DE69001873T2 - UNIPOLARIZATION CONTAINING INTEGRATED-OPTICAL COMPONENTS FOR OPTICAL GYROSCOPES. - Google Patents

UNIPOLARIZATION CONTAINING INTEGRATED-OPTICAL COMPONENTS FOR OPTICAL GYROSCOPES.

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DE69001873T2
DE69001873T2 DE1990601873 DE69001873T DE69001873T2 DE 69001873 T2 DE69001873 T2 DE 69001873T2 DE 1990601873 DE1990601873 DE 1990601873 DE 69001873 T DE69001873 T DE 69001873T DE 69001873 T2 DE69001873 T2 DE 69001873T2
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Description

Technisches GebietTechnical area

Diese Erfindung bezieht sich auf integrierte optische Schaltungen (integrated optics circuits oder IOCs) und insbesondere auf IOCs zur Verwendung in optischen Gyroskopen.This invention relates to integrated optics circuits (IOCs) and, in particular, to IOCs for use in optical gyroscopes.

Stand der TechnikState of the art

Bekanntlich ist das Arbeitsprinzip des Faseroptikgyroskops (FOG) der Sagnac-Effekt. Wenn Licht eine Lichtleitfaserschleife durchquert, die sich um eine Achse dreht, welche zu ihrer Ebene rechtwinkelig ist, verändert sich die optische Laufzeit des Lichtsignals in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Schleife. Für zwei optische Signale, welche die Schleife in entgegengesetzten Richtungen durchqueren, ist die Sagnac-Phasendifferenz zwischen ihnen (S; in rad) proportional zu der Drehgeschwindigkeit und ist gegeben durch: (Gleichung 1) As is well known, the working principle of the fiber optic gyroscope (FOG) is the Sagnac effect. When light traverses an optical fiber loop rotating about an axis perpendicular to its plane, the optical travel time of the light signal varies depending on the rotation speed of the loop. For two optical signals traversing the loop in opposite directions, the Sagnac phase difference between them (S; in radians) is proportional to the rotation speed and is given by: (Equation 1)

wobei: L die Länge der Faserschleife ist, d der Schleifendurchinesser ist, λ die optische Signalwellenlänge ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist, und X die Schleifendrehgeschwindigkeit in rad/s ist.where: L is the length of the fiber loop, d is the loop diameter, λ is the optical signal wavelength, c is the speed of light, and X is the loop rotation speed in rad/s.

Diese Differenz, die als ein Maß für die Geschwindigkeit dient, kann vergrößert werden, indem eine Faseroptikspule benutzt wird, um die Schleifenlänge (L) zu vergrößern. Zum Mildern der Notwendigkeit, einen Gleichstromwert messen zu müssen, kann ein Sinusphasenmodulator an einem Ende der Schleife benutzt werden, um die Strahlen zu modulieren. Die Modulation wirkt auf die gegenläufig zirkulierenden Strahlen zu unterschiedlichen Zeiten ein, und zwar wegen der optischen Laufzeitverzögerung in der Spule, was einen Dither der Phasendifferenz ergibt. Das verbessert die Erfassungsempfindlichkeit, weil es die Verwendung von empfindlicher Wechselstromverarbeitung gestattet.This difference, which serves as a measure of velocity, can be increased by using a fiber optic coil to increase the loop length (L). To mitigate the need to measure a DC value, a sine phase modulator at one end of the loop can be used to modulate the beams. The modulation acts on the counter-circulating beams at different times due to the optical propagation delay in the coil, which results in a dither of the phase difference. This improves detection sensitivity because it allows the use of sensitive AC processing.

Wenn entgegengesetzte Strahlen mit Einheitsintensität interferometrisch addiert werden, ist die Gesamtintensität:When opposing rays of unit intensity are added interferometrically, the total intensity is:

1 = 1/2*(1 + cos P) (Gleichung 2)1 = 1/2*(1 + cos P) (Equation 2)

wobei P die Gesamtphasendifferenz ist. Die Bessel-Expansion des Intensitätsausdrucks ergibt eine Komponente:where P is the total phase difference. The Bessel expansion of the intensity expression yields a component:

F = k*sin(S) (Gleichung 3)F = k*sin(S) (Equation 3)

mit der Modulationsfrequenz f. Diese kann als ein Analogausgangssignal des Phasendither-Sagnac-Interferometers genommen werden. Der Koeffizient k ist:with the modulation frequency f. This can be taken as an analog output signal of the phase dither Sagnac interferometer. The coefficient k is:

k = 2+J&sub1;*[2A*sin(π*f*T)] (Gleichung 4)k = 2+J₁*[2A*sin(π*f*T)] (Equation 4)

wobei das Glied 2A*sin(π*f*T) die Dither-Amplitude ist, die aus einer vorgenommenen Modulation mit der Modulationsfrequenz (f) und der Amplitude (A) resultiert, bei einer Spulenlaufzeit T. Die Amplitude wird maximiert, wenn gilt: f = 1/2T (die Spuleneigenfrequenz).where the term 2A*sin(π*f*T) is the dither amplitude resulting from a modulation with the modulation frequency (f) and the amplitude (A) at a coil delay time T. The amplitude is maximized when f = 1/2T (the coil natural frequency).

Das Analogausgangssignal F mit der Frequenz f ist bei ausreichend kleinen Geschwindigkeiten proportional zur Drehung. Sie kann direkt als eine Anzeige der Drehung gemessen werden, oder das Ausgangssignal kann durch eine Servoschleife kontinuierlich zu null gemacht werden, die eine optische Phasenvorspannung in Opposition zu der Sagnac- Phasendifferenz addiert. Das kann erreicht werden durch Addieren eines wiederholten Linearanstiegsphasenmodulators (Serrodynmodulation) an einem Ende der Faserspule. Wenn die Scheitelanstiegsamplitude 2 π rad beträgt, erzeugt die Serrodynmodulation eine effektiv konstante Phasendifferenzvorspannung zwischen den entgegengesetzt gerichteten Strahlen. \Die Phasenvorspannungsamplitude ist proportional zu der Anstiegswiederholfrequenz, welche eine leicht meßbare Darstellung der Schleifendrehgeschwindigkeit bildet.The analog output signal F of frequency f is proportional to the rotation at sufficiently low speeds. It can be measured directly as an indication of the rotation, or the output signal can be continuously zeroed by a servo loop that adds an optical phase bias in opposition to the Sagnac phase difference. This can be achieved by adding a repeated linear ramp phase modulator (serrodyne modulation) to one end of the fiber coil. If the peak ramp amplitude is 2 π rad, the serrodyne modulation produces an effectively constant phase difference bias between the oppositely directed beams. The phase bias amplitude is proportional to the ramp repetition frequency, which provides an easily measurable representation of the loop rotation speed.

