DE4203599A1

DE4203599A1 - Hochleistungsabsorber und verfahren zur daempfung von pumplicht in einer lichtquelle eines optischen breitband-wellenleiters

Info

Publication number: DE4203599A1
Application number: DE4203599A
Authority: DE
Inventors: Edward Phillips; Sidney X Y Huang
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1992-08-13
Also published as: ITTO910715A0; CA2050538A1; ITTO910715A1; GB9118655D0; KR950000117B1; JPH0648736B2; GB2252841A; US5231465A; CA2050538C; FR2672695B1; IT1251211B; GB2252841B; JPH0521871A; KR920016856A; FR2672695A1

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf optische Wellenleiter, insbesondere auf optische Wellenleiter, die zur Bildung von Rotations sensoren mit Wellenleiteroptik verwendet werden. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung auf einen optischen Wellenleiter, der überschüssiges Pumplicht absorbiert, das in einen Rotationssensor mit Wellenleiteroptik von einer optisch gepumpten Breitband-Wellenleiter-Lichtquelle einge speist wird.

Ein faseroptisches Wellenleiter-Ringinterferometer weist typischerweise eine Schleife aus optischem Wellenleitermaterial auf, das sich in entge gengesetzte Richtungen ausbreitende Lichtwellen führt. Die Lichtwellen werden typischerweise in einer optischen Festkörper-Lichtquelle erzeugt, wie z. B. einer Superlumineszenzdiode. Eine Rotation der Schleife erzeugt eine relative Phasendifferenz zwischen den sich in entgegengesetzte Richtung ausbreitenden Wellen durch den bekannten Sagnac-Effekt. Der Be trag der Phasendifferenz ist eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Schleife. Die sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Wellen vereinigen sich nach dem Durchlaufen der Schleife, so daß sie konstruk tiv oder destruktiv interferieren, um ein optisches Ausgangssignal zu bilden.

Das optische Ausgangssignal, das durch die Interferenz der sich in ent gegengesetzter Richtung ausbreitenden Wellen erzeugt wird, verändert sich in der Intensität als eine Funktion des Betrags der Rotation der Schleife. Eine Bestimmung der Rotation wird durch die Aufnahme des opti schen Ausgangssignals bewerkstelligt, sowie durch dessen Verarbeitung, um den Betrag der Rotation zu bestimmen.

Superlumineszenzdioden liefern kohärentes Licht, das die gewünschte gro ße Bandbreite hat. Allerdings sind diese Lumineszenzdioden teuer und ha ben eine Betriebslebensdauer, die zu kurz für den Einsatz in vielen Na vigationssystemen ist. Ein dreiachsiger Kreisel zur Messung von Rotati onen um drei senkrecht zueinander angeordnete Achsen, wie er zur Naviga tion benötigt wird, kann durch die Verwendung von drei Super lumineszenzdioden-Lichtquellen realisiert werden. Ein dreiachsiger Krei sel kann auch durch mehrere optische Koppler gebildet werden, die derart angeordnet sind, daß sie das Licht, das von einer einzigen Superlumines zenzdiodenquelle abgegeben wird, in drei getrennte Strahlen aufteilen. Diese beiden Lösungsmöglichkeiten zur Erzeugung geeigneter Lichtstrahlen für einen dreiachsigen Kreisel sind teuer und lösen das Problem der kur zen Lebensdauer von Superlumineszenzdioden nicht.

Eine Laserdiode, bei der eine mit einem Element der seltenen Erden do tierte Wellenleiter-Lichtquelle gepumpt wird, liefert Licht der ge wünschten großen Bandbreite, hat eine lange Betriebslebensdauer und eine stabile Wellenlänge. Ein Teil des Pumplichts wird von dem Verstärkungs medium absorbiert, während ein Teil reflektiert werden kann. Dennoch weist das optische Ausgangssignal einer optisch gepumpten Quelle typi scherweise einen Teil des Pumplichts auf. Das Pumplicht, das in dem Aus gangssignal beinhaltet ist, wird als überschüssiges oder Rest-Pumplicht (residual pump light) bezeichnet. Etwa 10 bis 30% der Pumpenergie wer den als überschüssiges Pumplicht von einer Breitband-Wellenleiter- Lichtquelle abgegeben.

