DE69535183T2

DE69535183T2 - Fehlerverringerung für Phasenmodulation

Info

Publication number: DE69535183T2
Application number: DE69535183T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Scottsdale August; Kevin B. Phoenix Dimond; John R. Phoenix Feth; Clarence E. Scottsdale Laskoskie; Lee K. Glendale Strandjord; Bogdan Cave Creek Szafraniec
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2015-06-01
Also published as: EP0763188A1; DE69522941D1; WO1995033183A1; DE69535183D1; US5457532A; JPH10501338A; EP1114980B1; EP0763188B1; CA2189244A1; US5559908A; EP1114980A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Phasenmodulatoren für faseroptische Systeme und insbesondere Anordnungen, um diese Phasenmodulation von elektromagnetischen Wellen, die sich darin bewegen, wechselnden Bedingungen anzupassen.
Faseroptische Kreiselkompasse sind ein attraktives Mittel, um die Rotation eines Objekts abzufühlen, das einen derartigen Kreiselkompass trägt. Derartige Kreiselkompasse können recht klein gefertigt werden und können so aufgebaut sein, dass sie erheblichen mechanischen Schock, erhebliche Temperaturveränderung und andere Umweltextremwerte aushalten. Sie können wegen des Fehlens bewegter Teile praktisch wartungsfrei sein und sind daher möglicherweise in zunehmendem Maße wirtschaftlich. Sie können auch empfindlich gegenüber niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten sein, was in anderen Arten von optischen Kreiselkompassen ein Problem sein kann.
Ein faseroptischer Kreiselkompass weist eine spiralige optische Faser auf, die auf einen Kern und um die Achse, um die die Rotation abgefühlt werden soll, gewickelt ist. Die optische Faser hat in der Regel eine Länge von 100 bis 2000 Metern oder so und ist Teil eines geschlossenen optischen Wegs, in den eine elektromagnetische Welle oder Lichtwelle eingebracht und in ein Paar derartiger Wellen geteilt wird, um sich in entgegengesetzten Richtungen durch die Spirale zu bewegen, wobei beide letztendlich auf einem Photodetektor auftreffen. Die Rotation um die Abfühlachse des Kerns oder die spiralige optische Faser liefert einen effektiven Anstieg der optischen Weglänge in einer Rotationsrichtung und eine Abnahme der optischen Weglänge in der anderen Rotationsrichtung für eine dieser Wellen. Bei Rotation in der anderen Richtung tritt das entgegengesetzte Ergebnis ein. Diese Weglängendifferenzen zwischen den Wellen führen zu einer Phasenverschiebung für jede Rotationsrichtung zwischen diesen Wellen, d. h. zu dem wohlbekannten Sagnac-Effekt. Dieser Kreiselkompass ist als Inferometer-faseroptischer Kreisel (IFOG) bekannt. Die Verwendung einer spiraligen optischen Faser ist erwünscht, weil der Betrag der Phasendifferenzverschiebung durch die Rotation und somit das Ausgabesignal von der Länge des gesamten optischen Wegs durch die Spirale abhängt, den die beiden elektromagnetischen Wellen zurücklegen, die sich in entgegengesetzte Richtung bewegen, und daher kann in der langen optischen Faser, die jedoch ein relativ kleines Volumen in Anspruch nimmt, da sie spiralig vorliegt, eine große Phasendifferenz erhalten werden.
Der Ausgangsstrom aus der Photodiode des Photodetektorsystems in Reaktion auf die sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden elektromagnetischen Wellen, die darauf auftreffen, nachdem sie die spiralige optische Faser passiert haben, folgt einer gehobenen Cosinusfunktion. Das bedeutet, dass der Ausgangsstrom von dem Cosinus der Phasendifferenz zwischen diesen beiden Wellen abhängt. Da eine Cosinusfunktion eine gerade Funktion ist, macht eine derartige Ausgangsfunktion keine Aussage über die relativen Richtungen der Phasendifferenzverschiebung und somit keine Aussage über die Rotationsrichtung um die Spiralachse. Außerdem ist die Veränderungsrate einer Kosinusfunktion nahe der Phase Null sehr klein, und daher stellt eine derartige Ausgangsfunktion für niedrige Rotationsgeschwindigkeiten eine sehr niedrige Empfindlichkeit zur Verfügung.
Wegen dieser unbefriedigenden Charakteristika wird die Phasendifferenz zwischen den beiden sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden elektromagnetischen Wellen üblicherweise moduliert, indem ein optische Phase-Modulator oder etwas, das mitunter als Vorspannungsmo dulator bezeichnet wird, an einer Seite der spiraligen optischen Faser in dem optischen Weg angeordnet wird. Um empfindliche Erfassung der Rotation zu erreichen, wird das Sagnac-Interferometer in der Regel durch eine sinusförmige Modulation der Differentialphase zwischen den sich entgegengesetzt ausbreitenden Strahlen in der Interferometerschleife vorgespannt. Infolgedessen passiert eine dieser sich in entgegengesetzte Richtung ausbreitenden Wellen den Modulator auf dem Weg in die Spirale hinein, während die andere Welle, die die Spirale in Gegenrichtung durchquert, den Modulator beim Austritt aus der Spirale passiert.
Es wird außerdem ein phasensensitiver Detektor bereitgestellt, der als Teil eines Demodulatorsystems dient, um ein Signal aufzunehmen, das für den Ausgangsstrom des Photodetektors steht. Sowohl der Phasenmodulator als auch der phasensensitive Detektor können durch einen sinusförmigen Signalgenerator mit der sogenannten "richtigen" Frequenz betrieben werden, um Modulatorinduzierte Amplitudenmodulation zu reduzieren oder zu eliminieren, es können jedoch auch andere Wellenformtypen mit derselben Grundfrequenz verwendet werden. Es können andere Frequenzen verwendet werden, und oft wird dies getan, um die Frequenz auf einen besser handhabbaren Wert zu reduzieren.
