JPH0579924B2 - - Google Patents

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JPH0579924B2
JPH0579924B2 JP59034136A JP3413684A JPH0579924B2 JP H0579924 B2 JPH0579924 B2 JP H0579924B2 JP 59034136 A JP59034136 A JP 59034136A JP 3413684 A JP3413684 A JP 3413684A JP H0579924 B2 JPH0579924 B2 JP H0579924B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、偏波面を保持できる単一モードの光
フアイバを利用した回転センサに関する。
（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 光フアイバは、一般に、その周囲よりも屈折率
の高い透明のフアイバ構造体に沿つて光を伝送す
る。現在、光信号を殆ど減衰させることなく長距
離伝送する長尺の連続フアイバを製造することが
できる。又、所定モードの光に限つてフアイバを
伝播させる光導波管としてのフアイバ構造体も製
造可能である。光を単一モードで伝送すれば、光
フアイバの帯域が極端に高域になるので情報を大
量に送信することができる。光フアイバを利用し
た伝送装置は、小型、軽量且つ製造費が安い。そ
して、光フアイバでの伝送は干渉することなく、
又、外部の干渉も受けない。
情報伝達システムに使用する光フアイバは非常
に進歩しているが、検出や制御システムに使用す
る光フアイバは未だ初期の開発段階にある。検出
システムや制御システムでは、光フアイバのトラ
ンスデユーサを使つて多重モード又は単一モード
方式で光を伝送する。
多重モード方式は光フアイバに生じる振幅の変
化を利用して所望の情報を検出したり送信したり
するが、単一モード方式では、振幅ではなく位相
の差を利用する。この単一モード方式では、通常
光路長や屈折率等のフアイバの特性を変えて光信
号に位相差を生ぜしめる。光フアイバを利用した
ジヤイロスコープの場合、単一モード方式のセン
サは加速度を検出する。加速度が生じるとフアイ
バそれ自体は影響を受けないが光の伝播状態が変
化する。このため、単一モード方式のセンサは多
重モード方式のそれと異なり、光の伝播状態や機
構、即ち、フアイバの特性が重要な意味をもつ。
単一モード方式のセンサは又、フアイバ内を伝
播する光の偏光状態に敏感に反応する。フアイバ
が偏波面を保持できないと、検出器側での偏光状
態が不規則に変化する。このため、単一モード方
式のトランスデユーサではコアを楕円形状にする
か、或いは、偏波面を保存できる構成のフアイバ
を使用するのが望ましい。その種のフアイバは、
例えば、米国電気電子学会発行のスペクトラム誌
（1973年12月号）の「光フアイバ型トランスデユ
ーサ」に記載されている。
連続的に延在する長尺の単一モード光フアイバ
の製造方法は公知であり、例えば米国特許第
3711262号には所定の屈折率を持つ薄膜状のガラ
スを、その屈折率とは異なる屈折率を有するガラ
ス管の内面に形成する方法が示されている。ガラ
ス管と薄膜状のガラスには線引加工が施され、そ
の結果、夫々の断面積が縮小する。線引加工され
たガラスは次に、圧潰され、この処理により断面
が中実のフアイバが形成される。これにより、薄
膜状のガラスからコアが、そして、ガラス管から
はクラツドが形成される。
又、多層のコアとクラツドをプレフオームの内
面に付着させる方法も公知である。プレフオーム
には圧潰処理と線引加工が施され、その処理の結
果、コアとクラツドの周りを取り囲む支持層がプ
レフオームから形成される。この方法で形成した
フアイバを伝播する光は、コアとクラツドから成
る導光部内に閉じ込められ、その周囲の支持層と
は全く反応しない。このため、支持層の光学的特
質はコアやクラツドの光学的特質に比べてかなり
劣る。多層のコアとクラツドを使用する方法の詳
細は、米国電気電子学会発行のプロシーデイング
誌（1973年版1280号）の「低伝送損失型の指標付
光フアイバの製造方法」や同誌（1973年版1281
