DE69001560T2

DE69001560T2 - Faser-optischer Kreisel.

Info

Publication number: DE69001560T2
Application number: DE90102711T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Asami; Ryoji Kaku; Aritaka Ohno; Kazuhiro Sakuma
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-12
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2010-02-13
Also published as: CA2009944A1; JPH02216010A; CA2009944C; EP0383231B1; EP0383231A2; EP0487509A3; DE69019354D1; EP0383231A3; DE69019354T2; EP0487509A2; US5085501A; DE69001560D1; JPH0692892B2; EP0487509B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen faseroptischen Kreisel, der zum Aufspalten und Koppeln von Licht einen optischen Wellenleiter verwendet, der als eine optische integrierte Schaltung ausgebildet ist.
Es ist ein faseroptischer Kreisel vorgeschlagen worden, der anstelle eines optischen Faserkopplers einen als eine optische integrierte Schaltung ausgebildeten optischen Wellenleiter verwendet, um Licht von einer Lichtquelle in zwei Teile zur Fortpflanzung zu einer ein Ringinterferometer bildenden optischen Faserspule aufzuspalten und zwei Lichtstrahlen, die sich durch die Faserspule fortgepflanzt haben, zusammenzuführen, um sie als Interferenzlicht zu einem Fotodetektor zu leiten (vergleiche z.B. GB-A-2 121 532).
Fig. 1 zeigt ein anderes Beispiel eines solchen faseroptischen Kreisels, bei dem eine optische Faserspule 61 in Schichten um den Umfang eines scheibenförmigen Trägeraufbaus 20 nahe dessen einer Seite gewickelt ist und eine Lichtquelle 62, ein Fotodetektor 63 und ein Substrat 70 mit einer optischen integrierten Schaltung auf dem Trägeraufbau 60 innerhalb der optischen Faserspule 61 montiert sind. Das Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung ist eine rechteckige elektrooptische kristalline Platte etwa aus Lithiumniobat und weist an ihrer einen Oberfläche einen optischen Wellenleiter 74 auf, der durch Eindiffundieren von beispielsweise Titan in einem gewünschten Streifenmuster ausgebildet wurde. Der optische Wellenleiter 74 umfaßt einen Stamm 71, ein Paar Zweige 72a und 72b, die ausgehend von dem einen Ende des Stamms 71 auseinanderlaufen, und ein weiteres Paar Zweige 73a und 73b, die in ähnlicher Weise ausgehend von dem anderen Ende des Stamms 71 auseinanderlauften. Das Paar Zweige 72a und 72b und der Stamm 71 bilden einen 3 dB Koppler, während das Paar Zweige 73a und 73b und der Stamm 71 ebenfalls einen 3 dB Koppler bilden. Optische Verbinder 76 und 77 sind an den entgegengesetzten Enden des Substrats 70 mit der optischen integrierten Schaltung vorgesehen. Die Zweige 72a und 72b des optischen Wellenleiters 74 sind mit dem einen bzw. dem anderen Ende 61a und 61b der optischen Faserspule 61 verbunden, und die Zweige 73a und 73b sind über optischen Fasern 78 und 79 mit der Lichtquelle 62 bzw. dem Fotodetektor 63 verbunden. Eine elektrische Schaltungseinheit 80 ist an der anderen Seite des Trägeraufbaus 60 montiert.
Obwohl nicht dargestellt, ist ein Elektrodenpaar zu Phasenmodulation für einen oder beide Zweige 72a und 72b des optischen Wellenleiters 74 vorgesehen, und die elektrische Schaltungseinheit 80 enthält einen Phasenmodulationsgenerator zur Lieferung eines Phasenmodulationssignals an dieses Elektrodenpaar sowie einen Synchrondetektor zur Synchrondetektierung eines Ausgangssignals von dem Fotodetektor 63 mittels des Phasenmodulationssignals zum Erhalt des Ausgangssignals des faseroptischen Kreisels. Der Stamm 71 des optischen Wellenleiters 74 ist so ausgebildet, daß ein Polarisationseffekt erzeugt wird.
Licht von der Lichtquelle 62 läuft durch die optische Faser 78 und gelangt vom Zweig 73a des optischen Wellenleiters 74 über den Stamm 71 zu den Zweigen 72a und 72b, das heißt das Licht wird in zwei Strahlen aufgespaltet. Dabei wird entweder einer der Lichtstrahlen oder es werden beide Lichtstrahlen durch Anlegen des oben erwähnten Phasenmodulationssignals an das erwähnte Elektrodenpaar phasenmoduliert. Als Ergebnis wird das eine Licht als linksseitiges Licht der optischen Faserspule 61 an deren einem Ende 61a und das andere Licht als rechtsseitiges Licht der optischen Faserspule 61 an deren anderem Ende 61b zugeführt. Das linksseitige Licht und das rechtsseitige Licht werden nach