NL192466C - Gyrometer. - Google Patents

Description

1 1924661 192466

GyrometerGyrometer

De uitvinding heeft betrekking op een gyrometer met een optische vezel voor het meten van een niet-reciproke faseverschuiving ondergaan door twee lichtgolven, die in tegengestelde lichtingen van akoestisch 5 gestuurde optische frequentie-omzetmiddelen in een spoeivormige optische vezel rondlopen, met een mono-chromatische lichtbron, organen voor de fotodetectie van de interferentie van deze lichtgolven, evenals optische scheidings- en mengorganen, welke de einden van deze optische vezel met de lichtbron, met de fotodetectie-organen en met de akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetter verbinden.The invention relates to a gyrometer with an optical fiber for measuring a non-reciprocal phase shift undergone by two light waves, which run in opposite directions of acoustically controlled optical frequency converters in a sputtering optical fiber, with a mono-chromatic light source photodetection devices for the interference of these light waves, as well as optical separating and mixing members, which connect the ends of this optical fiber to the light source, to the photodetectors and to the acoustically controlled optical frequency converter.

Een gyrometer van deze soort is bekend uit het tijdschriftartikel van R.F. Cahill en E. Udd, ’’Phase-nulling 10 fiberoptic laser gyro” in Opties Letters .4.(1979), maart, nr. 3, blz. 93-95. Dit beschrijft eveneens een gyrometer met een spoeivormige optische vezel, waardoor lichtgolven in twee richtingen lopen via een akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetter.A gyrometer of this kind is known from the journal article by R.F. Cahill and E. Udd, "Phase-nulling 10 fiberoptic laser gyro" in Options Letters. 4. (1979), March, No. 3, pp. 93-95. This also describes a gyrometer with a sputtering optical fiber through which light waves pass in two directions through an acoustically controlled optical frequency converter.

Hierbij is het bezwaar aanwezig, dat de in de spoel akoestisch gestuurde lichtgolven mengsignalen bevatten, die zowel de grondgolf als de in frequentie omgezette golven bevatten, wat in bepaalde gevallen 15 tot storingen kan leiden.The drawback here is that the light waves which are acoustically controlled in the coil contain mixing signals which contain both the fundamental wave and the frequency-converted waves, which in certain cases can lead to disturbances.

Het doel van de uitvinding is het opheffen van dit bezwaar, dat wordt bereikt, doordat genoemde akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetmiddelen bestaan uit twee akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetters die eik aanwezig zijn aan een einde van de spoeivormige optische vezel en geïntegreerd zijn uitgevoerd op een vlak substraat en ieder bestaan uit twee onderling evenwijdige golfgeleiders, 20 waarbij de golfgeleiders van iedere frequentie-omzetter onderling verschillende karakteristieken hebben, waarbij de golfgeleider, die met een einde van de spoeivormige optische vezel is verbonden, een invallende lichtgolf ontvangt, en de golfgeleiders over een vooraf bepaalde lengte onderling evenwijdig zijn en op zodanige afstand zijn geplaatst, dat de invallende lichtgolf van de ene golfgeleider naar de andere overdraagbaar is, en is voorzien van organen voor het opwekken van een geluidsgolf die colineair is met de 25 invallende lichtgolf die in een van de golfgeleiders is aangevoerd, waarbij deze akoestische opwekkings-organen tussen de twee golfgeleiders zijn aangebracht voor het produceren van een frequentie-omzetting, aan een einde van de spoeivormige optische vezel, waarbij de optische scheidings- en mengorganen evenals de detectie-organen geheel in het vaste medium zijn gevormd door integratie op het substraat, waarop twee golfgeleiders zijn gevormd die respectievelijk aan hun eerste einde met de lichtbron en met de 30 detectie-organen zijn gekoppeld, en aan hun tweede einde met een van de einden van de optische vezel, en die, op het substraat geïntegreerd, ten minste een paar elektroden omvat, die aan de ene en aan dé andere zijde van de twee golfgeleiders zijn geplaatst voor het vormen van een opto-elektrische fase-modulator, waarmee de draaiing van de gyrometer wordt vastgesteld, en de golfgeleiders de vorm hebben van twee Y’s die aan een van hun takken met elkaar zijn verbonden.The object of the invention is to remedy this drawback, which is achieved in that said acoustically controlled optical frequency converting means consist of two acoustically controlled optical frequency converters which are each present at one end of the sputtering optical fiber and are integrated on a flat substrate and each consists of two mutually parallel waveguides, the waveguides of each frequency converter having mutually different characteristics, the waveguide connected to one end of the sputtering optical fiber receiving an incident light wave and the waveguides are mutually parallel for a predetermined length and spaced such that the incident light wave is transferable from one waveguide to another, and are provided with means for generating a sound wave which is colinear with the incident light wave one of the waveguides has been applied wherein said acoustic generating means are disposed between the two waveguides to produce a frequency conversion at one end of the sputtering optical fiber, the optical separating and mixing means as well as the detecting means being entirely in the solid medium formed by integration on the substrate, on which are formed two waveguides coupled at their first end to the light source and to the detectors, respectively, and at their second end to one of the ends of the optical fiber, and which, at the substrate integrated, comprising at least a pair of electrodes placed on one side and on the other side of the two waveguides to form an optoelectric phase modulator, which determines the rotation of the gyrometer, and the waveguides have the form of two Y's connected to one of their branches.

35 Dit levert het voordeel op van de ruimtelijke scheiding van de omgezette golven ten opzichte van de niet-omgezette grondgolf. Daar de overspraak met eenvoudige meetkundige parameters is verbonden kan deze willekeurig worden verminderd. Verder behouden de twee golven hun polarisatie. Voorts is de gyrometer volkomen redprook en daarmede ongevoelig voor reciproke storingen.This provides the advantage of the spatial separation of the converted waves from the unconverted ground wave. Since the crosstalk is associated with simple geometric parameters, it can be arbitrarily reduced. Furthermore, the two waves maintain their polarization. Furthermore, the gyrometer is completely red-smoke and therefore insensitive to reciprocal disturbances.

Ook is het mogelijk-om de nulmethode toe te passen waarbij dan het niet-reciproke effect wordt 40 beschouwd, dat het effect als gevolg van de rotatie compenseert. Hierdoor kan de rotatiesnelheid worden gemeten.It is also possible to apply the zero method, whereby the non-reciprocal effect is then considered, which compensates for the effect as a result of the rotation. This allows the rotation speed to be measured.

Voorts wordt het bijkomende voordeel bereikt, van de digitale regeling van de gyrometer volgens de uitvinding, wat het aantal toepassingsmogelijkheden aanzienlijk vergroot.Furthermore, the additional advantage is achieved of the digital control of the gyrometer according to the invention, which considerably increases the number of application possibilities.

Verder wordt nog gewezen op de GB Patent Specification 1.448.563, waaruit een akoestisch gestuurde 45 met licht werkende inrichting bekend is, die voor wat betreft de opbouw praktisch gelijk is aan die volgens de onderhavige aanvrage, doch voor wat betreft de samenstelling, dimensionering en bedrijf, hiervan kennelijk zodanig verschilt, dat deze hier wordt toegepast ais een akoestisch gestuurde optische schakelaar.Further reference is made to GB Patent Specification 1,448,563, from which an acoustically controlled 45 light-acting device is known, which is practically the same in construction as that of the present application, but in terms of composition, dimensioning and operation, apparently different from this, that it is used here as an acoustically controlled optical switch.

Verder wordt gewezen op US Patent 4.326.803, waaruit een laser gyrometer bekend is die geheel op een substraat vervaardigd is en waarbij een opgedampte lichtgeleidende ring is toegepast in plaats van een 50 spoeivormige optische vezel.Reference is also made to US Patent 4,326,803, which discloses a laser gyrometer manufactured entirely on a substrate and in which a vapor-deposited light-conducting ring is used instead of a sputtering optical fiber.