号）の「融着された二酸化ケイ素製のコアを備え
る低伝送損失型光導波管」に記載されている。
更に、楕円形のコアを備え、偏波面保存型の光
フアイバを楕円形のコアを備えるプレフオームか
ら線引することも可能である。このプレホーム
は、円筒形のプレフオーム或いはチユーブの中心
部を若干真空状態にして圧潰することによつて形
成できる。又、楕円形のプレフオームは、チユー
ブ壁の肉厚を異ならせ、次いで、そのチユーブを
軟化点まで加熱して圧潰することによつても製造
することができる。圧潰処理とその後の線引加工
中に生じる壁面の表面張力によつて、フアイバの
コアが断面楕円形に変形する（米国特許第
4274854号参照）。
（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、検出精度が高く、構造の簡単
な光フアイバ回転センサを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、偏波面
を保持できる単一モードの光フアイバをコアと、
コアと協働して導光部を形成するクラツドと、該
クラツドを取り囲む支持層とを含ませて成り、コ
アの断面形状を楕円形にして直交する基本モード
を案内し、更に、コアの楕円率を大きくし且つコ
アとクラツドの屈折率を大きく異ならせて直交基
本モード間でエネルギー交換が行われないように
し、支持層の断面を非円形にして、その一部を基
準面とし、基準面を基にして一定の状態で巻回し
て光フアイバをコイル状に形成し、導光部を支持
層の一側に十分に近接させた上で、光フアイバの
両端部近傍で導光部を支持層から露出させると共
に、露出させた導光部を結合して一個の方向性結
合器を光フアイバに一体的に形成し、光フアイバ
の一端を干渉性の偏光源に、その他端を光センサ
に夫々接続して、偏光源から発つせられた光を方
向性結合器で分光してその一部を光フアイバの一
端側の入力部へ、残りを他端側の出力部に夫々送
り込み、分光された光が夫々光フアイバ内を伝播
して反対側の端部から送り出され、この送り出さ
れた光を方向性結合器で再び結合し、結合された
光を光センサで受光することを特徴とする光フア
イバ回転センサを提供する。
（実施例） 第１図に示す誘電体であるコア２０は、電界Ｅ
及び磁界Ｈをその軸方向に案内する。このコア２
０の断面形状は楕円形で、図中、長い方の直径を
２ａ、短い方の直径を２ｂで示してある。単一モ
ードの光フアイバには、斯かる構成のコア２０が
用いられ、誘電率と屈折率が比較的高く、電磁エ
ネルギーである光をコアの軸方向に確実に案内す
る。コア２０の屈折率を、その周囲の媒体の屈折
率や、コアの大きさ、光の波長に応じて適宜設定
すれば電界と磁界は単一モードとなる。第１図に
示す電磁界は0HE11モードの電磁界である。
単一モードによる光伝送の利点は光フアイバを
光学装置に結合する電磁場を確実に形成できるこ
とにある。又、光がフアイバを伝播する時に、そ
の位相速度やグループ速度等の光伝送状態が比較
的一定であることも利点の一つである。ここで、
グループ速度とは変調や情報が光フアイバを伝播
する速度を云う。そこで、情報の長距離伝送を確
実にするには、このグループ伝送を、特に周波数
に影響されることなく一定に保つて、情報伝送中
に、その情報が特定の領域に集中して、所謂「間
延び」しないようにすることが大切である。又、
センサ用フアイバの信号の位相を基準フアイバの
基準信号の位相と比較する構成の光フアイバセン
サでは、位相速度を一定に保つことが重要な要件
となつている。
ところが、単一モードによる伝送では、信号の
偏波面（又は偏光面）がコア２０と必ずしも一定
の角度位置関係にあるとは限らない。偏波面の伝
播方向は電場のベクトルＥ方向であり、第１図で
は光は縦方向に偏光する。
単一モードの光フアイバを使用したセンサでは
フアイバの一端側の光信号の位相が計測すべき環
境パラメータと関数関係にある。この位相変化は
フアイバの長さが物理的に変つたり、コア２０の
屈折率が変わると起きる。然し、コアが偏波面を
保持できない場合は、光がコア２０の軸心に沿つ
て伝播する際に、その偏波面が不規則に変化する
傾向にある。偏波面が不規則に変化すると検出し
た信号に変化が起きる。その理由は偏波面の伝播
方向が180度回転するとフアイバの他端側で180度
