DE10116855A1

DE10116855A1 - Electromagnetic radiation source with adjustable polarization level uses two superimposed incoherent partial beams

Info

Publication number: DE10116855A1
Application number: DE2001116855
Authority: DE
Inventors: Rainer Erbe
Original assignee: Thorlabs GmbH
Current assignee: Thorlabs GmbH
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-10

Abstract

The radiation source has two incoherent partial beams superimposed for providing a sum beam (10) with a polarization level determined by varying the radiation intensity and polarization of at least one partial beam, e.g. by varying the polarization oscillation, the polarization ellipse angle, or the rotation direction of the circular polarization of one partial beam.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur Erzeugung einer un-, teil-, oder vollpolarisierten elektromagnetischen Strahlung.The invention relates to methods and arrangements for generating a non-, partially, or fully polarized electromagnetic radiation.

tasks

Die Aufgabe ist die Schaffung einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, deren Polarisationsgrad stufenlos in einem Bereich von 0% bis 100% einstellbar ist. Die Strahlung soll als Freistrahl oder als geführte Welle zur Verfügung stehen.The task is to create an electromagnetic radiation source, the Degree of polarization is continuously adjustable in a range from 0% to 100%. The Radiation should be available as an open beam or as a guided wave.

State of the art

Bekannte Methoden zur Erzeugung von unpolarisierten Licht sind Wedge Depola rizers, Lyot Depolarizers und Scrambler.Known methods for generating unpolarized light are wedge depola rizers, Lyot Depolarizers and Scrambler.

Wedge Depolarizers benötigen eine große Apertur. Die Grundidee ist hierbei, dass einzelne Teilstrahlen eine unterschiedliche polarisationsrichtungsabhängige Ver zögerung erfahren. Nach Durchgang durch den Wedge Depolarizer liegen im Mittel alle Polarisationszustände vor.Wedge depolarizers require a large aperture. The basic idea here is that individual partial beams have a different polarization direction dependent Ver experience hesitation. After passing through the Wedge Depolarizer, average all polarization states.

Ein Lyot Depolarizer ist eine Multiple-Order-Wellenplatte mit einem großen Lauf zeitunterschied zwischen der Fast- und Slow-Achse. Die Grundidee ist, dass bei einer endlichen Bandbreite der Strahlungsquelle, die einzelnen Wellenlängen un terschiedliche polarisationsrichtungsabhängige Verzögerungen erfahren. Nach Durchgang durch die Wellenplatte liegen im Mittel alle Polarisationszustände vor.A Lyot Depolarizer is a multiple-order wave plate with a large barrel time difference between the fast and slow axis. The basic idea is that at a finite bandwidth of the radiation source, the individual wavelengths un experience different polarization-directional delays. To Passing through the wave plate, all polarization states are present on average.

Ein Polarisationsscrambler verändert die Richtung der Schwingungsebene einer Lichtwelle bei Anliegen einer Spannung. Bei zeitlich veränderlicher Spannung wer den daher verschiedene Polarisationsrichtungen durchlaufen. Bei geeignetem Spannungverlauf ergibt sich im zeitlichen Mittel eine Gleichverteilung aller Polarisa tionsrichtungen.A polarization scrambler changes the direction of a plane's vibration Light wave when voltage is applied. If voltage changes over time, who which therefore go through different polarization directions. If suitable The voltage distribution results in an equal distribution of all Polarisa over time tion directions.

Alle bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass eine definierte und stufen lose Einstellung des Polarisationsgrades nicht möglich ist. Ferner müssen Einschränkung in Hinblick auf z. B. Bandbreite und Apertur hingenommen werden.All known methods have the disadvantage that a defined and graded loose adjustment of the degree of polarization is not possible. Further must Restriction with regard to e.g. B. bandwidth and aperture are accepted.

Solution of the task

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei polari sierte Strahlungsquellen, die zueinander inkohärent und von nahezu gleicher Wel lenlänge sind, superponiert werden. Die Einstellung der erwünschten Strahlungs parameter wie Art der Polarisation und dessen Grad erfolgt durch Manipulation der Schwingungsebene und/oder der Strahlungsleistung mindestens einer Strah lungsquelle.The object is achieved in that at least two polar radiation sources that are incoherent with one another and of almost the same world length are superposed. Setting the desired radiation Parameters such as type of polarization and its degree are done by manipulating the Vibration level and / or the radiation power of at least one beam radiation source.

Physical background

Werden zwei polarisierte elektromagnetische Strahlung überlagert, so ergibt deren Superposition wiederum einen neuen Polarisationszustand mit einem Polarisati onsgrad von 100%. Sind die beiden elektromagnetischen Strahlen zueinander in kohärent, so ergibt die Superposition einen neuen Polarisationszustand mit einem Polarisationsgrad der zwischen 0% und 100% liegt. Sind die beiden Strahlen gleicher Leistung jeweils linear polarisiert und die beiden Polarisationsebenen stehen aufeinander senkrecht, so ergibt die Superposition einen theoretischen Polarisati onsgrad von 0%.If two polarized electromagnetic radiation are superimposed, they result in Superposition in turn a new state of polarization with a Polarisati Degree of 100%. Are the two electromagnetic rays in relation to each other coherent, the superposition results in a new polarization state with one Degree of polarization between 0% and 100%. Are the two rays equal? Power polarized linearly and the two levels of polarization are perpendicular to each other, the superposition gives a theoretical polarization Degree of 0%.

description

Zur Erzeugung der notwendigen mindestens zweier zueinander inkohärenter Strahlen werden zwei Verfahren angegeben. Hierzu können quasimonochromati sche, wie auch Breitband-Strahlungsquellen verwendet werden.To generate the necessary at least two incoherent to each other Beams are given two methods. Quasimonochromati cal, as well as broadband radiation sources are used.

