DE2804119C2

DE2804119C2 -

Info

Publication number: DE2804119C2
Application number: DE2804119A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen De Schiffner
Original assignee: Litef GmbH
Current assignee: Northrop Grumman Litef GmbH
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1989-11-09
Also published as: US4325636A; GB2014329B; DE2804119A1; FR2416451A1; GB2014329A; BE873836A; FR2416451B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Interferometer mit einem zu einer Spule gewickelten optischen Einmode-Wellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus einem Aufsatz von V. Vali, R.W. Shorthill, M. F. Berg: Fresnel-Fizeau effect in a rotating optical fiber ring interferometer, Appl. Opt. 16 (Oct. 1977), S. 2605-2607 sind Interferometer bekannt, die unter Ausnützung des Sagnac-Effektes zur Mes sung von Winkelgeschwindigkeiten eingesetzt werden können. Dazu wird linear polarisiertes Licht in beide Enden eines zu einer Spule gewickelten Wellenleiters eingekoppelt, so daß er in beiden Richtungen von Licht durchlaufen wird. Durch Überlagerung des aus den Lichtaustrittsflächen an beiden Enden austretenden Lichts kann ein Interferenzmuster erzeugt werden, dessen örtliche Intensitäts verteilung Aufschluß gibt über den Bewegungszustand des Spule relativ zu einem Inertialsystem. Die örtliche Verteilung der Lichtintensitäten hängt ab von der ge genseitigen Phasenlage der aus den Lichteintrittsflächen austretenden Licht strahlen. Ist die Spule gegenüber einem Inertialsystem in Ruhe, dann sind die Laufzeiten der bei den in entgegengesetzter Richtung durch die Faser laufenden Lichtstrahlen exakt gleich, da keine nichtreziproken Effekte im Wellenleiter auf treten. Dreht sich die Spule gegenüber dem Interialsystem, so tritt infolge des rela tivistischen Sagnac-Effektes (siehe dazu auch: E. J. Post, Sagnac Effekt, Rev. of Mod. Phys. 39, Aprilil 1967, S. 405-493) eine von Null verschiedene Laufzeitdiffe renz auf und die Phasenlage der aus den Lichtaustrittsflächen austretenden Licht strahlen ist nicht mehr gleich. Durch Auswerten der örtlichen Intensitätsvertei lung im Überlagerungsbereich der Lichtstrahlen kann auf die Rotationsge schwindigkeit der Spule geschlossen werden. Einmode-Wellenleiter werden be nutzt, weil in ihnen ein eindeutiger Lichtweg festgelegt ist.

Bei derartigen Interferometern werden zum Einkoppeln von Licht in den Wellen leiter und zur Verarbeitung des aus dem Wellenleiter austretenden Lichts Strahl teilerspiegel oder -würfel verwendet. Dies bedingt eine aufwendige Mechanik, wo durch die Anordnung groß und schwer und die Herstellung kostspielig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abmessungen und Gewichte von In terferometern zu verringern und deren Herstellungskosten zu senken.

Diese Aufgabe wird bei einem Interferometer der eingangs genannten Art erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahlteilereinrichtung einen optischen Richtkoppler mit vier Ein-/Ausgängen aufweist, von denen ein erster Ein-/Aus gang über ein Spulenende sowie ein zweiter Ein-/Ausgang über das andere Spulen ende an den Wellenleiter angekoppelt sind, von denen ein dritter Ein-/Ausgang zum Einkoppeln des interferenzfähigen Lichts vorgesehen ist und von denen ein vierter Ein-/Ausgang an eine erste Einrichtung zum Erfassen der Interferenz an koppelbar ist, wobei das über den dritten Ein-/Ausgang eingekoppelte Licht so wohl auf den ersten als auch auf den zweiten Ein-/Ausgang überkoppelt, und wo bei das gegensinnig umlaufende über die Spulenenden des Wellenleiters eingekop pelte Licht vom ersten und zweiten Ein-/Ausgang auf den vierten Ein-/Ausgang des Richtkopplers überkoppelt.

