DE69105616T2 - Fiberoptische Messeinrichtung, Gyroskop, Stabilisierungssystem und Strom- oder Magnetfeldsensor. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine faseroptische Meßvorrichtung zum Messen der Veränderung eines Parameters, der in einem SAGNAC-Ringinterferometer nichtreziproke Störungen erzeugt.
• SAGNAC-Interferometer und die von ihnen erzeugten physikalischen Phänomene sind bekannt. In einem derartigen Interferometer teilt eine Teilerplatte oder eine andere Teilervorrichtung eine einfallende Welle. Die beiden in dieser Weise erzeugten gegenläufigen Wellen breiten sich in entgegengeletzten Richtungen längs eines geschlossenen optischen Weges aus, vereinigen sich wieder und erzeugen Interferenzen, die von der Phasenverschiebung ihrer Wellen bei ihrer Wiedervereinigung abhängen.
• Anfangs wurde der geschlossene optische Weg von SAGNAC-Interferometern durch Spiegel gebildet. Derzeit ist bekannt, daß der optische Weg auch durch eine Mehrfachwicklung aus Monomodus-Optikfasern gebildet werden kann.
• Ferner ist bekannt, daß bestimmte physikalische Erscheinungen Störungen erzeugen, insbesondere nichtreziproke Phasenverschiebungen bei sich gegenläufig ausbreitenden Wellen, die eine Phasenverschiebung relativ zu diesen Wellen erzeugen, welche den Interferenzzustand der Wellen bei ihrer Wiedervereinigung modifizieren.
• Durch Messung dieser relativen Phasenverschiebung kann das von ihr erzeugte Phänomen quantifiziert werden.
• Die hauptsächliche physikalische Erscheinung, die diese nichtreziproken Störungen verursacht, ist der SAGNAC-Effekt, der durch Drehung des Interferometers in bezug auf eine Achse erfolgt, die rechtwinklig zu der Ebene seines geschlossenen optischen Weges verläuft. Von dem FARADAY-Effekt oder dem magnetooptischen kolinearen Effekt ist zudem bekannt, daß er nichtreziproke Effekte dieses Typs erzeugt; dies ist z.B. beschrieben in einem Artikel der Fachzeitschrift OPTIC LETTERS (Jahrgang 7, No. 4, April 1982, Seiten 180-182) von K. BOHM. Unter bestimmten Bedingungen können auch andere Effekte eine nichtreziproke Phasenverschiebung erzeugen.
• Andererseits haben die Variationen zahlreicher für die Umgebung repräsentativer Parameter, die oft den Störungen der Meßwerte zugrundeliegen, nur reziproke Auswirkungen auf das SAGNAC-Interferometer, stören nicht die relative Phasenverschiebung zwischen den sich gegenläufig ausbreitenden Wellen und haben somit keinen Einfluß auf die Messung des beobachteten Parameters. Dies ist der Fall bei langsamen Variationen der Temperatur, der Vorzeichen, etc., die den von den optischen Wellen durchlaufenen Weg modifizieren, diesen jedoch in reziproker Weise modifizieren.
• Es sind zahlreiche Anstrengungen unternommen worden, um die Empfindlichkeit und die Präzision der mit einem derartigen Meßgerät durchführbaren Maßnahmen zu verbessern. Information dazu findet sich beispielsweise in dem Kapitel 9, betitelt "Fiber Optic Gyroscope" von Hervé C. Lefèvre in der Veröffentlichung "Optical Fiber Sensors", Band 2, ARTECH HOUSE, 1989.
• Insbesondere wurde zunächst festgestellt, daß die von dem SAGNAC-Interferometer erzeugte Antwort der Formel P = Po(1 + cosδφ) folgt und dabei die Empfindlichkeit dieses Signals in der Nähe der Phasendifferenz δφ = 0 schwach ist. Es wurde vorgeschlagen, eine Modulation der Phasendifferenz im Quadrat der Amplitude von mehr oder weniger π/2 einzuführen, um die Verschiebung zu erreichen, d.h., den Betriebspunkt zu versetzen und ein periodisches Signal zu erzeugen, dessen Amplitude eine Sinusfunktion des gemessenen Parameters ist und das man deshalb mit größerer Genauigkeit und Stabilität benutzen kann.
