DE10132275A1 - Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge eines optischen Signals und Verfahren zum Betreiben einer solchen Einrichtung - Google Patents

Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge eines optischen Signals und Verfahren zum Betreiben einer solchen Einrichtung

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Abstract

Eine Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge (lambda) eines optischen Signals (S) enthält ein winkeldispersives optisches Element (8) und einen diesem nachgeordneten ersten positionsauflösenden Lichtempfänger (10), der zumindest eine in Differenzschaltung betriebene Photodiodenanordnung umfasst.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge eines optischen Signals. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Einrichtung.
  • Die Wellenlänge oder allgemeiner die spektrale Zusammensetzung eines optischen Signals ist für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere in der faseroptischen Sensorik, Träger der im optischen Signal übertragenen Information, beispielsweise die von einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor erfasste Messgröße.
  • Bei einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor handelt es sich um eine optische Faser, in deren Kern eine periodische Modulation des Brechungsindex eingebracht ist. Diese bildet ein Bragg- Gitter, das Licht mit einer zur Gitterkonstanten proportionalen Wellenlänge (Bragg-Wellenlänge) reflektiert. Ändert sich nun diese Gitterkonstante, d. h. der Abstand der Maxima oder Minima des Brechungsindex, aufgrund eines auf die optische Faser im Bereich dieser Modulation einwirkenden Umgebungseinflusses, beispielsweise Druck, Temperatur, Magnetfeld, so ändert sich dementsprechend die Schwerpunktwellenlänge der am Bragg-Gitter reflektierten spektralen Komponente des in die optische Faser eingekoppelten breitbandigen optischen Sendesignals. Die Information über die Messgröße ist somit im reflektierten Signal spektral kodiert. Die Änderung der spektralen Zusammensetzung kann nun auf verschiedene Weisen erfasst werden.
  • Aus Optical Fiber Technology 2, S. 291-317, 1996, Alan D. Kersey, "A Review of Recent Developments in Fiber Optic Sensor Technologie ([1]) und Meas. Sci. Technol. 8 (1997), S. 355-357, Yun-Jiang Rao "In-fibre Bragg grating sensors" ([2]) sind sogenannte phasenmodulierte asymmetrische Interferometeranordnungen bekannt, in denen die Wellenlängenmodulation des vom Faser-Bragg-Gitter-Sensors reflektierten optischen Signals in ein phasenmoduliertes Interferenzsignal umgewandelt wird. Derartige Interferometer sind jedoch aufgrund ihrer Asymmetrie empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere empfindlich gegen akustische Einkoppelung von Schwingungen.
  • Anstelle interferometrischer Messanordnungen ist es ebenfalls aus [1], S. 309, bekannt, das am Bragg-Gitter reflektierte optische Signal unmittelbar spektroskopisch auszuwerten. Dies geschieht mit Hilfe eines winkeldispersiven optischen Elementes, beispielsweise ein Reflexionsgitter oder ein Prisma, dem ein lineares Photodetektor-Array oder ein CCD-Array nachgeordnet ist, mit denen unter Zuhilfenahme ihrer ortsauflösenden Eigenschaften eine unmittelbare Änderung der Wellenlänge erfasst werden kann. Obwohl die Verwendung geeigneter Auswertealgorithmen ein räumliches Auflösungsvermögen ermöglicht, das etwa ein hundertstel der Lateralausdehnung eines Einzelelementes (Pixelbreite) beträgt, ist zur Erzielung einer ausreichenden Messempfindlichkeit die Verwendung eines CCD- Arrays erforderlich.
  • Sowohl die aufgrund der erforderlichen räumlichen Auflösung notwendige Verwendung von CCD-Arrays als auch die Notwendigkeit, aufwendige Algorithmen zur Erhöhung des Auflösungsvermögens einzusetzen, haben zu Folge, dass eine solche direkte spektroskopische Auswertung für die Erfassung dynamischer, d. h. schneller Änderungen der Wellenlänge mit einer Modulationsfrequenz größer als 10 Hz nicht geeignet ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge eines optischen Signals anzugeben, mit der auch hochfrequente Änderungen der Wellenlänge erfasst werden können. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Einrichtung anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge eines optischen Signals umfasst gemäß diesen Merkmalen ein winkeldispersives optisches Element sowie einen diesem nachgeordneten ersten positionsauflösenden Lichtempfänger, der zumindest eine in Differenzschaltung betriebene Photodiodenanordnung umfasst.
