DE3114175A1 - Method and device for modulating radiant energy in optical fibres - Google Patents

Method and device for modulating radiant energy in optical fibres

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Abstract

Radiant energy guided in an optical monomode fibre is modulated in phase and frequency by means of spatially periodic disturbance. <IMAGE>

Description

Verfahren und Einrichtung zur Modulation Method and device for modulation

strahlender Energie in optische Fasern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruches 13. Radiant Energy in Optical Fibers The invention relates to to a method according to the preamble of claim 1 and to a device for carrying out the method according to the preamble of claim 13.

Um entweder die Phase oder die Frequenz des Lichtes in einer optischen Faser zu modulieren, ist es bekannt, eine akustisch-optische Wirkung auszunutzen, bei der das Signal, das dem in der Faser geführten Licht aufgeprägt werden soll, benutzt wird, um mechanisch oder akustisch die Faser zu srregen. Diese mechanische oder akustische Erregung verursacht eine Änderung in dem optischen Index des Fassrkernss. Daraus ergibt sich eine Änderung in der optischen Weglänge für das in der Faser laufende Licht. Das Licht wird demnach in Phase und Frequenz durch das Signal moduliert. Für Glasfasern ist die Änderung im optischen Index bei einer gegebenen Energie der mechanischen oder akustischen Erregung ziemlich klein.To find out either the phase or the frequency of the light in one To modulate optical fiber, it is known to use an acousto-optical effect, in which the signal that is to be impressed on the light guided in the fiber, is used to excite the fiber mechanically or acoustically. This mechanical or acoustic excitation causes a change in the optical index of the barrel core. This results in a change in the optical path length for that in the fiber running light. The light is accordingly modulated in phase and frequency by the signal. For glass fibers, the change in optical index for a given energy is mechanical or acoustic excitation quite small.

Um eine ausreichende Modulation zu erzielen, ist deshalb entweder eine hohe Signalenergie oder eine große Länge erforderlich, über die ein Zusammenwirken eintritt, wobei diese Länge des Zusammenuirkens die Faserlänge ist, die akustisch für die gewünschte Modulation erregt werden muO.In order to achieve sufficient modulation, either a high signal energy or a great length is required over which an interaction occurs, this length of cooperation being the fiber length that is acoustically must be excited for the desired modulation.

Die Empfindlichkeit optischer Fasern für unmittelbare akustische Modulation wird erläutert von J.A. Bucaro in "Applied Optics", Band 18, Nr. 6, 15. März 1979.The sensitivity of optical fibers to immediate acoustic modulation is explained by J.A. Bucaro in "Applied Optics", Volume 18, No. 6, March 15, 1979.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, bei denen die Modulation mit günstigeren Energieverhältnissen ausgeführt.The invention is therefore based on the object of a method and to create a device in which the modulation with more favorable energy ratios executed.

wird, so daß eine solche Modulation in einem weiten Bereich für die Übertragung von Signalen benutzt werden kann. Die Erfindung arbeitet deshalb mit einer neuen Art von bewegbarer, räumlich periodischer Störung in der Wand einer als Wellenleiter dienenden, optischen Einzelmodus-Faser, um die Modulation zu erreichen. Die Wirkung einer stationären, räumlich periodischen Störung in einem Rechteck-Wellenleiter wird erwähnt von Dietrich Marcuse in Bell System Technical Journal", Band48, Seiten 3233-3242, Dez. 1969.is, so that such a modulation in a wide range for the Transmission of signals can be used. The invention therefore cooperates a new kind of movable, spatially periodic perturbation in the wall of a as Waveguide serving, single mode optical fiber to the To achieve modulation. The effect of a stationary, spatially periodic disturbance in a rectangular waveguide is mentioned by Dietrich Marcuse in Bell System Technical Journal ", Vol. 48, pp. 3233-3242, Dec. 1969.

Die Wirkung einer anderen Art von stationärer, räumlich periodischer Störung wird besprochen von B. S. Kawasiki et al in Optik Letters", Band 3, Nr. 2, Aug. 1978. Es ist zu beachten, daß bei den hier erwähnten Veröffentlichungen die räumlich periodischen Störungen notwendig stationär sind aufgrund der Art, in der sie erzeugt werden.The effect of a different kind of stationary, spatially periodic Disorder is discussed by B. S. Kawasiki et al in "Optik Letters", Volume 3, No. 2, Aug. 1978. It should be noted that in the publications referenced herein the spatially periodic disturbances are necessary stationary due to the way in which they are generated.

Die nach der Erfindung vorgesehene, bewegbare, räumlich periodische Störung wird benutzt, um ein schmales Wellenlängenband strahlender Energie zu reflektieren, wobei aufgrund der Bewegung der räumlich periodischen Störung eine Modulation in der Phase und/oder der Frequenz eintritt.The movable, spatially periodic one provided according to the invention Interference is used to reflect a narrow band of wavelengths of radiant energy, due to the movement of the spatially periodic perturbation, a modulation in the phase and / or the frequency occurs.

Die räumlich periodische Störung wird mittels eines optischen Gitters erzeugt, das nahe dem Kern einer Einzelmodusfaser angeordnet wird. Die räumlich periodische Störung wird bewegt, indem das optische Gitter mit Bezug auf die optische Faser bewegt wird.The spatially periodic perturbation is created by means of an optical grating which is placed near the core of a single mode fiber. The spatial periodic perturbation is moved by the optical grating with respect to the optical Fiber is moved.

Die Erfindung sieht eine Vielzahl von Möglichkeiten vor, um die Bewegung des optischen Gitters an der Faser mit verschiedenen Arten von Signalen oder Zuständen zu koppeln.The invention provides a variety of possibilities for the movement of the optical grating on the fiber with different types of signals or states to pair.

Sowohl hoch- als auch niederfrequente Signale einschl. statischer Signale und Zustände können nach der Erfindung gekoppelt werden. Weiter ist es möglich, elektrische, elektromagnetische, magnetische und akustische Signale, ferner auch thermische Zustände und chemische und Feuchte-Zustände zu koppeln.Both high and low frequency signals including static Signals and states can be coupled according to the invention. It is also possible electrical, electromagnetic, magnetic and acoustic signals, as well to couple thermal states and chemical and moisture states.

Die Erfindung sieht ferner ein Multiplex-Verfahren für eine Zeitteilung vor, so daß viele Signale in derselben Einzelmodus-Faser geführt werden können, wozu z. B. gepulstes Licht in der Faser benutzt wird und verschiedene, räumlich periodische Störungen in bekannten Abständen entlang der Faser angeordnet werden. Obwohl verschiedene räumlich periodische Störungen mit darselben Wellenlänge zusammen wirken können, erreicht die Reflexion der gepulsten, strahlenden Energie die Quelle zu verschiedenen Zeiten.The invention also provides a multiplex method for time division so that many signals can be carried in the same single mode fiber, why z. B. pulsed light is used in the fiber and different, spatially periodic perturbations are placed at known intervals along the fiber. Although different spatially periodic perturbations with the same wavelength together can work, the reflection of the pulsed, radiant energy reaches the source at different times.

Die Signale von jeder räumlich periodischen Störung können dementsprechend zugeordnet werden.The signals from any spatially periodic perturbation can accordingly be assigned.

Die Erfindung ermöglicht die Ausbildung eines optischen Demodulationssystems vollständig innerhalb der Einzelmodusfaser dadurch, daß ein zweites optisches Gitter entlang der Faser angeordnet wird. Das optische Demodulationssystem arbeitet etwa wie ein Fabry-Perot-Interferometer und ermöglicht, daß die erste Stufe der optischen FrequenF oder Fasendemodulation so nahe wie erwünscht beim Signaleingang eintritt, wodurch thermische und mechanische Störungen (Noise) auf einem Kleinstwert gehalten werden und die Notwendigkeit für ein gesondertes und teures interferometrisches System vermieden wird.The invention enables the formation of an optical demodulation system completely within the single mode fiber in that a second optical grating is placed along the fiber. The optical demodulation system works about like a Fabry-Perot interferometer and that enables the first stage of the optical FrequenF or fiber demodulation as close as desired at signal input occurs, which reduces thermal and mechanical disturbances (noise) to a minimum and the need for a separate and expensive interferometric System is avoided.

Zur Erfindung gehört auch ein Aufnahmesystem, das die Reflexionsspitzen der räumlich periodischen Störungen spektral zuordnet.The invention also includes a recording system that the reflection tips assigns the spatially periodic disturbances spectrally.

