HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Faserkreisel, bei dem ein Uhrzeigersinn- und
ein Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahl zur Ausbreitung durch eine Lichtleitfaserspule gebracht
werden und ihre Phasendifferenz erfaßt wird, um dadurch eine an die Lichtleitfaserspule
angelegte Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse zu bestimmen.
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Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen optischen Faserkreisel. Licht aus einer Lichtquelle 11 durchläuft
einen Lichtleitfaserkoppler oder einen ähnlichen optischen Koppler 12 und tritt in einen
Polarisator 13 ein, in dem nur seine Komponente in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung extrahiert
wird. Das Licht aus dem Polarisator 13 wird von einem Lichtleitfaserkoppler oder einem
ähnlichen optischen Koppler in zwei Teile geteilt, von denen einer als ein Uhrzeigersinn-Strahl über
einen Depolarisator 15 an ein Ende einer Monomodenlichtleitfaserspule 16 geliefert und der
andere als Gegenuhrzeigersinn-Strahl über einen optischen Phasenmodulator 17 an das andere
Ende der Lichtleitfaserspule 16 geliefert wird. Der Uhrzeigersinn- und der Gegenuhrzeigersinn
Strahl kehren nach Ausbreitung durch die Lichtleitfaserspule 16 zum optischen Koppler 14
zurück, in dem sie kombiniert werden, um miteinander zu interferieren. Das resultierende
Interferenzlicht wird an den Polarisator 13 geliefert, in dem nur seine Komponente in einer
vorbestimmten Polarisationsrichtung extrahiert wird. Das Licht, das auf diese Weise den
Polarisator 13 durchlaufen hat, wird vom optischen Koppler 12 in einen Photodetektor 18 zur
Umwandlung in ein elektrisches Signal entsprechend der Intensität des lnterferenzlichts
verzweigt. Ein periodisches Funktionssignal aus einem Modulationssignalgenerator 19,
beispielsweise ein Sinuswellensignal, wird an den optischen Phasenmodulator 17 angelegt, um ihn zu
steuern bzw. zu treiben und in dem das ihn durchlaufende Licht phasenmoduliert wird. Das
Ausgangssignal des Photodetektors 18 wird an einen Synchrondetektor 21 geliefert, in dem es
synchron von einem Referenzsignal aus dem Modulationssignalgenerator 19 erfaßt wird, und das
erfaßte Ausgangssignal wird an einen Ausgangsanschluß 22 geliefert.
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Ohne an die Lichtleitfaserspule 16 angelegte Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse existiert
keine Phasendifferenz zwischen dem Uhrzeigersinn- und dem Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahl, die
sich durch die Lichtleitfaserspule 16 ausgebreitet haben, und auch das Ausgangssignal des
Synchrondetektors 21 ist 0. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit an die Lichtleitfaserspule 16 um
ihre Achse angelegt wird, wird die Phasendifferenz entsprechend der Winkelgeschwindigkeit
zwischen dem Uhrzeigersinn- und dem Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahl eingeführt, und der
Synchrondetektor 21 liefert an einem Ausgangsanschluß 22 ein Ausgangssignal mit einer
Polarität und einem Pegel entsprechend der Richtung und dem Betrag der angelegten
Winkelgeschwindigkeit, wodurch eine Erfassung der angelegten winkelgeschwindigkeit ermöglicht wird.
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Auf diese Weise soll der optische Faserkreisel die Phasendifferenz zwischen dem
Uhrzeigersinnund dem Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahl erfassen. In dem Fall, in dem der Depolarisator 15 nicht
vorgesehen ist, erfährt der Polarisationszustand des eingespeisten linear polarisierten Lichts eine
Veränderung während der Ausbreitung durch die Lichtleitfaserspule 16, wodurch eine dazu
senkrecht polarisierte Komponente erzeugt wird. Da die Lichtleitfaserspule 16 aufgrund ihrer
Biegung ein wenig doppelbrechend ist, breiten sich Lichtstrahlen mit senkrecht zueinander
polarisierten Komponenten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Lichtleitfaserspule
16 aus. Wenn die eine polarisierte Komponente des Uhrzeigersinn-Lichtstrahls und die andere
polarisierte Komponente des Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahls, die vom optischen Koppler 14
kombiniert werden, miteinander interferieren, kann demzufolge die Phasendifferenz zwischen
dem Uhrzeigersinn- und dem Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahl nicht korrekt erfaßt werden.
