DE3911474A1

DE3911474A1 - Interferometer using waveguide technologies

Info

Publication number: DE3911474A1
Application number: DE19893911474
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: KERNER ANNA 2360 BAD SEGEBERG DE
Current assignee: KERNER ANNA 2360 BAD SEGEBERG DE
Priority date: 1989-04-08
Filing date: 1989-04-08
Publication date: 1990-10-25

Abstract

The application of integrated optical technology or glass fibre technology in interferometry yields advantages by comparison with the classical design. On the other hand, novel problems are thrown up which occur as a consequence of the technology, in particular owing to the splitting and recombining of the beam as well as to the shifting of the phase of the output signals. The profitability (economic efficiency) is thereby called into question. By suitably coupling the radiation into the waveguides and displacing the interference phenomenon outside the waveguides, the splitters are eliminated and the connection of a plurality of interferometers or interference refractometers to one divider is rendered possible. <IMAGE>

Description

Die Patentanmeldung betrifft ein Interferometer für elektro magnetische Strahlung in den Technologien der Wellen leiter. The patent application relates to an interferometer for electro magnetic radiation in the technologies of waves ladder.

Der prinzipielle Aufbau des Strahlenganges eines Interfero meters für Meßzwecke besteht darin, daß kohärente Strahlung in einen Referenz- und einen Meßstrahlengang aufgeteilt und wieder vereinigt werden. In der klassischen Bauweise mit ih ren optischen Komponenten aus Glas braucht es dazu teildurch lässige Planparallel- und Kompensationsplatten. In der Glas faser-Technologie werden diese Verzweigungen und Wiederver einigungskomponenten so hergestellt, daß der Schutzmantel der Monomodefasern einseitig entfernt wird, die Fasern auf einer begrenzte Länge feinst bearbeitet werden und danach zwei solcherart bearbeitete Fasern zueinander justiert und kontaktiert werden, so daß die Strahlung aus einer Faser in die andere übertreten kann. Der Kern einer Monomodfaser hat einen Durchmesser von ca. 0,05 mm, daraus wird ersichtlich, wie aufwendig die Herstellung einer guten Verzweigung ist. Ein Vorteil besteht darin, die Verzweigungen in Glasfaser- Technologie zu eliminieren.The basic structure of the beam path of an interfero meters for measuring purposes is that coherent radiation divided into a reference and a measuring beam path and be reunited. In the classic design with ih This requires partial optical components made of glass casual plane parallel and compensation plates. In the glass fiber technology, these ramifications and reuse Agreement components made so that the protective jacket of the single-mode fibers is removed on one side, the fibers of a limited length can be finely machined and then two fibers processed in this way are adjusted to one another and be contacted so that the radiation from a fiber in the other can cross. The core of a single-mode fiber has a diameter of approx. 0.05 mm, from this it can be seen how complex it is to produce a good branch. One advantage is that the branches in fiber optic To eliminate technology.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Wellenleiter-Technologie gegenüber der klassischen zu nutzen, den Aufbau einfacher zu gestalten und die aufwendigen Teiler zu eliminieren.The invention has for its object the advantages of To use waveguide technology over classic to make the structure easier and the complex dividers to eliminate.

Erfindungsgemäß wird das durch erreicht, daß die für ein Interferometer notwendige Teilung und Wiedervereinigung des Strahlenganges außerhalb der Wellenleitungen erfolgt.According to the invention this is achieved by the fact that for a Interferometer necessary division and reunification of the Beam path takes place outside the waveguides.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä ßen Strahlverteilung und -wiedervereinigung beschrieben werden:In the following, embodiments of the invention Beam distribution and reunification are described:

Als Beispiel soll ein Interferometer für die Längenmessung gewählt werden. Dieses ist aus einer Glasfaser für den Refe renzarm und einer in zwei Abschnitte geteilten Glasfasern für den Meßarm aufgebaut, wobei die Meßstrecke in der Unterbre chung der Faser liegt und variabel ist. Als kohärente Strah lungsquelle wird eine Laserdiode gewählt, deren rechteckige Apertur durch eine geeignete Optik in die Faser eingeblendet wird. Diese Einblendung wird erfindungsgemäß so gestaltet, daß sie als Strahlenteiler wirkt, wobei der aus der Laser diode austretende Strahl in die nebeneinander angeordneten Faseröffnungen der Referenz- und der Meßfaser eingeblendet wird, wodurch der erste Strahlteiler vor die Lichtleitung durch die Glasfasern in die, in jedem Fall notwendige, Kon densoroptik der Einblendung gelegt wird. Als Kondensoroptik kann gegebenenfalls eine sphärische Linse verwendet werden, wenn der Austrittsquerschnitt der Laserdiode so auf die Ein trittsöffnungen der Fasern abgebildet werden kann, daß die ser ohne große Verluste überdeckt wird. Andernfalls kann ei ne geeignete zylindrische oder anamorphotische Optik zur An passung gewählt werden.An example is an interferometer for length measurement to get voted. This is made of a glass fiber for the Refe and a glass fiber divided into two sections for the measuring arm built, the measuring section in the Unterbre The fiber lies and is variable. As a coherent beam a laser diode is selected, the rectangular one Aperture faded into the fiber using suitable optics becomes. According to the invention, this overlay is designed in such a way that that it acts as a beam splitter, the one from the laser diode emerging beam in the side by side Fiber openings of the reference and measuring fibers are shown the first beam splitter in front of the light pipe through the glass fibers into the, in any case necessary, con the optics of the overlay is placed. As condenser optics if necessary, a spherical lens can be used, if the exit cross section of the laser diode so on outlets of the fibers can be mapped that the it is covered without major losses. Otherwise, egg ne suitable cylindrical or anamorphic optics fit.