Tenslotte is er nog het verschil van de koppeling van de akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetters met de lichtgeleidende ring welke gecompliceerder is en is de opbouw anders. Het zogenaamde Sagnac effect waar in de onderhavige aanvrage sprake van is, wordt ook hier besproken (kolom 1, regels 7 t/m 11 e.v., kolom 2, regel 64 en kolom 4, regels 47 t/m 50).Finally, there is the difference of the coupling of the acoustically controlled optical frequency converters with the light-guiding ring, which is more complicated and the construction is different. The so-called Sagnac effect referred to in the present application is also discussed here (column 1, lines 7 to 11 et seq., Column 2, line 64 and column 4, lines 47 to 50).

De uitvinding betreft bovendien een gyrometer waarvan de voordelen naar voren zullen treden uit de onderstaande beschrijving, met verwijzing naar de bijgaande figuren, waarin: 55 192466 2 figuren 1 tot 3 een inrichting volgens de bekende stand van de techniek tonen; figuur 4 een optische frequentie-omzetter toont; figuur 5 een inrichting van de bekende stand van de techniek toont; figuur 6 schematisch een bekende ringvormige interferometer toont; 5 figuur 7 een diagram toont van de variatie van het optische vermogen in de uitgangstak in de bekende interferometer volgens figuur 6; figuur 8 een gyrometer met een optische interferometer volgens de ondeihavige uitvinding toont.The invention also relates to a gyrometer, the advantages of which will emerge from the description below, with reference to the accompanying figures, in which: 55 192466 2 figures 1 to 3 show a device according to the known state of the art; Figure 4 shows an optical frequency converter; figure 5 shows a device of the prior art; figure 6 schematically shows a known annular interferometer; Figure 7 shows a diagram of the variation of the optical power in the output branch in the known interferometer according to figure 6; Figure 8 shows a gyrometer with an optical interferometer according to the present invention.

Figuren 1 en 2 tonen respectievelijk een doorsnede en een bovenaanzicht van een schakelaar die uit 10 lineaire optiek is vervaardigd. De twee lichtgolfgeleiders 1 en 2 zijn ingebracht in het substraat 3; het materiaal door middel waarvan de koppeling plaatsvindt is dat van het substraat 3. Voor het inplanteren van de geleiders 1 en 2 is het, bij wijze van voorbeeld, mogelijk om titaan te diffunderen in een substraat dat gevormd wordt door een plaatje monokristallijne lithiumniobaat (Li Nb 03). Het titaan substitueert in de diffusiezone gedeeltelijk het niobium voor het geven van een gemengd composiet met de formule Li 15 ΤϊχΝ^.χ03, dat een brekingsindex heeft hoger dan dat van zuiver niobaat; deze gediffundeerde zones welke een hogere index hebben dan die van het substraat, vormen de golfgeleiders 1 en 2. Wanneer de diffusietemperatuur hoger is dan het Curie-punt van het materiaal profiteert men van de volgende afkoelingsfase om het plaatje aan een gelijkvormig elektrisch veld te onderwerpen, zodanig dat het plaatje gelijkvormig wordt gepolariseerd en hierdoor een ”mono-domein” structuur wordt gevormd.Figures 1 and 2 show respectively a cross-section and a top view of a switch made of linear optics. The two light waveguides 1 and 2 are inserted into the substrate 3; the material by means of which the coupling takes place is that of the substrate 3. For the implantation of the conductors 1 and 2, it is possible, for example, to diffuse titanium into a substrate formed by a platelet of monocrystalline lithium niobate (Li Nb 03). In the diffusion zone, the titanium partially substitutes the niobium to give a mixed composite of the formula Li 15 ΤϊχΝΤϊχΝ .χ03, which has a refractive index higher than that of pure niobate; these diffused zones, which have a higher index than that of the substrate, form the waveguides 1 and 2. When the diffusion temperature is higher than the Curie point of the material, the next cooling phase is taken advantage of to subject the plate to a uniform electric field such that the wafer is uniformly polarized to form a "mono-domain" structure.

20 Wanneer er een spanning wordt aangelegd tussen de elektroden 10 en 20 ontstaat er een verdeling van de veldlijnen die met verwijzing 4 in figuur 1 wordt aangegeven. De component van het veld volgens de richting C loodrecht op het oppervlak 23 van het substraat heeft in de ene en de andere geleider dezelfde absolute waarde en een tegengestelde richting, waardoor variaties worden veroorzaakt in de brekingsindex van dezelfde absolute waarde en van tegengesteld teken. Niettemin veroorzaakt de volgende aanwezigheid 25 van een richting loodrecht op de asrichting C van het substraat, dat zijn buitengewone index draagt, van een veldcomponent die niet nul is, evenals het feit dat het aangelegde elektrische veld eveneens de waarde van de index laat variëren in het gedeelte van het substraat 22 tussen de twee geleiders, een bepaalde asymmetrie van het verschijnsel: de verkregen koppeling varieert volgens de polariteit van de tussen de elektroden 20 en 21 aangelegde spanning. De polariteit van de spanning die de maximum koppeling levert 30 kan worden afgeleid van de kristallografische oriëntatie van het materiaal dat het substraat vormt. Wanneer deze oriëntatie onbekend is, is het buitengewoon gemakkelijk om proefondervindelijk de optimale polariteit te bepalen voor een waarde van de lichtintensiteit die door een van de geleiders wordt overgedragen voor de twee polariteiten van tegengesteld teken.When a voltage is applied between the electrodes 10 and 20, there is a distribution of the field lines, which is indicated with reference 4 in figure 1. The component of the field in the direction C perpendicular to the surface 23 of the substrate has the same absolute value and opposite direction in one conductor and the other, causing variations in the refractive index of the same absolute value and of opposite sign. Nevertheless, the following presence of a direction perpendicular to the axis direction C of the substrate bearing its extraordinary index causes a field component which is not zero, as well as the fact that the applied electric field also varies the value of the index in the part of the substrate 22 between the two conductors, a certain asymmetry of the phenomenon: the coupling obtained varies according to the polarity of the voltage applied between the electrodes 20 and 21. The polarity of the voltage provided by the maximum coupling can be deduced from the crystallographic orientation of the material that forms the substrate. When this orientation is unknown, it is extremely easy to experimentally determine the optimal polarity for a value of the light intensity transmitted by one of the conductors for the two opposite sign polarities.

Wanneer de metalen elektroden rechtstreeks aan het oppervlak van de geleidingen zijn aangebracht, kan 35 de aanwezigheid van een geleidelijk verdwijnende golf die zich in het metalen medium voortplant, dat relatief absorberend is, energie-veriiezen in de koppeling veroorzaken. Ter voorkoming hiervan is het mogelijk om, zoals in figuur 1 is weergegeven, tussen de geleiders 1 en 2 en de elektroden 10 en 20 een doorzichtige dielektrische laag 11 en 21 aan te brengen. Deze isolerende laag wordt in een materiaal uitgevoerd, dat een goede overdracht heeft voor de lichtgolflengte die door de geleider wordt getranspor-40 teerd, en een brekingsindex kleiner dan die van de geleider Siliciumoxide (Si02) vormt een materiaal dat uitstekend geschikt is in het tevoren beschreven geval, waarin het substraat door lithiumniobaat wordt gevormd.When the metal electrodes are applied directly to the surface of the guides, the presence of a gradually disappearing wave propagating in the metal medium, which is relatively absorbent, can cause energy losses in the coupling. To prevent this, it is possible, as shown in figure 1, to provide a transparent dielectric layer 11 and 21 between conductors 1 and 2 and electrodes 10 and 20. This insulating layer is made of a material which has a good transfer for the light wavelength transported by the conductor, and a refractive index smaller than that of the conductor. Silicon oxide (SiO 2) forms a material which is excellent in the foregoing described case, in which the substrate is formed by lithium niobate.

Deze twee geleiders zijn, zoals figuur 2 toont, onderling evenwijdig over een rechtlijnig gedeelte van de lengte L afhankelijk van de parameter van deze koppellengte welke in het onderstaande zal worden 45 vastgelegd; de afstand tussen de rechtlijnige evenwijdige delen heeft een waarde d die enkele golflengten (berekend in het medium dat de twee geleiders scheidt) van het door de geleiders getransporteerde licht niet mag overschrijden. De twee geleiders zijn gevormd uit een zelfde elektro-optisch materiaal dat, bij onderwerping aan een elektrisch veld, een brekingsindex heeft die variabel is afhankelijk van de sterkte van het aangelegde veld. De brekingsindex van dit materiaal wordt zodanig gekozen, dat hij zelfs in aanwezig-50 heid van het aangelegde elektrische veld groter blijft dan de index van het materiaal dat het substraat 3 vomit.These two conductors are, as Figure 2 shows, mutually parallel over a rectilinear part of the length L depending on the parameter of this coupling length which will be determined below; the distance between the rectilinear parallel parts has a value d which must not exceed a few wavelengths (calculated in the medium separating the two conductors) of the light transported by the conductors. The two conductors are formed of the same electro-optical material which, when subjected to an electric field, has a refractive index that is variable depending on the strength of the applied field. The refractive index of this material is chosen so that even in the presence of the applied electric field it remains larger than the index of the material forming the substrate 3.

