DE2936284A1 - Ringinterferometer - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA

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Ringinterferometer

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ringinterferometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Ringinterferometer der eingangs genannten Art stellt im Prinzip eine Anordnung zur Bestimmung nichtreziproker Laufzeitunterschiede dar. Wenn sich das Interferometer bezüglich eines Inertialsystems in Ruhe oder in gleich»- mäßiger Translationsbewegung befindet, dann verhält sich die Lichtausbreitung sowohl im Lichtwellenleiter als auch in den Luftstrecken reziprok, d.h. die optische Weglänge eines Lichtweges ist für beide Ausbreitungsrichtungen des Lichtes exakt die gleiche. Es ist bekannt, daß sich alle dielektrischen Materialien - aus solchen sind Lichtwellenleiter aufgebaut - ,die sich in Ruhe oder in gleichförmiger Translationsbewegung bezüglich eines Inertialsystems befinden, in Abwesentheit eines Magnetfeldes stets reziprok verhalten müssen. Beim Aufbau derartiger Ringinterferometer hat es sich nun herausgestellt, daß unerwartete nichtreziproke Effekte beobachtet werden können, die eine beschleunigte Bewegung, beispielsweise eine von Null verschiedene Ro-Ed 1 sti/17.8.79 T30012/0390

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tationsbewegung vortäuschen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Ringinterferometer der eingangs genannten Art derartige unerwartete jnichtreζiproke Effekte und damit vorgetäuschte Beschleunigungen oder Rotationen unwirksam und zum Verschwinden gebracht werden können.

Diese Aufgabe wird in einem Ringinterferometer der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dieser Lösung liegt die neue , vom Erfinder gewonnene Erkenntnis zugrunde, daß die beobachtete Nichtreziprozi tät darauf zurückzuführen ist, daß in Luftstrecken im Ringinterferometer, die das verwendete Licht einmal in der einen und dann in der entgegengesetzten Richtung zu durchlaufen hat, in der entgegengesetzten Richtung einen etwas anderen Lichtweg als in der einen Richtung nimmt. Die Modenblende läßt im Idealfall - wie der Name bereits sagt - nur einen Modus, d.h. nur einen Lichtweg durch. Bei der Lichtausbreitung in Luft sind jedoch viele Lichtwege in Bezug auf die optischen Achsen des Ringinterferometers möglich. Es kann dafür auch gesagt werden, daß in Luft bezüglich der optischen Achsen des Ringinterferometers Moden höherer Ordnung auftreten können.

Als Ursache für die vorgetäuschten, nichtreziproken Effekte oder für die vorgetäuschte Beschleunigung oder Rotation hat der Erfinder die Tatsache erkannt, daß bei der Strahlausbreitung in Luft sich Moden höherer Ordnung in Bezug auf die optischen Achsen des Interferometers ausbilden können. Ursache für Moden höherer Ord-

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nung sind vor allem nicht ideal justierte Koppelstellen des Monomode-Lichtwellenleiters.

Mit der vorgeschlagenen Lösung lassen sich nun Moden höherer Ordnung eliminieren, so daß diese nicht zu einer Lichtempfangsfläche gelangen und damit zu einer Vortäuschung einer Rotation nicht mehr beitragen können.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung geht aus dem Anspruch 2 hervor. Ein Monomode-Lichtwellenleiter als Modenblende ist bekannten Modenblenden, die beispielsweise mit Lochblenden, deren Öffnung einen äußerst geringen Durchmesser aufweist, überlegen, weil in einem Monomode-Lichtwellenleiter tatsächlich nur ein Modus ausbreitungsfähig ist. Alle anderen Moden können sich nicht ausbreiten oder können abgestreift werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsformen der Ausführungsform nach Anspruch 2 gehen aus den Unteransprüchen 3 bis 6 hervor.