Das erste Verfahren ist gekennzeichnet durch die Benutzung zweier Strahlungs quellen, die in ihrer Wellenlänge nahezu gleich sind, bzw. die gleiche mittlere Wel lenlänge aufweisen. Sie emittieren beide jeweils die gleiche Leistung. In dieser An ordnung werden zwei Laser verwendet. Die den üblichen Lasern innewohnende Eigenschaft einer natürlichen Linienbreite ist allgemein als Phasen- und Amplitu denrauschen zu interpretieren. Das Phasen- wie auch Amplitudenrauschen jedes Lasers erfolgt statistisch, es besteht daher zwischen den beiden Lichtwellen keine feste und konstante Phasenbeziehung und sind daher zueinander inkohärent. Bei de Lichtwellen sind allgemein elliptisch polarisiert.The first method is characterized by the use of two radiation sources that are almost the same wavelength, or the same mean world length. They both emit the same power. In this An two lasers are used. The inherent in the usual lasers The property of a natural line width is generally as phase and amplitude to interpret the noise. The phase as well as amplitude noise each Laser is done statistically, so there is no one between the two light waves fixed and constant phase relationship and are therefore incoherent with each other. at de Light waves are generally elliptically polarized.

In einer zweiten Anordnung wird nur ein Laser verwendet Durch die Linienbreite des Lasers ist seine Kohärenzlänge festgelegt Die Realisierung zweier zueinander inkohärenter Lichtwellen geschieht dadurch, dass der Strahl des Lasers in zwei Strahlen gleicher Leistung aufgeteilt wird. Einer der beiden Lichtstrahlen passiert ein Laufzeitglied, welches u. a. durch eine lange Faserstrecke realisiert werden kann, dessen Länge die Kohärenzlänge der Laserstrahlung überschreitet. Damit besteht zwischen den beiden Lichtwellen keine feste und konstante Phasenbezie hung mehr und sind daher zueinander inkohärent. Beide Lichtwellen sind allge mein elliptisch polarisiert.In a second arrangement, only one laser is used due to the line width the coherence length of the laser is fixed. The realization of two to each other incoherent light waves happens because the laser beam in two Beams of the same power is divided. One of the two rays of light happens a term member, which u. a. can be realized by a long fiber stretch can, the length of which exceeds the coherence length of the laser radiation. In order to there is no fixed and constant phase relationship between the two light waves hung more and are therefore incoherent with each other. Both light waves are general my elliptically polarized.

Für die Erzeugung der erforderlichen Polarisationszustände sind alle Methoden der klassischen Optik verwendbar. Im einfachsten Fall nutzt man natürliche Eigenpola risation der Strahlungsquellen. Zur Erzeugung streng lineare Polarisation werden üblicherweise zusätzliche Polarisatoren eingesetzt. Die Erzeugung zirkularer Pola risation erfolgt üblicherweise durch λ/4-Platten. Die Erzeugung allgemein ellipti scher Polarisation erfolgt mittels Polstellern.All methods are necessary for the generation of the required polarization states classic optics. In the simplest case, natural poles are used radiation sources. To generate strictly linear polarization Usually additional polarizers are used. The generation of circular pola ization is usually carried out by λ / 4 plates. The generation generally ellipti shear polarization takes place by means of pole positions.

Die so erzeugte inkohärente Strahlung, die in geeigneter Weise in ihren Polarisati onseigenschaften eingestellt worden ist, wird superponiert. Die erwünschten Ei genschaften der Ausgangsstrahlung werden durch Manipulation des Winkels zwi schen den Polarisationsebenen oder für den Fall fester orthogonaler Polarisation durch Leistungsänderung eines Teilstrahles oder durch Variation des Elliptizitäts winkels bei mindestens einem Strahl erreicht.The incoherent radiation thus generated, which is appropriately polarized in its properties has been set is superposed. The desired egg Properties of the output radiation are manipulated by manipulating the angle between the polarization planes or in the case of fixed orthogonal polarization by changing the power of a partial beam or by varying the ellipticity angle reached with at least one beam.

Methods of varying the degree of polarization a) Angle change

Im folgenden besitzen beide elektromagnetischen Wellen die gleiche mittlere Leis tung und seien elliptisch polarisiert. In the following, both electromagnetic waves have the same average leis tion and are elliptically polarized.

Haben beide elliptisch polarisierten Wellen den gleichen Umlaufsinn, so liegt der durch Variation des Winkels zwischen den Hauptachsen der beiden Polarisations ellipsen zueinander erreichbare Einstellbereich des Polarisationsgrades zwischen 100% und einem Minimum, welches von der Größe der jeweiligen Elliptizitätswin kel abhängt. Je größer der Elliptizitätswinkel ist, desto größer wird das Minimum.If both elliptically polarized waves have the same sense of rotation, then this lies by varying the angle between the major axes of the two polarizations elliptical setting range of the degree of polarization between 100% and a minimum, which depends on the size of the respective ellipticity depends on. The larger the ellipticity angle, the larger the minimum.