Bei dem FOG-Betrieb wird angenommen, daß die gegenläufig zirkulierenden Strahlen identische Wege zurücklegen, wenn keine Rotation und keine angelegte Phasenvorspannung vorhanden ist, d.h. "Reziprozität" vorliegt. Unterschiedliche räumliche Moden und orthogonale Polarisationsmoden der Faserspule sind jedoch nicht immer entartet. Leistung, die zwischen Moden gekoppelt wird, kann die optische Phase an dem Detektor stören, was Drift in dem FOG verursacht. Weiter, es kann schwierig sein, die Phasenmodulation der erwünschten und unerwünschten Polarisationskomponenten des Strahls gleichzeitig zu optimieren, und es kann zu einem Kreiselausgangsfehler kommen.In FOG operation, the counter-circulating beams are assumed to travel identical paths in the absence of rotation and no applied phase bias, i.e., "reciprocity." However, different spatial modes and orthogonal polarization modes of the fiber coil are not always degenerate. Power coupled between modes can perturb the optical phase at the detector, causing drift in the FOG. Furthermore, it can be difficult to optimize the phase modulation of the desired and undesired polarization components of the beam simultaneously, and gyro output error can occur.

Zum Eliminieren von Kreuzkopplung zwischen räumlichen Moden und zum Steuern der Polarisation enthalten bekannte Sagnac- Kreisel sowohl ein Einzelraummodenfilter als auch ein Einzelpolarisatorfilter auf dem Strahlausbreitungsweg. Die Filter sind in dem Strahlengang angeordnet, welcher dem Quellenstrahl und den intereferierenden Strahlen gemeinsam ist; zwischen dem optischen Detektor und dem Schleifenstrahlzerleger. Diese "reziproke Konfiguration" beschränkt die optischen Signale auf eine einzelne räumliche Mode und eine einzelne Polarisation. Das Polarisationsfilter kann ein Volumenoptikpolarisator wie z.B. ein Glan-Thompson-Prisma sein, das Extinktionsverhältnisse von 60 dB ergibt, oder irgendein anderer aus einer Vielfalt von faser- oder integrierten optischen (10) Polarisatoren. Das Einmodenfilter kann ein kurzes Stück einer Einmodenfaser oder eines Einmodenwellenleiters umfassen.To eliminate crosstalk between spatial modes and to control polarization, known Sagnac gyros include both a single spatial mode filter and a single polarizer filter in the beam propagation path. The filters are located in the optical path common to the source beam and the interfering beams; between the optical detector and the loop beam splitter. This "reciprocal configuration" restricts the optical signals to a single spatial mode and a single polarization. The polarizing filter may be a bulk optical polarizer such as a Glan-Thompson prism, which gives extinction ratios of 60 dB, or any of a variety of fiber or integrated optical (10) polarizers. The single-mode filter may comprise a short length of single-mode fiber or single-mode waveguide.

Sofern das Extinktionsverhältnis des Polarisationsfilters nicht ausreichend hoch ist, kann jedoch in dem Filter polarisiertes Licht, das nach dem Durchqueren der Schleife beträchtlich depolarisiert werden kann, an dem Detektor mit beträchtlicher Leistung in der unerwünschten Polarisation ankommen. In einigen Fällen muß das Filterextinktionsverhältnis bis zu 100 bis 140 dB reichen, um diese Leistung auf akzeptable Werte zu reduzieren.However, if the extinction ratio of the polarization filter is not sufficiently high, polarized light in the filter can Light, which may be considerably depolarized after passing through the loop, may arrive at the detector with considerable power in the unwanted polarization. In some cases, the filter extinction ratio must be as high as 100 to 140 dB to reduce this power to acceptable levels.

Druckschriften, die den soeben beschriebenen Stand der Technik zeigen, sind in Selected Papers on Fiber Optic Gyroscopes, SPIE Milestone Series, Band MS8, S. 1-637 (1989), aufgeführt, wo sich eine Vielzahl von Originalaufsätzen über die Konstruktion, die Entwicklung und die Fertigung von Faseroptikgyroskopen findet.Publications that demonstrate the state of the art just described are listed in Selected Papers on Fiber Optic Gyroscopes, SPIE Milestone Series, Volume MS8, pp. 1-637 (1989), which contains a large number of original articles on the design, development and manufacture of fiber optic gyroscopes.

Die US-A-4 547 262 beschreibt einen Protonenaustauschprozeß zum Bilden eines Lichtwellenleiters und von Komponenten in einem optischen Substrat, das aus Lithiumtantalat besteht. Der beschriebene Prozeß beschränkt sich jedoch auf die Bildung von "passiven" optischen Komponenten.US-A-4 547 262 describes a proton exchange process for forming an optical waveguide and components in an optical substrate made of lithium tantalate. The process described is, however, limited to the formation of "passive" optical components.

Bislang fehlt im Stand der Technik ein Protonenaustauschprozeß, der die Bildung von "aktiven" optischen Komponenten gestattet, wobei sich "aktiv" auf Komponenten bezieht, die gemäß dem gut bekannten elektrooptischen Effekt arbeiten. Beispiele von solchen "aktiven" Vorrichtungen umfassen optische Modulatoren, welche den lokalen Brechungsindex des Wellenleiters auf ein angelegtes elektrisches Feld hin verändern, wodurch die Phase des optischen Signals verändert wird, das in der Nähe desselben vorbeigeht.To date, the prior art lacks a proton exchange process that allows the formation of "active" optical components, where "active" refers to components that operate according to the well-known electro-optic effect. Examples of such "active" devices include optical modulators that change the local refractive index of the waveguide in response to an applied electric field, thereby changing the phase of the optical signal passing near it.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Faseroptikgyro(FOG)-System zu schaffen, das ein hohes Polarisationsextinktionsverhältnis hat.The aim of the present invention is to provide a fiber optic gyro (FOG) system having a high polarization extinction ratio.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung schafft diese ein Faseroptikgyro(FOG) -System, mit:According to one aspect of the invention, there is provided a fiber optic gyro (FOG) system, with:

einer Quelleneinrichtung zum Liefern eines Quellenlichtstrahls; einer Interferometerschleifeneinrichtung mit Lichtleitfaserwellenleitern zum gegenläufigen Zirkulieren von zwei Lichtstrahlen in phasierter Verschiebung um eine drehende Schleife, wobei die phasierte Verschiebung eine differentielle Phase ergibt, deren Größe zu der Drehgeschwindigkeit der Schleife proportional ist;source means for providing a source light beam; interferometer loop means comprising optical fiber waveguides for counter-circulating two light beams in phased shift around a rotating loop, the phased shift providing a differential phase whose magnitude is proportional to the rotational speed of the loop;

einer integrierten optischen Schaltungs (IOC)-Einrichtung, die eine Wellenleitermatrix hat, welche auf einer Hauptoberfläche eines Substrats aus Brechungsmaterial angeordnet ist, wobei die Wellenleiteranordnung eine Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung und zwei Schleifenleiterabschnitte aufweist, wobei die Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung vorgesehen ist zum Zerlegen des Quellenlichtstrahls in die beiden Lichtstrahlen zum gegenläufigen Zirkulieren durch die Schleifenleiterabschnitte und die interferometrische Schleife und zum Kombinieren der phasenverschobenen Lichtstrahlen, die aus der Schleife zurückgeleitet werden, zu einem Interferenzsignal, das die Größe der differentiellen Phase darstellt;an integrated optical circuit (IOC) device having a waveguide array disposed on a major surface of a substrate of refractive material, the waveguide array comprising a beam splitter/combiner device and two loop guide sections, the beam splitter/combiner device being arranged to split the source light beam into the two light beams for counter-circulating through the loop guide sections and the interferometric loop and to combine the phase-shifted light beams returned from the loop into an interference signal representing the magnitude of the differential phase;