Es ist zweckmäßig, ein Licht, das über die andere Koppelstelle in den Lichtwellenleiter einzukoppeln ist, und ein Licht, das über die andere Koppelstelle ausgekoppelt und der Lichtempfangsfläche zugeführt ist, ebenfalls durch die Modenblende zu führen, wie es in Anspruch 7 angegeben ist. Eine bevorzugte Ausführungsform eines vorgeschlagenen Ringinterferometers weist die Merkmale des Anspruchs θ auf, wobei dabei wieder die Ausführungsform nach Anspruch 9 eine bevorzugte ist.

Allerdings besteht bei der Ausführungsform nach Anspruch 10 eine Justierschwierigkeit, nämlich die, daß die Modenblende, die im Strahlengang des von der Licht-

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quelle ausgesandten Lichts angeordnet ist, die optische Achse des Ringinterferometers bestimmt und daß die andere Modenblende bezüglich dieser optischer Achse genau einjustiert werden muß, weil sie sonst einen anderen Modus, einen Modus höherer Ordnung, durchläßt und alle anderen Moden ausblendet. Dadurch wird aber wieder ein nichtreziproker Effekt vorgetäuscht.

Die genaue Einjustierung der anderen Modenblende auf die optische Achse des Ringinterferometers läßt sich in der Praxis nur schwer durchführen. Im Anspruch 10 sind alternative Ausführungsformen des Ringinterferometers nach Anspruch 8 oder 9 angegeben, bei der sich der Fehler der Justierung der Modenblenden relativ zueinander nicht auswirkt. Es wird zwar bei diesen Ausführungsformen die vorgetäuschte Phasenverschiebung nicht eliminiert, es kann jedoch auf den wahren Wert der Rotationsgeschwindigkeit geschlossen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren in der nun folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen

Figur 1 in schematischer Darstellung ein Ausfuhrungsbeispiel eines Ringinterferometers mit zwei Modenblenden und zwei Lichtempfangsflächen,

Figur 2 in der gleichen Darstellungsart wie in Figur das andere Ausführungsbeispiel, welches eine Modifikation des einen Ausführungsbeispiels ist, und

Figur 3 und 4 einen Ausschnitt aus den beiden Ausführungsbeispielen in vergrößerter Darstellung, zeigend ein als Koppelstelle dienendes Ende des Lichtwellenleiters zusammen mit der Einkoppeloptik einmal gegen die optische Achse des Ringinterferometers geneigt und einmal dagegen verschoben.

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Oas in Figur 1 dargestellte Ringinterferometer umfaßt eine Lichtquelle 6, beispielsweise einen Laser, der in die Richtung R ein Laserstrahlbündel 60 aussendet. In diesem Laserstrahlbündel ist ein im Winkel von beispielsweise 45° zur Richtung R geneigter teildurchlässiger Spiegel 50 angeordnet, der einen Teil des Laserlichts zu einem Lichtabsorber 10 wegspiegelt.

Das durch den teildurchlässigen Spiegel 50 hindurchgegangene, abgeschwächte Laserstrahlbündel 61 trifft auf eine Sammellinse 33, die dieses abgeschwächte Bündel 61 auf eine Koppelstelle 32 eines Monomode-Lichtwellenleiters 3 fokussiert. Dieser Lichtwellenleiter 3 weist neben der Koppelstelle 32 noch eine Koppelstelle 31 auf, und über beide Koppelstelle ist jeweils Licht ein- und auskoppelbar. Bevorzugterweise besteht dieser Monomode-Lichtwellenleiter 3 aus einer aufgewickelten Kern-Mantel-Glasfaser, deren Kern einem Durchmesser von höchstens einigen Mikrometern aufweist und deren Stirnflächen die Koppelstellen 31 und 32 bilden.

Von der Koppelstelle 31 des Monomode-Lichtwellenleiters 3 wird ein Lichtstrahlbüschel abgestrahlt, in deren Strahlengang eine Sammellinse 30 angeordnet ist. Diese Sammellinse 30 ist so angeordnet, daß der beinahe als ideal zu bezeichnende Lichtpunkt, aus dem die Strahlen des vom Monomode-Lichtwellenleiters 3 abgestrahlten Büschels herzukommen scheinen, in einer Brennebene dieser Linse 30 liegt.