Besitzen beide elliptisch polarisierten Wellen den entgegengesetzten Umlaufsinn, so liegt der Einstellbereich des Polarisationsgrades, durch Variation der Lage der Polarisationsellipsen zueinander, zwischen 0% und einem Maximum, welches von der Größe der jeweiligen Elliptizitätswinkel abhängt. Je größer der Elliptizitätswin kel ist, desto kleiner wird das Maximum.If both elliptically polarized waves have the opposite sense of rotation, so is the range of the degree of polarization, by varying the position of the Polarization ellipses to each other, between 0% and a maximum, which of depends on the size of the respective ellipticity angle. The larger the ellipticity win kel, the smaller the maximum.

Liegt jeweils zirkulare Polarisation vor, so sind nur zwei Grenzfälle zu erreichen. Bei gleichem Umlaufsinn erhält man einen Polarisationsgrad von 100%. Bei entge gengesetztem Umlaufsinn erhält man einen Polarisationsgrad von 0%.If there is circular polarization, only two limit cases can be reached. With the same sense of rotation, a degree of polarization of 100% is obtained. With entge opposite direction of rotation, a degree of polarization of 0% is obtained.

Sind beide elektromagnetischen Wellen linear polarisiert, d. h. der jeweilige Elliptizi tätswinkel ist gleich 0°, so ist die Einstellung des Polarisationsgrades nicht einge schränkt. Der Winkel α zwischen den Schwingungsebenen zweier linear polarisier ten Wellen soll, gesehen in Ausbreitungsrichtung, einstellbar sein. Der Polarisati onsgrad ändert sich cosinusförmig in Abhängigkeit von diesem Winkel. Für α = 0° ergibt dies einen Polarisationsgrad von 0%.Are both electromagnetic waves linearly polarized, i.e. H. the respective elliptic angle is 0 °, the degree of polarization is not set limits. The angle α between the vibration planes of two linearly polarized The waves should be adjustable when viewed in the direction of propagation. The Polarisati Degree of cosine changes depending on this angle. For α = 0 ° this gives a degree of polarization of 0%.

b) Change in performance

Der Leistungsunterschied zwischen zwei gleich polarisierten elektromagnetischen Wellen, deren Hauptachsen orthogonal aufeinander stehen, soll einstellbar sein.The difference in performance between two equally polarized electromagnetic Waves whose main axes are orthogonal to each other should be adjustable.

Durch Variation der mittleren Leistung mindestens einer Welle entsteht nach der Superposition ein Anteil mit einer elliptischen Polarisation.By varying the mean power of at least one wave, the following occurs Superposition a portion with an elliptical polarization.

Ist der Umlaufsinn der beiden gleich polarisierten Wellen entgegengesetzt, so ent steht bei Variation des mittleren Leistungsunterschiedes, ein Anteil elliptischer Po larisation, mit einem einstellbaren Polarisationsgrad der zwischen Null und 100% liegt.If the direction of rotation of the two equally polarized waves is opposite, then ent stands for variation of the mean performance difference, a proportion of elliptical Po larization, with an adjustable degree of polarization between zero and 100% lies.

Bei gleichem Umlaufsinn existiert immer ein zirkular polarisierter Anteil gleichen Umlaufsinns, so dass das Minimum des Polarisationsgrades abhängig von der Größe der Intensität des zirkularen Anteils wird.With the same sense of rotation there is always a circularly polarized portion of the same Sense of rotation, so that the minimum degree of polarization depends on the Size of the intensity of the circular portion becomes.

Wird einer der beiden Wellen vollkommen unterdrückt liegt nur eine Polarisation vor. Dies entspricht einem Polarisationsgrad von 100%If one of the two waves is completely suppressed, there is only one polarization in front. This corresponds to a degree of polarization of 100%

c) Change in ellipticity angle

Der Elliptizitätswinkel zweier elliptisch polarisierter elektromagnetischer Wellen soll einstellbar sein. Die beiden Hauptachsen der jeweiligen Polarisationsellipsen sol len orthogonal aufeinander stehen. The ellipticity angle of two elliptically polarized electromagnetic waves should be adjustable. The two main axes of the respective polarization ellipses are sol len are orthogonal to each other.

Ist der Umlaufsinn beider Polarisationsellipsen gleich, so entsteht bei gleichläufi ger Variation der Elliptizitätswinkel immer eine zirkularer Polarisation mit einem veränderbaren Polarisationsgrad. Ist die Veränderung der Elliptizitätswinkel un gleichmäßig, so erhält man eine allgemein elliptische Polarisation mit einem verän derbaren Polarisationsgrad.If the sense of rotation of both polarization ellipses is the same, the result is the same variation of the ellipticity angle always a circular polarization with a changeable degree of polarization. Is the change in the ellipticity angle un evenly, you get a generally elliptical polarization with a change derable degree of polarization.

Ist der Umlaufsinn beider Polarisationsellipsen gegenläufig so kann wieder ein all gemein elliptisch polarisierter Anteil erzeugt werden, dessen Polarisationsgrad ein stellbar ist.If the direction of rotation of both polarization ellipses is opposite, then an all can again generally elliptically polarized portion are generated, the degree of polarization is adjustable.