• Ferner hat sich erwiesen, daß die Präzision der Messung durch Verwendung eines Null-Verfahrens verbessert wird, das auch als Funktion mit geschlossenem Kreislauf bezeichnet wird. Nach diesem Verfahren wird eine zusätzliche Phasendifferenz, die als eine Gegenreaktions-Phasendifferenz δφcr bezeichnet wird, verwendet, die zum Ausgleich der von dem gemessenen Parameter erzeugten Phasendifferenz δφ dient. Diese Summe dieser beiden Phasendifferenzen δφcr und δφp wird auf Null gehalten, so daß das Interferometer mit höchster Präzision arbeiten kann. Die Messung wird durch Auswertung des Signals durchgeführt, das für die Erzeugung der Gegenreaktions-Phasendifferenz δφcr benötigt wird. Somit ist die Messung stabil und linear.
• Die für diesen in geschlossenem Kreis erfolgenden Betrieb erforderliche Steuerung kann durch eine Frequenzverschiebung realisiert werden. Diese Verschiebung kann direkt ausgehend von akusto-optischen Modulatoren erzeugt werden oder simuliert werden, indem eine serrodyne Modulation auf einen Phasenmodulator aufgebracht wird. Eine derartige serrodyne Modulation wird erzeugt, indem eine Phasenmodulationsrampe mit Sägezahnform angewandt wird. Dabei ist auch bekannt, daß ein kontinuierliches Rampensignal durch einen mit einem Taktgeber synchronisierten Verlauf ersetzt werden kann und ein derartiges Signal von einer Logikschaltung und einem Analog/Digital-Wandler erzeugt werden kann.
• Bei praktischen Ausführungsbeispielen wurden Schwierigkeiten festgestellt, die auf der Tatsache beruhten, daß die optische Faser, die den Interferometerring bildet, nicht perfekt ist und eine gewisse Doppelbrechung aufweist. Diese Doppelbrechung bewirkt die Ausbreitung zweier orthogonaler Polarisationsmodi mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Es ist bekannt, daß Moduskopplungsphänomene entstehen können, welche nichtreziproke Phänomene erzeugen, die geeignet sind, die Messungen zu stören.
• Es ist bekannt, daß diese parasitären Phänomene durch Verwendung eines Polarisators an dem gemeinsamen Eingangs-/Ausgangsanschluß des Interferometers reduziert werden können. Da die Selektion des Polarisators nicht unbegrenzt ist, ist es auch bekannt, daß diese Effekte begrenzt werden können, indem eine die Polarisation wahrende, stark doppelbrechende Faser und eine Quelle mit großem Spektrum verwendet werden. Die in der orthogonalen Polarisation gekoppelten parasitären Wellen verlieren durch den mit der Doppelbrechung zusammenhängenden Geschwindigkeitsunterschied ihre Kohärenz mit der Hauptwelle, wodurch das effektive parasitäre Signal, das mit den Fehlern der Faser beim Bewahren der Polarisation zusammenhängt, verringert wird.
• Es wurde jedoch festgestellt [siehe insbesondere den Artikel "Progress in optical fiber gyroscopes using integrated optics", von H.G. Lefevre et al., in Proceedings AGARD/NATO, Band CPP-383, Seiten 9A/1-13, (1985)], daß ein parasitäres Signal verbleibt, wenn zur Spule symmetrische, d.h. in der selben optischen Entfernung von der Teilereinrichtung, parasitäre Kopplungspunkte bestehen. Dies ist insbesondere bei Fehlern der Teilereinrichtung, die die gegenläufigen Wellen teilt und rekombiniert, der Fall. Da diese prinzipiell am Spulenende angeordnet ist, erzeugt sie symmetrische Kopplungen.
• Es wurde ferner vorgeschlagen (FR-A-2 526 938), eine Einzel- Polarisationsfaser zur Ausbildung der Spule des Interferometers zu verwenden. Die linear polarisierte Welle wird mittels eines Teilerkubus geteilt, der die beiden gegenläufigen Wellen erzeugt.
• Diese nach dem Durchlaufen des Kreises einander überlagerten Wellen werden extrahiert, mittels einer λ/4-Platte in bezug zueinander um π/2 phasenverschoben, um die Verschiebung zu bewirken, und anschließend rekombiniert. Die Messung ihrer Phasenverschiebung ermöglicht die Feststellung des Rotationsbetrags (oder des gemessenen Parameters).
• Bei dieser Anordnung kann die von der λ/4-Platte eingebrachte Phasenverschiebung um π/2 nicht vollkommen stabil sein, insbesondere wegen der Veränderung der Doppelbrechung mit der Temperatur. Dies bringt eine Abweichungs- oder Fehlerquelle in die Messung ein.