  • Durch die Verwendung einer in Differenzschaltung betriebenen Photodiodenanordnung können hochfrequente dynamische Änderungen der Wellenlänge erfasst werden, wobei die durch die Differenzschaltung erzielbare Ortsauflösung in Abhängigkeit von der gewünschten Bandbreite um wenigstens drei Größenordnungen besser ist als die Lateralabmessungen der einzelnen Photodioden, ohne dass es hierzu aufwendiger Auswertealgorithmen bedarf.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der positionsauflösende Lichtempfänger zumindest eine Differenzphotodiode. Bei einer Differenzphotodiode handelt es sich um zwei Photodioden, die benachbart zueinander auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Bei mittigem Einfall des Intensitätsschwerpunktes eines optischen Signals auf die Differenzphotodiode fließt in beiden Photodioden der gleiche Photostrom und die Differenz zwischen beiden Photoströmen ist gleich Null. Wandert nun der Schwerpunkt des optischen Signals, dessen Lateralausdehnung kleiner ist als die Lateralausdehnung der beiden Photodioden, aus der Mitte heraus, so fließen in den beiden Photodioden unterschiedliche Photoströme. Das Differenzsignal wird ungleich Null und ermöglicht eine Erfassung der Verschiebung bereits dann, wenn diese um Größenordnungen niedriger ist als die Lateralabmessungen der Photodioden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der erste positionsauflösende Lichtempfänger zumindest eine Lateraleffektphotodiode. Diese hat den Vorteil, dass ein für die Messung nicht nutzbarer Abstand zwischen den Photodioden, wie er bei einer Differenzphotodiode zwingend erforderlich ist, entfällt.
  • Als winkeldispersives optisches Element ist vorzugsweise ein abbildendes Beugungsgitter vorgesehen. Dadurch kann der Durchmesser des optischen Signals auf dem ersten positionsauflösenden Lichtempfänger reduziert und die Positionsempfindlichkeit erhöht werden.
  • Insbesondere ist der erste positionsauflösende Lichtempfänger quer zur Einfallsrichtung des optischen Signals verschiebbar angeordnet, wobei zum Verschieben insbesondere ein piezoelektrischer Stellantrieb vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine exakte Positionierung des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers in die symmetrische Lage (Null- oder Mittenlage).
  • Vorzugsweise ist zum Steuern der Verschiebung des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers ein zweiter positionsauflösender Lichtempfänger, insbesondere ein CCD-Array, vorgesehen, wobei der Stellantrieb insbesondere in Abhängigkeit eines vom zweiten Lichtempfänger bereitgestellten Steuersignals gesteuert wird. Dies ermöglicht ein Nachführen der Nulllage bei langsamen Änderungen der Wellenlänge des optischen Signals oder bei langsamen Strahllageschwankungen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der erste positionsauflösende Lichtempfänger eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Photodioden. Ein solches Photodioden-Array wird dabei vorzugsweise derart betrieben, dass jeweils zwei benachbarte Photodioden oder Photodiodenteilarrays zu einer Differenzphotodiode zusammengeschaltet werden.
  • Insbesondere werden die Lage des Intensitätsschwerpunktes des optischen Signals auf dem Photodiodenarray gemessen und eine gleiche Anzahl von symmetrisch zum Intensitätsschwerpunkt angeordneten aktiven Photodioden zu einer Differenzphotodiode zusammengeschaltet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die zu einer Differenzphotodiode zusammengeschalteten Photodioden (10 i, 10 i+1) bzw. Photodioden-Teilarrays (Ai, Ai+10) durch eine oder mehrere inaktive Photodioden im bzw. in der Umgebung des Intensitätsschwerpunktes (M) räumlich voneinander getrennt. Dadurch kann die Messempfindlichkeit erhöht werden.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
  • Fig. 2 eine als ersten positionsauflösenden Lichtempfänger geeignete Lateraleffektphotodiode ebenfalls in einer Prinzipdarstellung,
  • Fig. 3 u. 4 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines ersten positionsauflösenden Lichtempfängers,
  • Fig. 5a-d eine vorteilhafte Vorgehensweise bei der Auswahl der zur Differenzbildung herangezogenen Photodiode eines Photodiodenarrays
  • Fig. 6 u. 7 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem zweiten positionsauflösenden Lichtempfänger ebenfalls jeweils in einer Prinzipdarstellung.