Überschüssiges oder Rest-Pumplicht verschlechtert den Wirkungsgrad eines Rotationssensors mit Wellenleiteroptik, indem das Rauschen und die In stabilität vergrößert werden. In der Literatur konnte keine einfache Lösung gefunden werden, die verhindert, daß das überschüssige Pumplicht von einer optisch gepumpten Quelle in einen Rotationssensor mit Wellen leiteroptik eingespeist wird.

Die Erfindung beschreibt die Verwendung eines mit Ytterbium dotierten Siliziumoxid-Wellenleiters als einfachen, billigen und hochwirksamen Ab sorber, der direkt mit geringen Verlusten an dem Ausgabeende eines mit Erbium dotierten Wellenleiters einer Breitband-Wellenleiter-Quelle ange schlossen werden kann, oder der in den Eingang eines optischen Wellenleiter-Gyroskops eingesetzt werden kann.

Das Yb-Ion hat die Eigenschaft, daß es nur ein einziges angeregtes Ener gieniveau im Spektrum hat. Das einzige nennenswerte Absorptionsband von dem ²F_7/2-Zustand in den ²F_5/2-Zustand eines Yb-dotierten Wellenleiters hat seinen Mittelpunkt bei 950 nm. Dieses Absorptionsband bildet ein ideales Absorptionsband, um das überschüssige Pumplicht bei Halbleiter- Pumpwellenlängen von λ = 800 nm bis 850 nm und λ = 980 nm nahezu voll ständig zu beseitigen. Ein Yb-dotierter Wellenleiter ist bei einer Wellenlänge von 1550 nm durchlässig und hat daher keine Auswirkung auf die Abgabe der Lichtquelle.

Die Erfindung einschließlich der Vorrichtung zur Absorption des über schüssigen oder Rest-Pumplichts aus optischen Signalen, die von einer optischen Wellenleiter-Lichtquelle abgegeben werden, die einen optischen Verstärkungswellenleiter aufweist, der mit Pumplicht optisch gepumpt wird, das eine ausgewählte Pumplicht-Wellenlänge hat, ist durch eine Strecke eines optischen Wellenleiters gekennzeichnet, der mit einem Do tiermittel dotiert ist, das Licht absorbiert, das die Pumplicht- Wellenlänge hat, und der mit dem optischen Verstärkungswellenleiter ver bunden ist, um die optischen Signale von diesem aufzunehmen.

