JPH0781867B2 - ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法と装置およびこの方法と装置を応用した波長制御法 - Google Patents
ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法と装置およびこの方法と装置を応用した波長制御法Info
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- JPH0781867B2 JPH0781867B2 JP63074282A JP7428288A JPH0781867B2 JP H0781867 B2 JPH0781867 B2 JP H0781867B2 JP 63074282 A JP63074282 A JP 63074282A JP 7428288 A JP7428288 A JP 7428288A JP H0781867 B2 JPH0781867 B2 JP H0781867B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
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- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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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、ループ状干渉計に関するもので、特に、この
ような干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法とこの
方法を実施するための装置およびこの装置を応用して光
源の光の平均波長を制御する方法に関する。
ような干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法とこの
方法を実施するための装置およびこの装置を応用して光
源の光の平均波長を制御する方法に関する。
従来の技術 リング状干渉計においては互いに逆方向に向かう２種類
の波がリング状導波手段、例えばルーフ状光ファイバ内
を伝搬する。これら２種類の波は、非相反効果がない場
合、特に干渉計の回転に起因するサニャック（Sagnac）
効果がない場合にはループの両端部で完全に位相が一致
する。
の波がリング状導波手段、例えばルーフ状光ファイバ内
を伝搬する。これら２種類の波は、非相反効果がない場
合、特に干渉計の回転に起因するサニャック（Sagnac）
効果がない場合にはループの両端部で完全に位相が一致
する。
一方、干渉計がガリレオ座標系に対して回転するときに
は、リングの両端から放射される２つの波の間の位相差
は以下の式のようになる。
は、リングの両端から放射される２つの波の間の位相差
は以下の式のようになる。
（ただし、Ｌはリングの長さであり、Ｒはその半径であ
り、λは波長であり、ｃは真空中の光速であり、ωは回
転速度である。） 他の非相反効果、例えば磁場効果がなく、ファラデー効
果がなく、物質の移動がない、つまりフィゾー効果がな
いときには、他のすべてのパラメータ、特に光源の光の
波長が安定だと位相差の測定は回転速度の測定に帰着す
る。
り、λは波長であり、ｃは真空中の光速であり、ωは回
転速度である。） 他の非相反効果、例えば磁場効果がなく、ファラデー効
果がなく、物質の移動がない、つまりフィゾー効果がな
いときには、他のすべてのパラメータ、特に光源の光の
波長が安定だと位相差の測定は回転速度の測定に帰着す
る。
発明が解決しようとする課題 ところで波長は、特に温度とともに変化する。ガリウム
・ヒ素による超発光ダイオード、すなわち「SLD」を光
源として用いる場合には、光源の光の波長の変化は約４
×10-4/℃である。この波長変化の結果、分散に起因し
て導波手段内の光の伝搬時間が変化する。
・ヒ素による超発光ダイオード、すなわち「SLD」を光
源として用いる場合には、光源の光の波長の変化は約４
×10-4/℃である。この波長変化の結果、分散に起因し
て導波手段内の光の伝搬時間が変化する。
光源としてSLDを使用し、偏光性を有するシングルモー
ドの光ファイバを使用した光ファイバ式ループ状干渉計
による速度測定で現在得られる精度を考慮すると、波長
変化によって測定の精度に影響が現れる。従って、波長
変化を評価することによってこの波長変化を補正する
か、または位相差の測定の際にこの波長変化を考慮する
必要がある。
ドの光ファイバを使用した光ファイバ式ループ状干渉計
による速度測定で現在得られる精度を考慮すると、波長
変化によって測定の精度に影響が現れる。従って、波長
変化を評価することによってこの波長変化を補正する
か、または位相差の測定の際にこの波長変化を考慮する
必要がある。