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Um dies zu vermeiden, ist es gängige Praxis im Stand der Technik, den Depolarisator 15
vorzusehen, wodurch die eine polarisierte Komponente und die dazu senkrechte andere
polarisierte Komponente mit gleicher Intensität gebildet, mit einem großen Phasenabstand versehen
und unkorreliert bzw. inkohärent zueinander (d.h. nicht-polarisiert relativ zueinander) gemacht
is werden, wodurch vermieden wird, daß die eine polarisierte Komponente des Uhrzeigersinn-
Lichtstrahls und die andere polarisierte Komponente des Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahls
miteinander interferieren.
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Der Depolarisator 15 ist gewöhnlich ein LYOT-artiger Faserdepolarisator (beispielsweise K. Bohm,
et al., IEEE col. LT-1, Nr. 1, März 1983, Seite 71):. Der Depolarisator wird hergestellt, indem
zwei Konstantpolarisationslichtleitfasern (die Polarisationsebene erhaltende Lichtleitfasern, d.h.
doppelbrechende Lichtleitfasern) gespleißt werden, wobei die Hauptachsen in ihrer diametralen
Richtung unter 45º relativ zueinander gehalten sind.
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Es wurde auch ein optischer Faserkreisel desjenigen Typs vorgeschlagen, der unter Vermeidung
des Depolarisators 15 eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser als die Lichtleitfaserspule 16
verwendet. In diesem Fall wird der Polarisationszustand sowohl des Uhrzeigersinn- als auch des
Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahls, die sich durch die Lichtleitfaserspule 16 ausbreiten, stabil
gehalten, weshalb die Kreiselfunktionen stabil bleiben. Die polarisationserhaltende Lichtleitfaser
weist zwei Niederschmelzpunkt-Zugspannungskerne auf, die längs des Faserkerns an dessen
beiden Seiten parallel neben, jedoch von ihm beabstandet, angeordnet sind. Bei einer
Zugspannung, die an den Faserkern in der durch die zwei Zugspannungskerne verlaufenden Richtung
seines Durchmessers angelegt wird, entwickelt die Lichtleitfaser eine doppelbrechende
Eigenschaft insofern, als sich ihr Brechungsindex in der vorgenannten Richtung des Durchmessers des
Faserkerns von demjenigen in der dazu senkrechten Richtung seines Durchmessers
unterscheidet. Die polarisationserhaltende Lichtleitfaser ist so teuer, daß die Kosten der Lichtleitfaserspule
16 ca. 50 Prozent der Gesamtkosten des optischen Faserkreisels ausmachen.
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Im Fall der Verwendung der Monomodenlichtleitfaser als der Lichtleitfaserspule 16 ist der
optische Faserkreisel nicht so teuer, seine Herstellung ist jedoch zeit- und arbeitsaufwendig, da
der Depolarisator 15 in diesem Fall verwendet wird. Das heißt, der Depolarisator wird durch
Schmelzspleißen zweier polarisationserhaltender Lichtleitfasern gebildet, wobei deren
Hauptachsen um 45º versetzt sind, und die für die Winkelabweichung zwischen den Hauptachsen
erforderliche Genauigkeit ist sehr hoch. Darüber hinaus ist eine in SPIE, Band 412, Seiten 268-
271 (1983) beschriebene Quadrupol-Wicklung effektiv bei der Reduzierung eines Drifts des
optischen Faserkreisels, der durch eine Temperaturänderung oder eine ähnliche äußere Störung
verursacht wird. Mit der Quadrupol-Wicklung ist es jedoch für die Reduzierung des Drifts
erforderlich, daß der Einfluß der äußeren Störung symmetrisch bezüglich des Zentrums der
Lichtleitfaser längs ihrer gesamten Länge gehalten wird; bei dem Aufbau, bei dem der
Depolansator an einem Ende der Spule angeordnet ist, ist somit der Einfluß der äußeren Störung
aufgrund des Vorhandenseins des Depolarisators asymmetrisch, was zu einer nicht
ausreichenden Reduzierung des Drifts führt.