の位相変化が起こるからである。従つて、センサ
に利用する場合には、光がコアを伝播する間、偏
波面がフアイバとある一定の角度関係を保つ必要
がある。
信号の偏波面を光フアイバ内で保持するには、
フアイバの光学特性を異方向性、即ち、偏波面の
角度がフアイバに対して関数関係になけらばなら
ない。斯かる異方向性の光フアイバを製造する方
法の一つに、コア２０の断面形状を楕円形又は非
円形にして、その断面内に長さの異なる２本の直
交軸を存在させる方法がある。この方法によつて
製造した光フアイバでは夫々の軸方向に偏光する
光信号の偏波面どうしが結合しない、即ち、直交
伝播モード間でエネルギー交換が行われない。２
本の直交軸の内の一方の軸と整合関係にある斯か
る構成のフアイバの場合、入力される信号がフア
イバを伝播する時に、その軸と整合関係を保つ傾
向にあり、信号の偏波面が保持される。
本発明では、単一モード光フアイバの導光部の
一部を構成するコアの断面を非円形にして、その
断面内に存在する２本の直交軸の長さを十分に異
ならせたので偏波面を両軸に沿つて保持できる。
又、導光部をフアイバの一部において、その一側
に十分に近接させたので直交伝播モードに沿つて
案内されてきた光波どうしを確実に結合できる。
更に、フアイバの外形を非円形にしたので、導光
部及びコアの２本の直交軸の位置関係がフアイバ
の外部からも判断できる。第２図に示す実施例に
おいて、光フアイバ２５は、比較的屈折率の高い
楕円形のコア２６と、コアの周りを取り囲む、コ
アに比べると屈折率の低いクラツド２７とを備え
る。コアとクラツドの大きくや屈折率を適宜選ぶ
ことによつて導光部を単一モードにすることがで
きる。コアの形状が楕円形であれば、コアとクラ
ツドで構成する導光部は光信号の偏波面の伝播方
向を直交する２本の軸方向に保持する。換言する
と、断面が楕円形であるコアの長軸と短軸は、こ
の直交する２軸であつて、それらの軸方向に偏光
する光波どうしが結合するのを阻止する。
コア２６とクラツド２７が構成する導光部を取
り囲むのは支持層２８で、この支持層はフアイバ
の機械的強度を高め、又、その取り扱いを容易に
する。支持層２８は導光部を構成しないので、そ
の光学特性はコア２６とクラツド２７程には重要
でない。尚、光がクラツド２７側に取り込まれな
いように、支持層はクラツド２７より屈折率が高
く設定されている。
第２図に示すように、支持層２８の肉厚の薄い
部分や、結合度を所望の高さまで高めたい場合に
は、更にクラツド２７の一部を（例えば、第２図
に破線で示す箇所までエツチング処理することに
よつて）取り除けば、コア２６とクラツド２７か
ら成る導光部がフアイバの表面まで十分に近づく
ので、案内されてきた光波どうしを結合すること
ができる。又、フアイバのある部分を線引加工し
てその部分を縮径させて導光部を相対的に拡大し
ても、同様の結果が得られる。
第２図において、支持層２８が画定するフアイ
バの外面は断面がＤ字形であり、導光部に近接し
た側の一面は楕円形の導光部の長軸と平行に延在
する平面２９となつている。このようなＤ字形の
光フアイバはその平面２９側を基準面にすれば、
偏光に対して反応する光学装置に容易に接続でき
る。ところで、ソリツドステートレーザ等の光学
装置３０では、第３図に示すように、水平方向に
偏光する光源３１を備えており、光フアイバ２５
のコア２６が光源３１と整合関係にあり且つ好ま
しい偏光方向が水平方向であれば、斯かる光フア
イバ２５に結合可能である。光源と光フアイバを
容易に整合させるには、例えばチツプ３３の頂面
である水平面を削り取つて基準摺動面とすること
もできる。この摺動面は周知の写真平板等のマイ
クロエレクトロニクス技術を利用すれば形成でき
る。同様に、２本の光フアイバを同軸的に添継ぎ
して、基準孔を形成したチツプに、Ｄ字形フアイ
バの平面側を整合させても良い。
第２図に示すＤ字形フアイバ２５の導光部はそ
の幾何学的中心３５（面心又は重心を意味する）
から平面側に変位した位置にあるのが好ましい。
具体的には、導光部が平面２９からコアの径の平
均値の数倍の範囲内に位置していれば、フアイバ
の一部の外面をエツチング処理すると、導光部は
平面２９から露出して導光部とフアイバの表面間
で光エネルギーの交換が徐々に行われる。図示実
施例では、導光部の平面からの離間位置がコアの
