JPH0658227B2 - Light fiber gyro - Google Patents

Light fiber gyro

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JPH0658227B2
JPH0658227B2 JP25072786A JP25072786A JPH0658227B2 JP H0658227 B2 JPH0658227 B2 JP H0658227B2 JP 25072786 A JP25072786 A JP 25072786A JP 25072786 A JP25072786 A JP 25072786A JP H0658227 B2 JPH0658227 B2 JP H0658227B2
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JP
Japan
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coil
optical fiber
light
coupler
depolarizer
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JP25072786A
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JPS63106519A (en
Inventor
勝就 岡本
昭一 須藤
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光ファイバにより構成されたジャイロに関し、
飛翔体やロボットの姿勢制御等に用いて好適なるもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Field of Application> The present invention relates to a gyro composed of an optical fiber,
It is suitable for use in attitude control of flying objects and robots.

〈従来の技術〉 複屈折ファイバを用いた従来の光ファイバジャイロの構
成を第8図に示す。第8図で、レーザ1からの出射光は
レンズ2で平行光にされ、バルク偏光子4で複屈折ファ
イバ7の主軸方向に偏光した直線偏光となり、レンズ5
でファイバに入射される。ファイバに入射された光は、
3dB光結合器6で一対一に2等分されファイバコイル7
を右回りに伝搬する光と左回りに伝搬する光に分けられ
る。ファイバコイルを右回りと左回りに伝搬した光は、
3dB光結合器6で再び合波されレンズ5、偏光子4を通
過した後、ハーフミラー3で反射されてレンズ10を通
過した後に光検出器9に入る。光検出器9は、光ファイ
バ内を右回りに伝搬した光と、左回りに伝搬した光との
干渉光強度に比例した光電流を生ずる。光ファイバジャ
イロでは、光ファイバの回転に応じて、光ファイバ内を
左右両回りに伝搬する光の光路長に差が生じる。この様
な現象はSagnac効果として知られておりE.J.Post“Sagn
ac Effect"Rev.of Modern Phys.vol.39-2,P.475-493(19
67)に詳細に記述されている。左右両回り光の光路差に
対応して両回り光の間に位相差が生ずる。
<Prior Art> A configuration of a conventional optical fiber gyro using a birefringent fiber is shown in FIG. In FIG. 8, the light emitted from the laser 1 is collimated by the lens 2 and converted into linearly polarized light by the bulk polarizer 4 in the direction of the principal axis of the birefringent fiber 7.
Is incident on the fiber. The light incident on the fiber is
The 3 dB optical coupler 6 bisects one-to-one into a fiber coil 7
Is divided into light propagating clockwise and light propagating counterclockwise. The light propagating clockwise and counterclockwise in the fiber coil is
After being combined again by the 3 dB optical coupler 6 and passing through the lens 5 and the polarizer 4, it is reflected by the half mirror 3 and passes through the lens 10 before entering the photodetector 9. The photodetector 9 produces a photocurrent proportional to the intensity of interference light between the light propagating clockwise in the optical fiber and the light propagating counterclockwise. In the optical fiber gyro, the optical path length of light propagating in the optical fiber in both left and right directions varies depending on the rotation of the optical fiber. Such a phenomenon is known as the Sagnac effect and is known as EJPost “Sagn
ac Effect "Rev.of Modern Phys.vol.39-2, P.475-493 (19
67). A phase difference occurs between the two-direction light corresponding to the optical path difference between the two-direction light.