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Ein optischer Faserkreisel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist im Dokument EP-A-O 260
855 offenbart. Dieser bekannte Kreisel weist eine Lichtleitfaserspule auf, die aus einer
gewöhnlichen Monomodenfaser und einem polarisationserhaltende Lichtleitfasern enthaltenden Modul
gebildet ist. Ein von einer polarisationserhaltenden Faser geleiteter Uhrzeigersinn-Strahl
durchläuft einen Polarisator, bevor er in die Lichtleitfaserspule eingespeist wird. Das
Polarisationsmodul enthält Mittel zum Liefern eines unpolarisierten Gegenuhrzeigersinn-Strahls an die
Lichtleitfaserspule und Mittel zum Phasenmodulieren einer vorbestimmten Polarisationskomponente. Das
Modul depolarisiert auch den Uhrzeigersinn-Strahl nachdem er die Lichtleitfaserspule durchquert
hat. Die Uhrzeigersinn- und die Gegenuhrzeigersinn-Welle sind beide unpolarisiert, wenn sie in
der optischen Kopplungsanordnung kombinieren, bevor sie auf den Detektor auftreffen, der ein
elektrisches Signal erzeugt, das Änderungen im lnterferenzmuster anzeigt, um eine Drehung der
Spule anzuzeigen. In einer ungeregelten Version des bekannten Kreisels wird kein
Phasenmodulator verwendet, und die polarisationserhaltende Faser verläuft von der Lichtleitfaserspule zur
optischen Kopplungsanordnung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Faserkreisel zu schaffen, der
kostengünstig und stabil hinsichtlich seines Ausgangssignals des erfaßten lnterferenzlichts ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem beanspruchten optischen Faserkreisel gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Monomodenlichtleitfaser als die Lichtleitfaserspule
verwendet, und eine polarisationserhaltende Anordnung ist zwischen jedem Ende der
Lichtleitfaserspule und der optischen Kopplungsanordnung vorgesehen. Die polarisationserhaltende
Anordnung kann vorzugsweise durch ein Paar polarisationserhaltender Lichtleitfasern gebildet
sein, und ihre Längen sind so gewählt, daß X-Achsen- und Y-Achsen-Komponenten von Licht,
die über die gesamte Länge des ganzen Aufbaus einschließlich der polarisationserhaltenden
Lichtleitfasern und der Monomodenlichtleitfaser erzeugt werden, eine derartige Phasendifferenz
aufweisen, daß die X-Achsen-Komponente des Uhrzeigersinn-Lichtstrahls und die Y-Achsen-
Komponente des Gegenuhrzeigersinn-Lichtstrahls nicht miteinander interferieren. Im Fall der
Verwendung einer Superluminiszenzdiode schlechter Kohärenz als Lichtquelle wird beispielsweise
dafür gesorgt, daß eine Phasendifferenz von mehr als 10² bis 10³ rad zwischen der
X-Achsenund der Y-Achsen-Komponente vorhanden ist, und im Fall der Verwendung einer
kostengünstigen Lichtquelle guter Kohärenz, beispielsweise einer Laserdiode, wird dafür gesorgt, daß eine
Phasendifferenz von mehr als 10&sup4; bis 10&sup5; rad vorhanden ist. Es ist bevorzugt, daß die
Polarisationslichtleitfasern identische Längen und identische Eigenschaften aufweisen.