Zur Erfindung gehört weiter ein Aufnahmesystem, das mit dem optischen Demodulationssystem verwendet wird und dessen Ausgangssignal der spektrale Ort der optischen Resonanzen des Interferometers ist, wodurch die Wirkung von Amplitudenschwankungen z. B. der Lichtquelle auf einem Minimum gehalten wird.The invention also includes a recording system with the optical Demodulation system is used and its output signal is the spectral location of the optical resonances of the interferometer, reducing the effect of amplitude fluctuations z. B. the light source is kept to a minimum.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Modulierung von strahlender Energie in bezug auf Phase und/oder Frequenz innerhalb einer optischen Einzelmodus-Faser zeichnet sich hauptsächlich durch die Merkmale des Anspruches 1 aus. Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens hat im wesentlichen die Merkmale des Anspruches 13.The inventive method for modulating radiant energy with respect to phase and / or frequency within a single mode optical fiber is mainly characterized by the features of claim 1. An institution to carry out the method essentially has the features of claim 13.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 eine vergrößerte und teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Einzelmodusfaser in Verbindung mit einem optischen Gitter, Fig. 2 eine Bodenansicht der Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 ein Diagramm, das die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine räumlich periodische Störung zeigt, Fig. 4 eine stark vergrößerte Gitterfläche, Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 eine Ansicht entsprechend den Pfeilen 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 den Fig. 1 und 5 entsprechende Ansichten wei-und 8 terer Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 9 eine vergrößerte Bodenansicht der Ausführungsform aus Fig. 8, wobei einzelne Teile weggebrochen sind, Fig. 10 weitere Ausführungsformen in der Darstellung und 11 gemäß Fig. 1, Fig. 12 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung in Verbindung mit einem Mikrophon, Fig. 13 die Sicherung eines als dünnor Film aungebildeten Gitters gegen Radialverachiebung, Fig. 14 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 13, gesehen in Richtung der Pfeile 14-14, Fig. 15 die Verbindung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Hydrophon, Fig. 16 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der in Fig. 15 dargestellten Anordnung, Fig. 17 eine Anordnung, bei der räumlich periodische Störungen durch thermische Expansion oder Kontraktion weiterbewegt werden, Fig. 18 eine Anwendung der Erfindung, in der das Gitter durch eine Spule bewegt wird, Fig. 19 eine der Fig. 18 entsprechende Darstellung, in der die Spule der unbewegliche Teil eines Solenoids ist, Fig. 20 eine Anordnung mit winkliger Verstellung des Gitters, Fig. 21a eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 21b eine vereinfachte Bodenansicht der Einrichtung nach Fig. 21a und Fig. 22a den Fig. 21a und 21b entsprechende Darstellungen und 22b einer weiteren Ausführungsform der srfindungsgemäßen Modulationseinrichtung.Further advantages and features of the invention emerge from the claims as well as from the following description and drawings in which the invention for example, is explained and shown. They show: FIG. 1 an enlarged and partially sectioned side view of a single mode fiber in connection with an optical grating, FIG. 2 shows a bottom view of the device according to FIG. 1, Fig. 3 is a diagram showing the intensity of the reflected light as a function of the wavelength for a spatially periodic perturbation, Fig. 4 shows a strong enlarged grating surface, FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 1 of another Embodiment of the invention, Fig. 6 is a view according to the arrows 6-6 5, 7, views corresponding to FIGS. 1 and 5 of further embodiments the invention, 9 is an enlarged bottom view of the embodiment from Fig. 8, with individual parts broken away, Fig. 10 further embodiments in the illustration and 11 according to FIG. 1, FIG. 12 shows a section through an inventive Device in connection with a microphone, Fig. 13 securing one as thinor Film of a non-formed grid against radial displacement, Fig. 14 is a view of the arrangement 13, seen in the direction of arrows 14-14, FIG. 15, the connection of a Arrangement according to the invention with a hydrophone, FIG. 16 is an enlarged view a part of the arrangement shown in FIG. 15, FIG. 17 shows an arrangement which moves spatially periodic disturbances through thermal expansion or contraction Fig. 18 shows an application of the invention in which the grating by a coil is moved, FIG. 19 shows a representation corresponding to FIG. 18, in which the coil is the immovable part of a solenoid, Fig. 20 shows an arrangement with angular adjustment of the grid, FIG. 21a a side view of a further embodiment of the invention, FIG. 21b a simplified bottom view of the device according to FIG. 21a and 22a representations corresponding to FIGS. 21a and 21b, and 22b one further embodiment of the modulation device according to the invention.

Die Erfindung wird jetzt für eine optische Einzelmodus-Faser beschrieben, die als Lichtleiter benutzt wird.The invention will now be described for a single mode optical fiber, which is used as a light guide.

Es ist aber zu berücksichtigen, daß auch andere Formen elektromagnetischer Energie im Zusammenhang mit Einzelmodus-Fasern benutzt werden können, z. B. Infrarot.However, it must be taken into account that other forms of electromagnetic Energy can be used in connection with single mode fibers, e.g. B. Infrared.

Eine optische Einzelmodus-Faser ist eine Faser, die so konstruiert ist, das sie nur die fortpflanzung des Wellentyps niedrigster Ordnung zuläßt. Dieser Wellentyp niedrigster Ordnung ist für einige Einzelmodus-Faser-Konstruktionen zweifach entartet. In diesen Fällen weist die Schwingungsart niedrigster Ordnung zwei Fortpflanzungszustände auf, die dadurch unterschieden sind, daß ihre Polarisationen zueinander rechtwinklig liegen.A single mode optical fiber is a fiber that is so constructed is that they only reproduce the Lowest order wave type allows. This lowest order wave type is for some single mode fiber constructions doubly degenerate. In these cases the mode of vibration is of the lowest order two states of reproduction, which are distinguished by the fact that their polarizations are at right angles to each other.

Die Erfindung löst eine bewegliche, räumlich periodische Störung in der Wand einer optischen Einzelmodus-Faser durch Verwendung eines optischen Gitters aus. Das optische Gitter ist ausreichend nahe am Kern der Faser angeordnet, um mit den verschwindend kleinen oder nicht strahlenden Feldern des Lichtes zusammenzuwirken, das durch die Faser läuft.The invention solves a moving, spatially periodic perturbation in the wall of a single mode optical fiber by using an optical grating the end. The optical grating is placed sufficiently close to the core of the fiber to be able to with to interact with the vanishingly small or non-radiating fields of light, that runs through the fiber.

In Fällen, in denen die optische Einzelmodus-Faser eine Umkleidung hat, die zu dick ist, um das Gitter nahe dem Kern anzuordnen, kann die Umkleidung durch Abschleifen oder ähnliche Maßnahmen teilweise entfernt werden.In cases where the single mode optical fiber has a cladding that is too thick to place the grid close to the core, the cladding can can be partially removed by grinding or similar measures.

In dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 weist eine optische Einzelmodus-Faser 10 einen lichtdurchlässigen Kern 12 auf, der z. B. aus Kunststoff,Glas oder Quarz bestehen kann und eine Umkleidung 14 aus Glas oder Kunststoff mit niedrigerem Brechungsindex. Die Umkleidung 14 ist bei 16 teilweise entfernt, z. B. durch Abschleifen. In dem abgeschliffenen Bereich 16 ist ein optisches Gitter 18 angeordnet. Das optische Gitter 18 besteht aus regelmäßig abwechselnden Zähnen und Rillen 14.In the example of Figures 1 and 2, a single mode optical fiber 10 has a translucent core 12 which, for. B. made of plastic, glass or quartz may consist and a cladding 14 made of glass or plastic with a lower refractive index. The casing 14 is partially removed at 16, e.g. B. by grinding. By doing An optical grating 18 is arranged in the ground area 16. The optical one The grid 18 consists of regularly alternating teeth and grooves 14.

Bei dieser Anordnung besteht die Wand 20, die in dem ausgeschliffenen Bereich 16 den Kern 12 der Einzelmodus-Faser umgibt und die Anordnung des optischen Gitters 18 nahe der Faser ermöglicht, aus einer dünnen Schicht Glas oder Kunststoff. Die von dem Gitter 18 gebildete, regelmäßige Folge voneinander abwechselnden Zähnen und Rillen 24 bildet damit eine räumlich periodische Störung des optischen Indexes der den Faserkern umgebenden Wand. Das verschwindende Feld des in der Faser laufenden Lichtes wird nach der Quelle durch diese räumlich periodische Störung zurückreflektiert, wenn die Periode nahe bei einem ganzen Vielfachen von 1/2X liegt. Eine derartige Erscheinung wird als Bragg-Reflexion bezeichnet und ist graphisch in Fig. 3 dargestellt.In this arrangement, the wall 20, which is in the ground Area 16 surrounds the core 12 of the single mode fiber and the arrangement of the optical Grating 18 near the fiber allows a thin layer of glass or plastic. The regular sequence of alternating teeth formed by the grid 18 and grooves 24 thus form a spatially periodic perturbation of the optical index the wall surrounding the fiber core. The vanishing field of that running in the fiber Light is reflected back to the source by this spatially periodic perturbation, when the period is close to an integral multiple of 1 / 2X. Such a one Phenomenon is referred to as Bragg reflection and is shown graphically in FIG. 3.