Durchlaufen der optischen Faserspule 61 dem Stamm 71 des optischen Wellenleiters 74 über dessen Zweige 72b und 72a von dem anderen Ende 61b bzw. dem einen Ende 61a der optischen Faserspule 61 zugeführt, wodurch sie zusammengeführt werden. Das resultierende Interferenzlicht wird von dem Zweig 73b des optischen Wellenleiters 74 über die optischen Faser 79 dem Fotodetektor 63 zugeführt, in dem es in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, das mittels des oben erwähnten Phasenmodulationssignals einer Synchronmodulation unterzogen wird, was zu dem Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels führt. Eine Basis 91 ist an einer Seite des Trägeraufbaus 60 montiert, und das Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung ist gemäß Darstellung in den Figuren 2 und 3 mittels eines Klebstoffs 92 direkt an der Basis 91 befestigt.
Bei dem herkömmlichen faseroptischen Kreisel ist das Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung innerhalb der optischen Faserspule 61 angeordnet, die als das Ringinterferometer dient. Da der auf dem Substrat 70 ausgebildete optische Wellenleiter 74 die Paare ausreichend langer Zweige 72a, 72b und 73a, 73b aufweist, die an den entgegengesetzten Enden des ausreichend langen Stamms 71 gerade angeordnet sind, ist das Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung lang, und der Durchmesser der es umschließenden Windung der optischen Faserspule 61 ist entsprechend groß. Damit ist der faseroptische Kreisel insgesamt unweigerlich voluminös.
Da ferner bei dem oben erwähnten bekannten faseroptischen Kreisel das Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung direkt mittels des Klebstoffs 92 mit der Basis 91 verbunden ist, wird eine zufällige Erhitzung von außen, etwa ein Anstieg der Umgebungstemperatur, eine starke thermische Spannung im Substrat 70 mit der optischen integrierten Schaltung hervorrufen. Dies beruht auf dem Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem elektrooptischen Kristall, der das Substrat 70 mit der integriert Schaltung bildet, und der Basis 91, wodurch der elektrooptische Kristall thermisch verformt wird und dadurch sein Brechungsindex geändert wird, was einen Fehler im Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels verursacht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen faseroptischen Kreisel mit kleinem Durchmesser zu schaffen, der einen als optische integrierte Schaltung ausgebildeten optischen Wellenleiter zum Aufspalten und Koppeln von Licht verwendet.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen faseroptischen Kreisel mit einem Aufbau zu schaffen, der die thermische Verformung eines elektrooptischen Kristalls vermindert, der eine optische integrierte Schaltung bildet, die zum Aufspalten und Koppeln von Licht verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht wird, sind in einem faseroptischen Kreisel, der eine Lichtquelle, eine ein Ringinterferometer bildende optische Faserspule, einen Fotodetektor und ein innerhalb der optischen Faserspule angeordnetes Substrat mit einer optischen integrierten Schaltung enthält, auf dem Substrat mit der optischen integrierten Schaltung ein erster und ein zweiter optischer Wellenleiterkoppler getrennt vorgesehen, von denen jeder einen Stamm und ein Paar von diesem abstehender Zweige aufweist. Die Zweige des ersten optischen Wellenleiterkopplers sind mit dem einen bzw. dem anderen Ende der optischen Faserspule verbunden, während sein Stamm über eine optischen Faser mit dem Stamm des zweiten optischen Wellenleiterkopplers verbunden ist, dessen einer Zweig wiederum über eine optischen Faser mit der Lichtquelle und dessen anderer Zweig über eine optischen Faser mit dem Fotodetektor verbunden sind.
Da bei einem solchen Aufbau der erste und der zweite optische Wellenleiterkoppler getrennt voneinander auf dem Substrat mit der optischen integrierten Schaltung, das innerhalb der optischen Faserspule liegt, vorgesehen sind, kann die Gesamtlänge des Substrats mit der optischen integrierten Schaltung auf etwa die Hälfte dessen reduziert werden, was in der Vergangenheit erforderlich war. Demzufolge kann der Windungsdurchmesser der außerhalb des Substrats mit der optischen integrierten Schaltung angeordneten optischen Faserspule deutlich kleiner als beim Stand der Technik gemacht werden, was eine wesentliche Verringerung der Gesamtgröße des faseroptischen Kreisels erlaubt.