Die resultierende Signalausgabe des phasensensitiven Detektors folgt einer Sinusfunktion, d. h. das Ausgangssignal hängt von dem Sinus der Phasendifferenz zwischen den beiden elektromagnetischen wellen ab, die auf die Photodiode auftreffen, vorwiegend von der Phasenverschiebung infolge der Rotation um die Achse der Spirale in Abwesenheit des Auftretens anderer signifikanter, jedoch unerwünschter Phasenverschiebungen. Eine Sinusfunktion ist eine ungerade Funktion mit ihrer maximalen Veränderungsgeschwindigkeit bei einer Phasenverschiebung von Null und ändert so den algebraischen Sinus auf jeder Seite der Phasenverschiebung von Null. Das Signal des phasensensitiven Detektors kann somit eine Angabe liefern, welche Rotationsrichtung um die Achse der Spirale herum vorliegt, und kann die maximale Veränderungsrate des Signalwerts als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit nahe einer Rotationsgeschwindigkeit von Null liefern, d. h. der Detektor hat seine maximale Empfindlichkeit bei Phasenverschiebungen nahe Null, so dass sein Ausgangssignal für niedrige Rotationsgeschwindigkeiten sehr empfindlich ist. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn die Phasenverschiebungen durch andere Quellen, das heißt Fehler, ausreichend klein sind. Dies Ausgangssignal ist unter diesen Umständen außerdem sehr nahe am linearen Verhalten bei relativ niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten. Diese Charakteristika des Ausgangssignals des phasensensitiven Detektors sind eine wesentliche Verbesserung gegenüber den Charakteristika des Ausgangsstroms des Photodetektors ohne optische Phase-Modulation.
Ein Beispiel für ein derartiges System des Standes der Technik ist in 1 gezeigt. Der optische Anteil des Systems enthält mehrere Merkmale entlang der optischen Wege, um zu gewährleisten, dass dieses System reziprok ist, d. h. dass für jede der sich in entgegengesetzte Richtung ausbreitenden elektromagnetischen Wellen im Wesentlichen identische optische Wege vorliegen, mit Ausnahme der speziell eingeführten nicht-reziproken Phasendifferenzverschiebungen, wie nachfolgend beschrieben wird. Die spiralige optische Faser bildet eine Spirale 10 um einen Kern oder eine Spule unter Verwendung einer optischen Einmodenfaser, die um die Achse gewickelt ist, um die die Rotation abgefühlt werden soll. Die Verwendung einer Einmodenfaser ermöglicht, dass die Wege der elektromagnetischen oder Lichtwellen unverwechselbar definiert werden und ermöglicht ferner, dass die Phasenfront einer derartig geleiteten Welle auch unverwechselbar definiert werden kann. Dies trägt wesentlich zum Aufrechterhalten der Reziprozität bei.
Die optische Faser kann außerdem eine sogenannte Polarisation beibehaltende Faser sein, wobei eine sehr signifikante Doppelbrechung in der Faser aufgebaut wird, so dass durch unvermeidbare mechanische Beanspruchungen, durch den Faraday-Effekt in Magnetfeldern oder aus anderen Quellen eingebrachte Polarisationsschwankungen, die zu variierenden Phasendifferenzverschiebungen zwischen den sich in Gegenrichtung ausbreitenden Wellen führen können, relativ bedeutungslos werden. In Abhängigkeit von den anderen optischen Komponenten in dem System wird somit entweder die Achse mit hohem Brechungsindex, d. h. die Achse mit langsamerer Ausbreitung, oder die Achse mit niedrigem Index für die Ausbreitung der elektromagnetischen wellen gewählt. In dem vorliegenden System wurde in Anbetracht der dort verwendeten optischen Komponenten die langsame Achse gewählt.
Die elektromagnetischen Wellen, die sich durch Spirale 10 in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, werden von einer Quelle für elektromagnetische Wellen oder Lichtquelle 11 in 1 bereitgestellt. Diese Quelle ist in der Regel eine Laserdiode, die elektromagnetische Wellen, in der Regel im nahen Infrarotbereich des Spektrums, mit einer typischen Wellenlänge von 830 Nanometern (nm) liefert. Quelle 11 muss eine kurze Kohärenzlänge für emittiertes Licht haben, um die Phasenverschiebungsdifferenzfehler infolge von Rayleigh- und Fresnel-Streuung an den Streuungsstellen in Spirale 10 zu verringern. Wegen des nicht-linearen Kerr-Effekts in Spirale 10 können unterschiedliche Intensitäten der beiden sich in Gegenrichtung ausbreitenden Wellen zu unterschiedlichen Phasenverschiebungen zwischen ihnen führen. Diese Situation lässt sich auch durch Verwendung einer Quelle mit kurzer Kohärenzlänge als Quelle 11 beherrschen, die zu modaler Phasenverschiebungslöschung führt.
In 1 ist zwischen Laserdiode 11 und faseroptischer Spirale 10 eine optische Weganordnung gezeigt, die durch Verlängerung der Enden der optischen Faser, die Spirale 10 bilden, mit einigen optischen Kupplungskomponenten gebildet wird, die den gesamten optischen Weg in mehrere optische Wegabschnitte trennen. Ein Teil der die Polarisation beibehaltenden optischen Faser wird gegen Laserdiode 11 an dem Punkt ihrer optimalen Lichtemission angeordnet, einem Punkt, von dem sie zu einem ersten optischen Richtungskoppler 12 verläuft.
Der optische Richtungskoppler 12 enthält Lichtübertragungsmedien, die zwischen vier Anschlüssen verlaufen, zwei an jedem Ende dieser Medien, und an jedem Ende des Kopplers 12 in 1 gezeigt sind. Einer dieser Anschlüsse weist die optische Faser auf, die von der dagegen angeordneten Laserdiode 11 verläuft. An dem anderen Anschluss an dem Abfühlende des optischen Richtungskopplers 12 ist eine weitere optische Faser gezeigt, die dagegen angeordnet ist und zur Anordnung gegen eine Photodiode 13 verläuft, die elektrisch mit einem Photodetektierungssystem 14 verbunden ist.
Photodiode 13 detektiert elektromagnetische wellen oder Lichtwellen, die aus dem Abschnitt der optischen Faser, der gegen sie angeordnet ist, darauf auftreffen, und liefert in Reaktion auf ein Signalkomponentenselektionsmittel 35 einen Photostrom. Dieser Photostrom folgt, wie bereits gesagt, im Falle zweier nahezu kohärenter Lichtwellen, die darauf auftreffen, einer Cosinusfunktion zur Bereitstellung einer Photostromausgabe, die von dem Cosinus der Phasendifferenz zwischen einem derartigen Paar von im Wesentlichen kohärenten Lichtwellen abhängt. Dieses photovoltaische Gerät arbeitet mit einer sehr niedrigen Impedanz, um den Photostrom bereitzustellen, der eine lineare Funktion der auftreffenden Strahlung ist, und kann in der Regel eine p-i-n-Photodiode sein.