ここで、λは真空中の光源の波長、Cは真空中の光速
度、Rは光ファイバコイルの半径、Lは光ファイバコイ
ルの長さ、Ωは回転角速度である。従って、光検出器か
らの光電流出力Iは、この位相差によって第9図に示
す様に、 I∝1+cos (2) となる。このため、光電流出力の変化を読み取ることに
より、回転角速度Ωを検出できることになる。ただし、
式(2)の場合には微少回転(≪1)の場合に出力Iが
ほぼ一定値となり回転検出が不可能となるために、第8
図に示す様にPZT振動子8にファイバを巻き付け、P
ZT振動子に交流電圧を加えてファイバ中に伝搬する光
に位相変調を加える。いま、PZTに印加する交流電圧
の角周波数をωm、位相変調度をmとすると光検出器の
出力電流I(t)は I(t)∝1+cos〔+mcos(ωmt)〕 =1+coscos〔mcos(mt)〕-sinsin〔mcos(ω
mt)〕 =1+cos{Jo(m)+2J2(m)cos(2ωmt)+…} +sin{2J1(m)sin(ωmt)+…} (3) となる。ただし、Jo,J1,J2はベッセル関数であ
る。I(t)の角周波数成分の中で、ωmの成分を同期検波
することにより出力 I1∝sin・2J1(m) (4) が得られる。微少回転《1の場合式(4)は I1∝・2J1(m) (5) となり回転角速度に比例した出力が得られる。
Here, λ is the wavelength of the light source in vacuum, C is the speed of light in vacuum, R is the radius of the optical fiber coil, L is the length of the optical fiber coil, and Ω is the rotational angular velocity. Therefore, the photocurrent output I from the photodetector becomes I∝1 + cos (2) due to this phase difference, as shown in FIG. Therefore, the rotational angular velocity Ω can be detected by reading the change in the photocurrent output. However,
In the case of the formula (2), the output I becomes a substantially constant value in the case of a minute rotation (<< 1) and the rotation cannot be detected.
As shown in the figure, wind a fiber around the PZT oscillator 8
An AC voltage is applied to the ZT oscillator to apply phase modulation to the light propagating in the fiber. Now, assuming that the angular frequency of the AC voltage applied to the PZT is ω m and the phase modulation degree is m , the output current I (t) of the photodetector is I (t) ∝1 + cos [+ m cos (ω m t) ] = 1 + cos cos [ m cos ( m t)]-sinsin [ m cos (ω
m t)] = 1 + cos {J o ( m ) + 2J 2 ( m ) cos (2ω m t) +…} + sin {2J 1 ( m ) sin (ω m t) +…} (3) Become. However, J o , J 1 , and J 2 are Bessel functions. The output I 1 ∝sin · 2J 1 ( m ) (4) can be obtained by synchronously detecting the component of ω m in the angular frequency component of I (t). In the case of minute rotation << 1, formula (4) becomes I 1 ∝ · 2J 1 ( m ) (5), and an output proportional to the rotational angular velocity is obtained.

ここで、従来より第8図に示したハーフミラー3及び偏
光子4を光ファイバで構成した3dB結合器及び偏光子で
置換えた光ファイバジャイロが知られている。しかしな
がら、ファイバコイル7として単一モード光ファイバ
(意図的に複屈折を生じさせない光ファイバ)を用いる
場合には、振動や温度変化によって光の偏波状態が変化
してジャイロの性能が低下してしまうため、光源1から
出射された可干渉性の有る光をデポラライズ(偏波解消
或いは可干渉性解消)し、振動や温度変化等の外乱が加
わっても干渉性の雑音が生じないようにする必要があ
る。このため、偏波解消器を光源1と3dB結合器3との
間に介装する必要があり、従来では第10図に示すよう
な一対の複屈折光ファイバ11,12をそれらの主軸
X,Yを45度ずらせて接続して成る偏波解消器を用い
ていた。尚、第10図中、13はコア、14はコア13
に応力を加えて導波路に複屈折を生じさせる応力付与層
である。
Here, there is conventionally known an optical fiber gyro in which the half mirror 3 and the polarizer 4 shown in FIG. 8 are replaced with a 3 dB coupler and a polarizer. However, when a single mode optical fiber (optical fiber that does not intentionally cause birefringence) is used as the fiber coil 7, the polarization state of light changes due to vibration or temperature change, and the performance of the gyro is degraded. Therefore, the coherent light emitted from the light source 1 is depolarized (polarization elimination or coherence elimination) so that coherent noise does not occur even when disturbance such as vibration or temperature change is applied. There is a need. Therefore, it is necessary to interpose a depolarizer between the light source 1 and the 3 dB coupler 3, and conventionally, a pair of birefringent optical fibers 11 and 12 as shown in FIG. A depolarizer made by connecting Y with a shift of 45 degrees was used. In FIG. 10, 13 is a core and 14 is a core 13.
Is a stress-applying layer that applies stress to the waveguide to cause birefringence in the waveguide.