  • Gemäß Fig. 1 tritt das in einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor 2 an einem Bragg-Gitter 4 reflektierte optische Signal S aus einer Apertur 6 aus und trifft auf ein winkeldispersives optisches Element 8, im Ausführungsbeispiel ein abbildendes reflexives Beugungsgitter mit einer auf einer konkav gekrümmten Oberfläche aufgebrachten periodischen Gitterstruktur. Das winkeldispersive optisches Element 8 erzeugt ein Beugungsbild der Apertur 6 auf einem ersten positionsauflösenden Lichtempfänger 10, der im Ausführungsbeispiel eine schematisiert dargestellte Differenzphotodiode ist.
  • Mit Hilfe eines Stellantriebs 12, vorzugsweise ein Piezoantrieb, kann die Position des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers 10 derart eingestellt werden, dass für eine vorbestimmte Wellenlänge λ0 die in den beiden Photodioden 10- 1 bzw. 10-2 jeweils fließenden Photoströme I1 bzw. I2 gleich sind, so dass die Differenz ID aus diesen beiden Photoströmen I1, I2 gleich Null ist.
  • Die Photodioden 10-1 und 10-2 sind in Differenzschaltung betrieben. Eine Änderung der Wellenlänge λ des optischen Signals S um Δλ hat zur Folge, dass sich der Schwerpunkt des Beugungsflecks aus der Mitte heraus um Δx verschiebt und zu einer Asymmetrie der Photoströme I1, I2 und damit zu einem von Null verschieden Differenzphotostrom ID führt.
  • Anstelle zweier in Differenzschaltung betriebener Photodioden (Differenzphotodiode) kann gemäß Fig. 2 als erster positionsauflösender Lichtempfänger 10 auch eine Lateraleffektphotodiode 10-3 vorgesehen sein, bei der einer lichtempfindlichen Schicht 13 zwei voneinander entfernt angeordnete Kontakte 14-1, 14-2 zugeordnet sind. Der Photostrom wird in zwei Teilströme I1 und I2 aufgeteilt, die jeweils zu den Kontakten 14-1 und 14-2 fließen. Auch hier ist die Differenz der Teilströme I1 und I2 ein direktes Maß für die Lage des Beugungsflecks 16 zwischen den beiden Kontakten 14-1 und 14-2.
  • Alternativ zu einer Lateraleffektphotodiode oder einer Differenzphotodiode kann gemäß Fig. 3 als erster positionsauflösender Lichtempfänger 10 auch ein Photodiodenarray vorgesehen sein, das aus einer Vielzahl von in Reihe angeordneten Photodioden 10 i besteht. In diesem Fall kann auf elektronischem Wege ein Photodiodenpaar 10 j, 10 j+1 ausgewählt werden. Mit einem solchen Photodiodenpaar 10 j, 10 j+1 kann dann eine kleine Änderung der Position des Beugungsflecks 16, im Beispiel durch die Positionen I und II veranschaulicht, gemessen werden. Wandert der Beugungsfleck 16 aufgrund langsamer Schwankungen der Strahllage entlang des Photodiodenarrays, beispielsweise in die Position III, so kann auf elektronischem Weg eine andere Photodiodenpaarung, im Beispiel der Figur die Photodioden 10 j+4, 10 j+5, ausgewählt werden, so dass eine mechanische Nachführung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, nicht mehr erforderlich ist. Die jeweils beste Photodiodenpaarung kann durch Auswahl der beiden Photodioden erfolgen, die den größten Photostrom liefern.
  • Anstelle einer aus zwei diskreten Photodioden aufgebauten Differenzphotodiode kann auch bei einem Photodiodenarray mit sehr kleinen Lateralabmessungen der einzelnen Photodioden eine solche Differenzschaltung durch die Auswahl zweier benachbarter Teilarrays Ai, Ai+10 gemäß Fig. 4 gebildet werden.