Der optische Richtungskoppler 12 weist eine weitere optische Faser gegen einen Anschluss an seinen anderen Ende auf, die zu einem Polarisator 15 verläuft. An dem anderen Anschluss auf derselben Seite des Kopplers 12 befindet sich eine nicht reflektierende Abschlussanordnung 16, die einen weiteren Abschnitt einer optischen Faser beinhaltet.
Der optische Richtungskoppler 12 lässt bei der Aufnahme von elektromagnetischen Wellen oder Licht an jeglichem seiner Anschlüsse Licht hindurch, so dass ungefähr die Hälfte davon an jedem der beiden Anschlüsse des Kopplers 12 an seinen Enden erscheint, die dem Ende mit dem Eingangsanschluss gegenüberliegen. Andererseits werden keine derartigen wellen oder Licht zu dem Anschluss durchgelassen, der sich auf demselben Ende des Kopplers 12 wie der Eingangslichtanschluss befindet.
Polarisator 15 wird verwendet, weil selbst in einer Faser mit einem räumlichen Modus bei elektromagnetischen Wellen, die die Faser passieren, zwei Polarisationsmodi möglich sind. Polarisator 15 wird somit bereitgestellt, damit einer dieser Polarisationsmodi die optische Faser entlang ihrer langsamen Achse passieren kann, wie oben gezeigt wird, während der andere blockiert wird. Polarisator 15 blockiert das Licht in dem einen Polarisationszustand, den er blockieren soll, jedoch nicht vollständig. Dies führt wiederum zu einer kleinen Nicht-Reziprozität zwischen sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden elektromagnetischen Wellen, die ihn passieren, und damit ergibt sich zwischen ihnen eine kleine nicht-reziproke Phasenverschiebungsdifferenz, die mit den Umgebungsbedingungen variieren kann, unter denen der Polarisator angeordnet wird. In dieser Hinsicht trägt die hohe Doppelbrechung in der verwendeten optischen Faser wiederum zur Verringerung dieser resultierenden Phasendifferenz bei, wie oben angegeben wurde.
Polarisator 15 weist an jedem seiner Enden einen Anschluss auf, wobei dazwischen das darin enthaltene Übertragungsmedium für elektromagnetische Wellen angeordnet ist. Ein anderer optischer Faserabschnitt, der zu einem weiteren optischen bidirektionalen Koppler 17 verläuft, der die gleichen Wellentransmissionseigenschaften wie Koppler 12 hat, ist gegen den Anschluss des Endes angeordnet, das demjenigen gegenüberliegt, das mit dem optischen Richtungskoppler 12 verbunden ist.
Der Anschluss an demselben Ende des Kopplers 17, dessen einer Anschluss an Polarisator 15 gekoppelt ist, ist wiederum unter Verwendung eines weiteren optischen Faserabschnitts mit einer nicht-reflektierenden Abschlussanordnung 18 verbunden. Wenn man die Anschlüsse an dem anderen Ende von Koppler 17 betrachtet, ist einer mit weiteren optischen Komponenten in den optischen Wegabschnitten verbunden, die von einem Ende der optischen Faser in Spirale 10 darin verlaufen. Der andere Anschluss in Koppler 17 ist direkt an das verbleibende Ende der optischen Faser 10 gekoppelt. Zwischen Spirale 10 und Koppler 17 wird an der Seite der Spirale 10, die ihrer direkt angeschlossenen Seite gegenüberliegt, ein optische Phase-Modulator 19 bereitgestellt. Der optische Phase-Modulator 19 weist an jedem Ende der darin enthaltenen Übertragungsmedien zwei Anschlüsse auf, die an dessen entgegengesetzten Enden in 1 gezeigt sind. Die optische Faser aus Spirale 10 ist gegen einen Anschluss von Modulator 19 angeordnet. Die von Koppler 17 verlaufende optische Faser ist gegen den anderen Anschluss von Modulator 19 angeordnet.
Der optische Modulator 19 kann elektrische Signale empfangen, die dazu führen, dass eine Phasendifferenz der dadurch übertragenden elektromagnetischen Wellen induziert wird, indem der Brechungsindex des Übertragungsmediums oder der Übertragungsmedien darin verändert wird, wodurch die optische Weglänge verändert wird. Diese elektrischen Signale werden Modulator 19 durch einen Vorspannungs-Modulationssignalgenerator 20 zugeführt, der ein sinusförmiges Spannungsausgangssignal mit einer Modulationsfrequenz f_g liefert, die gleich c₁sin(ω_gt) sein soll, wobei ω_g das Kreisfrequenzäquivalent zu der Modulationsfrequenz f_g ist. Es können alternativ andere geeignete periodische Wellenformen verwendet werden.
Dies schließt die Beschreibung des optischen Teils des Systems von 1 ab, das entlang des optischen Wegs gebildet ist, dem die elektromagnetischen Wellen oder Lichtwellen folgen, die von Quelle 11 emittiert werden. Diese elektromagnetischen Wellen werden von jener Quelle durch den optischen Faserabschnitt zu dem optischen Richtungskoppler 12 gekoppelt. Ein Teil dieser Welle, die aus Quelle 11 in Koppler 12 eintritt, geht in der nicht-reflektierenden Abschlussanordnung 16 verloren, die an einem Anschluss an seinem entgegengesetzten Ende angeordnet ist, der Rest jener Welle wird jedoch durch Polarisator 15 auf den optischen Richtungskoppler 17 übertragen.
Koppler 17 dient als Strahlteilervorrichtung, wobei elektromagnetische Wellen, die in seinen Anschluss eintreten, von Polarisator 15 empfangen werden, ungefähr hälftig geteilt werden, wobei ein Teil derselben aus jedem der beiden Anschlüsse an seinen entgegengesetzten Enden austritt. Aus einem Anschluss an dem entgegengesetzten Ende von Koppler 17 gelangt eine elektromagnetische Welle durch die optische Faserspirale 10, Modulator 19 und zurück zu Koppler 17. Dort geht ein Teil dieser zurückkehrenden Welle in der nicht-reflektierenden Anordnung 18 verloren, die an den anderen Anschluss an dem Polarisator 15-Anschlussende von Koppler 17 angeschlossen ist, der Rest jener Welle gelangt jedoch durch den anderen Anschluss von Koppler 17 zu Polarisator 15 und zu Koppler 12, wo ein Teil derselben auf Photodiode 13 übertragen wird. Der andere Teil der Welle, die von Polarisator 15 zu der Spirale 10 geleitet wurde, verlässt den anderen Anschluss an dem Spirale 10-Ende des Kopplers 17, passiert Modulator 19 und optische Faser-Spirale 10, um erneut in Koppler 17 einzutreten, wobei ein Teil derselben wiederum dem gleichen Weg wie der andere Teil folgt, um schließlich auf Photodiode 13 aufzutreffen.