Gemäß der Ausführungsform des abhängigen Anspruchs 5 ist das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung an einer Versteifungsplatte fixiert, die aus dem gleichen elektrooptischen Kristall hergestellt ist, wie er für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung verwendet wird, oder einem Material, das etwa denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der elektrooptische Kristall aufweist. Die Versteifungsplatte wird durch flexible Mittel auf einem Trägeraufbau gehalten.
Bei solch einem faseroptischen Kreisel, bei dem die Versteifungsplatte von den flexiblen Mitteln versetzbar auf dem Trägeraufbau gehalten wird, wird, selbst wenn in der Versteifungsplatte eine thermische Spannung aufgrund des Unterschiedes der thermischen Ausdehnung zwischen der Versteifungsplatte und dem Trägeraufbau bei äußerer Erhitzung des Geschwindigkeitsmessers auftritt, die Versteifungsplatte relativ zum Trägeraufbau versetzt, um dadurch die thermische Spannung zu absorbieren. Da hierbei das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung und die Versteifungsplatte aus dem gleichen elektrooptischen Kristall hergestellt sind oder die Versteifungsplatte aus einem Material gebildet ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa derselbe wie der des Substrats mit der optischen integrierten Schaltung ist, wird in dem Substrat mit der optischen integrierten Schaltung direkt keine hohe thermische Spannung aufgrund des Unterschiedes zwischen ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen. Folglich wird im wesentlichen keine thermische Spannung in dem das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bildenden elektrooptischen Kristall auftreten, was praktischer Weise die Möglichkeit des Einführen von Fehlern in das Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels aufgrund einer Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls infolge seiner thermischen Verformung ausschließt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 und 6 bis 9.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen faseroptischen Kreisels zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Trägeraufbau für ein Substrat mit einer optischen integrierten Schaltung bei dem herkömmlichen faseroptischen Kreisel zeigt;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Trägeraufbaus;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des faseroptischen Kreisels der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel des faseroptischen Kreisels der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 6 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht des in Fig. 6 gezeigten Trägeraufbaus;
Fig. 8 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht des in Fig. 8 gezeigten Trägeraufbaus;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die eine Deformation eines Teiles des Trägeraufbaus von Fig. 8 zeigt, wenn in diesem eine thermische Spannung verursacht wird; und
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die noch ein anderes Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 4 zeigt ein Beispiel des faseroptischen Kreisels der vorliegenden Erfindung. Um die obere Hälfte der Umfangsfläche eines scheibenförmigen Trägeraufbaus 10, etwa aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, ist in Schichten eine optische Faserspule 21 gewickelt, die ein Ringinterferometer bildet. An der Oberseite des Trägeraufbaus 10 sind eine Lichtquelle 22 ein Fotodetektor 23 und ein Substrat 30 mit einer optischen integrierten Schaltung angeordnet. Das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung wird von einer rechteckigen elektrooptischen kristallinen Platte, etwa aus Lithiumniobat gebildet und weist ein gewünschtes Streifenmuster oder gewünschte Streifenmuster auf, die durch Eindiffundieren von beispielsweise Titan ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind getrennt aber parallel liegend auf derselben kristallinen Platte eine erster und ein zweiter optischer Wellenleiterkoppler 31 und 32 ausgebildet. Diese Koppler 31 und 32 sind beide 3 dB