Als gevolg van het elektro-optische karakter van het materiaal dat de geleiders 1 en 2 vormt levert de verdeling van de veldlijnen in de geleiders veroorzaakt in het midden hiervan variaties van de brekingsindex die in hoofdzaak gelijk zijn in absolute waarde, maar van tegengesteld teken.Due to the electro-optical nature of the material forming the conductors 1 and 2, the distribution of the field lines in the conductors at their center produces variations of the refractive index that are substantially equal in absolute value, but of opposite sign.

55 Wanneer een golf door een geleider wordt getransporteerd plant een gedeelte van de energie zich buiten de geleider voort, in het medium dat de geleider omgeeft, in de vorm van een geleidelijk verdwijnende golf; de amplitude van deze golf daalt exponentieel wanneer men zich van de wanden van de geleider verwijdert.55 When a wave is transported through a conductor, some of the energy propagates outside the conductor, in the medium surrounding the conductor, in the form of a gradually disappearing wave; the amplitude of this wave decreases exponentially as one moves away from the conductor walls.

3 1924663 192466

Wanneer een tweede geleider evenwijdig aan de eerste wordt aangebracht, vangt hij toenemend, door de schuinte van deze geleidelijk verdwijnende golf, de in de eerste geleider getransporteerde energie, en dit des te sneller naarmate de twee geleiders dichter bij elkaar zijn. Aan het einde van een bepaalde afstand, de zgn. koppellengte, die tegelijkertijd afhankelijk is van de meetkundige en optische parameters van de 5 twee geleiders en van het medium dat deze scheidt (en in het bijzonder van de brekingsindex daarvan), is een maximum aan energie van de eerste naar de tweede geleider overgedragen; voorbij deze lengte doet zich het omgekeerde verschijnsel voor: de energie wordt geleidelijk van de tweede geleider naar de eerste overgedragen, totdat een minimale waarde in de tweede geleider is bereikt; elke wijziging van de index van een van de aanwezige media werkt vanzelfsprekend in de ene of de andere richting, op de koppellengte.When a second conductor is placed parallel to the first, it increasingly captures the energy transported in the first conductor, the faster the two conductors are, due to the skew of this gradually disappearing wave. At the end of a certain distance, the so-called coupling length, which simultaneously depends on the geometric and optical parameters of the two conductors and on the medium separating them (and in particular on the refractive index thereof), a maximum of energy transferred from the first to the second conductor; beyond this length the inverse phenomenon occurs: the energy is gradually transferred from the second conductor to the first, until a minimum value in the second conductor is reached; any change in the index of any of the media present naturally works in one direction or the other, on the coupling length.

10 In de inrichting die in figuur 1 en 2 is weergegeven kan de lengte L gelijk worden gekozen aan de koppellengte in afwezigheid van dit aangelegde elektrische veld. Als gevolg van de volkomen symmetrie van de twee geleiders in de koppelzone is de energieoverdracht van de eerste naar de tweede geleider (of van de tweede naar de eerste geleider) totaal. Het aanleggen van een spanning tussen de elektroden 20 en 21 vermindert de koppellengte, en een gedeelte van de energie wordt terug overgedragen van de tweede 15 geleider naar de eerste (of van de eerste naar de tweede). Het globale resultaat is dat naar gelang de vergroting van de spanning de van de eerste geleider naar de tweede (of van de tweede naar de eerste) overgedragen energie, gemeten aan het einde van de koppelzone, vermindert dat een waarde nul wordt bereikt. De koppeling tussen de twee geleiders daalt hierdoor van 100% tot 0%, wanneer de aan de elektroden aangelegde spanning stijgt. Het resultaat zal identiek zijn wanneer men aan de lengte L een 20 waarde geeft gelijk aan het oneven meervoud van de koppellengte onder een veld nul.In the device shown in Figures 1 and 2, the length L can be chosen equal to the coupling length in the absence of this applied electric field. Due to the perfect symmetry of the two conductors in the coupling zone, the energy transfer from the first to the second conductor (or from the second to the first conductor) is total. Applying a voltage between electrodes 20 and 21 reduces the coupling length, and some of the energy is transferred back from the second conductor 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 conductor to the second (or from the second to the first), measured at the end of the coupling zone, decreases to reach a value of zero. As a result, the coupling between the two conductors drops from 100% to 0% when the voltage applied to the electrodes increases. The result will be identical if the length L is given a value equal to the odd multiple of the coupling length below a field zero.

Het is eveneens mogelijk om aan de lengte L een waarde te geven gelijk aan een even meervoud van de koppellengte onder een veld nul. De aan de uitgang van de ene geleider naar de andere overgedragen energie stijgt dan vanaf nul, wanneer de tussen de elektroden aangelegde spanning stijgt vanaf nul.It is also possible to give a value L equal to an even multiple of the coupling length below a field zero. The energy transferred from one conductor to another then rises from zero when the voltage applied between the electrodes rises from zero.

Men heeft hierdoor een inrichting verkregen, die op bevel van een elektrisch signaal toestaat om een 25 gedeelte of de gehele energie die door een geleider wordt getransporteerd naar een andere geleider over te schakelen die hiermede in de koppelzone samenwerkt.This has resulted in a device which, by order of an electrical signal, allows to switch part or all of the energy transported by one conductor to another conductor cooperating therewith in the coupling zone.

Het spreekt vanzelf, dat wanneer men zich beperkt tot een van de twee geleiders met een stuk dat als minimale lengte de lengte L van de koppelzone heeft, deze inrichting toestaat om de door de andere geleider getransporteerde energie tot 100% te moduleren.It goes without saying that if one is limited to one of the two conductors with a piece having the minimum length L of the coupling zone, this device allows to modulate the energy transported by the other conductor up to 100%.

30 In het geval, waarin deze twee geleiders verschillend zijn, kan een tussen deze twee geleiders aangebrachte periodieke constructie toestaan om de uitwisselingen hiertussen te vergroten. Wanneer de in een geleider getransporteerde golf dezelfde voortplantingsnelheid heeft als een van de in de andere geleiders gebroken orden, is er in feite een energieuitwisseling.In the case where these two conductors are different, a periodic construction arranged between these two conductors may allow to increase the exchanges between them. When the wave transported in one conductor has the same propagation velocity as one of the orders broken in the other conductors, there is in fact an energy exchange.

Voor het verkrijgen van deze uitwisseling kunnen verschillende middelen worden gebruikt, in het 35 bijzonder het opwekken van een elektrisch veld tussen de twee elektroden door bijvoorbeeld de periodieke constructies 18 en 29, die aan weerszijden zijn aangebracht van de twee golfgeleiders 5 en 6, zoals in figuur 3 is weergegeven. Een lichtgolf 24 die zich in een eerste geleider voortplant opgewekt door koppeling ten gevolge van de aanwezigheid van een polarisatie V0, een gekoppelde golf 25 die zich in de tweede geleider 6 zal voortplanten. Deze kan ook de uitvoering zijn van een netwerk dat in het substraat tussen de 40 twee golfgeleiders is geëtst. In de onderhavige inrichting is er een opwekking van geluidsgolven 12, door elektroden 13,14 die de vorm hebben van in elkaar grijpende kammen, aan de klemmen waarvan een generator V is aangesloten, welke zich tussen de twee golfgeleiders voortplanten, zoals in figuur 4 is weergegeven. De elektroden kunnen echter zijn afgezet op een dunne laag 26 van een piezoelektrisch materiaal, bijvoorbeeld zinkoxide (Z„0) dat zelf is afgezet op het substraat 3 dat uit een ander materiaal is 45 samengesteld, bijvoorbeeld siliciumoxide. De dunne laag 26 kan echter uit eenzelfde materiaal zijn vervaardigd als het substraat, bijvoorbeeld uit kristallijne kwarts, galliumarsenide of lithiumniobaat.Various means can be used to obtain this exchange, in particular the generation of an electric field between the two electrodes, for example by the periodic structures 18 and 29, which are arranged on either side of the two waveguides 5 and 6, as in Figure 3 is shown. A light wave 24 which propagates in a first conductor generated by coupling due to the presence of a polarization VO, a coupled wave 25 which will propagate in the second conductor 6. It can also be a network etched in the substrate between the two waveguides. In the present device, there is a generation of sound waves 12, by electrodes 13,14 in the form of interlocking combs, to the terminals of which a generator V is connected, which propagates between the two waveguides, as shown in Figure 4 displayed. However, the electrodes can be deposited on a thin layer 26 of a piezoelectric material, for example zinc oxide (Z 0 0), which itself is deposited on the substrate 3 composed of another material, for example silicon oxide. However, the thin layer 26 can be made of the same material as the substrate, for example, of crystalline quartz, gallium arsenide or lithium niobate.