平均径の３倍程度に設定されている。ここで、楕
円形のコア２０の平均径とは、長軸と短軸の夫々
の半分の和（ａ＋ｂ）を意味する。
断面がＤ字形の光フアイバの平面２９が導光部
からコアの平均径の数倍の範囲内に位置していて
も、平面２９はクラツドの内部に位置するので光
フアイバに伝送損失が生じることはない。クラツ
ド２７の内部でも光は伝播しているが、平面２９
が形成された支持層２８に到達する光量は、実質
的には全く無に等しい。フツ化水素酸等のエツチ
ング剤でもつて光フアイバ外面の所定箇所をエツ
チング処理すると、平面２９の位置が内側へ移動
（たとえば、第２図に示す破線位置）してクラツ
ド２７を介してコア２６と平面２９との間を光が
伝播する。コアがフアイバの中心に位置する場合
は、エツチング処理後に支持層が全て腐食してし
まうので、そのような処理は難しい。
コアと光フアイバ間で徐々に光エネルギー変換
を行う最も重要な装置に方向性結合器がある。方
向性結合器は、分光器を光フアイバで構成したも
ので、単一モード光フアイバを使用したトランス
デユーサの製造に欠かせない装置である。第４図
に従来の分光器４０を示してあるが、この分光器
は一部が銀メツキされた鏡から成り、入射された
光の一部を伝送すると共に他の部分を反射する。
光源A′から光が通常45度の角度で分光器４０の
面に入射され、入射された光は分光器を通過する
光C′と反射する光D′とに分かれる。この分光器４
０は、以上の機能に加え、２本の入射光を結合す
るためにも使われる。図中、破線で示した入射光
B′を分光器４０の面に45度の角度で、そして、
入射光A′には90度の角度で照射すると、それら
の出力光C′及びD′は入射光A′及びB′の結合され
た光となる。
第５図は断面がＤ字形の光フアイバ４４，４５
を２本を使つて製造した方向性結合器の一例を示
す図である。これら２本の光フアイバは第２図の
光フアイバと同様のフアイバで、平板４６の板上
に近接配置されている。光フアイバ４４，４５は
一部（その長さを図中ｌで示している）にエツチ
ング処理を施してあり、それらの部分は当接して
いる。そして、夫々の光フアイバの導光部は整合
関係にあり、先程の長さｌに該当する箇所の導光
部で光エネルギーが徐々に交換される。第５図に
示す実施例では、断面がＤ字形の光フアイバは、
応力が加わつていない時に、その形状が直線では
なく湾曲しており、しかも、その平面が湾曲した
光フアイバの凸部側に位置するので、導光部を簡
単に整合させることができる。光フアイバを湾曲
させるには、支持層の熱膨張率と、コアとクラツ
ドから成る導光部の熱膨張率とが大きく異なるよ
うな材料を使用するとよい。熱膨張率が異なるこ
れらの部材は光フアイバを線引加工した後に冷却
すると、収縮率が異なるので、光フアイバは第５
図に示すような湾曲形状となる。湾曲形状の光フ
アイバを使用すると、光フアイバを平板の板上に
横置した時に、光フアイバの平面が縦方向に整合
される。よつて、光フアイバにエツチング処理を
施した部分（ｌで示す部分）どうしを容易に係合
させることでき、接着剤４７をその箇所に塗れば
双方が固着する。
第５図の方向性結合器の動作は、第６図に示す
ように光フアイバ４４，４５の夫々のコア４８，
４９に形成された電場Ｅと磁場Ｈの交換状態から
理解できよう。入力された光信号Ａの電磁エネル
ギーの一部は、一方のコア４８から他方のコア４
９へ伝播される。一般に、コア４８からコア４９
へ伝播される信号Ａの相対的なエネルギー量は単
位長さ当たりの結合量と、結合している長さｌに
比例する。
光フアイバは、導光部を構成するコアとクラツ
ドを備えるプレフオームを形成し、そのプレフオ
ームを線引加工して形成する。線引加工に際して
は、線引速度と温度を制御してプレフオームの断
面形状を完成した光フアイバの断面形状が同じに
なるようにする。また、線引加工した光フアイバ
の導光部は、光フアイバの一側に十分に近接させ
ておくのが好ましい。十分に近接させておけば、
光フアイバの外面から比較的少量の素材を取り除
くだけで光と導光部を結合できる。
以上に述べた要領で製造したプレフオームは、
その断面を第２図に例示したフアイバ２５と同じ
断面にすることができる。斯かるプレフオームの
製造に際しては、先ず、楕円形のコアとクラツド