Von der Linse 30 wird in die nicht notwendig mit der Richtung R zusammenfallenden Richtung R1 ein scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel 61 abgestrahlt, welches auf einen teildurchlässigen Spiegel 5 trifft, der im Winkel von beispielsweise 45° zur Richtung R1 geneigt ist.

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Von diesem teildurchlässigen Spiegel 5, der vorzugsweise ein Reflexions- und Durchlaßvermögen von jeweils 50 % aufweist, wird ein Anteil des ParallelstrahlbUndels 61· als Teilstrahlbündel 62' senkrecht zur Richtung R1 weggespiegelt, während der andere Anteil des ParallelstrahlbUndels 62 den Spiegel 5 durchsetzt und sich danach als Teilstrahlbündel 62 in der Richtung R1 ausbreitet.

Im Strahlengang eines jeden dieser Teilstrahlbündel 62 und 62· sind in Ausbreitungsrichtung nacheinander jeweils ein Linearpolarisator P bzw. P¹, ein 7\ /4-Plättchen L1 bzw. L1' und eine Sammellinse 8 bzw. 8' angeordnet.

Die Linearpolarisatoren P und P' erzeugen linear polarisiertes Licht. Es ist zweckmäßig, sie an der angegebenen Stelle anzuordnen, weil dort die Gefahr einer etwaigen Depolarisierung des polarisierten Lichts nicht mehr so groß ist.

Das ^ /4-Plättchen L1 bzw. L1' erzeugt aus dem linear polarisierten Licht zirkulär polarisiertes Licht.

Wird die Rotationsmessung nur aufgrund des Sagnac-Effekts durchgeführt, so können die Plättchen L1 und L1' entfallen. Werden hingegen zusätzlich nichtreziproke Laufzeitunterschiede mit Hilfe des Faraday-Effekts im Lichtwellenleiter 1 erzeugt, beispielsweise zum Gegenkompensieren des Sagnac-Effekts oder zu anderen Zwecken, so sind sie erforderlich, weil der Faraday-Effekt nur bei zirkulär polarisiertem Licht funktioniert. Der Sagnaceffekt hingegen funktioniert bei allen Polarisationszuständen des Lichts.

Die Linse 8 bzw. 8' fokussiert das Teilstrahlbündel 62 bzw. 62', das ebenfalls ein scharf gebündeltes Parallel-

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Strahlbündel ist, auf eine Koppelstelle 11 bzw. 11' des Lichtwellenleiters 1. Auch der Lichtwellenleiter 1 besteht vorzugsweise aus einem Monomode-Lichtwellenleiter und ist wiederum vorzugsweise eine Kern-Mantel-Glasfaser, deren Kern einen Durchmesser von höchstens einigen Mikrometern aufweist und deren Stirnflächen die Koppelstellen 11 bzw. 11^f bilden.

Das in den Lichtwellenleiter 1 über eine Koppelstelle 11 bzw. 11' eingekoppelte Licht breitet sich In diesem zur jeweils anderen Koppelstelle 11»bzw. 11 aus, wird dort wieder ausgekoppelt und durch die Linse 8' bzw. 8 in ein scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel umgeformt, welches das jeweiligen /V4-Plättchen L1' bzw. L1 und den Linearpolarisator P' bzw. P durchstrahlt und auf den teildurchlässigen Spiegel 5 im Winkel von 45° trifft. Das über die Koppelstelle 11 des Lichtwellenleiters 1 ausgekoppelte Licht breitet sich als Parallelstrahlbündel entgegengesetzt zur Richtung R1 aus und das über die andere Koppelstelle 11' des Lichtwellenleiters 1 ausgekoppelte Licht breitet sich als scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel senkrecht zur Richtung R1 aus.