〈発明が解決しようとする問題点〉 単一モード光ファイバから構成した光ファイバジャイロ
に、第10図に示したように複屈折光ファイバから成る
偏波解消器を介装すには、これら性質の異なる光ファイ
バを融着接続させなければならない。このため、接続部
の機械的強度が低下し、また、接続部に保護部材を設け
る場合には光ファイバジャイロが大型化してしまうとい
う問題があった。
<Problems to be Solved by the Invention> In order to insert a depolarizer composed of a birefringent optical fiber into an optical fiber gyro composed of a single mode optical fiber as shown in FIG. Optical fibers of different types must be fusion spliced. Therefore, there is a problem in that the mechanical strength of the connection portion is reduced, and when the protection member is provided in the connection portion, the optical fiber gyro becomes large in size.

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、偏波解
消器も単一モード光ファイバにより構成して光ファイバ
の融着接続部を無くし、小型にして機械的強度の高い光
ファイバジャイロを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above conventional circumstances, and a depolarizer is also configured by a single-mode optical fiber to eliminate a fusion splicing portion of an optical fiber, and to provide an optical fiber gyro with a small size and high mechanical strength. The purpose is to provide.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の光ファイバジャイロは、光源と、光源からの光
の可干渉性を解消する偏波解消器と、偏波解消器からの
光を一対一に分岐する第1結合器と、第1結合器により
二分された光が両端から入射される光ファイバコイル
と、光ファイバコイルの両端から出射された光を検出器
に導びく第2結合器とを備え、回転する系に置かれた光
ファイバコイルに回転方向と同方向に伝搬する光と回転
方向と逆方向に伝搬する光とを入射し、これら光の実効
的光路長差が回転角速度に比例することを利用して当該
回転角速度を検出する光ファイバジャイロにおいて、第
1結合器と第2結合器と光ファイバコイルとを単一モー
ド光ファイバから構成すると共に、偏波解消器を単一モ
ード光ファイバから成る第1コイルと第2コイルとによ
り構成し、第1コイルの中心と第2コイルの中心とを互
いに45度傾けて設定すると共に、第1コイルによる波
束のずれが光源光の可干渉距離より大きく且つ第2コイ
ルによる波束のずれが第1コイルによる波束のずれの2
倍以上となるよう第1コイルと第2コイルとの巻数、直
径及び光ファイバ径を設定したことを特徴とする。
<Means for Solving Problems> The optical fiber gyroscope of the present invention is a light source, a depolarizer for eliminating coherence of light from the light source, and a light from the depolarizer is split into one to one. And a second coupler for guiding the light emitted from both ends of the optical fiber coil to the detector. , The light propagating in the same direction as the rotating direction and the light propagating in the opposite direction to the rotating direction are incident on the optical fiber coil placed in the rotating system, and the effective optical path length difference of these lights is proportional to the rotational angular velocity. In the optical fiber gyro that detects the rotational angular velocity by utilizing the above, the first coupler, the second coupler, and the optical fiber coil are formed of a single mode optical fiber, and the depolarizer is a single mode light. First coil made of fiber and second And the center of the first coil and the center of the second coil are set to be inclined by 45 degrees with respect to each other, and the deviation of the wave packet due to the first coil is larger than the coherence length of the light source light and the wave packet due to the second coil. The deviation of the wave packet due to the first coil is 2
The number of turns of the first coil and the second coil, the diameter, and the diameter of the optical fiber are set so as to be more than double.

〈作用〉 光ファイバジャイロを単一モード光ファイバで構成する
に際し、偏波解消器も単一モード光ファイバで構成し、
光ファイバジャイロを融着接続部の無い小型且つ機械的
強度の高いものとする。
<Operation> When the optical fiber gyro is configured with a single mode optical fiber, the depolarizer is also configured with a single mode optical fiber,
The optical fiber gyro has a small size and high mechanical strength without a fusion splicing part.

〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例に係る光ファイバジャイロを
表す構成図である。図中、16は光源としてのレーザ、
17及び18は偏波解消器19を構成する第1コイル及
び第2コイル、20及び21はそれぞれ3dB結合器、2
2は回転検出用の光ファイバコイル、23はPZT振動
子、24は光検出器であり、偏波解消器19、3dB結合
器20,21、光ファイバコイル22、PZT振動子2
3は単一モード光ファイバからなる連続した系路25中
に配設されている。
<Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. In the figure, 16 is a laser as a light source,
Reference numerals 17 and 18 are first and second coils forming the depolarizer 19, 20 and 21 are 3 dB couplers, 2 respectively.
Reference numeral 2 is an optical fiber coil for rotation detection, 23 is a PZT oscillator, and 24 is a photodetector. The depolarizer 19, the 3 dB couplers 20, 21, the optical fiber coil 22, the PZT oscillator 2
3 is disposed in a continuous system path 25 composed of a single mode optical fiber.