Koppler. Der erste optische Wellenleiterkoppler 31 weist ein Paar Zweige 31a und 31b auf, die parallel von einem Ende des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung ausgehen und sich unter einem kleinen Winkel vereinigen, so wie einen Stamm 31c, der sich von dem Verbindungspunkt der Zweige 31a und 31b zu dem anderen Ende des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung erstreckt. Der zweite optischen Wellenleiterkoppler 32 weist einen Stamm 32c auf, der von dem einen Ende des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung ausgeht, sowie ein Paar Zweige 32a und 32b, die von dem Ende des Stamms 32c unter einem kleinen Winkel abzweigen und sich parallel zu dem anderen Ende des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung erstrecken. Optische Verbinder 33 und 34 sind an dem einen bzw. dem anderen Ende des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung vorgesehen. Die Zweige 31a und 31b des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 sind mit dem einen Ende 21a bzw. dem anderen Ende 21b der optischen Faserspule 21 verbunden, der Stamm 31c des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 und der Stamm 32c des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 32 sind über eine optische Faser 35 miteinander verbunden, und die Zweige 32a und 32b des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 32 sind mit der Lichtquelle 22 bzw. dem Fotodetektor 23 über optische Fasern 36 bzw. 37 verbunden. An der anderen Seite des Trägeraufbaus 10 ist eine elektrische Schaltungseinheit 40 montiert.
Obwohl nicht dargestellt, ist ein Elektrodenpaar zur Verwendung für eine Phasenmodulation für einen oder beide Zweige 31a und 31b des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 vorgesehen, und die elektrische Schaltungseinheit 40 enthält einen Phasenmodulationssignalgenerator zur Lieferung eines Phasenmodulationssignals an das erwähnte Elektrodenpaar sowie einen Synchrondetektor zur Synchrondetektierung eines Ausgangssignals von dem Fotodetektor 23 mittels des Phasenmodulationssignals zum Erhalt des Ausgangssignals des faseroptischen Kreisels.
Licht von der Lichtquelle 22 durchläuft die optische Faser 36 und den Zweig 32a des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 32 zu dessen Stamm 32c und pflanzt sich dann durch die optische Faser 35 und den Stamm 31c des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 zu seinen Zweigen 31a und 31b fort. Damit wird das von der Lichtquelle 22 ausgesandte Licht in zwei Strahlen aufgespalten. Einer oder beide Lichtstrahlen werden durch Anlegen des oben erwähnten Phasenmodulationssignals an die Elektrodenpaare phasenmoduliert, und als Folge davon wird das eine Licht als linksseitiges Licht der optischen Faserspule 21 von deren einem Ende 21a geliefert, während das andere Licht als rechtsseitiges Licht der optischen Faserspule 21 von deren anderem Ende 21b geliefert wird. Das linksseitige Licht und das rechtsseitige Licht werden beide nach Durchlaufen der optischen Faserspule 21 von dem anderen Ende 21b und dem einen Ende 21a der optischen Faserspule 21 über seine Zweige 31b und 31a dem Stamm 31c des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 zugeführt, wodurch sie vereinigt werden. Das resultierende Interferenzlicht wird über die optische Faser 35 dem Stamm 32c des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 32 geliefert, und ein Teil des auf diese Weise zugeführten Lichts gelangt über die optischen Faser 37 an den Fotodetektor 23, wo es in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Das so erhaltene elektrische Signal wird mittels des oben erwähnten Phasenmodulationssignals einer Synchrondetektierung unterzogen, um das Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels zu schaffen.