Zusammenfassung: Jede Kombination aus a), b) und c) ist möglich.Summary: Any combination of a), b) and c) is possible.

embodiments

Es werden im folgenden nur Ausführungsformen zur Realisierung einer elektro magnetischen Strahlungsquelle mit einem einstellbaren Polarisationsgrad vorge stellt, die den Wellenlängenbereich des sichtbaren wie auch infraroten Lichts über streichen können.In the following, only embodiments for realizing an electro magnetic radiation source with an adjustable degree of polarization provides the wavelength range of visible as well as infrared light can delete.

Fig. 1 beschreibt den Aufbau aus zwei voneinander unabhängigen Strahlungsquel len (1) und (2), die in ihrer Lichtleistung durch eine Kontrolleinrichtung (15) jeweils gesteuert werden. Die Strahlen passieren jeweils einen feststehenden Polarisationstransformator (3) und (4) und werden anschließend mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangssignal dar. Fig. 1 describes the structure of two mutually independent radiation sources ( 1 ) and ( 2 ), each of which is controlled in terms of its light output by a control device ( 15 ). The beams each pass through a fixed polarization transformer ( 3 ) and ( 4 ) and are then superposed by means of a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Als unabhängige quasimonochromatische Strahlungsquelle (1) und (2) werden zwei Laser mit der gleichen Nennwellenlänge verwendet. Sie sollen in ihrer Wellen länge und Lichtleistung einstellbar sein. Die Einstellungen können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängensteuerung statt. Es muss aber die Möglichkeit gegeben sein, Wellen längenunterschiede ausgleichen zu können. Ein geringer Wellenlängenunterschied von wenigen Pikometern ist möglich und sinnvoll. Es können auch andere Strah lungsquellen verwendet werden, solange die Spektren keine nennenswerte diskre te Struktur aufweisen.Two lasers with the same nominal wavelength are used as independent quasi-monochromatic radiation sources ( 1 ) and ( 2 ). They should be adjustable in wavelength and light output. The settings can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength control. However, it must be possible to compensate for wavelength differences. A small wavelength difference of a few picometers is possible and useful. Other radiation sources can also be used as long as the spectra do not have any noteworthy discrete structure.

Als feststehende Polarisationstransformatoren (3) und (4) kommen zwei Linearpo larisatoren zur Anwendung. Hierfür können alle bekannte Bauformen verwendet werden, wie z. B. Glan-Thompson-Prismen. Der Aufbau ist als Freistrahloptik kon zipiert. Die Prismen müssen nahezu den gleichen Exctinction-Ratio aufweisen, damit die erzeugten Elliptizitätswinkel jeweils den gleichen Wert haben. Die Li nearpolarisatoren müssen so orientiert sein, dass bei der Superpostion der beiden linear polarisierten Lichtstrahlen die Polarisationsebenen aufeinander senkrecht stehen. Nur für diesen Fall kann auch ein Polarisationsgrad von 0% erreicht wer den.Two linear polarizers are used as fixed polarization transformers ( 3 ) and ( 4 ). All known designs can be used for this, such as. B. Glan-Thompson prisms. The structure is designed as a free jet optic. The prisms must have almost the same extinction ratio so that the ellipticity angles generated have the same value. The linear polarizers must be oriented so that when the two linearly polarized light beams are superpositioned, the polarization planes are perpendicular to one another. Only in this case can a degree of polarization of 0% be achieved.

Die Superposition der beiden Lichtstrahlen erfolgt durch einen Koppler (9) in Form eines Strahlteilerwürfels, welcher invers betrieben wird. Bei exakter Positionierung des Strahlteilerwürfels ergibt die Überlagerung eine gemeinsame Ausbreitungsrich tung beider Strahlen. Somit liegt nur ein Lichtstrahl als Ausgangssignal (10) vor. Dessen linearer Polarisationszustand ist in seinem Polarisationsgrad durch die vorzugsweise gegenläufige Leistungsänderung der beiden Strahlungsquellen ein stellbar. The two beams are superpositioned by a coupler ( 9 ) in the form of a beam splitter cube, which is operated inversely. With exact positioning of the beam splitter cube, the superimposition results in a common direction of propagation of both beams. Thus, there is only one light beam as the output signal ( 10 ). Its linear polarization state is adjustable in its degree of polarization by the preferably opposite power change of the two radiation sources.

Fig. 2 beschreibt den Aufbau aus zwei voneinander unabhängigen Strahlungsquel len (1) und (2). Die Strahlen passieren jeweils einen durch die Kontrolleinrichtung (15) gesteuerten Polarisationstransformator (5) und (6) und werden anschließend mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangssignal dar. Fig. 2 describes the structure of two mutually independent radiation sources ( 1 ) and ( 2 ). The beams each pass through a polarization transformer ( 5 ) and ( 6 ) controlled by the control device ( 15 ) and are then superposed by means of a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Als unabhängige quasimonochromatische Strahlungsquelle (1) und (2) werden zwei Laser mit der gleichen Nennwellenlänge verwendet. Sie sollen in ihrer Wellen länge und Lichtleistung einstellbar sein. Die Einstellungen können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen- und Lichtleistungssteuerung statt. Es muss die Möglichkeit gegeben sein, Wellenlängen- und Lichtleistungsunterschiede ausgleichen zu können. Ein geringer Wellenlängenunterschied von wenigen Pikometern ist möglich und sinn voll. Es können auch andere Strahlungsquellen verwendet werden, solange die Spektren keine nennenswerte diskrete Struktur aufweisen.Two lasers with the same nominal wavelength are used as independent quasi-monochromatic radiation sources ( 1 ) and ( 2 ). They should be adjustable in wavelength and light output. The settings can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength and light output control. It must be possible to compensate for differences in wavelength and light output. A small wavelength difference of a few picometers is possible and makes sense. Other radiation sources can also be used as long as the spectra do not have any noteworthy discrete structure.

