DE3346058C2 - Optical frequency converter and equipped gyrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Frequenzumsetzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Frequenz­ umsetzer ist aus der US 4 326 803 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Gyrometer gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 9 sowie ein Gyrometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10. Der Grundaufbau derartiger, mit einem optischen Interferometer ausgestatteter Gyrometer ist bei­ spielsweise in dem in Optics Letters, Vol. 4, No. 3, S. 93-95, 1979, erschienenen Aufsatz "Phase-nulling fiber-optic laser gyro" bzw. in der US 4 326 803 beschrieben.The invention relates to an optical frequency converter the preamble of claim 1. Such a frequency converter is known from US 4,326,803. The invention also relates to a gyrometer according to the preamble of Pa claim 9 and a gyrometer according to the preamble of claim 10. The basic structure of such, with a Optical interferometer equipped gyrometer is included for example in the in Optics Letters, Vol. 4, No. 3, pp. 93-95, 1979, published article "Phase-nulling fiber-optic laser gyro" or described in US 4,326,803.

Die in herkömmlicher Optik ausgeführten Frequenzumsetzer sind wohlbekannt. Der wohl am häufigsten verwendete derarti­ ge Frequenzumsetzer beruht auf akustooptischer Wechselwir­ kung. Dabei erzeugt ein sich in einem Medium ausbreitendes Schallgitter periodische Veränderungen des Brechungsindex in Form einer sich ausbreitenden Welle. Dieses bewegte Gitter verursacht eine Lichtbeugung. Wenn die Wechselwirkungslänge ausreichend groß ist, so kann eine einzige Ordnungszahl überwiegen. In der gebeugten Ordnung (ω_D) ist die Frequenz ω der Lichtwelle um eine Größe verändert, die gleich der Fre­ quenz Ω der Schallwelle ist. The frequency converters designed in conventional optics are well known. Probably the most frequently used frequency converter of this kind is based on acousto-optical interaction. A sound grating that propagates in a medium creates periodic changes in the refractive index in the form of a propagating wave. This moving grating causes diffraction of light. If the interaction length is sufficiently long, a single atomic number can predominate. In the diffracted order (ω _D ) the frequency ω of the light wave is changed by an amount that is equal to the frequency Ω of the sound wave.

Es gilt also ω_D = ω + Ω.So ω _D = ω + Ω applies.

Die Unterdrückung der Grundschwingung kann sehr gut sein, denn die umgesetzte Schwingung und die direkte (ungebeugte) Schwingung sind dann räumlich voneinander getrennt.The suppression of the fundamental vibration can be very good because the implemented vibration and the direct (undiffracted) Vibrations are then spatially separated from one another.

Es können nun die Eigenschaften der integrierten Optik untersucht werden. Unter dieser Bezeichnung werden mono­ lithische Strukturen aus Dünnschichten verstanden, die zur Verarbeitung von Lichtsignalen bestimmt sind und durch die Technik der Ablagerung, Diffusion und Gravie­ rung durch Masken hindurch erhalten werden, die analog denen sind, welche für die Herstellung von elektronischen integrierten Schaltungen angewendet werden. Durch Anwen­ dung dieser Technik ist es insbesondere möglich, lineare Strukturen herzustellen, die durch einen Brechungsindex gekennzeichnet sind, der größer als der des umgebenden Mediums ist, und die Wellenleiter bilden, entlang welchen sich das Licht durch aufeinanderfolgende Totalreflexionen oder progressive Lichtbrechung ausbreitet. Es ist bekannt, zwei derartige Wellenleiter über einen Teil ihres Ver­ laufs parallel zueinander anzuordnen, um Richtkoppler herzustellen; aufgrund des Effektes der Wellenausbrei­ tungsverluste tritt die über den ersten Wellenleiter transportierte Energie progressiv in den zweiten Wellen­ leiter ein, und ein Maximum des Energieübergangs wird nach einer bestimmten Länge beobachtet, die als Kopplungs­ länge bezeichnet wird und von den geometrischen und opti­ schen Parametern der Struktur abhängt, insbesondere von der Größe der Brechungsindizes der Materialien, aus denen die beiden Wellenleiter gebildet sind, und des diese trennenden Mediums. Anschließend tritt aber die Energie progressiv wieder aus dem zweiten Wellenleiter in den ersten ein, usw. Es ist ebenfalls bekannt, als Material für einen der Wellenleiter oder das diese trennende Me­ dium ein elektrooptisches Material zu verwenden und dessen Brechungsindex unter der Wirkung eines elektrischen Feldes zu verändern, wodurch unter Einwirkung auf die Kopplungslänge der Energieanteil elektrisch gesteuert werden kann, welcher von einem Wellenleiter in den ande­ ren überführt wird. Es ist ferner ersichtlich, daß ein Lichtmodulator gebildet werden kann, in dem parallel zu dem die Lichtwelle transportierenden Wellenleiter ein Leiterabschnitt angeordnet wird, in welchem ein mehr oder weniger großer Teil dieser Energie transportiert wird.It can now have the properties of the integrated optics to be examined. Under this name, mono lithic structures understood from thin layers, the are intended for processing light signals and through the technique of deposition, diffusion and gravure through masks that are analog those who are for the manufacture of electronic integrated circuits are applied. By application Using this technique, it is particularly possible to use linear Manufacture structures by a refractive index are marked, which is larger than that of the surrounding Medium, and form the waveguides along which the light through successive total reflections or spreads progressive refraction. It is known, two such waveguides over part of their ver to be arranged parallel to each other to form directional couplers manufacture; due to the effect of the wave spread loss occurs through the first waveguide transported energy progressively in the second waves initiate, and a maximum of energy transfer will be observed after a certain length, which is called coupling length is referred to and from the geometric and opti parameters of the structure depends, in particular on the size of the refractive indices of the materials from which the two waveguides are formed, and this one separating medium. Then the energy occurs progressively back from the second waveguide into the first one, etc. It is also known as material for one of the waveguides or the separating Me dium to use an electro-optical material and whose refractive index under the action of an electrical  To change the field, thereby influencing the Coupling length of the energy component controlled electrically can be, which from one waveguide in the other ren is transferred. It can also be seen that a Light modulator can be formed in parallel to it the waveguide transporting the light wave Conductor section is arranged in which one more or less of that energy is transported becomes.

Ferner sind Frequenzumsetzer bekannt, die dazu bestimmt sind, aus einer elektromagnetischen, geführten Strahlung der Frequenz ω eine geführte elektromagnetische Strah­ lung zu erzeugen, deren Frequenz ein Vielfaches der Fre­ quenz ω ist. Diese Umsetzer werden insbesondere auf dem Gebiet der integrierten Optik angewendet, wobei diese Bezeichnung in Analogie mit den elektronischen integrier­ ten Schaltungen gewählt ist, bei denen es sich um mono­ lithische Strukturen handelt, die aus Dünnschichten auf­ gebaut sind.Frequency converters are also known which are intended for this purpose are from an electromagnetic, guided radiation the frequency ω is a guided electromagnetic beam to generate whose frequency is a multiple of the fre quenz is ω. These implementers are particularly on the Field of integrated optics applied, this Name in analogy with the electronic integr ten circuits is selected, which are mono lithic structures that are made up of thin layers are built.

Frequenzumsetzer der oben angegebenen Art wurden bereits in integrierter Optik verwirklicht, jedoch erfordern sie die Anwendung eines ebenen Wellenleiters; dies ist bei Mikroleitern nicht anwendbar. Es wurden bereits Anwen­ dungen von Mikrowellenleitern beschrieben, die mit elek­ trooptischer Modulation arbeiten. Dabei kann es sich um ein Serrodyn-System oder um einen symmetrischen Modula­ tor handeln. Ein derartiger optischer Frequenzumsetzer enthält einen Wellenleiter, der als Phasenmodulator ver­ wendet wird und durch ein sägezahnförmiges Signal ge­ steuert wird. Ein solches Signal hat dieselben Auswir­ kungen wie eine Spannungsrampe, die eine Änderung des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Zeit ermöglicht. Es kann sich auch um eine akustische Modulation handeln, bei der eine Schwingungsform TE umgesetzt wird in eine Schwingungsform TM, wobei eine Frequenzänderung auftritt. Frequency converters of the type specified above have already been realized in integrated optics, but they require the use of a flat waveguide; this is at Micro conductors not applicable. There have already been users Descriptions of microwave conductors described with elek trooptic modulation. It can be a Serrodyn system or around a symmetrical modula act. Such an optical frequency converter contains a waveguide that ver as a phase modulator is used and by a sawtooth-shaped signal is controlled. Such a signal has the same effect like a voltage ramp that changes the Refractive index depending on the time. It can also be an acoustic modulation, in which a waveform TE is converted into a Waveform TM, where a frequency change occurs.  

In diesem Fall wird durch Anlegen eines quergerichteten elektrischen Feldes das Durchlaßband eines akustoopti­ schen Umsetzers, der eine TE-Schwingungsform in eine TM-Schwingungsform umsetzt, durch kolinare Wechselwir­ kung von akustischen Oberflächenwellen mit einer geführ­ ten Lichtwelle verändert.In this case, by creating a cross-directional electric field the pass band of an acoustoopti converter that converts a TE waveform into a TM waveform implemented by colinear interactions surface acoustic waves with a guide changed light wave.

Beide Techniken haben mehrere Mängel:Both techniques have several shortcomings:

• - Die beiden Wellen breiten sich in demselben Wellenleiter aus (frequenzversetzte und Grundwelle), wodurch Probleme hinsichtlich ihrer Trennung auftreten,- The two waves travel in the same waveguide off (frequency shifted and fundamental wave), whereby Problems with their separation occur
• - in bestimmten Fällen hängt der Wirkungsgrad der Umsetzung stark von der Schwingungsform ab (Serrodyn-Umsetzer);- In certain cases, the efficiency of the implementation depends strongly depends on the waveform (Serrodyn converter);
• - bei einer TE-TM-Umsetzung ist eines der angetroffenen Probleme die extreme Wellenlängenabhängigkeit (Ände­ rung von β/KTM-β/KTM), wodurch es im übrigen ermög­ licht wird, eine derartige Vorrichtung als Filter zu verwenden.- One of those encountered in a TE-TM implementation Problems of extreme wavelength dependency (change tion of β / KTM-β / KTM), which also makes it possible is light, such a device as a filter use.

