DE3110041A1

DE3110041A1 - "veraenderbare optische signalabzweigvorrichtung fuer lichtleiter"

Info

Publication number: DE3110041A1
Application number: DE19813110041
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Current assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Priority date: 1981-03-16
Filing date: 1981-03-16
Publication date: 1982-09-30

Description

Veränderbare optische Signalabzweigvorrichtung
fiir Lichtleiter Die Erfindung betrifft eine veränderbare optische Ab zwei vorrichtung zum Ein- und Auskoppeln von Signalen, und insbesondere eine veränderbare optische SiqnalabzweiRvorrichtung für Lichtwellenleiter.
Bei der Anwendung der Wellenleitertechnik ergibt sich in vielen technischen Bereichen hHufig die Notwendigkeit, ein Lichtsignal mit einer definierten Verzögerung verfügbar zu machen bzw. Verzögerungen oder Laufzeitunterschiede auszumessen. Zu diesem Zweck können im Sinne eines Potentiometers wirksame Signalabzweigvorrichtungen eingesetzt werden, um diese sowohl für eine Feinabstimmung als auch ftlr eine Nullabstimmung zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige veränderbare optische Signalabzweigvorrichtung für Lichtwellenleiter zu schaffen, mit der es möglich ist, auch noch kilrzeste Laufzeiten zu messen.
Diese Aufgabe wird erfindunusgemSß dadurch gelöst, daß der Lichtwellenleiter mit einem längs einer Mantel linie verlaufenden fenden transparenten Oberflflchenabschnitt versehen ist, und daß längs dem transparenten OberflSchenabschnitt eine Lichtwellenleiterfaser verschiebbar ist, deren Spitze auf dem transparenten Oberflächenabschnitt aufliegt, und an dem Lichtwellenleiter austretende Lichtinformation aufnimmt und wegführt.
Bei einer derartigen Signalabzweigvorrichtung läßt sich eine bestimmte Verzögerungszeit durch einen definierten Abstand der Spitze der Lichtwellenleiterfaser vom Eingang des Lichtwellenleiters oder einer zweiten, den Bezugspunkt festlegenden Faser einstellen.
Um zu vermeiden, daß auf der gesamten Länge des Lichtwellenleiters Lichtsignale unerwxUnschterweise austreten, ist vorgesehen, daß zwischen dem transparenten Oberflächenabschnitt und der Spitze der Llchtwellenleiterfaser eine Immersionsschicht vorgesehen ist.
Im Interesse einer genauen Fiihrung der Lichtwellenleiterfaser ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß am Lichtwellenleiter im bereich des transparenten Oberflächenabschnitts eine Fiihrungsnut und/oder Führungsrille vorgesehen ist. Diese i:ührungsnut bzw. Führungsrille kann auch dadurch gebildet werden, daß der Lichtleiter zwischen zwei nach oben überstehenden Cladding-Materialschichten gehaltert ist, welche als Führung für die Lichtwellenleiterfaser dienen.
Die Lichtwellenleiterfaser besteht vorzugsweise aus einem Lichtleiterteilstück mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und ist an der Spitze des Lichtleiterteilstücks mit einem optischen T.ster versehen.
Im Interesse einer möglichst genauen lSngenbezogenen Führung rung der Lichtwellenleiterfaser sieht die Erfindung ferner vor, daß der Lichtwellenleiter schraubenförmig auf eine Trommel oder spiralförmig auf eine Scheibe angebracht ist.
Dabei wird die Lichtwellenleiterfaser auf dem trommelförminen oder spiralförmig verlaufenden Lichtwellenleiter synchron mit der Verdrehung der Trommel oder der Scheibe vorzugsweise mechanisch zwangsgeführt.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung kann zur Ausmessung eines Laufzeitunterschieds zwischen den Lichtsignalen zweier Lichtwellenleiterstrecken dienen, wobei jeder Lichtwellenleiterstrecke je eine Signalabzweigvorrichtung zugeordnet ist, und der Laufzeitunterschied beim Nullabgleich durch Ausmessen der unterschiedlichen Abtastilingen in den Signalabzweigvorrichtungen ermittelt wird.