Photodiode 13 liefert, wie bereits gesagt, einen Ausgangsphotostrom i_PD13, der proportional zu der Intensität der beiden elektromagnetischen Wellen oder Lichtwellen ist, die darauf auftreffen, und es wird daher erwartet, dass er dem Cosinus der Phasendifferenz zwischen diesen beiden wellen folgt, die auf jener Diode auftreffen, wie durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
Das liegt daran, dass der Strom von der resultierenden optischen Intensität der beiden im Wesentlichen kohärenten Wellen abhängt, die auf Photodiode 13 auftreffen, einer Intensität, die von einem Peak-Wert von I₀ zu einem kleineren Wert variiert, der davon abhängt, wie viel konstruktive oder destruktive Interferenz zwischen den beiden Wellen stattfindet. Diese Interferenz der Wellen ändert sich mit der Rotation der die spiralige optische Faser bildenden Spirale 10 um ihre Achse, da diese Rotation eine Phasendifferenzverschiebung φ_R zwischen den Wellen induziert. Es gibt noch eine weitere variable Phasenverschiebung, die in diesem Photodiodenausgangsstrom von Modulator 19 mit einem Amplitudenwert von φ_m induziert wird und die mit cos(ω_gt) variieren soll.
Der optische Phasenmodulator 19 ist von der oben beschriebenen Art und wird zusammen mit einem phasensen sitiven Detektor als Teil eines Demodulationssystems verwendet, um das Ausgangssignal des Photodetektionssystems 14, das einer Cosinusfunktion wie bereits beschrieben folgt, in ein Signal umzuwandeln, das einer Sinusfunktion folgt. Das Befolgen einer derartigen Sinusfunktion führt dazu, dass das Ausgangssignal, wie bereits angegeben, sowohl Informationen über die Rotationsgeschwindigkeit als auch über die Richtung jener Rotation um die Achse der Spirale 10 enthält.
Das Ausgangssignal aus dem Photodetektionssystem 14 einschließlich Photodiode 13 wird somit in eine Spannung umgewandelt und durch einen Verstärker 21 geleitet, wo es verstärkt wird, und durch einen Filter 22 zu einem derartigen phasensensitiven Detektormittel 23 geleitet. Photodetektionssystem 14, Verstärker 21, Filter 22 und der phasensensitive Detektor 23 bilden Signalkomponentenselektionsmittel. Der phasensensitive Detektor 23, der als Teil eines Phasendemodulationssystems dient, ist eine wohlbekannte Vorrichtung. Ein derartiger phasensensitiver Detektor extrahiert die Amplitude der ersten Oberschwingung des gefilterten Ausgangssignals des Photodiodensystems, oder die Grundfrequenz des Modulationssignalgenerators 20, um eine Angabe der relativen Phase der elektromagnetischen Wellen bereitzustellen, die auf Photodiode 13 auftreffen. Diese Information wird von dem phasensensitiven Detektor 23 in einem Ausgangssignal bereitgestellt, das einer Sinusfunktion folgt, das heißt, dass dieses Ausgangssignal dem Sinus der Phasendifferenz zwischen den beiden elektromagnetischen Wellen folgt, die auf Photodiode 13 auftreffen.
Vorspannungsmodulator-Signalgenerator 20 führt beim Modulieren des Lichts in dem optischen Weg bei der oben beschriebenen Frequenz f_g auch dazu, dass durch die rekombinierenden elektromagnetischen Wellen in Photodetektionssystem 14 Oberwellenkomponenten erzeugt werden. Filter 22 ist ein Bandpassfilter, der die Modulations frequenzkomponente des Ausgangssignals von Photodetektor 14, d. h. die erste Oberwelle, nach ihrer Verstärkung durch Verstärker 21 weiterleiten soll.
Im Betrieb variieren die Phasendifferenzänderungen in den beiden sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden elektromagnetischen Wellen, die Spirale 10 in dem optischen weg passieren, durch die Rotation, verglichen mit den Phasendifferenzänderungen durch Modulator 19, relativ langsam. Jegliche Phasendifferenzen infolge von Rotation oder dem Sagnac-Effekt verschieben lediglich die Phasendifferenzen zwischen den beiden elektromagnetischen Wellen. Der Amplitudenskalierungsfaktor der Modulationsfrequenzkomponente des Ausgangssignals des Photodetektionssystems 14, das am Ausgang von Filter 22 erscheint, wird erwartungsgemäß durch den Sinus dieser Phasendifferenz eingestellt, die des Weiteren nur durch die Faktoren von a) dem Amplitudenwert der Phasenmodulation dieser Wellen infolge von Modulator 19 und Generator 20 und b) einer Konstante modifiziert werden, die für die verschiedenen Zuwächse durch das System steht. Es wird erwartet, dass die periodischen Effekte dieser sinusförmigen Modulation durch Generator 20 und Modulator 19 in dieser Signalkomponente durch Demodulation in dem System, das phasensensitiven Detektor 23 enthält, entfernt werden, wodurch ein Demodulatorsystem-(Detektor)-Ausgangssignal verbleibt, das nur von seinem Amplitudenskalierungsfaktor abhängt.
Die Spannung am Ausgang von Verstärker 21 erscheint somit in der Regel wie folgt: V21-Ausgang = k{1 + cos⌊φR + φm cos(ωgt + θ)⌋}
Die Konstante k steht für die Zuwächse durch das System am Ausgang des Verstärkers 21. Das Symbol θ steht für zusätzliche Phasenverzögerung in dem Ausgangssignal von Verstärker 21 in Bezug auf die Phase des Signals, das Generator 20 bereitstellt. Ein Teil dieser Phasenverschiebung wird durch das Photodetektionssystem 14 eingebracht, und ein Teil ist auf andere Quellen zurückzuführen, wie eine Phasenverschiebung über Modulator 19 zwischen der Phase der von Generator 20 zugeführten Signale und der Reaktion von Modulator 19, da der Brechungsindex in den darin befindlichen Medien und/oder ihre Länge sich entsprechend verändern. Die anderen in der vorhergehenden Gleichung verwendeten Symbole haben die gleiche Bedeutung wie in der ersten Gleichung oben.
