DE3805905C2

DE3805905C2 -

Info

Publication number: DE3805905C2
Application number: DE19883805905
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 8060 Dachau De Poisel; Gert Dr. 8000 Muenchen De Trommer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1992-05-07
Also published as: DE3805905A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserkreisel vom Sagnac-Typ mit einer Mono mode-Lichtleitfaserspule sowie einem 3 × 3-Koppler, wobei ein Eingang des 3 × 3-Kopplers mit einer im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussenden den Strahlungsquelle optisch verbunden ist und wobei zwei erste Ausgänge des 3 × 3-Kopplers mit der Monomode-Lichtleitfaserspule und zwei zweite Ausgänge mit je einem Strahlungsdetektor optisch verbunden sind.

Ein Faserkreisel der o.g. Art ist aus der US-PS 46 53 917 bekannt und zeichnet sich dadurch aus, daß er aufgrund des 3 × 3-Kopplers im sogenann ten Quadraturpunkt betrieben wird, in welchem die Anordnung ihre größte Empfindlichkeit bei einer Drehwinkelgeschwindigkeit Ω=0 aufweist, im Gegensatz zu früher üblichen Faserkreiseln mit normalem Strahlteiler. Mit gestiegener Empfindlichkeit machten sich jedoch Störeinflüsse, ins besondere Rauschen durch Rayleighrückstreuung sowie Polarisationsrau schen bemerkbar, welche durch die Verwendung einer breitbandigen und im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussendenden Strahlungsquelle unter drückt werden. Da die Einkopplung von Licht mit genügender Intensität in Monomode-Lichtleitfasern ein besonderes Problem darstellt, wird in der o.g. US-PS die Verwendung einer Superlumineszenzdiode (SLD) vorgeschlagen. Ein ähnlicher Vorschlag zur Verbesserung des Einkoppel wirkungsgrades durch Verwendung einer kantenemittierenden Super lumineszenzdiode findet sich in der, ein faseroptisches Ring interferometer betreffenden DE 30 06 580 A1. Trotz der Verwendung dieser extrem teuren Strahlungsquellen sind die Meßergebnisse mit entsprechend ausgerüsteten Faserkreiseln insbesondere bei Langzeitanwendungen nicht zufriedenstellend. Grund dafür sind einmal der relativ hohe Polari sationsgrad (typisch P=0,16), zum anderen die Empfindlichkeit der Lumineszenzdiode auf rückgestreutes Licht (z. B. R.O. Miles et al. OFS′88 New Orleans, Louisiana, USA, Vol 2, FDD4, S. 458). Bekannt ist auch Verbesserung der Einkopplung von Licht aus Dioden in Lichtleitfasern durch Verwendung sog. "pig-tails" (z. B. US-PS 41 67 744).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zurunde einen Faserkreisel der o.g. Art zu schaffen, der auch über einen längeren Zeitraum sowie bei Einwirkung von Umwelteinflüssen, wie z. B. Druck, Beschleunigungskräften, Temperatur und dergleichen, eine gleichbleibend hohe Empfindlichkeit aufweist und zudem kostengünstiger als bisherige Faserkreisel ist. Diese Aufgabe wird durch einen nach den Merkmalen des Patentanspruchs ausgebildeten Faserkreisel gelöst.

Von den gemäß Patentanspruch vorgesehenen Strahlungsquellen stellt insbesondere die kantenemittierende Lumineszenzdiode (ELED) aufgrund ihrer breitbandigen sowie nahezu vollständig unpolarisierten Strahlung, die zudem unempfindlich bezüglich Strahlungsrückkopplung ist, eine besonders geeignete und zudem preisgünstige Lösung dar. Eine solche ELED produziert Licht nur aufgrund spontaner, nicht jedoch induzierter Emission, weshalb die emittierte Strahlung erheblich breitbandiger und von geringerer Restpolarisation als z. B. bei einer SLD ist. Die geringere Strahlungsintensität von ELED′s verbunden mit relativ großer Divergenz wird durch den verlustarmen Aufbau des Faserkreisels kompensiert, welcher durch die Verwendung eines 3 × 3-Kopplers mit Spleißverbindungen und den Verzicht auf sonst notwendige Bauteile wie Depolarisatoren oder Einkoppellinsen ermöglicht wird. Eine besonders problemlose Ankopplung an die Lichtleiter eines 3 × 3-Kopplers verbunden mit höherer Strahlungsleistung ist mit einer superfluoreszenten Monomode-Lichtleitfaser (SFF) zu erreichen, die mit einer Halbleiterpump lichtquelle, z. B. einer Laserdiode betrieben wird. Da ein derartiger Faserlaser ohne Resonator arbeitet, ist auch hier eine Unempfindlichkeit gegen Rückstreueffekte gewährleistet. Außerdem erlaubt der verlustarme Aufbau des Faserkreisels den Betrieb einer superfluoreszenten Faser bei einer Leistung, die noch nicht so hoch ist, daß Polarisationseffekte auftreten.

