DE3805905A1

DE3805905A1 - Faserkreisel

Info

Publication number: DE3805905A1
Application number: DE19883805905
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Poisel; Gert Dr Trommer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-31
Also published as: DE3805905C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserkreisel vom Sagnac-Typ mit einer Mono mode-Lichtleitfaserspule sowie einem 3×3-Koppler, wobei ein Eingang des 3×3-Kopplers mit einer im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussenden den Strahlungsquelle optisch verbunden ist und wobei zwei erste Ausgänge des 3×3-Kopplers mit der Monomode-Lichtleitfaserspule und zwei zweite Ausgänge mit je einem Strahlungsdetektor optisch verbunden sind.

Ein Faserkreisel der o.g. Art ist aus der US-PS 46 53 917 bekannt und zeichnet sich dadurch aus, daß er aufgrund des 3×3-Kopplers im sogenann ten Quadraturpunkt betrieben wird, in welchem die Anordnung ihre größte Empfindlichkeit bei einer Drehwinkelgeschwindigkeit Ω=0 aufweist, im Gegensatz zu früher üblichen Faserkreiseln mit normalem Strahlteiler. Mit gestiegener Empfindlichkeit machten sich jedoch Störeinflüsse, ins besondere Rauschen durch Rayleighrückstreuung sowie Polarisationsrau schen bemerkbar, welche durch die Verwendung einer breitbandigen und im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussendenden Strahlungsquelle unter drückt werden. Da die Einkopplung von Licht mit genügender Intensität in Monomode-Lichtleitfasern ein besonderes Problem darstellt, wird in der o.g. US-PS die Verwendung einer Lumineszenzdiode vorgeschlagen. Trotz der Verwendung dieser extrem teuren Strahlungsquelle sind die Meß ergebnisse mit entsprechend ausgerüsteten Faserkreiseln insbesondere bei Langzeitanwendungen nicht zufriedenstellend. Grund dafür sind einmal der relativ hohe Polarisationsgrad (typisch P=0,16), zum anderen die Emp findlichkeit der Lumineszenzdiode auf rückgestreutes Licht (z.B. R.O. Miles et al. OFS′88 New Orleans, Louisiana, USA, Vol 2, FDD4, S. 458).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Faserkreisel der o.g. Art zu schaffen, der auch über einen längeren Zeitraum sowie bei Einwirkung von Umwelteinflüssen, wie z.B. Druck, Beschleunigungskräften, Temperatur und dergleichen, eine gleichbleibend hohe Empfindlichkeit aufweist und zudem kostengünstiger als die bisherigen Faserkreisel ist. Diese Aufgabe wird durch einen nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Faserkreisel gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Monomode-Lichtleit faserspule zwar eine vergleichsweise kostengünstige Anordnung ist, je doch aufgrund unvermeidbarer Asymmetrien im Faserquerschnitt und mecha nischer Spannungen im allgemeinen schwach doppelbrechend ist und daher ihre polarisationsabhängigen Übertragungseigenschaften mit äußeren Ein flüssen wie z.B. Druck oder Temperatur variieren. Die Ausgangssignale eines mit der Lichtleitfaserspule verbundenen 3×3-Kopplers sind daher nicht nur von der Sagnacphase sondern auch von einem zusätzlichen Pha senglied abhängig, wobei letzteres wiederum von den Fasereigenschaften sowie vom Polarisationsgrad des Lichtes abhängig ist. Eine genauere Ana lyse hat gezeigt, daß dieses Phasenglied konstant ist, wenn der Polari sationsgrad zu Null wird; d.h. wenn ein im sehr hohen Maße unpolarisier tes Licht verwendet wird. Das Phasenglied ist dann nicht mehr abhängig von den Fasereigenschaften so daß Nullpunktverschiebungen (Offset) bzw. eine Drift des Ausgangssignals bei konstanter Drehgeschwindigkeit ver mieden werden können.

Von den erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlungsquellen stellt insbeson dere die kantenemittierende Lumineszenzdiode aufgrund ihrer breitbandi gen, nahezu vollständig unpolarisierten Strahlung, die zudem unempfind lich bezüglich Strahlungsrückkopplung ist eine besonders geeignete und zudem preisgünstige Lösung dar. Andere Strahlungsquellen mit großer In tensität stellen Multimodelaserdioden dar, welchen jeweils ein Depola risator nachgeordnet ist. Eine besonders problemlose Ankopplung an die Lichtleiter eines 3×3-Kopplers dürften insbesondere superfluoreszente Monomode-Lichtleitfasern zu erreichen sein, die mit einer Pumplicht quelle, z.B. einer Laserdiode betrieben werden.