Die Vorteile und merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den AnsprSichen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines als optische Verzögerungsleitung benutzten Lichtwellenleiters mit einer Slgnalabzweigvorrichtung gemaß der Erwindung, Fig. 2 zwei als optische, einstellbare Verzöeerungsleizungen benutzte Lichtwellenleiter zur Ermittlung eines Laufzeitunterschiedes durch Nullahgleich, Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem trommelförmig gewikkelten Lichtwellenleiter mit einer aufliegenden Lichtwellenleiterfaser, Fig. 4 eine Seitenansicht auf einen Lichtwellenleiter mit mit einer aufliegenden Lichtwellenleiterfaser, Fig. 5 eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Ausführungsform einer Einrichtung eemHß Fig. 1, Fig. 6 eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Ausführungsform einer Einrichtung gemäß. Fig. 2.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht, d. h. die Lichtlaufzeit, ist abhängig vom Brechunosindex des durchflossenen Mediums. Bei einem angenommenen Brechungsindex von 1,5 für Glas oder Quarz ergibt sich für eine Strecke von 20 cm eine Laufzeit von 1 ns. Entsprechend gilt, daß eine Strecke von 0,2 mm vom licht in einer Laufzeit von etwa 1 ps durchlaufen wird.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Lichtwellenleiter als optische Verzögerungsleitung wird der Lichtwellenleiter 10 von einem Laser 11 aus mit Licht beaufschlagt m eine Strahlung mit unterschiedlicher Laufzeit auszukoppeln, wird am Anfang des Lichtwellenleiters in einer definierten Auskoppelebene A ein Lichtstrahl mit Hilfe eines Kopplers 12 ausgekoppelt. Der verzögerte Lichtstrahl wird in der Auskoppelebene R mit hilfe einer Lichtwellenleiterfaser 14 abgegriffen, die um eine definierte Lange al ge-Rendber der Auskoppelebene A verschoben ist. I)ie Langendifferenz und damit die Position der Lichtwellenleiterfaser 14 errechnet sich aus dem Brechungsindex des Lichtzfellenleiters und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts.
In Fig. 2 finden zwei Lichtwellenleiterspulen 20 und 21 Verwendung, welche gegensinnig gewickelt sind und in bekannter Weise als Laser-Drehgeschwindigkeitsmesser Verwendung finden. Dabei kann die ltickelgeschwindiQkeit, mit der die Lichtwellenleiterspulen gedreht erden, durch den l.ängenunterschied genunterschied ausgemessen werden, der sich zwischen den beiden Auskoppelebenen C und D für die Lichtwellenleiterfasern 25 und 26 ergibt ,wenn mit Hilfe des ausgekoppelten Lichtsignals in der Auswerteschaltung 27 ein Laufzeitunterschied Null festgestellt wird.
Wegen der Länge der notwendigen Lichtwellenleiter werden diese entweder schraubenftirmig auf eine Trommel oder spiralförmig auf eine Scheibe aufgewickelt.
In Fig. 3 ist ein Teilschnitt in Längsrichtung durch eine Lichtwellenleitertrommel und in Fig. 4 ein Teilausschnitt aus einem radialen Schnitt durch eine Lichtwellenleitertrommel dargestellt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Lichtwellenleiter 30 auf einem Träger 31 aufgewickelt, wobei zwischen den einzelnen Lichtwellenleiterwindungen eine Cladding-Materialschicht 32 angeordnet ist, welche silber die Oberfläche des Lichtwellenleiters vorsteht und als Führung für die Abtastspitze 33 der Lichtwellenleiterfaser dient.Um den unerwsinschten Austritt der Lichtsignale auf dem transparenten Oberflächenabschnitt des Lichtwellenleiters 30 zu vermeiden, ist vorgesehen, auf dem Lichtwellenleiter mit einer Immersionsschicht, z.B. Ol oder auch Gas, zu arbeiten.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 ist die Abtastspitze 33 der Lichtwellenleiterfaser in Seitenansicht gezeigt, wobei für den Fall, daß der Indexsprung zwischen den Fasern liegt, das vordere Ende der Lichtwellenleiterfaser derart winkelig angeschliffen ist, daß es für das aus dem Lichtwellenleiter 50 austretende Streulicht als Umlenkprisma dient. An die Abtastspitze, welche bei der Abtastung verhältnismäßig großer Verzögerungszeiten aus einem rechteckigen Glasfaden mit einer Kantenlänge von etwa 0,1 bis 0,3 mm bestehen kann, schließt ein Sensorelement 36 zur Obernahme und Ableitung der der im Lichtwellenleiter ausgebreiteten Signale an. Die Abtastspitze 33 schwimmt auf einer Immersionsschicht 34.