Bei dem aus der US 4 326 803 bekannten optischen Frequenz­ umsetzer der eingangs genannten Art werden die Schallwellen durch akustooptische Modulatoren erzeugt, die im Bereich des einen Wellenleiters außerhalb der Kopplungszone angeordnet sind, in der die Wellenleiter über die vorbestimmte Länge zueinander parallel sind.At the optical frequency known from US 4,326,803 The sound waves become converters of the type mentioned at the beginning generated by acousto-optical modulators in the area of a waveguide arranged outside the coupling zone are in the waveguide over the predetermined length are parallel to each other.

Aus der GB 1 448 563 ist ein schallwellengesteuerter Umschal­ ter für ein optisches Wellenleiterpaar beschrieben, bei dem sich die erzeugten Schallwellen kollinear mit der sich in einem der Wellenleiter ausbreitenden, ankommenden Welle aus­ breiten. Durch die herbeigeführte akustooptische Wechselwir­ kung wird das ankommende Wellensignal praktisch vollständig von einem Wellenleiter auf den anderen umgeschaltet. Eine Frequenzumsetzung erfolgt demnach nicht. GB 1 448 563 is a sound wave controlled formwork ter described for an optical waveguide pair, in which the generated sound waves collinear with the an incoming wave propagating the waveguide broad. Through the induced acousto-optical interaction kung the incoming wave signal is practically complete switched from one waveguide to the other. A Frequency conversion therefore does not take place.  

In der DE-OS 26 19 327 ist zur Umschaltung einer optischen Strahlung zwischen einem ersten und einem zweiten optischen Kreis ein elektrooptischer Umschalter vorgesehen.In DE-OS 26 19 327 is for switching an optical Radiation between a first and a second optical Circle provided an electro-optical switch.

In der DE-OS 28 34 344 wird ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Struktur beschrieben, deren Be­ trieb die Anlegung eines elektrischen Feldes erfordert.DE-OS 28 34 344 describes a process for the production an integrated optical structure described, the Be driven the application of an electrical field requires.

In "Optics Communications", Bd. 42, Nr. 2, Juni 1982, Seiten 101-103 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern in Form eines Stabes beschrieben, der durch Eindiffundieren von Titan in Lithiumniobat erhalten wird. Ein entsprechendes Verfahren ergibt sich auch aus dem Dokument "SPIE", Bd. 317, "Integrated Optics and Millimeter and Microwave Integrated Circuits (1981)", S. 47-57.In "Optics Communications", Vol. 42, No. 2, June 1982, pages 101-103 is a method of making waveguides described in the form of a rod that by diffusing is obtained from titanium in lithium niobate. A corresponding one The method also results from the document "SPIE", vol. 317, "Integrated Optics and Millimeter and Microwave Integrated Circuits (1981) ", pp. 47-57.

In dem in Optics Letters, Vol. 4, No. 3, S. 93-95, 1979, erschienenen Aufsatz "Phase-nulling fiber-optic laser gyro" von R. F. Cahill und E. Udd, ist bereits ein Gyrometer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art beschrie­ ben, das mit einem Frequenzschieber ausgestattet ist. Dieser Frequenzschieber bewirkt sowohl eine relative Frequenzände­ rung der sich in unterschiedlicher Richtung im Ring ausbrei­ tenden Wellen als auch die für einen Nullabgleich erforder­ liche relative Phasenverschiebung.In the in Optics Letters, Vol. 4, No. 3, pp. 93-95, 1979 Article "Phase-nulling fiber-optic laser gyro" by R. F. Cahill and E. Udd, is already a gyrometer in the Preamble of claim 9 specified type described ben, which is equipped with a frequency shifter. This Frequency shifters both cause a relative frequency change spreading in different directions in the ring tendency waves as well as those required for a zero adjustment Liche relative phase shift.

Ein Gyrometer der im Oberbegriff des Anspruchs 9 angegebenen Art ergibt sich auch aus der DE-OS 31 15 804.A gyrometer specified in the preamble of claim 9 Art also results from DE-OS 31 15 804.

Bei dem aus der US 4 326 803 bekannten Gyrometer ist der Ring durch einen Lichtleiter gebildet, der zusammen mit der Energiequelle, den Teiler- und Mischeinrichtungen für die Wellen sowie den Detektoren auf einem Substrat integriert ist, auf dem ferner zwei Wellenleiter verwirklicht sind, die einerseits mit der Energiequelle verbunden und andererseits über einen jeweiligen Frequenzschieber mit einem Richtungs­ koppler gekoppelt sind, um die von der Energiequelle ausge­ henden und von den Frequenzschiebern beeinflußten Lichtsignale in den den Ring bildenden Lichtleiter einzukoppeln. Als Frequenzschieber können akustooptische Modulatoren wie Bragg-Zellen verwendet werden. Über einen weiteren Richtungs­ koppler werden die zwei Lichtsignale wieder aus dem Ring ausge­ koppelt und in zwei weitere Wellenleiter eingespeist, die jeweils mit einem der Detektoren verbunden sind.In the gyrometer known from US 4,326,803, the Ring formed by a light guide, which together with the Energy source, the dividing and mixing devices for the Waves and the detectors integrated on a substrate is on which two waveguides are also realized, the on the one hand connected to the energy source and on the other hand via a respective frequency shifter with a direction Couplers are coupled to those from the energy source light signals influenced by the frequency shifters  to couple into the light guide forming the ring. Acousto-optical modulators such as Bragg cells can be used. About another direction coupler, the two light signals are returned from the ring couples and fed into two further waveguides, the are each connected to one of the detectors.

Ziel der Erfindung ist es, einen Frequenzumsetzer der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der bei möglichst einfachem, kompakten Aufbau eine höhere Zuverlässigkeit sowie einen höheren Wirkungsgrad besitzt. Überdies soll ein solcher Fre­ quenzumsetzer eine möglichst preisgünstige Herstellung eines Präzisions-Gyrometers ermöglichen.The aim of the invention is to provide a frequency converter to create the type mentioned above, which is as simple as possible, compact structure a higher reliability as well as a has higher efficiency. In addition, such a Fre quenz converter an inexpensive production of a Enable precision gyrometers.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten sind in den Unteransprü­ chen 2 bis 8 angegeben. Die Ansprüche 9 und 10 betreffen je­ weils ein mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Frequenzum­ setzer ausgestattetes Gyrometer.This object is achieved according to the invention by the in the mark of the specified features solved. Further advantageous variants are in the dependent claims Chen 2 to 8 specified. Claims 9 and 10 relate to each because one with at least one frequency according to the invention set equipped gyrometer.

Aufgrund dieser Ausbildung wird eine räumliche Trennung der umgesetzten Welle von der nicht umgesetzten Grundwelle er­ reicht, wodurch gleichzeitig auch die oben angeführten Mängel der bekannten Vorrichtungen beseitigt sind. Ein Übersprechen ist nur noch von einfachen geometrischen Parametern abhängig, so daß es beliebig verringert werden kann. Die beiden Wellen behalten dieselbe Polarisierung. Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer ist in besonderer Weise auch für die Her­ stellung von Frequenzfiltern geeignet.Due to this training, a spatial separation of the implemented wave from the unreacted fundamental wave he enough, which at the same time also the above-mentioned defects of the known devices are eliminated. A crosstalk is only dependent on simple geometric parameters, so that it can be reduced arbitrarily. The two Waves keep the same polarization. The invention Frequency converter is also special for the Her position of frequency filters suitable.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenFurther features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments and from the drawing to which reference is made. In show the drawing

Fig. 1 bis 3 eine Vorrichtung bekannter Art; Figs. 1 to 3 is a device of known type;

Fig. 4 einen Frequenzumsetzer nach der Erfindung; FIG. 4 shows a frequency converter according to the invention;

Fig. 5 und 6 ein den Frequenzumsetzer nach der Erfindung enthaltendes System; und Fig. 5 and 6, the frequency converter according to the invention containing system; and

Fig. 7 eine andere Ausführungsform dieses Systems. Fig. 7 shows another embodiment of this system.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen in linearer Optik ver­ wirklichten Schalter im Schnitt bzw. in Draufsicht. Zwei Lichtwellenleiter 1, 2 sind in einem Substrat 3 gebildet. Das Material, über welches die Kopplung stattfindet, ist das des Substrats 3. Um die Wellen- bzw. Lichtleiter 1 und 2 zu implantieren, kann z. B. Titan in ein Substrat hineindiffundiert werden, das aus einer monokristallinen Lithiumniobatscheibe (LiNbO₃) gebildet ist. Das Titan substituiert in der Diffusionszone teilweise das Niob, um eine Mischverbindung der Formel LiTi_xNb_1-xO₃ zu bilden, die einen Brechungsindex aufweist, welcher größer als der des reinen Niobats ist. Diese diffundierten Zonen, welche einen größeren Brechungsindex als das Substrat 3 auf­ weisen, bilden die Wellenleiter 1, 2. Wenn die Diffusions­ temperatur größer als der Curiepunkt des Materials ist, so wird die anschließende Abkühlphase ausgenutzt, um die Scheibe einem gleichförmigen elektrischen Feld auszusetzen, so daß die Scheibe gleichmäßig polarisiert wird und eine "Monogebiet"-Struktur erhalten wird. Figs. 1 and 2 show a ver in nonlinear optics more clear switch in section and in plan view. Two optical fibers 1 , 2 are formed in a substrate 3 . The material over which the coupling takes place is that of the substrate 3 . To implant the waveguides 1 and 2 , z. B. titanium can be diffused into a substrate which is formed from a monocrystalline lithium niobate disc (LiNbO₃). The titanium partially substitutes the niobium in the diffusion zone to form a mixed compound of the formula LiTi _x Nb _1-x O₃, which has a refractive index which is greater than that of the pure niobate. These diffused zones, which have a larger refractive index than the substrate 3 , form the waveguides 1 , 2 . If the diffusion temperature is greater than the Curie point of the material, the subsequent cooling phase is used to expose the disk to a uniform electric field, so that the disk is polarized uniformly and a "mono region" structure is obtained.