Ein Anteil eines jeden dieser Parallelstrahlbündel durchstrahlt den teildurchlässigen Spiegel 5 und breitet sich danach als Parallelstrahlbündel in der gleichen Richtung wie vorher aus. Der übrige Lichtanteil eines jeden dieser Parallelstrahlbündel wird vom Spiegel 5 als Parallelstrahlbündel fortgespiegelt, wobei dieses fortgespiegelte Lichtstrahlbündel gegenüber dem einfallenden Parallelstrahlbündel um 90° umgelenkt ist. Ein jedes fortgespiegeltes Parallelstrahlbündel überlagert sich mit einem hindurchgegangenen Parallelstrahlbündel und breitet sich in der gleichen Richtung aus.

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In der Figur 1 ist das Parallelstrahlbündel, in dem Licht, das von der Koppelstelle 11 herstammt und durch den Spiegel 5 hindurchgegangen ist, mit Licht, das von der Koppelstelle 11 · herstammt und vom Spiegel 5 fortgespiegelt worden ist, überlagert ist, mit 2 bezeichnet. Das Parallelstrahlbündel, in dem. Licht, das von der Koppelstelle 11 herstammt und vom Spiegel 5 fortgespiegelt worden ist, mit Licht, das von der Koppelstelle 11' herstammt und durch den Spiegel 5 hindurchgegangen ist, überlagert ist, ist mit 2' bezeichnet.

Das Parallelstrahlbündel 2 und das Parallelstrahlbündel 61· sind ebenfalls überlagert. Das Parallelstrahlbündel 2 trifft auf die Linse 30, welche das Bündel auf die Koppelstelle 31 des Monomode-Lichtwellenleiters 3 fokussiert, wo es in ihn eingekoppelt wird.

Das über seine andere Koppeistelle 32 wieder ausgekoppelte Licht trifft auf die Linse 33, welche aus dem austretenden Strahlenbüschel ein scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel 20 formt, das im Winkel von 45° auf den teildurchlässigen Spiegel 50 trifft. Ein Anteil dieses ParallelstrahlbUndels 20 wird als Parallelstrahlbündel 21 im rechten Winkel dazu fortgespiegelt und trifft auf eine Sammellinse 34, in deren Brennebene eine weitere Modenblende 35, beispielsweise eine als Lochblende mit einer Öffnung äußerst geringen Durchmessers ausgebildete, herkömmliche Modenblende angeordnet ist. Diese weitere Modenblende 35 dient lediglich dazu, störende Reflexe auszublenden.

Das durch die weitere Modenblende 35 hindurchgegangene Licht fällt auf die als Lichtempfangsfläche 4 dienende lichtempfindliche Fläche eines lichtemp-

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findlichen Detektors 40, der die integrale Intensität des auftreffenden Lichts mißt und ein dazu analoges Signal erzeugt. Die weitere Modenblende 35 könnte im übrigen ebenfalls ein Monomode-Lichtwellenleiter sein.

Das bisher beschriebene Ringinterferometer ist bereits voll funktionsfähig und kann als Rotationssensor verwendet werden. Für die nähere Erläuterung der Effekte, die zu vorgetäuschten Rotationen führen und die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden, wird auf die Fig.3 und A Bezug genommen. Beide Figuren zeigen in vergrößerter Darstellung ein Ende einer Kern-Mantel-Glasfaser, die den Lichtwellenleiter 1 mit der Stirnfläche als Koppelstelle 11 bildet. Die optische Achse der Glasfaser 1 ist mit A bezeichnet. Die Linse 8 fokussiert das Parallelstrahlbündel 62 auf die Stirnfläche 11 der Faser 1 im Bereich ihres Kernes K. Die optische Achse A¹ des Parallelstrahlbündels 62 ist durch die Gerade bestimmt, die durch den Fokus F und den Mittelpunkt der Linse 8 geht (es sei Gauß'sche Optik vorausgesetzt).

Das Ringinterferometer wäre nun ideal einjustiert, wenn die Achse A¹ mit der Achse A zusammenfallen würde. Dies läßt sich aber in der Praxis nur mit endlicher Genauigkeit erreichen. Beide Achsen können in der Praxis in einem von Null verschiedenen Winkel zueinander geneigt sein. Dies führt dazu, daß die Achse A" eines Parallelstrahlbündels, welches Licht führt, das aus der Stirnfläche 11 ausgetreten und von der Linse 8 gebündelt worden ist, nicht genau mit der Achse A¹ des Lichtstrahlbündels 62 zusammenfällt, sondern parallel dazu verläuft (siehe Fig.3).

