DE2936284C3 - Ringinterferometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ringinterferome­ ter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Ringinterferometer der eingangs genannten Art ist aus einem Artikel von J. L. Davis und S. Ezekiel in SPIE, Band 157, "Laser Inertial Rotation Sensors", 1978, S. 131-136, bekannt und stellt im Prinzip eine Anord­ nung zum Bestimmen nichtreziproker Laufzeitunter­ schiede dar. Wenn sich das Ringinterferometer bezüg­ lich eines Inertialsystems in Ruhe oder in gleichmäßiger Translationsbewegung befindet, verhält sich die Licht­ ausbreitung sowohl im Lichtwellenleiter als auch in den Luftstrecken reziprok, d. h. die optische Wellenlänge ei­ nes Lichtwegs ist für beide Ausbreitungsrichtungen des Lichts exakt gleich. Es ist bekannt, daß sich alle dielek­ trischen Materialien - aus solchen sind Lichtwellenlei­ ter aufgebaut -, die sich in Ruhe oder in gleichförmiger Translationsbewegung bezüglich eines Inertialsystems befinden, in Abwesenheit eines Magnetfelds stets rezi­ prok verhalten müssen. Aus dem genannten SPIE-Arti­ kel ist es auch bekannt, daß polarisationsabhängige Ef­ fekte, die in der Meßanordnung derartiger Ringinterfe­ rometer entstehen, zu nichtreziproken Phasenverschie­ bungen führen können, die eine beschleunigte Bewe­ gung, beispielsweise eine von Null verschiedene Rota­ tionsbewegung vortäuschen.

Aus einem Aufsatz von R. Ulrich und M. Johnson in Optical Letters, Band 4, Nr. 5, Mai 1979, S. 152-154, insbesondere S. 154, rechte Spalte, ist es auch bekannt, daß bei Verwendung von Multimodefaser außer Polari­ satoren zusätzlich Modenfilter an den Aus-/Eingängen der Lichtleitfaser der Spule verwendet werden sollten, um störende (höhere) Moden zu entfernen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch die Verwendung von Moden­ filtern an den Ein-/Ausgängen der Spule, die einen zu­ sätzlichen Aufwand darstellen, nicht ausreichen, um Fehlmessungen durch andere, zuvor nicht bekannte Ein­ flüsse zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Ringinterferometer der ein­ gangs genannten Art derartige unerwartete, nichtrezi­ proke Effekte und damit vorgetäuschte Beschleunigun­ gen oder Rotationen, die vor allem beim Durchlauf des Lichts durch den oder die Strahlteiler entstehen, un­ wirksam gemacht und zum Verschwinden gebracht werden können.

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

Dieser Lösung, nämlich eine Modenblende in der ge­ meinsam in beiden Richtungen durch das Licht durch­ laufenden Strecke anzuordnen, liegt die neu gewonnene Erkenntnis zugrunde, daß die beobachtete Nichtrezi­ prozität unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß das verwendete Licht in Luftstrecken im Ringinterfero­ meter, die das Licht einmal in der einen und dann in der entgegengesetzten Richtung zu durchlaufen hat, in der entgegengesetzten Richtung einen etwas anderen Lichtweg als es in der einen Richtung nimmt. Die Mo­ denblende läßt im Idealfall - wie der Name bereits sagt - nur einen Modus des Lichtes durch. Bei der Lichtaus­ breitung in Luft sind jedoch viele Lichtwege in bezug auf die optischen Achsen des Ringinterferometers mög­ lich. Das bedeutet, daß in Luft bezüglich der optischen Achse des Ringinterferometers, insbesonders auch in den Strahlteilern Moden höherer Ordnung auftreten können.

Ursache für Moden höherer Ordnung sind vor allem nicht ideal justierte Koppelstellen des Monomode- Lichtwellenleiters einerseits und der notwenidige Ein­ satz von Strahlteilern andererseits, in denen uner­ wünschte höhere Moden einer darin sich ausbreitenden Lichtwelle entstehen können, selbst wenn zuvor alle Störmoden beseitigt wurden.