Deze inrichting heeft het voordeel dat een regeling wordt toegestaan van de koppeling tussen de twee geleiders 5 en 6 die afhankelijk is van de frequentie van de golfgeleiders. In feite staat deze akoesto-optische afbuiger een frequentietranslatie toe: De door een van de geleiders 5 getransporteerde lichtgolven 50 die vervolgens door deze akoesto-optische golven worden gebroken, worden dan van frequentie omgezet en in de tweede geleider 6 overgedragen. Deze twee geleiders hebben overigens niet noodzakelijkerwijs de zelfde breedte.This arrangement has the advantage of allowing control of the coupling between the two conductors 5 and 6 depending on the frequency of the waveguides. In fact, this acousto-optical deflector allows a frequency translation: The light waves 50 transported by one of the conductors 5 and subsequently broken by these acousto-optical waves are then converted in frequency and transferred into the second conductor 6. These two conductors do not necessarily have the same width.

Wanneer men in feite een medium 30 beschouwt, waarin zich een bundel elastische golven 31 van de frequentie f voortplant, zoals in figuur 5 is weergegeven, en wanneer er in dit medium een invallende 55 lichtbundel 32 wordt gezonden, verkrijgt men een samenstel 33 van gebroken lichtbundels met de frequenties F + kf; hierin is k een geheel positief of negatief getal.In fact, if one considers a medium 30 in which a beam of elastic waves 31 of the frequency f propagates, as shown in Figure 5, and when an incident 55 light beam 32 is transmitted in this medium, an assembly 33 of broken beams of light with the frequencies F + kf; k is an entirely positive or negative number.

In feite heeft de sinusvormige variatie van de index, die door de elastische golf wordt opgewekt, op de 192466 4 lichtgolf een soortgelijk effect als dat van een fasenetwerk: de lichtbundel 32 die in het kristal 30 evenwijdig indringt aan de vlakken van de elastische golven wordt gesplitst in verschillende bundels die symmetrisch hellen ten opzichte van de invallende bundel over de hoeken ΘΝ: s sinöN = k£In fact, the sinusoidal variation of the index generated by the elastic wave on the 192466 4 light wave has a similar effect to that of a phase network: the light beam 32 penetrating into the crystal 30 parallel to the planes of the elastic waves split into several beams that slope symmetrically to the incident beam over the angles ΘΝ: s sinöN = k £

Hierin is Λ de steek van de golfvlakken en λ de golflengte van de invallende bundel. De dikte e van de elastische bundel moet echter kleiner zijn dan een kritische waarde e0. In feite worden de zijgolven opgewekt langs het gehele traject van de draaggolf binnen de ultrageluidsbundel en niet alleen aan de uitgang, aan het front. Wanneer men, in gedachten, de elastische bundel in dunne moten verdeelt die 10 evenwijdig zijn aan de voortplantingsrichting is voor elk van deze moten de voorgaande spectraalanalyse geldig: de frequenties Ω + ko> en de voortplantingsrichting ΘΝ van de zijgolven zijn gelijk voor de abdsmoten xenx+f. Wanneer men voor een bepaalde orde de bijdragen optelt van deze twee moten met een afstand van t, is er een tegenovergestelde fase voor een afstand €N =Here Λ is the pitch of the wave planes and λ is the wavelength of the incident beam. However, the thickness e of the elastic bundle must be less than a critical value e0. In fact, the side waves are generated along the entire trajectory of the carrier within the ultrasound beam and not only at the output, at the front. If one, in mind, divides the elastic bundle into thin slices that are parallel to the propagation direction, the spectral analysis for each of these slices is valid: the frequencies Ω + ko> and the propagation direction ΘΝ of the side waves are equal for the abmots xenx + f. When adding the contributions of these two units with a distance of t for a certain order, there is an opposite phase for a distance € N =

De interferentie van de golven die door de twee moten worden uitgezonden welke een afstand hebben 15 van lN kan daardoor vernielend zijn. Wanneer de breedte van de bundel groter is dan lN, wordt de invloed van een moot opgeheven door de moot op een afstand van lN. Onder de beste omstandigheden mag daardoor de dikte e van de elastische bundel niet groter zijn dan een kritische waarde van de eerste orde: θ _ / λ2 ' ®c “ Λ 20 Voor een inval onder de hoek van Bragg van de lichtbundel 32 ten opzichte van de elastische golfvlakken is de interactie groter, daar hij toestaat om de interferenties constructief te maken voor de eerste orde van de hoekfrequentie Ω + km; hij levert daardoor slechts een enkele gebroken bundel.The interference of the waves emitted by the two motors having a distance of 1N can therefore be destructive. When the beam width is greater than 1N, the influence of a moot is canceled by the moot at a distance of 1N. Therefore, under the best conditions, the thickness e of the elastic beam should not exceed a critical value of the first order: θ _ / λ2 '®c “Λ 20 For an incidence at the angle of Bragg of the light beam 32 relative to the elastic wave planes the interaction is greater, since it allows to make the interferences constructive for the first order of the angular frequency Ω + km; he therefore only delivers a single broken beam.

De onderhavige inrichting past een gerichte koppeling toe, waarvan de twee geleidingen niet identiek zijn. In dit geval, wanneer β/Κ1 en β/Ι<2 de constanten zijn van voortplanting van de golven in deze twee 25 geleiders van de koppeling, kan de relatieve energie in een van de geleiders wanneer men de andere heeft bekrachtigd worden geschreven: E ---—z sin2 V1 + 2/4c2 cL.The present device employs a directional coupling, the two guides of which are not identical. In this case, when β / Κ1 and β / Ι <2 are the constants of wave propagation in these two conductors of the coupling, the relative energy in one of the conductors when energized the other can be written: E ---— z sin2 V1 + 2 / 4c2 cL.

1 l Δβ2/4ο2 waarin L de interactielengte is, c de koppelingsconstante met 30 Δβ=^β/Κ1-β/Κ2) waarin λ de golflengte is in vacuüm. De relatieve energie die in deze geleider aanwezig is aan de uitgang van de koppeling hangt daardoor af van de drie parameters L, c en Δβ. Wanneer Δβ groot is ten opzichte van c ziet men in elk geval, wat L ook is, dat de maximaal uitgewisselde energie klein kan zijn. Wanneer 35 bijvoorbeeld c = 1,5 10'4 pm ^Δβ = 0,0011 l Δβ2 / 4ο2 where L is the interaction length, c is the coupling constant with 30 Δβ = ^ β / Κ1-β / Κ2) where λ is the wavelength in vacuum. The relative energy present in this conductor at the output of the coupling therefore depends on the three parameters L, c and Δβ. When Δβ is large with respect to c, in any case, whatever L is, the maximum energy exchanged can be small. For example, if c = 1.5 10'4 pm ^ Δβ = 0.001

Emax = 0,0017 40 en wanneer c = 1,5 10'4 è=0·01 EMAX = 0,000017Emax = 0.0017 40 and when c = 1.5 10'4 è = 0.01 EMAX = 0.000017

Hierdoor zijn deze waarden zeer klein en kunnen nog willekeurig worden verminderd door wijziging van 45 de lengte L.As a result, these values are very small and can still be arbitrarily reduced by changing the length L 45.