を中央に位置させた円筒状のプレフオームを（公
知の加工技術を利用して）作製する。次いで、プ
レフオームの一面を研磨して、その断面をＤ字形
にする。研磨されたＤ字形のプレフオームの平面
側は楕円形のコアの長軸に平行に延在する。その
後、Ｄ字形のプレフオームを線引加工して第２図
の光フアイバ２５を作製する。このフアイバの断
面形状は、そのプレフオームの断面形状と略々同
じである。
第８図は、線引加工を正確に制御するのに適し
た線引加工機を示す。プレフオームをその軟化点
前後まで加熱する線引加工機の心臓部は、外部の
誘導コイル６１と、内部のグラフアイト製環状体
６２とから成る誘導炉６０である。環状体６２は
長さが約2.5cmで、直径が約2.5cm、そして、コア
孔が約0.6cmである。誘導コイル６１は、高周波
電源６３によつて励起され、励起されると加熱電
流がグラフアイト製の環状体６２に流れる。この
時の温度は、光学式の高温計６４で測定し、又、
電源６３を調節する制御装置６５で確認する。
尚、グラフアイト製の環状体６２の焼付きを阻止
するには、環状体６２は、ガス供給源６７から供
給されるアルゴン等の比較的不活性なガスで充填
された縦型のガラス製シリンダ６６内に挿入する
とよい。
プレフオーム６８はシリンダ６６の頂部から供
給され、グラフアイト製の環状体６２の中央部に
挿入される。環状体６２が加熱されると、その熱
でプレフオーム６２が軟化する。プレフオームを
線引加工して光フアイバが製造されるのは環状体
６２の略々中心部である。この環状体６２には、
ガラス製のシリンダ６６に取り付けられた支持リ
ング７２上に載置される複数本の脚部７１が突設
されている。
線引加工の結果に影響を及ぼす重要なパラメー
タは、線引が行われる箇所へプレフオームが供給
される供給速度Vpと、その箇所の温度及びフア
イバ６９が線引き箇所で線引される線引速度Vf
である。そして、この温度と線引速度Vfでフア
イバ６９を線引きする時のテンシヨンが決まる。
このテンシヨンは、連続的に配設したテンシヨン
ローラ７３によつて制御される。テンシヨンロー
ラ７３は又、フアイバ６９をガラス製のシリンダ
６６の底部か同軸的に線引きする。一方、プレフ
オームの供給速度Vpは、縦方向に直線的に摺動
する摺動部材によつて設定される。全体を参照番
号７４で示すこの摺動部材は駆動モータ７５によ
つて駆動される棒ネジを備える。摺動部材７４に
よつて駆動される縦置のシヤフト７６はガスシー
ル７７を貫通してガラス製のシリンダ６６内に延
入する。このシヤフト７６の一端にはフイリツプ
チヤツク７８が設けられており、このチヤツクは
プレフオーム６８の上端を握持する。他方、線引
速度Vfは、ガラス製のシリンダ６６の下方に横
設された巻取ドラム７９で設定する。この巻取ド
ラム７９は、回転自在に軸支され、減速ギヤ８２
を介して巻取モータ８１によつて駆動される。フ
アイバ７３を巻取ドラム７９に螺旋状に巻回する
ために、巻取モータと同様、巻取ドラムも水平方
向に直線的に摺動する摺動部材８３上に取り付け
られている。この摺動部材８３はドラム前進モー
タ８４によつて駆動される棒ネジを備える。
プレフオームを製造する周知の方法の一つに、
純粋なケイ素製のクラツドとグルマニウム製のコ
アとをケイ素製のチユーブの内面に付着させる方
法がある。クラツドとコアは、四塩化ケイ素と四
塩化ゲルマニウムの熱分解によつて形成される。
これらの物質は1800℃前後に加熱された誘電炉内
でケイ素製のチユーブ内部を循環する。次いで、
ケイ素製のチユーブの外面の径方向の反対側が研
磨処理によつて平面状となり、その後、チユーブ
が圧壊されると共に、軽く線引されて、外形の断
面が円形で、径が約2.8mm、そして、コアとクラ
ツドが楕円形のプレフオームが形成される。この
プレフオームが仕上がると、その一側が研磨され
て平面状となる。この平面は楕円形のコアの長軸
と平行に延在し、クラツドからの離間距離が
0.001mm程度となる。以上の処理によりプレフオ
ームは断面がＤ字形となる。そして、この断面が
Ｄ字形のプレフオームを約1790℃の温度の下で線
引して光フアイバを形成する。この時、プレフオ
ームの供給速度は秒速約0.3ｍで、その線引速度
は秒速約0.5ｍである。パラメータを以上の如く
設定すると線引時のテンシヨンが最も実用的とな