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Auch wenn die Monomodenlichtleitfaser als Spule verwendet wird, d.h., wenn sie gebogen wird,
wird insbesondere dann, wenn der Durchmesser der Spule klein ist, eine Differenz in der
Ausbreitungskonstante zwischen der X-Achsen- und der Y-Achsen-Komponente von Licht
hervorgerufen. Demzufolge werden die Längen der zwei polaristionserhaltenden Lichtleitfasern so
gewählt, daß die X-Achsen- und die Y-Achsen-Komponente von Licht, die in der Monomoden-
Iichtleitfaser in der Lichtleitfaserspule erzeugt werden, hinsichtlich der Phase derart getrennt
sind, daß sie nicht miteinander interferieren. Vorstehend ist die polarisationserhaltende
Lichtleitfaser eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser in einem engen Sinn (d.h. eine Konstantpolarisa
tionslichtleitfaser mit dem vorgenannten Spannungskern in ihrer Hülle) oder eine Lichtleitfaser
mit derselben doppelbrechenden Eigenschaft wie erstere. Die letztgenannte Lichtleitfaser kann
eine Lichtleitfaser sein, die von Haus aus doppelbrechend ist, oder eine Lichtleitfaser, bei der die
Entstehung einer derartigen Doppelbrechung hervorgerufen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das einen herkömmlichen optischen Faserkreisel zeigt;
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Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das einen anderen optischen Faserkreisel zeigt;
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 2 stellt in Blockform einen optischen Faserkreisel dar, bei dem die Teile, die denjenigen in
Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Wie im Fall des Beispiels
nach dem Stand der Technik von Fig. 1 ist diese Ausführungsform mit der Lichtquelle 11, dem
optischen Koppler 12, dem Polarisator 13, dem optischen Koppler 14, dem optischen
Phasenmodulator 17, dem Photodetektor 18, dem Modulationssignalgenerator 19 und dem
Synchrondetektor 21 versehen, und sie werden nicht beschrieben. Die Lichtleitfaserspule 16 ist aus einer
Monomodenlichtleitfaser 16a und polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c gebildet,
die jeweils mit einem Ende der Lichtleitfaser 16a verbunden sind. In diesem Beispiel ist die
Monomodenlichtleitfaser 16a zu einer Spule gewickelt, der optische Koppler 14 ist aus einem
optischen Faserkoppler gebildet, und die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c
sind zwischen zwei Ports des optischen Faserkopplers 14 und dem jeweiligen der zwei Enden der
Monomodenlichtleitfaser 16a angeschlossen. Der optische Faserkoppler 14 und die
polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c sind miteinander verbunden, wobei die
Drehwinkelpositionen der Fasern 16b und 16c relativ zum Koppler 14 derart eingestellt sind, daß die Menge
an polarisiertem Licht aus dem durch die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern gebildeten
Ausbreitungsweg vom Polarisator 13 zum Photodetektor 18 maximiert wird.
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Da die Monomodenlichtleitfaser 16a in Form einer Spule gehalten wird, wird Doppelbrechung B
(mit B = (βx - βy)/k, wobei k eine Konstante ist) erzeugt. Dies ruft eine Differenz zwischen den
Ausbreitungskonstanten βx und βy der X-Achsen- und Y-Achsen-Komponenten von Licht hervor,
wodurch dieselbe Funktion wie bei der polarisationserhaltenden Lichtleitfaser ausgeführt wird.