einer Detektoreinrichtung, die auf das Interferenzsignal hin eine Signaldarstellung der Größe der differentiellen Phase liefert; unda detector device which, in response to the interference signal, provides a signal representation of the magnitude of the differential phase; and

einer Einrichtung zum Koppeln des Quellenlichtstrahls mit der IOC-Einrichtung und zum Koppeln des Interferenzsignals aus der IOC mit der Detektoreinrichtung;means for coupling the source light beam to the IOC means and for coupling the interference signal from the IOC to the detector means;

dadurch gekennzeichnet,characterized,

daß die IOC-Einrichtung weiter eine Modulatoreinrichtung aufweist, die auf der Hauptoberfläche angeordnet ist, zum elektrooptischen Modulieren der Phase jedes der beiden Lichtstrahlen; undthat the IOC device further comprises a modulator device arranged on the main surface for electro-optically modulating the phase of each of the two light beams; and

daß die Wellenleiteranordnung in der Hauptoberfläche durch einen zweistufigen Protonenaustausch (TSPE) - Prozeß gebildet wird, der folgende Schritte beinhaltet:that the waveguide arrangement in the main surface is formed by a two-stage proton exchange (TSPE) process which includes the following steps:

Eintauchen des Substrats für eine Zeitspanne von zwei bis sechzig Minuten in ein Benzoesäurebad bei einer Temperatur von 150 ºC bis 250 ºC;Immersing the substrate in a benzoic acid bath at a temperature of 150 ºC to 250 ºC for a period of two to sixty minutes;

Entnehmen des Substrats aus dem Bad im Anschluß an den Schritt des Eintauchens; undRemoving the substrate from the bath following the immersion step; and

Glühen des Substrats für eine Zeitspanne von einer bis fünf Stunden bei einer Temperatur von 300 ºC bis 400 ºC.Annealing the substrate for a period of one to five hours at a temperature of 300 ºC to 400 ºC.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung schafft diese eine integrierte optische Schaltung (IOC) zur Verwendung in einem Faseroptikgyro(FOG)-System, das eine Lichtquelle hat zum Liefern eines Quellenlichtstrahls; eine interferometrische Schleife zum gegenläufigen Zirkulieren von zwei Lichtstrahlen um die Schleife mit einer differentiellen Phase, die zu einer Drehgeschwindigkeit der Schleife proportional ist; eine Detektorschaltungsanordnung zum Erfassen der Größe der differentiellen Phase durch Abfühlen der Größe eines Interferenzsignals, das aus der Kombination der gegenläufig zirkulierenden Lichtstrahlen resultiert; und eine Signalkopplungsschaltungsanordnung, um den Quellenlichtstrahl aus der Lichtquelle der IOC darzubieten und das Interferenzsignal aus der IOC an die Detektorschaltungsanordnung anzulegen; wobei die integrierte optische Schaltung (IOC) umfaßt ein Brechungsmaterialsubstrat, das eine Hauptoberfläche (54) hat; undAccording to a second aspect of the invention there is provided an integrated optical circuit (IOC) for use in a fiber optic gyro (FOG) system having a light source for providing a source light beam; an interferometric loop for counter-circulating two light beams around the loop with a differential phase proportional to a rotational speed of the loop; detector circuitry for detecting the magnitude of the differential phase by sensing the magnitude of an interference signal resulting from the combination of the counter-circulating light beams; and signal coupling circuitry for presenting the source light beam from the light source to the IOC and applying the interference signal from the IOC to the detector circuitry; the integrated optical circuit (IOC) comprising a refractive material substrate having a major surface (54); and

eine Wellenleiteranordnungseinrichtung, die mit der Signalkopplungsschaltungsanordnung verbunden ist und eine Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung sowie zwei Schleifenleiterabschnitte aufweist, wobei die Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung vorgesehen ist zum Zerlegen des Quellenlichtstrahls in zwei Lichtstrahlen zum gegenläufigen Zirkulieren durch die Schleifenleiterabschnitte und die interferometrische Schleife und zum Kombinieren der gegenläuf ig zirkulierten Lichtstrahlen aus der Schleife zu einem Interferenzsignal, das die Größe der differentiellen Phase darstellt, dadurch gekennzeichnet,a waveguide arrangement means connected to the signal coupling circuitry and comprising a beam splitter/combiner means and two loop conductor sections, the beam splitter/combiner means being arranged to split the source light beam into two light beams for counter-circulating through the loop conductor sections and the interferometric loop and to combine the counter-circulating light beams from the loop into an interference signal representing the magnitude of the differential phase, characterized in that

daß die IOC weiter eine Modulatoreinrichtung hat, die auf der Hauptoberfläche neben den Schleifenleiterabschnitten angeordnet ist, um die Phase jedes der beiden Lichtstrahlen elektrooptisch zu modulieren; undthat the IOC further comprises a modulator device arranged on the main surface adjacent to the loop conductor sections for electro-optically modulating the phase of each of the two light beams; and

daß die Wellenleiteranordnung in der Hauptoberfläche (54) durch einen zweistuf igen Protonenaustausch (TSPE) - Prozeß gebildet ist, welcher die Schritte beinhaltet:that the waveguide arrangement in the main surface (54) is formed by a two-stage proton exchange (TSPE) process which includes the steps:

Eintauchen des Substrats für eine Zeitspanne von zwei bis sechzig Minuten in ein Benzoesäurebad bei einer Temperatur von 150 ºC bis 250 ºC;Immersing the substrate in a benzoic acid bath at a temperature of 150 ºC to 250 ºC for a period of two to sixty minutes;

Entnehmen des Substrats aus dem Bad im Anschluß an den Schritt des Eintauchens; undRemoving the substrate from the bath following the immersion step; and

Glühen des Substrats für eine Zeitspanne von einer bis fünf Stunden bei einer Temperatur von 300 ºC bis 400 ºC.Annealing the substrate for a period of one to five hours at a temperature of 300 ºC to 400 ºC.

Weiter kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Substratmaterial LiNbO&sub3; oder LiTaO&sub3; sein. Ferner hat gemäß der vorliegenden Erfindung das Substratmaterial eine X-Schnitt- Orientierung.Further, according to the present invention, the substrate material may be LiNbO₃ or LiTaO₃. Further, according to the present invention, the substrate material has an X-cut orientation.

Weiter enthält gemäß der vorliegenden Erfindung die IOC einen Strahlzerleger zum Aufteilen des einfallenden Lichtstrahls in zwei gegenläuf ig zirkulierende Strahlen, die der Fühlschleife dargeboten werden, und integrierte optische (10) Elemente zum Phasenmodulieren der gegenläufig zirkulierenden Strahlen. Weiter umfaßt gemäß der Erfindung der Strahlzerleger eine symmetrische Y-Verzweigung. Weiter umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung der Strahlzerleger einen Richtkoppler.Further according to the present invention, the IOC includes a beam splitter for splitting the incident light beam into two counter-circulating beams presented to the sensing loop and integrated optical (10) elements for phase modulating the counter-circulating beams. Further according to the invention, the beam splitter includes a symmetrical Y-junction. Further according to the present invention, the beam splitter includes a directional coupler.