り、又、フアイバが切断されない。これによつて
完成したフアイバは、第２図に示す断面がＤ字形
で、最大径が約85ミクロンのフアイバとなる。プ
レフオームを線引してフアイバを形成する間この
断面形状は保持されるが、その理由は、線引時の
テンシヨンが高く、また、プレフオームの径が比
較的小さく且つ誘電炉が局部的に加熱されるから
である。
本発明の特徴は一つである一体型の方向性結合
器を製造するには、先ず、第２図のフアイバを２
本準備して、それらをチユーブに挿入する。この
時、２本のフアイバの導光部を互いに整合関係に
且つ、夫々の導光部に最も近接したフアイバの一
側を対向関係に配設する。次いで、チユーブを線
引すると共に、チユーブとフアイバを加熱して双
方を融着する。フアイバは、導光部の径を小さく
するために、チユーブの軸方向に線引きするのが
好ましい。導光部の径を小さくすることができれ
ば、フアイバコアがクラツド側に延入するので、
２本のフアイバ間で所望の結合度が得られる。必
要ならば、線引加工中、結合率をモニターして所
要の結合度に達した時点で加工操作を終了するこ
とも可能である。
第９図及び第１０図は具体的な製造方法を示す
図で、同図に示すように、一対のフアイバ９１，
９２がケイ素製のチユーブ９３の内部に挿入され
る。２本のフアイバ９１，９２の断面は、第２図
に示すＤ字形が好ましく、これらのフアイバは、
その平面側を対向させてチユーブ１１３内に挿入
される。チユーブ９３の内部はその径が、一対の
フアイバを合わせた径よりも若干大きいのでフア
イバ９１，９２の導光部は、フアイバをチユーブ
９３に挿入した時点で自動的に整合する。なお、
フアイバをチユーブに圧入する際に、一対のフア
イバ９１，９２を整合させた上で、予め、その中
間部を電気アークで接合しておいてもよい。その
後、チユーブ９３の端部を第１１図及び第１２図
に示すように、小型の引張装置で締め付ける。
引張装置１００は、直線的に摺動するベース１
０１と、ベース１０１に固着された固定ブロツク
１０２と、ベース１０１に支持された摺動ブロツ
ク１０３とを備える。摺動ベース１０１とブロツ
ク１０２，１０３は光学的なベンチ部材である。
そして、チユーブ９３の一端が固定ブロツク１０
２に、その他端が摺動ブロツク１０３に夫々締め
付けられる。摺動ブロツク１０３の直線運動は、
ストツパ１０５によつて制限される。ストツパ１
０５は固定ブロツク１０２に固着されており、摺
動ブロツク１０３に固着されたマイクロメータ１
０４と協働する。チユーブ９３の両端をブロツク
１０２，１０３で締め付けた後マイクロメータ１
０４の極面と、その極面と協働するストツパの一
面との間の隙間を調節するとチユーブ９３が引き
伸ばされた時の延伸度を設定することができる。
線引時のテンシヨンの度合いはバネ１０８によつ
て制御され、滑車１０８から懸吊する重錘１０７
により設定される。
ケイ素製のチユーブ９３は、軟化点まで加熱さ
れた時に線引きされる。加熱は、電力源１１０に
よつて励起される白金コイル１０９で行う。チユ
ーブ９３の断面積は線引時に圧搾されるので減少
する。２本の光フアイバ９１，９２の結合率は、
結合器の入力部Ａにレーザ１１１を照射し且つ、
出力部Ｃ，Ｄの出力結果を光センサ１１２で検出
することで線引中に確認できる。第１１図と第１
２図に示す引張装置は半自動的な装置で、所望の
結合度が得られる迄、結合率を確認しながら線引
加工が何度も繰り返される。
第９図〜第１２図に示す方法は断面がＤ字形の
フアイバを使用した方向性結合器を製造したが、
コアが中心から変位している他の構成のフアイバ
であつても、この加工方法を利用して結合できる
ことは理解できよう。フアイバの中心から変位し
た任意の断面形状を有するコアに対応するには、
コアを先ず位置決めしておいてから接合するとよ
い。又、コアの位置が中心から変位し、しかも、
フアイバの外面とコアの間の離間距離が比較的短
い場合は、結合するフアイバのその部分にエツチ
ング処理を施して導光部をフアイバの表面から露
出させるとよい。
第９図〜第１２図に示した方法で方向性結合器
を製造すると、ケイ素ガラス製のチユーブ６３は
その中間部で融着された一体型の方向性結合器と
なる。ジヤイロスコープ等の装置では、結合率が
長時間安定し且つ、衝撃や応力に対する高い抵抗
力が求められるが、その点で、同図に示す本願発