Bei Verwendung einer Laserdiode für ein Interferometer der Längenmeßtechnik ist es notwendig, daß die Frequenz oder die Wellenlänge stablisiert werden muß. Für die Wellenlän genstabilisierung ist ein Interferenz-Refraktometer notwen dig, das an die gleiche kohärente Strahlungsquelle ange schlossen sein muß wie das Meßinterferometer. Anstelle der beschriebenen beiden Glasfasern können nunmehr auch vier oder mehr angeschlossen werden. Strahlungsquelle, Kondensoroptik und Faseröffnungen können so zueinander justiert werden, daß die eingeblendeten Intensitäten ungleich verteilt sind, so daß die verlustreicheren Meßarmfasern im Intensi tätsmaximum liegen gegenüber den Referenzfasern.When using a laser diode for an interferometer the Length measurement technology, it is necessary that the frequency or the wavelength must be stabilized. For the waves Gene stabilization requires an interference refractometer dig that is attached to the same coherent radiation source must be closed like the measuring interferometer. Instead of described two glass fibers can now also four or more can be connected. Radiation source, condenser optics and fiber openings can be adjusted to each other that the superimposed intensities are distributed unevenly are, so that the lossy measuring arm fibers in the Intensi maximum are compared to the reference fibers.

Die Wiedervereinigung der beiden Strahlen wird erfindungsge mäß hinter die Austrittsöffnungen der beiden Wellenleiter gelegt, wobei diese zueinander so angeordnet werden, daß ihre austretenden Strahlen interferieren. Die Wiedervereini gung der beiden Strahlen soll am Beispiel der Glasfaser- Technologie beschrieben werden. Führt man die beiden Wellen leiter parallel, so daß sich ihre Mantelflächen berühren und legt ihre Austrittsöffnung in die gleiche Ebene, so in terferieren die beiden austretenden Wellen aufgrund ihrer Ko härenz und erzeugen eine räumliche Interferenzerscheinung nach Young. Geeignete Photodioden können nunmehr in dem In terferenzfeld so angebracht werden, daß sie die im Meßarm erzeugte Phasenänderung nach Größe und Richtung detektieren können. Gegebenenfalls können in bekannter Weise geeignete Blenden vor den Dioden oder Diodenzeilen Verwendung finden zur Interpolation der Phasendifferenzen.The reunification of the two rays is fiction behind the exit openings of the two waveguides placed, these are arranged to each other so that their emerging rays interfere. The reunification The example of the fiber optic Technology. If you lead the two waves conductors parallel so that their lateral surfaces touch and places its exit opening in the same plane, so in the two emerging waves interfere due to their knockout and generate a spatial interference phenomenon according to Young. Suitable photodiodes can now be found in the In are arranged so that they are in the measuring arm Detect generated phase change according to size and direction can. If necessary, suitable ones can be used in a known manner Use covers in front of the diodes or rows of diodes for interpolation of the phase differences.

Es zeigt die Abb. 1 die schematische Anordnung eines Interferometers in Wellenleiter-Technologie. Fig. 1 shows the schematic arrangement of an interferometer using waveguide technology.

Der Diodenlaser (1) strahlt über die Kondensorlinse (2) in die beiden Fasern (3) und (4) ein. Die Faser (3) bildet den Referenzarm, Faser (4) den Meßarm des Interferometers. Die Faser (4) ist durch die Meßstrecke geteilt, die Strahlung wird durch die Objektive (5 und 6) aus und wieder einge koppelt, das Tripelprisma (7) ist um die zu messende Strecke verschiebbar. Referenz- und Meßstrahl treten an den Enden der Fasern (3 und 4) aus, interferieren und werden von den Fotodioden (8) detektiert.The diode laser ( 1 ) shines through the condenser lens ( 2 ) into the two fibers ( 3 ) and ( 4 ). The fiber ( 3 ) forms the reference arm, fiber ( 4 ) the measuring arm of the interferometer. The fiber ( 4 ) is divided by the measuring section, the radiation is coupled out and in again by the objectives ( 5 and 6 ), the triple prism ( 7 ) can be moved by the distance to be measured. The reference and measuring beams emerge at the ends of the fibers ( 3 and 4 ), interfere and are detected by the photodiodes ( 8 ).

Mit einem Interferometer in Wellenleiter-Technologie sind Verbesserungen gegenüber dem klassischen möglich. Bei der Strahlenteilung und -wiedervereinigung treten Anforderungen auf, die durch die Technologie selbst hervorgerufen werden und die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen. Durch die erfin dungsgemäße Verlagerung der Strahlteilungen außerhalb der Strahlungsleitung durch Glasfasern wird das Interferometer wesentlich vereinfacht.With an interferometer in waveguide technology Improvements over the classic possible. In the Beam splitting and reunification have requirements that are caused by the technology itself and question the economy. By inventing proper displacement of the beam splits outside of Radiation conduction through glass fibers becomes the interferometer much simplified.

Claims

1. Interferometer for electromagnetic radiation in waveguide technology, characterized in that the division and reunification of the beam path necessary for an interferometer takes place outside the waveguides.

2. Interferometer according to claim 1, characterized by dividing the beam path of a coherent Radiation source by coupling into more than two Waveguide for multiple interferometers.

3. Interferometer according to claim 2, characterized by at least one second interferometer, which the Wavelength of the coherent radiation source depending stability of the air's refractive index.

4. Interferometer according to claim 3, characterized by coupling the radiation into the waveguide using a spherical and / or cylindrical or anamorphic lens or one Lens system.

5. Interferometer according to claim 3, characterized due to the stable assignment of at least two beams tion detectors relative to the outlet openings of the two waveguides for the reference and measuring beam path.

6. Interferometer according to claim 4, characterized through more than two waveguides that are three-dimensional les interference field behind their exit openings testify.