Da bei dieser Ausführungsform das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung, das innerhalb der ein Ringinterferometer bildenden optischen Faserspule 21 angeordnet ist, in oben beschriebener Weise den ersten und den zweiten optischen Wellenleiterkoppler 31 und 32 getrennt voneinander aufweist, kann die Gesamtlänge des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung vom einen Ende zum anderen auf etwa die Hälfte dessen reduziert werden, was bei dem Substrat mit der optischen integrierten Schaltung des in Fig. 1 gezeigten bekannten faseroptischen Kreisels nötig war. Als Folge davon kann der Durchmesser der optischen Faserspule 21, innerhalb derer sich das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung befindet, deutlich kleiner als bei dem bekannten faseroptischen Kreisel gemacht werden, so daß der Gesamtaufbau des faseroptischen Kreisels der vorliegenden Erfindung viel kleiner gemacht werden kann als bei dem herkömmlichen Kreisel, wie aus Fig. 4 erkennbar.
Fig. 5 stellt eine andere Ausführungsform des faseroptischen Kreisels der vorliegenden Erfindung dar, bei der die Zweige 31a und 31b des ersten optischen Wellenleiterkopplers 31 und die Zweige 32a und 32b des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 32 auf dem Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung nebeneinander nahe dessen einem Ende ausgebildet sind, während die Stämme 31c und 32c des ersten und des zweiten optischen Wellenleiterkopplers 31 und 32 nebeneinander auf dem Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung nahe dessen anderen Ende ausgebildet sind. Diese Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die Ausführungsform von Fig. 4 und führt zu demselben Effekt, wie er oben erwähnt wurde.
Das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung kann erkennbar in zwei Teile unterteilt werden, wie durch die gestrichelte Linie 38 in Fig. 5 angedeutet. Anders ausgedrückt, der erste und der zweite optische Wellenleiterkoppler 31 und 32 können auf zwei gesonderten rechteckigen Substraten mit einer optischen integrierten Schaltung ausgebildet werden. Die beiden Substrate mit der optischen integrierten Schaltung können übereinander parallel oder sich kreuzend angeordnet werden, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Die Figuren 6 und 7 stellen ein Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel der vorliegenden Erfindung dar. Das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung ist mittels eines Klebstoffs mit einer rechteckigen Versteifungsplatte 50 aus Lithiumniobat verbunden, wobei es sich um den elektrooptischen Kristall handelt, der das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung bildet, oder aus K-Monel (Handelsbezeichnung), das etwa denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie Lithiumniobat hat. Die Versteifungsplatte 50 ist beispielsweise an drei Punkten mittels eines Klebstoffs 51 an dem Trägeraufbau 10 fixiert. Bei dem Klebstoff kann es sich um einen aus der Familie der Silikongummis handeln, der eine geeignete Elastizität aufweist. Dieser gummiartige Klebstoff 51 bildet flexible Haltemittel.
Selbst wenn bei dieser Ausführungsform die Versteifungsplatte SO und der Trägeraufbau 10 unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wird der Unterschied ihrer thermischen Ausdehnung aufgrund äußerer Hitze zum größten Teil durch eine elastische Deformation des Klebstoffs 51 absorbiert. Dabei ist die auf die Versteifungsplatte 50 infolge der elastischen Deformation des Klebstoffs 51 einwirkende Spannung so gering, daß die Deformation der Versteifungsplatte 50 aufgrund der Spannung vernachlässigbar gering ist. Daher wird der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Versteifungsplatte 50 und dem Trägeraufbau 10 im wesentlichen zu keiner Spannung des Substrats 30 mit der optischen integrierten Schaltung führen. Da ferner die Versteifungsplatte aus dem gleichen elektrooptischen Kristall hergestellt ist, wie er für das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung verwendet wird, oder aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der dem dieses elektrooptischen Kristalls nahezu gleich ist, wird auch keine große Spannung direkt im Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung aufgrund des Unterschiedes ihrer thermischen Ausdehnung hervorgerufen werden. Folglich wird eine mögliche Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls aufgrund seiner Spannungsverformung äußerst beschränkt sein und damit das Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels praktisch fehlerfrei sein.