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine bestimmte, räumlich periodische Störung. Für die Mitte zu c des reflektierten Wellenlängenbandes gilt: NO c-2 Hier ist D die Länge der räumlichen Periode und N der wirksame optische Index für die Einzelmodus-Faser.The diagram in FIG. 3 shows the intensity of the reflected light as a function of the wavelength for a specific, spatially periodic perturbation. For the middle to c of the reflected wavelength band, the following applies: NO c-2 Here is D is the length of the spatial period and N is the effective optical index for the single mode fiber.

Die Breite dieses Wellenlängenbandes ist gegeben durch A= 2Nl Hierbei ist 1 diejenige Länge der Faser, die in Kontakt mit dem Gitter ist.The width of this wavelength band is given by A = 2Nl Here 1 is the length of fiber in contact with the grating.

Die Reflektivität der räumlich periodischen Störung kann innerhalb dieses Wellenlängenbandes erhöht oder verringert werden durch einen gemeinsamen Faktor, indem das Gitter näher an den Kern heran- oder von ihm abgerückt wird und indem Gittermaterialien höherer oder niedrigerer optischer Brechungsindizes benutzt werden. Da die räumlich periodische Störung durch eine periodische Störung im optischen Index der Wandung einer Einzelmodus-Faser verursacht wird, kann das Gitter aus irgendeinem Material sein, das eine Oberfläche mit einer periodischen Änderung in dem optischen Index aufweist, z. B. ein holographisches Filmgitter.The reflectivity of the spatially periodic disturbance can be within this wavelength band can be increased or decreased by a common Factor by moving the grid closer to or away from the core and by using grating materials of higher or lower optical refractive index will. Since the spatially periodic perturbation is caused by a periodic perturbation in the optical Index caused by the wall of a single mode fiber, the grating can be made of any one Be material that has a surface with a periodic change in the optical Having index, e.g. B. a holographic film grating.

Die Erfindung kann auch mit einer räumlich periodischen Störung der Leitfähigkeit ausgeführt werden. In einem solchen Fall wird nahe am Fasernkern eine Fläche mit periodisch sich ändernder Leitfähigkeit, siehe Fig. 21a und 21b, angeordnet. Hierfür wird eine Platte 200 benutzt, die aus nicht leitendem Material wie Glas oder Kunststoff besteht und auf die leitende Streifen 201 aufgedampft sind, z. B. aus Metall. Die Platte ist derart nahe am Faserkern angeordnet, daß die Metallstreifen allgemein rechtwinklig zur faseroptischen Achse liegen.The invention can also be used with a spatially periodic perturbation of the Conductivity. In such a case, a Area with periodically changing conductivity, see FIGS. 21a and 21b. A plate 200 is used for this, which is made of a non-conductive material such as glass or plastic and on which conductive strips 201 are vapor-deposited, e.g. B. made of metal. The plate is so close to the fiber core that the metal strips are generally perpendicular to the fiber optic axis.

Ein weiteres Beispiel zur Herstellung der räumlich periodischen Störung der Leitfähigkeit, siehe Fig. 22a und b, sieht vor, eine Platte 202 aus leitendem Material zu verwenden, auf die Streifen 203 aus nicht leitendem Material aufgedampft sind, z. 8. aus SiOl Die Platten nach Fig. 21 und 22 werden optische Gitter" oder "Gitter" genannt.Another example for producing the spatially periodic perturbation the conductivity, see Fig. 22a and b, provides a plate 202 of conductive Material too use on the strip 203 of non-conductive Material are vapor-deposited, e.g. 8. From SiOl The plates according to FIGS. 21 and 22 are made called optical grating "or" grating ".

Eine bestimmte räumliche Periode kann von einem Gitter mit einer kürzeren räumlichen Periode in der anhand von Fig.4 erläuterten Weise abgeleitet werden. Die erheblich vergrößert dargestellte Gitterfläche 24' zeigt Linien P, die Linien mit konstantem Brechungsindex oder konstanter Leitfähigkeit sind. Die räumliche Änderung geht rechtwinklig zu diesen Linien, die jeweils um eine Periode auseinanderliegen. Verschiedene Ausrichtungen der Einzelmodus-Faser gegenüber der Fläche 24' sind mittels einer strichpunktierten Linie dargestellt, die die optische Achse der Einzelmodus-Faser darstellt. Für die Richtung A, die durch die strichpunktierte Linie A rechtwinklig zu den Linien P dargestellt ist, beträgt die räumliche Periode, wie aus der Zeichnung zu sehen, 1. Die räumliche Periode für die mit B bezeichnete Ausrichtung ist l/cos9, also größer als 1, die "normale" räumliche Periode des Gitters. Dabei ist 8 der Winkel zwischen der optischen Achse der Einzelmodus-Faser in der Ausrichtung A, die rechtwinklig zu den Linien gleichen optischen Indexes der Fläche ist, und der Richtung 8.A given spatial period can be of a lattice with a shorter one spatial period can be derived in the manner explained with reference to FIG. The grid surface 24 ', which is shown considerably enlarged, shows lines P, the lines with constant refractive index or constant conductivity. The spatial Change goes at right angles to these lines, each one period apart. Various orientations of the single mode fiber with respect to face 24 'are possible by means of shown by a dot-dash line representing the optical axis of the single mode fiber represents. For direction A, indicated by the dash-dotted line A at right angles to the lines P, the spatial period is as shown in the drawing to see 1. The spatial period for the orientation marked B is l / cos9, thus greater than 1, the "normal" spatial period of the grating. Where 8 is the Angle between the optical axis of the single mode fiber in orientation A, which is perpendicular to the lines of the same optical index of the surface, and which Direction 8.

Eine derart konstruierte, räumlich periodische Störung kann gegenüber der Faser dadurch bewegt werden, daß einfach das Gitter gegenüber der Faser bewegt wird. Durch die Erfindung wird die Bewegung oder Lage des Gitters, gemessen gegenüber der optischen Achse der Einzelmodus-Faser> mit einem Eingangssignal oder Parameter gekoppelt.A spatially periodic perturbation constructed in this way can relative to the fiber by simply moving the grating opposite the Fiber is moved. Through the invention, the movement or position of the grid, measured against the optical axis of the single mode fiber> with an input signal or parameters coupled.

Das Ergebnis ist die Reflexion eines bestimmten Wellenlängenbandes des Lichtes, das durch die Faser läuft, durch eine räumlich periodische Störung, deren Lage oder Bewegung von einem Eingangssignal oder Parameter abhängt.The result is the reflection of a certain wavelength band of the light that travels through the fiber due to a spatially periodic perturbation, whose position or movement depends on an input signal or parameter.

Die sich bewegende, räumlich periodische Störung moduliert die Frequenz des reflektierten Lichtes in Entsprechung mit der relativistischen Doppler-Verschiebung, siehe auch das physikalische Prinzip der speziellen Relativitäts-Theorie.The moving, spatially periodic disturbance modulates the frequency of the reflected light in correspondence with the relativistic Doppler shift, see also the physical principle of the special relativity theory.

In den Fällen, in denen die Lage des Gitters, gemessen mit Bezug auf die optische Achse der Einzelmodus-Faser, an einen Eingangs-Parameter gekoppelt ist, tritt die Reflexion des Wellenlängenbandes an verschiedenen Orten entlang der Einzelmodus-Faser als eine Funktion dieses Eingangs-Parameters auf. Diese änderungen im Ort der räumlich periodischen Störung, verursacht durch die Änderungen im Ort des Gitters, löst Änderungen in der optischen Weglänge des Lichtes aus, das in der Einzelmodus-Faser zur räumlich periodischen Störung läuft, dort reflektiert wird und zur Quelle zurückläuft. Die Änderung in der optischen Weglänge moduliert die Phase des reflektierten Lichtes gegenüber der Phase der Lichtquelle. Berechnungen zeigen, daß ein solches System, d. h. die Bewegung des Gitters zur Bewirkung einer Modulation, viel weniger Signalenergie als bekannte Arten von Fasermodulations-Systemen erfordert.In those cases where the location of the grid is measured with reference to the optical axis of the single mode fiber, coupled to an input parameter is, the reflection of the wavelength band occurs at different locations along the Single mode fiber as a function of this input parameter. These changes in the location of the spatially periodic disturbance caused by the changes in the location of the grating, triggers changes in the optical path length of the light that travels in the Single-mode fiber running to spatially periodic disturbance, reflected there will and runs back to the source. The change in the optical path length modulates the Phase of the reflected light compared to the phase of the light source. Calculations show that such a system, i. H. the movement of the grid to produce a Modulation, much less signal energy than known types of fiber modulation systems requires.