Eine externe Lichtquelle kann die optische Wellenleiter-Lichtquelle mit einem Pumplicht pumpen, das eine Wellenlänge von 980 nm emittiert, wobei der optische Wellenleiter Ytterbium beinhaltet. Das Ytterbium kann in dem optischen Wellenleiter eine Konzentration in dem Bereich von minde stens 5000 parts per million haben. Der optische Verstärkungswellenlei ter kann mit Erbium dotiert sein, das mit dem Pumplicht wechselwirkt, um ein optisches Signal mit einer Wellenlänge von etwa 1550 nm zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, einschließlich eines Verfahrens zur Ab sorption von überschüssigem oder Rest-Pumplicht aus optischen Signalen, die von einer optischen Wellenleiter-Lichtquelle abgegeben werden, wobei ein optischer Verstärkungswellenleiter mit Pumplicht optisch gepumpt wird, das eine ausgewählte Pumplicht-Wellenlänge hat, ist gekennzeichnet durch den Schritt des Dotierens einer Strecke eines optischen Wellenlei ters mit einem Dotiermittel, das Licht mit der Pumplicht-Wellenlänge ab sorbiert, sowie durch den Schritt des Verbindens der Strecke des opti schen Wellenleiters mit dem optischen Verstärkungswellenleiter, um von diesem das optische Signal aufzunehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin den Schritt des Pumpens der optischen Wellenleiter-Lichtquelle mit einer Pumplichtquelle aufwei sen, die eine Pumplicht-Wellenlänge von 980 nm emittiert, sowie den Schritt des Dotierens des absorbierenden optischen Wellenleiters mit Ytterbium. Das Ytterbium kann in dem optischen Wellenleiter eine Konzen tration in dem Bereich von mindestens 5000 parts per million haben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin den Schritt des Dotierens des Verstärkungswellenleiters mit Erbium aufweisen, das mit dem Pumplicht wechselwirkt, um ein optisches Signal einer Wellenlänge von etwa 1550 nm zu erzeugen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Verfahren zur Ab sorption von überschüssigem oder Rest-Pumplicht aufweisen, das von einer optisch gepumpten optischen Wellenleiter-Lichtquelle an einen Rotations sensor mit Wellenleiteroptik abgegeben wird, wobei es durch den Schritt des Bildens eines Rotationssensors mit Wellenleiteroptik gekennzeichnet ist, der die Rotation um eine Fühlachse einer Spule aus einem optischen Wellenleiter mittels des Sagnac-Effekts aufnimmt. Das Verfahren ist wei terhin dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Signal mittels einer optisch gepumpten Lichtquelle in den Rotationssensor mit Wellenleiterop tik eingespeist wird, wobei optische Signale, die von dem Rotationssen sor mit Wellenleiteroptik abgegeben werden, mit einem Detektor nachge wiesen werden, und wobei eine Strecke eines optischen Wellenleiters in der optischen Bahn zwischen der Lichtquelle und dem Detektor zwischenge schaltet ist, um die Pumplichtintensität zu dämpfen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung kann einen Rotationssen sor mit Wellenleiteroptik aufweisen, der durch eine optisch gepumpte Lichtquelle gekennzeichnet ist, die Licht mit einer Wellenlänge eines optischen Signals sowie Licht mit einer Wellenlänge des Pumplichts ab gibt. Eine optische Wellenleiter-Fühlspule ist derart angeordnet, daß sie sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreitende Lichtstrahlen von der Lichtquelle aufnimmt. Ein Detektor zur Aufnahme von Interferenz mustern, die durch die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten den Lichtstrahlen gebildet werden, ist derart angeordnet, daß eine opti sche Bahn zwischen der Lichtquelle und dem Detektor entsteht. Eine Strecke eines optischen Wellenleiters, die in der optischen Bahn an geordnet ist, wirkt derart, daß sie die Intensität von Licht mit der Pumplicht-Wellenlänge dämpft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine Strecke eines optischen Wellenleiters entsprechend der Erfindung in einem Rotationssensor mit Wellenleiteroptik;

Fig. 2 zeigt einen Energieniveau-Übergang für das Yb³⁺-Ion;

Fig. 3 zeigt einen Energieniveau-Übergang für das Er³⁺-Ion;

Fig. 4 zeigt das Dämpfungsspektrum eines mehrfach dotierten optischen Wellenleiters; und

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Strecke eines optischen Wellenleiters in einem Rotationssensor mit Wellen leiteroptik analog zu Fig. 1.

Wie Fig. 1 zeigt, weist eine optisch gepumpte Lichtquelle 10 eine Strecke eines optischen Wellenleiters 12 auf, der vorzugsweise mit Erbi um (Er) dotiert ist. Der optische Wellenleiter 12 wird im folgenden als Verstärkungswellenleiter (gain fiber) 12 bezeichnet. Eine Quelle 14 für Pumplicht, die vorzugsweise eine Hochenergie-Laserdiode ist, liefert dem mit Erbium dotierten Verstärkungswellenleiter 12 Pumplicht. Das Pump licht hat vorzugsweise eine Wellenlänge von 980 nm.

Die Erbium-Ionen in dem Verstärkungswellenleiter 12 absorbieren einen Teil des 980 nm-Pumplichts und haben eine Besetzungsinversion. Er³⁺- Ionen erfahren einen Übergang von dem ⁴I_13/2-Zustand in den ⁴I_15/2- Zustand. Die Er³⁺-Ionen in dem ⁴I_15/2-Zustand emittieren dann Superfluo reszenzlicht (super fluorescent light) mit einer Wellenlänge von 1550 nm. Der von dem Erbium emittierte Anteil des 1550 nm-Lichts, der in Fig. 1 nach rechts geführt wird, ist die erwünschte Abgabe der optisch gepumpten Lichtquelle 10.

Der Verstärkungswellenleiter 12 endet an einer Verbindungsstelle (splice) 16. Die Er³⁺-Ionen absorbieren etwa 90% des einfallenden Pumplichts und erfahren einen Übergang von dem ⁴I_15/2-Zustand in den ⁴I_13/2-Zustand. Fig. 4 zeigt, daß Er³⁺-Ionen eine Absorptionsspitze bei ungefähr 980 nm haben. Wie Fig. 4 entnommen werden kann, haben Er³⁺- Ionen in dem Verstärkungswellenleiter 12 eine Dämpfung von etwas weniger als 10⁴ dB/km. Etwa 10% des Pumplichts breiten sich durch den Verstär kungswellenleiter 12 aus. Die optische Abgabe des Verstärkungswellenlei ters 12 weist somit einen Teil des Pumplichts zusätzlich zu dem 1550 nm-Licht auf, das von dem Erbium emittiert wird.