3dB結合器20,21は共に、2本の単一モード光ファ
イバを平行に配してその一部を加熱延伸して作製したも
のであり、光を1:1の強度比で分割する。
Both the 3 dB couplers 20 and 21 are made by arranging two single-mode optical fibers in parallel and heating and extending a part thereof, and split the light at an intensity ratio of 1: 1.

また、検出対象である回転する系(図示せず)に置かれ
る光ファイバコイル22も単一モード光ファイバから構
成され、また、PZT振動子23も単一モード光ファイ
バを巻付けて構成されている。
Further, the optical fiber coil 22 placed in the rotating system (not shown) to be detected is also composed of a single mode optical fiber, and the PZT oscillator 23 is also composed of a single mode optical fiber wound. There is.

そして、光ファイバコイル22を単一モード光ファイバ
で構成した場合に前述したようにレーザ16から出射さ
れた可干渉性の有る光をデポラライズしてジャイロの性
能低下を防止するために、レーザ16と3dB結合器20
との間に偏波解消器19が介装されている。偏波解消器
19を構成している第1コイル17、第2コイル18は
共に単一モード光ファイバから構成されており、それぞ
れ所定の巻数、直径及び光ファイバ径を有する第1コイ
ル17と第2コイル18とによりレーザ16からの光が
デポラライズされ、これによって光ファイバジャイロに
よる安定した回転角速度検出を実現する。
When the optical fiber coil 22 is composed of a single-mode optical fiber, the coherent light emitted from the laser 16 is depolarized to prevent the gyro performance from deteriorating as described above. 3dB combiner 20
A depolarizer 19 is interposed between the and. The first coil 17 and the second coil 18 that compose the depolarizer 19 are both composed of a single-mode optical fiber, and have a predetermined number of turns, a diameter, and an optical fiber diameter, respectively. The light from the laser 16 is depolarized by the two coils 18, which realizes stable rotation angular velocity detection by the optical fiber gyro.

従って、レーザ16から出射された光は、偏波解消器1
9でデポラライズされた後、3dB結合器21で一対一に
2等分されて光ファイバコイル22にその両端からそれ
ぞれ入射し、光ファイバコイルに回転方向と同方向に伝
搬した光とその逆方向に伝搬した光とが3dB結合器20
で再び合波されて光検出器24に入り、光ファイバコイ
ル22を置いた系の回転角速度が検出される。
Therefore, the light emitted from the laser 16 is transmitted to the depolarizer 1
After being depolarized by 9, the 3 dB coupler 21 divides the light into two equal parts one by one and enters the optical fiber coil 22 from both ends thereof, and propagates in the optical fiber coil in the same direction as the rotation direction and in the opposite direction. The propagating light is a 3 dB coupler 20.
Are combined again and enter the photodetector 24, and the rotational angular velocity of the system in which the optical fiber coil 22 is placed is detected.

上記第1コイル17、第2コイル18の設定条件及び作
用を以下に説明する。第2図に示すように、第1コイル
17と第2コイル18とはその中心(主軸Y1,Y2に相
当)を互いに45度傾けて設定されている。そして、各
コイル17,18の直径2R1,2R2、巻数N1,N2、光フ
ァイバの外径2b1,2b2は、第1コイル17による波束の
ずれがレーザ16の光の可干渉距離より大きく且つ第2
コイル18による波束のずれが第1コイル17による波
束のずれの2倍以上となるよう設定されており、2b1=2
b2=2bとした場合には なる条件に設定されている。
The setting conditions and actions of the first coil 17 and the second coil 18 will be described below. As shown in FIG. 2, the first coil 17 and the second coil 18 are set such that their centers (corresponding to the main axes Y 1 and Y 2 ) are inclined by 45 degrees. The diameters 2R 1 and 2R 2 of the coils 17 and 18, the numbers of turns N 1 and N 2 and the outer diameters 2b 1 and 2b 2 of the optical fiber are such that the deviation of the wave packet due to the first coil 17 causes the interference of the light of the laser 16. Greater than distance and second
The deviation of the wave packet due to the coil 18 is set to be at least twice the deviation of the wave packet due to the first coil 17, and 2b 1 = 2
If b 2 = 2b It is set to the condition.

