DE3148925A1

DE3148925A1 - Lichtquelle fuer ein ringinterferometer

Info

Publication number: DE3148925A1
Application number: DE19813148925
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7900 Ulm Petermann; Reinhard Prof.-Dr. 2110 Buchholz Ulrich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Ulrich Reinhard Profdipl-Physdr 2110 Buchho
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1983-06-23

Description

Beschreibung
Lichtquelle für ein Ringinterferomater Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs la Kompakte Rotationssensoren sind als faseroptische Ringinterferometer ausgeführt, deren prinzipieller Aufbau anhand der FIG. 1 naher erläutert wird.
Das Licht einer Lichtquelle Q wird über eine strahlaufteilende Anordnung T in beide Enden eines Lichtwege L, z.B, eine optische Faser, eingekoppelt, durchläuft diesen gegensinnig und interferiertin der strahlaufteilenden Anordnung Tv Das entstehende Interferenzsignal wird vom Photodetektor D detektiert. Im Lichtweg L sind gegebenenfalls noch weitere optische Elemente wie z.B. Depolarisatoren, Phasenmodulatoren, akustooptische Modulatoren oder ähnliches enthalten.
Unabhängig vom jeweils angewandten Detektionsprinzip ist es nicht möglich, die gesuchte Drehrate n anmittelbar zu messen, sondern es wird lediglich das Verhältnis fl vh zwia schen der Drehrate # und der mittleren Wellenlänge X des Lichts der Lichtquelle Q gemessen. Die Genauigkeit des Rotationssensors wird daher abhängig von der Genauigkeit' mit der die Wellenlänge Ä bekannt ist. Es sind zwar Mbgs lichkeiten zur genauen Messung der Wellenlänge Ä bekannt.1 z.B. aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 31 o8 239.4, aber für einfache und möglichs kostengünstige Rotationssensoren ist. die Messung der Wellenlänge # zu aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Lichtquelle anzugeben, die es ermöglicht, auf eine Messung der Wellenlänge des verwendeten Lichts zu verzichten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs l angegebenen Merkmale.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüche entnehmbar.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin; daß bei der Auswertung des eingangs erwähnten Verhältnisses #/# (1A die für den sogenannten Skalenfaktor des Rotationssensors maßgebende Wellenlänge # nicht mehr von den Eigenschaften einer im allgemeinen verwendeten Halbleiterlichtquelle abhängt, sondern lediglich von der Filtercharakteristik eines optischen Filters. Dieses ist derart wählbar, daß die sonst vorhandene Abhängigkeit der Wellenlänge X von Umwelteinflüssen, z.B. Temperatureinflüssen, sehr klein und daher vernachlässigbar oder zumindest durch Kenntnis der Umwelteinflüsse, z.B. Temperatur, eindeutig korrigierbar wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer weiteren schematischen Zeichnung näher erläutert. FIG. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle Q, die mindestens eine optisch breitbandig strahlende Halbleiterlichtquelle HQ, z.B. eine lichtemittierende Diode oder eine superstrahlende Diode enthält, und ein schmalbandiges optisches Filter F, z.B, ein Interferenzfilter oder eine optische Filteranordnung, die doppelbrechende oder gekrümmte optische Fasern enthält.
Das von der Halbleiterlichtquelle HQ ausgesandte Licht, in FIG. 2 durch einen Doppelpfeil dargestellt, gelangt zunächst zu dem optischen Filter F und wird anschließend in die strahlaufteilende Anordnung T (FIG. 1) eingekoppelt.
Die Anordnung des Filters F in FIGe 2 ist lediglich als Beispiel gewählt. Im allgemeinen genügt es, wenn sich das Filter F an einer beliebigen Stelle im Lichtweg zwischen der Halbleiterlichtquelle HQ und dem Detektor D befindet. Im Beispiel kann das Filter durch entsprechende Beschichtung der Photodiode ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit der Filterung ist es auch, die strahlenaufteilende Anordnung T wellenlängenabhängig zu gestalten, so daß lediglich in dem gewünschten schmalen Spektralbereich das für die Teilung maßgebliche Produkt 4tut2 einen in der Nähe von eins liegenden Wert besitzt. Dabei bedeuten t (h) und t2(k) die wellenlängenabhängigen Aufteilungsfaktoren der optischen Leistung in der strahl enaufteil enden Anordnung T.
Eine Voraussetzung ist dabei, daß die Spektralbreite des von der Lichtquelle HQ ausgesandten Lichts größer ist als die spektrale Bandbreite des Filters F und daß das vom Filter F transmittierte schmalbandige Licht im Licht der Halbleiterlichtquelle HQ enthalten ist (überlappung der Spektralbereiche). Die Transmissionswellenlänge des Filters F soll dabei mit der Schwerpunktlänge des Spektrnms der lichtemittierenden Diode, bei einer mittleren BetrSebstemperatur, übereinstimmen. Eine andere Voraussetzung pstt daß die Bandbreite des Filters jedenfalls so breit ist daß ein für den Betrieb des Ringinterferometers ausreiv chender Leistungsanteil der -Halbl eiterlichtquelle das Filter F passieren kann.
Es ist vorteilhaft als Halbleiterlichtquelle HQ eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine superstrahlende Diode, die beispielsweise in der Schrift von MC, Amann und J.Boeck, "High-efficiency superluminescent diodes for optical-fibre transmission", Electron. Letters 15 (1979), S. 41-42, beschrieben ist, zu verwenden. Derartige aus GaAlAs aufgebaute Dioden erzeugen Licht mit einer Spektralbreite von 10 nm bis 30 nm bei einer Schwerpunktwellenlänge von 800 nm bis 900 nm. Bei diesen Dioden beträgt die Temperaturabhängigkeit der emittierten Licht-Wellenlänge ungefähr 0,25 nm/E, was bei einer Temperaturänderung von beispielsweise 40 K zu einer Anderung der Wellenlänge von 10 nm führt. Wir hingegen eine derartige Lichtquelle zusammen mit dem Filter F betrieben, so wird die Wellenlängenänderung lediglich durch die temperaturabhängige Änderung der Transmission Charakteristik des Filters bestimmt.
Die daraus resultierende Wellenlängenänderung nach dem Filter kann sehr viel kleiner gehalten werden, als die der lichtemittierenden Diode.
Wird beispielsweise eine lichtemittierende Diode mit einer Spektralbreite von 30 nm in Verbindung mit einem nahezu temperaturunabhängigen optischen Handpassfilter F der Bandbreite 3 nm verwendet, kann auch bei Temperaturänderungen von 100 K (dieses entspricht einer Wellenlängenänderung des von der Halbleiterlichtquelle HQ ausgesandten Lichts von 25 nm) ein genügender Lichtanteil das Filter F passieren, so daß sich auch in diesem Temperaturbereich lediglich geringe und daher vernachlässigbare Wellenlängenänderungen ergeben.
Zwar wird in diesem Beispiel lediglich ungefähr 10% der Lichtleistung der Halbleiterlichtquelle HQ verwendet, aber aufgrund des Quantenrauschens am Photodetektor D (FIG. t) führt dieses lediglich zu einer Erhohung der Rauschamplitude beim angezeigten Drehsignal um einen Faktor 3, was für viele Anwendungen annehmbar ist.
Bei den oben erwähnten Spektralbreiten der Lichtemittierenden Dioden ist dann eine spektrale Bandbreite des Filters F von 0,5 nm bis 5 nm zweckmäßig.
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Claims