Die Längen der polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c sind derart gewählt, daß die
Gesamtphasendifferenz, die die Phasendifferenz zwischen den zwei Achsen-Komponenten
aufgrund der Doppelbrechung B und die Phasendifferenz (welche ein Vorzeichen aufweist), die in
der polarisationserhaltenden Lichtleitfaser 16b hervorgerufen wird, umfaßt, keine Interferenz der
zwei Achsen-Komponenten hervorruft. Die Gesamtphasendifferenz wird größer als 10² bis 10³
rad im Fall der Verwendung einer Superluminiszenzdiode schlechter Kohärenz als Lichtquelle 11
und größer als 10&sup4; bis 10&sup5; rad im Fall einer Laserdiode guter Kohärenz gewählt. Die
Monomodenlichtleitfaser 16a und die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c werden
zusammengespleißt, so daß die Hauptachse der aus der Biegung der Monomodenlichtleitfaser 16
stammenden Doppelbrechung und die Hauptachse der Doppelbrechung jeder der Lichtleitfasern
16b und 16c im wesentlichen zueinander ausgerichtet sind. Diese Hauptachsen müssen jedoch
nicht notwendigerweise exakt ausgerichtet sein.
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Selbst in dem Fall, in dem es möglich ist, nur mit der Monomodenlichtleitfaser 16a eine
Phasendifferenz derart zu bilden, daß die X-Achsen- und Y-Achsen-Komponenten nicht miteinander
interferieren, werden die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c als gesonderte
Längenabschnitte oder Verbindungsabschnitte (die im wesentlichen gerade und somit nicht
wesentlich doppel brechend sind) zwischen der Monomodenlichtleitfaser 16a und dem optischen
Koppier 14 verwendet, um eine effiziente Kopplung derartiger Abschnitte mit dem optischen
Koppier 14 zu gewährleisten, so daß die Polarisationsebene von Licht sich in den vorgenannten
Verbindungsabschnitten nicht ändert. Es ist vorzuziehen, daß beide polarisationserhaltenden
Lichtleitfasern 16b und 16c zusammen mit der Monomodenlichtleitfaser 16a teilweise auf
denselben Spulenkörper gewickelt und in dem Zustand zusammengespleißt werden, in dem
Doppelbrechung in der Monomodenlichtleitfaser 16a entsteht. Selbst wenn die
polarisationserhaltenden optischen Fasern 16b und 16c mit den beiden Endabschnitten der aufgewickelten
Monomodenlichtleitfaser 16a oder den vorgenannten gesonderten Längenabschnitten verbunden
sind, sind die Abschnitte, in der keine Doppelbrechung auftritt, kurz, und die polarisationserhal
tenden Lichtleitfasern 16b und 16c müssen nur solche Längen aufweisen, daß Fluktuationen in
der Polarisationsrichtung dieser Abschnitte vernachlässigbar sind.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann, da die Lichtleitfaserspule 16 die
mit beiden Enden der Monomodenlichtleitfaser 16a verbundene polarisationserhaltenden
Lichtleitfasern 16b und 16c aufweist, die Phasendifferenz zwischen der X-Achsen- und der Y-
Achsen-Komponente von Licht auf der Basis der durch Aufwickeln der Monomodenlichtleitfaser
16a hervorgerufenen Doppelbrechung groß genug gemacht werden, um zu verhindern, daß die
zwei Komponenten miteinander interferieren, indem die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern
16b und 16c mit beiden-Enden der Lichtleitfaser 16a verbunden werden. Somit weisen die
teuren polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c, die in der Lichtleitfaserspule 16
enthalten sind, eine kleine Länge auf, d.h., die Lichtleitfaserspule 16 ist hauptsächlich aus der
kostengünstigen Monomodenlichtleitfaser 16a gebildet. Somit kann der optische Faserkrei sel mit
niedrigen Kosten hergestellt werden.