Das FOG-System nach der vorliegenden Erfindung benutzt protonenausgetauschte (PE) Wellenleiterstrukturen entweder in LiNbO&sub3; oder in LiTaO&sub3;, um eine IOC herzustellen, die einen hohen Grad an Polarisationskontrolle hat. Die IOC enthält einen Strahlzerleger wie z.B. eine symmetrische Y-Verzweigung oder einen Richtkoppler, Phasenmodulatoren und Einmoden-Eingang/Ausgang-Wellenleiter. Die Wellenleiter ergeben Polarisationsextinktionsverhältnisse von mehr als 55 dB.The FOG system of the present invention uses proton exchanged (PE) waveguide structures in either LiNbO3 or LiTaO3 to produce an IOC that has a high degree of polarization control. The IOC contains a beam splitter such as a symmetric Y-junction or directional coupler, phase modulators, and single-mode input/output waveguides. The waveguides provide polarization extinction ratios of greater than 55 dB.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden ausführlichen Beschreibung einer besten Ausführungsform derselben, wie sie in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, deutlicher werden.These and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent in light of the following detailed description of a best mode embodiment thereof, as shown in the attached drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer FOG-IOC- Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung; undFig. 1 is a perspective view of a FOG-IOC embodiment according to the present invention; and

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines FOG-Systems, in welchem die IOC-Ausführungsform nach Fig. 1 benutzt werden kann.Fig. 2 is a schematic representation of a FOG system in which the IOC embodiment of Fig. 1 can be used.

Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention

Gemäß der Darstellung in Fig. 2, auf die zuerst Bezug genommen wird, enthält in der besten Ausführungsform eines FOG-Systems 10 nach der vorliegenden Erfindung das FOG-System eine IOC 12, die mehrere kritische FOG-Optikfunktionen auf einem einzelnen Chip mit kleinem Substrat integriert. Das Vorsehen der IOC-Optikelemente, die in Fig. 2 gezeigt sind, ergibt, wie im folgenden ausführlich beschrieben, ein FOG-System mit "reziproker Konfiguration". Diese gewährleistet, daß nur "nichtreziproke" Effekte wie die Drehung und zeitveränderliche Ausbreitungsparameter die differentielle Phase zwischen den gegenläufig zirkulierenden Lichtstrahlen beeinflussen.Referring first to Fig. 2, in the best mode embodiment of a FOG system 10 according to the present invention, the FOG system includes an IOC 12 that integrates several critical FOG optics functions on a single small substrate chip. The provision of the IOC optics shown in Fig. 2 results in a "reciprocal configuration" FOG system, as described in detail below. This ensures that only "non-reciprocal" effects such as rotation and time-varying propagation parameters affect the differential phase between the counter-circulating light beams.

Zusätzlich zu der IOC 12 enthält das System 10 eine Lichtquelle 14, eine Lichtdetektorschaltungsanordnung 16, eine Ausgangsanzapfung 18 (die ein Richtkoppler oder ein Strahlzerleger sein kann), eine Faseroptikfühlspule 20 und eine Steuerschaltungsanordnung 22. In dem Fall von Hochleistungs-FOG-Fällen kann die Lichtquelle eine Superlumineszenz (Halbleiter-Diode) (SLD) aufweisen. Die SLD ergibt einen Lichtstrahl mit breitem Spektrum und kurzer Kohärenzlänge (weniger als 100 Mikrometer). In FOG-Anwendungsfällen mit geringerer Leistung kann eine weniger teuere Laserdiode benutzt werden. Die Quelle gibt den kohärenten Lichtstrahl über eine Ausgangsfaser 24 an die Anzapfung 18 ab.In addition to the IOC 12, the system 10 includes a light source 14, light detector circuitry 16, an output tap 18 (which may be a directional coupler or a beam splitter), a fiber optic sensing coil 20, and control circuitry 22. In the case of high power FOG applications, the light source may comprise a superluminescent (semiconductor diode) (SLD). The SLD yields a broad spectrum, short coherence length (less than 100 microns) light beam. In FOG applications with lower power, a less expensive laser diode can be used. The source delivers the coherent light beam to the tap 18 via an output fiber 24.

Die Anzapfung überträgt einen Hauptteil des einfallenden Quellenstrahls, etwa 50%, über einen Einmodenfaseroptikleiter 26 zu der IOC 12. Die Detektorschaltungsanordnung, die mit dem Faseroptikleiter 26 verbunden ist, kann ein bekanntes PIN-Diode-Transimpedanzverstärker-Detektorsystem enthalten.The tap transmits a major portion of the incident source beam, approximately 50%, to the IOC 12 via a single mode fiber optic conductor 26. The detector circuitry connected to the fiber optic conductor 26 may include a well-known PIN diode transimpedance amplifier detector system.

Der Quellenstrahl, der an der IOC einfällt, wird durch ein Einzelpolarisationsfilter 30 und ein Einmodenfilter 32 gefiltert, die auf dem "gemeinsamen Weg" in Form des Wellenleiterabschnitts 33 in der IOC angeordnet sind. Das ist der Wellenleiterabschnitt, der sowohl den einfallenden Quellenstrahl zu der Fühlschleife als auch das Interferenzsignal aus der Schleife zu der Detektorschaltungsanordnung leitet. Das Polarisationsfilter dämpft die unerwünschte Polarisationsmode. Im Idealfall ist das Extinktionsverhältnis (das Verhältnis der Ausgangsleistung in der gewünschten Polarisationsmode dividiert durch die Ausgangsleistung in der unerwünschten Polarisationsmode) so groß wie möglich, z.B. in dem Bereich von 100 bis 120 dB.The source beam incident on the IOC is filtered by a single polarization filter 30 and a single mode filter 32 located on the "common path" in the form of the waveguide section 33 in the IOC. This is the waveguide section that guides both the incident source beam to the sensing loop and the interference signal from the loop to the detector circuitry. The polarization filter attenuates the unwanted polarization mode. Ideally, the extinction ratio (the ratio of the output power in the desired polarization mode divided by the output power in the unwanted polarization mode) is as large as possible, e.g. in the range of 100 to 120 dB.