Die Erfindung umfaßt verschiedene Mittel zur Kopplung der Bewegung oder Lage des Gitters an ein Eingangssignal oder einen Eingangs-Parameter. Fig. 5 und 6 zeigen eine Anordnung, bei der ein Scherwellen-Übertrager 26 akustisch mit dem Gitter 18 gekoppelt ist. Ein elektrisches Eingangssignal erregt über die Elektroden 28 und 30 den Scherungswellen-Erzeuger 26 und verursacht damit eine akustische Scherwelle in der die Zähne 24 des Gitters 18 enthaltenden Ebene. Eine akustische Scherwelle ist gekennzeichnet durch eine körperliche Bewegung, hier veranschaulicht durch Pfeile 32, rechtwinklig zu ihrer Fortpflanzungsrichtung, die die Pfeile 34 zeigen. Der Scherwellenerzeuger 26 wird so angeordnet, daß die körperliche Bewegung parallel zur optischen Achse der Einzelmodus-Faser polarisiert ist, die auch parallel zur Richtung der räumlichen Periodizität der räumlich periodischen Störung ist.The invention encompasses various means of coupling motion or position of the grid on an input signal or an input parameter. Fig. 5 and 6 show an arrangement in which a shear wave transducer 26 acoustically with is coupled to the grid 18. An electrical input signal is excited via the electrodes 28 and 30 the shear wave generator 26 and thus causes an acoustic shear wave in the plane containing the teeth 24 of the grid 18. An acoustic shear wave is characterized by physical movement, illustrated here by arrows 32, at right angles to their direction of propagation indicated by arrows 34. Of the Shear wave generator 26 is arranged so that physical movement is parallel polarized to the optical axis of the single mode fiber, which is also parallel to the Direction of the spatial periodicity of the spatially periodic perturbation is.

Die räumliche periodische Störung bewegt sich demnach parallel zur optischen Achse der Einzel-Modusfaser, verursacht durch die Bewegung der Zähne des Gitters aufgrund des elektrischen Eingangssignales am Scherwellenerzeuger. Eine Absorptionsvorrichtung 36, die aus einem Block eines Materials besteht und der Oberseite des das Gitter 18 tragenden Elementes akustisch angepaßt und daran befestigt ist, verringert eine unerwünschte Reflexion der Scherwellenausbreitung.The spatial periodic disturbance therefore moves parallel to optical axis of the single mode fiber through the movement the teeth of the grid due to the electrical input signal at the shear wave generator. An absorption device 36 which consists of a block of material and the upper side of the element carrying the grid 18 acoustically adapted to it is attached, reduces unwanted reflection of the shear wave propagation.

Das Gitter kann einteilig mit dem Scherwellenerzeuger ausgeführt sein, d. h., das Gitter selbst kann aus einem piezoelektrischen Material hergestellt sein, siehe z. B.The grid can be made in one piece with the shear wave generator, d. i.e. the grid itself can be made of a piezoelectric material, see e.g. B.

Fig. 7, 8 und 9.Figures 7, 8 and 9.

Nach Fig. 7 ist der piezoelektrische Block 40 an seiner Unterseite mit einem Gitter 18-7 ausgebildet, das mit einer Metallisierung 42 versehen ist, die eine der Elektroden bildet, an die ein elektrischer Leiter 44 anschließt. Die andere Elektrode 46 auf der Oberseite des piezoelektrischen Kristalls 40 ist mit dem Leiter 48 verbunden. Ein Pfeil 50 veranschaulicht die Bewegungsrichtung des Gitters 18-7 mit Bezug auf die Achse der Kernfaser 12 der optischen Einzelmodus-Faser 10.According to Fig. 7, the piezoelectric block 40 is on its underside formed with a grid 18-7 which is provided with a metallization 42, which forms one of the electrodes to which an electrical conductor 44 connects. the other electrode 46 on top of the piezoelectric crystal 40 is with connected to conductor 48. An arrow 50 illustrates the direction of movement of the Grating 18-7 with respect to the axis of the core fiber 12 of the single mode optical fiber 10.

In den Fig. 8 und 9 veranschaulicht das Gitter 18-8 des piezoelektrischen Wandler-Chips 40-8 eine Form der Erfindung, bei der die Zähne und Rillen oder Grate und Kerben des Gitters durch eine akustische Oberflächenwelle gebildet werden, die durch die Linien 59 angedeutet ist. In solchem Fall verursacht eine Änderung in der Frequenz des Eingangssignals, das über die Leiter 54, 56 an dem Kreis der Elektroden 60, 62 anliegt, eine Anderung in den Abständen der Kämme und Tröge des von der akustischen Oberflächenwelle gebildeten Gitters. Die Elektroden 60, 62 können aus metallisierten Abschnitten der Unterfläche des Wandler-Chips 40-8 bestehen. Das Wellenlängenband, das ein solches Gitter reflektiert, verschiebt sich in der Wellenlänge in unmittelbarer Abhängigkeit von der Änderung der Frequenz des Eingangssignals. Die Eingangsfrequenz an den Elektroden 60, 62 kann mit einem Eingangssignal oder Parameter gekoppelt sein, wodurch die Frequenz der mittleren Wellenlänge des Reflexionsbandes, Fig. 3, moduliert wird.In Figures 8 and 9, the grid 18-8 illustrates the piezoelectric Transducer chips 40-8 have a form of the invention in which the teeth and grooves or ridges and notching the grating by a surface acoustic wave educated which is indicated by the lines 59. In such a case, causes a Change in the frequency of the input signal passing through conductors 54, 56 to the Circle of electrodes 60, 62 is applied, a change in the spacing of the combs and Troughs of the grating formed by the surface acoustic wave. The electrodes 60, 62 can be made from metallized sections of the undersurface of the transducer chip 40-8 exist. The wavelength band that such a grating reflects shifts in the wavelength in direct dependence on the change in the frequency of the Input signal. The input frequency at the electrodes 60, 62 can be adjusted with an input signal or parameters are coupled, whereby the frequency of the center wavelength of the Reflection band, Fig. 3, is modulated.

In solchen Fällen umfaßt der Ausdruck "optische Einzelmodus-Faser" auch optische Multimode-Fasern, die nur die Fortpflanzung solcher Wellentypen gestatten, deren Fortpflanzungs-Konstanten nahezu gleich sind, so daß optische Kohärenz über die Länge des Gitters aufrechterhalten wird.In such cases the term "single mode optical fiber" includes also multimode optical fibers, which only allow the propagation of such wave types, whose propagation constants are almost the same, so that optical coherence is about the length of the grid is maintained.

Die Einrichtung erfaßt die Eingangssignal-Frequenz durch Verfolgung des spektralen Ortes des reflektierten Wellenlängenbandes, wobei ein optisches Spektormeter benutzt wird. In Fällen, in denen die Frequenz des Eingangssignals gesteuert werden kann, kann eine Einrichtung, wie in Fig.9 dargestellt, als ein abstimmbares Gilter zur Wahl verschiedener Lichtwellenlängen-Banden benutzt werden.The device detects the input signal frequency by tracking of the spectral location of the reflected wavelength band, using an optical spectrometer is used. In cases where the frequency of the input signal are controlled can, a device as shown in Fig.9 can be used as a tunable gilter can be used to select different light wavelength bands.

elektrisch dem piezoelektrischen Wandler zu. Dies führt zu einem Antennensystem, das mit dem Empfänger oder Verstärker mittels einer optischen Faser verbindet und damit Geräusche in der Verknüpfung von Antenne und Empfänger sowie die Gefahr ausschaltet, daß ein die Antenne treffender Blitz nach dem Empfänger oder Verstärker weitergeleitet wird.electrically to the piezoelectric transducer. This leads to an antenna system, that connects to the receiver or amplifier by means of an optical fiber and so that noises in the link between antenna and receiver and the danger are eliminated, that lightning strikes the antenna is passed on to the receiver or amplifier will.