In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung gemäß DE-OS 29 06 870 ist zwar vorgeschlagen, Störeinflüsse, die durch den Zustand der opti­ schen Faser, z. B. deren Temperatur, Biegung, Verdrillung und dergleichen oder durch Verlust­ eigenschaften, Ungenauigkeiten im Teilerver­ hältnis des Hauptstrahlenteilers oder auch durch Dejustierung im Bereich der Koppelstellen ver­ ursacht sein können, dadurch zu beseitigen, daß der zum Hauptstrahlenteiler fließende Eingangs­ lichtstrom und der aus dem Hauptstrahlenteiler austretende Ausgangslichtstrom über ein und denselben Monomode-Wellenleiter geführt werden. Dadurch wird erreicht, daß der gesamte Lichtweg des Interferometers bei Stillstand oder gleich­ förmiger Bewegung der Meßanordnung streng reziprok ist. In der genannten Offenlegungsschrift ist aber darauf hingewiesen, daß der zu verwendende Monomode- Wellenleiter so beschaffen sein muß, daß nur die Ausbreitung eines einzigen elektromagne­ tischen Modus möglich ist. Es wird darauf hin­ gewiesen, daß diese Forderung mit praktisch realisierbaren Monomode-Fasern nicht möglich ist. Aus diesem Grund wird die zusätzliche Ver­ wendung eines Polarisators im gemeinsamen Licht­ weg zwischen dem Hauptstrahlenteiler und einem Hilfsstrahlenteiler als erforderlich angesehen. Im Gegensatz dazu wird für die erfindungsgemäße ausschließlich durch einen Monomode-Wellenleiter gebildete Modenblende keine Einschränkung der Polarisationsmoden gefordert, was auf der Er­ kenntnis basiert, daß es zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe auf eine Ein­ schränkung auf definiierte Polarisationsmoden nicht ankommt.

Mit dem erfindungsgemäßen Ben Ringinterferometer las­ sen sich nun Moden höherer Ordnung eliminieren, so daß diese nicht zu einer Lichtempfangsfläche gelangen und somit zu einer Vortäuschung einer Rotation nicht mehr beitragen können.

Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform der Er­ findung ist im Anspruch 3 definiert. Ein Monomode- Lichtwellenleiter als Modenblende ist bekannten Mo­ denblenden, beispielsweise mit Lochblenden, deren Öff­ nung 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 kön­ nen abgestreift werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 und 4-6 angegeben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an­ hand der Figuren im folgenden näher beschrieben. Von den Figuren zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ringinterfero­ meter mit zwei Modeblenden und zwei Lichtempfangs­ flächen,

Fig. 2 eine Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Ringinterferometers und

Fig. 3 und 4 vergrößerte Darstellungen der Koppel­ stellen des Lichtwellenleiters zusammen mit den Ein­ koppeloptiken, einmal gegen die optische Achse des Ringinterferometers geneigt und einmal dagegen ver­ schoben.

Das in Fig. 1 dargestellte Ringinterferometer umfaßt eine Lichtquelle 6, beispielsweise einen Laser, der in die Richtung R ein Laserstrahlbündel 60 aussendet. In die­ sem Laserstrahlbündel 60 ist ein im Winkel von bei­ spielsweise 45° zur Richtung R geneigter teildurchlässi­ ger Spiegel 50 angeordnet, der einen Teil des Laserlichts zu einem Lichtabsorber 10 wegspiegelt.

Das durch den teildurchlässigen Spiegel 50 hindurch­ gegangene, abgeschwächte Laserstrahlbündel 61 trifft auf eine Sammellinse 33, die dieses abgeschwächte La­ serstrahlbündel 61 auf eine Koppelstelle 32 eines als Modenblende 3 dienenden Monomode-Lichtwellenlei­ ters fokussiert. Diese Modenblende 3 weist neben der Koppelstelle 32 noch eine Koppelstelle 31 auf, und über beide Koppelstellen 31 und 32 ist jeweils Licht ein- und auskoppelbar. Bevorzugterweise besteht diese Moden­ blende 3 aus einer aufgewickelten Kern-Mantel-Glasfa­ ser, deren Kern einem Durchmesser von höchstens eini­ gen Mikrometern aufweist und deren Stirnflächen die Koppelstellen 31 und 32 bilden.

