DE2029151B2 - Anordnung zur messung von winkelgeschwindigkeiten mittels eines sagnac-interferometers - Google Patents

Description

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Anordnungen zur Messung von Winkelgeschwindigleiten nach dem Prinzip des Sagnac-Interferometers lind bekannt. Bekannt sind ferner solche Anordnungen, bei denen zur Vergrößerung der Empfindlichkeit des Sagnac-lnterferomcters das in einem Laser erzeugt 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 usw., vorgenommen. Die Anzahl der Umläufe für das Licht ist jedoch durch dessen Dämpfung infolge Von Reflexions- und Absorptionsvorgängen begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten der vorbeschriebenen Art zu schaffen, bei der die Reflexions- und Absorptionsvcrluste weitgehend kompensiert sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der vielfach umlaufende Strahl durch ein gepumptes Material geleitet wird. Bei einer speziellen Anordnung, bd der der vielfache Umlauf mittels gewendelter Lichtleiter erzielt wird, sind erfindungsgemäß die Lichtleiter sowie die Laserlichtquelle aus gleichem Material — beispielsweise neodymdotiertem Glas — gefertigt und die Lichtleiter faserförmig in ein- oder mehrlagiger säulenförmiger Schicht auf der Oberfläche einer ringförmigen Xenonlampe angeordnet. 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 weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Eingangsende der spulenförmigen Schicht mit einem Neodym-Glaslaser gekoppelt ist.

Durch die Materialgleichheit von Lichtleiter und Laser werden die Lichtpulse bei der Ausbreitung längs der Lichtleiterwindungen 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 Spiegelschicht versehen ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe kann gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem der vielfache Umlauf mittels eines Toroidspiegels erzielt wird, auch dadurch gelöst werden, daß der Turoidspiegel in einem Raum mit einer Atmosphäre aus geeignetem Gas

— beispielsweise Argon oder Helium-Neon-Gemisch — angeordnet und einem Laser mit gleichem Medium zugeordnet ist. Auch hier wird eine Verstärkung der Lichtpulse erreicht, wobei der Lichtstrahl wie in einem Lichtleiter im Toroidspiegel gewissermaßen »gefangen« bleibt und in ihm zur Vielfachumlenkung gebracht wird.

Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen beschrieben und gezeichnet. Es zeigt

F i g. 1 den schematischen Aufbau der Anordnung zur Verstärkung mit Nd-Licntieitern,

F i g. 2 den schematischen Aufbau der Anordnung zur Verstärkung mit Toroid-Ringspiegeln,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß F i g. 2 mit zusätzlich eingezeichneter Pumpanordnung.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 werden auf einer ringförmig gebogenen Xenonlampe 10 Lichtleiter 11, 12 beispielsweise aus neodymdotiertem Glas aufgebracht. Das Licht der Xenonlampe 10 wird zum Pumpen der Niveaus dieses Lasermaterials verwendet, und zwar bis kurz unterhalb der Inversionsschwelle. Das System »Xenonlampe 10, Lichtleiter 11, 12« umspannt die Ringfläche 17, wobei die Lichtleiter 11, 12 die Xenonlampc 10 spiralförmig umwinden, so daß die Lampenoberfläche mit einer gleichmäßigen, dünnen Schicht 19 von Lichtleitern umgeben ist, wobei die Steigung der Aufwicklung etwa 1 bis 3 Windungen pro Flächenumfang beträgt. Wird nun ein Impuls eines Neodymlaser 13 in das gepumpte Lichtleitersystem 10. 11. 12 cingekoppelt, so pllan/t sich dieser Impuls in dem Lichtleiter 11 im Uhrzeigersinn und im Lichtleiter 12 im entgegengesetzten Sinne fort. Der Impuls umläuft in beiden Richtungen die Fläche 17 fc-mal. 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 ω des Systems nach der be- und 3 besteht aus einem in einem Gasrnum 101 bekannten Sagnac-Formel wie folgt zugeordnet: findlichen Toroid-Sp.egelr.nglei er 102 auf einem ,so- * ^lßl "^{B IUU} lierenden Ständer 100 und einem vafcummdicluen Z = ⁴^-A Glasfenster 102ö mit dem Spiegel 104. der infolge C₀ · λ ' _{5 seiner} p_orm und der Geometrie der eingekoppelten F = Fläche des Rings, Lichtstahlen 103 für den A'-fachen Umlauf dieser Licht- ω = Winkelgeschwindigkeit, strahlen und deren genügende Fokussieruns sorgt. , . ... .... ,⁶ ' _¥ . , . . Rpfindet sich zwischen den Elektroden 105 des üas-

k = Anzahl der Windungen des Lichtleiters, ™^eU!,^C^erhalb des Gehäuses 109 ein geeignetes

^Jf,Ji innerhalb des Gehä ggtes

C₀ = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, _{io Qa$ das miUe)s} Hochfrequenznetzgerät 106 »gepumpt«

A = Wellenlänge. werden kann, so tritt ein Verstärkungseffekt auf dem

Der Lampenring IO mit den außen aufgebrachten Weg der Lichtstrahlen vom Laser 107 bis zum interneodymdotierten Lichtleitern II, 12 wird in der Regel ferometer 108 auf, sofern das Gas im Gasraum 101 in einem Kühlmantel 15 eingeschlossen sein, welcher von der gleichen Art ist, wie im verwendeten Laser 107. zur Erhöhung der Lichtausbeute auf der Innenseite 15 Als Beispiel für das zur Verwendung kommende Gas eine Spiegelschicht 18 trägt. Er wird in geeigneter sei ein Helium-Neon-Gasgemisch, genannt.
Wtise von einem Kühlmittel durchflossen. Die Für die vorbeschriebene Anordnung ist es vorteil-

Energieversorgung der Xenonlampe 10 erfolgt durch haft, wenn der Laser 107 kurze Lichtpulse erzeugt die die Stromversorgung 16. über Strahlteiler 111, 1Π und Umlenkspiegel 113 in

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 2 20 den Ringleiter 102 eingc-Koppelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten mittels eines Sagnac-Jnterferometers, bei dem kohärentes Licht zum vielfachen Umlauf gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vielfach umlaufende Strahl durch ein gepumptes Medium geleitet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der vielfache Umlauf mittels gewendelter Lichtleiter erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (11,12) u id die Laserlichtquelle (13) aus gleichem Material — beispielsweise neodymdotiertem Glas — gefertigt sind und die Lichtleiter (Π, 12) faserförmig in ein- oder mehrlagiger spuleaförmiger Schicht (19) auf der Oberfläche einer ringförmigen Xenonlampe (10) angeordnet sind

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsende der spulenförmigen Schicht (19) mil einem Neodymglaslaser (13) gekoppelt ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (1!, 12) und die Xenonlampe (10) mit ;inem Kühlmantel (15) umgeben sind, dessen Innenwand mit einer Spiegelschicl.t (18) versehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der vielfache Umlauf mittels eines Toroidspiegels erzielt wird, dadurch geke nzeichnet, daß der Toroidspiegel (102) in einem Raum (1.01) mit einer Atmosphäre aus geeignetem Gas — beispielsweise Argon oder Helium-Neon-Gemisch — angeordnet und einem Laser (107) mit gleichem Medium zugeordnet ist.