Dadurch, daß sämtliche Komponenten des Faserkreisels ausschließlich über faseroptische Elemente optisch verbunden sind, wird eine besonders hohe Beschleunigungsfestigkeit erreicht. Die Verbindungen werden durch Spleiße hergestellt. Dadurch entsteht eine homogene Anordnung, die sich bei Erschütterungen und dergleichen weder dejustieren noch durch andere Umwelteinflüsse in ihren Übertragungs eigenschaften ändern kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen beschleunigungsfesten Faserkreisel mit kantenemittierender Lumineszenzdiode und

Fig. 2 einen beschleunigungsfesten Faserkreisel mit superfluoreszenter Monomode-Lichtleitfaser und Pumplichtquelle.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der als Licht leitfaser ausgebildete Eingang e₁ eines 3 × 3-Kopplers K über einen Fu sionsspleiß S mit dem serienmäßigen Faserschwanz ("pig-tail") p einer kantenemittierenden Lumineszenzdiode ELED verbunden. Der 3 × 3-Koppler K ist beispielsweise ein aus drei Monomodefasern hergestellter, bikonisch getaperter Schmelzkoppler, dessen Ausgangsfasern a₂ und a₃ ebenfalls über Fusionssleiße S mit einer Monomode-Lichtleitfaserspule Sp verbun den sind, welche von der in die Ausgänge a₂ und a₃ eingekoppelten Strahlung gegensinnig durchlaufen wird. Die jeweils wieder in den 3 × 3-Koppler K einlaufende Strahlung aus den beiden Enden der Faserspule Sp interferiert dort miteinander. Die Interferenzsignale werden Strah lungsdetektoren D₁ und D₂ zugeführt, deren serienmäßige Faserschwän ze p₁ und p₂ ebenfalls über Fusionsspleiße S mit den Faserenden e₂ und e₃ des 3 × 3-Kopplers K verbunden sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die kantenemit tierende Lumineszenzdiode ELED aus Fig. 1 durch eine superfluoreszente Monomode-Lichtleitfaser SFF ersetzt, welche mit ihrem einen Ende über einen Fusionsspleiß S mit dem Eingang e₁ des 3 × 3-Kopplers K und am an deren Ende ebenfalls über einen Fusionsspleiß S mit einer Halbleiterpumplicht- quelle PL, z. B. einer Laserdiode, verbunden ist. Eine derartige Faser lichtquelle besteht im wesentlichen aus einer mit laserfähigem Material dotierten Monomode-Lichtleitfaser, die analog zu einem Festkörperlaser mittels einer gesonderten Lichtquelle gepumpt wird. Eine derartige Ein richtung ist beispielsweise von K. Liu et al. OFS′88 New Orleans, Loui siana, USA, Vol 2, FDD5, S. 462, bekannt.

An dem jeweils noch unbelegten Ausgang a₁ der 3 × 3-Koppler aus den o.g. Ausführungsbeispielen kann weiterhin zur Erfassung und Kompensation von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle bzw. durch Änderungen der Kop peleigenschaften des 3 × 3-Kopplers ein weiterer Strahlungsdetektor vorge sehen sein, der ebenfalls über eine Fusionsspleiß optisch angekoppelt wird.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen keinerlei lösbare bzw. nachträglich zu justierende optischen Übergänge auf und sind aufgrund ihrer Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und Empfindlichkeit bezüglich der zu messenden Drehgeschwindigkeit sowie ihrer kostengünsti gen Bauweise insbesondere für den Einsatz in Flugkörpern geeignet.

Claims

Faserkreisel vom Sagnac-Typ mit einer Monomode-Lichtleitfaserspule sowie einem 3 × 3-Koppler, wobei ein Eingang des 3 × 3-Kopplers mit einer im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussendenden Strahlungsquelle op tisch verbunden ist und wobei zwei erste Ausgänge des 3 × 3-Kopplers mit der Monomode-Lichtleitfaserspule und zwei zweite Ausgänge mit je einem Strahlungsdetektor optisch verbunden sind dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung von durch Umwelteinflüsse bedingten Nullpunktverlagerun gen als Strahlungsquelle entweder eine kantenemittierende Lumines zenzdiode (ELED) oder eine superfluoreszente Monomode-Lichtleitfaser (SFF) mit einer Halbleiterpumplichtquelle (PL) vorgesehen ist und daß der 3 × 3-Koppler (K) mit der Strahlungsquelle (ELED, SFF ), mit der Mono mode-Lichtleitfaserspule (SP) und mit den Strahlungsdetektoren aus schließlich über faseroptische Elemente mittels Spleißverbindungen (S) optisch gekoppelt ist.