Die Figuren 8 und 9 zeigen ein anderes Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel der vorliegenden Erfindung. Das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung ist mittels eines Klebstoffs oder ähnlichem an der Versteifungsplatte 50 fixiert. An der Oberseite des Trägeraufbaus 10 sind eine Auflage 11, die kürzer und schmäler ist als das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung, und zwei Paare dünner plattenartiger Trägerstücke 12, die höher sind als die Auflage 11 und ihr allseitig gegenüberliegen, durch Schneiden vorstehend ausgebildet. Die Versteifungsplatte 50 mit dem darauf festmontierten Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung ist auf die Auflage 11 gesetzt und mittels eines Klebstoffs 52 mit den dünnen plattenartigen Trägerstücken 12 des Trägeraufbaus 10 verbunden. Die Trägerstücke 12 bilden flexible Haltemittel. Um die Auflage 11 sind Freiräume zur Verhinderung eines Flusses des Klebstoffs 52 gebildet.
Auch bei dieser Ausführungsform gilt, daß, selbst wenn die Versteifungsplatte 50 und der Trägeraufbau 10 unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die dünnen plattenförmigen Trägerstücke1 die die Versteifungsplatte 50 tragen, durch äußere Hitzeeinwirkung leicht verformt werden, wie vergrößert in Fig. 10 dargestellt, was die auf die Versteifungsplatte 50 einwirkende Spannung vermindert. Da ferner die Versteifungsplatte 50 aus dem gleichen elektrooptischen Kristall hergestellt ist, wie er für das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung verwendet wird, oder aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich dem des elektrooptischen Kristalls ist, wird auch keine große Spannung direkt in dem Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung aufgrund des Unterschiedes ihrer thermischen Ausdehnung induziert. Eine mögliche Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls infolge seiner Spannungsverformung wird so gering sein, daß der faseroptischen Kreisel sein Ausgangssignal praktisch fehlerfrei erzeugt.
Fig. 11 zeigt noch ein anderes Beispiel des Trägeraufbaus für das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bei dem faseroptischen Kreisel gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung ist mittels eines Klebstoffs oder dergleichen an der Versteifungsplatte 50 befestigt. Der Trägeraufbau 10 weist eine Auflage 13 und eine Kombination aus einem Stufenabschnitt 14 und einem dünnen plattenartigen Trägerstück 15 auf, die die Versteifungsplatte 50 an ihren gegenüberliegenden Enden in ihrer Längsrichtung tragen. Die Versteifungsplatte, die das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung trägt, ist auf der Auflage 13 montiert und mittels eines Klebstoffs 53 mit dem Stufenabschnitt 14 und dem dünnen plattenartigen Trägerstück des Trägeraufbaus 10 verbunden. Auch dieses Beispiel ergibt denselben Effekt wie die zuvor unter Bezug auf die Figuren 8, 9 und 10 beschriebenen.
Da, wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung der erste und der zweite optischen Wellenleiterkoppler, die sich je aus einem Stamm und einem Paar von diesem ausgehender Zweige zusammensetzen, getrennt voneinander auf dem Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung ausgebildet sind, kann der gesamte Aufbau des faseroptischen Kreisels deutlich kleiner gemacht werden, als in der Vergangenheit.
Ferner ist das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung fest auf einer Versteifungsplatte montiert, die aus dem gleichen elektrooptischen Kristall hergestellt ist, wie er für das Substrat 30 mit der optischen integrierten Schaltung verwendet wird, oder aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der nahezu gleich dem des elektrooptischen Kristalls ist, und die Versteifungsplatte wird mittels flexibler Haltemittel auf einem Trägeraufbau gehalten. Daher tritt im wesentlichen keine thermische Verformung in dem elektrooptischen Kristall, der das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung bildet, auf, und folglich besteht praktisch keine Möglichkeit, daß durch Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls, die von dessen thermischer Verformung herrührt, ein Fehler in das Ausgangssignal des faseroptischen Kreisels eingeführt wird.
Es ersichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht wird, zu verlassen.