Von der Koppelstelle 31 der Modenblende 3 wird ein Lichtstrahlbündel abgestrahlt, in dessen Strahlengang eine Sammellinse 30 angeordnet ist. Diese Sammellinse 30 ist so angeordnet, daß der beinahe als ideal zu be­ zeichnende Lichtpunkt, aus dem die Strahlen des von der Modenblende 3 abgestrahlten Büschels herzukom­ men scheinen, in einer Brennebene dieser Sammellinse 30 liegt.

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

Von diesem teildurchlässigen Spiegel 5, der vorzugs­ weise ein Reflexions- und Durchlaßvermögen von je­ weils 50% aufweist, wird ein Anteil des Parallelstrahl­ bündels 61' als Teilstrahlbündel 62' senkrecht zur Rich­ tung R1 weggespiegelt, während der andere Anteil des Parallelstrahlbündels 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. P', ein λ/4-Plätt­ chen L1 bzw. L1' und eine Sammellinse 8 bzw. 8' ange­ ordnet.

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

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

Wird die Rotationsmessung nur aufgrund des Sagnac- Effekts durchgeführt, so können die λ/4-Plättchen L1 und L1' entfallen. Werden hingegeben zusätzlich nicht­ reziproke 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 Fa­ raday-Effekt nur bei zirkular polarisiertem Licht funk­ tioniert. Der Sagnaceffekt hingegen funktioniert bei al­ len Polarisationszuständen des Lichts.

Die Sammellinse 8 bzw. 8' fokussiert das Teilstrahl­ bündel 62 bzw. 62', das ebenfalls ein scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel ist, auf eine Koppelstelle 11 bzw. 11' des Lichtwellenleiters 1. Auch der Lichtwellenleiter 1 besteht vorzugsweise aus einem Monomode-Licht­ wellenleiter 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' 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 Sammellinse 8' bzw. 8 in ein scharf gebündeltes Parallelstrahlbündel umgeformt, welches das jeweiligen λ/4-Plättchen L1' bzw. L1 und den Linearpolarisator P' bzw. P durch­ strahlt und auf den teildurchlässigen Spiegel 5 im Win­ kel 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 Licht­ wellenleiters 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 Parellelstrahlbündel wird vom Spiegel 5 als Parallelstrahlbündel fortgespiegelt, wobei dieses fortge­ spiegelte Lichtstrahlbündel gegenüber dem einfallen­ den Parallelstrahlbündel um 90° umgelenkt ist. Ein jedes fortgespiegeltes Parallelstrahlbündel überlagert sich mit einem hindurchgegangenen Parallelstrahlbündel und breitet sich in der gleichen Richtung aus.

In der Fig. 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 fortge­ spiegelt worden ist, überlagert ist, mit 2 bezeichnet. Das Parallelstrahlbündel, in dem Licht, das von der Koppel­ stelle 11 herstammt und vom Spiegel 5 fortgespiegelt worden ist, mit Licht, das von der Koppelstelle 11' her­ stammt und durch den Spiegel 5 hindurchgegangen ist, überlagert ist, ist mit 2' bezeichnet.

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

Das über seine andere Koppelstelle 32 wieder ausge­ koppelte Licht trifft auf die Sammellinse 33, welche aus dem austretenden Strahlenbüschel ein scharf gebündel­ tes Parallelstrahlbündel 20 formt, das im Winkel von 45° auf den teildurchlässigen Spiegel 50 trifft. Ein Anteil dieses Parallelstrahlbündels 20 wird als Parallelstrahl­ bündel 21 im rechten Winkel dazu fortgespiegelt und trifft auf eine Sammellinse 34, in deren Brennebene eine weitere Modenblende 35, beispielsweise eine als Loch­ blende mit einer Öffnung äußerst geringen Durchmes­ sers ausgebildete, herkömmliche Modenblende ange­ ordnet ist. Diese weitere Modenblende 35 dient lediglich dazu, störende Reflexe auszublenden.