• Ferner ist es ebenfalls bekannt, beispielsweise aus US-4 556 293, daß eine Quelle entpolarisierten Lichts, die in bestimmten Gyroskopen verwendbar ist, erhalten werden kann, indem eine doppelbrechende Faser mit einer breiten Quelle, beispielsweise einer Lumineszenzdiode, gekoppelt wird.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, die die durch symmetrische Kopplungen verursachten parasitären Signale und gleichzeitig die Nachteile vermeidet, die durch das Einsetzen einer λ/4-Platte bewirkt werden können.
• Zu diesem Zweck wird eine faseroptische Meßvorrichtung vorgeschlagen, die aufweist: eine linear polarisierte Lichtquelle, ein SAGNAC-Ringinterferometer, in dem sich zwei sich gegenläufig ausbreitende Wellen ausbreiten, einen Detektor, eine elektronische Einrichtung mit einem Verarbeitungssystem, das ein von dem gemessenen Parameter abhängiges Signal liefert, eine Einrichtung zur Modulation der Phasendifferenz zwischen den beiden sich gegenläufig ausbreitenden Wellen.
• Die von der Quelle kommende einfallende Welle wird gleichmäßig in die beiden Polarisationsmodi eines Polarisationsseparators geteilt, um die beiden Polarisationen, die sich in dem Interferometer ausbreiten werden, räumlich zu trennen Das Interferometer weist eine die Polarisation bewahrende doppelbrechende Faser auf, die zwei Enden mit neutralen Doppelbrechungsachsen aufweist, wobei jedes der Enden der die Polarisation bewahrenden Fasern mit einem der Anschlüsse des Polarisationsseparators verbunden ist, und wobei die Achsen jedes Endes mit denjenigen des zugehörigen Anschlusses zusammenfallen, um jedes Ende mit Licht desselben Polarisationsmodus der doppelbrechenden Faser zu verbinden.
• Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale auf.
• Vorzugsweise ist der Polarisationsseparator ein Ganzfaser- Polarisationsseparator.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, wobei die Zeichnungen zeigen:
• - Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• - Figur 2 zeigt die Polarisationszustände des Lichts gemäß den unterschiedlichen Komponenten bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 1.
• - Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• - Figur 4 ist eine Darstellung des faseroptischen Polarisationsseparators, der zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung geeignet ist.
• Die faseroptische Meßvorrichtung weist eine Lichtquelle 1 mit breitem Spektrum, ein SAGNAC-Ringinterferometer 2, einen Empfänger 3 und einen Doppelbrechungsmodulator 4 auf. Ein Polarisationsseparator 5, der auch als Eingangsseparator bezeichnet wird, ermöglicht das Extrahieren des das Interferometer 2 verlassenden Signals, um dieses dem Detektor 3 zuzuführen.
• Ein zweiter Polarisationsseparator 6, der auch als Kreis- Separator bezeichnet wird, ermöglicht das räumliche Trennen der schnellen und langsamen einfallenden Wellen in zwei gegenläufige Wellen, die den Ring 7 des Tnterferometers 2 in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen.
• Die semi-transparente Teilereinrichtung für die gegenläufigen Wellen, die im allgemeinen bei den bekannten Vorrichtungen vorhanden ist, ist hier nicht vorgesehen. Die polarisierte Eingangswelle wird derart in ein doppelbrechendes Medium geleitet, daß die Leistung hälftig gleichmäßig auf den schnellen und den langsamen Modus dieses Mediums verteilt wird: ein Polarisationsseparator ist in Reihe angeordnet. Er trennt den schnellen und den langsamen Modus räumlich voneinander, wobei die beiden Ausgangsanschlüsse des Polarisationsseparators mit den Enden der Faserspule verbunden sind. Diese Spule ist vorzugsweise eine aus einer Polarisationserhaltungs-Faser gebildete Spule und ihre Enden sind derart ausgerichtet, daß sie das Koppeln des gleichen Polarisationsmodus der Faser mit den beiden Ausgangsanschlüssen des Polarisationsseparators optimieren.