Die Polarisationsfilter, die in bekannten FOGs benutzt werden, umfassen üblicherweise: Volumenoptikpolarisatoren (wie z.B. ein Glan-Thompson-Prisma), Lichtwellenleiterpolarisatoren oder Dünnfilmpolarisatoren auf titandiffundierten LiNbO&sub3;-IOCs. Die Volumenpolarisatoren haben Extinktionsverhältnisse von bis zu 60 dB, bereiten aber Schwierigkeiten beim Verbinden mit optischen Fasern und Wellenleitern, die anderswo in dem FOG benutzt werden. Der andere Typ von bekannten Polarisatoren hat üblicherweise Extinktionsverhältnisse von kleiner als 60 dB. In der protonenausgetauschten (PE) FOG-IOC nach der vorliegenden Erfindung enthält der Polarisator die gesamte PE-Wellenleitermatrix, die auf der IOC angeordnet ist, was Extinktionsverhältnisse von größer als 60 dB ergibt, und er läßt sich leicht mit angeschlossenen Lichtwellenleitern verbinden.The polarization filters used in known FOGs typically include: bulk optical polarizers (such as a Glan-Thompson prism), optical waveguide polarizers, or thin film polarizers on titanium diffused LiNbO3 IOCs. The bulk polarizers have extinction ratios of up to 60 dB, but present difficulties in connecting to optical fibers and waveguides used elsewhere in the FOG. The other type of known polarizers typically have extinction ratios of less than 60 dB. In the proton exchanged (PE) FOG IOC of the present invention, the polarizer contains the entire PE waveguide matrix disposed on the IOC, which allows extinction ratios of greater than than 60 dB and can be easily connected to attached fiber optic cables.

Der polarisierte Ausgangsstrahl aus dem Filter 30 wird einem Einmodenfilter 32 dargeboten, das ein Segment des Einmodenwellenleitersystems auf der IOC umfassen kann. Die Modenfilterung, die durch das Filter 32 erfolgt, kann durch die des Einmodenleiters 26 ergänzt werden.The polarized output beam from filter 30 is presented to a single-mode filter 32, which may comprise a segment of the single-mode waveguide system on the IOC. The mode filtering provided by filter 32 may be supplemented by that of single-mode guide 26.

Das optische Einzelpolarisations-, Einzelraummodensignal aus dem Filter 32 wird an einen Strahlzerleger/Kombinierer 34 angelegt, bei dem es sich um eine Y-Verzweigung oder um einen 3 dB-Richtkoppler handeln kann, der das gefilterte Quellenlicht gleichmäßig auf zwei Strahlen aufteilt, die zu den Wellenleiterabschnitten 35 bzw. 36 der Fühlschleife geleitet werden. Der Leiterabschnitt 35 koppelt den ersten Strahl über einen Dithermodulator 37, und der Abschnitt 36 leitet den zweiten Strahl über einen Serrodynmodulator 38 in entgegengesetzte Enden 40 bzw. 42 der Faserfühlspule 20. Die Strahlen breiten sich in entgegengesetzten Richtungen durch die Spule als erster und zweiter, gegenläufig zirkulierender Strahl aus und werden aus der Schleife über den entgegengesetzten Phasenmodulator zu dem Zerleger/Kombinierer 34 zurückgeleitet. Nach der Rekombination bewirkt die Sagnac-Differenzphase, die durch Drehung der Schleife erzeugt wird, daß die gegenläuf ig zirkulierenden Strahlen ein Interferenzsignal erzeugen. Das Interferenzsignal wird dann über den gemeinsamen Wegleiter 33 durch das Modenfilter und den Polarisator zu der Detektorschaltungsanordnung 16 über die Ausgangsanzapfung 18 rückgekoppelt.The single polarization, single spatial mode optical signal from filter 32 is applied to a beam splitter/combiner 34, which may be a Y-junction or a 3 dB directional coupler, which equally splits the filtered source light into two beams which are directed to waveguide sections 35 and 36, respectively, of the sensing loop. The guide section 35 couples the first beam through a dither modulator 37, and section 36 directs the second beam through a serrodyne modulator 38 into opposite ends 40 and 42, respectively, of the fiber sensing coil 20. The beams propagate in opposite directions through the coil as first and second counter-circulating beams and are returned from the loop to the splitter/combiner 34 through the opposite phase modulator. After recombination, the Sagnac difference phase created by rotation of the loop causes the counter-circulating beams to produce an interference signal. The interference signal is then fed back via the common path guide 33, through the mode filter and polarizer to the detector circuitry 16 via the output tap 18.

Jeder Strahl wird durch jeden Modulator während der Bewegung durch die Schleife zweimal moduliert; beim Eintritt und wieder beim Austritt. Der Dithermodulator 37 erzeugt eine Phasenmodulation jedes Strahls, um so das Dither der differentiellen Phase hervorzurufen. Das Dither verbessert die Meßempfindlichkeit, indem es eine Wechselstromerfassung des Wertes der differentiellen Phase gestattet. Das Dither ist auf einem Maximum, wenn die Modulationsfrequenz gleich der Eigenfrequenz der Faserfühlspule ist.Each beam is modulated twice by each modulator as it moves through the loop; on entry and again on exit. The dither modulator 37 phase modulates each beam to produce the differential phase dither. The dither improves the measurement sensitivity by allowing an AC detection of the differential phase value. The dither is at a maximum when the modulation frequency is equal to the natural frequency of the fiber sensing coil.

Der Serrodynmodulator 38 nimmt eine Linearanstiegsphasenmodulation jedes Strahls vor. Wenn die Scheitelanstiegsamplitude 2 π rad ist und der Rücklauf, der sich an jedes Anstiegssegment anschließt, im wesentlichen augenblicklich erfolgt, erzeugt die Serrodynmodulation, die auf die entgegengesetzt gerichteten Strahlen wegen der optischen Verzögerung in der Spule zu etwas unterschiedlichen Zeiten einwirkt, eine effektiv konstante Vorspannung für die differentielle Phase. Die Vorspannung kann durch eine Servoschleife innerhalb der Steuerschaltungsanordnung 22 so gesteuert werden, daß sie zu der Sagnac-Phasendifferenz ständig entgegengesetzt ist, wodurch die Phasendifferenz zu null gemacht wird, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Serrodyn-Anstiegsfreguenz stellt dann ein Kreiselausgangssignal dar, das zu der Schleifendrehgeschwindigkeit proportional ist.The serrodyne modulator 38 provides a linear ramp phase modulation of each beam. If the peak ramp amplitude is 2 π radians and the flyback following each ramp segment is essentially instantaneous, the serrodyne modulation acting on the oppositely directed beams at slightly different times due to the optical delay in the coil produces an effectively constant differential phase bias. The bias can be controlled by a servo loop within the control circuitry 22 to be constantly opposite to the Sagnac phase difference, thereby making the phase difference zero, as is known in the art. The serrodyne ramp frequency then represents a gyro output signal that is proportional to the loop rotation speed.

