Technologie im Einsatz

Blitzschutz demonstriert unter Verwendung des Polarisationsverwürflers EPS1000

Der EPS1000 wurde auf der OFC2018-Ausstellung zur Demonstration von Blitzschutz https://www.infinera.com/ice5-innovation/ kohärenter optischer Datenübertragung eingesetzt.

Aufbau des Polarisationsverwürflers EPS1000

	Wellenplatten in EPS1000-20M und EPS1000-10M

	Wellenplatten in der Depoolarisatorversion von EPS1000-50M

Wellenplatten in EPS1000-XXM (20 < XX ≤ 80; Standard seit 02/2026). Ideall geeignet zum präzisen Testen von kohärenten Empfängern bei höchsten Verwürfelungsgeschwindigkeiten, bis zu 80 Mrad/s.

Elektrooptische rotierende Viertewellenplatten (QWP0...QWP5) und eine Halbwellenplatte (HWP) werden vom Licht durchlaufen. Auf diese Weise werden beliebige Eingangspolarisationen verwürfelt. In allen Poincarékugeldarstellungen hier weiter unten rotiert die HWP schnell im Vergleich zu QWP1...QWP4, und QWP0, QWP5 sind nicht implementiert.

Rotierende QWP haben zeitvariante Orientierung. Wenn auch die Verzögerung zeitvariant ist, wird eine QWP zu einem linearen Retarder (RET). Man kann zwischen QWP- und RET-Betrieb umschalten. RET-Betrieb verbessert die Zufälligkeit der Verwürfelung. Deshalb verhalten sich RET1, RET2, HWP, RET3, RET4 sehr ähnlich wie die etablierten QWP0, QWP1, QWP2, HWP, QWP3, QWP4, QWP5. Aber mit 5 statt 7 Wellenplatten ist EPS1000-XXM (20 < XX ≤ 80) wesentlich schneller als der traditionelle EPS1000-20M.

Funktion der Wellenplatten im Polarisationsverwürfler EPS1000

Ein Polarisationstransformator aus LiNbO₃ ist so konfiguriert, daß er kaskadierte elektrooptische Wellenplatten enthält. Jede elektrische Periode von Wellenplattenspannungen entspricht einer halben mechanischen Umdrehung einer Wellenplatte. Als Verwürfelungsgeschwindigkeit definieren wir diejenige Geschwindigkeit auf der Poincarékugel, welche bei rotierender linearer Polarisation am Ausgang einer Wellenplatte vorliegt.

QWP0 bis QWP2 verwürfeln die unbekannte Eingangspolarisation.

Abhängig davon erzeugt die schnelle HWP Poincarékugelkreise in parallelen Ebenen, mit Radien zwischen 0 und 1, im arithmetischen Mittel π/4. In jeder Periode der HWP-Spannungen wird ein solcher Kreis zweimal durchlaufen. Bei Kreisradius 1, entsprechend rotierender linearer Polarisation auf dem Poincarékugeläquator, entsteht demnach in jeder elektrischen Periode eine Trajektorie der Länge 4π. Auf diesen Fall ist die von -10.000 bis +10.000 krad/s in Schritten von 0,01 krad/s (6 Dekaden) einstellbare Polarisationsänderungsgeschwindigkeit der HWP bezogen. Bei gleichverteilter Eingangspolarisation ist die Effektivgeschwindigkeit √2/3 = 0,816 mal so groß.

QWP3 bis QWP5 verwürfeln anschließend die Orientierungen der Kreise und verteilen die Polarisationsänderungen und ihre Richtungen gleichmäßig über die Poincarékugel. Eine QWP kann ebenfalls rotierende lineare Polarisation erzeugen, aus zirkularer Eingangspolarisation. Dabei wird in jeder elektrischen Periode der QWP-Spannungen der Poincarékugeläquator einmal durchlaufen, entsprecheud einer Trajektorie der Länge 2π. Auf diesen Fall ist die individuell von -1.000.000 bis +1.000.000 rad/s in Schritten von 0,01 rad/s (8 Dekaden) einstellbare Polarisationsänderungsgeschwindigkeit der QWP bezogen. Bei Eingangspolarisationen mit Elliptizitätswinkelbeträgen <π/8 ist die Polarisationsänderungsgeschwindigkeit einer QWP bis zu √2 mal so groß. Bei gleichverteilter Eingangspolarisation ist die Effektivgeschwindigkeit 2/√3 = 1,15 mal so groß wie für zirkulare Eingangspolarisation.

Poincarékugeldarstellungen, aufgenommen hinter dem Polarisationsverwürfler EPS1000

				Alle Wellenplatten laufen: QWP1, QWP2, HWP, QWP3, QWP4. Ganz rechts: HWP rotiert schnell. Überall sonst, auch unten: HWP rotiert langsam. QWP0 und QWP5 sind hier nicht implementiert.

			Die vorderen QWP1, QWP2 transformieren die Eingangspolarisation der HWP, die deshalb Kreise verschiedener Größe in parallelen Ebenen erzeugt. Die hinteren QWP3, QWP4 sind ausgeschaltet.

Die vorderen QWP1, QWP2 sind ausgeschaltet. Die HWP erzeugt große (links) oder kleine (rechts) Kreise. Diese werden von den hinteren QWP3, QWP4 in verschiedene Orientierungen transformiert.

Polarisationsverwürfelung mit 80 Mrad/s

		Halbwellenplatte mit lokal linearer Polarisation läuft mit 80 Mrad/s in EPS1000-80M.

		Halblogarithmische Geschwindigkeitsverteilung, erzeugt von einer Halbwllenplatte mit lokal linearer Polarisation, die mit 80 Mrad/s in EPS1000-80M läuft

		Spitze 80-Mrad/s-Geschwidigkeitsverteilung erzeugt von RET1, RET2, HWP, RET3, RET4 in EPS1000-80M. Die Geschwindigkeitsverteilung ist kalibriert bis 80 Mrad/s. Die spitze Verteilung wird von hohen Geschwindigkeiten dominiert. Das erlaubt schnelles Testen von kohärenten Empfängern, die für eine bstimmte Regelgeschwindigkeit entworfen sind.

Ähnlich wie oben, aber 100 krad/s

Sprungantwort des Polarisationsvewürflers EPS1000-80M

Elektrooptische Sprungantwort 10 ns des EPS1000-80M, gemessen mit Photodiode hinter Polarisator. Horizontal: 10 ns/div. Vertikal: unskaliert.

Messung von polarisationsabhängigem Verlust (PDL)

Für Einzelheiten siehe Abschmitt IV. hier. PDL-Messung erfordert einen mit 1 oder 2 optischen Leistungsdetektoren ausgestatteten EPS1000. Bei verschiedenen erzeugten Polarisationszuständen wird die optische Leistung hinter dem Meßobjekt (DUT) gemessen. Die Mittelungszeit ist wählbar (80 ns, 160 ns, 320 ns, ... , 2,68 s). Mit Standardeinstellungen dauert eine Messreihe samt Datentransfer etwa 30 s. Referenzmessungen erlauben es, die Verluste des LiNbO₃-Polarisationtransformators innerhalb des EPS1000 mathematisch zu eliminieren. Minimale, mittlere und maximale Dämpfung und PDL des DUT werden so bestimmt. Es folgen typische Ergebnisse.