このようなコイル17,18の条件は次のような理由に
より設定される。第3図(A)(B)に示すように、外径2b
の光ファイバ27が曲げ半径Rで曲げられているときE
をヤング率として、光ファイバ内の各軸方向での応力σ
x,σy,σzは次式で与えられる。
The conditions of such coils 17 and 18 are set for the following reasons. As shown in Figs. 3 (A) and (B), the outer diameter 2b
When the optical fiber 27 of E is bent with a bending radius R, E
Is the Young's modulus, and the stress σ in each axial direction in the optical fiber
x , σ y and σ z are given by the following equations.

また、X軸及びY軸(コイルの中心軸)方向に偏波した
直線偏波モード間の伝搬定数差ΔβBENDは、 で与えられる。但し、k(=2π/λ:λは波長)は波
数、nはコアの屈折率、P12,P11はポッケルス係数、
νはポアソン比であり、代表的にはn=1.45、P11=0.
121、P12=0.270、E=7830(kg/mm2)、ν=0.186であ
る。尚、単一モード光ファイバのコア径は外径に較べて
十分小さいので、コア内の光が感じる応力は式(6)で|
X|《bとおいて、 となる。そして、式(9)に上記数値を代入すると、曲げ
によって生ずる複屈折率BBENDは、 と表される。また、偏波モード分散τP(X,Y偏波モ
ード間の遅延時間差)は、BBENDを用いて、 と表される。これより、第1コイル17による両偏波モ
ードの波束のずれΔl1は、 である。この第1コイル17による波束のずれΔl1がレ
ーザ16の光の可干渉距離lcより大きければレーザ光
の可干渉性を解消できるので、波数k等が上記値の場合
には、 なる条件を満足するようにR1及びN1を設定すれば良
い。更にここで、第1コイル17の主軸方向(X1,Y1
軸方向)に偏波した直線偏光が入射した場合には、光は
直線偏光のまま第1コイル17を通過してしまい、可干
渉性が解消されない。このため、あらゆる入射状態の光
の可干渉性を解消するためには、第10図に示したよう
に、第1コイル17に対して45度傾き且つ第1コイル
17による波束のずれΔl1の2倍以上の波束のずれΔl2
を有する第2コイル18を設ける必要がある。すなわ
ち、第2コイル18による波束のずれΔl2は、 でなければならない。従って、式(13)(15)より、 なる条件が第1コイル17のR1,N1と第2コイル18
のR2,N2との間で満足されなければならない。尚、式
(16)は第1コイルの光ファイバ外径と第2コイルの光フ
ァイバ外径とが異なる場合には、これら外径の関係も含
まれることとなるが、本発明のように機械的強度向上を
期する場合にはこれら光ファイバ外径は等しくしておく
のが好ましい。尚また、第1コイル17と第2コイル1
8との相対的傾きは45度としておくのが好ましいが、
実用上支障のない範囲でこの傾き角は変更可能である。
また、第1コイル17を通過した波束が第2コイル18
を通過することにより重なり合わないようにするため、
2Δl1≦Δl2なる条件が必要であるが、どの程度の倍率
に設定するかは上記機能を達成する範囲で適宜設定され
る。
Further, the propagation constant difference Δβ BEND between the linear polarization modes polarized in the X-axis and Y-axis (center axis of the coil) directions is Given in. Where k (= 2π / λ: λ is the wavelength) is the wave number, n is the refractive index of the core, P 12 and P 11 are Pockels coefficients,
ν is the Poisson's ratio, typically n = 1.45, P 11 = 0.
121, P 12 = 0.270, E = 7830 (kg / mm 2 ), and ν = 0.186. Since the core diameter of a single-mode optical fiber is sufficiently smaller than the outer diameter, the stress felt by the light inside the core is
X | << b Becomes Then, by substituting the above numerical values into the equation (9), the birefringence BBEND generated by bending is Is expressed as Further, the polarization mode dispersion τ P (delay time difference between X and Y polarization modes) is calculated by using B BEND , Is expressed as From this, the deviation Δl 1 of the wave packet of both polarization modes due to the first coil 17 is Is. If the deviation Δl 1 of the wave packet due to the first coil 17 is larger than the coherence length l c of the light of the laser 16, the coherence of the laser light can be eliminated. Therefore, when the wave number k is the above value, It suffices to set R 1 and N 1 so as to satisfy the following condition. Further, here, in the main axis direction of the first coil 17 (X 1 , Y 1
When linearly polarized light polarized in the axial direction is incident, the light passes through the first coil 17 as it is as linearly polarized light, and coherence cannot be eliminated. Therefore, in order to eliminate the coherence of light in all incident states, as shown in FIG. 10, the inclination of 45 degrees with respect to the first coil 17 and the deviation Δl 1 of the wave packet due to the first coil 17 Wavelet deviation more than twice Δl 2
It is necessary to provide the second coil 18 having That is, the deviation Δl 2 of the wave packet due to the second coil 18 is Must. Therefore, from equations (13) and (15), The condition is that R 1 and N 1 of the first coil 17 and the second coil 18
Must be satisfied between R 2 and N 2 . The formula
When the outer diameter of the optical fiber of the first coil and the outer diameter of the optical fiber of the second coil are different from each other, (16) includes the relationship between these outer diameters, but the mechanical strength is improved as in the present invention. In consideration of the above, it is preferable that the outer diameters of these optical fibers are made equal. In addition, the first coil 17 and the second coil 1
It is preferable that the relative inclination with respect to 8 is 45 degrees,
This tilt angle can be changed within a range where there is no practical problem.
In addition, the wave packet that has passed through the first coil 17 is
In order not to overlap by passing through,
The condition of 2Δl 1 ≦ Δl 2 is required, but the magnification to be set is appropriately set within the range in which the above function is achieved.

