Ein rein optisches Mikrofon

A purely optical microphone is a sound sensor in which light transmitted through an optical fibre is modulated by incident sound without the need for other energy sources. This article deals with the different ways in which such a microphone may be realised. The central point of the paper lies in the intensity modulating membrane sampling, a method in which the coupling between two optical waveguides results from a reflecting membrane. If the membrane is deflected then both the degree of coupling and the coupled power arc changed. This modulator can be realised in different ways using multi-mode fibres or mono-mode fibres, with or without beam focussing, and by integrated optics tracks. The results obtained to date are presented and compared with the corresponding theory.

Another microphone principle rests upon the application of the distance-dependent optical tunnel effect between an optical waveguide integrated with a membrane, and another waveguide running parallel to it. This is a very sensitive arrangement; however the technological requirements are so great that such a microphone cannot yet be realised. Interferometric sensors are equally highly sensitive. A prerequisite for an application using a pure optical microphone is the sacrifice of operating point control. Thus costly signal post-processing is required. It is shown that using digital signal processors, the necessary resolution and dynamics can be obtained.

Zusammenfassung

Ein rein optisches Mikrofon ist ein Luftschallsensor, bei dem in Glasfasern geführtes Licht ohne Zuhilfenahme anderer Hilfsenergien vom einfallenden Schall moduliert wird. In diesem Artikel wird über die verschiedenen Mög-lichkeiten der Realisierung eines solchen Mikrofons berichtet. Der Schwerpunkt des Beitrags liegt auf der Beschreibung der intensitatsmodulierenden Membran-abtastung, eines Verfahrens, bei dem die Kopplung zwischen zwei optischen Wellenleitern über eine reflektierende Membran erfolgt. Wird die Membran ausgelenkt, ändern sich der Kopplungsgrad und die übergekoppelte Leistung. Dieser Modulator kann auf verschiedene Weise realisiert werden: unter Verwendung von Multimodefasern oder von Monomodefasern, mit oder ohne Strahlfo-kussierung und auf integriert-optischem Wege. Die jeweils erzielten Ergebnisse werden vorgestellt und mit der zugehörigen Theorie verglichen. Ein anderes Mikrofon-prinzip beruht auf der Anwendung des abstandsabhängigen optischen Tunneleffekts zwischen einem in eine Membran integrierten und einem parallel darunter verlaufen-den Wellenleiter. Es handelt sich um eine sehr empfindliche Anordnung; allerdings sind die technologischen Anforderungen so groß, daß ein solches Mikrofon noch nicht realisiert werden konnte. Ebenfalls sehr empfindlich sind interferometrische Sensoren. Voraussetzung fur eine Anwendung beim rein optischen Mikrofon ist aber der Verzicht auf eine Arbeitspunktregelung. Dafür ist eine aufwendige Signalnachverarbeitung erforderlich. Es wird gezeigt, daß durch den Einsatz von digitalen Signalprozessoren die nötige Auflösung und Dynamik erreicht werden kann.

Sommaire

Un microphone purement optique est un capteur de sons aériens dans lequel la lumière, acheminée par fibres optiques, se trouve modulée par le son incident sans intervention d'aucune source auxiliaire d'energie. On examine ici les différentes possibilités oflertes par la réalisation d'un tel type de microphones. On décrit notamment la détection par modulation d'intensité d'une membrane, procédé qui résulte du couplage de deux guides optiques par une membrane réfléchissante. Si cette membrane se trouve soumise à quelque influence externe, le degré de couplage et l'intensité optique couplée s'en trouveront modifiés. Un tel modulateur peut se réaliser de différentes manières: avec un seul ou plusieurs modes optiques, avec ou sans focalisation ou chemins optiques intégrés. On présente les résultats expérimentaux déjà obtenus et on les compare à ceux qui correspondent à leurs théories. Il existe un autre principe de microphone purement optique: l'application de l'effet tunnel qui, dépendant de la distance, jouerait entre deux guides d'ondes dont l'un serait intégré à la membrane et lèautre serait paralléle au premier. Ce dispositif est très sensible, mais il exige des performances technologiques dèune finesse telle qùil nèa pas encore pu être réalisé. Très sensibles sont également les capteurs interférométriques. Mais une condition préalable à l'emploi d'un microphone purement optique est le renoncement à une réglage à un niveau préalable de travail. Pour cela il faudra un traitement préliminaire du signal acoustique. On montre que l'intervention de processeurs numériques peut satisfaire aux exigences prévues de résolution et de dynamique.