Polarisationserhaltende Faser für Gyroskope

Polarisationserhaltende (PM) optische Fasern sind eine Schlüsselkomponente von Glasfasergyroskopen, Geräten, die die Rotation in Raketen, Flugzeugen, Schiffen und Satelliten messen. Sie sind eine Art interferometrischer Sensor, bei dem die Phasendifferenz zwischen zwei Lichtwegen gemessen wird.

 

Standard-Singlemode-Fasern leiten eine einzelne Lichtwelle, die aus zwei Komponenten (X und Y) besteht, die gleichmäßig geführt werden, vorausgesetzt, die Faser weist perfekte Geometrie und Materialeigenschaften auf und ist nicht gebogen. Kleine Unvollkommenheiten wie leichte Ovalität oder Mikrokrümmungen in der Faser können zu geringfügiger „Doppelbrechung“ führen, was dazu führt, dass sich die beiden Komponenten der Welle mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Dieser Geschwindigkeitsunterschied reicht nicht aus, um die zufällig auftretende Kreuzkopplung zwischen den beiden Komponenten zu begrenzen. Wenn polarisiertes Licht von einem Laser in eine Nicht-PM-Faser eingekoppelt wird, verschlechtert sich der Polarisationszustand durch die Kreuzkopplung.

 

Wie unterscheidet sich PM-Faser? PM-Fasern sind bewusst so konzipiert, dass sie eine erhöhte Doppelbrechung aufweisen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, in einer Faser Doppelbrechung zu induzieren. OFS verwendet das „Dual Stress Rod“-Design, bei dem Spannungsstäbe mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten während der Herstellung in gegenüberliegende Seiten des Faservorformlings eingeführt werden und Spannungen in der Faser erzeugen, was zur Bildung langsamer und schneller Achsen führt. Wenn polarisiertes Licht nur in die langsame oder schnelle Achse eingestrahlt wird, neigt es auch während der Biegung weniger zur Kreuzkopplung zur gegenüberliegenden Achse, sodass die Kreuzkopplung minimiert wird. Daher der Name „polarisationserhaltend“, da der Eingangspolarisationszustand beibehalten wird.

 

Faseroptische Gyroskope verwenden normalerweise drei Spulen, eine für jede Ebene, in der eine Drehung stattfinden kann. Die Erfassungsspulen können Hunderte oder sogar Tausende von Metern pro Spule beanspruchen. PM-Fasern haben den Einsatz und das Wachstum von faseroptischen Gyroskopen ermöglicht, die häufig mit Beschleunigungsmessern und Magnetometern in Trägheitsnavigationseinheiten kombiniert werden, die die Geschwindigkeit, Ausrichtung und Gravitationskräfte eines Fahrzeugs messen.