第4図は、比屈折率差Δ=0.55%、コア径2a=5.0μ
m、ファイバ外径2b=125μmの単一モード光ファイバ
で種々の直径Rのコイルを作り、波長λ=1.3μmの光
を入射してそのコイルの複屈折率BBEND及び偏波モード
分散τPを測定した結果である。図中、実線は式(9)及び
(12)で与えられる理論値であり、図中にプロットした測
定結果は理論値に良く一致していることが判る。そし
て、R1=R2=2.3mmとし、N1=21(回)、N2=4
2(回)とすると、式(10)及び第4図から、 |BBEND|=1×10-4 (17) であるので、第1コイル17及び第2コイル18による
波束のずれは、 Δl1=30.3(μm) (18) Δl2=60.6(μm) (19) である。
Fig. 4 shows the relative refractive index difference Δ = 0.55%, core diameter 2a = 5.0μ.
m, the outer diameter of the fiber is 2b = 125 μm, and the coil of various diameter R is made with the single mode optical fiber, and the birefringence B BEND and polarization mode dispersion τ P of the coil are made to enter the light of the wavelength λ = 1.3 μm. Is the result of measurement. In the figure, the solid line is equation (9) and
It is a theoretical value given by (12), and it can be seen that the measurement results plotted in the figure are in good agreement with the theoretical value. Then, R 1 = R 2 = 2.3 mm, N 1 = 21 (times), N 2 = 4
If it is set to 2 (times), from equation (10) and FIG. 4, | B BEND | = 1 × 10 −4 (17), so the deviation of the wave packet by the first coil 17 and the second coil 18 is Δl 1 = 30.3 (μm) (18) Δl 2 = 60.6 (μm) (19)

第5図中のAは、第1コイル17と第2コイル18の中
心軸(第2図中の主軸Y1とY2)を互いに45度傾けた
場合の偏波状態を示している。尚、測定は、光源として
可干渉距離lc=25μmの半導体レーザ(波長1.3μ
m、スペクトル幅Δλ=70mm)を用い、このレーザ光
を第2図に示した偏波解消器19に入射し、出射光を偏
光子を通して測定した。一方、第5図中のBは、レーザ
光を直接偏光子を通して測定したものであり、偏波方向
によって強度の変化があることが判る。すなわち、偏波
解消器19を通した光は偏光子の方向に係わらず光強度
が一定であり、ほぼ完全に偏波(可干渉性)が解消され
ていることが判る。
A in FIG. 5 shows a polarization state when the central axes of the first coil 17 and the second coil 18 (main axes Y 1 and Y 2 in FIG. 2 ) are inclined by 45 degrees with respect to each other. The measurement was performed using a semiconductor laser with a coherence length l c = 25 μm as a light source (wavelength 1.3 μm).
m, spectrum width Δλ = 70 mm), this laser light was made incident on the depolarizer 19 shown in FIG. 2, and the emitted light was measured through a polarizer. On the other hand, B in FIG. 5 is obtained by measuring the laser light directly through the polarizer, and it can be seen that the intensity changes depending on the polarization direction. That is, it can be seen that the light passing through the depolarizer 19 has a constant light intensity regardless of the direction of the polarizer, and the polarization (coherence) is almost completely eliminated.