Das durch die weitere Modenblende 35 hindurchge­ gangene Licht fällt auf die als Lichtempfangsfläche 4 dienende lichtempfindliche Fläche eines lichtempfindli­ chen Detektors 40, der die integrale Intensität des auf­ treffenden Lichts mißt und ein dazu analoges Signal erzeugt. Die weitere Modenblende 35 könnte im übri­ gen ebenfalls ein Monomode-Lichtwellenleiter sein.

Das bisher beschriebene Ringinterferometer ist be­ reits voll funktionsfähig und kann als Rotationssensor verwendet werden. Für die nähere Erläuterung der Ef­ fekte, die zu vorgetäuschten Rotationen führen und die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden, wird auf die Fig. 3 und 4 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 des Lichtwellenleiters 1 ist mit A bezeichnet. Die Sammellinse 8 fokussiert das Parallelstrahlbündel 62 auf die Koppelstelle 11 des Lichtwellenleiters 1 im Bereich seines Kernes K. Die optische Achse A' des Parallel­ strahlbündels 62 ist durch die Gerade bestimmt, die durch den Fokus F und den Mittelpunkt der Sammellin­ se 8 geht (es sei Gauß'sche Optik vorausgesetzt).

Das Ringinterferomter wäre nun ideal einjustiert, wenn die Achse A' mit der Achse A zusammenfallen würde. Dies läßt sich aber in der Praxis nur mit endlicher Genauigkeit erreichen. Beide Achsen A, A' können in der Praxis in einem von Null verschiedenen Winkel zu­ einander geneigt sein. Dies führt dazu, daß die Achse A" eines Parallelstrahlbündels, welches Licht führt, das aus der Koppelstelle 11 ausgetreten und von der Sammellin­ se 8 gebündelt worden ist nicht genau mit der Achse A' des Teilstrahlbündels 62 zusammenfällt, sondern paral­ lel dazu verläuft (siehe Fig. 3).

Es kann auch sein, daß die Achse A' des Teilstrahlbün­ dels 62 in der Koppelstelle 11 seitlich gegen die Achse A des Lichtwellenleiters 1 versetzt ist. In diesem Fall ist die Achse A" des Parallelstrahlbündels, welches Licht führt, das aus der Koppelstelle 11 ausgetreten und von der Sammellinse 8 gebündelt worden ist, zur Achse A des Parallelstrahlbündels 62 geneigt (siehe Fig. 4).

Ferner kann es vorkommen, daß die Koppelstelle 11 und der Fokus F nicht genau zusammenfallen. Dann wird Licht, welches aus der Koppelstelle 11 austritt, von der Sammellinse 8 nicht zu einem Parallelstrahlbündel gebündelt, sondern zu einem divergierenden oder kon­ vergierenden Strahlenbündel.

Bei den drei Möglichkeiten ist der Einfachheit halber vorausgesetzt worden, daß der Ort des Fokus F für Licht, das aus dem Lichtwellenleiter 1, der zudem als idealer Monomode-Lichtwellenleiter vorausgesetzt war, auf der Koppelstelle 11 lag.

Die drei qualitativ beschriebenen Effekte werden in der Praxis meist gemeinsam auftreten. Sie vermindern den Einkoppelwirkungsgrad für das Parallelstrahlbün­ del 62 über die Koppelstelle 11 in den Lichtwellenleiter 1. Dies wirkt sich jedoch für die einzelne Koppelstelle nur wie eine erhöhte Faserdämpfung aus und erzeugt keine vorgetäuschte Rotation.

Analoge Überlegungen gelten selbstverständlich auch für die andere Koppelstelle 11' mit der Sammellin­ se 8' und das Teilstrahlbündel 62'. Die Lage der Achse des Teilstrahlbündels 62' relativ zur Achse A' des Teil­ strahlbündels 62 wird durch den Spiegel 5 bestimmt. Bei dem hier zugrunde gelegten Beispiel steht die Achse des Teilstrahlbündels 62' senkrecht auf der Achse des Teil­ strahlbündels 62.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß über eine Koppelstelle 11 bzw. 11' ausgekoppeltes Licht, das über gemeinsame Luftstrecken zurück in Richtung der Licht­ quelle 6 läuft, einen etwas anderen Lichtweg zurücklegt als das zum Einkoppeln zugeführte Licht. Dies bedeutet, daß ein nichtreziproker Effekt vorgetäuscht wird.