Als Polarisationstransformatoren (5) und (6) kommen zwei Linearpolarisatoren zur Anwendung. Hierfür können alle bekannte Bauformen verwendet werden, wie z. B. Glan-Thompson-Prismen. Der Aufbau ist als Freistrahloptik konzipiert. Die Prismen müssen nahezu den gleichen Exctinction-Ratio aufweisen, damit die erzeugten El liptizitätswinkel jeweils den gleichen Wert haben. Die Linearpolarisatoren müssen drehbar gelagert sein. Somit ist eine Veränderung der beiden Polarisationsebenen zueinander möglich. Zur drehbaren Lagerung muss mindestens ein Polarisations prisma auf einem Drehtisch montiert sein. Nur für diesen Fall kann der Winkel der beiden Polarisationsebenen zueinander zwischen 0° und 90° variiert werden.Two linear polarizers are used as polarization transformers ( 5 ) and ( 6 ). All known designs can be used for this, such as. B. Glan-Thompson prisms. The structure is designed as a free jet optic. The prisms must have almost the same extinction ratio so that the ellipticity angles generated each have the same value. The linear polarizers must be rotatable. A change in the two polarization planes relative to one another is thus possible. At least one polarization prism must be mounted on a turntable for rotatable mounting. Only in this case can the angle of the two polarization planes to each other be varied between 0 ° and 90 °.

Die Superposition der beiden Lichtstrahlen erfolgt durch einen Koppler (9) in Form eines Strahlteilerwürfels, welcher invers betrieben wird. Bei exakter Positionierung des Strahlteilerwürfels ergibt die Überlagerung eine gemeinsame Ausbreitungsrich tung beider Strahlen. Somit liegt nur ein Lichtstrahl als Ausgangssignal (10) vor. Dessen lineare Polarisation ist in ihrem Polarisationsgrad durch die Änderung der beiden Polarisationsebenen zueinander einstellbar.The two beams are superpositioned by a coupler ( 9 ) in the form of a beam splitter cube, which is operated inversely. With exact positioning of the beam splitter cube, the superimposition results in a common direction of propagation of both beams. Thus, there is only one light beam as the output signal ( 10 ). The degree of polarization of its linear polarization can be adjusted by changing the two polarization planes to one another.

Fig. 3 beschreibt den Aufbau aus zwei voneinander unabhängigen Strahlungsquel len (1) und (2). Die Strahlen passieren jeweils einen feststehenden Polarisations transformator (3) und (4). Anschließend passieren die Strahlen jeweils einen Pola risationstransformator (7) und (8), dessen Transformationsverhalten durch eine Kontrolleinrichtung (15) gesteuert wird. Anschließend werden die beiden Lichtstrahlen mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangs signal dar. Fig. 3 describes the structure of two mutually independent radiation sources ( 1 ) and ( 2 ). The beams each pass through a fixed polarization transformer ( 3 ) and ( 4 ). Then the beams each pass a polarization transformer ( 7 ) and ( 8 ), the transformation behavior of which is controlled by a control device ( 15 ). The two light beams are then superposed using a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Als unabhängige quasimonochromatische Strahlungsquelle (1) und (2) werden zwei Laser mit der gleichen Nennwellenlänge verwendet. Sie sollen in ihrer Wellen länge und Lichtleistung einstellbar sein. Die Einstellungen können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen- und Lichtleistungssteuerung oder -regelung statt. Es muss die Mög lichkeit gegeben sein, Wellenlängen- und Lichtleistungsunterschiede ausgleichen zu können. Ein geringer Wellenlängenunterschied von wenigen pm ist möglich und sinnvoll. Es können auch andere Strahlungsquellen verwendet werden, solange die Spektren keine nennenswerte diskrete Struktur aufweisen. Two lasers with the same nominal wavelength are used as independent quasi-monochromatic radiation sources ( 1 ) and ( 2 ). They should be adjustable in wavelength and light output. The settings can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent control of the wavelength and light output. It must be possible to compensate for differences in wavelength and light output. A small wavelength difference of a few pm is possible and useful. Other radiation sources can also be used as long as the spectra do not have any noteworthy discrete structure.

Als feststehende Polarisationstransformatoren (3) und (4) kommen zwei Linearpo larisatoren zur Anwendung. Hierfür können alle bekannte Bauformen verwendet werden, wie z. B. Glan-Thompson-Prismen. Der Aufbau ist als Freistrahloptik kon zipiert. Die Prismen müssen nahezu den gleichen Exctinction-Ratio aufweisen, damit die erzeugten Elliptizitätswinkel jeweils den gleichen Wert haben. Die Li nearpolarisatoren müssen so orientiert sein, dass die beiden Polarisationsebenen aufeinander senkrecht stehen.Two linear polarizers are used as fixed polarization transformers ( 3 ) and ( 4 ). All known designs can be used for this, such as. B. Glan-Thompson prisms. The structure is designed as a free jet optic. The prisms must have almost the same extinction ratio so that the ellipticity angles generated have the same value. The linear polarizers must be oriented so that the two polarization planes are perpendicular to each other.