第6図は、第1図に示した光ファイバジャイロの回転検
出用光ファイバコイル22の中心軸を東西方向に向けた
場合(地球の自転による回転が零の条件)のジャイロ出
力のゼロ点変動を示す。これによれば、雑音による出力
変動は30分の測定で0.1度以内であり、これから最小
検出感度は0.1度/hr程度の高性能の光ファイバジャイ
ロが実現されることが判る。尚、第1図に示した光ファ
イバジャイロは、連続な単一モード光ファイバを用いて
光ファイバ同志の融着接続点が無いために機械的強度が
高く、小形化や量産性に優れている。
FIG. 6 is a zero point fluctuation of the gyro output when the central axis of the rotation detecting optical fiber coil 22 of the optical fiber gyro shown in FIG. 1 is oriented in the east-west direction (condition where the rotation due to the rotation of the earth is zero). Indicates. According to this, the output fluctuation due to noise is within 0.1 degree in the measurement for 30 minutes, and it can be understood from this that a high-performance optical fiber gyro with a minimum detection sensitivity of about 0.1 degree / hr can be realized. The optical fiber gyro shown in FIG. 1 has a high mechanical strength because it uses a continuous single-mode optical fiber and there is no fusion splicing point between the optical fibers, and is excellent in downsizing and mass productivity. .

尚、偏波解消器や回転検出用の光ファイバコイルを構成
する光ファイバとして、比屈折率差の大きい単一モード
光ファイバを使用すれば、コイル直径を小さくしても曲
げ損失が増加しないので小形化に適している。第7図
は、Δ=0.9%、コア径2a=4.0μm、Δ=1.9%、コア
径2a=2.3μm及びΔ=2.9%、コア径2a=2.3μm
の単一モード光ファイバの曲げ損失特性を曲げ半径R=
3mmφとして分光測定により得た結果である。但し、λ
cは単一モードとなるカットオフ波長、λは測定波長で
ある。通常、レーザの波長λとカットオフ波長λcの関
係は 1.05λ/λc1.2 (20) 程度であるので、単一モード光ファイバの比屈折率差Δ
が1%以上であれば、曲げ損失を増加させずに偏波解消
器や回転検出用光ファイバコイルを小径化出来ることが
判る。
If a single mode optical fiber with a large relative refractive index difference is used as the optical fiber forming the depolarizer or the optical fiber coil for rotation detection, the bending loss will not increase even if the coil diameter is reduced. Suitable for miniaturization. FIG. 7 shows Δ = 0.9%, core diameter 2a = 4.0 μm, Δ = 1.9%, core diameter 2a = 2.3 μm and Δ = 2.9%, core diameter 2a = 2.3 μm.
The bending loss characteristic of the single mode optical fiber of
The results are obtained by spectroscopic measurement with 3 mmφ. Where λ
c is the cutoff wavelength for single mode, and λ is the measurement wavelength. Normally, the relationship between the laser wavelength λ and the cutoff wavelength λ c is about 1.05λ / λ c 1.2 (20), so the relative refractive index difference Δ of the single-mode optical fiber is
It can be understood that the polarization canceller and the rotation detecting optical fiber coil can be made smaller in diameter without increasing the bending loss if is less than 1%.