Wenn eine Spannung zwischen Elektroden 10, 20 angelegt wird, entsteht eine Feldlinienverteilung, die in Fig. 1 mit 4 bezeichnet ist. Die in der Richtung C senkrecht zur Oberfläche 23 des Substrats 3 in den beiden Wellenleitern verlaufende Feldkomponente, deren Absolutwert der­ selbe und deren Richtung entgegengesetzt ist, verursacht Änderungen des Brechungsindex um denselben Absolutwert und mit entgegengesetzten Vorzeichen. Da jedoch in einer zur Richtung der Achse C des Substrats senkrechten Rich­ tung entsprechend seinem außergewöhnlichen Brechungsindex eine nicht verschwindende Feldkomponente vorhanden ist, und weil das angelegte elektrische Feld auch den Wert des Brechungsindex in demjenigen Teil 22 des Substrats 3 verän­ dert, der zwischen den beiden Wellenleitern 1, 2 liegt, wird eine gewisse Unsymmetrie des Phänomens hervorgerufen: Die erhaltene Kopplung variiert gemäß der Polarität der Spannung, die zwischen den Elektroden 10 und 20 angelegt wird. Diejenige Spannungspolarität, welche zu einer maxi­ malen Kopplung führt, kann aus der kristallographischen Orientierung des Materials abgeleitet werden, aus dem das Substrat 3 besteht. Wenn diese Orientierung unbekannt ist, ist es sehr leicht, die optimale Polarität experimentell zu bestimmen, nämlich durch eine Messung der Lichtinten­ sität, die durch einen Wellenleiter für die eine bzw. die entgegengesetzte Polarität übertragen wird.If a voltage is applied between electrodes 10 , 20 , a field line distribution arises, which is denoted by 4 in FIG. 1. The field component running in the direction C perpendicular to the surface 23 of the substrate 3 in the two waveguides, the absolute value of which is the same and the opposite direction, causes changes in the refractive index by the same absolute value and with opposite signs. However, since a non-vanishing field component is present in a direction perpendicular to the direction of the axis C of the substrate in accordance with its extraordinary refractive index, and because the applied electric field also changes the value of the refractive index in that part 22 of the substrate 3 which is between the two Waveguides 1 , 2 , a certain asymmetry of the phenomenon is caused: The coupling obtained varies according to the polarity of the voltage that is applied between the electrodes 10 and 20 . The voltage polarity that leads to a maximum coupling can be derived from the crystallographic orientation of the material from which the substrate 3 is made. If this orientation is unknown, it is very easy to determine the optimal polarity experimentally, namely by measuring the light intensity, which is transmitted through a waveguide for one or the opposite polarity.

Wenn die metallischen Elektroden 10, 20 direkt auf der Oberfläche der Wellenleiter 1, 2 angeordnet sind, so kann durch eine Welle, die sich mit Ausbreitungsverlusten in dem metalli­ schen Medium ausbreitet, das relativ stark absorbiert, ein Energieverlust in dem Koppler hervorgerufen werden. Um diesen Energieverlust zu vermeiden, kann eine licht­ durchlässige dielektrische Schicht 11, 21 zwischen dem Wellenleiter 1, 2 und der Elektrode 10 bzw. 20 angeord­ net werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Diese isolierende Schicht 11, 21 ist aus einem Material gebildet, das eine gute Durchlässigkeit bei der Wellenlänge des Lichtes aufweist, das sich in dem Wellenleiter 1, 2 ausbreitet, und das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der des Wellen­ leiters 1, 2 ist. Für den oben beschriebenen Fall, bei dem das Substrat 3 aus Lithiumniobat besteht, ist Silizium­ dioxid (SiO₂) sehr gut geeignet.If the metallic electrodes 10 , 20 are arranged directly on the surface of the waveguides 1 , 2 , a loss of energy in the coupler can be caused by a wave that propagates with propagation losses in the metallic medium that absorbs relatively strongly. In order to avoid this loss of energy, a transparent dielectric layer 11 , 21 can be arranged between the waveguide 1 , 2 and the electrode 10 or 20 , as shown in FIG. 1. This insulating layer 11 , 21 is formed from a material which has a good transmittance at the wavelength of the light which propagates in the waveguide 1 , 2 and which has a refractive index which is smaller than that of the waveguide 1 , 2 . For the case described above, in which the substrate 3 consists of lithium niobate, silicon dioxide (SiO₂) is very suitable.

Diese beiden Wellenleiter 1, 2 oder Lichtleiter sind, wie in Fig. 2 gezeigt, zueinander über einen geradlinigen Teil der Länge L parallel, der von einem Parameter abhängt, welcher als Kopplungslänge bezeichnet und weiter unten noch definiert wird. Der Abstand zwischen den parallelen, geradlinigen Teilen weist einen Wert d auf, der einige Wellenlängen des in den Wellenleitern 1, 2 transportierten Lichtes nicht überschreiten darf (gerechnet in dem diese Leiter trennenden Medium). Die beiden Wellenleiter 1, 2 sind aus demselben elektrooptischen Material gebildet, das unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes einen Brechungs­ index aufweist, der in Abhängigkeit von dem Wert des an­ gelegten Feldes variiert. Der Brechungsindex dieses Ma­ terials ist so gewählt, daß selbst bei Anwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes der Wert des Brechungsin­ dex größer als der des Materials ist, aus dem das Sub­ strat 3 besteht. These two waveguides 1 , 2 or light guides are, as shown in FIG. 2, parallel to one another over a straight part of the length L, which depends on a parameter which is referred to as the coupling length and is defined further below. The distance between the parallel, rectilinear parts has a value d which must not exceed a few wavelengths of the light transported in the waveguides 1 , 2 (calculated in the medium separating these conductors). The two waveguides 1 , 2 are formed from the same electro-optical material which, under the action of an electric field, has a refractive index which varies depending on the value of the applied field. The refractive index of this material is chosen so that even in the presence of an applied electric field, the value of the refractive index is greater than that of the material from which the substrate 3 is made.

Aufgrund der elektrooptischen Eigenschaften des Materials, aus dem die Wellenleiter 1, 2 gebildet sind, erzeugt die Feldlinienverteilung im Inneren dieser Leiter Änderungen des Brechungsindex, deren Absolutwert im wesentlichen gleich ist, die jedoch entgegengesetzte Vorzeichen haben.Due to the electro-optical properties of the material from which the waveguides 1 , 2 are formed, the field line distribution inside these conductors produces changes in the refractive index, the absolute value of which is essentially the same, but which have opposite signs.

Wenn eine Lichtwelle über einen Wellenleiter transportiert wird, so breitet sich ein Teil der Energie außerhalb des Leiters in dem diesen umgebenden Medium in Form einer sich verflüchtigenden Welle aus. Die Amplitude dieser Welle nimmt exponentiell mit zunehmender Entfernung von den Wänden des Leiters ab. Wenn ein zweiter Leiter pa­ rallel zu dem ersten angeordnet wird, so nimmt er auf­ grund dieser sich verflüchtigenden Welle progressiv Energie aus dem ersten Leiter auf, und dies geschieht um so schneller, je näher die beiden Wellenleiter neben­ einanderliegen. Nach einer gegebenen Entfernung, die als Kopplungslänge bezeichnet wird und sowohl von den geome­ trischen als auch von den optischen Parametern der beiden Leiter und des diese trennenden Mediums (insbesondere von den Brechungsindizes) abhängt, ist eine maximale Energiemenge von dem ersten Leiter in den zweiten über­ führt worden. Jenseits von dieser Länge tritt der umge­ kehrte Effekt auf: die Energie wird progressiv vom zweiten Leiter in den ersten überführt, bis in dem zweiten Leiter ein minimaler Wert erreicht ist. Jegliche Änderung des Brechungsindex eines der vorhandenen Medien wirkt sich natürlich in der einen oder anderen Richtung auf die Kopplungslänge aus.When a light wave is transported over a waveguide part of the energy spreads outside the Conductor in the medium surrounding it in the form of a evaporating wave. The amplitude of this Wave decreases exponentially with increasing distance from off the walls of the ladder. If a second conductor pa is arranged parallel to the first, so it takes up progressive due to this evaporating wave Energy from the first conductor on and this happens the faster the closer the two waveguides are next to each other lie together. After a given distance that as Coupling length is called and both from the geome trical as well as the optical parameters of the two Conductor and the medium separating it (in particular depends on the refractive indices) is a maximum Amount of energy from the first conductor to the second leads. Beyond this length, the reverse occurs swept effect: the energy becomes progressive from the second Head transferred to the first until the second Head has reached a minimum value. Any change the refractive index of one of the available media works of course in one direction or another the coupling length.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung kann die Länge L gleich der Kopplungslänge ohne angelegtes elektrisches Feld gewählt werden. Wegen der vollkom­ menen Symmetrie der beiden Wellenleiter 1, 2 in der Kopplungszone tritt eine vollständige Energiekopplung vom ersten Leiter in den zweiten (oder vom zweiten in den ersten) auf. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 10 und 20 wird die Kopplungslänge vermindert, und ein Teil der Energie wird von dem zweiten Wellenleiter zu dem ersten zu­ rücküberführt (oder vom ersten zu dem zweiten). Das Ge­ samtergebnis besteht darin, daß mit zunehmender Spannung die von dem ersten Wellenleiter zu dem zweiten (oder vom zwei­ ten zum ersten) überführte Energie, die am Ende der Kopp­ lungszone gemessen wird, bis zu dem Wert Null abnimmt. Die Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern nimmt also von 100% auf 0% ab, wenn die an den Elektroden 10, 20 angelegte Spannung zunimmt. Dasselbe Ergebnis wird erhalten, wenn die Länge L gleich einem ungeraden Vielfachen der Kopp­ lungslänge ohne elektrisches Feld gewählt wird.In the device shown in FIGS. 1 and 2, the length L can be selected equal to the coupling length without an applied electric field. Because of the perfect symmetry of the two waveguides 1 , 2 in the coupling zone, a complete energy coupling from the first conductor to the second (or from the second to the first) occurs. By applying a voltage between electrodes 10 and 20 , the coupling length is reduced and some of the energy is returned from the second waveguide to the first (or from the first to the second). The overall result is that as the voltage increases, the energy transferred from the first waveguide to the second (or from the second to the first), measured at the end of the coupling zone, decreases to zero. The coupling between the two waveguides thus decreases from 100% to 0% when the voltage applied to the electrodes 10 , 20 increases. The same result is obtained if the length L is chosen equal to an odd multiple of the coupling length without an electric field.

Es ist auch möglich, der Länge L einen Wert zu geben, der gleich einem geraden Vielfachen der Kopplungslänge ohne elektrisches Feld ist. Die am Ausgang von einem Wellenleiter zum anderen überführte Energie nimmt dann von Null ausgehend zu, wenn die zwischen den Elektroden 10, 20 angelegte Spannung von Null ausgehend zunimmt.It is also possible to give the length L a value which is equal to an even multiple of the coupling length without an electric field. The energy transferred from one waveguide to the other at the output increases from zero when the voltage applied between the electrodes 10 , 20 increases from zero.