Eine dritte Möglichkeit der Kopplung der Bewegung oder Stellung des Gitters mit einem Signal bezieht sich auf akustische Signale. In solchen Fällen ist vorgesehen, daß das akustische Signal unmittelbar an das Gitter gekoppelt wird. In dem entsprechenden Beispiel der Fig. 12 enthält ein Mikrophon-System 90 eine optische Einzelmodus-Faser 10, die in die vorderen und hinteren Abschnitte 92 und 94 des Systems 90 einzementiert ist. Die Faser geht auch durch eine Öffnung in der Mikrophon-Membran 96 hindurch, die in der Wand 98 des Mikrophons befestigt ist. Die Membran 96 hält ein Gitter 100 in einer solchen Stellung, daß das Gitter schwingt, wenn die Membran 96 sich aufgrund der Aufnahme akustischer Wellen bewegt, so daß das Gitter veranlaßt wird, sich mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse der Einzelmodus-Faser zu bewegen. Die Membran ist mechanisch mit dem Gitter verbunden, wodurch eine Bewegung des Gitters infolge der akustischen Signale verursacht wird. Zwischen der Wand 98 und der Membran 96 ist ein Absorber 98' angeordnet, z. 8. ein geschäumter mit einem Gitter 24-11 ausgebildet,und das der Elektrode 82 benachbarte Ende des Wandlers ist an die Umkleidung 14-11 der optischen Einzelmodus-Faser 10 bei 84 zementiert. Ein Pfeil 86 veranschaulicht die Bewegung des Gitters entsprechend einem schwingenden, elektrischen Eingangssignal an die Elektroden 80 und 82.A third possibility of coupling the movement or position of the Lattice with a signal refers to acoustic signals. In such cases it is provided that the acoustic signal is coupled directly to the grille. In the corresponding example of FIG. 12, a microphone system 90 includes one single mode optical fiber 10 extending into the front and rear sections 92 and 94 of the system 90 is cemented. The fiber also goes through an opening in the Microphone membrane 96 through which is fixed in the wall 98 of the microphone. The membrane 96 holds a grid 100 in such a position that the grid oscillates, when the diaphragm 96 moves due to the reception of acoustic waves, so that the grid is caused to move with a component of velocity parallel to the To move the axis of the single mode fiber. The membrane is mechanical with the grid connected, causing the grille to move as a result of the acoustic signals will. An absorber 98 'is arranged between the wall 98 and the membrane 96, e.g. 8. a foamed formed with a grid 24-11, and that of the Electrode 82 adjacent end of the transducer is attached to the casing 14-11 of the optical Single mode fiber 10 cemented at 84. An arrow 86 illustrates the movement of the grating according to an oscillating electrical input signal to the Electrodes 80 and 82.

Ein in den Beispielen vorgesehener, piezoelektrischer Wandler kann durch einen magnetostriktiven Wandler und ein Solenoid mit einem beweglichen Kern ersetzt werden, wenn so gearbeitet werden soll, daß das Gitter bewegt oder eingestellt werden soll. Weiter können magnetische Signale unmittelbar gekoppelt werden, indem piezoelektrische Wandler mit einem magnetostriktiven Material substituiert werden, daß eine Bewegung oder die Änderung der Lage des Gitters bewirkt, wenn es unmittelbar dem magnetischen Signal oder Zustand ausgesetzt wird. Die Erfindung sieht auch die unmittelbare Wahrnehmung elektrischer Felder und elektromagnetischer Felder mit piezoelektrischen Wandlern vor.A piezoelectric transducer provided in the examples can by a magnetostrictive transducer and a solenoid with a movable core be replaced if the work is to be carried out in such a way that the grid is moved or adjusted shall be. Magnetic signals can also be coupled directly by piezoelectric transducers are substituted with a magnetostrictive material, that causes a movement or change in the position of the grid if it is immediate exposed to the magnetic signal or condition. The invention sees that too direct perception of electrical fields and electromagnetic fields piezoelectric transducers.

In solchem Fall kann das piezoelektrische Material unmittelbar dem Feld ausgesetzt werden. Die sich ergebende Bewegung oder Änderung der Form des Materials bewegt oder stellt das Gitter. Die Erfindung sieht auch die Zufügung von Antennenelektroden vor, um einen größeren Teil der vorhandenen Energie zu sammeln, wenn schwache Felder wahrgenommen werden. Die Elektroden leiten dann diese Energie Fig. 10 zeigt ein weiteres Mittel, mit dem ein elektrisches Eingangssignal an die Bewegung oder Stellung des Gitters gekoppelt werden kann. Hierzu wird ein piezoelektrischer Wandler 64 vom longitudinalen Sohwingungstyp verwendet, dessen eine Seite in fester Bindung mit dem Gitter 18-10 und dessen andere Seite stationär gebunden ist mit Bezug auf den Einzelmodus-Faserarm 66, der bei 68 auf die Umkleidung 14 der optischen Einzelmodus-Faser 10 zementiert ist. Gegenüberliegende Seiten des Wandlers 64 vom Longitudinal-Schwingungstyp sind bei 70 und 72 metallisiert für die Befestigung elektrischer Leiter 74 und 76.In such a case, the piezoelectric material can be used directly Field to be exposed. The resulting movement or change in the shape of the material moves or adjusts the grid. The invention also provides for the addition of antenna electrodes before to collect a larger part of the existing energy when weak fields be perceived. The electrodes then conduct this energy Fig. Figure 10 shows another means by which an electrical input signal is applied to the movement or position of the grid can be coupled. For this purpose a piezoelectric Transducer 64 of the longitudinal vibration type is used, one side of which is in solid form Binding with the grid 18-10 and the other side of which is bound stationary with Referring to the single mode fiber arm 66 attached at 68 to the casing 14 of the optical Single mode fiber 10 is cemented. Opposite sides of the transducer 64 from Longitudinal vibration types are metallized at 70 and 72 for attachment electrical conductors 74 and 76.

Bei niederfrequenten, elektrischen Signalen, die an den Wandler 64 gekoppelt werden, dehnt sich dieser aus und zieht sich zusammen in Richtung des elektrischen Feldes.In the case of low-frequency electrical signals that are sent to the transducer 64 are coupled, it expands and contracts in the direction of the electric field.

Da die dem Gitter 18-10 gegenüberliegende Seite mit Bezug auf die Einzelmodus-Faser festgehalten ist, bewegen sich die Gitterzähne und -rillen mit einer Komponente des Geschwindigkeitsvektors parallel zur optischen Achse der Einzelmodus-Faser entsprechend dem Eingangssignal.Since the side opposite the grid 18-10 with respect to the When single-mode fiber is held in place, the grid teeth and grooves move with it a component of the velocity vector parallel to the optical axis of the single mode fiber according to the input signal.

Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform läßt sich derart abwandeln, daß das Gitter einteilig mit dem Wandler ausgebildet ist, siehe z. 8. Fig. 11.The embodiment shown in Fig. 10 can be modified in such a way that that the grid is formed in one piece with the transducer, see e.g. 8. Fig. 11.

Im Beispiel der Fig. 11 ist ein piezoelektrischer Wandler 64' vom longitudinalen Schwingungstyp mit Endelektroden 80 und 82 versehen. Die Unterseite des Wandlers 64' ist Kunststoff. In Fällen akustischer Signale mit geringer Energie ist die Verwendung von Gittern geringer Masse und eine geringe Masse aufueisenden Aufhängemitteln vorgesehen, wie Spinn- oder Quarzfäden, siehe auch Fig. 13 und 14.In the example of FIG. 11, a piezoelectric transducer 64 'is from longitudinal vibration type provided with end electrodes 80 and 82. The bottom of the transducer 64 ' Plastic. In cases of acoustic signals with low energy the use of grids is low mass and low Mass Aufueisenden suspension means provided, such as spinning or quartz threads, see also Figs. 13 and 14.

In dem Beispiel der Fig. 13 und 14 ist eine optische Einzelmodus-Faser 10 gezeigt, bei der ein Teil der Umkleidung 14 durch einen Ausschnitt 16 entfernt ist. In der damit gebildeten Einsenkung 16 ist ein aus einem dünnen Film bestehendes Gitter 102 angeordnet, das in enger optischer Beziehung zum Kern 12 der optischen Faser 10 durch einen Quarz- oder Spinnfaden 104 gehalten wird. Die äußeren Enden 106 des Quarz- oder Glasfadens 104 sind an einem festliegenden Teil befestigt.In the example of Figures 13 and 14, there is a single mode optical fiber 10, in which part of the casing 14 is removed through a cutout 16 is. In the depression 16 thus formed is a thin film Grating 102 arranged, which is in close optical relation to the core 12 of the optical Fiber 10 is held by a quartz or spun thread 104. The outer ends 106 of the quartz or glass thread 104 are attached to a fixed part.

Für die Aufnahme akustischer Wellen in Wasser ist die in Fig. 15 und teilweise in Fig. 16 dargestellte hydro-akustische Antenne vorgesehen.For the recording of acoustic waves in water, that is shown in FIGS. 15 and Hydro-acoustic antenna partially shown in FIG. 16 is provided.