• Die Trennung der beiden gegenläufigen Wellen erfolgt eigentlich am Eingang des doppelbrechenden Mediums. Die Fehler bei der Wahrung der Polarisation, die am die gegenläufigen Wellen räumlich trennenden Polarisationsseparator auftreten, sind daher in bezug auf den effektiven Trennpunkt nicht mehr symmetrisch. Der Weg des langsamen Modus des doppelbrechenden Mediums ist in der Tat länger als derjenige des schnellen Modus. Die Erfindung ermöglicht somit die Unterdrückung des üblicherweise mit der Wahrung der Polarisation des semitransparenten Strahlteilers zusammenhängenden Problems.
• Der Polarisationsseparator kann als herkömmliche Optik (beispielsweise als Polarisationsseparator-Würfel oder Wollaston-Prisma) oder als Monomodus-Leiteroptik ausgebildet sein. Der Artikel "High Selectivity Polarization Splitting Fiber Coupler" von H.C. Lefevre et al., Proceedings SPIE, Band 988, 63-69, (1988), beschreibt insbesondere einen Ganzfaser-Polarisationsseparator, der gut mit der Erfindung verwendbar ist.
• Ferner ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der üblicherweise auf der Spule angeordnete Phasenmodulator entfallen, wodurch Diskontinuitäten vermieden werden. Er ist durch einen vor dem Polarisationsseparator angeordneten Doppelbrechungsmodulator ersetzt. Doppelbrechungsmodulatoren weisen bereits eine eigene Doppelbrechung auf und können somit auch die Rolle des vor dem Polarisationsseparator angeordneten doppelbrechenden Ausbreitungsmediums erfüllen. Vorzugsweise ist dieser Modulator ein beispielsweise auf einem elektro-optischen Substrat integriertes optisches Element.
• Der Doppelbrechungsmodulator 4 wird auf dem Hinweg nach der Trennung der Wellen und auf deren Rückweg vor der Rekombination der Wellen von zwei gegenläufigen Wellen durchlaufen. Die permanente Wegedifferenz, die von diesem doppelbrechenden Element aufgrund der eigenen Doppelbrechung eingebracht wird, ist größer als die Kohärenzlänge der Welle und vorzugsweise größer als ein Vielfaches dieser Kohärenzlänge. Die gegenläufigen Wellen sind im gleichen Polarisationsmodus der Faserspule linear polarisiert.
• Um diesen Polarisationszustand zu bewahren, besteht der Kreis 7 aus einer Polarisationserhaltungsfaser. Wie der Name sagt, gewährleisten diese Fasern die Übertragung eines polarisierten Lichtstrahls unter Erhaltung seines Polarisationszustandes. Sie sind prinzipiell stark doppelbrechend. Diese Doppelbrechung wird im allgemeinen zwangsweise mittels einer bestimmten Verstärkungsstruktur erzeugt (elliptische Verstärkungsstruktur, "PANDA"-Struktur, "Bow-tie"-Struktur) ... Sie sind an ihrem Eingang wie an ihrem Ausgang durch neutrale Doppelbrechungsachsen gekennzeichnet, die die jeweiligen Richtungen ihrer schnellen Achse und ihrer langsamen Achse angeben.
• Der Kreis-Separator 6 ist ein Polarisationsseparator. Ein solcher Separator weist einen gemeinsamen Eingangsanschluß a und zwei getrennte Ausgangsanschlüsse b, c auf. Jeder dieser Anschlüsse ist durch seine neutralen Polarisationsachsen repräsentiert.
• Ein einfallender Lichtstrahl, der über den Anschluß a eintritt, wird in zwei austretende Strahlen geteilt, wobei der am Anschluß b austretende Strahl parallel zu einer der Achsen des Anschlusses a, beispielsweise der vertikalen Achse, linear polarisiert ist, während der andere, am Anschluß c austretende Strahl parallel zur anderen Achse des Anschlusses a, beispielsweise der horizontalen Achse, linear polarisiert ist.
• Ein Polarisationsseparator dieses Typs kann ein diskretes Element sein, beispielsweise ein polarisierender Würfel oder ein Wollaston-Prisma. Er kann ebenfalls durch einen Polarisationsseparations-Ganzfaser-Koppler gebildet sein, wie im Artikel "High Selectivity Polarization Splitting Fiber Coupler" von H.G. Lefevre et al., Proceedings SPIE, Band 988, 63-69, (1988) beschrieben.