Die verwendeten Lichtwellenleiter können auf unterschiedliche Weise hergestellt sein, wobei sie z.B. durch eine Querschnitt-Trans formation auf die gewünschte Dimension und Form gebracht werden. Dabei können auch Leiter mit Nuten gezogen werden, die den Vorzug aufweisen, daß die für die Führung erforderliche Rille bereits vorhanden ist.
In Fig. 5 ist eine Ausgestaltung eines Lichtwellenleiters als optische Verzögerungsleitung mit einer Signalabzweigrvorrichtung im prinzipiellen Aufbau dargestellt. Auf einer Trommel 50 mit gelagerter Welle 51, welche von einem Motor 52 aus angetrieben wird, ist ein Lichtwellenleiter 53 aufgewickelt, wobei das eingangsseitige Ende durch das Innere der Trommel und die Welle 51 axial herausgeführt ist. In diesem Bereich wird das Licht von einem Laser 54 über einen Strahlungsteiler 55 zugeführt, mit dessen Hilfe ein Teil des Lichtes ausgekoppelt und zur Auswertung 56 übertragen wird.
Die Lichtwellenleiterfaser 57 ist auf einer Spindel 58 geführt, welche über ein Zahnradgetriebe 59 mit der Stelle 51 gekoppelt ist. Mit Hilfe dieses Getriebes 59 wird die Spindel in eine Drehung versetzt, welche eine seitliche Verstellung der Lichtwellenleiterfaser entsprechend der Drehung der Trommel gewährleistet. Durch diese Zwangssynchronisierung läßt sich auch die von der Lichtwellenleiterfaser überstrichene Strecke in Abhängigkeit von der Drehung der Trommel 50 und damit eine Laufzeitverschiebung genau ermitteln.
Tn Fig. 6 ist in schematischer Darstellung eine Vernsirklichung der prinzipiellen Anordnung gemaß Fig. 2 darestellt.
Der er Aufbau besteht im wesentlichen aus einer Verdoppelun,e der Anordnung gemäß Fig.5, wobei der Lichtwellenleiter 60 bzw. 60' ebenfalls auf einer Trommel gehaltert ist. Die beiden Lichtwellenleiter 60 und hO' werden von einem Laser 61 aus beaufschlagt Der Antrieh erfolgt iiber Motoren 52 und 52' , die sowohl bezflglich ihrer Drehrichtung als auch ihrer Drehgeschwindigkeit von einer Nachsteuerunp 62 aus für einen Nullabgleich angesteuert werden.Der Nullabgleich wird in einer Vergleichsschaltung 63 ermittelt, welche mit den Ausgangssignalen der Lichtwellenleiterfaser 57 und 57' sowie den Ausgangssignalen des Lasers 61 beaufschlagt wird. Da die Lichtwellenleiterfasern 57 und 57' nur quer zu den Trommeln verschiebbar sind, jedoch bezüglich ihrer Umfangs lage eine ortsfeste Stellung einnehmen ,läßt sich aus der l)rehung der Trommeln 50 und 50' über eine weitere Vergleichsschaltung 64 die ifferenzlänge zwischen den beiden abgetasteten Lichtwellenleitern feststellen und damit der gewünschte Laufzeitunterschied.
Wie bereits erwähnt, kann eine derartige Anordnung zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit einer Drehung, wie z.B. der Drehung eines Schiffes, Verwendung finden. Aus prinzipiellen Gründen,die sich aus dem Sagnac-Effekt ergeben, ist es wiinschenswert, daß die Lichtwellenleiterschleifen eine möglichst große Fläche umschließen.Es kann daher zwischen dem Laser 61 und die an diesem angeschlossenen Lichtwellenleiter 60 bzw. 60' jeweils eine weitere Leiterschleife in Serie geschaltet werden, die außerhalb der dargestellten Meßanordnung liegt. Es ist dabei vorgesehen, die Leiterschleifen durch ein im Kreis zusammengeführte Lichtwellenleiterbandkabel herzustellen, wobei die Lichtwellenleiter an den jeweiligen Stirnseiten um einen seitlich versetzt sind, so daß sich eine Serienschaltung der einzelnen Schleifen ergibt.