  • Zur Erhöhung des örtlichen Auflösungsvermögens kann außerdem eine zentral zum Beugungsfleck 16 positionierte Photodiode 10 i+10 oder ein zentrales Teilarray . . .10i+9, 10i+10, 10i+11. . . aus der Differenzbildung ausgeschlossen werden. Mit anderen Worten: Die benachbarten Teilarrays Ai, Ai+10 können voneinander durch eine oder mehrere inaktiv geschaltete Photodioden . . .10i+10. . . räumlich getrennt sein. Dies ist in Fig. 5a bis 5d veranschaulicht. Die Auswahl der zur Differenzbildung benutzten Photodioden erfolgt dabei so, dass die jeweils zur Differenzbildung verwendeten Photodioden oder Teilarrays allmählich weitgehend symmetrisches Ausgangssignal aufweisen. Hierzu wird der Intensitätsschwerpunkt M ermittelt, der im Falle der Fig. 5a zwischen den Photodioden 10 i+1 und 10 i+2 liegt. In diesem Falle werden die Photodioden 10 i und 10 i+1 zusammengefasst und zur Differenzbildung mit den Photodioden 10 i+2 und 10 i+3 zur Differenzbildung herangezogen. Verschiebt sich der Beugungsfleck gem. Fig. 5b um ein halbes Pixel nach rechts, so dass er wie im Ausführungsbeispiel dargestellt eine zur Photodiode 10 i+2 symmetrische Intensitätsverteilung aufweist (Intensitätsschwerpunkt M auf Photodiode 10 i+2), so werden zur Differenzbildung nur noch die Photodioden 10 i+1 und 10 i+3 herangezogen. Die zentral gelegene Photodiode 10 i+2 wird passiv geschaltet. Bei einer weiteren Verschiebung des Brennflecks 16 werden zur Differenzbildung die Messsignale der Photodioden 10 i+2 und 10 i+4 hinzugeschaltet, so dass zur Differenzbildung die Messsignale der Photodioden 10 i+1, 10 i+2 bzw. 10 i+3, 10 i+4 jeweils zusammengefasst werden. Die in Fig. 5d dargestellte Situation entspricht der Situation gemäß Fig. 5b, wobei nur eine Weiterschaltung um ein Element erfolgt ist. Wesentlich ist, dass immer eine gleiche Anzahl von annähernd symmetrisch um den Intensitätsschwerpunkt M angeordneten Photodioden zur Auswertung herangezogen wird. Durch Inaktivschalten der zentralen Photodioden kann die Empfindlichkeit der Messanordnung erheblich verbessert werden, da die Messsignale der im Randbereich des Beugungsflecks 16 liegenden Photodioden empfindlicher auf eine Ortsverschiebung des Beugungsflecks 16 ansprechen.
  • Grundsätzlich können die in Fig. 5a bis 5d dargestellten Photodioden 10 i wiederum aus mehreren Photodioden aufgebaut sein.
  • Die Auswahl des zur Ausführung benutzten Photodioden erfolgt dabei so, dass zunächst eine Intensitätsverteilung aufgenommen und der Intensitätsschwerpunkt ermittelt wird. Danach werden zu beiden Seiten des Intensitätsschwerpunktes eine gleiche Anzahl von Photodioden ausgewählt, die symmetrisch zum Intensitätsschwerpunkt verteilt sind, wobei es je nach Breite des Brennflecks grundsätzlich möglich ist, für die Differenzbildung mittig gelegene Photodioden nicht zu benutzen. Beispielsweise könnte im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5a und 5c grundsätzlich die Differenzbildung lediglich mit den Photodioden 10 i und 10 i+3 bzw. 10 i+1 und 10 i+4 erfolgen.
  • Gemäß Fig. 6 ist neben dem ersten positionsauflösenden Lichtempfänger 10 in einer zweiten Ebene ein zweiter positionsauflösender Lichtempfänger 20 angeordnet, der in erster Linie dazu dient, die Position des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers 10 bei langsamen Schwankungen der Strahllage oder langsamen Änderungen der Wellenlänge nachzuführen. Hierzu wird das optische Signal S in zwei Teilsignale S1 und S2 aufgeteilt.