• Der Ganzfaser-Polarisationsseparator wird durch seitliches Polieren zweier stark doppelbrechender Faserelemente in einer Richtung hergestellt, die entweder parallel oder senkrecht zur schnellen Ausbreitungsachse verläuft. Diese beiden Fasern, die in Rillen gehalten sind, welche in Siliziumblökken ausgebildet sind, und die vorbestimmten Krümmungen unterzogen werden, werden zusammengefügt. Es ist somit möglich, einen Polarisationsseparationsfaser-Koppler zu bilden, der die vorgenannten Eigenschaften aufweist. Das verhältnis der Leistungen, die der einen oder der anderen Schnittstelle zugeführt werden, kann geregelt werden.
• Der Eingangsseparator 5 kann vorteilhafterweise von der gleichen Art sein wie der Kreis-Separator 6.
• Der Modulator 4 ist ein Doppelbrechungsmodulator, der vorzugsweise ein integriertes optisches Element ist. Dieses Element ist ein Phasenmodulator, dessen Technik bekannt ist und der insbesondere mit einem geraden Leiter ausgebildet sein kann, welcher auf einem Niobat-/Lithium-Substrat hergestellt und in der Ausrichtung Schnitt X - Ausbreitung Y zu den auf jeder Seite des Leiters angeordneten Elektroden vorgesehen ist, wobei die angelegte elektrische Spannung die Phase der sich im Modulator ausbreitenden Welle verändert. Diese Modifizierung ist je nach Richtung der Polarisation unterschiedlich. Eine elektrische Modulationsspannung bewirkt somit eine Modulation der Phasendifferenz zwischen den Polarisationsmodi und somit auch eine Modulation der Doppelbrechung.
• Das von dem Detektor 3 erzeugten elektrische Signal wird einem Verarbeitungssystem 8 zugeführt, das einerseits den Wert des gemessenen Parameters für jede beliebige Verwendung liefert, und andererseits die elektronischen Einrichtungen 9 speist, die den Modulator 4 steuern.
• Im folgenden werden die verschiedenen Polarisationszustände des Lichtstrahls im Verlauf seiner Ausbreitung in der Meßvorrichtung unter Bezugnahme auf die Figur 2 beschrieben.
• Die Lichtquelle 1 emittiert einen stark polarisierten Lichtstrahl, der zeitlich in geringem Maße kohärent ist. Es handelt sich beispielsweise um eine superlumineszente Diode mit breitem Spektrum. Ihr Polarisationszustand ist in Figur 2A dargestellt.
• Eine der neutralen Eingangsachsen des Separators 5 verläuft parallel zur Polarisationsrichtung der Quelle (Figur 2B) und reduziert am Ausgang 5c die Restkomponente des zur Polarisationsrichtung des Hauptflusses senkrecht polarisierten Lichts, das von der Quelle 1 emittiert wird.
• Die Polarisationsachsen des Phasenmodulators 4 sind in einem Winkel von 45º (Figur 2C) zu denjenigen des Ausgangs 5c des Separators 5 ausgerichtet. Wenn die Vorrichtung unter Verwendung von diskreten Elementen ausgebildet ist, werden diese Elemente zweckmäßig in bezug zueinander ausgerichtet. Bei einer "Ganzfaser"-Ausbildung sind der Separator 5 und der Doppelbrechungsmodulator 4 durch eine Polarisationserhaltungs-Faser verbunden, deren Achsen einer Drehung um 45 (auf ungefähr 2π) zwischen den beiden Elementen unterzogen sind. Die wesentliche Funktion besteht in der gleichmäßigen Aufteilung der einfallenden Welle auf die beiden Polarisationsmodi des Doppelbrechungsmodulators; dies kann, wie zuvor erwähnt, durch Drehen der Achsen des Modulators, aber auch mittels einer doppelbrechenden Platte, beispielsweise einer Halbwellen- oder Viertelwellenplatte, geschehen.
• Die Polarisationsachsen des Eingangsanschlusses 6a des Kreis-Separators (Figur 2D) sind zu denjenigen des Doppelbrechungsmodulators 4 parallel. Dieser Separator teilt die beiden Eingangspolarisationen räumlich. Die aus dem Anschluß 6b austretende Polarisation wird in einem der beiden Modi (beispielsweise dem Modus 1) mit einem der beiden Enden der Faserspule gekoppelt (Figur 2E). Die aus dem Anschluß 6c austretende Polarisation wird im selben Modus (beispielsweise dem Modus 1), jedoch mit dem anderen Ende der Faserspule gekoppelt (Figur 2F). Dies erfordert somit eine relative Verschiebung der neutralen Achsen der Faser um 90º zwischen den beiden Enden, um den selben Polarisationsmodus in den beiden Richtungen der Faser verwenden zu können.