Zur Abhilfe ist in der vorliegenden Vorrichtung vor­ gesehen, daß in den überlagerten Parallelstrahlbündeln 2 und 2', 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 Ord­ nung eine sehr hohe Dämpfung aufweist, dann wird nur jener Anteil der von den Koppelstellen 11 bzw. 11' her kommenden Lichtstrahlen aufgenommen, der im Ab­ schnitt zwischen den Koppelstellen 11 bzw. 11' und dem Spiegel 5 einen Weg zurückgelegt hat, der mit extrem hoher Genauigkeit dem Lichtweg der über die Koppel­ stellen 11 bzw. 11' eingekoppelten Lichtstrahlen ent­ spricht. In diesem Fall wird kein oder nur ein verschwin­ dend kleiner nichtreziproker Effekt vorgetäuscht.

Bei Ringinterferometern gemäß Fig. 1 ist es aus Gründen, die hier nicht zu erörtert werden brauchen, zweckmäßig auch das im Parallelstrahlbündel 2' geführ­ te Licht für Meßzwecke zu verwenden. Aus diesem Grunde ist im Strahlengang dieses Lichts eine Licht­ empfangsfläche 4' eines weiteren lichtempfindlichen Detektors 40' angeordnet. Auch das im Parallelstrahl­ bündel 2' geführte Licht enthält wie jenes im Parallel­ strahlbündel 2 geführte aufgrund der genannten drei Effekte Moden höherer Ordnung, die zu Meßwertver­ fälschungen führen können.

Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, in dem Paral­ lelstrahlbündel 2' eine Modenblende anzuordnen, wel­ che eine hohe Dämpfung für Moden höherer Ordnung aufweist. Nach Fig. 1 ist dazu in diesem Parallelstrahl­ bündel 2' eine aus einem Monomode-Lichtquellenleiter bestehende Modenblende 3' angeordnet, die zwei Kop­ pelstellen 31' und 32' aufweist. Das Parallelstrahlbündel 2' trifft auf eine Sammellinse 30', welche das Parallel­ strahlbündel 2' auf die Koppelstelle 31' fokussiert, wo es in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Das über die andere Koppelstelle 32' wieder ausgekoppelte Licht trifft auf eine Sammellinse 33', welche aus dem austre­ tenden Strahlenbüschel ein Parallelstrahlbündel formt, das auf die Lichtempfangsfläche 4' trifft.

Allerdings liegen beim Parallelstrahlbündel 2' die Verhältnisse prinzipiell anders als beim Parallelstrahl­ bündel 2, welches mit dem Parallelstrahlbündel 61' über­ lagert ist. Wenn die optische Achse der Koppelstelle 31' exakt mit der Achse A' (siehe Fig. 3 bzw. 4) zusammen­ fällt, dann ergeben sich die gleichen günstigen Eigen­ schaften, wie sie mit der Modenblende 3' erreicht wer­ den. Weil jedoch diese Einstellung nur mit endlicher Genauigkeit vorgenommen werden kann, ist stets mit einer der verschiedenen Abweichungen zu rechnen. Diese Abweichung bedingt, daß über die Koppelstelle 31' der Modenblende 3' Moden höherer Ordnung einge­ koppelt werden, wodurch beispielsweise eine Rotation vorgetäuscht wird.

Würde der Lichtwellenleiter der Modenblende 3' auch Moden höherer Ordnung leiten oder wäre die Mo­ denblende 3' überhaupt nicht vorhanden, dann wären die vorgetäuschten Rotationen im allgemeinen bedeu­ tend größer.