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Da außerdem die Lichtleitfaserspule 16 über die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und
16c mit dem optischen Koppler 14 gekoppelt ist, kann die Kopplung höchst effizient ausgeführt
werden. Auch wenn im wesentlichen keine Doppelbrechung in der die Lichtleitfaserspule 16
bildenden Monomodenlichtleitfaser 16a hervorgerufen wird, müssen übrigens die mit beiden
Enden der Lichtleitfaser 16a verbundenen pol arisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c
nur lang genug sein, um eine solche Phasendifferenz zu liefern, daß die X-Achsen- und die Y-
Achsen-Komponente nicht miteinander interferieren. Dementsprechend ist die in diesem Fall
verwendete Menge an polarisationserhaltender Lichtleitfaser weit kleiner als im Fall der Bildung
der Lichtleitfaserspule 16 nur durch die polarisationserhaltende Lichtleitfaser. Da die
polarisationserhaltenden Lichtleitfasern teilweise zusammen mit der Lichtleitfaserspule 16 an deren
beiden Enden gewickelt sind, ist außerdem die Polarisationsebene von Licht sehr stabil, und die
Lichtintensität ist ebenfalls stabil. Da die Lichtleitfaserspule 16 im Gegensatz zu dem Fall, in dem
der Depolarisator an einem Ende der Lichtleitfaserspule 16 angeordnet ist, eine symmetrische
Struktur aufweist, kann des weiteren durch eine Temperaturänderung verursachtes Driften
minimiert werden.
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Da die Ausführungsform von Fig. 2 die Doppelbrechung verwendet, die durch eine
Biegebeanspruchung in der Monomodenlichtleitfaser 16a verursacht wird, variiert die Doppelbrechung
leicht unter dem Einfluß einer thermischen Beanspruchung, die durch die Differenz in der
thermischen Auszählung zwischen dem Spulen körper und der Monomodenlichtleitfaser 16a
erzeugt wird - dies führt zu einer Änderung in der Polarisationserhaltungsfähigkeit der
Lichtleitfaserspule 16. Das heißt, die polarisationserhaltende Achse variiert, und folglich variiert die Menge
an Interferenzucht, die den Photodetektor 18 über den Polarisator 13 erreicht. Deshalb variiert
das Ausgangssignal des optischen Faserkreisels insbesondere mit einer Temperaturänderung.
Nachstehend wird eine bezüglich dieses Punktes verbesserte weitere Ausführungsform der
Erfindung beschrieben.
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Fig. 3 stellt den Hauptteil einer Ausführungsform des optischen Faserkreisels gemäß der
vorliegenden Erfindung dar, wobei die Teile, die denjenigen in Fig. 2 entsprechen, mit den
gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Die Lichtquelle 11, der optische Phasenmodulator 17,
der Photodetektor 18, der Modulationssignalgenerator 19 und der Synchrondetektor 21 sind
gleich wie die in der Ausführungsform von Fig. 2 verwendeten, weshalb sie nicht beschrieben
werden. Wie im Fall der ersten Ausführungsform ist die Lichtleitfaserspule 16 aus der
Monomodenlichtleitfaser 16a und den zwei polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c gebildet,
die mit beiden Enden der Lichtleitfaser 16a verbunden sind. Diese Ausführungsform verwendet
gemäß Darstellung als optischen Koppier 14 einen polarisationserhaltenden Lichtleitfaserkoppler
(hergestellt durch Zusammenschmelzen und Stecken zweier polarisationserhaltender
Lichtleitfasern). In Fig. 3 sind in vergrößertem Maßstab die Stirnflächen des polarisationserhaltenden
Lichtleitfaserkopplers 14 und der zwei polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c an
ihren Verbindungspunkten 23a und 23b gezeigt. Wie gezeigt, sind senkrecht aufeinander
stehende Polarisationserhaltungsachsen 24x (die X-Achse) und 24y (die Y-Achse) in der
Stirnfläche des polarisationserhaltenden Lichtleitfaserkopplers 14 und senkrecht aufeinander
stehende Polarisationserhaltungsachsen 25x (die X-Achse) und 25y (die Y-Achse) in den
Stirnflächen der zwei polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c gegeneinander um
45º um ihre Achsen versetzt.