Men weet, dat wanneer men de constanten van voortplanting van deze twee geleiders periodiek laat variëren en wanneer de overeenkomstige periode goed wordt gekozen, men de uitwisseling kan vergroten tussen de twee geleiders door de compensatie van Δβ door de vector K van het netwerk.It is known that if the propagation constants of these two conductors are varied periodically and if the corresponding period is chosen correctly, the exchange between the two conductors can be increased by the compensation of Δβ by the vector K of the network.

De interactie wordt dan, ais gevolg van het momentbehoud geschreven als: 50 β, + K = β2 dus:As a result of the moment retention, the interaction is then written as: 50 β, + K = β2, so:

Hierin is Λ de periode van het netwerk.Where Λ is the period of the network.

55 Wanneer dit netwerk is gevormd, op de wijze zoals in de inrichting weergegeven in figuur 4 is uitgevoerd, door een geluidsgolf die zich colineair voortplant aan een lichtgolf, zal men dan een translatie van frequentie van de gekoppelde golf hebben.When this network is formed, in the manner as shown in the device shown in Figure 4, by a sound wave that propagates collinearly to a light wave, one will then have a translation of the frequency of the coupled wave.

5 1924665 192466

De werkzaamheid van de interactie hangt af van de waaide van de variatie van de index die door de geluidsgolf wordt geïnduceerd en daardoor van het geïnjecteerde vermogen. Men kan als voorbeeld een gerichte koppeling nemen die in lithiumniobaat (Li Nb 03) door diffusie van titaan is uitgevoerd. De variatie van de index die met titaan overeenkomt is gewoonlijk in de orde van: Δη = 5 1CT3.The effectiveness of the interaction depends on the range of the variation of the index induced by the sound wave and therefore on the power injected. As an example, one can take a direct coupling made in lithium niobate (Li Nb 03) by diffusion of titanium. The variation of the index corresponding to titanium is usually in the order of: Δη = 5 1CT3.

5 Men ziet dan in, dat men de twee geleiders kan uitvoeren met Δγβ/Κ = 2 10-3. Dit kan worden verkregen door de breedte of/en dikte van het titaan voor de twee geleiders van de koppeling te veranderen. Voor een interactielengte van 10mm zal de maximaal uitgewisselde energie zijn: λ = 0,83 pm, E**** = 4 10-4. De lengte van de geluidsgolf die voor de compensatie nodig is zal zijn: 415 pm, dus in het geval van lithiumniobaat (Li Nb 03) een frequentie van omstreeks 7,2 MHz. De aan de uitgang van de tweede geleider (niet 10 aanvankelijk bekrachtigd) opgevangen golf zal dan worden verkregen met een frequentietranslatie van 7,2 MHz en de maximum basishoeveelheid in deze geleider zal -33dB zijn ten opzichte van de totale licht-energie.5 It is then recognized that the two conductors can be made with Δγβ / Κ = 2 10-3. This can be achieved by changing the width or / and thickness of the titanium for the two conductors of the coupling. For an interaction length of 10mm, the maximum exchanged energy will be: λ = 0.83 pm, E **** = 4 10-4. The length of the sound wave required for the compensation will be: 415 pm, so in the case of lithium niobate (Li Nb 03) a frequency of about 7.2 MHz. The wave received at the output of the second conductor (not initially energized) will then be obtained with a frequency translation of 7.2 MHz and the maximum base amount in this conductor will be -33dB relative to the total light energy.

De inrichting kan eveneens worden vervaardigd door een van de geleiders door protonenuitwisselihg en de andere door titaandiffusie te vervaardigen (of beide door protonenuitwisseling maar met verschillende 15 karakteristieken). In dit geval kan men Δβ/Κ = 0,1 verkrijgen met een interactiegolflengte gelijk aan 10 mm, verkrijgt men een maximum uitgewisselde energie: -67dB van de totale energie, met een geluidsgolflengte van 8,3 pm, dus een geluidsfrequentie in de orde van 361 MHz.The device can also be manufactured by one of the conductors by proton exchange and the other by titanium diffusion (or both by proton exchange but with different characteristics). In this case, one can obtain Δβ / Κ = 0.1 with an interaction wavelength equal to 10 mm, one obtains a maximum exchanged energy: -67dB of the total energy, with a sound wavelength of 8.3 pm, so a sound frequency in the order of 361 MHz.

Hierdoor veroorzaakt in de inrichting, die in figuur 4 is weergegeven, een in de eerste geleider gezonden golf 23 door koppeling de aanwezigheid van een golf 25 in de tweede geleider, van welke golf dan de 20 frequentie wordt getransleerd.As a result, in the device shown in Figure 4, a wave 23 sent into the first conductor by coupling causes the presence of a wave 25 in the second conductor, from which wave the frequency is then translated.

Er zijn verschillende configuraties van geleidingen mogelijk, met een substraat 3 uit lithiumniobaat bij voorbeeld. De twee geleiders worden vervaardigd door diffusie van titaan in het substraat. De in de twee geleiders geleide golven zijn ofwel twee TE golven of twee TM golven, men verkrijgt dan een ^ in de orde van enkele 10'3.Different configurations of guides are possible, with a substrate 3 of lithium niobate, for example. The two conductors are made by diffusion of titanium into the substrate. The waves conducted in the two conductors are either two TE waves or two TM waves, an order of the order of a few 10-3 being obtained.

25 Maar men kan ook een gekruiste interactie hebben, d.w.z. een TE golf in de eerste geleider en een TM golf in de tweede, of omgekeerd, men verkrijgt dan een ^ in de orde van 0,1.But one can also have a crossed interaction, ie a TE wave in the first conductor and a TM wave in the second, or vice versa, one then obtains on the order of 0.1.

Een van de twee geleiders kan worden verkregen door diffusie van titaan en de tweede door protonenuitwisseling. Wanneer men een as C beschouwt, loodrecht op het oppervlak van het substraat, dan heeft men een TM golf in elk van de twee geleiders. Dit kunnen ook twee TE golven zijn. Men verkrijgt dan een 30 in de orde van 0,1. De twee geleiders kunnen door protonenuitwisseling worden verkregen, maar hun K Aft karakteristieken moeten dan verschillend zijn. Men verkrijgt dan: -j^ = 0,1.One of the two conductors can be obtained by diffusion of titanium and the second by proton exchange. When one considers an axis C perpendicular to the surface of the substrate, one has a TM wave in each of the two conductors. This can also be two TE waves. A 30 of the order of 0.1 is then obtained. The two conductors can be obtained by proton exchange, but their K Aft characteristics must then be different. Then: -j ^ = 0.1.

Door wijziging van de geluidsfrequentie, die van 10 tot 300 Megahertz kan variëren, kan men een afstembaar filter verkrijgen. In feite varieert de dubbele breking van het materiaal afhankelijk van de g5 frequentie.An adjustable filter can be obtained by changing the sound frequency, which can vary from 10 to 300 Megahertz. In fact, the birefringence of the material varies depending on the g5 frequency.

De dooriaatband van de inrichting is afhankelijk van de interactielengte van licht golfgeluidgolf naarmate het aantal goifvlakken van de geluidsgolf groter is tijdens deze koppeling is de dooriaatband nauwer.The through-band of the device depends on the interaction length of light wave sound wave, the larger the number of sound-wave sputtering surfaces during this coupling, the more narrow the band.

De beschreven inrichting kan daardoor als filter worden gebruikt en trekt bijvoorbeeld profijt van de variatie van de dubbele breking van een materiaal met de golflengte. Men kan zich dan voorstellen, dat er 40 een TE(TM) golf in deze eerste geleider is en een TM(TE) golf in de tweede geleider, die door middel van de geluidsgolf worden gekoppeld. In het geval van lithiumniobaat heeft men: (ΔβΚΤΜ - Δβ/ΚΤΕ) = 0,1 en dus opnieuw een geluidsgolf met een frequentie = 361 MHz. En dit filter is instelbaar daar het voldoende is om de frequentie van de geluidsgolf te veranderen.The described device can therefore be used as a filter and takes advantage, for example, of the variation of the birefringence of a material with the wavelength. It is then conceivable that there is a TE (TM) wave in this first conductor and a TM (TE) wave in the second conductor, which are coupled by means of the sound wave. In the case of lithium niobate one has: (ΔβΚΤΜ - Δβ / ΚΤΕ) = 0.1 and thus again a sound wave with a frequency = 361 MHz. And this filter is adjustable as it is enough to change the frequency of the sound wave.

