DE2029151A1

DE2029151A1 - Anordnung zur Messung von Winkelge schwindigkeiten nach dem Prinzip des Sagnac Interferometers

Info

Publication number: DE2029151A1
Application number: DE19702029151
Authority: DE
Inventors: Klaus Joachim Dipl Phys 8011 Baldham Kroy Walter Dipl Phys Dr 8000 München Mehnert Walter Dipl Ing 8012 Ottobrunn P Brauser
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1970-06-12
Filing date: 1970-06-12
Publication date: 1971-12-16
Also published as: DE2029151B2

Description

Anordnung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten nach dem Prinzip des Sagnac-Interferometers Anordnungen sur Messung von Winkelgeschwindigkeiten nach dem Prinzip des Sagnac-Interferometers sind an sich bekannt. Bekannt sind ferner solche Anordnungen, bei denen zur Vergrößerung der Empfindlichkeit des Sagnac-Interferometers das in einem Laser erzeugte Licht zu einem vielfachen Umlauf um eine Bezugsfläche geführt wird. Dieser Umlauf wird durch Lichtleiter oder durch Spiegelanordnungen besonderer Bauart, wie beispielsweise Toroid-Spiegel, Ringleiter etc., vorgenommen. Die Anzahl der Umläufe füc das Licht ist jedoch durch dessen Dämpfung infolge von Reflexion und Absorptionsvorgänge begrenzt.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt eine Anordnung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten der vorbeschriebenen Art zu schaffen, bei der die Reflexions- und Absorptionsverluste weitgehend kompensiert sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lichtleiter und die Laserlichtquelle aus gleichem Material - beispielsweise neodyndotiertes Glas - gefertigt sind und die Lichtleiter faserförmig in ein- oder mehrlagiger spulenförmiger Schicht auf der Oberfläche einer ringförmigen Xenonlampe angeordnet sind.
Durch diese Maßnahmen werden die durch den langen Lichtweg auftretenden Reflexions- und Absorptionsverluste aufgehoben, weil der Lichtimpuls - der vorzugsweise von kurzer Dauer und hoher Folgefrequenz ist - im gepumpten Material des Lichtleiters bis zur kurzzeitigen Überschreitung der Inversionsschwelle verstärkt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Eingangsende der spulenförmigen Schicht mit einem Neodym-Gl&slaser gekoppelt ist. Durch die Materialgleichheit von Lichtleiter und Laser werden die Lichtpulse bei der Ausbreitung längs der Lichtleiter-Windungen der spulenförmigen Schicht verstärkt.
Um die Lichtausbeute zu erhöhen und übermäßige Erwärmungen zu vermeiden, schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß die Lichtleiter und die Xenonlampe mit einem Kühlmantel umgeben sind, dessen Innenwand mit einer Spiegeischicht versehen ist, und daß das Glas der Lampe oder eine bestimmte Schicht auf demselben Filtereigenschaften besitzt, die vorzugsweise nur den Pumplichtanteil durchläßt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein Toroid-Spiegel-Ringleiter in einem Raum mit einer Atmosphäre aus geeignetem Gas - beispielsweise Argon oder Helium-Neongemisch - angeordnet und einem gepulsten Laser des gleichen Mediums zugeordnet ist. Auch hier wird eine Verstärkung der Lichtpulse erreicht.
Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen beschrieben und gezeichnet, so daß auch hieraus weitere Vorteile und Maßnahmen entnehmbar sind. Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau der Anordnung zur Verstßrkung mit Nd-Lichtleitern, Fig. 2 den schematischen Aufbau der Anordnung zur Verstärkung mit Toroid-Ringspiegeln, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 2 mit zusätzlich eingezeichneter Pumpanordnung.
Tn einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden auf einer ringförmig gebogenen Xenonlampe 10 Lichtleiter 11,12 beispielsweise aus neodymdotiertem Glas aufgebracht. Das Licht der Xenonlampe i0 wird zum Pumpen der Niveaus dieses Lasermaterials verwendet und zwar bis kurz unterhalb der Inversionsschwelle. DAS System tfXenonlampe 10, Lichtleiter 11,12" umspannt die Ringfläche 17.