  • Eine langsame Abweichung, beispielsweise bei alterungsbedingter oder durch zusätzliche stationäre Dehnungen oder Temperaturänderungen am Faser-Bragg-Gitter-Sensor hervorgerufener Dejustage, des Beugungsflecks 16-2 des Teilstrahls S2 auf dem zweiten positionsauflösenden Lichtempfänger 20, vorzugsweise ein CCD-Array, von der ursprünglichen Nulllage 0 um die Wegstrecke Δx wird gemäß Fig. 7 mittels des zweiten positionsauflösenden Lichtempfängers 20 erfasst. Ein entsprechendes Messsignal Δ wird einer Steuereinrichtung 22 zugeführt, die in Abhängigkeit von diesem Messsignal Δ den Stellantrieb 12 zur mechanischen Nachführung des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers 10 in die neue Nulllage I steuert. Bei Verwendung eines Photodiodenarrays kann das Messsignal Δ auch dazu benutzt werden, die zur Differenzbildung benutzten Photodioden oder Teilarrays auszuwählen.

Claims (14)

1. Einrichtung zur Messung einer dynamischen Änderung der Wellenlänge (λ) eines optischen Signals (S), mit einem winkeldispersiven optischen Element (8) und einem diesem nachgeordneten ersten positionsauflösenden Lichtempfänger (10), der zumindest eine in Differenzschaltung betriebene Photodiodenanordnung umfasst.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste positionsauflösende Lichtempfänger (10) zumindest eine Differenzphotodiode (10-1, 10-2) enthält.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste positionsauflösende Lichtempfänger (10) zumindest eine Lateraleffektphotodiode (10-3) enthält.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche Anspruch 1, bei der als winkeldispersives optisches Element (8) ein abbildendes Beugungsgitter vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste positionsauflösende Lichtempfänger (10) quer zur Einfallsrichtung des optischen Signals (S) verschiebbar angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der zum Verschieben ein piezoelektrischer Stellantrieb (12) vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem zum Steuern der Verschiebung des ersten positionsauflösenden Lichtempfängers (10) ein zweiter positionsauflösender Lichtempfänger (20) vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, bei der als zweiter positionsauflösender Lichtempfänger (20) ein CCD-Array vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Steuerung für den Stellantrieb (12) in Abhängigkeit eines vom zweiten Lichtempfänger (20) bereitgestellten Messsignals (Δ).
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste positionsauflösende Lichtempfänger (10) eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Photodioden (10 i) enthält.
11. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung nach Anspruch 10, bei dem zwei benachbarte Photodioden (10 i, 10 i+1) oder Photodioden-Teilarrays (Ai, Ai+10) zu einer Differenzphotodiode zusammengeschaltet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem von jeweils benachbarten Photodioden (10 i, 10 i+1) bzw. Photodioden-Teilarrays (Ai, Ai+10) diejenigen mit den größten Ausgangssignalen zu einer Differenzphotodiode zusammengeschaltet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Lage des Intensitätsschwerpunktes (M) des optischen Signals (S) auf dem Photodiodenarray gemessen wird und eine gleiche Anzahl von symmetrisch zum Intensitätsschwerpunkt angeordneten aktiven Photodioden zu einer Differenzphotodiode zusammengeschaltet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die zu einer Differenzphotodiode zusammengeschalteten Photodioden (10 i, 10 i+1) bzw. Photodioden-Teilarrays (Ai, Ai+10) durch eine oder mehrere inaktive Photodioden im bzw. in der Umgebung des Intensitätsschwerpunktes (M) räumlich voneinander getrennt sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4200950A1 (de) * 1992-01-16 1993-07-22 Thomas Engel Einrichtung zur wellenlaengenbestimmung einer schmalbandigen lichtquelle
DE19734087A1 (de) * 1996-08-20 1998-02-26 Zeiss Carl Fa Auswerteschaltung mit Phasenbestimmung für ortsempfindliche Detektoren
DE19904312A1 (de) * 1998-01-29 1999-10-07 Ando Electric Wellenlängenmeßsystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4200950A1 (de) * 1992-01-16 1993-07-22 Thomas Engel Einrichtung zur wellenlaengenbestimmung einer schmalbandigen lichtquelle
DE19734087A1 (de) * 1996-08-20 1998-02-26 Zeiss Carl Fa Auswerteschaltung mit Phasenbestimmung für ortsempfindliche Detektoren
DE19904312A1 (de) * 1998-01-29 1999-10-07 Ando Electric Wellenlängenmeßsystem

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