Bei der vorliegenden Erfindung sind alle Elemente des FOG- Systems mit Ausnahme der Lichtquelle 14, des Detektors 16, der Anzapfung 18 und der Fühlspule 20 auf einem einzelnen IOC-Substrat integriert. Bei zukünftigen Ausführungsformen kann auch die Anzapfung 18 der IOC hinzugefügt werden. Das bietet eine Anzahl von Vorteilen. Erstens, die IOC kann in Massenfertigung unter Verwendung einer Technologie hergestellt werden, die der gleicht, welche bei der Halbleiterfertigung benutzt wird. Das macht die FOG-IOC weniger teuer als die diskreten Bauelemente, die sie ersetzt. Zweitens, bei Phasenmodulator(37, 38)-Frequenzen, die sich möglicherweise bis in den Gigahertzbereich erstrecken, sind die großen Bandbreitenmöglichkeiten von 10-Vorrichtungen vorteilhaft. Am wichtigsten ist, daß die hohe Doppelbrechung von protonenausgetauschten Wellenleitern und ihr Eigenvermögen, nur eine Polarisation zu leiten, die Eingangspolarisationen in der IOC bewahrt. Das gilt selbst für Komponenten wie Strahlzerleger, welche in dieser Hinsicht schlecht arbeiten, wenn sie in Faseroptikform hergestellt werden.In the present invention, all elements of the FOG system except the light source 14, detector 16, tap 18 and sensing coil 20 are integrated on a single IOC substrate. In future embodiments, tap 18 may also be added to the IOC. This offers a number of advantages. First, the IOC can be mass-produced using technology similar to that used in semiconductor fabrication. This makes the FOG IOC less expensive than the discrete devices it replaces. Second, at phase modulator (37, 38) frequencies potentially extending into the gigahertz range, the wide bandwidth capabilities of 10 devices are advantageous. Most importantly, the high birefringence of proton-exchanged waveguides and their inherent ability to guide only one polarization preserves the input polarizations in the IOC. This is true even for components such as beam splitters, which are poorly designed in this respect. work when manufactured in fiber optic form.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer IOC 50 nach der vorliegenden Erfindung. Um Bezug zu der schematischen Darstellung der IOC nach Fig. 2 herzustellen, ist die IOC mit denselben Faserleiteranschlüssen (26 an dem Eingangsende und 40, 42 an dem Fühlspulenende) wie in Fig. 2 gezeigt. Die IOC enthält ein Substrat 52 aus kristallinem Material, das eine Hauptoberfläche 54 zum Aufnehmen der integrierten optischen Elemente hat. Das Substrat hat Faseroptikanpaßenden 56, 58.Fig. 1 is a perspective view of an IOC 50 in accordance with the present invention. To refer to the schematic view of the IOC of Fig. 2, the IOC is shown with the same fiber optic connectors (26 at the input end and 40, 42 at the sense coil end) as in Fig. 2. The IOC includes a substrate 52 of crystalline material having a major surface 54 for receiving the integrated optical elements. The substrate has fiber optic mating ends 56, 58.

Das Substratmaterial ist vorzugsweise ein X-Schnitt-Kristall; entweder LiNbO&sub3; oder LiTaO&sub3;. Ein Z-Schnitt- und ein Y-Schnitt-Kristall (in dieser Reihenfolge) kann ebenfalls benutzt werden. Das Substrat nach Fig. 1 ist ein X-Schnitt- Kristall mit einem außerordentlichen Brechungsindex längs der Z-Achse.The substrate material is preferably an X-cut crystal; either LiNbO₃ or LiTaO₃. A Z-cut and a Y-cut crystal (in that order) may also be used. The substrate of Fig. 1 is an X-cut crystal with an extraordinary refractive index along the Z axis.

Die 10-Elemente, die auf der Oberfläche 54 angeordnet sind, umfassen die Wellenleitermatrix, die den gemeinsamen Wegleiterabschnitt 33, den Y-Verzweigung-Zerleger 34 und die Schleifenleiterabschnitte 35, 36 aufweist. Die Wellenleitermatrix wird, wie im folgenden ausführlich beschrieben, durch Protonenaustausch hergestellt. Infolgedessen ist die Matrix an sich ein Einmoden-, Einzelpolarisationssystem. Es besteht kein Bedarf an separaten, d.h. diskreten Raummoden- und Polarisationsfiltern 30, 32 wie in Fig. 2.The 10-elements arranged on the surface 54 comprise the waveguide matrix which has the common path guide section 33, the Y-branch splitter 34 and the loop guide sections 35, 36. The waveguide matrix is fabricated by proton exchange as described in detail below. As a result, the matrix itself is a single-mode, single-polarization system. There is no need for separate, i.e. discrete, spatial mode and polarization filters 30, 32 as in Fig. 2.

Weitere 10-Elemente umfassen die Elektroden 37a, 37b für den Dithermodulator 37 und 38a, 38b für den Serrodynmodulator 38. Die paarigen Elektroden sind symmetrisch um die zugeordneten Schleifenleiterabschnitte 35, 36 angeordnet.Further 10 elements comprise the electrodes 37a, 37b for the dither modulator 37 and 38a, 38b for the serrodyne modulator 38. The paired electrodes are arranged symmetrically around the associated loop conductor sections 35, 36.

Die FOG-IOC kann unter Verwendung des in zwei Schritten ausgeführten Protonenaustausch (TSPE) - Prozesses hergestellt werden, der in der US-A-4 984 861 von Suchoski et al beschrieben und beansprucht ist, betitelt: Low-Loss Proton Exchanaed Waveguides for Active Intearated Optic Devices, ausgegeben 15. Januar 1991.The FOG-IOC can be prepared using the two-step proton exchange (TSPE) process described and claimed in US-A-4 984 861 to Suchoski et al, entitled: Low-Loss Proton Exchanged Waveguides for Active Integrated Optic Devices, issued January 15, 1991.

Die Fertigung beginnt mit dem Auftragen einer Maskierschicht aus Aluminium (Al) oder Chrom (Cr) auf die Substratoberfläche 54. Die Maskierschicht wird gemustert und geätzt, um den Y-Verzweigung-Zerleger 34, den gemeinsamen Wegleiterabschnitt 33 und die Schleifenleiterabschnitte 35, 36 zu bilden. Die geätzte Maske beschränkt den Protonenaustausch auf den gemusterten Bereich. Die tatsächlichen Kanalmusterbreiten hängen von der gewählten Signalwellenlänge ab, reichen aber von 3 bis 10 Mikrometer.Fabrication begins with the deposition of a masking layer of aluminum (Al) or chromium (Cr) on the substrate surface 54. The masking layer is patterned and etched to form the Y-junction splitter 34, the common path conductor section 33, and the loop conductor sections 35, 36. The etched mask confines the proton exchange to the patterned area. The actual channel pattern widths depend on the signal wavelength chosen, but range from 3 to 10 microns.

Das Kristallsubstrat wird dann in ein konzentriertes Benzoesäurebad für zwei bis sechzig Minuten eingetaucht. Das Säurebad ist auf einer Temperatur von 150 ºC bis 250 ºC. Anschließend an das Bad wird der Kristall bei einer erhöhten Temperatur in dem Bereich von 300 ºC bis 400 ºC für eine Zeitspanne von einer bis fünf Stunden geglüht. Der exakte Satz von Verarbeitungsbedingungen ist von dem gewählten Substratmaterial (ob LiNbO&sub3; oder LiTaO&sub3;), der Wellenlänge, dem Kristallschnitt und den modalen Dispersionserfordernissen abhängig.The crystal substrate is then immersed in a concentrated benzoic acid bath for two to sixty minutes. The acid bath is at a temperature of 150ºC to 250ºC. Following the bath, the crystal is annealed at an elevated temperature in the range of 300ºC to 400ºC for a period of one to five hours. The exact set of processing conditions depends on the substrate material chosen (whether LiNbO₃ or LiTaO₃), the wavelength, the crystal cut, and the modal dispersion requirements.