Falls die Lichtquelle 10 dazu verwendet wird, die sich in einem Rotati onssensor mit Wellenleiteroptik in entgegengesetzten Richtungen ausbrei tenden Wellen zu liefern, ist das Pumplicht in der Abgabe unerwünscht. Wie Fig. 1 zeigt, ist ein optischer Wellenleiter 20, der das Pumplicht absorbiert, aber das 1550 nm-Signal durchläßt, mit dem Verstärkungs wellenleiter 12 an der Verbindungsstelle 16 verbunden. Falls die Wellen länge der Pumplichtquelle nicht 980 nm beträgt, wie oben beschrieben, sollte ein anderes Material als Erbium verwendet werden, um das Pum plicht zu absorbieren.

Es wurde festgestellt, daß ein mit Ytterbium (Yb) dotierter Silizium oxidwellenleiter die Pumpwellenlänge absorbiert, ohne die Signalwellen länge zu absorbieren. Fig. 2 zeigt einen Energieniveau-Wechsel in Yb aufgrund einer Absorption von 980 nm-Licht. Das Yb³⁺-Ion hat einen Über gang von dem ²F_7/2-Energieniveau zu dem ²F_1/2-Energieniveau, während das Pumplicht absorbiert wird. Typische Absorptionskoeffizienten α für Siliziumoxid-Wellenleiter, die mit Yb bei einer Konzentration von 15000 ppm dotiert sind, betragen:

α (λ ≈ 830 nm) ≈ 30-50db/m
α (λ ≈ 980 nm) ≈ 2000 db/m
α (λ ≈ 1550 nm) ≈ 0 db/m.

Diese Daten und Fig. 4 zeigen, daß das Yb das 980 nm-Pumplicht stark dämpft, ohne die 1550 nm-Signalabgaben aus dem Verstärkungswellenleiter 12 zu dämpfen. Das Yb kann Licht mit einer Wellenlänge von 1040 nm nach der Absorption das Pumplichts emittieren. Der Betrag der Leistung, die bei der 1040 nm-Wellenlänge emittiert wird, ist sehr gering und ist typischerweise kleiner oder gleich 1 µW. Das Licht der Wellenlänge 1040 nm hat eine zufällig verteilte Phase, da es spontan emittiert wird. Diese spontan emittierte Strahlung wird reabsorbiert und schließlich in einem längeren Yb-dotierten Wellenleiter verringert.

Um die Vorrichtung besonders effizient und kompakt zu machen, kann der Wellenleiter 20 mit einer hohen Konzentration von Ytterbium dotiert wer den, z. B. 15 000 ppm bis 30 000 ppm. Mit diesen Konzentrationen von Yb kann der Wellenleiter 20 etwa 0,5 bis 1,0 m lang sein, um das 980 nm- Pumplicht zu absorbieren.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung für den Rotationssensor 23 mit Wellenleiteroptik, der die Lichtquelle 10 und den absorbierenden Wellen leiter 20 aufweist. Der Wellenleiter 20 endet an einer Verbindungsstelle 22, an der er an einen Koppleranschluß-Wellenleiter (coupler pigtail fiber) 24 angeschlossen ist. Der Wellenleiter 24 leitet das 1550 nm- Licht zu einem Rotationssensor 23 mit Wellenleiteroptik. Der optische Wellenleiter 24 ist vorzugsweise so ausgelegt, daß er einen einzigen Wellentyp elektromagnetischer Strahlung führt. Licht, das dem optischen Wellenleiter 24 zugeführt wird, breitet sich zu einem optischen Multiplexer- oder Mehrfachkoppler (multiplexer optical coupler) 26 aus, der vorzugsweise ein optischer Leckfeldkoppler (evanescent field optical coupler) ist. Der Mehrfachkoppler 26 teilt das Licht, das auf ihn ein fällt, zwischen einem Paar von Koppleranschluß-Wellenleitern 25 und 27 auf.