Unter einem optischen Richtkoppler sei hier allgemein ein reziproker Vierpol mit Richtstrecke und mit den schon erwähnten vier Ein-/Ausgängen verstanden. Die Bezeichnung Ein-/Ausgänge wird deshalb verwendet, weil jeder Eingang als Ausgang und jeder Ausgang als Eingang verwendbar ist. Eine Realisierung eines optischen Richtkopplers besteht aus zwei abschnittsweise parallel verlaufenden Koppelwellenleitern, die einen geringen Abstand voneinander haben, so daß Licht von einem Koppelwellenleiter in den anderen übertreten kann. In den bei den Enden eines jeden Koppelwellenleiters ist Licht ein- oder auskoppelbar. Die insgesamt vier Enden dieser Koppelwellenleiter bilden somit die vier Ein-/Aus gänge des optischen Richtkopplers. Als optischer Richtkoppler sei also hier und im folgenden ein optischer Vierpol verstanden, welcher die Eigenschaften der so eben beschriebenen speziellen Ausführungsform eines optischen Richtkopplers aufweist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Verwendung von optischen Richtkopplern in Interferometern mit Wel lenleiterspulen werden die Abmessungen und Gewichte sowie die Herstellungsko sten stark reduziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines opti schen Richtkopplers.

In Fig. 1 sind der zu einer Spule gewickelte Einmode-Wellenleiter mit 1 und die Spulenenden mit 100 bzw.101 bezeichnet. Mit 6 ist der optische Richtkoppler be zeichnet, dessen vier Ein-/Ausgänge mit 61 bis 64 bezeichnet sind. Ein zusätzli cher optischer Richtkoppler ist mit 90 und seine vier Ein-/Ausgänge sind mit 91 bis 94 bezeichnet. Der optische Richtkoppler 60 ist mit zwei Koppelwellenleitern 601 und 602 und der optische Richtkoppler 90 mit zwei Koppelwellenleitern 901 und 902 aufgebaut. Die Ein-/Ausgänge 62 und 63 des optischen Richtkopplers 6 werden durch die Enden des Koppelwellenleiters 601 und die Ein-/Ausgänge 61 und 64 durch die Enden des Koppelwellenleiters 602 gebildet. Entsprechendes gilt für den zusätzlichen optischen Richtkoppler 90. Dort werden die Ein-/Ausgänge 92 und 93 durch die Enden des Koppelwellenleiters 901 und die Ein-/Ausgänge 91 und 94 durch die Enden des Koppelwellenleiters 902 gebildet. Der erste Ein-/Aus gang 62 ist an das Spulenende 101 und der zweite Ein-/Ausgang 61 an das Spu lenende 100 angekoppelt. Als Koppelelemente sind Stecker 22 bzw. 23 vorgesehen. Der dritte Ein-/Ausgang 64 des optischen Richtkopplers 60 ist an den ersten Ein /Ausgang 92 des optischen Richtkopplers 90 angekoppelt. Als Koppelelement dient ein Stecker 24. Vorzugsweise sind die Koppelwellenleiter und die Stecker Einmode-Wellenleiter und Einmode-Stecker. Dem vierten Ein-/Ausgang 91 des optischen Richtkopplers 90 liegt ein Lichtabsorber 10 gegenüber. Der zweite Ein- /Ausgang 94 des optischen Richtkopplers 90 ist zum Einkoppeln von Licht vorge sehen. Er ist auf einer Faserhalte- und Justiereinrichtung 25 befestigt. In den zweiten Ein-/Ausgang 94 wird Licht aus einer Lichtquelle 14 eingekoppelt. Dazu dienen die Aufweitungsoptik 13 und die Sammeloptik 26. Beide zusammen bilden eine Abbildungsoptik, welche die Lichtquelle 14 in den zweiten Ein-/Ausgang 94 abbildet.

Zwischen der Aufweitungsoptik 13 und der Sammeloptik 26 ist ein Strahlteiler spiegel 27 im Strahlengang des Lichts angeordnet. Dieser ist Teil einer optischen Einrichtung zur vergrößerten Betrachtung des zweiten Ein-/Ausgangs 94. Die Einrichtung umfaßt zusätzlich die Sammeloptik 26, einen Lichtabsorber 29 und ein Okkular 28. Der Lichtabsorber 29 ist auf der Seite des Strahlenteilerspiegels 27 angeordnet, die das von der Lichtquelle 14 abgestrahlte Licht wegreflektiert. Das Okkular 28 ist auf der anderen Seite des Strahlteilerspiegels 27 angeordnet.