Die Einfügung der Modenblende 3' verbessert dem­ nach auf jeden Fall das Ringinterferometer, die Signale des Detektors 40' lassen jedoch eine Messung der Rota­ tionsgeschwindigkeit nur dann mit großer Genauigkeit zu, wenn die Koppelstelle 31' entsprechend abgeglichen wurde. In der Praxis ist dies sehr schwer durchzuführen.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Kop­ pelstelle 31 des Lichtwellenleiters der Modenblende 3 sich dagegen stets im exakten Abgleich mit der opti­ schen Achse A' befindet, da diese Achse gerade durch die Lage der Koppelstelle 31 bestimmt wird. Dies gilt deshalb, weil die Koppelstelle 31 das zum Betrieb des Interferometers nötige Licht abgibt. Die Signale des Detektors 40 lassen eine Feststellung der Rotationsge­ schwindigkeit daher im allgemeinen mit hoher Genauig­ keit zu.

In der Fig. 2 ist eine Modifikation des Ringinterfero­ meters nach Fig. 1 dargestellt, mit der erreicht werden kann, daß sich der Fehler der Justierung der Koppelstel­ le 31' der Modenblende 3' nicht auswirkt. Bei dieser Vorrichtung wird zwar die vorgetäuschte Phasenver­ schiebung nicht eliminiert, es kann jedoch auf den wah­ ren Wert der Rotationsgeschwindigkeit geschlossen werden.

Die Ausführungsform des Ringinterferometers nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen durch eine zusätzliche Lichtquel­ le 6', einen zusätzlichen teildurchlässigen Spiegel 50', eine zusätzliche Linse 34' und eine zusätzliche weitere Modenblende 35', die zum Eliminieren störender Refle­ xe dient. Außerdem sind in den Strahlengängen zusätzli­ che Linearpolarisatoren P1 und P1' und zusätzliche λ/4-Plättchen L2 und L3 bzw. L2' und L3' angeordnet.

Die ebenfalls als Laser ausgebildete zusätzliche Licht­ quelle 6' ist so angeordnet, daß sie ein Laserstrahlbündel 60' in der Richtung R' aussendet. In diesem Laserstrahl­ bündel 60' ist der zusätzliche teildurchlässige 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. Der durch den Spiegel 50' hindurchgegangene Lichtanteil 20' pflanzt sich in Richtung R' als abgeschwächtes La­ serstrahlbündel 61''' fort und trifft auf die Linse 33', welche das Laserstrahlenbündel 61''' auf die andere Koppelstelle 32' des Monomode-Lichtwellenleiters der Modenblende 3' fokussiert, wo es in diese eingekoppelt wird. Dieses eingekoppelte Licht breitet sich in der glei­ chen Weise durch das gesamte Ringinterferometer aus, wie das in den Monomode-Lichtwellenleiter der Mo­ denblende 3 eingekoppelte Licht.

Das über die andere Koppelstelle 32' des Monomode- Lichtwellenleiters der Modenblende 3' ausgekoppelte und von störenden Moden befreite Licht trifft als Paral­ lelstrahlbündel 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 4' des Sensors 40'.

Wird bei dem Ringinterferometer nach Fig. 2 nur die Lichtquelle 6 betrieben, dann werden im allgemeinen Moden höherer Ordnung über die Koppelstelle 31' in den Lichtwellenleiter der Modenblende 3' eingekoppelt. Also läßt sich mittels des Signals auf der Lichtempfangs­ fläche 4' die Rotation im allgemeinen nur mit einem nicht unerheblichen Fehler 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 Licht­ empfangsfläche 4 einen Fehler aufweisen. Aus Gründen der Symmetrie ist dieser Fehler jedoch entgegengesetzt zu dem Fehler, der vom Signal auf der Lichtempfangs­ fläche 4' geliefert wurde. Durch abwechselndes Ein­ schalten der Lichtquellen 6 und 6' und Auswertung der Signale auf den Lichtempfangsflächen 4' und 4 läßt sich der Fehler eliminieren. Dies kann beispielsweise durch Mittelwertbildung geschehen.