Eine zylindrische Membran 110 geringer Impedanz und mit einer einer Länge von , wobei A die kürzeste, interessierende, akustische Wellenlänge ist, enthält ein Glas, wie He oder Luft und wirkt als Mittel, das akustische Signale aus dem Wasser, z. 8. dem Meer, auf das Gas überträgt bzu.A cylindrical diaphragm 110 of low impedance and having a Length of, where A is the shortest acoustic wavelength of interest a glass, like he or air, and acts as a means of getting acoustic signals out of the Water, e.g. 8. the sea to which gas transfers bzu.

koppelt. Das dann im Gas befindliche Signal geht in den starren Zylinder 112, der einen Durchmesser A-aufueist, und dann in das starre Rohr 114 mit dem Durchmesser 8.couples. The signal then in the gas goes into the stare Cylinder 112, which is A-shaped, and then into the rigid tube 114 with a diameter of 8.

Der Anschluß dieser beiden Röhren ist ein Impedanz-Transformator und entspricht dem Trichter 116. Die trichterartige Fläche sorgt für eine Impedanz-Anpassung des gasgefüllten, starren Rohres in der Membran an das Meer, falls n 9 1r B Q W Ar A (A/6) dabei ist Qg die spezifische, akustische Impedanz des Gases und zu die spezifische, akustische Impedanz des Wassers. A und B sind die Durchmesser der beiden Röhren gemäß Fig. 15. Nachdem die akustische Welle in das kleine, starre Rohr eingetreten ist, beaufschlagt sie die Membran geringer Masse oder das Segel 118, z. B. einen kolloidalen Film, der auf einem Gitter 120 geringer Masse befestigt ist, siehe Fig. 16. Das Gitter bewegt sich dann entsprechend dem akustischen Signal.The connection of these two tubes is an impedance transformer and corresponds to the funnel 116. The funnel-like surface ensures an impedance matching of the gas-filled, rigid tube in the membrane to the sea, if n 9 1r B Q W Ar A (A / 6) where Qg is the specific acoustic impedance of the gas and to the specific acoustic impedance of the water. A and B are the diameters of the two Tubes according to Fig. 15. After the acoustic wave has entered the small, rigid tube it acts on the low mass membrane or sail 118, e.g. B. a colloidal film mounted on a low mass grid 120, see Fig. 16. The grille then moves according to the acoustic signal.

Die Einzelmodus-Faser 10 ist start in der Röhre 114 an der Endplatte 122 befestigt, wobei die Faser durch eine Öffnung in der Platte 122 hindurchführt. Das andere Ende der Faser 10 ist starr an einem Ansatzblock 124 befestigt, der seinerseits in dem Impedanz-Transformator-Abschnitt 116 befestigt ist.The single mode fiber 10 starts in the tube 114 on the endplate 122, with the fiber passing through an opening in plate 122. The other end of the fiber 10 is rigidly attached to a neck block 124, which in turn is fixed in the impedance transformer section 116.

Akustisches Absorptionsmaterial 126 füllt den Endbereich 128 der Einrichtung aus, um die Reflexion akustischer Wellen am Ende 122 des Hydrophons zu vermindern, die das Segel 118 veranlassen könnten, sich zu bewegen, so daß dadurch das Gitter 120 schwingt.Acoustic absorbent material 126 fills the end region 128 of the device to reduce the reflection of acoustic waves at the end 122 of the hydrophone, which could cause the sail 118 to move, thereby causing the grid 120 swings.

Ein weiteres, nach der Erfindung vorgesehenes Mittel zum Koppeln des Gitters mit Eingangssignalen bezieht sich auf thermische Mittel. In einer solchen Anordnung wird die Stellung des Gitters mit einem Material gekoppelt, das sich in Form oder Größe unter dem Einfluß von Wärmeänderungen ändert.Another, provided according to the invention means for coupling the Grid with input signals refers to thermal means. In such a Arrangement, the position of the grid is coupled with a material that is in Changes shape or size under the influence of heat changes.

Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 17. Das wärmeempfindliche Material hat die Form eines Rohres, das auf die Einzelmodus-Faser und das Gitter aufgeschrumpft oder in ähnlicher Weise eng anliegend angeordnet ist. Im einzelnen ist bei der optischen Einzelmodus-Faser 10 ein Teil der Umkleidung 14 im Bereich 16 entfernt, indem ein dünnes Filmgitter oder ein Raster 102-17, ähnlich dem Gitter oder Raster 102 der Fig. 13 angeordnet ist.An embodiment is shown in FIG. 17. The heat-sensitive material is in the form of a tube that is shrunk onto the single mode fiber and grating or is arranged closely in a similar manner. In detail is with the optical Single mode fiber 10 removed a portion of the cladding 14 in area 16 by a thin film grid or grid 102-17, similar to grid or grid 102 of FIG Fig. 13 is arranged.

Auf einen den Bereich 16 enthaltenden Längsabschnitt der Faser 10 ist ein durch Wärme dehnbares Rohr 130 aufgeschrumpft. Die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der Länge des Rohres veranlaßt, daß ein schmales Lichtband innerhalb der Faser 10 moduliert wird. In diesem Fall bewegt sich das Gitter um eine Größe, die gleich dem Unterschied in den thermischen Ausdehnungen von Einzelmodus-Faser und Rohrmaterial ist.On a longitudinal section of the fiber 10 containing the region 16 a heat expandable tube 130 is shrunk on. The thermal expansion and contraction of the length of the tube causes a narrow band of light within the fiber 10 is modulated. In this case the grid moves an amount which is equal to the difference in thermal expansions of single mode fiber and pipe material is.

Die Erfindung kann auch so ausgeführt werden daß das Gitter selbst als das Material dient, das für die Ende rung von Form oder Größe unter dem Einfluß von thermischen Änderungen benutzt wird. Bei dieser Ausführungsform führt eine Änderung in der Größe des Gitters zu einer Änderung in der räumlichen Folge der räumlich periodischen Störungen um eine proportionale Größe, so daß das von der räumlich periodischen Störung reflektierte Wellen-Längenband spektral verschoben wird. Die Aufnahme in einer solchen Einrichtung besteht darin, daß eine Spektral-Analyse des Lichtes angestellt wird, das durch die räumlichperiodische Störung reflektiert wird, und daß die Änderung in der Wellenlänge dXc der mittleren WellenlängeXc gemessen wird. Aus den weiter oben angeführten Ableitungen ergibt sich, daß tx proportional ß D ist, wobei AD die c Änderung in der räumlichen Periode der räumlich periodischen Störung ist. Falls ein Gittermaterial mit einem Wärmedehnungs-Koeffizienten verwendet wird, der wesentlich größer als der der Einzelmodus-Faser ist, ergeben sich die zu überwachenden thermischen Bedingungen als direkte mathematische Funktion von In dem Beispiel der Fig. 18 weist die Einzelmodus-Faser 10 ebenfalls einen Kern 12 und eine Umkleidung 14 auf, die mit einem Ausschleifungsbereich 16 versehen ist. Innerhalb des Bereiches 16 ist ein Gitter 24 angeordnet, das zur Bewegung in Richtung des Pfeiles 150 durch eine elektrische Spule 152 veranlaßt wird, die Zuleitungen 154 und 156 aufweist. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld um den Kern 158 aus magnetostriktivem Material. Der Kern ist bei 160 an das Gitter zementiert und an dem gegenüberliegenden Ende bei 162 an die Umkleidung 14. Die Spule 152 ist nicht erforderlich, wenn die Einheit zur Messung eines Magnetfeldes benutzt wird.The invention can also be carried out so that the grid itself serves as the material that is responsible for the end of the shape or size under the influence used by thermal changes. In this embodiment there is a change in the size of the grid results in a change in the spatial sequence of the spatially periodic disturbances by a proportional size, so that that of the spatially periodic disturbance reflected wave length band is shifted spectrally. the Recording in such a facility consists in the fact that a spectral analysis of the Light is turned on, which is reflected by the spatial periodic disturbance, and that the change in the wavelength dXc of the central wavelength Xc is measured will. From the above derivations it follows that tx is proportional ß D, where AD is the c change in the spatial period of the spatially periodic Disorder is. If a mesh material with a coefficient of thermal expansion is used which is much larger than that of the single mode fiber, the result is Thermal conditions to be monitored as a direct mathematical function of In In the example of FIG. 18, the single mode fiber 10 also has a core 12 and a casing 14 which is provided with a loop area 16. Within the area 16, a grid 24 is arranged, which can be moved in the direction of arrow 150 is caused by an electrical coil 152, the leads 154 and 156. The coil creates a magnetic field around the core 158 of magnetostrictive Material. The core is cemented to the grid at 160 and to the opposite End at 162 to casing 14. Spool 152 is not required if the Unit for measuring a magnetic field is used.