Die linearen Polarisationen der beiden Lichtstrahlen sollen jeweils durch einen fol genden drehbar gelagerten Polarisationstransformator (7) und (8), in Form einer λ/4-Wellenplatte, in ihrem Polarisationszustand manipuliert werden. Durch die drehbare Lagerung ist eine Veränderung der Hauptachsen der beiden Wellenplat ten bezüglich der Polarisationsebenen der beiden Strahlen möglich. Somit können Elliptizitätswinkel zwischen 0 und ±45° eingestellt werden. Zur drehbaren Lagerung werden die beiden Wellenplatten jeweils auf einem Drehtisch montiert sein. Die Veränderungen der Lage der beiden Wellenplatten können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden.The linear polarizations of the two light beams are each to be manipulated by a fol lowing rotatably mounted polarization transformer ( 7 ) and ( 8 ), in the form of a λ / 4 wave plate, in their polarization state. Due to the rotatable mounting a change of the main axes of the two Wellenplat th with respect to the polarization planes of the two beams is possible. Ellipticity angles can thus be set between 0 and ± 45 °. For rotatable mounting, the two shaft plates will each be mounted on a turntable. The changes in the position of the two shaft plates can be done manually or with the help of a computer.

Die Superposition der beiden Lichtstrahlen erfolgt durch einen Koppler (9) in Form eines Strahlteilerwürfels, welcher invers betrieben wird. Bei exakter Positionierung des Strahlteilerwürfels ergibt die Überlagerung eine gemeinsame Ausbreitungsrich tung beider Strahlen. Somit liegt nur ein Lichtstrahl als Ausgangssignal (10) vor. Dessen allgemein elliptische Polarisation ist in ihrem Polarisationsgrad durch die Änderung der jeweiligen Elliptizitätswinkel einstellbar.The two beams are superpositioned by a coupler ( 9 ) in the form of a beam splitter cube, which is operated inversely. With exact positioning of the beam splitter cube, the superimposition results in a common direction of propagation of both beams. Thus, there is only one light beam as the output signal ( 10 ). Its general elliptical polarization can be adjusted in its degree of polarization by changing the respective ellipticity angle.

Fig. 4 beschreibt den Aufbau aus einer Strahlungsquelle (1), dessen Strahl mittels eines Strahlteilers (11) aufgeteilt wird. Anschließend passiert ein Strahl ein Lauf zeitglied (12). Danach durchlaufen beide Strahlen zuerst jeweils einen durch die Kontrolleinrichtung (15) gesteuerten Abschwächer (13) und (14) und dann jeweils einen feststehenden Polarisationstransformator (3) und (4). Anschließend werden beide Strahlen mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangs signal dar. Fig. 4 describes the structure of a radiation source ( 1 ), the beam of which is split by means of a beam splitter ( 11 ). A beam then passes through a running time element ( 12 ). Then both beams first pass through an attenuator ( 13 ) and ( 14 ) controlled by the control device ( 15 ) and then through a fixed polarization transformer ( 3 ) and ( 4 ). Then both beams are superposed using a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Als unabhängige quasimonochromatische Strahlungsquelle (1) wird ein Laser mit bekannter Nennwellenlänge verwendet. Er soll in seiner Wellenlänge und Lichtleis tung einstellbar sein. Die Einstellungen können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen und Lichtleistungssteuerung statt. Es muss die Möglichkeit gegeben sein, die Wellen länge und die Lichtleistung einzustellen. Es können auch andere Strahlungsquel len verwendet werden, solange die Spektren keine nennenswerte diskrete Struktur aufweisen.A laser with a known nominal wavelength is used as an independent quasi-monochromatic radiation source ( 1 ). It should be adjustable in its wavelength and light output. The settings can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength and light output control. It must be possible to adjust the wavelength and the light output. Other radiation sources can also be used as long as the spectra do not have any noteworthy discrete structure.

Der Lichtstrahl der Strahlungsquelle (1) wird mittels eines Strahlteilers (11) in Form eines 3dB-Splitters aufgeteilt. Diese Lösung verwendet die In-Faser-Technik.The light beam from the radiation source ( 1 ) is split in the form of a 3 dB splitter by means of a beam splitter ( 11 ). This solution uses the in-fiber technique.

Das folgende Laufzeitglied (12) für einen der beiden Teilstrahlen wird durch eine Single-Mode-Faser mit einer Länge die viel größer als die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle ist. Sie ist durch die bekannte Bandbreite der Strahlungsquelle festgelegt. The following delay element ( 12 ) for one of the two partial beams is a single-mode fiber with a length that is much greater than the coherence length of the radiation source. It is determined by the known bandwidth of the radiation source.

Zur getrennten Lichtleistungssteuerung werden als steuerbare Abschwächer (13) und (14) In-Line-Attenuators verwendet. Die Veränderungen der jeweiligen Licht leistung kann manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden.In-line attenuators ( 13 ) and ( 14 ) are used as controllable attenuators for separate light output control. The changes in the respective light output can be made manually or with the help of a computer.