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Bei einem derartigen Aufbau ist Licht, das den Verbindungspunkt 23a oder 23b vom Polarisator
13 über den polarisationserhaltenden Lichtleitfaserkoppler 14 erreicht, linear polarisiertes Licht,
das sich auf einer der Polarisationserhaltungsachsen 24x oder 24y des Lichtleitfaserkopplers 14
ausgebreitet hat, und bei den jeweiligen Verbindungspunkten 23a und 23b tritt das linear
polarisierte Licht in die zwei polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c unter einem
Winkel von 45º zu ihren Polarisationserhaltungsachsen (die X-Achse) ein. Als Ergebnis davon
wird das linear polarisierte Licht in zwei Komponenten gleicher Intensität unterteilt, die sich
durch die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c längs der zwei
aufeinanderstehenden Polarisationserhaltungsachsen 25x bzw. 25y ausbreiten. Mit anderen Worten treten
linear polarisierte Lichtstrahlen gleicher Intensität und parallel zu den
Polarisationserhaltungsachsen 25x und 25y in die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c ein. Diese
Lichtstrahlen durchlaufen die Lichtleitfaserspule 16 und kehren über den optischen Faserkoppler 14
zum Polarisator 13 zurück. In diesem Fall nimmt, selbst wenn die Doppel brechungseigenschaft
der Monomodenlichtleitfaser 16a aufgrund einer Änderung der thermischen Beanspruchung
variiert und sich ihre Polarisationserhaltungsachsen entsprechend ändern (oder drehen), jede der
zwei Komponenten zu oder ab, wenn die andere entsprechend ab- oder zunimmt; deshalb bleibt
die Summe ihrer Leistungen immer konstant. Somit bleibt die Lichtintensität, die den
Photodetektor 18 erreicht, konstant und liefert ein stabiles Ausgangssignal des Faserkreisels.
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Gewöhnlich werden die Lichtleitfasern an den Verbindungspunkten 23a und 23b durch
schmelzverspleißt, sie können jedoch auch beispielsweise mittels Linsen gekoppelt werden. Die optische
Kopplereinrichtung 14 kann auch in Form einer optischen integrierten Schaltung gebildet sein.
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Bei dieser Ausführungsform muß linear polarisiertes Licht nur so in die zwei
polarisationserhaltenden Lichtleitfasern 16b und 16c eintreten, daß seine Komponenten parallel zu den zwei
Polarisationserhaltungsachsen 25x und 25y die gleiche Intensität aufweisen können. Es ist
demzufolge möglich, einen Aufbau zu verwenden, bei dem der Polarisator 13 und der optische
Koppler 14 so miteinander verbunden sind, daß die Polarisationserhaltungsachse am
Eingangslausgangsende des Polarisators 13 und die Polarisationserhaltungsachse am
Eingangs/Ausgangsende des optischen Kopplers 14 unter einem Winkel von 45º gegeneinander verdreht sind.
In diesem Fall können der optische Koppler 14 und die polarisationserhaltenden Lichtleitfasern
16b und 16c an den Verbindungspunkten 23a und 23b so verbunden werden, daß ihre
Polarisationserhaltungsachsen unter beliebigen Winkeln zueinander angeordnet sind.
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Bei den obigen Ausführungsformen ist der Polarisator 13 zwischen den optischen Kopplern 12
und 14 angeordnet, jedoch weist der Polarisator 13 eine Wellenlängenabhängigkeit auf; wenn
nämlich die Wellenlänge der Lichtquelle 11 mit einer Temperaturänderung variiert, gestattet der
Polarisator 13 nicht nur den Durchgang einer Polarisationskomponente durch ihn, sondern auch
der anderen Polarisationskomponente, was zu einem Fehler oder der Verminderung der
Genauigkeit des Ausgangssignals des Faserkreisels führt. Nachstehend wird eine diesbezüglich
verbesserte, weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.