In de inrichting kan men elektroden aanbrengen, bijvoorbeeld aan weerszijden van de twee geleiders of 45 op deze zelfde geleiders. Men kan voorts tussen de elektroden en het substraat een isolerende bufferlaag aanbrengen. Het tussen deze twee elektroden opgewekte elektrische veld staat dan de regeling toe van de inrichting in zijn begintoestand of in zijn eindtoestand.Electrodes can be placed in the device, for example on either side of the two conductors or 45 on these same conductors. An insulating buffer layer can also be applied between the electrodes and the substrate. The electric field generated between these two electrodes then allows control of the device in its initial state or in its final state.

De inrichting wordt toegepast op het terrein van de gyrometer met optische vezel.The device is applied in the field of the optical fiber gyrometer.

Figuur 6 toont schematisch een ringvormige interferometer volgens de bekende stand van de techniek. 60 Een laserbron S zendt een bundel evenwijdige stralen 41 naar een scheidingsinrichting, die gevormd wordt door een half doorzichtig blad M.Figure 6 schematically shows an annular interferometer according to the known prior art. 60 A laser source S sends a beam of parallel rays 41 to a separator, which is formed by a semi-transparent sheet M.

Een bepaald aantal spiegels Mv M2, M3, bepalen een optische baan die de ring van de interferometer vomit. Deze ring kan bijvoorbeeld worden vervaardigd met behulp van een monogolf optische vezel; in feite wordt de gevoeligheid van de meting vergroot dankzij het gebruik van een lange optische baan. Deze ring 55 wordt opnieuw gesloten op de scheidingsinrichting M, die eveneens de rol speelt van een menginrichting en hierdoor een uitgangstak 43 bepaalt. De ring wordt daardoor doorlopen door de twee golven die zich in omgekeerde richting voortplanten: de ene volgens de wijzers van een uurwerk (richting 2), de andere tegen 192466 6 de wijzers van een uurwerk (richting 1). Deze twee golven worden gerecombineerd op het scheidingsblad M. Het resultaat νέτη deze recombinatie kan worden waargenomen in de uitgangstak 43, met behulp van de detector D. Een deel van de bundels wordt opgenomen in de ingangstak door het scheidingsblad M', en doorloopt opnieuw de filterinrichting F. Aan de uitgang recombineren de twee golven zich onder het 5 scheidingsblad M'. Het resultaat van deze recombinatie kan worden waargenomen in de uitgangstak 44. Het feit van de aanbrenging van de filterinrichting F in de ingangsarm van de interferometer maakt deze volkomen reciprook; hij wordt dan doorlopen door een golf die in een enkele optische golf is opgesloten. Deze filterinrichting wordt verkregen door een golffilter gevolgd door een polarisator. In feite doorloopt de invallende bundel 41 dit filter en de uittredende fractie heeft een enkelvoudige golf. Men kan daarom de 10 uittredende bundel 43 beschouwen als overeenkomende met de interferentie van de twee bundels die de golffilterinrichting niet hebben doorlopen, maar men kan ook het gedeelte van de bundels dat in de ingangsarm wordt teruggenomen beschouwen door het half doorachtige blad M'. Dit gedeelte van de bundels doorloopt opnieuw de filterinrichting F. Aan zijn uitgang hebben de twee bundels die men in de arm 44 zendt d.m.v. het halfdoorzichtige blad M' dezelfde golf, wat de interferometer ongevoelig maakt voor 15 ’’reciproke” storingen.A certain number of mirrors Mv M2, M3 determine an optical path forming the ring of the interferometer. This ring can, for example, be manufactured with the aid of a mono-wave optical fiber; in fact, the sensitivity of the measurement is increased thanks to the use of a long optical path. This ring 55 is closed again on the separating device M, which also plays the role of a mixing device and thereby defines an output branch 43. The ring is therefore traversed by the two waves that propagate in the opposite direction: one clockwise (direction 2), the other by 192466 6 clockwork (direction 1). These two waves are recombined on the separator sheet M. The result νέτη this recombination can be observed in the output branch 43, using the detector D. Part of the beams are taken up in the input branch by the separator sheet M ', and go through the filter device F. At the output, the two waves recombine under the separator sheet M '. The result of this recombination can be observed in the output branch 44. The fact of the filter device F being fitted in the input arm of the interferometer makes it completely reciprocal; it is then traversed by a wave contained in a single optical wave. This filter device is obtained by a wave filter followed by a polarizer. In fact, the incident beam 41 passes through this filter and the exiting fraction has a single wave. Therefore, one can consider the exiting bundle 43 to correspond to the interference of the two bundles which have not passed through the wave filter device, but one can also consider the portion of the bundles that is taken back into the input arm by the semi-transparent blade M '. This part of the bundles again passes through the filter device F. At its output, the two bundles that are sent into the arm 44 have the semitransparent sheet M 'the same wave, making the interferometer insensitive to 15' 'reciprocal' disturbances.

Indien Δφ het faseverschil is tussen de twee golven die zich in omgekeerde richting in de ring voortplanten, en Ps het optische uitgangsvermogen, dat men in de uitgangstak 44 kan meten, in afwezigheid van ’’niet reciproke” storing, Δφ is nul.If Δφ is the phase difference between the two waves propagating in the opposite direction in the ring, and Ps the optical output power, which can be measured in output branch 44, in the absence of "non reciprocal" interference, Δφ is zero.

Wanneer men een gyrometer beschouwt die deze ringvormige interferometer toepast, zal een "niet 20 reciproke” storing worden opgewekt door het in draaiing brengen van de gyrometer. Het faseverschil Δφ is niet meer nul en men heeft Δφ = αΩ waarin Ω de rotatiesnelheid is en α = k|j waarin k een constante is afhankelijk van de meetkundige afmetingen van de gyrometer, L de lengte van de optische baan, λ de golflengte van het licht dat door de lasetforon S wordt uitgezonden, en C de lichtsnelheid in de ring 42. Wanneer de rotatiesnelheid Ω stijgt, stijgt het faseverschil Δφ in dezelfde 25 verhoudingen, daar de coëfficiënt α gelijk blijft. Het optische vermogen Ps ontwikkelt zich volgens een cosinusvormige wet. In feite isWhen one considers a gyrometer using this annular interferometer, a "non 20 reciprocal" interference will be generated by rotating the gyrometer. The phase difference Δφ is no longer zero and one has Δφ = αΩ where Ω is the rotational speed and α = k | j where k is a constant depending on the geometric dimensions of the gyrometer, L the length of the optical path, λ the wavelength of the light emitted by the lasetforon S, and C the speed of light in the ring 42. When the rotational speed Ω increases, the phase difference Δφ increases in the same 25 ratios, since the coefficient α remains the same.The optical power Ps develops according to a cosine law.

Ps - Pis + P2S + 2 VPis P2S Cos (Δφ) waarin P1S overeenkomt met de richting 1 en P2S met de richting 2. De gevoeligheid van de meting voor 30 een gegeven waarde wordt uitgediukt door de afgeleide van Ps.Ps - Pis + P2S + 2 VPis P2S Cos (Δφ) in which P1S corresponds to direction 1 and P2S corresponds to direction 2. The sensitivity of the measurement for a given value is diminished by the derivative of Ps.

dPs ,_ 0(Δφ) ^ V Pis P2S s'n (Δφ)dPs, _ 0 (Δφ) ^ V Pis P2S s'n (Δφ)

De gevoeligheid van de interferometer is zeer gering wanneer het faseverschil Δφ weinig van nul verschilt. Dit is het geval in een gyrometer wanneer men kleine rotatiesnelheden Ω wil meten. De variatie 35 van het optische vermogen in de uitgangstak wordt toegelicht dor het diagram van figuur 7.The sensitivity of the interferometer is very low when the phase difference Δφ differs little from zero. This is the case in a gyrometer when one wants to measure small rotational speeds Ω. The variation of the optical power in the output branch is explained by the diagram of Figure 7.