Nach Fig. 19 ist die Einzelmodus-Faser 10 mit einem Ausnehmungsbereich 16 in ihrer Umklsidung 14 versehen, und in diesem Bereich ist das optische Gitter 24 angeordnet.19, the single mode fiber 10 is with a recessed area 16 provided in their casing 14, and in this area is the optical grating 24 arranged.

Für die Anordnung ist ein Quarzfaden oder eine Spinne 104-19 vorgesehen, siehe auch Fig. 13 und 14. Das eine Ende des Gitters 24 ist bei 170 an einen Kern 172 zementiert, der innerhalb der Solenaid-Spule 174 bewegbar ist, die bei 176 an der Faserumkleidung 14 befestigt ist.A quartz thread or a spider 104-19 is provided for the arrangement, See also Figures 13 and 14. One end of the grid 24 is at 170 on a core 172, which is movable within the solenaid coil 174, indicated at 176 the fiber cladding 14 is attached.

In dem Beispiel der Fig. 20 ist die Umkleidung 14 der optischen Faser 10 mit einem Ausschleifungsbereich 16 versehen, in dem das optische Gitter 24 angeordnet ist.In the example of Figure 20, the jacket 14 is the optical fiber 10 is provided with a loop-out area 16 in which the optical grating 24 is arranged is.

Die Anordnung 180 weist einen dünnen Faden 182 auf, der bei 184 und 186 an der Außenfläche der Umkleidung 14 Pestzementiert ist. Zwischen den Enden des Fadens 182 ist das Gitter 24 angeordnet und wird durch die Zementierung 188 in der gewünschten Stellung gehalten. Weiter ist an der Oberseite des Gitters 24 ein Arm 190 festgeklebt oder zementiert, dessen freies Ende 192 z. B. mit dem beweglichen Element des Solenoids der Fig. 19 oder dem beweglichen Segel 118 verbunden ist, das Fig. 15 und 16 zeigt. Eine Bewegung des Armes 190 im Bereich des Endes 192 wird durch die Richtungspfeile 194 dargestellt. Die von den Pfeilen 194 angedeutete Bewegung ist eine Drehung um die Normale zu der das Gitter enthaltenden geometrischen Ebene. Eine solche Drehung moduliert die Mittelfrequenz des Gitter-Reflektors. Auch in diesem Fall kann die optische Faser eine Multimode-Faser sein, vorausgesetzt, daß über die Länge des Gitters optische Kohärenz auPrechterhalten wird.The assembly 180 has a thin thread 182, which at 184 and 186 on the outer surface of the casing 14 Is plague cemented. Between the ends of the thread 182, the grid 24 is arranged and is cemented 188 held in the desired position. Next is at the top of the grille 24 an arm 190 glued or cemented, the free end 192 z. B. with the movable member of the solenoid of FIG. 19 or the movable sail 118 connected which shows Figs. 15 and 16. Movement of the arm 190 near the end 192 is represented by directional arrows 194. The one indicated by the arrows 194 Movement is rotation about the normal to the geometric containing the grid Level. Such a rotation modulates the center frequency of the grating reflector. Even in this case the optical fiber can be a multimode fiber provided that optical coherence is maintained over the length of the grating.

Für irgendeine niedere Frequenz oder für statische Bedingungen kann die Gitterstellung mit irgendeinem Körper gekoppelt werden, dessen Länge oder Größe sich auf die bestimmte, zu messende Bedingung bezieht, z. B. eine tierische Membran, die durch Änderungen in der Feuchtigkeit beeinfluß wird.Can be used for any low frequency or for static conditions the grid position can be coupled to any body, its length or size relates to the particular condition being measured, e.g. B. an animal membrane, which is affected by changes in humidity.

Für alle Maß aufgaben gestattet ein System, das eine periodische Störung in einer Glasfaser bewegt, die Messung von Signalen mit geringem Pegel in Gegenwart hoher elektrischer und magnetischer Felder und Geräusche, wie im Fall von EEG- und EKG-Signalen.A system that allows periodic disturbance for all measurement tasks moved in a fiber optic, measuring low level signals in the presence higher electric and magnetic fields and noises, as in Fall of EEG and EKG signals.

In Fällen, in denen die Entfernung zwischen dem Fühlergitter und der die Daten sammelnden Einrichtung groß ist wie bei geschleppten, akustischen Anordnungen} sieht die Erfindung vor, eine optische Demodulationsstufe in der Faser dadurch anzuordnen, daß an der Faser zwei Gitter mit derselben räumlichen Periode in Längsrichtung der Faser auseinanderliegend angebracht werden. Die relative Stellung der zwei Gitter wird mit dem bestimmten, zu überwachenden Zustand gekoppelt. Eine Spektral-Analyse des durch eine solche Anordnung reflektierten Lichtes offenbart eine Reihe von Resonanz-Spitzen, die denen eines FabrysPerot-Interferometers sehr ähnlich sind. Der Ort oder die Bewegung dieser Spitzen innerhalb des Spektrums ist eine unmittelbare Anzeige für den zu überwachanden Zustand oder das zu überwachende Ereignis.In cases where the distance between the sensor grid and the the data-collecting facility is as large as with towed acoustic arrangements} the invention provides for an optical demodulation stage to be arranged in the fiber by that on the fiber two gratings with the same spatial period in the longitudinal direction of the Fibers are attached apart. The relative position of the two grids is linked to the specific state to be monitored. A spectral analysis of the light reflected by such an arrangement reveals a series of resonance peaks, which are very similar to those of a FabrysPerot interferometer. The place or the Movement of these peaks within the spectrum is an immediate indication of the state to be monitored or the event to be monitored.

In Fällen, in denen viele getrennte Zustände oder Ereignisse zu überwachen sind, ermöglicht die Erfindung sowohl Frequenz- als auch Zeitmultiplex-Verfahren. Hierzu wird in die Faser ein Mehrlinien-Laser-Licht injiziert, z. B. aus einem Jod-Laser, siehe R. L. Beyer et al in "Applied Physics Letter" Band 20, Nr. 11, Juni 1972, oder einem drehbaren Farbstoff-Laser. Jedes Gitter, oder im'Fall der Anwendung eines optischen Demodulations- Systems jedes Gitterpaar ist so konstruiert, daß es eine verschiedene Laser-Wellenlängen-Linie reflektiert. Jedes Gitter oder jedes so gebildete Paar kann an einen anderen zu messenden Parameter gekoppelt sein. Eine Spektralanalyse des reflektierten Lichtes offenbart dann mehrere Frequenzbereiche, von denen jeder einem anderen Gitter oder Gitterpaar entspricht. Weiter kann das Eingangs-Laser-Licht gepulst werden. Da jedes Gitter oder Gitterpaar an der Faser in einer anderen Entfernung liegt, gemessen vom Laser aus, kommt das reflektierte Licht von jedem Gitter oder Gitterpaar an der analysierenden Einrichtung zu einer jeweils verschiedenen Zeit an. Die Zuordnung der Rückkehrzeit zu der von dem Laserpuls durchlaufenden Strecke erermöglicht, daß jeder zurückgelaufene Puls mit einem bestimmten Gitter oder Gitterpaar identifiziert werden kann, so daß jeder zurückgekehrte Puls einen besonderen, zu überwachenden Zustand anzeigt.In cases where there are many separate states or events to monitor the invention enables both frequency and time division multiplexing methods. For this purpose, a multi-line laser light is injected into the fiber, e.g. B. from an iodine laser, see R. L. Beyer et al in "Applied Physics Letter" Volume 20, No. 11, June 1972, or a rotatable dye laser. Each grid, or in the case of application one optical demodulation System of each pair of grids is constructed in such a way that it reflects a different laser wavelength line. Any grid or each pair formed in this way can be coupled to a different parameter to be measured. A spectral analysis of the reflected light then reveals several frequency ranges, each of which corresponds to a different grid or grid pair. It can continue Input laser light can be pulsed. Because every grating or grating pair on the fiber is at a different distance, measured by the laser, the reflected comes Light from each grating or pair of grids on the analyzing device to one each time at a different time. The assignment of the return time to that of the laser pulse traversing distance enables each returned heart rate with a certain Grid or grid pair can be identified so that each returned pulse indicates a special condition to be monitored.