Unter Steuerung durch ein elektrisches Signal kann also mit einer solchen Vorrichtung ein Teil oder die Gesamt­ heit der Energie, die über einen Wellenleiter transportiert wird, in einen anderen Wellenleiter überführt werden, der ihm in der Kopplungszone zugeordnet ist.Under the control of an electrical signal with such a device part or all energy that is transported via a waveguide will be transferred to another waveguide that matches it is assigned in the coupling zone.

Wenn einer der Leiter auf einen Abschnitt begrenzt wird, dessen minimale Länge die Länge L der Kopplungszone ist, so kann offensichtlich mit dieser Vorrichtung die in dem anderen Wellenleiter transportierte Energie zu 100% moduliert werden.If one of the conductors is limited to one section, whose minimum length is the length L of the coupling zone, so obviously with this device the in the other waveguide transported energy 100% modulated become.

Für den Fall, daß die zwei Wellenleiter verschieden sind, kann eine zwischen diesen Wellenleitern gebildete periodische Struktur den Austausch zwischen ihnen steigern. Wenn nämlich die sich in einem Wellenleiter ausbreitende Welle dieselbe Aus­ breitungsgeschwindigkeit wie eine der Beugungsordnungen in dem anderen Wellenleiter aufweist, so findet ein Energieaus­ tausch statt.In the event that the two waveguides are different, can a periodic structure formed between these waveguides increase the exchange between them. If namely the wave propagating in a waveguide has the same out spreading speed like one of the diffraction orders  in the other waveguide, energy finds out exchange instead.

Um diesen Austausch zu verwirklichen, können mehrere Mittel angewendet werden, insbesondere die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Elektroden 28, 29, z. B. von periodischer Struktur, die auf den beiden Seiten der beiden Wellenleiter 5 und 6 angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Lichtwelle 24 breitet sich in dem ersten Wellenleiter 5 aus und erzeugt durch Kopplung aufgrund der vorhandenen Polarisation V_O eine eingekop­ pelte Welle 25, die sich in dem zweiten Wellenleiter 6 aus­ breitet. Es kann auch zwischen den beiden Wellenleitern 5, 6 ein Gitter in das Substrat 3 eingraviert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer werden Schallwellen 12 durch Elektroden 13, 14 erzeugt, welche die Form von ineinandergreifenden bzw. interdigitalen Kämmen haben und an deren Anschlüsse ein Generator V angeschlossen ist. Die Schallwellen 12 breiten sich zwischen den beiden Wellenleitern 5, 6 in der in Fig. 4 gezeigten Weise auf. Die Elektroden 13, 14 können auf einer Dünnschicht 26 aus einem piezoelektrischen Material, z. B. Zinkoxid (Z_nO) aufge­ bracht sein, das seinerseits auf dem Substrat 3 aufge­ bracht ist, welches aus einem anderen Material besteht, z. B. aus Siliziumoxid. Die Dünnschicht 26 kann aber auch aus demselben Material wie das Substrat gebildet sein, z. B. aus kristallinem Quarz, Galliumarsenid oder Lithium­ niobat.To implement this exchange, several means can be used, in particular the generation of an electric field between two electrodes 28 , 29 , e.g. B. of periodic structure, which are arranged on the two sides of the two waveguides 5 and 6 , as shown in Fig. 3. A light wave 24 propagates in the first waveguide 5 and, by coupling due to the existing polarization V _O, generates a coupled-in wave 25 which propagates in the second waveguide 6 . A grating can also be engraved into the substrate 3 between the two waveguides 5 , 6 . In the frequency converter according to the invention, sound waves 12 are generated by electrodes 13 , 14 , which have the shape of interdigitated or interdigital combs and to whose connections a generator V is connected. The sound waves 12 spread between the two waveguides 5 , 6 in the manner shown in FIG. 4. The electrodes 13 , 14 can on a thin layer 26 made of a piezoelectric material, for. B. zinc oxide (Z _n O) be brought up, which in turn is brought up on the substrate 3 , which consists of another material, for. B. made of silicon oxide. The thin layer 26 can also be formed from the same material as the substrate, e.g. B. from crystalline quartz, gallium arsenide or lithium niobate.

Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer weist den Vorteil auf, daß er eine Einstellung der Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern 5 und 6 ermöglicht, die von der Frequenz der Schallwellen 12 abhängt. Die so gebildete akustooptische Ablenkeinrichtung ermöglicht nämlich eine Frequenzver­ schiebung: Die sich in dem Wellenleiter 5 ausbreitende Lichtwelle 24, die ferner durch diese Schallwellen 12 gebeugt wird, wird in der Frequenz umgesetzt und in den zweiten Wellenleiter 6 überführt. Diese beiden Wellenleiter 5, 6 müssen die­ selbe Länge aufweisen.The frequency converter according to the invention has the advantage that it enables an adjustment of the coupling between the two waveguides 5 and 6 , which depends on the frequency of the sound waves 12 . The acousto-optical deflection device thus formed namely enables a frequency shift: the light wave 24 propagating in the waveguide 5 , which is also diffracted by these sound waves 12 , is converted in frequency and transferred into the second waveguide 6 . These two waveguides 5 , 6 must have the same length.

Wenn ein Medium betrachtet wird, in dem sich ein Bündel elastischer Wellen mit der Frequenz f ausbreitet, und wenn in dieses Medium ein ankommendes Lichtbündel einfällt, so wird eine Gruppe von gebeugten Bündeln mit den Frequenzen F + kf erhalten, worin k eine ganze positive oder negative Zahl ist.If a medium is considered in which there is a bundle propagates elastic waves with the frequency f, and if in this medium When an incoming light beam comes in, it becomes one Group of diffracted bundles with the frequencies F + kf obtained, where k is an integer positive or negative number is.

Die sinusförmige Variation des Brechnungsindex, welche durch die elastischen Wellen erzeugt wird, hat auf die Lichtwelle eine Auswirkung, die analog der eines Phasen­ gitters ist: das in dem Medium aus Kristall 30 parallel zu den Ebenen der elastischen Wellen eindringende Lichtbündel wird in mehrere Bündel aufgetrennt, die symmetrisch in bezug auf das einfallende Lichtbündel sind und folgende Winkel Θ_N aufweisen:The sinusoidal variation of the refractive index, which is generated by the elastic waves, has an effect on the light wave which is analogous to that of a phase grating: the light bundle penetrating in the medium made of crystal 30 parallel to the planes of the elastic waves is separated into several bundles , which are symmetrical with respect to the incident light beam and have the following angles Θ _N :

Darin ist Λ die Teilung in den Wellenebenen und λ die Wellenlänge des ankommenden Lichtbündels. Die Dicke e des elastischen Bündels muß aber kleiner als ein kriti­ scher Wert e_c sein. Die seitlichen Wellen werden nämlich über die gesamte Länge des Weges der Trägerschwingung im Inneren des Ultraschallbündels und nicht nur am Aus­ tritt an der Grenze erzeugt. Wenn das elastische Bündel gedanklich in dünne Scheiben unterteilt wird, die pa­ rallel zur Ausbreitungsrichtung sind, so gilt für jede dieser Scheiben die vorstehende Spektralanalyse: die Frequenzen Ω + kω und die Ausbreitungsrichtung Θ_N der seitlichen Wellen sind auch für die Scheiben mit den Abszissen x und x + l dieselben. Wenn für eine gegebene Ordnungszahl die Beiträge dieser beiden Scheiben addiert werden, die den Abstand l voneinander haben, so ergibt sich eine entgegengesetzte Phasenlage für den AbstandTherein Λ is the division in the wave planes and λ is the wavelength of the incoming light beam. The thickness e of the elastic bundle must be smaller than a critical value e _c . The lateral waves are namely generated over the entire length of the path of the carrier vibration in the interior of the ultrasonic beam and not only at the limit. If the elastic bundle is mentally divided into thin slices that are parallel to the direction of propagation, the above spectral analysis applies to each of these slices: the frequencies Ω + kω and the direction of propagation Θ _{N of} the lateral waves are also for the slices with the abscissa x and x + l the same. If, for a given atomic number, the contributions of these two disks are added, which have the distance l from one another, the opposite phase position results for the distance

Die Interferenz der von den beiden Scheiben, welche den Abstand l_N voneinander haben, ausgehenden Wellen, kann also destruktiv sein. Wenn die Breite des Bündels größer als l_N ist, wird die Wirkung einer Scheibe durch die im Abstand l_N liegende Scheibe anulliert. Unter günstigsten Bedingungen darf die Dicke e des elastischen Bündels also einen kritischen Wert nicht überschreiten, der in erster Größenordnung folgender ist:The interference of the waves emanating from the two disks, which are at a distance l _N from one another, can therefore be destructive. If the width of the bundle is greater than l _N , the effect of a disk is canceled by the disk lying at a distance l _N. Under the most favorable conditions, the thickness e of the elastic bundle must not exceed a critical value that is in the first order of magnitude:

e_c = l₁ = λ²/Λ.e _c = l₁ = λ² / Λ.

Für einen Bragg'schen Einfallswinkel des Lichtbündels in bezug auf die Ebenen der elastischen Wellen ist die Wechselwirkung am stärksten, denn die Interferenzen erster Ordnung bei der Winkelfrequenz Ω + ω sind konstruk­ tiv; es wird also nur ein einziges abgelenktes Bündel erzeugt.For a Bragg angle of incidence of the light beam with respect to the levels of the elastic waves is the Interaction strongest, because the interference first Order at the angular frequency Ω + ω are construct tiv; so it becomes just a single distracted bundle generated.

Gemäß der Erfindung wird ein Richtkoppler verwendet, dessen beide Wellenleiter 5, 6 ungleich sind. Wenn ferner β/K₁ und β/K₂ die Ausbreitungskonstanten der Moden in diesen beiden Wellenleitern 5, 6 des Kopplers sind, so ist die rela­ tive Energie in dem einen Wellenleiter, wenn der andere erregt worden ist, folgender:According to the invention, a directional coupler is used, the two waveguides 5 , 6 of which are not the same. Furthermore, if β / K₁ and β / K₂ are the propagation constants of the modes in these two waveguides 5 , 6 of the coupler, the rela tive energy in one waveguide when the other has been excited is as follows:

worin L die Wechselwirkungslänge und c die Kopplungskon­ stante ist, mit:where L is the interaction length and c is the coupling con aunt is with:

worin λ die Wellenlänge im Vakuum ist. Die relative Energie, die in diesem Wellenleiter am Austritt des Kopplers vor­ handen ist, hängt also von drei Parametern L, c und Δβ ab. Wenn Δβ groß gegenüber c ist, so kann unabhängig von L die maximale ausgetauschte Energie klein sein. Wenn z. B.where λ is the wavelength in vacuum. The relative energy, that in this waveguide at the exit of the coupler is available depends on three parameters L, c and Δβ.  If Δβ is large compared to c, then regardless of L the maximum energy exchanged will be small. If e.g. B.

c = 1,5 10^-4 µmc = 1.5 10 ^-4 µm

E_MAX = 0,0017E _MAX = 0.0017

und wennand if

c = 1,5 10^-4 c = 1.5 10 ^-4

E_MAX = 0,000017E _MAX = 0.000017

Diese Werte sind also sehr klein und können noch beliebig weiter verkleinert werden, indem die Länge L verän­ dert wird.So these values are very small and can still be any can be further reduced by changing the length L. is changed.