• Nach der Ausbreitung durch die Spule 7 im selben Modus, kehren die beiden gegenläufigen Wellen zurück und durchlaufen den Separator 6 und den Doppelbrechungsmodulator 4 in umgekehrter Richtung erneut (Figur 2G). Die Polarisation, die auf dem Hinweg den schnellen Modus aufwies, ist bei der Rückkehr im langsamen Modus und umgekehrt. Diese beiden Polarisationen sind orthogonal, jedoch durchlaufen sie auch den Polarisationsseparator 5 und an den Anschlüssen 5a (Figur 2H) und 5d (Figur 2J) weisen die beiden Wellen erneut die gleiche Polarisation auf und können somit interferieren.
• Das von der Quelle 1 emittierte polarisierte Licht wird so vom Eingangsseparator 5 gefiltert und anschließend vom Modulator 4 in zwei senkrecht polarisierte Modi der gleichen Stärke geteilt. Dieser Doppelbrechungsmodulator 4 bewirkt eine Phasendifferenz δφ zwischen seinen beiden Modi. δφ ist abhängig vom Signal, das der Modulator 4 von den elektronischen Einrichtungen 9 empfängt. Der Kreis-Separator 6 trennt die beiden Modi, indem er jeden einem der Enden der Faserspule 7 zuleitet und ihre gegensinnige Rotation im Inneren des Rings sicherstellt. Unter Berücksichtigung der Drehung der Polarisationsachsen der den Ring 7 bildenden Faser um 90º, werden die beiden Wellen durch den Kreis-Separator 6 wieder zusammengesetzt und treten am Anschluß a aus. Während ihrer Ausbreitung im Ring 7 wurden sie einer komplementären Phasenverschiebung δφp unterzogen, die durch den gemessenen Parameter bewirkt ist.
• Die beiden Wellen durchlaufen auf dem Rückweg also den Doppelbrechungsmodulator 4, wobei jede im Winkel von 45º zu den Achsen des Eingangsseparators 5 orientiert ist und in zwei Modi unterteilt wird, von denen der eine über die Quelle 1 gesendet wird, während der andere zum Empfänger 3 gerichtet wird. Der Empfänger 3 liefert somit ein Signal, das vom Interferenzzustand der beiden Wellen und somit von ihrer Phasenverschiebung abhängt. Das von dem Empfänger 3 erzeugte elektrische Signal wird dem Verarbeitungssystem 8 zugeführt, das einerseits das Extrahieren des Parameters P zu jedem beliebigen Zweck sicherstellt und andererseits ein Signal an die elektronischen Einrichtungen 9 erzeugt, um dadurch den Phasenmodulator 4 zu steuern.
• Die von dem Verarbeitungssystem 8 durchgeführte Signalverarbeitung ist von der üblicherweise bei diesen Vorrichtungen verwendeten Art. Sie umfaßt die Erstellung eines Verschiebungsmodulationssignals, das das Linearisieren der Abhängigkeit zwischen dem vom Empfänger 3 empfangenen Signal und der Phasenverschiebung zwischen den gegenläufigen Wellen in der Nähe von Null ermöglicht, wobei ein Gegenreaktionssignal diese Phasenverschiebung in der Nähe von Null hält, indem beispielsweise eine serrodyne Modulation aufgebracht wird.
• Bei einem in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Quelle 1 und dem Separator 5 eine semitransparente Platte 10 angeordnet, die es ermöglicht, das aus dem Anschluß 5a austretende Interferenzsignal auf den Empfänger 3 zu richten. Diese semitransparente Platte 10 kann durch einen 3dB-Ganzfaser-Koppler ersetzt werden. Die aus dem Anschluß 5d des Separators austretenden Wellen werden in diesem Fall nicht ausgewertet. Der Polarisationsseparator 5 kann auch durch einen Polarisator ersetzt werden.
• Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel, wie bei dem zuvor in Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, bewirkt dieselbe Einrichtung die Trennung der gegenläufigen Wellen und deren Rekombination nach dem Durchlaufen der Spule; somit sind die von jeder der beiden Wellen durchlaufenen Wege identisch und die einzigen nichtreziproken Effekte sind die in der Spule erzeugten.