Men kan de termen P1S en P2S gelijk beschouwen. Hieruit volgt dat voor een faseverschil φ = π, het gedetecteerde vermogen minimaal is. Het gaat door een maximum PSmax voor φ = 0, en voor 2 π enz.The terms P1S and P2S can be considered equal. It follows that for a phase difference φ = π, the detected power is minimal. It goes through a maximum PSmax for φ = 0, and for 2 π etc.

Voor de vergroting van de gevoeligheid van de interferometer kan men een ’’niet reciproke” constante schuinte in de fase van de twee golven inbrengen die in omgekeerde richting rondlopen, zodanig dat het 40 werkingspunt van de interferometer wordt verplaatst.To increase the sensitivity of the interferometer, one can introduce a "non reciprocal" constant tilt in the phase of the two waves that run in reverse, such that the operating point of the interferometer is displaced.

In het geval van een functie die volgens een cosinusvormige functie varieert wordt het punt van de hoogste gevoeligheid verkregen door de hoeken van (2K + 1) π/2, waarin k een geheel getal is. Men kan daardoor een schuinte kiezen die een fasevariatie op elke golf invoert van een absolute waarde van π/4 maar van verschillend teken. In afwezigheid van een ’’niet reciproke” storing wordt het faseverschil dan Δφ' 45 = Δφ' + ΔφΟ met ΔφΟ = π/2 men plaatst zich dan op het punt A van figuur 7.In the case of a function that varies according to a cosine function, the point of the highest sensitivity is obtained by the angles of (2K + 1) π / 2, where k is an integer. Therefore, one can choose an angle that inputs a phase variation on each wave of an absolute value of π / 4 but of different sign. In the absence of a "non reciprocal" disturbance, the phase difference becomes Δφ '45 = Δφ' + ΔφΟ with ΔφΟ = π / 2 and one is then placed at point A in Figure 7.

Zoals in figuur 6 is weergegeven kan men dan op de baan van de golven in de ring 42 een fase-modulator 45 plaatsen, welke een reciproke effect veroorzaakt voor het verkrijgen van een betere gevoeligheid van de inrichting. Deze modulator wordt op zodanige wijze bekrachtigd dat er een fasevariatie van de golf wordt veroorzaakt die deze doorloopt. Deze variatie is periodiek, waarbij zijn periode gelijk is aan 2τ, 50 waarin τ de doorlooptijd is van een golf in de ring.As shown in Figure 6, a phase modulator 45 can then be placed on the path of the waves in the ring 42, which produces a reciprocal effect for obtaining a better sensitivity of the device. This modulator is energized in such a way as to cause a phase variation of the wave it travels through. This variation is periodic, with its period equal to 2τ, 50 where τ is the transit time of a wave in the ring.

Het verschil wordt dan Δφ' = Δφ + φ (t - τ) waarbij elk van de golven die in tegengestelde richting rondloopt deze faseverschuiving ondergaat wanneer hij de modulator doorloopt met φ (t) = φ (t + 2 τ).The difference then becomes Δφ '= Δφ + φ (t - τ) where each of the waves traveling in opposite directions undergoes this phase shift as it traverses the modulator with φ (t) = φ (t + 2 τ).

Het werkingspunt beschrijft dan de kromme Ps = f (Δφ) van figuur 7 op symmetrische wijze tussen een 55 paar uitersten.The operating point then describes the curve Ps = f (Δφ) of Figure 7 symmetrically between a 55 pair of extremes.

De inrichting (modulator met reciproke fase) die de invoering toestaat van de storing φ (t) kan op voordelige wijze in twee inrichtingen 45 en 46 worden gesplitst, die elk aan één einde van de baan liggen, 7 192466 zoals in figuur 6 is weergegeven en waarbij de ene zorg voor de faseverschuiving φ1 (t) en de andere voor de faseverschuiving φ2 (t). Deze fasemodulatorinrichtingen die symmetrisch aan de twee einden van de optische baan liggen kunnen tegengesteld werken. Deze opstelling veizekert een bijkomende symmetrie van de verschijnselen, welke de fouten van de tweede orde vermindert die afkomstig zijn van eventuele 5 nietlineariteiten van de modulators.The device (reciprocal phase modulator) allowing the introduction of the disturbance φ (t) can advantageously be split into two devices 45 and 46, each located at one end of the track, 7 192466 as shown in Figure 6 and one caring for the phase shift φ1 (t) and the other caring for the phase shift φ2 (t). These phase modulator devices symmetrically located at the two ends of the optical path can operate in opposite directions. This arrangement favors an additional symmetry of the phenomena, which reduces second-order errors from any nonlinearities of the modulators.

Het ideaal is het werken op de punten A en B van de kromme die in figuur 7 is weergegeven, gedurende een eerste tijd moet men om in A te werken hebben φ, (t) = ^ en φ2 (t) = - π/4 en vervolgens φ., = - π/4 en φ2 (t) = + π/4 om in het punt B te werken.The ideal is to work on the points A and B of the curve shown in figure 7, during an initial time one has to work in A have φ, (t) = ^ and φ2 (t) = - π / 4 and then φ., = - π / 4 and φ2 (t) = + π / 4 to work in point B.

Men kan dit resultaat verkrijgen door twee bloksignalen te gebiuiken welke twee sterkten hebben van — 10 π/4 en + π/4.This result can be obtained by using two block signals which have two strengths of - 10 π / 4 and + π / 4.

Wanneer de fasemodulatiesignalen op de frequentie F zijn, verkrijgt men wanneer de gyroscoop niet draagt bij de detectie een signaal dat op de frequentie 2F is gecorrigeerd. Wanneer daarentegen de gyroscoop draait veikrijgt men de frequenties F en 2F. Maar deze inrichting heeft het bezwaar dat hij geen nultechniek omvat. Verder is de meting niet lineair.When the phase modulation signals are at the frequency F, when the gyroscope is not carrying the detection, a signal corrected at the frequency 2F is obtained. When the gyroscope turns on the other hand, frequencies F and 2F are obtained. However, this device has the drawback that it does not include zero technique. Furthermore, the measurement is not linear.

15 Wanneer men een nulmethode wil gebruiken moet men een nietreciproke-effect beschouwen dat het effect ten gevolge van de rotatie compenseert. Men veikrijgt dan een component bij de frequentie F van hei gedetecteerde signaal die nul is. Men meet dan de gewijzigde parameter, welke ons toestaat om de rotatiesnelheid te kennen.If one wants to use a zero method, one must consider a non-reciprocal effect that compensates for the effect due to the rotation. A component is then obtained at the frequency F of the detected signal which is zero. The modified parameter is then measured, which allows us to know the rotation speed.

Men kan het veld wijzigen dat aan de klemmen is aangelegd van de modulator, wanneer deze elektro* 20 optisch is. Men kan het frequentieverschil wijzigen van de zich voortplantende golven, wat een faseverschfl aan de uitgang van de detector veroorzaakt.The field applied to the terminals of the modulator can be changed when it is electro * 20 optical. The frequency difference of the propagating waves can be changed, causing a phase difference at the output of the detector.

De onderhavige inrichting wordt toegepast op het terrein van de gyrometer met optische vezel, waarin men over twee frequentie-omzetters kan beschikken in de twee armen die bij zodanige frequenties werken, dat de nietreciprociteit, welke ingevoerd wordt door het feit dat de twee golven in de interferometer niet 25 dezelfde frequentie hebben, die compenseert welke veroorzaakt wordt door het Sagnaceffect.The present device is applied in the field of the optical fiber gyrometer, in which two frequency converters are available in the two arms operating at such frequencies that the non-reciprocity is introduced by the fact that the two waves in the interferometer do not have the same frequency, which compensates for that caused by the Sagna effect.

Men kan hierdoor twee omzetters 62 en 63 beschouwen, welke naast de modulatoren 45 en 46 zijn geplaatst, zoals in figuur 6 is weergegeven.Two transducers 62 and 63 can thus be considered placed next to modulators 45 and 46, as shown in Figure 6.