〈発明の効果〉 本発明によれば、光ファイバジャイロを光ファイバ接続
部を形成することなく単一モード光ファイバにより構成
することができ、小型且つ機械的外乱に強い、長期的に
安定した性能を有する光ファイバジャイロを得ることが
できる。
<Effects of the Invention> According to the present invention, an optical fiber gyro can be configured by a single-mode optical fiber without forming an optical fiber connection portion, and is small in size, resistant to mechanical disturbance, and stable in the long term. It is possible to obtain an optical fiber gyro having.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る光ファイバジャイロの
全体構成図、第2図はその偏波解消器の構成図、第3図
(A)(B)はそれぞれ光ファイバの曲げ応力の説明図、第4
図は曲げ複屈折率と偏波モード分散の曲げ半径依存性を
表すグラフ、第5図は偏波解消器の作用を説明するグラ
フ、第6図は光ファイバジャイロの零点変動を表すグラ
フ、第7図は単一モード光ファイバの曲げ損失特性を表
すグラフ、第8図は従来の光ファイバジャイロの全体構
成図、第9図は光検出器の出力を表すグラフ、第10図
は従来の偏波解消器を分離させた状態で表す構成図であ
る。 図面中、 16はレーザ、 17は第1コイル、 18は第2コイル、 19は偏波解消器、 20は3dB結合器、 21は3dB結合器、 22は光ファイバコイル、 24は光検出器である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical fiber gyroscope according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of its depolarizer, and FIG.
(A) and (B) are explanatory diagrams of the bending stress of the optical fiber, respectively.
FIG. 5 is a graph showing the bending radius dependence of the bending birefringence and the polarization mode dispersion, FIG. 5 is a graph explaining the action of the depolarizer, FIG. 6 is a graph showing the zero point variation of the optical fiber gyro, FIG. 7 is a graph showing bending loss characteristics of a single mode optical fiber, FIG. 8 is an overall configuration diagram of a conventional optical fiber gyro, FIG. 9 is a graph showing output of a photodetector, and FIG. It is a block diagram shown in the state which separated the wave canceller. In the drawing, 16 is a laser, 17 is a first coil, 18 is a second coil, 19 is a depolarizer, 20 is a 3 dB coupler, 21 is a 3 dB coupler, 22 is an optical fiber coil, and 24 is a photodetector. is there.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、光源からの光の可干渉性を解消す
る偏波解消器と、偏波解消器からの光を一対一に分岐す
る第1結合器と、第1結合器により二分された光が両端
から入射される光ファイバコイルと、光ファイバコイル
の両端から出射された光を検出器に導びく第2結合器と
を備え、回転する系に置かれた光ファイバコイルに回転
方向と同方向に伝搬する光と回転方向と逆方向に伝搬す
る光とを入射し、これら光の実効的光路長差が回転角速
度に比例することを利用して当該回転角速度を検出する
光ファイバジャイロにおいて、第1結合器と第2結合器
と光ファイバコイルとを単一モード光ファイバから構成
すると共に、偏波解消器を単一モード光ファイバから成
る第1コイルと第2コイルとにより構成し、第1コイル
の中心と第2コイルの中心とを互いに45度傾けて設定
すると共に、第1コイルによる波束のずれが光源光の可
干渉距離より大きく且つ第2コイルによる波束のずれが
第1コイルによる波束のずれの2倍以上となるよう第1
コイルと第2コイルとの巻数、直径及び光ファイバ径を
設定したことを特徴とする光ファイバジャイロ。
1. A light source, a depolarizer for eliminating coherence of light from the light source, a first coupler for splitting light from the depolarizer in a one-to-one relationship, and a first coupler for halving the light. It is equipped with an optical fiber coil in which the generated light is incident from both ends and a second coupler that guides the light emitted from both ends of the optical fiber coil to a detector, and is rotated by the optical fiber coil placed in a rotating system. An optical fiber that receives light propagating in the same direction as that of light and light propagating in the opposite direction of the rotation direction and detects the rotation angular velocity by utilizing the fact that the effective optical path length difference between these lights is proportional to the rotation angular velocity. In the gyro, the first coupler, the second coupler, and the optical fiber coil are composed of a single-mode optical fiber, and the depolarizer is composed of a first coil and a second coil composed of a single-mode optical fiber. The center of the first coil and the second carp And the center of each is set to be inclined by 45 degrees with respect to each other, and the deviation of the wave packet due to the first coil is larger than the coherence length of the light source light and the deviation of the wave packet due to the second coil is at least twice the deviation of the wave packet due to the first coil. First to be
An optical fiber gyro, wherein the number of turns of the coil and the second coil, the diameter, and the optical fiber diameter are set.
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