Es kann auch sein, daß die Achse A' des Lichtstrahlbün-

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dels 62 in der Stirnfläche 11 seitlich gegen die Achse A des Lichtwellenleiters 1 versetzt ist. In diesem Fall ist die Achse Aⁿ des Parallelstrahlbündels, welches Licht führt, das aus der Stirnfläche 11 ausgetreten und von der Linse 8 gebündelt worden ist, zur Achse A des Parallelstrahlbündels 62 geneigt (siehe Fig.4).

Ferner kann es vorkommen, daß die Stirnfläche 11 und der Fokus F nicht genau zusammenfallen. Dann wird Licht, welches aus der Stirnfläche 1Ί austritt, von der Linse 8 nicht zu einem Parallelstrahlbündel gebündelt, sondern zu einem divergierenden oder konvergierenden Strahlenbündel.
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Bei den drei Möglichkeiten ist der Einfachheit halber vorausgesetzt worden, daß der Ort des Fokus für Licht, das aus dem Lichtwellenleiter 1, der zudem als idealer Monomode-Lichtwellenleiter vorausgesetzt war, auf der Stirnfläche 11 lag.

Die drei qualitativ beschriebenen Effekte werden in der Praxis meist gemeinsam auftreten. Sie vermindern den Einkoppelwirkungsgrad für das Parallelstrahlbündel 62 über die Stirnfläche in den Lichtwellenleiter 1. Dies wirkt sich jedoch nur wie eine erhöhte Faserdämpfung aus und erzeugt keine vorgetäuschte Rotation.

Analoge Überlegungen gelten selbstverständlich auch für die andere Koppelstelle 11' mit der Linse 8' und das Lichtstrahlbündel 62'. Die Lage der Achse des Lichtstrahlbündels 62' relativ zur Achse A¹ des Lichtstrahlbündels 62 wird durch den Spiegel 5 bestimmt. Bei dem hier zugrunde gelegten Beispiel steht die Achse des Lichtstrahlbündels 62' senkrecht auf

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der Achse des Lichtstrahlbündels 62.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß über eine Koppelstelle 11 b zw. 11· ausgekoppeltes Licht, daB über Luftstrecken zurück in Richtung der Lichtquelle läuft, einen etwas anderen Lichtweg zurücklegt als das zum Einkoppeln zugeführte Licht. Dies bedeutet, daß ein nichtreziproker Effekt vorgetäuscht wird.

Zur Abhilfe schlägt die Erfindung vor, daß in den überlagerten Strahlengängen, in denen Lichter eine gemeinsame Strecke, in der viele Moden ausbreitungsfähig sind, durchlaufen, eine Modenblende 3 oder 3' angeordnet ist.

Wenn die Modenblende 3 für Moden höherer Ordnung eine sehr hohe Dämpfung aufweist, dann wird nur jener Anteil der von den Koppelstellen her kommenden Lichtquellen aufgenommen, der im Abschnitt zwischen den Koppelstellen 11 bzw. 11· und den Strahlteiler 5 einen Weg zurückgelegt hat, der mit extrem hoher Genauigkeit dem Lichtweg der über die Koppelstellen 11 bzw. 11' eingekoppelten Lichtquelle entspricht. In diesem Fall wird kein oder nur ein verschwindend kleiner nichtreziproker Effekt vorgetäuscht.