Die vorhergehende Gleichung kann in einer Bessl-Reihenentwicklung entwickelt werden, um das Folgende zu ergeben:
Dieses Signal am Ausgang von Verstärker 21 wird an den Eingang von Filter 22 angelegt.
Filter 22 lässt, wie bereits gesagt, vorwiegend die erste Oberwelle von der letzten Gleichung hindurch, d. h. die Modulationsfrequenzkomponente. Infolgedessen kann das Ausgangssignal von Filter 22 wie folgt wiedergegeben werden:
Der weitere auftretende Phasenverzögerungsterm, ψ₁, ist die zusätzliche Phasenverschiebung in dem ersten Oberwellenterm, der als Ergebnis des Durchgangs durch Filter 22 hinzuaddiert wird. Es wird erwartet, dass diese hinzuaddierte Phasenverschiebung im Wesentlichen konstant und ein bekanntes Charakteristikum von Filter 22 ist.
Das Signal von Filter 22 wird danach an den phasensensitiven Detektor 23 angelegt, ebenso wie das Signal von dem Vorspannungsmodulator-Generator 20, wobei letzteres wiederum gleich C₁sin(ω_gt) sein soll, wobei ω_g die Kreisfrequenz ist, die zu der Modulationsfrequenz f_g äquivalent ist. Unter der Annahme, dass der phasensensitive Detektor 23 seinem Ausgabesignal eine Phasenverschiebung gleich θ + ψ₁ hinzuaddieren kann, ist die Ausgabe jenes Detektors mit einem derartigen Ausgangssignal von Generator 20 dann wie folgt: ν23-Ausgang = k'J1(φm sin φR)
Die Konstante k' berücksichtigt die Systemzuwächse durch den phasensensitiven Detektor 23.
Diese erwarteten Ergebnisse lassen sich jedoch in dem System von 1 möglicherweise nicht erreichen. Ein Grund dafür, dass die erwarteten Ergebnisse nicht erreicht werden, liegt darin, dass der Vorspannungsmodulations-Signalgenerator 20 beim Modulieren des Lichts in dem optischen Weg bei Frequenz f_g wie oben beschrieben durch Phasenmodulator 19 nicht nur dazu führt, das in Photodetektionssystem 14 durch die rekombinierten elektromagnetischen Wellen Oberwellenkomponenten erzeugt werden, sondern auch direkt einige Oberwellenkomponenten in die variierende Phase des optischen Weg einspeist, weil sowohl in Generator 20 als auch in Modulator 19 Nicht-Linearitäten vorkommen.
Das bedeutet, dass als erste Möglichkeit das von Modulationsgenerator 20 an seinem Ausgang zugeführte Ausgangssignal möglicherweise nicht nur ein Grundwellensignal mit der Frequenz f_g enthält, sondern auch erhebliche Oberwellen davon. Selbst wenn ein von derartigen Oberwellen freies Signal bereitgestellt werden kann, können nicht-lineare Komponentencharakteristika und Hysterese in Phasenmodulator 19 dazu führen, dass diese Oberwellen dadurch in die variierende Phase, die in dem optischen Weg bereitgestellt wird, eingebracht werden. Diese Oberwellen können zu erheblichen Vorspannungs-Geschwindigkeitsfehlern in dem Ausgangssignal des faseroptischen Kreiselkompasses führen. Es ist somit ein interferometrischer faseroptischer Kreiselkompass erwünscht, bei dem derartige Fehler durch das Modulationssystem verringert oder eliminiert werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die zweite Oberwellenphasenmodulation, die in der IFOG-Vorspannungsmodulation vorhanden ist, kann zu erheblichen Vorspannungsfehlern in der Geschwindigkeitsabfühlung führen. Die zweite Oberwellenphasenmodulation kann durch einen Bereich der optischen Faser (der sich in der Sagnac-Schleife befindet) erzeugt werden, der bei der Vorspannungs-Modulationsfrequenz mechanische Schwingungen in Querrichtung erfährt. Das Niveau der zweiten Oberwellenmodulation wird signifikant, wenn der schwingende Faserbereich (der direkt oder indirekt von dem PZT-Phasenmodulator angetrieben wird) eine relativ hohe Q-Resonanz erfährt. Diese zweite Oberwellenphasenmodulation kann reduziert werden, indem ein Dämpfungsmechanismus eingeführt wird, um das Q der Faserresonanz wesentlich abzusenken oder die Art der Bewegung in dem Faserbereich zu verändern, indem er geeignet an dem PZT-Phasenmodulator oder einer anderen Struktur in dem IFOG-Paket befestigt wird. Die vorliegende Erfindung reduziert das Niveau der mechanischen Anregung durch mechanisches und akustisches Isolieren des Faserbe reichs von dem PZT-Phasenmodulator. Dieses Problem bei IFOGs wurde bislang noch nicht direkt angesprochen.
Zusammengefasst kann eine optische Faser (in der Sagnac-Interferometerschleife), die mit ihrer Vorspannungs-Modulationsfrequenz schwingt, zweite Oberwellenphasenmodulation erzeugen, die zu Geschwindigkeitsabfühl-Vorspannungsfehlern führt. Die dazugehörigen Vorspannungsfehler können erheblich verringert oder effektiv eliminiert werden, indem in die schwingende Faser zusätzliche Dämpfung eingebracht wird. Dies kann durch Beschichten der Faser mit einem Dämpfungsmaterial oder Einbetten der Faser in ein Dämpfungsmaterial oder durch Konstruktion der Faser mit Materialien, die Dämpfungseigenschaften haben, erfolgen. Wenn ein Faserabschnitt akustisch schwingt, können die dazugehörigen Vorspannungsfehler reduziert werden, indem die akustische Energie zwischen dem PZT und dem Faserabschnitt reflektiert und/oder absorbiert wird. Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Systemschemadiagramm der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einer Signalverarbeitungsanordnung, einem optischen Übertragungsweg und einer Geräteanordnung.
2 illustriert den Fehler verursachenden Effekt der Modulation des Standes der Technik.