Ein Wellenleiter-Richtungskoppler (fiber optic directional coupler), der für eine Verwendung in Einzelwellentyp-Wellenleiterimplementierungen der Erfindung geeignet ist, ist in der Ausgabe der "Electronics Letters" vom 28. März 1980, Vol. 18, Nr. 18, Seiten 260-261 und im US-Patent 44 93 518 beschrieben.

Der Anschlußwellenleiter 25 führt das optische Signal dann zu einer Polarisiereinrichtung 30. Die Polarisiereinrichtung 30, die in Fig. 1 dargestellt ist, kann im wesentlichen identisch mit der Polarisierein richtung sein, die in US-Patent 43 85 822 beschrieben ist. Andere Pola risiereinrichtungen, die bei der Erfindung verwendet werden können, sind in US-Patent 47 25 113 und US-Patent 46 95 123 beschrieben.

Nach dem Verlassen der Polarisiereinrichtung 30 durchläuft das einge speiste Signal dann einen Koppleranschluß-Wellenleiter 31, der das Sig nal zu einem zweiten optischen Wellenleiterkoppler 32 führt. Der Koppler 32 kann im wesentlichen identisch mit dem Mehrfachkoppler 26 sein. Der Koppler 32 teilt ihm zugeführtes Licht, das von der Quelle 10 stammt, zwischen einem Paar von Koppleranschluß-Wellenleitern 35 und 36 auf, die vorzugsweise ebenfalls optische Einzelwellentyp-Wellenleiter sind.

Die Enden eines optischen Wellenleiters 34 sind an den Koppleranschluß- Wellenleitern 35 und 36 angeschlossen. Der optische Wellenleiter 34 ist als Sagnac-Fühlspule ausgebildet. Ein Phasenmodulator 38 ist zwischen dem optischen Wellenleiter 36 und der Spule 34 angeordnet.

Licht von dem Koppler 32, das in den optischen Wellenleiter 35 eintritt, breitet sich durch die Fühlspule 34 aus, bevor es den Phasenmodulator 38 erreicht. Licht von dem Koppler 32, das in den optischen Wellenleiter 36 eintritt, breitet sich durch den Phasenmodulator 38 aus, bevor es sich durch die Fühlspule 34 ausbreitet.

Der Phasenmodulator 38 erhält ein Steuersignal, das eine periodische Mo dulation der Phase der sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Lichtwellen in der Fühlspule 34 liefert, entsprechend einer periodischen Funktion, die eine Frequenz hat, die gleich mit f_s = 1/2τ ist, wobei τ die Durchgangszeit einer optischen Welle in der Fühlspule ist. Die Erfindung funktioniert in geeigneter Weise auch mit einer Phasenmodula tionsfrequenz von f_s = (2n+1)/2τ, wobei n eine ganze Zahl ist. Eine Modulation des Lichtes bei diesen Frequenzen bewerkstelligt einen äußerst effizienten Betrieb des Phasenmodulators 38, indem die gering sten Werte für die Spannung, den Strom, die Leistung und das elektrische oder magnetische Feld benötigt werden. Diese Frequenzen unterdrücken außerdem das durch Rayleigh-Rückstreuung induzierte Rauschen, indem dieses Rauschen außerhalb der Nachweisbandbreite moduliert wird. Diese Frequenzen beseitigen darüberhinaus eine parasitäre Polarisationsmodula tion, die von dem Phasenmodulator 38 und bestimmten Nichtlinearitäten in der Phasenmodulation erzeugt wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, bildet das Licht, das in den optischen Wellenleiter 35 von dem Koppler 32 eintritt, die im Uhrzeigersinn umlau fende Welle in der Fühlspule 34. Licht, das der Koppler 32 in den opti schen Wellenleiter 36 leitet, bildet die gegen den Uhrzeigersinn umlau fende Welle in der Fühlspule 34. Nachdem die im Uhrzeigersinn umlaufende Welle durch den Phasenmodulator 38 gelaufen ist, breitet sie sich durch den optischen Wellenleiter 36 aus, bevor sie zu dem Koppler 32 zurück kehrt. Die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Welle durchläuft den opti schen Wellenleiter 36, den Phasenmodulator 38, die Fühlspule 34 und den optischen Wellenleiter 35, bevor sie den optischen Koppler 32 wieder erreicht.