Dem vierten Ein-/Ausgang 63 des optischen Richtkopplers 60 liegt eine erste Ein richtung 11 zur Erfassung der Interferenz und dem dritten Ein-/Ausgang 93 des optischen Richtkopplers 90 liegt eine zweite Einrichtung 12 zur Erfassung der In terferenz gegenüber.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den in Fig. 1 schematisch dargestellten opti schen Richtkoppler 60 längs der Schnittlinie I-I dargestellt. Dieser Querschnitt weist zwei Einmode-Kernfasern 51 und 52 auf, die beide einen Durchmesser von etwa 5 µm aufweisen. Der Abstand der beiden Kernfasern 51 und 52 voneinander liegt in der gleichen Größenordnung. Beide Kernfasern 51 und 52 sind von einem gemeinsamen Mantel 53 aus Mantelglas umgeben. Längs der Linie b-b ist derje weilige optische Richtkoppler 60 bzw. 90 spaltbar, um Licht in die einzelnen Kern fasern 51 und 52 auf einfache Weise ein- und auskoppeln zu können. Derartige op tische Richtkoppler 60 bzw. 90 können einfach mit dem Doppeltiegelverfahren hergestellt werden. Es werden dazu im Außentiegel eine große Düse für das Man telglas und im Innentiegel zwei kleine Düsen für das Kernglas verwendet.

Claims

1. Interferometer mit einem zu einer Spule gewickelten optischen Einmode- Wellenleiter, welcher eine Lichtein- und Lichtaustrittsfläche an jedem seiner En den aufweist, wobei den Lichteintrittsflächen interferenzfähiges und von einer Strahlteilereinrichtung aufgeteiltes Licht zuleitbar ist, das in den Wellenleiter einkoppelbar ist und gegensinnig im Wellenleiter umläuft, und wobei das gegen sinnig umlaufende Licht über die Lichtaustrittsflächen auskoppelbar und in der Stahlteilereinrichtung zur Interferenz bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilereinrichtung einen optischen Richtkoppler (60) mit vier Ein- /Ausgängen (61-64) aufweist,

- von denen ein erster Ein-/Ausgang (62) über ein Spulenende (101) sowie ein zwei ter Ein-/Ausgang (61) über das andere Spulenende (16) an den Wellenleiter (1) an gekoppelt sind,
- von denen ein dritter Ein-/Ausgang (64) zum Einkoppeln des intereferenzfähi gen Lichts vorgesehen ist und
- von denen ein vierter Ein-/Ausgang (63) an eine erste Einrichtung (11) zum Erfas sen der Interferenz ankoppelbar ist,
- wobei das über den dritten Ein-/Ausgang (64) eingekoppelte Licht sowohl auf den ersten als auch auf den zweiten Ein-/Ausgang (62, 61) überkoppelt, und wobei das gegensinnig umgelaufene über die Spulenenden (101, 100) des Wellenleiters (1) ausgekoppelte Licht vom ersten und zweiten Ein-/Ausgang (62, 61) auf den vierten Ein-/Ausgang (63) des Richtkopplers (60) überkoppelt.

2. Interferometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine polarisiertes Licht erzeugende Lichtquelle (14).

3. Interferometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahteilereinrichtung einen zusätzlichen optischen Richtkoppler (90) mit vier Ein-/Ausgängen (91-94) aufweist,

- von denen ein erster Ein-/Ausgang (92) an den dritten Ein-/Ausgang (64) des opti schen Richtkopplers (60) angekoppelt ist,
- von denen ein zweiter Ein-/Ausgang (94) zum Einkoppeln des interferenzfähigen Lichts vorgesehen ist und
- von denen ein dritter Ein-/Ausgang (93) an eine zweite Einrichtung (12) zum Er fassen der Interferenz ankoppelbar ist.

4. Interferometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Ein-/Ausgang (91) des zusätzlichen optischen Richtkopplers (90) an einen Lich tabsorber (10) ankoppelbar ist.

5. Interferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der optischen Richtkoppler (60; 90) zwei Koppelwellenleiter (601, 602; 901, 902) aufweist.

6. Interferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel wellenleiter (601, 602; 901, 902) Einmode-Wellenleiter sind.