3a und 3b zeigen den erfindungsgemäßen Modulator.
4 zeigt einen Querschnitt einer Faser mit einer Beschichtung aus Schwingungsdämpfungsmaterial.
5a und 5b zeigen den Effekt der akustischen Energie von einem Modulatorkern auf die gewickelte Faser beziehungsweise einen Weg zur Minimierung jenes Effekts.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In der Regel hat nur die nächste Oberwelle nach der Grundschwingung in der zeitabhängigen Phase, die dem optischen Weg zu und von Spirale 10 durch Phasenmodulator 19 und Modulatorgenerator 20 des Vorspannungsmodulationssubsystems auferlegt wird, eine ausreichend signifikante Amplitude, um zu signifikanten Fehlern zu führen. Es muss nur die zweite Oberwelle berücksichtigt werden.
Phasenmodulator 19 kann ein Keramikmaterialkörper sein, der piezoelektrische Effekte zeigt, und um ihn herum kann in mehreren Umwicklungen ein Abschnitt der optischen Faser, die von Schleifenkoppler 17 zu Spirale 10 führt, gewickelt sein. Dieser Keramikkörper ist in der Regel ein stumpfer Abschnitt eines Hohlzylinders (eines Rings), der aus einem Material wie Bleizirkonattitanat (PZT) gebildet ist, und die Elektroverdrahtung, die diesen Ring zusammenschaltet und zu Verbindungsstellen mit Generator 20 führt, ist in der Regel so angeordnet, dass jeweils eine an der Außenseite und der Innenseite der gekrümmten Flächen des stumpfen Zylinderkörpers liegt. Der Ring zeigt bei Zuführung von elektrischer Energie ein Verhalten wie eine elektrische Schaltkreiskomponente, die mindestens teilweise durch äquivalente elektrische Schaltkreiskomponenten simuliert werden kann. Das Grundschwingungssignal von Modulationsgenerator 20 führt dazu, dass der Keramikring radial expandiert und kontrahiert, wodurch der Perimeter der äußeren gekrümmten Ringfläche erhöht und kontrahiert wird und die darum gewickelte optische Faser ihre Länge effektiv durch das Strecken und Relaxieren aus diesen Streckungen erhöht und verringert. Diese Aktion ändert die optische Weglänge in jener Faser in oszillierender Weise, um dadurch die Phase jeglicher dadurch passierenden elektromagnetischen Wellen zu modulieren.
Die zweite Oberwellenphasenmodulation in der Vorspannungsphasenmodulation, die durch PZT-Modulator 19 verursacht wird (nämlich PZT 19), kann zu einem angegebenen Rotationsvorspannungsfehler Ω_Vorspannung führen und wie folgt ausgedrückt werden:
wobei λ die Wellenlänge des Lichts im Vakuum ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist und L_Sagnac und D die Faserlänge und der Durchmesser der Sagnac-Interferometerschleife sind. Wenn man Gleichung 1 ableitet, muss man berücksichtigen, dass die Vorspannungsphasenmodulation
zwei Komponenten hat: die erwartete Phasenmodulation, die bei ω_m auftritt und die Amplitude Φ_ωm hat, und die unerwünschte zweite Oberwellenkomponente, die bei 2 ω_m liegt und die Amplitude Φ_2ωm hat. Der Betrag ψ* steht für den Phasenwinkel zwischen den beiden Komponenten und wird nachfolgend detaillierter erörtert. In Gleichung 1 muss man auch die folgende Definition verwenden:
die die Phasenmodulationsdifferenz zwischen den sich entgegengesetzt ausbreitenden Strahlen ist, die auf die vorgesehene Phasenmodulationskomponente in Gleichung 2 zurückzuführen ist.
Es sind viele Anstrengungen unternommen worden, die zweite Oberwelle aus der Phasenmodulation zu entfernen, die bei IFOGs durch eine PZT 19 Faserstreckvorrichtung durchgeführt wird. Es sind in IFOGs spezielle Filter verwendet worden, um zu gewährleisten, dass die zweite Oberwelle in der Antriebsspannung für das PZT 19 praktisch eliminiert worden ist. Es sind andere Bemühungen unternommen worden, um zu gewährleisten, dass die Übersetzung der Spannung in Phasenmodulation extrem linear erfolgt. Diese IFOGs zeigen jedoch nach wie vor Vorspannungsfehler, die mit einer restlichen zweiten Oberwellenphasenmodulation zusammenhängen.
Es wurde bislang angenommen, dass restliche zweite Oberwellenphasenmodulation nur durch irgendeinen nichtlinearen Prozess zwischen der Antriebspannung des PZT 19 und der optischen Phase des Lichts, die die PZT 19-Faser passiert, erzeugt werden kann. Wir haben in neuerer Zeit gefunden, dass eine restliche zweite Oberwelle durch einen einfachen linearen Mechanismus erzeugt werden kann – erzwungene Oberwellenquerschwingungen eines Bereichs der geraden optischen Faser. Wenn eine gerade optische Faser an einem Ende festgehalten wird und am anderen Ende einer periodischen antreibenden Kraft in Querrichtung ausgesetzt wird, dann wird die schwingende Faser das Licht mit der doppelten Frequenz der antreibenden Kraft phasenmodulieren.
In der IFOG-Sagnacschleife gibt es viele Faserbereiche, die sich wie ein erzwungener harmonischer Oszillator verhalten können. Ein gutes Beispiel ist die optischen Faserverdrahtungen 24 des PZT-Phasenmodulators 19. Wie Faserverdrahtung 24 zweite Oberwellenphasenmodulation erzeugen kann, lässt sich verstehen, wenn man eine vereinfachte Version der PZT 19-Faserverdrahtung 24 betrachtet, wie sie in 2 gezeigt ist, die eine Abbildung einer schwingenden PZT-Faserleitung ist. Die PZT-Außenseite verlagert sich in Querrichtung in einer einfachen Oberwelle mit einer Amplitude von ΔR und mit der Vorspannungsmodulationsfrequenz ω_m. Die Querbewegung lässt die PZT-Verdrahtung mit der Vorspannungsmodulationsfrequenz schwingen. Da die Phase des sich durch die Verdrahtung ausbreitenden Lichts jedoch von der Bogenlänge (Weglänge) der Verdrahtung abhängt, wird sie dann in der Doppelten der Vorspannungsmodulationsfrequenz moduliert. Nahe einer hohen Q-Resonanz ist die Amplitude der Schwingung A(ω_m1T) viel größer als ΔR und hängt von ω_m ab. Außerdem hängt A(ω_m1T) von der Temperatur T ab, und damit hängt der entsprechende Vorspannungsfehler von T ab.