Patentansprüche S Lichtquelle für ein Ringinterferometer, insbesondere ein faseroptisches Ringinterferometer gekennzeichnet durch eine Kombination von mindestens einer Halbleiterlichtquelle (HQ), die spektral breitbandiges Licht aussendet, und mindestens einem optischen Filter (F) derart, daß auf den Detektor (D) des Ringinterferometers optisch schmalbandiges Licht fällt, dessen Wellenlänge im wesentlichen störungsunabhängig ist, 20 Lichtquelle nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß das von der Haibleiterlichtquelle (HQ) ausgesandte Licht eine Spektralbreite aufeist, die mindestens ungefähr eine Größenordnung größer ist als die spektrale Bandbreite des Filters (F)
3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Das die Halbleiterlichtquelle (HQ) als lichtemittierende Diode ender als superstrahlende Diode auogebildet ist.
4. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter.(F) als Interferenzfilter ausgebildet ist.
5. Lichtquelle nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (F) als faseroptisches Bauelement und/oder in integrierter optischer Bauweise ausgeführt ist,
6. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralbreite des Filters (F) im Bereich von 0,5 nm bis 5 nm liegt.
7. Lichtquelle nach einem-der Ansprüche t bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (F) einen Durchlaßbereich hat, der im wesentlichen temperaturunabhängig ist,
8. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Filter (F) an einer beliebigen Stelle im Strahlengang zwischen der Halbleiterlichtquelle (HQ) und dem Photo empfänger (D) befindet,
9. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenaufteilende Anordnung (T) des Ringinterferometers eine schmalbandige spektrale Teilungscharakteristik besitzt.