Als feststehende Polarisationstransformatoren (3) und (4) kommen zwei Linearpo larisatoren zur Anwendung. Hierfür können alle bekannte Bauformen verwendet werden, wie z. B. Glan-Thompson-Prismen. Der Aufbau ist als Freistrahloptik kon zipiert. Die Prismen müssen nahezu den gleichen Exctinction-Ratio aufweisen, damit die erzeugten Elliptizitätswinkel jeweils den gleichen Wert haben. Die Li nearpolarisatoren müssen so orientiert sein, dass bei der Superpostion der beiden linear polarisierten Lichtstrahlen die Polarisationsebenen aufeinander senkrecht stehen. Nur für diesen Fall kann ein Polarisationsgrad von 0% erreicht werden.Two linear polarizers are used as fixed polarization transformers ( 3 ) and ( 4 ). All known designs can be used for this, such as. B. Glan-Thompson prisms. The structure is designed as a free jet optic. The prisms must have almost the same extinction ratio so that the ellipticity angles generated have the same value. The linear polarizers must be oriented so that when the two linearly polarized light beams are superpositioned, the polarization planes are perpendicular to one another. Only in this case can a degree of polarization of 0% be achieved.

Die Superposition der beiden Lichtstrahlen erfolgt durch einen Koppler (9) in Form eines Strahlteilerwürfels, welcher invers betrieben wird. Bei exakter Positionierung des Strahlteilerwürfels ergibt die Überlagerung eine gemeinsame Ausbreitungsrich tung beider Strahlen. Somit liegt nur ein Lichtstrahl als Ausgangssignal (10) vor. Dessen lineare Polarisation ist in ihrem Polarisationsgrad durch die vorzugsweise gegenläufige Leistungsänderung der beiden Strahlungsquellen einstellbar.The two beams are superpositioned by a coupler ( 9 ) in the form of a beam splitter cube, which is operated inversely. With exact positioning of the beam splitter cube, the superimposition results in a common direction of propagation of both beams. Thus, there is only one light beam as the output signal ( 10 ). Its linear polarization can be adjusted in its degree of polarization by the preferably opposite change in power of the two radiation sources.

Fig. 5 beschreibt den Aufbau aus einer Strahlungsquelle (1), dessen Strahl mittels eines Strahlteilers (11) aufgeteilt wird. Anschließend passiert ein Strahl ein Lauf zeitglied (12). Danach durchlaufen beide Strahlen zuerst jeweils einen Abschwä cher (13) und (14) und dann jeweils einen durch die Kontrolleinrichtung (15) ge steuerten Polarisationstransformator (5) und (6). Anschließend werden beide Strahlen mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangssignal dar. Fig. 5 describes the structure of a radiation source ( 1 ), the beam of which is split by means of a beam splitter ( 11 ). A beam then passes through a running time element ( 12 ). Thereafter, both beams first pass through an attenuator ( 13 ) and ( 14 ) and then a respective polarization transformer ( 5 ) and ( 6 ) controlled by the control device ( 15 ). Then both beams are superposed using a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Als unabhängige quasimonochromatische Strahlungsquelle (1) wird ein Laser mit bekannter Nennwellenlänge und Bandbreite verwendet. Er soll in seiner Wellen länge und Lichtleistung einstellbar sein. Die Einstellungen können manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen und Lichtleistungssteuerung statt. Es muss die Möglichkeit gegeben sein, die Wellenlänge und die Lichtleistung einzustellen. Es können auch andere Strahlungsquellen verwendet werden, solange die Spektren keine nennenswerte diskrete Struktur aufweisen.A laser with a known nominal wavelength and bandwidth is used as an independent quasi-monochromatic radiation source ( 1 ). It should be adjustable in wavelength and light output. The settings can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength and light output control. It must be possible to set the wavelength and the light output. Other radiation sources can also be used as long as the spectra do not have any noteworthy discrete structure.

Das folgende Laufzeitglied (12) für einen der beiden Teilstrahlen wird durch eine Single-Mode-Faser mit einer Länge die viel größer als die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle ist. Sie ist durch die bekannte Bandbreite der Strahlungsquelle festgelegt.The following delay element ( 12 ) for one of the two partial beams is a single-mode fiber with a length that is much greater than the coherence length of the radiation source. It is determined by the known bandwidth of the radiation source.

Es muss die Möglichkeit gegeben sein, Lichtleistungsunterschiede zwischen den beiden Teilstrahlen ausgleichen zu können. Dazu ist die Verwendung zweier steu erbare Abschwächer (13) und (14) in Form von In-Line-Attenuators notwendig. Die Veränderungen der jeweiligen Lichtleistung können manuell oder auch mit Hilfe ei nes Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen- und Lichtleistungssteuerung statt. It must be possible to compensate for differences in light output between the two partial beams. This requires the use of two controllable attenuators ( 13 ) and ( 14 ) in the form of in-line attenuators. The changes in the respective light output can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength and light power control.

Als Polarisationstransformatoren (5) und (6) kommen zwei Linearpolarisatoren zur Anwendung. Hierfür können alle bekannte Bauformen verwendet werden, wie z. B. Glan-Thompson-Prismen. Der Aufbau ist als Freistrahloptik konzipiert. Die Prismen müssen nahezu den gleichen Exctinction-Ratio aufweisen, damit die erzeugten El liptizitätswinkel jeweils den gleichen Wert haben. Die Linearpolarisatoren müssen drehbar gelagert sein. Somit ist eine Veränderung der beiden Polarisationsebenen zueinander möglich. Zur drehbaren Lagerung muss mindestens ein Polarisations prisma auf einem Drehtisch montiert sein. Nur für diesen Fall kann der Winkel der beiden Polarisationsebenen zueinander zwischen 0° und 90° variiert werden.Two linear polarizers are used as polarization transformers ( 5 ) and ( 6 ). All known designs can be used for this, such as. B. Glan-Thompson prisms. The structure is designed as a free jet optic. The prisms must have almost the same extinction ratio so that the ellipticity angles generated each have the same value. The linear polarizers must be rotatable. A change of the two polarization planes to one another is thus possible. At least one polarizing prism must be mounted on a turntable for rotatable mounting. Only in this case can the angle of the two polarization planes to each other be varied between 0 ° and 90 °.