Wenn die gewickelte Faser 24 das PZT (x = 0) bei 25 verlässt, ist Verdrahtung 24 über die Distanz 26 oder L (in der Regel wenige Millimeter oder mehr) frei von jeglichem Kontakt mit einer festen Fläche. Am anderen Ende 27 von Verdrahtung 24 (x = L) kommt Verdrahtung 24 in physischen Kontakt mit entweder dem Wärmegehäuse 28 oder einem Betriebsschleifenbündel 28, und es wird somit angenommen, dass sie an diesem Punkt und darüber hinaus fest fixiert gehalten wird. Es wird ferner angenommen, dass Faserverdrahtung 24 gerade ist, wenn sie nicht schwingt. Wenn der PZT-Phasenmodulator 19 mit ω_m elektrisch angetrieben wird, schwingt das Ende 25 der Faserverdrahtung 24 bei x = 0 in Querrichtung mit derselben Frequenz ω_m.
Bei diesem Systemtyp kann die Verlagerung in Querrichtung y(x,t) oder Verlagerung 34 an einem Punkt × 32 entlang der Faser 24 wie folgt ausgedrückt werden:
wobei A eine maximale Queramplitude 29 der Faser 24 ist und n für die Zahl der halben mechanischen Wellenlängen 33 steht, die innerhalb von L oder der Länge 26 statt finden. In 2 ist n = 2. Die Natur der Amplitude y(x,t) ist eine Funktion der Zeit. Die optische Weglänge (oder Phasenverzögerung) ist eine Funktion der Zeit. Zur Bestimmung der Verzögerung der optischen Phase berechnet man die Bogenlänge l von y(x,t) mit
Analysen führen zu Schätzungen, dass A oder Amplitude 29 viel kleiner als L oder Länge 26 ist, somit gilt:
Daher kann man den Integranden in Gleichung 5 in
als Taylor-Reihe entwickeln und nur die Terme bis zu der zweiten Ordnung behalten. Der Integrand ist annähernd:
Die ungefähre Bogenlänge ist dann:
Die Änderung der Weglänge Δl ist die Abweichung der Bogenlängen von der ursprünglichen Länge L. Δl = l – L (9)
Die optische Phase-Modulation ΔΦ_Δl infolge der Änderung der Weglänge ist:
Amplitude A und Phasenwinkel ψ hängen beide von der Antriebsfrequenz ω_m und anderen Materialparametern ab, die von der Temperatur T abhängen. Um diese Abhängigkeiten hervorzuheben, werden A und ψ als Funktionen von ω_m und T umgeformt:
Durch einige trigonometrische Gleichsetzungen von Gleichung 7 und Kombinieren mit Gleichungen 8, 9 und 10 erhält man den folgenden Ausdruck für die Weglängenmodulation ΔΦ_Δl:
Diese Gleichung zeigt zwei Terme für die Änderung der optischen Weglänge. In dieser Erfindung konzentrieren wir uns auf den zweiten Term, der die zweite Oberwellenphasenmodulation infolge eines schwingenden Bereichs von Faser 24 ist. Die Amplitude dieses Terms ist die zweite Amplitude Φ_2ωm in Gleichung 1:
Der Phasenwinkel ψ* in Gleichung 1 kann mit ψ (ω_ml, T) wie folgt in Beziehung gesetzt werden:
wobei ψ' für den Phasenwinkel zwischen der vorgesehenen Phasenmodulation, die bei Φ_ωm stattfindet, und der PZT-Antriebsspannung steht. Wenn Gleichungen 13 und 14 in Gleichung 1 eingesetzt werden, erhält man für die Kreiselkompassvorspannung:
Diese Gleichung zeigt, dass der zweite Oberwellen-Vorspannungsfehler Ω_Vorspannung von dem Quadrat der Amplitude A(ω_m, T) abhängt. Signifikante Reduktionen des Vorspannungsfehlers lassen sich daher durch bescheidene Reduktionen der Amplitude der schwingenden Faser 24 erreichen. Das Mittel zur Reduktion der Schwingungsamplitude hängt von dem Typ der mechanischen Kopplung zwischen der schwingenden Faser 24 und dem PZT-Phasenmodulator 19 ab. Der wichtigste Fall, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und nur zur Information wiedergegeben wird, liegt dann vor, wenn sich die Faser in physischem Kontakt mit PZT 19 befindet.
Im Falle der schwingenden Verdrahtung 24 von PZT 19 schätzt man, dass die Amplitude A(ω_m, T) der Querschwingung mindestens 40 Mal größer als Amplitude 30 der Änderung des Radius ΔR des PZT sein muss, um einen Vorspannungsfehler von 10°/Stunde zu erzeugen. Dies legt nahe, dass der Qualitätsfaktor (Q-Wert) der Resonanz von Faser 24 relativ hoch sein muss. Da eine schwingende Faser einen relativ hohen Q-Wert haben muss, um einen wahrnehmbaren Vorspannungsfehler zu erzeugen, können die Vorspannungsfehler praktisch beseitigt werden, indem der Q-Wert der Resonanz von Faser 24 reduziert wird.
Dämpfen ist eine Weise zur Reduktion des Q-Werts der Resonanz. Man kann gut verstehen, wie Dämpfen den Q-Wert beeinflusst, indem man ein einfaches Massenfedersystem betrachtet, dem eine erzwungen Schwingung mit der Frequenz ω auferlegt wird und das durch eine Widerstandskraft mit einer Größenordnung gedämpft wird, die von der Geschwindigkeit der Masse abhängt. Die Bewegungsgleichung für dieses System ist:
wobei b der Dämpfungskoeffizient ist, m die Masse ist, k die Federkonstante ist, F₀ die Amplitude der antreibenden Kraft ist und z die Auslenkung der Masse vom Gleichgewicht ist. Wenn man die Eigenfrequenz ω_n definiert als
und den Q-Wert der Resonanz als
dann kann man zeigen, dass die maximale Amplitude A_max, die an der erzwungenen Resonanzfrequenz des Systems erhalten wird, ungefähr Q mal der quasi-statischen Amplitude A_{quasi-statisch} ist, die erhalten wird, wenn sich die Antriebsfrequenz Null nähert: Amax ≈ Aquasi-statisch Q (19)
Gleichungen 18 und 19 zeigen, dass die Amplitude A_max der Schwingung reduziert werden kann, indem die Dämp fung (der b-Koeffizient) des Systems erhöht wird. Im Fall einer schwingenden Faserleitung wäre A_{quasi-statisch} die Amplitude 30 der Änderung des Radius ΔR des PZT 19 und A_max wäre die Amplitude 29 der Querschwingungen von Faser 24. In diesem Fall würde man erwarten, dass die Dämpfung auch die Amplitude 29 der Schwingung erheblich reduziert.
