten Punkt zu dem ersten Punkt durchgeht, mit
    - mindestens drei anisotropen Kristallkörpern (12, 16, 20), die in einer geradlinigen Reihe angeordnet sind, wobei jeder Körper eine Abwanderungs-Richtung zum Trennen von Licht in ordentliche und außerordentliche Strahlen aufweist, und
    - mindestens zwei nicht-reversiblen Drehelementen (14, 18), die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende anisotrope Kristallkörper eingefügt sind, wobei die Drehungen der Elemente und die Orientierungen und Dicken der Körper so gewählt sind, daß Licht in der Vorwärtsrichtung in ordentliche und außerordentliche Strahlen aufgeteilt wird, welche synthetisiert werden, wenn sie beim zweiten Punkt ankommen, und daß Licht in der Rückwärtsrichtung in ordentliche und außerordentliche Strahlen aufgeteilt wird, welche sich beim ersten Punkt im wesentlichen nicht überdecken, und so daß in der Rückwärtsrichtung hindurchgehendes Licht auf eine Weise vermindert wird, die im wesentlichen gegen Temperatur und Wellenlängen des in eine der beiden Richtungen hindurchgehenden Lichtes unabhängig ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes Drehelement (14, 18) die ordentlichen und die außerordentlichen Strahlen bei einer vorgegebenen Licht-Wellenlänge um etwa 45° dreht, und bei der die Drehungen durch die Temperatur und Wellenlängen der Strahlen beeinflußt sind, so daß die von jedem Element durchgeführten Drehungen von 45° um einen Fehlerwinkel abweichen, so daß die Dämpfung der Vorrichtung proportional zum Produkt der Quadrate des Kosinus der Fehlerwinkel ist, und so daß die Trennung der Vorrichtung proportional zum Produkt der Quadrate des Sinus der Fehlerwinkel ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein erstes Drehelement (14) Lichtstrahlen einer ersten Wellenlänge um etwa 45° dreht, und ein zweites Drehelement (18) Lichtstrahlen einer zweiten Wellenlänge um etwa 45° dreht, so daß die Vorrichtung die Lichtübertragung in der Rückwärtsrichtung bei der ersten und bei der zweiten Wellenlänge vermindert.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit drei anisotropen Kristallkörpern (12, 16, 20) und zwei nicht-reversiblen Drehelementen (14, 18).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Reihe einen ersten Körper (12), der dem ersten Punkt am nächsten ist, einen zweiten Körper (10) in der Mitte und einen dritten Körper (20), der dem zweiten Punkt am nächsten ist, aufweist, wobei der erste und der dritte Körper im wesentlichen dieselbe Dicke haben und die Dicke des zweiten Körpers im wesentlichen 1,41 mal der Dicke der anderen beiden Körpern ist, und wobei die Abwanderungs-Richtungen des zweiten und des dritten Körpers relativ zu der des ersten Körpers eine Orientierung von etwa 135° bzw. 270° aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit vier anisotropen Kristallkörpern (102, 106, 110, 114) und drei nicht-reversiblen Drehelementen (104, 108, 112).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Reihe einen ersten Körper (102), der dem ersten Punkt am nächsten ist, einen vierten Körper (114), der dem zweiten Punkt am nächsten ist, einen zweiten Körper (106), der an den ersten Körper angrenzt, und einen dritten Körper (110) zwischen dem zweiten und dem vierten Körper aufweist, wobei der erste und der dritte Körper im wesentlichen dieselben Dicken a haben und der zweite und der vierte Körper im wesentlichen dieselben Dicken a/1,41 haben, und wobei der zweite, der dritte und der vierte Körper so orientiert sind, daß ihre Abwanderungs-Richtungen relativ zu der des ersten Körpers bei 135°, 270° bzw. 135° liegen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der ein erstes Drehelement (140) Lichtstrahlen einer ersten Wellenlänge um etwa 45° dreht, und ein zweites Element (108) Lichtstrahlen um etwa 45° dreht, und das dritte Element (112) Lichtstrahlen um etwa 45° dreht, wobei diese Lichtstrahlen eine Wellenlänge haben, die ungefähr das arithmetische Mittel der ersten und der zweiten Wellenlänge bildet, so daß die Vorrichtung die Lichtübertragung in der Rückwärtsrichtung bei der ersten und der zweiten Wellenlänge und bei Wellenlängen zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge vermindern kann.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Reihe einen ersten Körper, der dem ersten Punkt am nächsten ist, einen vierten Körper, der dem zweiten Punkt am nächsten ist, einen dem vierten Körper benachbarten zweiten Körper und einen dritten Körper zwischen dem zweiten und dem vierten Körper aufweist, wobei der erste und der dritte Körper im wesentlichen dieselbe Dicke 1,41a haben, und wobei der zweite, der dritte und der vierte Körper so orientiert sind, daß ihre Anwanderungsrichtungen relativ zu der des ersten Körpers bei 135°, 180° bzw. 225° liegen.
  10. Vorrichtung (150) nach Anspruch 1, mit fünf anisotropen Kristallkörpern (152, 156, 160, 164, 168) und vier nichtreversiblen Drehelementen (154, 158, 162, 166).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein erstes Drehelement Lichtstrahlen einer ersten Wellenlänge um etwa 45° dreht, ein zweites Element Lichtstrahlen einer zweiten Wellenlänge um etwa 45° dreht, ein drittes und ein viertes Element Lichtstrahlen einer dritten bzw. einer vierten Wellenlänge um etwa 45° drehen, wobei die dritte und die vierte Wellenlänge zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge liegen, so daß die Vorrichtung die Lichtübertragung in der Rückwärtsrichtung sowohl bei der ersten und der zweiten Wellenlänge als auch zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge vermindern kann.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die erste Welle ungefähr 1,3 µm, die zweite Wellenlänge ungefähr 1,55 µm und die dritte und die vierte Wellenlänge 1,37 bzw. 1,44 µm sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Reihe einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten und einen fünften Körper aufweist, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, wobei der dem ersten Punkt am nächsten liegende, erste Körper (152) und der dritte Körper (160) eine Dicke a haben, der zweite und der vierte Körper (156 und 164) eine Dicke 1,41a haben, und der fünfte Körper (168) einen Dicke 2a hat, und wobei der zweite, der dritte, der vierte und der fünfte Körper so orientiert sind, daß ihre Anwanderungs-Richtungen relativ zu der des ersten Körpers bei 135°, 180°, 315° bzw. 90° liegen.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit ferner einer Einrichtung (201) zum Zuführen von Licht einer unbekannten Polarisation vom ersten Punkt in der Vorwärtsrichtung in Richtung auf den zweiten Punkt, und mit einer Einrichtung (215, 216), die benachbart dem ersten Punkt angeordnet ist, zum Erfassen der ordentlichen und außerordentlichen Strahlen, die sich in der Rückwärtsrichtung ausbreiten.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit ferner
    - einer Einrichtung (302), die dem zweiten Punkt benachbart angeordnet ist, zum Übertragen von Licht einer vorgegebenen Polarisation in Richtung auf den ersten Punkt, wobei diese Übertragungseinrichtung relativ zum zweiten Punkt so angeordnet ist, daß dieses Licht im wesentlichen beim ersten Punkt ankommt, und
    - einer Einrichtung (330), die ungefähr beim zweiten Punkt angeordnet ist, zum Erfassen eines durch die Synthese der ordentlichen und außerordentlichen Strahlen, die vom ersten Punkt im wesentlichen zum zweiten Punkt gehen, gebildeten Strahlenbündels.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Erfassungseinrichtung eine oder mehrere optische Fasern aufweist.
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