Wenn die Ausbreitungskonstanten der beiden Wellenleiter perio­ disch variiert werden und wenn die entsprechende Periode geeignet gewählt ist, so kann bekanntlich der Austausch zwischen diesen beiden Wellenleitern vergrößert werden, indem Δβ durch den Vektor K des Gitters kompensiert wird.If the propagation constants of the two waveguides are perio be varied and if the appropriate period the exchange is suitable between these two waveguides can be enlarged by Δβ is compensated by the vector K of the grid.

Die Wechselwirkung wird dann aufgrund der Erhaltung der Momente folgendermaßen geschrieben:The interaction is then due to the conservation of the Moments written as follows:

β₁ + K = β₂β₁ + K = β₂

oder:or:

worin Λ die Periode des Gitters ist.where Λ is the period of the lattice.

Wenn also dieses Gitter wie bei der in Fig. 4 gezeigten, erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Schallwelle 12 ge­ bildet ist, die sich kolinear mit der Lichtwelle 24 aus­ breitet, so erhält man eine Frequenzumsetzung der einge­ koppelten Welle.Thus, if this grating is formed as in the device according to the invention shown in FIG. 4 by a sound wave 12 which spreads colinearly with the light wave 24 , then a frequency conversion of the coupled wave is obtained.

Der Wechselwirkungsgrad hängt von dem Wert der Be­ chungsindexvariation ab, die durch die Schallwelle 12 in­ duziert wird, und folglich von der eingespeisten Lei­ stung. Als Beispiel kann ein Richtkoppler betrachtet werden, der in Lithiumniobat (LiNbO₃) durch Titan­ diffusion hergestellt wurde. Die dem Titan entsprechende Veränderung des Brechungsindex liegt gewöhnlich in der Größenordnung von Δn ≅ 5.10^-3.The degree of interaction depends on the value of the loading index variation induced by the sound wave 12 and consequently on the power fed in. As an example, a directional coupler can be considered, which was produced in lithium niobate (LiNbO₃) by titanium diffusion. The change in the refractive index corresponding to titanium is usually of the order of Δn ≅ 5.10 ^-3 .

Es kann dann die Ausbildung der beiden Wellenleiter 5, 6 mit Δβ/K = 2.10^-3 in Betracht gezogen werden. Dies kann er­ halten werden, indem die Breite oder/und Dicke des Titans für diese beiden Wellenleiter 5, 6 des Kopplers verändert wird. Für eine Wechselwirkungslänge von 10 mm ist die maximale ausgetauschte Energie bei λ = 0,83 µm: E_MAX = 4.10^-4. Die Wellenlänge einer Schallwelle 12, die für die Kompensa­ tion erforderlich ist, beträgt 415 µm entsprechend einer Frequenz von etwa 7,2 MHz im Falle des Lithiumniobats (LiNbO₃). Die am Ausgang des zweiten Wellenleiters 6 (der ur­ sprünglich nicht angeregt wurde) entnommene Welle 25 wird also mit einer Frequenzverschiebung von 7,2 MHz erhalten, und das Grundschwingungsmaximum in diesem Leiter beträgt -33 dB gegenüber der gesamten optischen Energie.The formation of the two waveguides 5 , 6 with Δβ / K = 2.10 ^-3 can then be taken into account. This can be kept by changing the width or / and thickness of the titanium for these two waveguides 5 , 6 of the coupler. For an interaction length of 10 mm, the maximum energy exchanged at λ = 0.83 µm is: E _MAX = 4.10 ^-4 . The wavelength of a sound wave 12 , which is required for the compensation, is 415 microns corresponding to a frequency of about 7.2 MHz in the case of lithium niobate (LiNbO₃). The wave 25 extracted at the output of the second waveguide 6 (which was originally not excited) is thus obtained with a frequency shift of 7.2 MHz, and the fundamental oscillation maximum in this guide is -33 dB compared to the total optical energy.

Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer kann auch einer der Wellenleiter 5, 6 durch Protonenaustausch und der andere durch Ti­ tandiffusion gebildet werden; gemäß einer anderen Aus­ führungsform werden beide Wellenleiter 5, 6 durch Protonenaustausch mit unterschiedlicher Charakteristik gebildet. Es kann dann Δβ/K ≅ 0,1 erhalten werden, mit einer Wechselwir­ kungslänge von 10 mm, wobei eine maximale ausgetauschte Energie von -67 dB der Gesamtenergie bei einer Wellenlänge von 8,3 µm der Schallwelle 12 bzw. einer Frequenz von 361 MHz derselben erhalten wird. In the frequency converter according to the invention, one of the waveguides 5 , 6 can also be formed by proton exchange and the other by titanium diffusion; According to another embodiment, both waveguides 5 , 6 are formed by proton exchange with different characteristics. Δβ / K Δ 0.1 can then be obtained with an interaction length of 10 mm, with a maximum exchanged energy of -67 dB of the total energy at a wavelength of 8.3 μm of the sound wave 12 or a frequency of 361 MHz the same is obtained.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Frequenzumsetzer verursacht also eine in den ersten Wellenleiter 5 eingeleitete Welle 23 durch Kopplung das Auftreten einer Welle 25 in dem zweiten Wellenleiter 6, wobei diese Welle frequenzversetzt ist.In the frequency converter shown in FIG. 4, a wave 23 introduced into the first waveguide 5 thus causes the occurrence of a wave 25 in the second waveguide 6 by coupling, this wave being offset in frequency.

Mehrere Ausgestaltungen der Wellenleiter 5, 6 sind möglich, z. B. mit einem Substrat 3 aus Lithiumniobat. Die beiden Wellenleiter 5, 6 werden durch Eindiffundieren von Titan in das Sub­ strat erhalten. Die in den beiden Wellenleitern 5, 6 geführten Wellen sind zwei TE-Wellen oder zwei TM-Wellen, wobei sich ein Δβ/K in der Größenordnung von einigen 10^-3 ergibt.Several configurations of the waveguides 5 , 6 are possible, for. B. with a substrate 3 made of lithium niobate. The two waveguides 5 , 6 are obtained by diffusing titanium into the substrate. The waves guided in the two waveguides 5 , 6 are two TE waves or two TM waves, with a Δβ / K in the order of magnitude of a few 10 ^-3 .

Es kann aber auch eine gekreuzte Wechselwirkung stattfinden, also zwischen einer TE-Welle in dem ersten Wellenleiter 5 und einer TM-Welle in dem zweiten Wellenleiter 6 oder umgekehrt, wobei ein Δβ/K in der Größenordnung von 0,1 erhalten wird.However, a crossed interaction can also take place, ie between a TE wave in the first waveguide 5 and a TM wave in the second waveguide 6 or vice versa, a Δβ / K of the order of 0.1 being obtained.

Einer der beiden Wellenleiter 5, 6 kann durch Eindiffundieren von Titan und der zweite durch Protonenaustausch erhalten werden. Wenn eine Achse C betrachtet wird, die senkrecht zu der Substratoberfläche ist, so tritt in beiden Wellenleitern 5, 6 eine TM-Welle auf. Es kann sich aber auch um zwei TE-Wellen handeln. Es wird dann ein Δβ/K in der Größen­ ordnung von 0,1 erhalten. Die zwei Wellenleiter 5, 6 können durch Protonenaustausch erhalten werden, aber ihre Charakte­ ristik muß jeweils verschieden sein. Man erhält dann: Δβ/K ≅ 0,1.One of the two waveguides 5 , 6 can be obtained by diffusing in titanium and the second by proton exchange. If an axis C is considered that is perpendicular to the substrate surface, a TM wave occurs in both waveguides 5 , 6 . But it can also be two TE waves. A Δβ / K in the order of magnitude of 0.1 is then obtained. The two waveguides 5 , 6 can be obtained by proton exchange, but their characteristics must be different. Then one obtains: Δβ / K ≅ 0.1.

Durch Ändern der Schallfrequenz, die zwischen 10 und 300 MHz variieren kann, kann ein abstimmbares Filter erhalten werden. Die Doppelbrechung des Materials va­ riiert nämlich frequenzabhängig.By changing the sound frequency, which is between 10 and 300 MHz can vary, a tunable filter be preserved. The birefringence of the material, especially because frequency-dependent.

Das Durchlaßband des erfindungsgemäßen Frequenzumsetzers hängt von der Länge der Wechselwirkung zwischen der Lichtwelle 24 und der Schallwelle 12 ab, und je größer die Anzahl von Ebenen der Schallwelle 12 ist, die bei dieser Kopplung mit­ wirken, desto schmaler ist das Durchlaßband.The pass band of the frequency converter according to the invention depends on the length of the interaction between the light wave 24 and the sound wave 12 , and the greater the number of levels of the sound wave 12 that are involved in this coupling, the narrower the pass band.

Der beschriebene Frequenzumsetzer kann als Filter verwendet werden, bei dem z. B. die Änderung der Doppelbrechung eines Materials in Abhängigkeit von der Wellenlänge aus­ genutzt wird. Es kann in Betracht gezogen werden, daß sich in dem ersten Wellenleiter 5 eine TE(TM)-Welle und in dem zweiten Wellenleiter 6 eine TM(TE)-Welle ausbreitet, die über die Schallwelle 12 miteinander gekoppelt sind. Für Lithium­ niobat gilt dann: (Δβ/KTM - Δβ/KTE ≅ 0,1, wobei sich wiederum eine Schallwelle 12 mit der Frequenz 361 MHz ergibt. Dieses Filter ist abstimmbar, denn es muß lediglich die Frequenz der Schallwelle 12 geändert werden.The frequency converter described can be used as a filter in which, for. B. the change in birefringence of a material is used depending on the wavelength. It can be considered that a TE (TM) wave propagates in the first waveguide 5 and a TM (TE) wave propagates in the second waveguide 6 , which waves are coupled to one another via the sound wave 12 . The following then applies to lithium niobate: (Δβ / KTM - Δβ / KTE ≅ 0.1, which in turn results in a sound wave 12 with the frequency 361 MHz. This filter can be tuned because only the frequency of the sound wave 12 has to be changed.

Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzumsetzer können die Elektro­ den z. B. auf den beiden Seiten der beiden Wellenleiter 5, 6 oder auf diesen Leitern angeordnet werden. Ferner kann eine iso­ lierende Zwischenschicht zwischen Elektroden und Substrat angeordnet werden. Das elektrische Feld, welches zwischen diesen beiden Elektroden erzeugt wird, ermöglicht dabei eine Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihren Anfangszustand oder ihren Endzustand.In the frequency converter according to the invention, the electrical z. B. on the two sides of the two waveguides 5 , 6 or on these conductors. Furthermore, an insulating intermediate layer can be arranged between the electrodes and the substrate. The electric field which is generated between these two electrodes enables the device according to the invention to be set to its initial state or its final state.

Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer ist auf dem Gebiet der mit Lichtleitfasern arbeitenden Gyrometer einsetzbar.The frequency converter according to the invention is in the field of Gyrometer working with optical fibers can be used.

Fig. 5 zeigt schematisch ein bekanntes Ring-Interfero­ meter. Eine Laser-Lichtquelle S sendet ein Bündel paralleler Strahlen 41 gegen einen optischen Teiler M, der durch eine halbdurchlässige Platte gebildet und hinter einem Filter F angeordnet ist. Fig. 5 shows schematically a known ring interferometer. A laser light source S sends a bundle of parallel beams 41 against an optical splitter M, which is formed by a semi-transparent plate and is arranged behind a filter F.

Eine bestimmte Anzahl von Spiegeln M₁, M₂, M₃ bildet einen optischen Weg, der den Ring 42 eines Interferometers bildet. Dieser Ring 42 kann z. B. mittels Monomode-Lichtleit­ fasern gebildet werden. Die Meßempfindlichkeit wird näm­ lich durch einen langen Lichtweg gesteigert. Dieser Ring 42 ist auf den optischen Teiler M zurückgeschleift, der über­ dies die Funktion eines optischen Mischers erfüllt und auf diese Weise einen Ausgangszweig 43 festlegt. Der Ring 42 wird also von zwei in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Wellen durchlaufen: die eine im Uhrzeigersinn (Richtung 2), die andere im Gegenuhrzeigersinn (Richtung 1). Diese bei­ den Wellen werden an dem Teiler M wieder miteinander kombiniert. Das Ergebnis dieser Rekombination kann im Ausgangszweig 43 mittels eines Detektors D beobachtet werden. Ein Teil der Lichtbündel wird in dem Eingangszweig durch eine Teilerplatte M′ wieder aufgenommen und durch­ quert erneut das Filter F. Am Ausgang werden die beiden Wellen an der Teilerplatte M′ wieder miteinander kombiniert. Das Ergebnis dieser Rekombination kann im Aus­ gangszweig 44 beobachtet werden. Durch Einfügung des Filters F in den Eingangszweig des Interferometers wird dieses vollkommen reziprok gemacht. Es wird von einer Welle durchlaufen, die in einem einzigen optischen Schwin­ gungstyp vorliegt. Dieses Filter ist durch ein Modenfilter, gefolgt von einem Polarisator gebildet. Das ankommende Strahlenbündel 41 durchquert dieses Filter, und der aus ihm austretende Bruchteil liegt in einer einzigen Schwingungsform vor. Es kann also das über den Ausgangszweig 43 austretende Bündel 43 betrachtet werden, welches der Interferenz der beiden Bündel entspricht, die die Modenfiltervorrichtung nicht durchlaufen haben, es kann jedoch auch derjenige Teil der Bündel betrachtet werden, der im Eingangszweig durch den halbdurchlässigen Teiler M aufgenommen wird. Dieser Teil der Bündel durchquert erneut das Filter F. An seinem Ausgang liegen die beiden Bündel, die über die halb­ durchlässige Teilerplatte M′ in den Ausgangszweig 44 eingegeben werden, in derselben Schwingungsform vor, wodurch das Interfero­ meter unempfindlich gegen "reziproke" Störungen wird.A certain number of mirrors M₁, M₂, M₃ forms an optical path that forms the ring 42 of an interferometer. This ring 42 can, for. B. fibers are formed by means of single-mode optical fibers. The measuring sensitivity is increased by a long light path. This ring 42 is looped back to the optical divider M, which thereby fulfills the function of an optical mixer and in this way defines an output branch 43 . The ring 42 is thus traversed by two shafts running in the opposite direction: one clockwise (direction 2), the other counterclockwise (direction 1). These at the waves are combined again on the divider M. The result of this recombination can be observed in the output branch 43 by means of a detector D. Part of the light bundle is taken up again in the input branch by a splitter plate M 'and again traverses the filter F. At the output, the two waves on the splitter plate M' are combined again. The result of this recombination can be observed in the output branch 44 . By inserting the filter F into the input branch of the interferometer, this is made completely reciprocal. It is traversed by a wave that is in a single optical vibration type. This filter is formed by a mode filter, followed by a polarizer. The incoming beam 41 passes through this filter and the fraction emerging from it is in a single waveform. Thus, the exiting through the output branch 43 bundles are considered 43, which corresponds to the interference of the two beams which do not pass through the mode filter device, but it can also that part of the bundle are considered, which is received in the input branch through the semi-permeable divider M . This part of the bundle passes through the filter F. At its exit are the two bundles, which are entered via the semi-permeable divider plate M 'in the output branch 44 , in the same waveform, making the interferometer insensitive to "reciprocal" interference.

Es sei ΔΦ die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen, die sich in entgegengesetzten Richtungen in dem Ring aus­ breiten, und P_S die optische Ausgangsleistung, die in dem Ausgangszweig 44 gemessen werden kann; bei fehlender "nichtreziproker" Störung ist ΔΦ gleich Null.Let ΔΦ be the phase difference between the two waves that propagate in opposite directions in the ring and P _{S is} the optical output power that can be measured in the output branch 44 ; if there is no "non-reciprocal" disturbance, ΔΦ is zero.

Wenn ein Gyrometer betrachtet wird, bei dem dieses Ring- Interferometer angewendet wird, so wird durch die Drehung des Gyrometers eine "nichtreziproke" Störung erzeugt. Die Phasendifferenz ΔΦ ist nicht mehr gleich Null, und es gilt ΔΦ = αΩ, worin Ω die Rotationsgeschwindigkeit ist, sowie α = k , worin k eine Konstante ist, die von der Geometrie des Gyrometers abhängt, L die Länge des Licht­ weges, λ die Wellenlänge des von der Laser-Strahlungs­ quelle S ausgesendeten Lichtes und C die Lichtgeschwin­ digkeit in dem Ring 42 ist. Wenn die Rotationsgeschwin­ digkeit Ω zunimmt, nimmt auch die Phasendifferenz ΔΦ im gleichen Maße zu, denn der Koeffizient α bleibt konstant. Die optische Leistung P_S folgt einem Cosinusgesetz. Es gilt nämlich:When looking at a gyrometer using this ring interferometer, the rotation of the gyrometer creates a "non-reciprocal" disturbance. The phase difference ΔΦ is no longer zero and Δ gilt = αΩ, where Ω is the rotational speed, and α = k, where k is a constant that depends on the geometry of the gyrometer, L the length of the light path, λ the Wavelength of the light emitted by the laser radiation source S and C is the speed of light in the ring 42 . When the rotation speed Ω increases, the phase difference ΔΦ increases to the same extent, because the coefficient α remains constant. The optical power P _S follows a cosine law. The following applies:

worin P_1S der Richtung 1 und P_2S der Richtung 2 ent­ spricht. Die Meßempfindlichkeit für einen gegebenen Wert ΔΦ wird durch die Ableitung von P_S erhalten:where P _1S speaks the direction 1 and P _2S the direction 2 ent. The measurement sensitivity for a given value ΔΦ is obtained by deriving P _S :

Die Empfindlichkeit des Interferometers ist sehr gering, wenn die Phasendifferenz ΔΦ nur wenig von Null verschie­ den ist. Dies ist bei einem Gyrometer der Fall, wenn ge­ ringe Rotationsgeschwindigkeiten Ω gemessen werden sollen. Die Variation der optischen Leistung in dem Ausgangszweig ist durch das in Fig. 6 wiedergegebene Diagramm darge­ stellt.The sensitivity of the interferometer is very low if the phase difference ΔΦ is only slightly different from zero. This is the case with a gyrometer when low rotation speeds Ω are to be measured. The variation of the optical power in the output branch is represented by the diagram shown in FIG. 6.

Es kann angenommen werden, daß die Größen P_1S und P_2S gleich sind. Daraus folgt, daß für eine Phasendifferenz ΔΦ = π die erfaßte Leistung minimal ist. Sie durchläuft ein Maximum P_Smax für ΔΦ = 0 und für 2π usw.It can be assumed that the quantities P _1S and P _{2S are the} same. It follows that the power detected is minimal for a phase difference ΔΦ = π. It runs through a maximum P _Smax for ΔΦ = 0 and for 2π etc.

Um die Empfindlichkeit des Interferometers zu vergrößern, kann eine "nichtreziproke" konstante Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen eingeführt werden, die in ent­ gegengesetzten Richtungen umlaufen, so daß der Arbeits­ punkt des Interferometers verschoben wird.To increase the sensitivity of the interferometer, can be a "non-reciprocal" constant phase shift between the two waves that are introduced in ent revolve in opposite directions so that the working point of the interferometer is shifted.

Für den Fall einer nach einem Cosinusgesetz variierenden Funktion wird der Punkt höchster Empfindlichkeit für die Winkel (2k+1) π/2, mit k ganzzahlig, erhalten. Es kann also eine Verschiebung gewählt werden, für die der Abso­ lutwert der Phasenänderung bei jeder Welle π/4 beträgt, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Bei fehlender "nichtreziproker" Störung wird dann die Phasendifferenz:In the case of one that varies according to a cosine law Function becomes the point of greatest sensitivity to the Angle (2k + 1) π / 2, with k integral. It can a shift for which the Abso the value of the phase change for each wave is π / 4, however with opposite signs. If there is no The "nonreciprocal" disturbance then becomes the phase difference:

ΔΦ′ = ΔΦ + ΔΦ 0 mit ΔΦ 0 = π/2ΔΦ ′ = ΔΦ + ΔΦ 0 with ΔΦ 0 = π / 2

Man liegt dann im Punkt A der Fig. 6.One then lies in point A of FIG. 6.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann auf dem Weg der Wellen im Ring 42 ein Phasenmodulator oder -schieber 45 eingefügt werden, bei dem ein reziproker Effekt angewendet wird, um eine bessere Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erhalten. Dieser Phasen­ schieber 45 wird so erregt, daß er eine Phasenvariation der ihn durchlaufenden Welle verursacht. Diese Variation ist periodisch mit der Periode 2τ, worin τ die Umlaufzeit einer Welle in dem Ring ist.As shown in FIG. 5, a phase modulator or shifter 45 can be inserted in the ring 42 on the path of the waves, in which a reciprocal effect is used in order to obtain a better sensitivity of the device. This phase shifter 45 is excited so that it causes a phase variation of the wave passing through it. This variation is periodic with the period 2τ, where τ is the round trip time of a wave in the ring.