Die Metallisierung für die paarigen Modulatorelektroden 37a, 37b und 38a, 38b wird aufgebracht und gemustert, indem photol ithographische Techniken und Elektrodenmaterial ien benutzt werden, die auf dem einschlägigen Gebiet bekannt sind. Elektrische Verbindungen (nicht gezeigt) können mit den externen elektronischen Systemen durch Drahtkontaktierung hergestellt werden.Metallization for the paired modulator electrodes 37a, 37b and 38a, 38b is deposited and patterned using photolithographic techniques and electrode materials known in the art. Electrical connections (not shown) can be made to the external electronic systems by wire bonding.

Durch den TSPE-Prozeß wird der außerordentliche Brechungsindex lokal erhöht (innerhalb der Wellenleiterkanäle), und der ordentliche Brechungsindex wird lokal verringert. Infolgedessen ist es bei der FOG-IOC mit X-Schnitt-Orientierung nach Fig. 1 nur möglich, eine geführte optische Mode, die längs der Z-Achse (der außerordentlichen Achse) polarisiert ist, zu stützen.The TSPE process locally increases the extraordinary refractive index (inside the waveguide channels) and locally decreases the ordinary refractive index. As a result, in the X-cut FOG-IOC shown in Fig. 1, it is only possible to guide a guided optical mode polarized along the Z-axis (the extraordinary axis). is to support.

Reflexionen an den beiden IOC-Schnittstellen mit der Fühlspule tragen zu FOG-Offset-Fehlern bei. Diese Reflexionen treten infolge einer Brechungsindexfehlanpassung zwischen den Faserleitern (32, 34) und den IOC-Anpaßwellenleiterabschnitten auf. Sie erzeugen starke Offset-Fehler, wenn die beiden IOC/Faser-Interferenzen gleichen Abstand (innerhalb der Lichtquellenkohärenzlänge) von dem Y-Verzweigung-Zerleger haben. Die Reflexionen können minimiert werden, indem die Faseranpaßenden 56, 58 der IOC um einen Winkel a abgewinkelt werden, wobei gilt α > 8º. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind in der bevorzugten Ausführungsform alle Stirnflächen der IOC mit einer typischen Neigung von α = 10º abgewinkelt.Reflections at the two IOC interfaces with the sense coil contribute to FOG offset errors. These reflections occur due to a refractive index mismatch between the fiber guides (32, 34) and the IOC matching waveguide sections. They produce large offset errors when the two IOC/fiber interferences are equidistant (within the light source coherence length) from the Y-branch splitter. The reflections can be minimized by angling the fiber matching ends 56, 58 of the IOC by an angle α, where α > 8º. As shown in Fig. 1, in the preferred embodiment all faces of the IOC are angled with a typical inclination of α = 10º.

Gemäß der obigen Beschreibung können weitere FOG-Systemelemente wie die Anzapfung 18 (Fig. 2) auf der IOC vorgesehen werden. Außerdem kann die vorliegende Protonenaustausch-IOC in Ringresonator-FOG-Systemen ebenso wie der hier beschriebene interferometrische Typ benutzt werden.As described above, additional FOG system elements such as tap 18 (Fig. 2) can be provided on the IOC. In addition, the present proton exchange IOC can be used in ring resonator FOG systems as well as the interferometric type described here.

Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf eine beste Ausführungsform derselben beschrieben worden, dem einschlägigen Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß die vorstehenden und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen hinsichtlich Form und Einzelheiten derselben vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich dieser Erfindung zu verlassen.While the invention has been described with reference to a best mode for carrying out the invention, it will be apparent to those skilled in the art that the foregoing and various other changes, omissions and additions in form and details thereof may be made without departing from the scope of this invention.

Claims (14)

