DD137022B1 - Integriert-optische Anordnung - Google Patents

Description

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Titel der Erfindung: Integriert-optische Anordnung

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine integriert-optische Anordnung zur inkrementalen Längen- oder Winkelmessung,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen; Es ist bereits eine integriert-optische Anordnung zur Interferenzmessung bekannt geworden. Dabei wird ein einfallender Lichtstrahl innerhalb einer Wellenleiterschicht

tO durch ein erstes teildurchlässiges Element in zwei Anteile zerlegt, die durch reflektierende Elemente an einer Stelle geführt werden, an der sich ein zweites teildurchlässiges Element zur Zusammenführung der beiden Strahlenteile und damit zur Ermöglichung der Interferenz befindet.

Die Herstellung einer derartigen Anordnung ist mit der notwendigen definierten Genauigkeit der Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften der einzelnen Elemente nur mit hohem Aufwand zu realisieren. Außerdem ist für die Punktion der Meßanordnung die relative Lage der reflektierenden Elemente zu den teildurchlässigen Elementen entscheidend. Daraus resultieren technologische Schwierigkeiten.

Ziel der Erfindung;

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine integriert-optische Anordnung zur Interferenzmessung zu entwickeln, die gegenüber makrooptischen Ausführungen den Vorteil geringer Bau-

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größe, Herstellungskosten, Erschütterungs- und Temperaturempfindlichkeit und geringen Energiebedarfs aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Anwendung einer integriert-optischen Anordnung die genannten Mängel des Standes der Technik zu beseitigen. Die Anordnung soll zur Messung von Längen, Winkeln, Temperaturänderungen usw. universell einsetzbar sein

Diese Aufgabe wird durch eine integriert-optische Anordnung, die aus einem zwischen einem Träger und einer dielektrischen Schicht sich befindenen Mehrmoden-Wellenleiter besteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der dielektrischen Schicht eine Reihe von Photoempfängern (7...16), die zueinander um jeweils 11/20yyversetzt sind, energetisch an den Wellenleiter angekoppelt sind.

Erfindungsgemäß ist ea von Vorteil, daß zum ersten Photoempfänger (7) der Photoempfängereihe (7...16) ein weiterer Photoempfänger um eine viertel Interferenzperiode versetzt angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel:

An Hand eines von mehreren möglichen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden. Auf einen Träger 1 befindet sich ein Zwei-Moden-Wellenleiter 2, der von einer dielektrischen Schicht 3 bedeckt ist, deren Brechkraft kleiner ist als die des Wellenleiters· An einem Ende des Wellenleiters befindet sich ein Einkoppelgitter 4. Ein erster Laserstrahl 5, der die TE_Q-Mode enthält, trifft unter dem Synchronwinkel für diese Mode auf das Einkoppelgitter 4, so daß der TE -Mode im Wellemieiter 2 angeregt wird. Ein zweiter Laserstrahl 6, der die TE₁-Mode enthält, wird unter dem Synchronwinkel für diese Mode auf das Einkoppelgitter 4 geführt. Im

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Wellenleiter 2 wird also gleichzeitig die TE..-Mode angeregt. Der Wellenleiter 2 muß solche Eigenschaften besitzen, daß sich die effektiven Brechungsindices für die TE_Q-Mode und TE.-Mode nur sehr gering unterscheiden.

Als Beispiel können folgende Werte angegeben werden:

₌ ^zo = 1,51152 о ü

k_z = 0,0157,

wobei ⁿeff ^^{en w}i^r^^samen Brechungsindex in Ausbreitungsrichtung der Laserenergie,

к die Wellenzahl in z-Richtung, к die Wellenzahl des Laserlichtes und

Δ к die Differenz der Wellenzahlen in z-Richtung bedeuten, ζ

Wenn sich, wie im vorliegenden Beispiel, die к -Werte um 0,0157 unterscheiden, dann entsteht im 7/ellenleiter ein Interferenzmuster, das in z-Richtung einer Periode von 400 /um aufweist

Auf der Oberfläche des 7/ellenleiters sind im Abstand von jeweils 420 ,um schmale Auskoppelgitter mit einer Breite von etwa 20/um aufgebracht. Diese Gitter, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, besitzen eine niedrige Auskoppeleffektivität. Die durch diese Gitter ausgekoppelte Energie trifft auf Photodioden 7...16, die z.B. auf die dielektrische Schicht 3 aufgeklebt sind. Auf Grund der seitlichen Versetzung der Photodioden gegenüber den Intensitätsmaxima nimmt die registrierte Intensität im

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gewählten Beispiel in z-Richtung stetig ab. Wird ein Laserstrahl 5 und der Laserstrahl 6 durch die +1. und die - 1. BeugungsOrdnung eines bestrahlten Gittermaßstabes gebildet, dann bewegt sich das Interferenz-Streifenmuster im Wellenleiter in z-Richtung um 2A, wenn das Meßgitter um eine Gitterperiode verschoben wird. Mit Hilfe des ersten Photoempfängers 7 erfolgt eine inkrementale Zählung in Einheiten der halben Periode des Meßgitters. Die Photoempfänger 7...16, die zueinander um jeweils 11/20./\.versetzt sind, bilden in ihrer Gesamtheit einen optischen Nonius, so daß als Maßeinheit ¹/20 der Meßgitterperiode angegeben werden kann.

Wird neben dem ersten Photoempfänger 7 ein weiterer in der Zeichnung nicht dargestellter Photoempfänger angebracht, der um -=j— gegenüber dem ersten versetzt ist, dann kann eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Meßgitters unterschieden werden.

Die im Wellenleiter eingezeichnete Linie stellt schematisch die Intensitätsverteilung dar.

Claims (2)

1. -S-

   Erfindungsanspruch:

   1. Integriert-optische Anordnung, die aus einem zwischen einem Träger und einer dielektrischen Schicht sich befindenden Mehrmoden-Wellenleiter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dielektrischen Schicht eine Reihe von Photoempfängern (7...16), die zueinander um jeweils 11/20Д, versetzt sind, energetisch an den Wellenleiter angekoppelt sind.
2. 2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum ersten Photoempfänger (7) der Photoempfängerreihe (7..И6) ein weiterer Photoempfänger um eine viertel Interferenzperiode versetzt angeordnet ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

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