Während die im Uhrzeigersinn und die gegen den Uhrzeigersinn umlaufenden Wellen die Fühlspule 34 durchlaufen, erhalten sie eine Phasendifferenz, die von dem Betrag der Rotation der Fühlspule 34 um ihre Fühlachse ab hängt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, verläuft die Fühlachse der Fühl spule 34 senkrecht zu der Ebene, die von der Spule festgelegt ist, und durch den Mittelpunkt der Spule.

Die im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn umlaufenden Wellen ver einigen sich in dem Koppler 32. Ein Teil der vereinigten Wellen verläßt den Koppler 32 über den Wellenleiter 31; ein zweiter Teil der vereinig ten Wellen verläßt den Koppler 32 über den Wellenleiter 37. Die verei nigten Wellen bilden ein Interferenzmuster. Dieses Interferenzmuster enthält die Information, die verarbeitet wird, um den Betrag der Rotati on der Fühlspule 34 zu bestimmen.

Die vereinigten Wellen breiten sich dann durch den optischen Wellenlei ter 31 zurück zu der Polarisiereinrichtung 30 aus. Die Polarisierein richtung 30 stellt sicher, daß das optische Signal, das für die Bestim mung des Rotationsbetrags verarbeitet wird, die gleiche Polarisation wie das Licht hat, das in die Fühlspule 34 eingespeist wurde. Diese Polari sationen sollten identisch sein, um Verzerrungsfehler (bias errors) und Schwankungen des Skalierungsfaktors (scale factor) zu minimieren.

Das von der Polarisiereinrichtung 30 abgegebene Licht breitet sich dann zu dem optischen Koppler 26 aus, der einen Teil des Signals in einen Koppleranschluß-Wellenleiter 28 einkoppelt. Der optische Wellenleiter 28 ist an einen Photodetektoranschluß 29 angeschlossen, der das Kreiselaus gangssignal einem Photodetektor 40 zuführt. Der Photodetektor 40 wandelt das optische Interferenzmuster in ein elektrisches Signal um. Das von dem Photodetektor 40 abgegebene Signal wird in einen das Kreiselaus gangssignal verarbeitenden Stromkreis 44 eingespeist.

In dem Rotationssensor mit Wellenleiteroptik gibt es mehrere Anordnungs möglichkeiten für den Wellenleiter 20 aus Fig. 1, der das Pumplicht ab sorbiert. Diese Stellen sind:

A. Der Verstärkungswellenleiter 12 selbst;
B. Der Verstärkungswellenleiteranschluß 20;
C. In einem Verteilernetz, falls die Quelle für mehr als einen Kreisel verwendet wird;
D. Die Mehrfachkoppler-Wellenleiter 24 und 25 oder 27 und 28;
E. Zwischen dem Mehrfachkoppler 26 und der Polarisiereinrichtung 30;
F. Zwischen der Polarisiereinrichtung 30 und dem Koppler 32;
G. Teile der Wellenleiter 34, 35 oder 36 der Kreiselfühlspule;
H. Zwischen dem Mehrfachkoppler 26 und dem Detektoranschluß 28;
I. Der Detektoranschluß 29.

Fig. 5 zeigt einen zweiten optischen Wellenleiter-Rotationssensor 50, der die Erfindung beinhaltet. Eine Quelle für Pumplicht 54 liefert einem Verstärkungswellenleiter 56 Pumplicht. Ein optischer Wellenleiter 58 ist an den Verstärkungswellenleiter 56 angeschlossen, um das Pumplicht zu absorbieren, wie oben beschrieben. Ein Koppleranschluß-Wellenleiter 60 ist an den absorbierenden Wellenleiter 58 angeschlossen, um das optische Lichtsignal einem Mehrfachkoppler 62 zuzuführen. Das Ausgangssignal des Mehrfachkopplers 62 wird in einen Wellenleiter 68 eingespeist, der auf einem integrierten optischen Multifunktionschip 70 angeordnet ist. Auf dem Chip 70 ist außerdem ein Paar Wellenleiter 72 und 74 angeordnet. Der Wellenleiter 68 führt das Eingangssignal einem Verbindungspunkt 76 zu, an dem das Licht zwischen den zwei Wellenleitern 72 und 74 aufgeteilt wird. Die Enden einer optischen Wellenleiterfühlspule 78 sind mit den Wellenleitern 72 und 74 verbunden. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, bildet das optische Ausgangssignal des Wellenleiters 72 die im Uhrzeigersinn umlaufende Welle in der Fühlspule, während das Ausgangssignal des Wellenleiters 74 die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Welle bildet.