Eine Technik, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und nur zur Information wiedergegeben wird, besteht darin, den Bereich von Faser 24 mit einem Material 31 zu umgeben oder in dieses einzubetten, das die mechanische Energie des schwingenden Systems zerstreut. 3a und 3b zeigen eine Implementierung dieser Technik. Die Faserwicklungen und Verdrahtungen 24 des PZT-Phasenmodulators 19 werden mit Dämpfungsmaterial 31 beschichtet. Jegliche Bereiche der Faserwicklungen oder -verdrahtungen 24, die frei schwingen konnten, sind nun stark gedämpft. Material 31 ist ein Energie absorbierendes Material, das die Amplitude der zweiten Oberwelle der PZT-Modulation reduzieren oder dämpfen soll. Material 31 ist eine Acrylat- oder Silikonsubstanz. Das Dämpfungsmaterial 31 kann ein dielektrisches Silikongel DOW CORNING Q3-6575 oder ein anderes ähnliches Material sein.
Dämpfungsmaterial 31 wird auf Faser 24 aufgebracht, die auf Fläche 36 des Phasenmodulators 19 aufgewickelt wird. Die Auftragung des Materials 31 kann bewirkt werden, indem eine Farbbürste oder ähnliches Werkzeug verwendet wird, um Material 31 auf die nach außen weisende Fläche von Faser 24 aufzubringen, die auf Kern 36 aufgewickelt wird. Material 31 wird zudem auf etwa mindestens ein Inch (2,54 cm) Länge auf beiden Verdrahtungen von Faser 24 aufgetragen, wo sie aus Modulator 19 an dem Ring oder der Fläche 36 austreten. Es ist möglicherweise häufiges Bürsten für etwa fünf Minuten erforderlich, bis Material 31 abzubinden beginnt, wenn DOW CORNING Q3-6575 verwendet wird. Bei diesem Typ von Material 31 wird Beschichtung 31 etwa eine Stunde bei Raumtemperatur an der Luft getrocknet. Der beschichtete Modulator 19 wird dann in einen Behälter getan und drei Stunden in einem Ofen bei 85°C angeordnet, um das letztendliche Härten des Materials 31 zu erreichen.
Eine weitere Technik zur Dämpfung von Schwingungen der Faser 24, die auch keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und nur zur Information wiedergegeben wird, besteht darin, dem Aufbau von Faser 24 schwingungsdämpfendes Material 31 zuzufügen. Bei diesem Ansatz kann die Glasauskleidung 38 der Faser 24 von 4 mit Kern 40 mit einer Schutzschicht aus Material 31 beschichtet werden. Faser 24 zeigt somit ein natürliche Dämpfungscharakteristikum. Material 31 wird so gewählt, dass es sowohl guten Schutz als auch Dämpfungseigenschaften liefert.
Wenn ein Bereich von Faser 24 in Kontakt mit einer festen Fläche gerät, was bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall ist (wie bei den Faserwicklungen auf der PZT-Fläche 36), dann verhindert Faser 24 mit einer festen Bindung an Fläche 36 das Schwingen des Bereichs von Faser 24. Es ist somit wichtig, dass die Faserwicklungen an dem PZT 19 mit einem Gel oder einem Kleber gut mit der PZT-Fläche 36 verbunden sind.
Ein Bereich von Faser 24 muss sich jedoch nicht in physischem Kontakt mit PZT 19 befinden, um mit der PZT-Frequenz ins Schwingen gebracht zu werden. Jeder Bereich der Faser 24 in den Betriebsschleifen kann durch akustische Energie 44 in Schwingung geraten, die durch PZT 19 übertragen und durch ein Gasmedium 42 wie Luft innerhalb von Modulator 19 oder dem IFOG-Paket weitergeleitet wird, wie in 5a gezeigt, wobei die Dimensionen zu veranschaulichen Zwecken etwas aus den Proportionen geraten sind. Die Amplitude 29 der unerwünschten Schwingung des Bereichs der Faser 24 kann reduziert werden, indem die Menge an akustischer Ener gie minimiert wird, die den Faserabschnitt erreicht. Um die Menge an akustischer Energie 44 zu reduzieren, die durch das Gasmedium weitergeleitet wird, können zwischen dem PZT-Kern 36 und Faserschleifen 24 Schallreflektoren und/oder -absorber angeordnet werden. Diese Technik wird erreicht, indem eine Aluminiumkappe 46, die als Schallreflektor/-absorber wirkt, über PZT-Kern 36 angeordnet wird, wie in 5b illustriert wird. Die Kappe 46 kann stattdessen aus irgendeinem anderen Material oder irgendwelchen anderen Materialien gefertigt werden, wie Stahl oder einem Kunststoff.

Claims

Gedämpfter vorgespannter Optische-Phase-Modulator (19), aufweisend: eine Trägerstruktur; einen an der Trägerstruktur befestigten PZT-Kern (36) und eine Wendel (10) aus optischer Faser, die an der Trägerstruktur befestigt ist, wobei sich der PZT-Kern in der Mitte der Wendel befindet; und dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (10) der optischen Faser (24) sich nicht in physischem Kontakt mit dem PZT-Kern (30) befindet, und ein Schallreflektor/-absorber (46) um den PZT-Kern (36) angeordnet ist, um Schallenergie zu reduzieren, die aus dem PZT-Kern zu der Wendel der optischen Faser ausstrahlt und zu Vibrationen der Wendel und der dazugehörigen Anschlussdrähte führt.
Modulator nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor/-absorber eine Abschirmung in Form einer Kappe (46) ist, die über dem PZT-Kern positioniert ist und sich zwischen dem PZT-Kern (36) und der Wendel der optischen Faser (10) befindet.