Bei Ringinterferometern nach Art des Ringinterferometers nach Pig.1 ist es aus Gründen, die hier nicht zu

zweakmäßigerweise ^ -,-,·, ^. ,_-, erörtert werden brauchenTViaLUcn das im Parallelstrahlbündel 2· geführte Licht für Meßzwecke zu verwenden. Aus diesem Grunde ist im Strahlengang dieses Lichts eine Lichtempfangsflache 4' eines weiteren lichtempfindlichen Detektors 40' angeordnet. Auch das·

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im Strahlenbündel 2' geführte Licht enthält wie jenes im Strahlenbündel 2 geführte aufgrund der genannten drei

Effekte Moden höherer Ordnung, die zu Meßwertverfälschungen führen können.
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Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, in dem Strahlenbündel 2· eine Modenblende anzuordnen, welche eine hohe Dämpfung für Moden höherer Ordnung aufweist. Nach Pig.1 ist dazu in diesem Strahlengang 2' ein Monomode-Lichtquellenleiter 3' angeordnet, der zwei Koppelstellen 31' und 32' aufweist. Das Parallelstrahlbündel 2' trifft auf eine Linse 30', welche das Bündel auf die Koppelstelle 31' fokussiert, wo es in den Lichtw ellenleiter 3' eingekoppelt wird. Das über die andere Koppelstelle 32' wieder ausgekoppelte Licht trifft auf eine Linse 33', welche aus dem austretenden Strahlenbüschel ein Parallelstrahlbündel formt, das auf die Lichtempfangsflache *' trifft.

Allerdings liegen beim Parallelstrahlbündel 2· die Verhältnisse prinzipiell anders als beim Parallelstrahlbündel 2', welches mit dem Parallelstrahlbündel 61' überlagert ist. Wenn die optische Achse der Koppelstelle 31' exakt mit der Achse A' (siehe Figur 3 bzw. 4) zusammenfällt, dann ergeben sich die gleichen günstigen Eigenschaften, wie sie mit dem Lichtw^ellenleiter 3 erreicht werden. Weil doch diese Einstellung nur mit endlicher Genauigkeit vorgenommen werden kann, ist es stets mit einer von nur verschiedenen Abweichung zu rechnen. Diese Abweichung bedingt, daß über die Koppelstelle 31· des Lichtw ellenleiterβ V Moden höherer Ordnung eingekoppelt werden, wodurch beispielsweise eine Rotation vorgetäuscht wird.

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Würde der Licht w/ellenleiter 3' auch Moden höherer Ordnung leiten oder wäre er überhaupt nicht vorhanden, dann wären die vorgetäuschten Rotationen im allgemeinen bedeutend größer.
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Die Einfügung des Monomode-Lichtquellenleiters 3 verbessert demnach auf jeden Pail das Ringinterferometer, die Signale des Detektors 40· lassen jedoch eine Messung der Rotationegeschwindigkeit nur dann mit großer Genauigkeit zu, wenn die Koppelstelle 31' entsprechend abgeglichen wurde. In der Praxis ist dies sehr schwer durchzuführen.

Ee sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Koppelstelle 31 des Lichtwellenleiters 3 sich dagegen stets im exakten Abgleich mit der optischen Achse A¹ befindet, da diese Achse gerade durch die Lage der Koppelstelle bestimmt wird. Dies gilt deshalb, weil die Koppelstelle das zum Betrieb des Interferometers nötige Licht abgibt. Die Signale des Detektors 40 lassen eine Peststellung der Rotationsgeschwindigkeit daher im allgemeinen mit hoher Genauigkeit zu.

In der Figur 2 ist eine Modifikation des Ringinterferometers nach Fig.1 dargestellt, mit der erreicht werden kann, daß sich der Fehler der Justierung der Koppelstelle 31' des Lichtwellenleiters 3' nicht auswirkt. Bei dieser Vorrichtung wird zwar die vorgetäuschte Phasenverschiebung nicht eliminiert, es kann jedoch auf den wahren Wert der Rotationsgeechwindigkeit geschlossen werden.

Die Ausführungsform des Ringinterferometers nach Fig.2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig.1 im wesentlichen durch eine zusätzliche Lichtquelle 6', einen zusätzlichen Teil durchlässigen

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Spiegel 50', eine zusätzliche Linse 34' und eine zusätzliche weitere Modenblende 35', die zum Eliminieren störender Reflexe dient. Außerdem sind in den Strehlen gangen zusätzliche Linearpolarisatoren P1 un d P1' und zusätzliche λ/4-Plättchen L2 und L3 bzw. L2¹ und L3¹ angeordnet.