Fig. 6 beschreibt den Aufbau aus einer Strahlungsquelle (3), dessen Strahl mittels eines durch die Kontrolleinrichtung (14) gesteuerten Strahlteilers (8) aufgeteilt wird. Anschließend passiert ein Strahl ein Laufzeitglied (9). Die Strahlen passieren je weils einen feststehenden Polarisationstransformator (3) und (4). Anschließend passieren die Strahlen jeweils einen feststehenden Polarisationstransformator (7) und (8), deren Transformationsverhalten durch eine Kontrolleinrichtung (15) ge steuert werden. Anschließend werden die beiden Lichtstrahlen mittels eines Kopplers (9) superponiert. (10) stellt das Ausgangssignal dar. Fig. 6 describes the structure of a radiation source ( 3 ), the beam of which is divided by means of a beam splitter ( 8 ) controlled by the control device ( 14 ). A beam then passes through a delay element ( 9 ). The beams each pass through a fixed polarization transformer ( 3 ) and ( 4 ). Then the beams each pass a fixed polarization transformer ( 7 ) and ( 8 ), the transformation behavior of which is controlled by a control device ( 15 ). The two light beams are then superposed using a coupler ( 9 ). ( 10 ) represents the output signal.

Es muss die Möglichkeit gegeben sein, Lichtleistungsunterschiede zwischen den beiden Teilstrahlen ausgleichen zu können. Dazu ist die Verwendung zweier steu erbare Abschwächer (13) und (14) in Form von In-Line-Attenuators notwendig. Die Veränderungen der jeweiligen Lichtleistung kann manuell oder auch mit Hilfe eines Rechners vorgenommen werden. Es findet keine permanente Wellenlängen und Lichtleistungssteuerung statt. It must be possible to compensate for differences in light output between the two partial beams. This requires the use of two controllable attenuators ( 13 ) and ( 14 ) in the form of in-line attenuators. The changes in the respective light output can be made manually or with the help of a computer. There is no permanent wavelength and light output control.

Die Superposition der beiden Lichtstrahlen erfolgt durch einen Koppler (9) in Form eines Strahlteilerwürfels, welcher invers betrieben wird. Bei exakter Positionierung des Strahlteilerwürfels ergibt die Überlagerung eine gemeinsame Ausbreitungsrich tung beider Strahlen. Somit liegt nur ein Lichtstrahl als Ausgangssignal (10) vor. Dessen allgemein elliptische Polarisation ist in ihrem Polarisationsgrad durch die Änderung der jeweiligen Elliptizitätswinkel einstellbar. The two beams are superpositioned by a coupler ( 9 ) in the form of a beam splitter cube, which is operated inversely. With exact positioning of the beam splitter cube, the superimposition results in a common direction of propagation of both beams. Thus, there is only one light beam as the output signal ( 10 ). Its general elliptical polarization can be adjusted in its degree of polarization by changing the respective ellipticity angle.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

In der Strahlungsleistung und Wellenlänge einstellbaren Lasers
Laser adjustable in radiation power and wavelength

22

33

Feststehender Linearpolarisator
Fixed linear polarizer

44

Feststehender Linearpolarisator
Fixed linear polarizer

55

Drehbar gelagerter Linearpolarisator
Rotatable linear polarizer

66

Drehbar gelagerter Linearpolarisator
Rotatable linear polarizer

77

Drehbar gelagerte λ/4-Wellenplatte
Rotatable λ / 4-shaft plate

88th

Drehbar gelagerte λ/4-Wellenplatte
Rotatable λ / 4-shaft plate

99

Koppler
coupler

1010

Summenstrahl
sum beam

1111

3-dB-Splitter
3-dB splitter

1212

Laufzeitleitung mit einer Länge größer als die Kohärenzlänge der Strah lungsquelle
Runtime line with a length greater than the coherence length of the radiation source

1313

Einstellbarer In-Line-Attenuator
Adjustable in-line attenuator

1414

Einstellbarer In-Line-Attenuator
Adjustable in-line attenuator

1515

Kontrolleinrichtung
control device

Claims

1. Radiation source with adjustable degree of polarization exists from two incoherent rays, each known radiation intensities, and polarization states, so that by superposition of the two beams the degree of polarization the total radiation by varying the intensities and Po larization states of the two partial beams is adjustable.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two incoherent light radiate from two mutually independent radiation sources consist.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two incoherent light beam formed by power sharing a light source who the, with an optical transit time in one of the two Partial beams that are larger than the coherence length of the light source is incoherence is achieved.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that before the superposition of the min at least two partial beams influencing the optical Pa parameter of at least one partial beam.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the influenced optical Pa rameter is the average optical power of at least one part is radiant.

6. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the influenced optical Pa rameter the direction of oscillation of the polarization at least of a partial beam.

7. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the influenced optical Pa rameter the ellipticity of the polarization of at least one part is radiant.

8. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the influenced optical Pa rameter the direction of rotation of the circular polarization at least of a partial beam.

9. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the superposition of light radiate through a coupler, beam splitter or equivalent opti cal components.