1. Faseroptikgyro(FOG)-System (10), mit:1. Fiber optic gyro (FOG) system (10), comprising: einer Quelleneinrichtung (14) zum Liefern eines Quellenlichtstrahls;a source device (14) for providing a source light beam; einer Interferometerschleifeneinrichtung (20) mit Lichtleitfaserwellenleitern zum gegenläuf igen Zirkulieren von zwei Lichtstrahlen in phasierter Verschiebung um eine drehende Schleife (20), wobei die phasierte Verschiebung eine differentielle Phase ergibt, deren Größe zu der Drehgeschwindigkeit der Schleife (20) proportional ist;an interferometer loop device (20) with optical fiber waveguides for counter-rotating two light beams in phased shift around a rotating loop (20), the phased shift resulting in a differential phase whose magnitude is proportional to the rotational speed of the loop (20); einer integrierten optischen Schaltungs (IOC)-Einrichtung (12), die eine Wellenleitermatrix (33-36) hat, welche auf einer Hauptoberfläche (54) eines Substrats (52) aus Brechungsmaterial angeordnet ist, wobei die Wellenleiteranordnung (33-36) eine Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung (34) und zwei Schleifenleiterabschnitte (35, 36) aufweist, wobei die Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung (34) vorgesehen ist zum Zerlegen des Quellenlichtstrahls in die beiden Lichtstrahlen zum gegenläufigen Zirkulieren durch die Schleifenleiterabschnitte (35, 36) und die interferometrische Schleife (20) und zum Kombinieren der phasenverschobenen Lichtstrahlen, die aus der Schleife (20) zurückgeleitet werden, zu einem Interferenzsignal, das die Größe der differentiellen Phase darstellt;an integrated optical circuit (IOC) device (12) having a waveguide array (33-36) disposed on a major surface (54) of a substrate (52) of refracting material, the waveguide array (33-36) comprising a beam splitter/combiner device (34) and two loop conductor sections (35, 36), the beam splitter/combiner device (34) being arranged to splitter the source light beam into the two light beams for counter-circulating through the loop conductor sections (35, 36) and the interferometric loop (20) and to combine the phase-shifted light beams returned from the loop (20) into an interference signal representing the magnitude of the differential phase; einer Detektoreinrichtung (16), die auf das Interferenzsignal hin eine Signaldarstellung der Größe der differentiellen Phase liefert; unda detector device (16) which, in response to the interference signal, provides a signal representation of the magnitude of the differential phase; and einer Einrichtung (18) zum Koppeln des Quellenlichtstrahls mit der IOC-Einrichtung (12) und zum Koppeln des Interferenzsignals aus der IOC (12) mit der Detektoreinrichtung (16);means (18) for coupling the source light beam to the IOC means (12) and for coupling the interference signal from the IOC (12) to the detector means (16); dadurch gekennzeichnet,characterized, daß die IOC-Einrichtung (12) weiter eine Modulatoreinrichtung (37, 38) aufweist, die auf der Hauptoberfläche (54) angeordnet ist, zum elektrooptischen Modulieren der Phase jedes der beiden Lichtstrahlen; undthat the IOC device (12) further comprises a modulator device (37, 38) arranged on the main surface (54) for electro-optically modulating the phase each of the two light rays; and daß die Wellenleiteranordnung (33-36) in der Hauptoberfläche (54) durch einen zweistufigen Protonenaustausch (TSPE) - Prozeß gebildet wird, der folgende Schritte beinhaltet:that the waveguide arrangement (33-36) in the main surface (54) is formed by a two-stage proton exchange (TSPE) process, which includes the following steps: Eintauchen des Substrats (52) für eine Zeitspanne von zwei bis sechzig Minuten in ein Benzoesäurebad bei einer Temperatur von 150 ºC bis 250 ºC;Immersing the substrate (52) in a benzoic acid bath at a temperature of 150 ºC to 250 ºC for a period of two to sixty minutes; Entnehmen des Substrats (52) aus dem Bad im Anschluß an den Schritt des Eintauchens; undRemoving the substrate (52) from the bath following the immersion step; and Glühen des Substrats (52) für eine Zeitspanne von einer bis fünf Stunden bei einer Temperatur von 300 ºC bis 400 ºC.Annealing the substrate (52) for a period of one to five hours at a temperature of 300 ºC to 400 ºC. 2. System nach Anspruch 1, wobei das IOC-Substratmaterial LiNbO&sub3; umfaßt.2. The system of claim 1, wherein the IOC substrate material comprises LiNbO₃. 3. System nach Anspruch 1, wobei das IOC-Sübstratmaterial LiTaO&sub3; umfaßt.3. The system of claim 1, wherein the IOC substrate material comprises LiTaO₃. 4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Substratmaterial weiter X-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.4. The system of claim 2 or 3, wherein the substrate material further comprises X-cut crystal material. 5. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Substratmaterial weiter Z-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.5. The system of claim 2 or 3, wherein the substrate material further comprises Z-cut crystal material. 6. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Substratmaterial weiter Y-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.6. The system of claim 2 or 3, wherein the substrate material further comprises Y-cut crystal material. 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung eine symmetrische Y- Verzweigung umfaßt.7. A system according to any one of claims 1 to 6, wherein the steel splitter/combiner device comprises a symmetrical Y-junction. 8. Integrierte optische Schaltung (IOC) zur Verwendung in einem Faseroptikgyro(FOG)-System, das eine Lichtquelle (14) hat zum Liefern eines Quellenlichtstrahls; eine interferometrische Schleife (20) zum gegenläufigen Zirkulieren von zwei Lichtstrahlen um die Schleife (20) mit einer differentiellen Phase, die zu einer Drehgeschwindigkeit der Schleife (20) proportional ist; eine Detektorschaltungsanordnung (16) zum Erfassen der Größe der differentiellen Phase durch Abfühlen der Größe eines Interferenzsignals, das aus der Kombination der gegenläufig zirkulierenden Lichtstrahlen resultiert; und eine Signalkopplungsschaltungsanordnung (18), um den Quellenlichtstrahl aus der Lichtquelle (14) der IOC (12) darzubieten und das Interferenzsignal aus der IOC (12) an die Detektorschaltungsanordnung (16) anzulegen; wobei die integrierte optische Schaltung (IOC) umfaßt8. An integrated optical circuit (IOC) for use in a fiber optic gyro (FOG) system having a light source (14) for providing a source light beam; an interferometric loop (20) for counter-circulating two light beams around the loop (20) with a differential phase proportional to a rotational speed of the loop (20); detector circuitry (16) for detecting the magnitude of the differential phase by sensing the magnitude of an interference signal resulting from the combination of the counter-circulating light beams; and signal coupling circuitry (18) for presenting the source light beam from the light source (14) to the IOC (12) and applying the interference signal from the IOC (12) to the detector circuitry (16); wherein the integrated optical circuit (IOC) comprises ein Brechungsmaterialsubstrat (12), das eine Hauptoberfläche (54) hat; unda refractive material substrate (12) having a major surface (54); and eine Wellenleiteranordnungseinrichtung (33-36), die mit der Signalkopplungsschaltungsanordnung (18) verbunden ist und eine Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung (34) sowie zwei Schleifenleiterabschnitte (35, 36) aufweist, wobei die Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung (34) vorgesehen ist zum Zerlegen des Quellenlichtstrahls in zwei Lichtstrahlen zum gegenläuf igen Zirkulieren durch die Schleifenleiterabschnitte (35, 36) und die interferometrische Schleife (20) und zum Kombinieren der gegenläuf ig zirkulierten Lichtstrahlen aus der Schleife (20) zu einem Interferenzsignal, das die Größe der differentiellen Phase darstellt, dadurch gekennzeichnet,a waveguide arrangement device (33-36) connected to the signal coupling circuitry (18) and having a beam splitter/combiner device (34) and two loop conductor sections (35, 36), the beam splitter/combiner device (34) being arranged for splitting the source light beam into two light beams for counter-circulating through the loop conductor sections (35, 36) and the interferometric loop (20) and for combining the counter-circulating light beams from the loop (20) into an interference signal representing the magnitude of the differential phase, characterized in that daß die IOC (12) weiter eine Modulatoreinrichtung (37, 38) hat, die auf der Hauptoberfläche (54) neben den Schleifenleiterabschnitten (35, 36) angeordnet ist, um die Phase jedes der beiden Lichtstrahlen elektrooptisch zu modulieren; undthat the IOC (12) further comprises modulator means (37, 38) arranged on the main surface (54) adjacent the loop conductor sections (35, 36) for electro-optically modulating the phase of each of the two light beams; and daß die Wellenleiteranordnung (33, 36) in der Hauptoberfläche (54) durch einen zweistufigen Protonenaustausch (TSPE)- Prozeß gebildet ist, welcher die Schritte beinhaltet:that the waveguide arrangement (33, 36) in the main surface (54) is formed by a two-stage proton exchange (TSPE) process, which includes the steps: Eintauchen des Substrats (52) für eine Zeitspanne von zwei bis sechzig Minuten in ein Benzoesäurebad bei einer Temperatur von 150 ºC bis 250 ºC;Immersing the substrate (52) in a benzoic acid bath at a temperature of 150 ºC to 250 ºC for a period of two to sixty minutes; Entnehmen des Substrats (52) aus dem Bad im Anschluß an den Schritt des Eintauchens; undRemoving the substrate (52) from the bath following the immersion step; and Glühen des Substrats (52) für eine Zeitspanne von einer bis fünf Stunden bei einer Temperatur von 300 ºC bis 400 ºC.Annealing the substrate (52) for a period of one to five hours at a temperature of 300 ºC to 400 ºC. 9. System nach Anspruch 8, wobei das IOC-Substratmaterial LiNbO&sub3; umfaßt.9. The system of claim 8, wherein the IOC substrate material comprises LiNbO₃. 10. System nach Anspruch 8, wobei das IOC-Substrat LiTaO&sub3; umfaßt.10. The system of claim 8, wherein the IOC substrate comprises LiTaO₃. 11. System nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Sübstratmaterial weiter X-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.11. The system of claim 9 or 10, wherein the substrate material further comprises X-cut crystal material. 12. System nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Substratmaterial weiter Z-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.12. The system of claim 9 or 10, wherein the substrate material further comprises Z-cut crystal material. 13. System nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Substratmaterial weiter Y-Schnitt-Kristallmaterial umfaßt.13. The system of claim 9 or 10, wherein the substrate material further comprises Y-cut crystal material. 14. System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Strahl-Zerleger/Kombinierer-Einrichtung eine symmetrische Y-Verzweigung umfaßt.14. A system according to any one of claims 8 to 13, wherein the beam splitter/combiner means comprises a symmetrical Y-junction.
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