明の方向性結合器は、第５図のそれに比べて斯か
る装置により適している。
本発明では、偏波面を保持できる単一モードの
光フアイバを使用して、第１３図に示すような、
レーザとフアイバを組み合わせたジヤイロスコー
プである光フアイバ回転センサを構成する。本発
明の光フアイバ回転センサでは、先に説明した断
面がＤ字形の光フアイバを筒状の支持体２０１に
巻き付けてコイル２００を形成し、このコイル２
００に光信号を入力する。コイル状のフアイバ２
００と支持体２０１は熱膨張率が同じであるのが
好ましい。光信号はレーザ２０２から供給され、
その信号はフアイバの入力側の端部である一端に
入力され、入力された信号は方向性結合器２０３
で分光されて、コイルを反対方向に同時に進む。
そして、コイル２００の両端から送り出されて来
た光信号は、方向性結合器２０３を介して光セン
サ１０４に送られ、そこで、２つの信号の位相が
比較される。２つの信号の位相に差があると、そ
の差から回転センサ全体の角速度や角加速度が判
明する。コイルの径やコイルに巻き付けたフアイ
バの巻数が回転センサの感度を決定する。
本発明では、一本の光フアイバを使つて図示の
ジヤイロスコープである回転センサを構成する。
そして、光源であるレーザ２０２と、コイル状に
巻回したフアイバ２００の第１端部との間のフア
イバの一部と、光センサ２０４とコイル状に巻回
したフアイバ２００の第２端部との間のフアイバ
の一部とを接合して、先に説明した型の方向性結
合器２０３を形成している。この方向性結合器２
０３は、レーザ２０２から発信された信号の一部
をフアイバ２００の第１端部に入力すると共に、
同第１端部から送り出されてくる信号の一部を光
センサ２０４に入力する。フアイバ２００の第２
端部から送り出される信号は、この方向性結合器
２０３を介して光センサ２０４に直送される。即
ち、本発明では、光フアイバを一本、そして、方
向性結合器も一個しか必要ないので、回転センサ
の構造を簡略化でき且つ製造費を最小限に抑える
ことができる。
コイル２００は、断面がＤ字形のフアイバの平
面部分を支持体２０１の表面に係合させながら支
持体に巻き付けて形成する。従つて、フアイバの
コアと支持体の表面の位置関係を常に一定に維持
することができる。これは、フアイバの複屈折軸
をコアと支持体に対して正確に位置決めできるこ
とを意味する。通常、フアイバを円筒状の支持体
にコイル状に巻き付けるとフアイバの湾曲によつ
て応力複屈折が加わる。この応力複屈折を制御で
きないと、フアイバの複屈折軸に追加されて、追
加された結果としての複屈折軸が本来の複屈折軸
と一致しなくなる。本発明では、応力複屈折の軸
とフアイバの軸を正確に整合できるので、応力複
屈折をフアイバの複屈折に単に加えたり引けば、
複屈折が異なる方向となることはない。本発明の
場合、フアイバが捩れないので複屈折の軸はコイ
ル状に巻き付けたフアイバの全長に亙つて正確に
位置決めでき、従つて、偏波面を確実に保持でき
る。
又、本発明では、複屈折軸を正確に位置決めで
きることに加えて、フアイバ２００の平面側を支
持体の表面に巻き付けたので、光路長の長さに変
化が生じない。繰り返すと、本発明では、コイル
の全長に亙つて捩れが生じない上に、支持体とコ
アとの間の距離を一定に保持できるので、コイル
状に巻き付けたフアイバを反対方向に進む二つの
信号の位相差から、角速度や角加速度を非常に高
い正確度で割り出すことができる。
更に、本発明の光フアイバ回転センサでは、レ
ーザ２０２にフアイバの一端を接続する際に、非
円形のフアイバ一面を基準面として使用して、コ
アの直交軸の一方の軸をレーザから発信した光凌
ぐの偏波面に正確に整合させている。このレーザ
２０２はソリツドステートの単一長軸モードが好
ましい。斯かるレーザの出力は、通常、結合面に
沿つて偏光するので、楕円形のコアは0HE11モー
ドとなる。このモードでは電場が楕円形のコアの
長軸側に位置する。尚、レーザとの結合部に平行
に延在する基準面は、結合面の一側に形成され
る。よつて、光フアイバの平面側をその基準面に
合わせた上で、レーザの結合部に押し付けると、
レーザの結合部は、楕円形のコアの長軸に正確に
整合することになる。従つて、本発明では、フア
イバをレーザに簡単且つ正確に結合できると共に