Wird nun ein Impuls eines Neodyinlasers 13 in das g-epumpte Lichtleitersystem 10, 1t, 12 eingekoppelt, so pflanzt sich dieser Impuls in dem Lichtleiter 11 im Uhrzeigersinne und im Lichtleiter 12 im entgegengesetzten Sinne fort. Der Impuls umläuft in beiden Richtungen die Fläche 17 k-malw Der Impuls wird im gepumpten Material des Lichtleiters 11 bzw. 12 verstärkt. Diese Verstärkung hebt die bisher üblichen Lichtleiterverluste auf, so daß die Umlaufzahl k groß gemacht werden kann. Beide Impulse treten in ein Interferometer 14, wobei sie mit einer bestimmten Ordnung z interferieren. Eine laufende Messung wird durchgeführt, indem eine geeignete Impulsfolgefrequenz eingegeben wird.
Die beobachtbare Interferenzordnung Z ist dann der Winkelgeschwindigkeit # des Systems nach der bekannten Sagnac-Formel wie folgt zugeordnet: w = Fläche des Rings # = Winkelgeschwindigkeit k = Anzahl der Windungen des Lichtleiters co = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Wellenlänge Der Lampenring 10 mit den außen aufgebrachten neodymdotierten Lichtleitern 11,12 wird in der Regel in einem Kühlmantel 15 -eingeschlossen sein, welcher zur Erhöhung der Lichtausbeute auf der Innenseite eine Spiegelschicht 18 trägt. Er wird in geeigneter Weise von einem Kühlmittel durchflossen. Die Energieversorgung der Xenonlampe 10 erfolgt durch die Strorversorgung 16.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 be-.
steht aus einem in einem Gasraum :LOI befindlichen Toroid-Spiegelringleiter 102 mit dem Spiegel 104, der infolge seiner Form und der Geometrie der eingekoppelten Lichtstrahlen 103 für den k-fachen Umlauf dieser Lichtstrahlen und deren genügende Fokussierung sorgt. Befindet sich zwischen den Elektroden 105 des Gasraumes 101 innerhalb des Gehäuses 109 ein geeignetes Gas, das. mittels Hochfrequenzanordnung 1,06 "gepumpt" werden kann, so tritt ein Verstärkungseffekt auf dem Weg der Lichtstrahlen vom Laser 107 bis zum Interferorneter io8 auf, sofern das Gas im Gasraum 101 von der gleichen Art ist, die im verwendeten Laser 107. Als Beispiel für das. zur Verwendung kommende Gas, sei Helium-Neongasgemisch genannt.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird es als vorteilhaft angesehen, daß der Laser 107 kurze Lichtpulse erzeugt, die über Strahlteiler 111 und Umlenkspiegel 113 in den Ringleiter 102 eingekoppelt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Anordnung zur Meseung von Winkelgeschwindigkeiten mittels eines Sagnac-Interferometers, bei dem das Licht eine k-fache Umlenkung erfährt, dadurch g e k a n n z e i c h -n e t 1 daß die Lichtleiter (11,12) und die Laserlichtquelle (13) aus gleichem Material - beispielsweise neodymdotiertes Glas - gefertigt sind und die Lichtleiter (11,12) faserförmig in ein- oder mehrlagiger spulenförmiger Schicht (i9) auf der Oberfläche einer ringformigen Xenonlampe (10) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Eingangsende der spulenförmigen Schicht (19) mit einem Neodymglaslaser (13) gekoppelt ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n nze i c h n e t , daß die Lichtleiter (11,12) und die Xenonlampe (10) mit einem Kühlmantel (13) umgeben sind, dessen Innenwand mit einer Spiegelschicht (18) versehen ist.

4. Anordnung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten mittels eines Sagnac-Interferometers, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Tereidspiegelringleiter (102) in einem Raum (101) mit einer Atmoschäre AUS geeignetem Gas - beispielsweise Argon oder helium-Neengemisch - angeerdnet und einem Laser (107) mit gleichem Medium zugeordnet ist.