De onderhavige inrichting staat dan een digitale regeling toe. Wanneer men naast deze twee modulators twee frequentie-omzetters plaatst, kan men komen tot de compensatie van de frequentiecomponent F ten 30 gevolge van het Sagnaceffect wanneer er rotatie is; aan de twee omzetters heeft men dan twee frequenties F, en F2.The present device then allows digital control. When two frequency converters are placed next to these two modulators, the frequency component F can be compensated for due to the Sagna effect when there is rotation; the two converters then have two frequencies F, and F2.

In rust moet men dan hebben F1 = F2. Wanneer de gyroscoop bij een constante snelheid draait, is er een zweven van de frequentie van de frequenties F1 en F2 en men kan dan het aantal zwevingen tellen.At rest one must then have F1 = F2. When the gyro is running at a constant speed, there is a floating of the frequencies of the frequencies F1 and F2 and one can count the number of beats.

De vooruitgang die gemaakt is bij de vervaardiging van optische vezels met gering verlies staan het 35 gebruik van optische vezels toe voor de vervaardiging van deze ringvormige interferometers, zoals dit tevoren is vermeld. Een uitvoeringsvoorbeeld van een ringvormige interferometer volgens de uitvinding is in figuur 8 weergegeven. De vezel 52 die om zichzelf is gewikkeld vormt de ring 42 van de interferometer. De verschillende takken van de interferometer zijn in geïntegreerde optiek uitgevoerd: de golfgeleiders zijn vervaardigd door integratie in een substraat. Het substraat kan bijvoorbeeld worden gekozen onder de 40 volgende materialen: Lithiumniobaat of lithiumtantalaat, waarin men voor de vervaardiging van de gotf-geleiders, titaan of rasp. niobium laat diffunderen.Advances made in the manufacture of low loss optical fibers allow the use of optical fibers in the manufacture of these annular interferometers as previously mentioned. An exemplary embodiment of an annular interferometer according to the invention is shown in Figure 8. The fiber 52 wound around itself forms the ring 42 of the interferometer. The different branches of the interferometer are designed in integrated optics: the waveguides are manufactured by integration into a substrate. The substrate can be selected, for example, from the following materials: Lithium niobate or lithium tantalate, in which the gotf conductors, titanium or grater are used for the manufacture of the gotf conductors. niobium diffuses.

De frequentie-omzetter is gesplitst in twee omzetters 54 en 55 die aan de twee einden van de vezel zijn geplaatst. Deze omzetters zijn inrichtingen die tevoren zijn beschreven en die toestaan, door wijziging van de twee frequenties van de twee geluidsgolven (58, 59) die door de elektroden (56, 57) zijn opgewekt, cm 45 het Sagnaceffect te compenseren. De fasemodulators 60 en 61 die zijn weergegeven door de elektroden welke aan weerszijden van elk van de geleiders zijn geplaatst, zijn in de lus geplaatst om de ogenblikken te kennen waarop de gyroscoop draait: In feite detecteert men in dit geval een component van het signaal op de frequentie F, zoals tevoren is toegelicht.The frequency converter is split into two converters 54 and 55 placed at the two ends of the fiber. These transducers are devices previously described which allow, by altering the two frequencies of the two sound waves (58, 59) generated by the electrodes (56, 57), to compensate for the Sagna effect. The phase modulators 60 and 61 represented by the electrodes placed on either side of each of the conductors are placed in the loop to know the moments at which the gyroscope is running: In fact, one component of the signal is detected in this case the frequency F, as previously explained.

De schelders van lichtstralingen zijn samengesteld uit golfgeleiders van monogolven die onderling ajn 50 verbonden voor het voimen van Y, deze Y is onderling verbonden met een van hun takken die de rol speelt welke tevoren werd ingenomen door de halfdoorzichtige bladen in figuur 6. De geleider 48 speelt de rol van monogolffilter van figuur 1, waarbij een polarisator bijvoorbeeld is verkregen door de metalisatie 49 van het oppervlak van de substraat boven de geleider 48.The beams of light rays are composed of mono-wave waveguides interconnected 50 to form Y, this Y is interconnected with one of their branches which plays the role previously occupied by the semitransparent blades in Figure 6. The conductor 48 plays the role of monogolf filter of Figure 1, wherein a polarizer is obtained, for example, by the metalization 49 of the surface of the substrate above the conductor 48.

Claims (1)

192466 8 Gyrometer met een optische vezel voor het meten van een niet-reciproke faseverschuiving ondergaan door twee lichtgolven, die in tegengestelde richtingen van akoestisch gestuurde optische frequentie-5 omzetmiddelen in een spoelvormige optische vezel rondlopen, met een mono-chromatische lichtbron, organen voor de fotodetectie van de interferentie van deze lichtgolven, evenals optische scheidings- en mengorganen, welke de einden van deze optische vezel met de lichtbron, met de fotodetectie-organen en met de akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetter verbinden, met het kenmerk, dat genoemde akoestisch gestuurde optische frequentie-omzetmiddelen bestaan uit twee akoestisch gestuurde optische 10 frequentie-omzetters die elk aanwezig zijn aan een einde van de spoelvormige optische vezel en geïntegreerd zijn uitgevoerd op een vlak substraat en ieder bestaan uit twee onderling evenwijdige golfgeleiders, waarbij de golfgeleiders van iedere frequentie-omzetter onderling verschillende karakteristieken hebben, waarbij de golfgeleider die met een einde van de spoelvormige optische vezel is verbonden, een invallende lichtgolf ontvangt, en de golfgeleiders over een vooraf bepaalde lengte onderling evenwijdig zijn en op 15 zodanige afstand zijn geplaatst, dat de invallende lichtgolf van de ene golfgeleider naar de andere overdraagbaar is, en is voorzien van organen voor het opwekken van een geluidsgolf die colineair is met de invallende lichtgolf die in een van de golfgeleiders is aangevoerd, waarbij deze akoestische opwekkings-organen tussen de twee golfgeleiders zijn aangebracht voor het produceren van een frequentie-omzetting, aan een einde van de spoelvormige optische vezel, waarbij de optische scheidings- en mengorganen 20 evenals de detectie-organen geheel in het vaste medium zijn gevormd door integratie op het substraat, waarop twee golfgeleiders zijn gevormd die respectievelijk aan hun eerste einde met de lichtbron en met de detectie-organen zijn gekoppeld, en aan hun tweede einde met een van de einden van de optische vezel, en die, op het substraat geïntegreerd, ten minste een paar elektroden omvat, die aan de ene en aan de andere zijde van de twee golfgeleiders zijn geplaatst voor het vormen van een opto-elektrische fase-25 modulator waarmee de draaiing van de gyrometer wordt vastgesteld, en de golfgeleiders de vorm hebben van twee Y’s die aan een van hun takken met elkaar zijn verbonden. Hierbij 4 bladen tekening192466 8 Optical fiber gyrometer for measuring a non-reciprocal phase shift undergone by two light waves traveling in opposite directions from acoustically controlled optical frequency converters in a coil-shaped optical fiber, with a mono-chromatic light source, means for photodetection of the interference of these light waves, as well as optical separating and mixing members, which connect the ends of this optical fiber to the light source, to the photodetectors and to the acoustically controlled optical frequency converter, characterized in that said acoustically controlled optical frequency converters consist of two acoustically controlled optical frequency converters, each present at one end of the spool-shaped optical fiber and integrated on a flat substrate, each consisting of two mutually parallel waveguides, the waveguides of each frequency converter mutual difference l have characteristics in which the waveguide connected to one end of the spool-shaped optical fiber receives an incident light wave, and the waveguides are mutually parallel for a predetermined length and spaced such that the incident light wave from the one waveguide is transferable to the other, and includes means for generating a sound wave that is collinear with the incident light wave supplied in one of the waveguides, said acoustic generating means being arranged between the two waveguides to produce a frequency conversion, at one end of the spool-shaped optical fiber, wherein the optical separating and mixing members 20 as well as the detecting members are formed entirely in the solid medium by integration on the substrate, on which are formed two waveguides attached to their first end to the light source and to the detectors , and at their second end with one of the ends of the optical fiber, and, integrated on the substrate, comprising at least a pair of electrodes placed on one and the other side of the two waveguides to form an optoelectric phase-25 modulator that detects the rotation of the gyrometer, and the waveguides are in the form of two Y's connected to one of their branches. Hereby 4 sheets drawing