Die ebenfalls als Laser ausgebildete zusätzliche Lichtquelle 6' ist so angeordnet, daß sie ein Laserstrahlbündel 60* in der Richtung R¹ aussendet. In diesem Laserstrahlbündel ist der zusätzliche Teil durchlässige Spiegel 50* im Winkel von 45 Grad zur Richtung R' angeordnet. Ein Anteil dieses Laserstrahlbündels 60' wird vom Spiegel 50· auf einen Lichtabsorber 10' weggespiegelt. Da durch den Spiegel 50' hindurchgegangene Lichtanteil 20 in der Richtun g R' als abgeschwächtes Laserstrahlbündel 61' in der Richtung R' fort und trifft auf die Linse 33', welche das Lichtstrahlenbündel 61· auf die andere Koppelstelle 32' des Monomod d-lddht-Wellenleiters 3' fokussiert, wo es in diesen eingekoppelt wird. Dieses eingekoppelte Licht breitet sich in der gleichen Weise durch das gesamte Ringinterferometer aus, wie das in den Monomode-Lichtwellenleiter 3 eingekoppelte Licht.

Das über die andere Koppelstelle 32' des Monomode-Lichtwellenleiters 3' ausgekoppelte und von störenden Moden befreite Licht trifft als Parallelstrahlbündel 20' auf den zusätzlichen Spiegel 50'. Der von diesem Spiegel 50· weggespiegelte Anteil 21' trifft auf die zusätzliche Linse 34', in deren Brennebene die zusätzliche weitere Modenblende 35' angeordnet ist. Das durch diese hindurchgegangene Licht trifft auf die Lichtempfangsfläche für Strich des Sensors 40.

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Wird bei dem Ringinterferometer nach Pig.2 nur die Lichtquelle 6 betrieben, dann werden im allgemeinen Moden höherer Ordnung über die Koppelstelle 31' in den Lichtwellenleiter 3' eingekoppelt. Also läßt eich mittels des Signals auf der Lichtempfangsflache 4* die Rotation im allgemeinen nur mit einem nicht unerheblichen Fehle r feststellen.

Wird nun die Lichtquelle 6 ab- und die Lichtwelle 6* eingeschaltet, dann vertauschen die Koppelstellen 31' und 31 ihre Rollen. Jetzt wird das Signal auf der Lichtempfangsfläche 4 einen Fehler aufweisen . Aus Gründen der Symmetrie ist dieser Fehler jedoch entgegengesetzt zu dem Fehler, der vom Signal auf der Lichtempfangsflache 4' geliefert wurde. Durch abwechselndes Einschalten der Lich-ftUBllen 6 und 6' und Auswertung der Signale auf den Lichtempfangsflächen 4' und 4 läßt sich der Fehler eliminieren. Eies kann beispielsweise durch Mittelwertbildung geschehen.

Das abwechselnde Ein- und Ausschalten der Lichtjuellen 6 und 6' kann vermieden werden, wenn die Lichtquelle 6 Licht einer Farbe und die Lichtquelle 6' Licht einer anderen Farbe aussendet. Vor jede der Lichtempfangsflachen 4 und 4' muß dann je ein Farbfilter 14 bzw. 14* geschaltet werden, von denen das Farbfilter 14 nur die von der Quelle 6' ausgesandte Farbe und das Farbfilter 14' nur die von der Lichtquelle 6 ausgesandte Farbe hindurchläßt. Das bedeutet,daß die Lichtempfangsfläche für nur Licht von der Quelle 6' und die Lichtempfangsflache 4¹ nur Licht von der Quelle 6 empfängt. In diesem Fall kann eine Mittelwertbildung unmittelbar vorgenommen werden. Es ist allerdings zu berücksichtigen, daß der

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bei Rotationssensoren benutzte Sagnaceffekt von der Wellenlänge abhängt.

Die in Fig.2 gegenüber der Fig.1 zusätzlich vorhandenen Polarisatoren und A/4-Plättchen dienen zur Vermeidung störender Reflexionen.