Ansprüche Leerseite Expectations Blank page

Claims (29)

A n 8 p r ü c h e Verfahren zur Modulation der Phase und/oder Frequenz strahlender, elektromagnetischer Energie in einem tilellenleiter mit Hilfe einer räumlich periodischen Störung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an dem Kern einer optischen Einzelmodus-Faser eine räumlich periodische Störung hervorgerufen wird, deren Zustandsänderung im wesentlichen parallel zur optischen Achse der Faser verläuft und die mit einer Komponente in dieser Richtung bewegt wird. A n 8 p r ü c h e method for modulating the phase and / or frequency radiating, electromagnetic energy in a partial conductor with the help of a spatially periodic perturbation, characterized in that directly at the core of a single mode optical fiber caused a spatially periodic perturbation whose change of state is essentially parallel to the optical axis of the fiber runs and which is moved with a component in this direction. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine räumlich periodische Störung mit den Eigenschaften eines optischen Gitters, dessen Linien allgemein normal zur optischen Achse der optischen Faser angeordnet und parallel zu dieser optischen Achse bewegt werden. 2. The method according to claim 1, characterized by a spatial periodic perturbation with the properties of an optical grating, its lines disposed generally normal to the optical axis of the optical fiber and parallel be moved to this optical axis. 3'. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Signal in Scherwellen umgesetzt wird, deren Schwingung mit dem Gitter zu dessen Längsverschiebung entlang der optischen Achse der Faser gekoppelt wird. 3 '. Method according to claim 2, characterized in that an electrical Signal is converted into shear waves, the oscillation of which with the grid to its Longitudinal displacement is coupled along the optical axis of the fiber. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Längsverschiebung im wesentlichen parallel zur Längsachse der optischen Einzelmodus-Faser ein elektrisches Signal durch einen piezoelektrischen Vorgang an das Gitter gekoppelt wird. 4. The method according to claim 2, characterized in that for longitudinal displacement an electrical substantially parallel to the longitudinal axis of the single mode optical fiber signal is coupled to the grid by a piezoelectric process. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Signal piezoelektrisch in eine Longitudinalwelle umgesetzt wird, die an das Gitter gekoppelt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that an electrical Signal is converted piezoelectrically into a longitudinal wave, which is sent to the grid is coupled. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Längs verschiebung entlang der optischen Achse der optischen Einzelmodus-Faser akustische Impulse an das Gitter gekoppelt werden.6. The method according to claim 2, characterized in that the longitudinal displacement along the optical axis of the single-mode optical fiber acoustic Pulses are coupled to the grid. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß akustische Impulse vom Longitudinal-Wellentyp über das bewegliche Element einer hydro-akustischen Antenne übertragen werden.7. The method according to claim 6, characterized in that acoustic Pulses of the longitudinal wave type via the moving element of a hydro-acoustic Antenna transmitted. 8. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Längsverschiebung des Gitters gegenüber der Längsachse der optischen Einzelmodus-Faser mittels einer eine Längenänderung bewirkenden Wärmeänderung.8. The method according to claim 2, characterized by a longitudinal displacement of the grating with respect to the longitudinal axis of the single mode optical fiber by means of a a change in length causing a change in heat. 9. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Drehung des Gittere im Verhältnis zu einem Eingangssignal oder -parameter.9. The method according to claim 2, characterized by a rotation of the Grids in relation to an input signal or parameter. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Kernes der optischen Einzelmodus-Faser eine akustische Oberflächenwelle erzeugt wird, deren Wellenkämme als Gitterlinien benutzt werden. 10. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the immediate vicinity of the core of the single-mode optical fiber, an acoustic Surface wave is generated, the wave crests of which are used as grid lines. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der akustischen Oberflächenwelle mit einem Eingangssignal oder -parameter gekoppelt wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the frequency of the surface acoustic wave coupled to an input signal or parameter will. 12. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine magnetostriktive Erregung der Bewegung des Gitters. 12. The method according to claim 2, characterized by a magnetostrictive Excitation of the movement of the grid. Einrichtung zur Modulation strahlender Energie in einem Wellenleiter unter Benutzung eines eine räumlich periodische Störung erzeugenden Mittels, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer umkleideten optischen Einzelmodus-Faser (10) ein Modulation-Steuerbereich (16) ausgebildet ist, in dem die Dicke der Umkleidung (14) im Verhältnis zur übrigen Umkleidung verringert ist und der ein optisches Gitter (24) enthält, das durch Anordnungsmittel (18) mit den Gitterlinien normal zur optischen Achse der Faser ausgerichtet ist und das durch eine Verschiebungsvorrichtung gegenüber der optischen Faser mit einer Komponente parallel zu ihrer Achse bewegbar ist.Device for modulating radiant energy in a waveguide using a spatially periodic disturbance generating means, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that on one covered single-mode optical fiber (10), a modulation control region (16) is formed, in which the thickness of the casing (14) is reduced in relation to the rest of the casing and which contains an optical grating (24) which is arranged by arrangement means (18) with the grating lines normal to the optical axis of the fiber and that through a displacement device with respect to the optical fiber with one component is movable parallel to its axis. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennreichnet durch einen piezoelektrischen Wandler vom Scherwellentyp zur Bewegung des optischen Gitters in Längsrichtung der optischen Achse der Faser (10).14. Device according to claim 13, gekennreichnet by a piezoelectric Shear wave type transducer for moving the optical grating in the longitudinal direction of the optical axis of the fiber (10). 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (18-7) an einer Fläche des piezoelektrischen Wandlers (40) ausgebildet ist.15. Device according to claim 14, characterized in that the Grid (18-7) is formed on one surface of the piezoelectric transducer (40). 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter metallisiert (42) ist und eine Elektrode des Wandlers (40) bildet.16. The device according to claim 15, characterized in that the The grid is metallized (42) and forms an electrode of the transducer (40). 17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (24, 24') um die Normale der das Gitter enthaltenden geometrischen Ebene im Verhältnis zu einem Eingangssignal drehbar ist (Fig. 4, Fig. 20).17. Device according to claim 13, characterized in that the Grid (24, 24 ') around the normal of the geometric plane containing the grid is rotatable in relation to an input signal (Fig. 4, Fig. 20). 18. Einrichtung nach Anspruch 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrischer Wandler (40-8) das Gitter (18-8) als Kämme und Tröge einer akustischen Oberflächenwelle (S9) erzeugt.18. Device according to claim 13 and 15, characterized in that a piezoelectric transducer (40-8) the grid (18-8) as crests and troughs one surface acoustic wave (S9) generated. 19. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verschiebung des optischen Gitters (18-10) einen piezoelektrischen Wandler (64) vom Longitudinal-Uellentyp aufweisen.19. The device according to claim 13, characterized in that the Means for displacing the optical grating (18-10) a piezoelectric transducer (64) of Have longitudinal channel type. 20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (66; 84) des Wandlers (64; 64') vom Longitudinal-Wellentyp fest mit der optischen Faser verbunden ist.20. Device according to claim 19, characterized in that the one end (66; 84) of the transducer (64; 64 ') of the longitudinal wave type fixed to the optical fiber is connected. 21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (24-11) einteilig mit dem Wandler (64t) vom Longitudinal-Wellentyp ausgebildet ist.21. Device according to claim 19 or 20, characterized in that that the grating (24-11) is integral with the transducer (64t) of the longitudinal wave type is trained. 22. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung für das Gitter eine an dem Gitter (100) befestigte Mikrophon-Membran (96) ist.22. Device according to claim 13, characterized in that the Displacement device for the grille, a microphone diaphragm attached to the grille (100) (96) is. 23. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtungefür das optische Gitter (120) als hydro-akustische Antenne (110) ausgebildet ist, die an dem Gitter und der optischen Faser (10) befestigt ist.23. Device according to claim 13, characterized in that the Displacement device for the optical grating (120) as a hydro-acoustic antenna (110) attached to the grating and the optical fiber (10) is. 24. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein temperaturempfindliches Material (130) als Mittel zur Längsverschiebung des optischen Gitters (102-17), 24. Device according to claim 13, characterized by a temperature-sensitive Material (130) as a means for longitudinally displacing the optical grating (102-17), 25. Einrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch ein bei Wärmeänderung in Längsrichtung sich dehnendes, bzw. zusammenziehendes Rohr (130).25. Device according to claim 24, characterized by on when there is a change in heat in the longitudinal direction expanding or contracting tube (130). 26. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen dünnen Faden (104, 104-19) zum Halten des Gitters (102) in engem Kontakt mit der optischen Faser (10).26. Device according to claim 13, characterized by a thin one Thread (104, 104-19) for holding the grating (102) in close contact with the optical Fiber (10). 27. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Bewegung des Gitters ein magnetostriktives Material ist.27. Device according to claim 13, characterized in that the Means for moving the grid is a magnetostrictive material. 28. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung für das Gitter ein elektrisches Solenoid (174) mit einem beweglichen Kern (172) aufweist.28. Device according to claim 13, characterized in that the Displacement device for the grid an electric solenoid (174) with a having movable core (172). 29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 28, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen optischen Wellenleiter allgemeiner Form.29. Device according to one of claims 13 to 28, characterized by application to an optical waveguide of general shape.
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