信号がレーザから光フアイバに送信される時に、
光信号の偏波面の伝播方向をフアイバの複屈折軸
に対して正確に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は楕円形のコアの直交伝播モードを説明
する斜視図、第２図は本発明に使用する光フアイ
バの断面形状を示す略図、第３図は光フアイバを
光源に結合した状態を示す図、第４図は従来の分
光器の原理を説明する図、第５図は方向性結合器
の製造方法を示す図、第６図は第５図の方向性結
合器において一方の光フアイバのコアと他方の光
フアイバのコアとの間での電磁エネルギの交換状
態を説明する図、第７図は本発明の光フアイバを
製造する線引加工機を示す略図、第８図は本発明
の一体型方向性結合器の平面図、第９図は第８図
の−線断面図、第１０図は光フアイバを融着
して形成した第８図と第９図の方向性結合器を製
造する小型の引張装置の平面図、第１１図は第１
０図の引張装置の正面図、第１２図は本発明の一
実施例に係る光フアイバ回転センサの略図。 ２００……コイル（フアイバ）、２０１……支
持体、２０２……レーザ（光源）、２０３……方
向性結合器、２０４……光センサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 偏波面を保持できる単一モードの光フアイバ
    を利用した光フアイバ回転センサであつて、 前記光フアイバは、コアと、該コアと協働して
    導光部を形成するクラツドと、該クラツドを取り
    囲む支持層とを含んで成り、 前記コアの断面形状を楕円形にして直交する基
    本モードを案内し、更に、前記コアの楕円率を大
    きくし且つ、該コアと前記クラツドの屈折率を大
    きく異ならせて前記直交基本モード間でエネルギ
    ー交換が行われないようにし、 前記支持層の断面を非円形にして、その一部を
    基準面とし、該基準面を基にして一定の状態で巻
    回して光フアイバをコイル状に形成し、 前記導光部を前記支持層の一側に十分に近接さ
    せた上で、前記光フアイバの両端部近傍で前記導
    光部を前記支持層から露出させると共に、露出さ
    せた該導光部を結合して一個の方向性結合器を光
    フアイバに一体的に形成し、 前記光フアイバの一端を干渉性の偏光源に、そ
    の他端を光センサに夫々接続して、該偏光源から
    発つせられた光を前記方向性結合器で分光してそ
    の一部を前記光フアイバの一端側の入力部へ、残
    りを他端側の出力部に夫々送り込み、分光された
    光が夫々前記光フアイバ内を伝播して反対側の端
    部から送り出され、この送り出された光を前記方
    向性結合器で再び結合し、結合された光を前記光
    センサで受光することを特徴とする光フアイバ回
    転センサ。 ２ 前記光センサの検出結果がコイル状に巻回し
    た光フアイバの角速度を表す請求項１の光フアイ
    バ回転センサ。 ３ 前記方向性結合器は３デシベルの方向性結合
    器である請求項１の光フアイバ回転センサ。 ４ 前記光フアイバの両端部近傍を結合して形成
    した前記方向性結合器における夫々の導光部は整
    合関係にあり、また、該導光部に最も近接した側
    の光フアイバ表面は対向関係にある請求項１の光
    フアイバ回転センサ。 ５ 前記方向性結合器を形成するために結合した
    前記導光部のコアは、夫々のクラツド側まで延在
    して、該結合部において所定度の結合を行う請求
    項４の光フアイバ回転センサ。
JP59034136A 1983-02-25 1984-02-23 繊維光学回転センサ Granted JPS59166810A (ja)

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US469977 1983-02-25

Publications (2)

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JPS59166810A JPS59166810A (ja) 1984-09-20
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