10 Patentansprüche
O Figuren

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Leerseite

Claims (10)

293628A 79 ρ 7 1 3 7 BRD Patentansprüche;

1. Ringinterferometer mit einem Lichtwellenleiter, der zwei Koppelstellen aufweist, über die Licht in ihn einkoppelbar ist, das sich in ihm zur jeweils anderen Koppelstelle ausbreitet, wo es wieder auskoppelbar ist, wobei über beide Koppelstellen ausgekoppelte Lichter überlagert zumindest einer Lichtempfangsfläche zugeführt sind, wobei ein Licht, das einer Koppelstelle zum Einkoppeln zugeführt ist, und ein Licht, das über die Koppelstelle ausgekoppelt und der Lichtempfangsfläche zugeführt ist, in überlagerten Strahlengängen eine gemeinsame Strecke, in der viele Moden ausbreitungsfähig sind, gegenläufig durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß in den überlagerten Strahlengängen (62, 2 oder 62', 2') eine Modenblende (3 bzw. 3') angeordnet ist. '

2. Ringinterferometer nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Modenblende (3, 3') aus einem Monomode-Lichtwellenleiter besteht, der zwei Koppelstellen (31, 32; 31', 32') aufweist, über die Licht in ihn ein- und aus ihm auskoppelbar ist.

3. Ringinterferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Monomode-Lichtwellenleiter (3, 3') aus einer Kern-Mantel-Glasfaser besteht, deren Stirnflächen die Koppelstellen (31, 32; 31', 32') bilden.

4. Ringinterferometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge der Glasfaser so groß bemessen ist, daß Mantelmoden, die sich von jeweils einer Stirnfläche in Richtung zur anderen Stirnfläche ausbreiten, die andere Stirnfläche nicht erreichen.

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5. Ringinterferometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Abstreifen von Mantelmoden vorgesehen ist.

6. Ringinterferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Monomode-Lichtwellenleiter (3, 3') aufgewickelt ist.

7. Ringinterferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß neben dem Licht, das der einen Koppelstelle (11 bzw. 11') zum Einkoppel, zugeführt ist, auch ein Licht, das der anderen Koppelstelle (11' bzw. 11) zum Einkoppeln zuzuführen ist und ein Licht, das über die andere Koppelstelle (11* bzw. 11) ausgekoppelt und der Lichtempfangsfläche (4 bzw. 4^f) zugeführt ist, durch die Modenblende (3 bzw. 3¹) der anderen Koppelstelle (11' bzw. 11) der Lichtempfangsfläche (4 bzw. 4») zugeführt ist.

8. Ringinterferometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß neben der einen Lichtempfangsfläche (4 bzw. 4') noch eine andere Lichtempfangsfläche (4' bzw. 4) vorgesehen ist, der über beide Koppelstellen (11, 11') ausgekoppelte Lichter in überlagerten Strahlengängen (2' bzw. 2), die durch eine Strecke führen, in der viele Moden ausbreitungsfähig sind, überlagert zugeführt sind, und daß in den überlagerten Strahlengängen (2' bzw. 2) eine andere Modenblende (3' bzw. 3) angeordnet ist.

9. Ringinterferometer nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Modenblende (3' bzw. 3) von der gleichen Art ist wie die Modenblende (3 bzw. 3')·

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10. Ringinterferometer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß den Koppelstellen (11 , 11') des Lichtwellenleiters zusätzlich Licht durch die andere Modenblende (3' bzw. 3) zum Einkoppeln zuführbar ist, und daß abwechselnd Licht einmal durch die eine und dann durch die andere Modenblende zum Einkoppeln zuführbar ist oder Licht einer Farbe durch eine Modenblende und gleichzeitig Licht einer anderen Farbe durch die andere Modenblende zum Einkoppeln zuführbar ist und , dabei jeder Lichtempfangsfläche je ein Farbfilter (14,

14·) -vorgeschaltet ist, von denen eines nur für die eine und das andere nur für die andere Farbe durchlässig ist.

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