Die Differenz wird dann:The difference will then be:

ΔΦ′ = ΔΦ + Φ(t - τ)ΔΦ ′ = ΔΦ + Φ (t - τ)

wobei jede der entgegengesetzt umlaufenden Wellen diese Phasenverschiebung erfährt, wenn sie den Phasenschieber 45 durch­ quert, miteach of the oppositely rotating waves experiences this phase shift when it crosses the phase shifter 45 with

Φ(t) = Φ(t + 2 + τ).Φ (t) = Φ (t + 2 + τ).

Der Arbeitspunkt beschreibt dabei die Kurve P_S = f (ΔΦ), die in Fig. 6 gezeigt ist, symmetrisch zwischen zwei Extremwerten.The operating point describes the curve P _S = f (ΔΦ), which is shown in Fig. 6, symmetrically between two extreme values.

Der Phasenschieber (reziproker Phasenmodulator), der es er­ möglicht, die Störung Φ(t) einzuführen, kann zweckmäßiger­ weise in zwei Phasenschieber 45 und 46 aufgeteilt werden, die jeweils an einem Ende des Weges liegen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wobei einer von ihnen die Phasenverschiebung Φ₁(t) und der andere die Phasenverschiebung Φ₂(t) erzeugt. Diese zur Phasenmodulation dienenden Phasenschieber 45, 46, die symmetrisch an den beiden Enden des optischen Weges liegen, können ent­ gegengesetzte Phasenlage haben. Durch diese Ausbildung wird eine zusätzliche Symmetrierung der Erscheinungen gewährleistet, wodurch Fehler zweiter Größenordnung ver­ mindert werden, die von eventuellen Nichtlinearitäten dieser Phasenschieber 45, 46 herrühren.The phase shifter (reciprocal phase modulator) which enables it to introduce the disturbance Φ (t) can expediently be divided into two phase shifters 45 and 46 , which are each at one end of the path, as shown in FIG. 5, where one of them produces the phase shift Φ₁ (t) and the other the phase shift Φ₂ (t). These phase shifters 45 , 46 , which are used for phase modulation and are symmetrical at the two ends of the optical path, can have ent opposite phase positions. This configuration ensures an additional symmetrization of the phenomena, thereby reducing errors of the second order of magnitude that result from possible non-linearities of these phase shifters 45 , 46 .

Im Idealfalle wird an den Arbeitspunkten A und B der Kurve gearbeitet, die in Fig. 6 gezeigt ist; zunächst wird, um im Punkte A zu arbeiten, Φ₁(t) = π/4 und Φ₂(t) = -π/4 gewählt, und anschließend Φ₁(t) = -π/4 sowie Φ₂(t) = +π/4, um im Punkte B zu arbeiten.In the ideal case, work is carried out at working points A and B of the curve shown in FIG. 6; First, in order to work in point A, Φ₁ (t) = π / 4 and Φ₂ (t) = -π / 4 is selected, and then Φ₁ (t) = -π / 4 and Φ₂ (t) = + π / 4 to work in point B.

Dasselbe Ergebnis wird erhalten, wenn zwei Rechtecksignale verwendet werden, welche die beiden Pegel -π/4 und +π/4 haben.The same result is obtained when two square wave signals be used, the two levels -π / 4 and have + π / 4.

Wenn die Phasenmodulationssignale die Frequenz F haben und wenn das Gyroskop nicht rotiert, so wird durch Detek­ tion ein gleichgerichtetes Signal mit der Frequenz 2F erhalten. Wenn das Gyroskop hingegen rotiert, so werden die Frequenzen F und 2F erhalten. Diese Vorrichtung weist jedoch noch den Mangel auf, daß sie keine Null-Technik anwendet. Überdies ist die Messung nichtlinear. When the phase modulation signals have the frequency F. and if the gyroscope is not rotating, Detek tion a rectified signal with the frequency 2F receive. However, if the gyroscope rotates, so will receive the frequencies F and 2F. This device exhibits however, the shortcoming is that they are not a zero technique applies. In addition, the measurement is non-linear.  

Wenn die Nullpunkt-Methode angewendet werden soll, so muß ein nichtreziproker Effekt in Betracht gezogen werden, durch den der auf der Rotation beruhende Effekt kompensiert wird. Es muß dann eine Komponente mit der Frequenz F des erfaßten Signals erhalten werden, die gleich Null ist. Es wird weiterhin der veränderte Para­ meter gemessen, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt werden kann.If the zero point method is to be used, then so a non-reciprocal effect must be considered, by the effect based on the rotation is compensated. A component with the Frequency F of the detected signal can be obtained is zero. It will continue to be the changed para meter measured, reducing the rotational speed can be determined.

Das an den Elektroden des bzw. der Phasenschieber 45, 46 angelegte Feld kann variiert werden, falls es sich um einen elektrooptischen Modulator handelt. Ferner kann die Frequenzdifferenz der sich ausbreitenden Moden variiert werden, wodurch eine Phasenverschiebung am Ausgang des Detektors erhalten wird.The field applied to the electrodes of the phase shifter (s) 45 , 46 can be varied if it is an electro-optical modulator. Furthermore, the frequency difference of the propagating modes can be varied, as a result of which a phase shift is obtained at the output of the detector.

Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer ist besonders auf dem Gebiet des mit Lichtleitfasern ausgestatteten Gyrometers anwendbar, bei welchem zwei erfindungsgemäße Frequenzum­ setzer in den beiden Zweigen angeordnet werden können, wobei auf solchen Frequenzen gearbeitet wird, daß die Nichtreziprozität, welche dadurch verursacht wird, daß die beiden Wellen in dem Interferometer nicht dieselbe Frequenz haben, diejenige kompensiert, die auf dem Sagnac-Effekt beruht.The frequency converter according to the invention is particularly on the Field of the gyrometer equipped with optical fibers applicable, at which two frequency according to the invention setters can be arranged in the two branches, working on such frequencies that the Non-reciprocity caused by the fact that the two waves in the interferometer are not the same Frequency have compensated for those on the Sagnac effect is based.

Es sind zwei Frequenzumsetzer 62 und 63 neben den Phasenschiebern 45 und 46 angeordnet, wie sie bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform.Two frequency converters 62 and 63 are arranged next to the phase shifters 45 and 46 , as in the embodiment shown in FIG. 5.

Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer ermöglicht eine digitale Einstellung. Werden neben den beiden Phasenschiebern 45, 46 zwei Fre­ quenzumsetzer 62, 63 angeordnet, so kann eine Kompensa­ tion der Frequenzkomponente F erreicht werden, die bei Rotation auf dem Sagnac-Effekt beruht. An diesen beiden Frequenzum­ setzern 62, 63 liegen dann die beiden Frequenzen F₁ und F₂ vor. The frequency converter according to the invention enables digital adjustment. If two frequency shifters 62 , 63 are arranged next to the two phase shifters 45 , 46 , compensation of the frequency component F can be achieved, which is based on the Sagnac effect when rotating. At these two Frequency converters 62 , 63 are then the two frequencies F₁ and F₂.

Im Ruhezustand muß gelten F₁ = F₂. Wenn das Gyroskop mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert, so tritt eine Schwebung der Frequenzen F₁ und F₂ auf, und die Anzahl der Schwebungsperioden kann gezählt werden.In the idle state, F₁ = F₂ must apply. If the gyroscope with rotates at a constant speed, one occurs Beat the frequencies F₁ and F₂ on, and the number the beat periods can be counted.

Die bei der Verwirklichung von Lichtleitfasern mit ge­ ringen Verlusten erzielten Fortschritte ermöglichen ihre Anwendung zur Herstellung von derartigen Ring-Interfero­ metern. Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ring-Interferometers ist in Fig. 7 gezeigt. Eine aufge­ rollte Lichtleitfaser 52 bildet den in Fig. 5 gezeigten Ring 42 des Inter­ ferometers. Die verschiedenen Zweige des Interferometers sind in integrierter Optik ausgebildet. Die Wellenleiter sind durch Integration in einem Substrat hergestellt. Das Sub­ strat kann z. B. aus folgenden Materialien ausgewählt werden: Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, in welche Titan bzw. Niob eindiffundiert ist, um die Wellenleiter herzu­ stellen.The advances made in the implementation of optical fibers with low losses enable their use for the production of such ring interferometers. An embodiment of a ring interferometer according to the invention is shown in FIG. 7. A rolled up optical fiber 52 forms the ring 42 of the interferometer shown in FIG. 5. The different branches of the interferometer are designed with integrated optics. The waveguides are made by integration in a substrate. The sub strat can, for. B. can be selected from the following materials: lithium niobate or lithium tantalate, in which titanium or niobium is diffused in order to produce the waveguide.

Der Frequenzumsetzer ist in zwei Frequenzumsetzer 54 und 55 unter­ teilt, die an den beiden Enden der Faser angeordnet sind. Diese Frequenzumsetzer 54, 55 sind erfindungsgemäß so ausgebildet, wie dies oben beschrieben wurde. Sie ermöglichen es, durch Variation der beiden Frequenzen zweier Schallwellen 58, 59, welche über Elektroden 56, 57 erzeugt werden, den Sagnac-Effekt zu kompensieren. Phasenmodulatoren bzw. -schieber, die durch auf beiden Seiten der beiden Wellenleiter angeordnete Elektroden 60, 61 dargestellt sind, sind in die Schleife eingefügt, um zu erkennen, ob das Gyrometer rotiert: es wird dann nämlich eine Komponente des Signals mit der Frequenz F festgestellt, wie zuvor erläutert wurde.The frequency converter is divided into two frequency converters 54 and 55 , which are arranged at the two ends of the fiber. According to the invention, these frequency converters 54 , 55 are designed as described above. They make it possible to compensate for the Sagnac effect by varying the two frequencies of two sound waves 58 , 59 , which are generated via electrodes 56 , 57 . Phase modulators or shifters, which are represented by electrodes 60 , 61 arranged on both sides of the two waveguides, are inserted into the loop in order to recognize whether the gyrometer is rotating: namely, a component of the signal with the frequency F is then determined , as previously explained.