Das abwechselnde Ein- und Ausschalten der Licht­ quellen 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 Lichtempfangsflächen 4 und 4' muß dann je ein Farbfil­ ter 14 bzw. 14' geschaltet werden, von denen das Farb­ filter 14 nur die von der Lichtquelle 6' ausgesandte Farbe und das Farbfilter 14' nur die von der Lichtquelle 6 ausgesandte Farbe hindurchläßt. Das bedeutet, daß die Lichtempfangsfläche 4 nur Licht von der Lichtquelle 6' und die Lichtempfangsfläche 4' nur Licht von der Lichtquelle 6 empfängt. In diesem Fall kann eine Mittel­ wertbildung unmittelbar vorgenommen werden. Es ist allerdings zu berücksichtigen, daß der bei Rotationssen­ soren benutzte Sagnac-Effekt von der Wellenlänge ab­ hängt.

Die in Fig. 2 gegenüber der Fig. 1 zusätzlich vorhan­ denen Linearpolarisatoren P1, P1' und λ/4-Plättchen L2, L3, L2' und L3' dienen zur Vermeidung störender Refle­ xionen.

Claims (6)

1. Ringinterferometer mit einem Lichtwellenleiter (1), der an beiden Enden je eine Koppelstelle (11, 11') zum Ein- und Auskoppeln von Teillichtstrahlen aufweist, die mittels eines ersten Strahlteilers (5) so aus dem Licht einer Lichtquelle (6) gewonnen wer­ den, und die sich im Lichtwellenleiter (1) zur jeweils anderen Koppelstelle ausbreiten und dort jeweils auskoppelbar sind, wobei über beide Koppelstellen (11, 11') ausgekoppelte Lichter überlagert und ei­ ner Lichtempfangsfläche (4) zugeführt werden und wobei die bei den jeweiligen Koppelstellen einzu­ koppelnden bzw. auszukoppelnden Lichter in je­ weils zwei überlagerten Teillichtstrahlbündeln eine gemeinsame Strecke zwischen dem ersten (5) und einem zweiten Strahlteiler (50) gegenläufig durch­ laufen, dadurch gekennzeichnet, daß in der ge­ meinsam durchlaufenen Strecke eine in beiden Richtungen zu durchlaufende, nur durch einen Mono­ modewellenleiter gebildete Modenblende (3) bestehend aus einem Monomode- Lichtwellenleiter ange­ ordnet ist.

2. Ringinterferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am unbenutzten Ausgang des Strahlteilers (5) austretende Licht über eine weitere Modenblende (3') einer weiteren Licht­ empfangsfläche zugeführt wird.

3. Ringinterferometer nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ne­ ben dem Licht, das der einen Koppelstelle (11 bzw. 11') zum Einkoppeln 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') zugeführt ist, durch die Modenblende (3 bzw. 3') der anderen Koppelstelle (11' bzw. 11) der Lichtempfangsfläche (4 bzw. 4') zugeführt ist.

4. Ringinterferometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben der einen Lichtemp­ fangsfläche (4 bzw. 4') noch eine weitere Lichtemp­ fangsfläche (4' bzw. 4) vorgesehen ist, der über bei­ de Koppelstellen (11, 11') augekoppelte Lichter in überlagerten Strahlengängen (2' bzw. 2), die durch eine Strecke führen, in der viele Moden ausbrei­ tungsfähig sind, überlagert zugeführt sind, und daß in den überlagerten Strahlengängen (2' bzw. 2) eine weitere Modenblende (3' bzw. 3) angeordnet ist.

5. Ringinterferometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Modenblende (3' bzw. 3) von gleicher Art ist wie die erstgenannte Modenblende (3 bzw. 3').

6. Ringinterferometer nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß den Koppelstellen (11, 11') des Lichtwellenleiters zusätzlich Licht durch die weitere Modenblende (3' bzw. 3) zum Einkop­ peln zuführbar ist, und daß abwechselnd Licht ein­ mal durch die eine und dann durch die andere Mo­ denblende zum Einkoppeln zuführbar ist oder Licht einer Farbe durch eine Modenblende und gleich­ zeitig Licht einer anderen Farbe durch die andere Modenblende zum Einkoppeln zuführbar ist, wobei jeder Lichtempfangsfläche je ein Farbfilter (14, 14') vorgeschaltet ist, von denen eines nur für die eine und das andere nur für die andere Farbe durchläs­ sig ist.