Claims (11)

1. Faseroptische Meßvorrichtung, bei der die Veränderung eines gemessenen Parameters eine Phasendifferenz zwischen zwei Wellen erzeugt, mit:

- einer Lichtquelle (1) mit geringer Kohärenzlänge;

- einem Sagnac-Ringinterferometer (2), in dem sich zwei sich gegenläufig ausbreitende Wellen ausbreiten, die durch eine Phasendifferenz voneinander getrennt sind;

- einem Detektor (3);

- einer elektronischen Einrichtung (8) mit einem Verarbeitungssystem, das ein von dem gemessenen Parameter abhängiges Signal liefert;

- einer Einrichtung zur Modulation der Phasendifferenz zwischen den beiden sich gegenläufig ausbreitenden Wellen;

- einem Polarisationsseparator (6), der die beiden sich in das Interferometer (2) ausbreitenden polarisierten Wellen räumlich voneinander trennt;

- wobei das Interferometer (2) eine doppelbrechende Polarisationserhaltungs-Faser (7) aufweist, die Enden mit neutralen Doppelbrechungsachsen aufweist, wobei jedes Ende der Polarisationserhaltungs-Faser (7) mit einem der Eingange (6b) und (6c) des Polarisationsseparators (6) verbunden ist, und wobei die Achsen jedes Endes mit denjenigen des zugehörigen Eingangs koinzidieren, um an jedem Ende das Licht in demselben Polarisationsmodus der doppelbrechenden Faser zu koppeln,

dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zwischen der Quelle (1) und der optischen Polarisationstrenneinrichtung (6) des Rings (7) des Interferometers (2) befindlichen zweiten Polarisationsseparator (5) aufweist, der derart orientiert ist, daß das von der Quelle kommende transmittierte Licht sich in die beiden Polarisationsmodi des Separators (6) aufteilt, daß die Einrichtung zur Modulation der die sich gegenläufig ausbreitenden Wellen trennenden Phasendifferenz ein zwischen der Quelle und dem Polarisationsseparator (6) angeordneter Doppelbrechungsmodulator (4) ist, und daß sie ein Doppelbrechungselement aufweist, das vor dem Polarisationsseparator (6) angeordnet ist und eine Stufendifferenz zwischen den beiden polarisierten Wellen erzeugt, die größer als die Kohärenzlänge der Quelle (1) ist.

2. Faseroptische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator (6) ein polarisierender Würfel ist.

3. Faseroptische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator (6) ein Wollaston-Prisma ist.

4. Faseroptische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator (6) ein Ganzfaser-Polarisationsseparator ist.

5. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) eine superluminiszente Diode mit großem Spektrum ist.

6. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Polarisationsseparator (5) ein Ganzfaserbauteil ist.

7. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (3) einen Teil des das Interferometer (2) verlassenden Lichtstromes über einen Eingang 5-d des zwischen der Quelle (1) und dem Polarisationsseparator (6) angeordneten Polarisationsseparators (5) empfängt.

8. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Strahlenseparator (10) aufweist, der zwischen der Quelle (1) und dem Polarisationsseparator (5) angeordnet ist, wobei der Detektor (3) einen Teil des das Interferometer (2) verlassenden Stromes über einen Eingang 5-a dieses Separators (5) empfängt.

9. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationserhaltungs- Faser (7) eine Spannungsdoppelbrechungsfaser ist.

10. Faseroptische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelbrechungsmodulator (4) ein integriertes optisches Element ist.

11. Gyrometer, dadurch gekennzeichnet, daß es der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 entspricht, wobei der gemessene Parameter die Drehgeschwindigkeit des Interferometers um die Achse der Spule ist.