Eine Polarisiereinrichtung 80 ist auf dem Chip 70 angeordnet, um das Licht zu polarisieren, das von dem Wellenleiter 68 geführt wird. Ein Phasenmodulator 82 ist auf dem Chip 70 angeordnet, um die Phase der Wel len, die von den Wellenleitern 72 und 74 geführt werden, zu modulieren.

Die gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn umlaufenden Wellen durchlaufen die Fühlspule 78 und treten in die Wellenleiter 72 und 74 ein. Die Wellen vereinigen sich dann an dem Verbindungspunkt 76 und breiten sich durch den Wellenleiter 68 hindurch aus. Die Vereinigung der Wellen ist das optische Ausgangssignal des Rotationssensors 50. Der Wellenleiter 68 führt die vereinigten Wellen dann dem Wellenleiter 63 zu, der sie weiter dem Mehrfachkoppler 62 zuführt. Der Mehrfachkoppler 62 leitet einen Teil des Sensorausgangssignals zu einem Wellenleiter 86, der das optische Ausgangssignal einem Detektor 88 zuführt. Eine elektro nische Rückkoppelschaltung 90, die zwischen dem Detektor 88 und dem Phasenmodulator 82 zwischengeschaltet ist, bestimmt den Rotationsbetrag.

Wie bei dem Rotationssensor von Fig. 1 kann der Absorptionswellenleiter 58 an einer von vielen Stellen angeordnet sein. Es ist lediglich erfor derlich, daß das Pumplicht absorbiert wird, bevor es den Detektor 88 erreicht. Deshalb kann der absorbierende Wellenleiter 58 irgendwo in der Lichtbahn des optischen Wellenleiters zwischen der Quelle 54 des Pump lichts und dem Detektor 88 angeordnet werden.

Zusätzlich zu dem Zweck, als Lichtquelle in einem optischen Wellen leiter-Rotationssensor zu dienen, kann eine Lichtquelle, die den Absor ber entsprechend der Erfindung aufweist, in optischen Kommunikations systemen verwendet werden. Solche Lichtquellen können verwendet werden, optische Signale zu verstärken, und ermöglichen es, die Verwendung her kömmlicher Verstärker zu vermeiden.

Bezugszeichen

10 Lichtquelle
12 Verstärkungswellenleiter
14 Quelle für Pumplicht
16 Verbindungsstelle
20 Optischer Wellenleiter
22 Verbindungsstelle
23 Rotationssensor mit Wellenleiteroptik
24 Koppleranschluß-Wellenleiter
25 Koppleranschluß-Wellenleiter
26 Optischer Mehrfachkoppler
27 Koppleranschluß-Wellenleiter
28 Koppleranschluß-Wellenleiter
29 Photodetektoranschluß
30 Polarisiereinrichtung
31 Koppleranschluß-Wellenleiter
32 Optischer Wellenleiterkoppler
34 Optischer Wellenleiter (Sagnac-Fühlspule)
35 Koppleranschluß-Wellenleiter
36 Koppleranschluß-Wellenleiter
38 Phasenmodulator
40 Photodetektor
44 Stromkreis zur Verarbeitung des Kreiselausgangssignals
50 Rotationssensor mit Wellenleiteroptik
54 Quelle für Pumplicht
56 Verstärkungswellenleiter
58 Optischer Wellenleiter
60 Koppleranschluß-Wellenleiter
62 Optischer Mehrfachkoppler
63 Optischer Wellenleiter
68 Wellenleiter
70 Chip
72 Wellenleiter
74 Wellenleiter
76 Verbindungspunkt
78 Fühlspule
80 Polarisiereinrichtung
82 Phasenmodulator
86 Optischer Wellenleiter
88 Detektor
90 Rückkoppelschaltung