Die optischen Strahlteiler sind aus Monomode-Wellenleitern gebildet, die untereinander verbunden sind, um Y-Teiler zu bilden, welche untereinander über einen ihrer Schenkel verbunden sind und die Funktionen erfüllen, die in Fig. 5 von den halbdurchlässigen Platten erfüllt werden. Ein Wellenleiter 48 erfüllt die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Monomoden-Filters, während ein Polarisator z. B. durch eine Metallisierung 49 der Oberfläche des Substrats oberhalb des Wellenleiters 48 gebildet ist.The optical beam splitters are formed from single mode waveguides that are interconnected to form Y splitters that are interconnected via one of their legs and perform the functions performed by the semi-transparent plates in FIG. 5. A waveguide 48 performs the function of the single-mode filter shown in Fig. 1, while a polarizer z. B. is formed by a metallization 49 of the surface of the substrate above the waveguide 48 .

Der erfindungsgemäße Frequenzumsetzer ist auch auf dem Gebiet der optischen Nachrichtenvermittlung anwendbar, um Licht­ wellen wellenlängenmäßig zu multiplexieren/demultiplexieren.The frequency converter according to the invention is also in the field optical messaging applicable to light to multiplex / demultiplex wavelengths.

Claims (10)

1. Optischer Frequenzumsetzer mit einem ebenen Substrat (3), das aus einem ersten Material gebildet ist, und wenigstens zwei Wellenleitern (5, 6) mit unterschiedlichen Kenndaten, von denen einer eine ankommende Welle (23) empfängt und die auf der Oberfläche dieses Substrats (3) angeordnet sind, wobei diese Wellenleiter (5, 6) in einem Koppler zueinander über eine vorbestimmte Länge parallel und durch einen solchen Abstand voneinander getrennt sind, daß die Strahlung der ankommenden Welle von einem Wellenleiter (5, 6) zum an­ deren überführbar ist, und mit einer Einrichtung (13; 14; 56; 57) zur Erzeugung einer Schallwelle (12, 58, 59), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13, 14; 56; 57) zur Er­ zeugung der Schallwelle (12, 58, 59) so zwischen den beiden Wellenleitern (5, 6) angeordnet ist, daß sich die Schallwelle (12, 58, 59) im Koppler kollinear mit der sich in einem der Wellenleiter (5) ausbreitenden, ankommenden Welle (23) ausbreitet und daß die Kopplung zwischen den beiden Wellen­ leitern (5, 6) so abgestimmt ist, daß eine frequenzversetzte Welle (25) nur in dem anderen Wellenleiter (6) erzeugt wird. 1. Optical frequency converter with a flat substrate ( 3 ), which is formed from a first material, and at least two waveguides ( 5 , 6 ) with different characteristics, one of which receives an incoming wave ( 23 ) and which on the surface of this substrate ( 3 ) are arranged, these waveguides ( 5 , 6 ) in a coupler being parallel to one another over a predetermined length and separated by such a distance that the radiation of the incoming wave can be transferred from one waveguide ( 5 , 6 ) to the other and with a device ( 13 ; 14 ; 56 ; 57 ) for generating a sound wave ( 12 , 58 , 59 ), characterized in that the device ( 13 , 14 ; 56 ; 57 ) for generating the sound wave ( 12 , 58 , 59 ) is arranged between the two waveguides ( 5 , 6 ) in such a way that the sound wave ( 12 , 58 , 59 ) in the coupler is collinear with the incoming wave ( 23 ) propagating in one of the waveguides ( 5 ). propagates and that the coupling between the two waveguides ( 5 , 6 ) is tuned so that a frequency-shifted wave ( 25 ) is generated only in the other waveguide ( 6 ). 2. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13, 14; 56; 57) zur Erzeugung der Schallwelle (12, 58, 59) eine Dünnschicht (26) aus einem zweiten, piezoelektrischen Material enthält, welche auf der Oberfläche des Substrats (3) aufgebracht ist, und zwei Elek­ troden (13, 14) aufweist, die in Form von interdigitalen Kämmen an der Oberfläche dieser Dünnschicht (26) angeordnet sind.2. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the device ( 13 , 14 ; 56 ; 57 ) for generating the sound wave ( 12 , 58 , 59 ) contains a thin layer ( 26 ) made of a second, piezoelectric material, which on the surface of the substrate ( 3 ) is applied, and has two electrodes ( 13 , 14 ) which are arranged in the form of interdigital combs on the surface of this thin layer ( 26 ). 3. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Schallwelle zwei Elektroden (13, 14; 56; 57) enthält, welche die Form von in­ terdigital ineinandergreifenden Kämmen haben, die an der Oberfläche des Substrats (3) angeordnet sind.3. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the means for generating the sound wave contains two electrodes ( 13 , 14 ; 56 ; 57 ) which have the form of interdigital interdigitated combs arranged on the surface of the substrate ( 3 ) are. 4. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material (3) Lithiumniobat ist.4. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the first material ( 3 ) is lithium niobate. 5. Frequenzumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Wellenleiter (5, 6) aus einem Stab hergestellt ist, der in das Innere des Substrats (3) eingefügt ist, wobei Titan in das Lithiumniobat einge­ bracht ist.5. Frequency converter according to claim 4, characterized in that at least one of the two waveguides ( 5 , 6 ) is made of a rod which is inserted into the interior of the substrate ( 3 ), titanium being introduced into the lithium niobate. 6. Frequenzumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Wellenleiter (5, 6) durch einen Stab gebildet ist, der in das Innere des Substrats eingefügt ist, wobei Lithiumionen in dem Lithiumniobat durch H⁺-Ionen substituiert sind.6. Frequency converter according to claim 4, characterized in that at least one of the two waveguides ( 5 , 6 ) is formed by a rod which is inserted into the interior of the substrate, wherein lithium ions in the lithium niobate are substituted by H Ionen ions. 7. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Anlegen eines Feldes vorgesehen sind, durch welches wenigstens einer der Wellenleiter moduliert wird, wobei diese Mittel durch Elektroden (60, 61) gebildet sind, die auf beiden Seiten dieses Wellenleiters angeordnet sind.7. Frequency converter according to claim 1, characterized in that means are provided for applying a field through which at least one of the waveguides is modulated, these means being formed by electrodes ( 60 , 61 ) which are arranged on both sides of this waveguide. 8. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (28, 29) zum Anlegen eines Feldes vorgesehen sind, durch das wenigstens einer der Wellenleiter (5, 6) moduliert wird, wobei diese Mittel (28, 29) durch Elektroden verwirk­ licht sind, die auf diesem Wellenleiter (5, 6) angeordnet sind. 8. Frequency converter according to claim 1, characterized in that means ( 28 , 29 ) are provided for applying a field through which at least one of the waveguides ( 5 , 6 ) is modulated, these means ( 28 , 29 ) realized by electrodes are arranged on this waveguide ( 5 , 6 ). 9. Gyrometer mit einem optischen Interferometer zur Messung einer nichtreziproken Phasenverschiebung, die zwischen zwei Strahlungen auftritt, welche in entgegengesetzten Richtungen in einem ringförmigen Wellenleiter umlaufen, mit einer mono­ chromatischen Lichtquelle (S), Photodetektoren (D, D′) zur Erfassung der Interferenz zwischen diesen Strahlungen und optischen Teiler- und Mischeinrichtungen (M, M′), welche die Enden dieses Wellenleiters direkt mit der Lichtquelle (S) und den Photodetektoren (D, D′) verbinden, sowie mit opti­ schen, elektrisch gesteuerten Phasenschiebern (45, 46), wel­ che auf diese Strahlungen einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wellenleiter-Ring (42) wenigstens ein Frequenzum­ setzer (62, 63) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingefügt ist.9. gyrometer with an optical interferometer for measuring a non-reciprocal phase shift that occurs between two radiations which circulate in opposite directions in a ring-shaped waveguide, with a mono-chromatic light source (S), photodetectors (D, D ') for detecting the interference between this radiation and optical divider and mixing devices (M, M '), which connect the ends of this waveguide directly to the light source (S) and the photodetectors (D, D'), as well as optical, electrically controlled phase shifters ( 45 , 46 ), which act on these radiations, characterized in that in the waveguide ring ( 42 ) at least one frequency converter ( 62 , 63 ) according to one of claims 1 to 8 is inserted. 10. Gyrometer, dessen Ring durch eine Lichtleitfaser (52) gebildet ist und dessen Energiequelle (S) und Teiler- und Mischeinrichtungen für die Wellen sowie Detektoren (D′) vollständig in einem Festkörpermedium durch Integration auf einem Substrat gebildet sind, auf welchem zwei Wellenleiter (50, 51) verwirklicht sind, die an ihrem ersten Ende an die Energiequelle (S) angekoppelt bzw. an die Detektoren (D′) angeschlossen sind, während ihre zweiten Enden mit den Enden der Lichtleitfaser (52) verbunden sind, sowie mit wenigstens einem auf dem Substrat integrierten Paar von Elektroden (60, 61), die auf beiden Seiten eines der beiden Wellenleiter an­ geordnet sind, um einen Phasenmodulator aufgrund eines elek­ trooptischen Effektes zu bilden; wobei diese Teiler- und Mischeinrichtung durch Integration von Wellenleitern auf einem Substrat gebildet sind und diese Wellenleiter die Form von zwei Y-Elementen haben, welche an einem ihrer Schenkel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens ein Frequenzumsetzer (54, 55) nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 auf diesem Substrat an den zweiten Enden der Wellenleiter angeordnet ist.10. gyrometer, the ring of which is formed by an optical fiber ( 52 ) and whose energy source (S) and divider and mixing devices for the waves and detectors (D ') are formed entirely in a solid medium by integration on a substrate on which two waveguides ( 50 , 51 ) are realized, which are coupled at their first end to the energy source (S) or connected to the detectors (D '), while their second ends are connected to the ends of the optical fiber ( 52 ), and at least an integrated on the substrate pair of electrodes ( 60 , 61 ), which are arranged on both sides of one of the two waveguides to form a phase modulator due to an electro-optical effect; wherein this divider and mixer are formed by integrating waveguides on a substrate and these waveguides have the shape of two Y-elements which are connected to one another at one of their legs, characterized in that we at least one frequency converter ( 54 , 55 ) after One of claims 1 to 8 is arranged on this substrate at the second ends of the waveguides.