Ijir die ltir die Verwirklichung der Erfindung können in vorteilhafter Weise pulscodiertc als auch frequenzmodulierte Lichtsignale verwendet werden, wobei durch die Feinabstimmung zeitliche Tmpulspositionen oder Frequenzüberlagerungen räumlich erfaßbar sind.
In weiterer Ausgestaltung können zwei unterschiedliche Quellen hinsichtlich Licht-Modulations frequenz sowohl als auch der Lichtwellenlänge verwandt werden - beispielsweise um 850 nm und 1400 oder/und 1600 nm, wobei die Quellensignale synchronisiert sind.
Anstelle der Ausführungsform gemäß den lig. 5 und u können auch Ausführungsformen mit spiralförmig gewickelten Liclitwellenleitern auf Scheiben Verwendung finden, wobei die Abtastung mit Hilfe der lichtwellenleiterfaser dann analog einem Plattenspieler erfolgen kann.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. VerSnderbare optische Signalabzweigvorrichtung für Lichtwellenleiter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - daß der Lichtwellenleiter (10; 20, 21; 3n; 53; 60, 60') mit einem längs einer Mantellinie verlaufenden transparenten Oberflächenabschnitt versehen ist, und - daß lSngs dem transparenten OberflFchenabschnitt eine Lichtwellenleiterfaser (14; 25, 26; 57, 57') verschiebbar ist, deren Spitze (33) auf dem transparenten Oberflychenabschnitt aufliegt, und an dem Lichtwellenleiter austretende tichtinformation aufnimmt und wegftlhrt.
2. Signalabzweigvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, - daß zwischen dem transparenten Oberflflchenabschnitt und der Spitze (33) der Lichtwellenleiterfaser eine Immersionsschicht (34) vorhanden ist.
3. Signalabzweigvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a -durch gekennzeichnet - daß am Lichtwellenleiter im Bereich des transparenten Oberflächenabschnitts eine flihrungsnut und/oder -Rille vorgesehen ist.
4. Signalabzweigvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d ii r c h g e k e n n z e i c h n e t - daß der Lichtwellenleiter zwischen zwei nach oben überstehenden Cladding-Materialschichten (32) gehaltert ist, welche als Führung für die Spitze (33) der Lichtwellenleiterfaser dienen.
5. Signalabzweigvorrichtung nach einem der Anspriiche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t - daß die Lichtwellenleiterfaser aus einem Lichtleiterteilstck mit einem im wesentlichen rechteckigen <)uerschnitt besteht, und - daß die Spitze t33) des Lichtleiterteilstücks mit einem optischen Taster versehen ist.
6. Signalabzweigvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i chnet - daß der Lichtwellenleiter schraubenförmig auf einer Trommel (50) oder spiralförmig auf einer Scheibe angebracht ist.
7. Signalabzweigvorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r ch gekennzeichnet, - daß die Lichtwellenleiterfaser entlang dem trommelförmig oder spiralförmig verlaufenden Lichtwellenleiter synchron mit der Verdrehung der Trommel oder der Scheibe geführt ist.
8. Signalabzweigvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i chnet - daß zwei parallel geführte Lichtwellenleiter vorhanden sind.
9. Signalabzweigvorrichtung nach Anspruch 8, d a -durch gekennzeichnet, - daß zwei geometrisch parallele Signalabgriffe vorhanden sind.
10. SirnalabzereigvorrichtunP nach Anspruch 8 und 9, d a -durch gekennzeichnet - daß beide Lichtwellenleiter parallel pespeist werden.
11. SignalabzweigvorrichtunP nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i chnet - daß die Abgreifer einzeln und unterschiedlich positioniert werden können.
12. Signalabzweigvorrichtun nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, - daß zur Ausmessung eines Laufzeitunterschieds zwischen den Lichtsignalen zweier Lichtwellenleiterstrecken jede Lichtwellenleiterstrecke je einer Signalabzweigvor- richtung zugeordnet ist, und - daß der Laufzeitunterschied beim Nullabgleich durch Ausmessen der unterschiedlichen Abtastlängen in den Signalabzweigvorrichtungen ermittelt wird.
13. Signalabzweigvorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t - daß der/die Lichtwellenleiter feststehend die Licht wellenleiterfaser/n in einer oder mehreren Spuren entlang dem/den Lichtwellenleiter/n sind.
14. Signalabzweivorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, - daß der Lichtwellenleiter aus einem Material mit hohem Brechungsindex besteht.