Claims

1. Vorrichtung zur Absorption vom überschüssigem oder Rest-Pumplicht von optischen Signalen, die von einer optischen Wellenleiter- Lichtquelle (10) abgegeben werden, die einen optischen Verstär kungswellenleitar (12) aufweist, der mit Pumplicht einer ausgewähl ten Pumplicht-Wellenlänge optisch gepumpt ist, gekennzeichnet durch eine Strecke eines optischen Wellenleiters (20), der mit einem Dotiermittel dotiert ist, das Licht der Pumplicht-Wellenlänge absorbiert, und der an den optischen Verstärkungswellenleiter (12) angeschlossen ist, um von diesem die optischen Signale zu erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine externe Lichtquelle (14) die optische Wellenleiter-Lichtquelle (10) mit einem Pumplicht pum pen kann, das eine Wellenlänge von 980 nm emittiert, wobei der optische Wellenleiter Ytterbium enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der optische Verstärkungswellen leiter (12) mit Erbium dotiert ist, das mit dem Pumplicht wechsel wirkt, um ein optisches Signal einer Wellenlänge von etwa 1550 nm zu erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ytterbium in dem optischen Wellenleiter eine Konzentration in dem Bereich von mindestens 5000 parts per million hat.

5. Verfahren zum Absorbieren von überschüssigem oder Rest-Pumplicht von optischen Signalen, die von einer optischen Wellenleiter- Lichtquelle (10) abgegeben werden, wobei ein optischer Verstär kungswellenleiter (12) mit Pumplicht einer ausgewählten Pumplicht Wellenlänge optisch gepumpt ist, gekennzeichnet durch den Schritt des Dotierens einer Strecke eines optischen Wellenleiters (20) mit einem Dotiermittel, das Licht der Pumplicht-Wellenlänge absorbiert, sowie durch den Schritt des Verbindens der Strecke des optischen Wellenleiters (20) mit dem optischen Verstärkungswellenleiter (12), um die optischen Signale von diesem aufzunehmen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das den Schritt des Pumpens der opti schen Wellenleiter-Lichtquelle mittels einer Pumplichtquelle auf weist, die eine Pumplicht-Wellenlänge von 980 nm emittiert, sowie den Schritt des Dotierens des absorbierenden optischen Wellen leiters mit Ytterbium.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das den Schritt des Dotierens des Ver stärkungswellenleiters mit Erbium aufweist, das mit dem Pumplicht wechselwirkt, um ein optisches Signal einer Wellenlänge von etwa 1550 nm zu erzeugen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ytterbium in dem optischen Wellenleiter eine Konzentration in dem Bereich von mindestens 5000 parts per million hat.

9. Verfahren zum Absorbieren von überschüssigem oder Rest-Pumplicht, das von einer optisch gepumpten optischen Wellenleiter-Lichtquelle (54) an einen Rotationssensor (so) mit Wellenleiteroptik abgegeben wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Bildung eines Rotationssensors mit Wellenleiteroptik, der die Rotation um eine Fühlachse einer Spule (78) aus einem opti schen Wellenleiter mittels des Sagnac-Effekts aufnimmt;
- Einspeisung eines optischen Signals in den Rotationssensor (so) mit Wellenleiteroptik mittels einer optisch gepumpten Lichtquelle (54);
- Aufnahme optischer Signale, die von dem Rotationssensor mit Wellenleiteroptik abgegeben werden, mittels eines Detektors (88); und
- Zwischenschalten einer Strecke eines optischen Wellenleiters (56, 58) in die optische Bahn zwischen der Lichtquelle (54) und dem Detektor (88), um die Pumplichtintensität zu dämpfen.

10. Rotationssensor (so) mit Wellenleiteroptik, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- eine optisch gepumpte Lichtquelle (54), die Licht einer Wellenlänge eines optischen Signals sowie Licht einer Pumplicht-Wellenlänge abgibt;
- eine optische Wellenleiter-Fühlspule (78), die derart angeord net ist, daß sie sich in entgegengesetzte Richtungen ausbrei tende Lichtstrahlen von der Lichtquelle (54) aufnimmt;
- ein Detektor (88), der zur Aufnahme von Interferenzmustern, die von den sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Lichtstrahlen gebildet werden, derart angeordnet ist, daß eine optische Bahn zwischen der Lichtquelle (54) und dem Detektor (88) gebildet ist; und
- eine Strecke eines optischen Wellenleiters (56, 58), die in der optischen Bahn angeordnet ist und derart wirkt, daß die Intensität von Licht der Pumplicht-Wellenlänge gedämpft wird.