Ein besonders beschleunigungsfester Faserkreisel wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 2 dadurch geschaffen, daß sämtliche Kompo nenten des Faserkreisels ausschließlich über faseroptische Elemente op tisch verbunden sind. Die Verbindungen werden z.B. durch Fusionsspleiße hergestellt. Dadurch entsteht eine völlig homogene Anordnung, die sich bei Erschütterungen und dergleichen weder dejustieren noch durch andere Umwelteinflüsse in ihren Übertragungseigenschaften ändern kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen beschleunigungsfesten Faserkreisel mit kantenemittierender Lumineszenzdiode,

Fig. 2 einen beschleunigungsfesten Faserkreisel mit superfluoreszenter Monomode-Lichtleitfaser und Pumplichtquelle und

Fig. 3 einen beschleunigungsfesten Faserkreisel mit breitbandiger Licht quelle und faseroptischen Depolarisator.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der als Licht leitfaser ausgebildete Eingang e ₁ eines 3×3-Kopplers K über einen Fu sionsspleiß S mit dem serienmäßigen Faserschwanz ("Pigtail") p einer kantenemittierenden Lumineszenzdiode ELED verbunden. Der 3×3-Koppler K ist beispielsweise ein aus drei Monomodefasern hergestellter, bikonisch getaperter Schmelzkoppler, dessen Ausgangsfasern a ₂ und a ₃ ebenfalls über Fusionsspleiße S mit einer Monomode-Lichtleitfaserspule Sp verbun den sind, welche von der in die Ausgänge a ₂ und a ₃ eingekoppelten Strahlung gegensinnig durchlaufen wird. Die jeweils wieder in den 3×3-Koppler K einlaufende Strahlung aus den beiden Enden der Faserspule Sp interferiert dort miteinander. Die Interferenzsignale werden Strah lungsdetektoren D ₁ und D ₂ zugeführt, deren serienmäßige Faserschwän ze p ₁ und p ₂ ebenfalls über Fusionsspleiße S mit den Faserenden e ₂ und e ₃ des 3×3-Kopplers K verbunden sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die kantenemit tierende Lumineszenzdiode ELED aus Fig. 1 durch eine superfluoreszente Monomode-Lichtleitfaser SFF ersetzt, welche mit ihrem einen Ende über einen Fusionsspleiß S mit dem Eingang e ₁ des 3×3-Kopplers K und am an deren Ende ebenfalls über einen Fusionsspleiß S mit einer Pumplicht quelle PL, z.B. einer Laserdiode, verbunden ist. Eine derartige Faser lichtquelle besteht im wesentlichen aus einer mit laserfähigem Material dotierten Monomode-Lichtleitfaser, die analog zu einem Festkörperlaser mittels einer gesonderten Lichtquelle gepumpt wird. Eine derartige Ein richtung ist beispielsweise von K. Lin et al. OFS′88 New Orleans, Loui siana, USA, Vol 2, FDD5, S. 462.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird analog zu demje nigen aus Fig. 1 bzw. 2 als Strahlungsquelle für den 3×3-Koppler K ein Multimodelaser MML, z. B. vom Typ Sony SLD1034, eingefügt, dessen Faser schwanz über einen Fusionsspleiß S mit einem Faserdepolarisator DEP vom Lyot-Typ verbunden ist. Dieser Faserdepolarisator ist ebenfalls über ei nen Fusionsspleiß S mit dem Eingang e ₁ des 3×3-Kopplers K verbunden. Eine derartige Anordnung zeichnet sich durch eine besonders starkunpola risierte, breitbandige Strahlung aus.

An dem jeweils noch unbelegten Ausgang a ₁ der 3×3-Koppler aus den o.g. Ausführungsbeispielen kann weiterhin zur Erfassung und Kompensation von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle bzw. durch Änderungen der Kop peleigenschaften des 3×3-Kopplers ein weiterer Strahlungsdetektor vorge sehen sein, der ebenfalls über eine Fusionsspleiß optisch angekoppelt wird.

Sämtliche oben beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen keinerlei lös bare bzw. nachträglich zu justierende optischen Übergänge auf und sind aufgrund ihrer Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und Empfindlichkeit bezüglich der zu messenden Drehgeschwindigkeit sowie ihrer kostengünsti gen Bauweise insbesondere für den Einsatz in Flugkörpern geeignet.

Claims

1. Faserkreisel vom Sagnac-Typ mit einer Monomode-Lichtleitfaserspu le sowie einem 3×3-Koppler, wobei ein Eingang des 3×3-Kopplers mit einer im wesentlichen unpolarisiertes Licht aussendenden Strahlungsquelle op tisch verbunden ist und wobei zwei erste Ausgänge des 3×3-Kopplers mit der Monomode-Lichtleitfaserspule und zwei zweite Ausgänge mit je einem Strahlungsdetektor optisch verbunden sind dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung von durch Umwelteinflüsse bedingten Nullpunktverlagerun gen als Strahlungsquelle entweder eine kantenemittierende Lumines zenzdiode (ELED), eine Multimode-Laserdiode (MML) mit faseroptischen Depolarisator (DEP) oder eine superfluoreszente Monomode-Lichtleitfaser (SFF) mit einer Halbleiterpumplichtquelle (PL) vorgesehen ist.

2. Faserkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 3×3-Koppler (K) mit der Strahlungsquelle (ELED, MML, DEP), mit der Monomode- Lichtleitfaserspule (SP) und mit den Strahlungsdetektoren ausschließlich über faseroptische Elemente mittels Spleißverbindungen (S) optisch gekoppelt ist.