Claims

1. Faseroptischer Kreisel umfassend:

eine optische Faserspule (21), die ein Ringinterferometer bildet,

eine Lichtquelle (22),

einen Fotodetektor (23), und

eine Substratanordnung (30) mit einer optischen integrierten Schaltung, die innerhalb der optischen Faserspule angeordnet und mit der Lichtquelle, dem Fotodetektor und den beiden Enden der optischen Faserspule verbunden ist,

wobei auf der Substratanordnung mit der optischen integrierten Schaltung

ein erster optischer Wellenleiterkoppler (32) ausgebildet ist, der einen ersten und einen zweiten Zweig (32a, 32b) aufweist, die über eine erste und eine zweite optische Verbindungsfaser (36, 37) mit der Lichtquelle bzw. dem Fotodetektor verbunden sind, sich im wesentlichen parallel in einer ersten Richtung erstrecken, sich aber allmählich aneinander annähern und mit ihren anderen Enden zusammengekoppelt sind, und der einen ersten Stamm (32c) aufweist, der sich von der Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Zweig in der ersten Richtung erstreckt, und

ein zweiter optischer Wellenleiterkoppler (31) ausgebildet ist, der einen dritten und einen vierten Zweig (31a, 31b) aufweist, die mit einem Ende mit dem einen bzw. dem anderen Ende der optischen Faserspule (21) verbunden sind und sich im wesentlichen parallel in einer zweiten Richtung erstrecken, sich aber allmählich aneinander annähern und mit ihren anderen Enden miteinander verbunden sind, und der einen zweiten Stamm (31c) aufweist, der sich von der Verbindungsstelle zwischen dem dritten und dem vierten Zweig in der zweiten Richtung erstreckt,

wobei das freie Ende des ersten und das des zweiten Stamms über eine dritte optische Verbindungsfaser (35) miteinander verbunden sind.

2. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 1, bei dem die Substratanordnung (30) mit der optischen integrierten Schaltung eine im wesentlichen rechteckige elektrooptische kristalline Platte enthält, der erste und der zweite Zweig (32a, 32b) an einer ersten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte über die erste und die zweite optische Verbindungsfaser (36, 37) mit ihrem jeweiligen einen Ende mit der Lichtquelle (22) bzw. dem Fotodetektor (23) verbunden sind, der dritte und der vierte Zweig (31a, 31b) an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte mit ihrem jeweiligen einen Ende mit dem einen Ende bzw. dem anderen Ende der optischen Faserspule (21) verbunden sind, und das jeweilige freie Ende des ersten und des zweiten Stamms (32c, 31c) an der zweiten bzw. der ersten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte mit dem einen Ende bzw. dem anderen Ende der dritten optischen Verbindungsfaser (35) verbunden sind.

3. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 1, bei dem die Substratanordnung (30) mit der optischen integrierten Schaltung eine im wesentlichen rechteckige elektrooptische kristalline Platte ist, der erste und der zweite Zweig (32a, 32b) an einer ersten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte über die erste bzw. die zweite optische Verbindungsfaser (36, 37) mit ihrem jeweiligen einen Ende mit der Lichtquelle (22) bzw. dem Fotodetektor (23) verbunden sind, der dritte und der vierte Zweig (31a, 31b) an der ersten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte mit ihrem jeweiligen einen Ende mit dem einen bzw. dem anderen Ende der optischen Faserspule (21) verbunden sind und das jeweilige freie Ende des ersten und des zweiten Stamms (32c, 31c) an einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite der elektrooptischen kristallinen Platte mit dem einen Ende bzw. dem anderen Ende der dritten optischen Verbindungsfaser (35) verbunden sind.

4. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Lichtquelle (22) und der Fotodetektor (23) innerhalb der optischen Faserspule angeordnet sind.

5. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Substratanordnung mit der optischen integrierten Schaltung an einer Versteifungsplatte (50) aus einem Material befestigt ist, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem der Substratanordnung mit der optischen integrierten Schaltung ist, wobei die Versteifungsplatte von flexiblen Haltemitteln (51) auf einen Trägeraufbau innerhalb der optischen Faserspule (21) gehalten wird.

6. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 5, bei dem die flexiblen HaItemittel (51) ein Klebstoff sind, wodurch die Versteifungsplatte (50) an einer Vielzahl von Stellen elastisch mit der Oberseite des Trägeraufbaus verbunden ist.

7. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 5, bei dem die flexiblen Haltemittel wenigsten zwei dünne, plattenartige Tragstücke (12) aufweisen, die vorstehend an der Oberseite des Trägeraufbaus an wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten der Versteifungsplatte (50) einander gegenüberliegend vorgesehen sind, und bei dem die Versteifungsplatte zwischen den beiden dünnen plattenartigen Tragstücken vorgesehen und an ihnen mittels eines Klebstoffs (52) befestigt ist.

8. Faseroptischer Kreisel nach Anspruch 7, bei dem eine Auflage (11), die kürzer als die beiden dünnen plattenartigen Tragstücke (12) ist, vorstehend an der Oberseite des Trägeraufbaus zwischen den beiden dünnen plattenartigen Tragstücken vorgesehen ist, und bei dem die Versteifungsplatte (50) auf der Auflage montiert ist.

9. Faseroptischer Kreisel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Versteifungsplatte (50) aus demselben Material wie das Substrat mit der optischen integrierten Schaltung hergestellt ist.