本発明は、ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を検出す
る方法とこの方法を実施するための装置を提供するとと
もに、この方法と装置を応用して光源の光の波長制御を
行うことを目的とする。
る方法とこの方法を実施するための装置を提供するとと
もに、この方法と装置を応用して光源の光の波長制御を
行うことを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明の方法の利点は、測定する効果である回転速度に
関係するサニャック効果と、波長変化の効果を分離する
ことが可能になる点である。この点に関しては後に説明
する。
関係するサニャック効果と、波長変化の効果を分離する
ことが可能になる点である。この点に関しては後に説明
する。
本発明によれば、ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を
検出する方法であって、この干渉計の一端において、変
調周期がこの干渉計内の平均伝搬時間の２倍である矩形
波で波を変調し、次に、周波数が変調周波数の２倍であ
り、かつ、伝搬時間の変化に応じて持続時間が変化する
パルスをこの干渉計の出力において検出信号から取り出
すことを特徴とする方法が提供される。
検出する方法であって、この干渉計の一端において、変
調周期がこの干渉計内の平均伝搬時間の２倍である矩形
波で波を変調し、次に、周波数が変調周波数の２倍であ
り、かつ、伝搬時間の変化に応じて持続時間が変化する
パルスをこの干渉計の出力において検出信号から取り出
すことを特徴とする方法が提供される。
本発明はさらに、ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を
検出する装置であって、この干渉計の一端に位置してお
り、非対称な矩形波により形成されていて初期伝搬時間
の２倍の周期を有する制御信号により制御される位相変
調器を備え、この干渉計の検出器の出力信号は処理回路
内で処理されて、測定する非相反的位相のずれに特徴的
な変調周波数を有する信号と、伝搬時間の変化に特徴的
な信号とが取り出されることを特徴とする装置にも関係
する。
検出する装置であって、この干渉計の一端に位置してお
り、非対称な矩形波により形成されていて初期伝搬時間
の２倍の周期を有する制御信号により制御される位相変
調器を備え、この干渉計の検出器の出力信号は処理回路
内で処理されて、測定する非相反的位相のずれに特徴的
な変調周波数を有する信号と、伝搬時間の変化に特徴的
な信号とが取り出されることを特徴とする装置にも関係
する。
最後に、本発明は、上記の方法とそれに対応する装置を
応用して干渉計に用いることのできる光源の光の平均波
長を制御することにも関する。
応用して干渉計に用いることのできる光源の光の平均波
長を制御することにも関する。
本発明の他の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照し
た実施例についての以下の説明により明らかになろう。
た実施例についての以下の説明により明らかになろう。
実施例 第１図は、光ファイバ式ループ状干渉計の概略図であ
る。この干渉計は、コヒーレンス性のよくない光源１を
備えている。この光源は例えば超発光AsGaダイオード
「SLD」であり、そのスペクトルは49μｍにわたって拡
がっている。これは、平均波長の±５％に相当する。こ
の光源１は偏光性を有するシングルモードの光ファイバ
２の一端に接続されている。この光ファイバ２の他端に
はリチウムニオベート上に形成されたＹ字形の分離器３
が接続されている。この分離器の一方の出力ブランチの
両側には電極が設けられている。これは、位相変調器４
を形成してこれら電極間に位相変調制御電圧ＣφＭを印
加するためである。偏光性を有するシングルモードの光
ファイバからなるループ５の両端には分離器３の２つの
ブランチが接続されている。公知のように、光ファイバ
の端部を分離器３の導波路に接続する際には、余分な反
射をなくすためにこれらガイド部材の縦軸線に対して傾
斜した面を用いることが好ましい。
る。この干渉計は、コヒーレンス性のよくない光源１を
備えている。この光源は例えば超発光AsGaダイオード
「SLD」であり、そのスペクトルは49μｍにわたって拡
がっている。これは、平均波長の±５％に相当する。こ
の光源１は偏光性を有するシングルモードの光ファイバ
２の一端に接続されている。この光ファイバ２の他端に
はリチウムニオベート上に形成されたＹ字形の分離器３
が接続されている。この分離器の一方の出力ブランチの
両側には電極が設けられている。これは、位相変調器４
を形成してこれら電極間に位相変調制御電圧ＣφＭを印
加するためである。偏光性を有するシングルモードの光
ファイバからなるループ５の両端には分離器３の２つの
ブランチが接続されている。公知のように、光ファイバ
の端部を分離器３の導波路に接続する際には、余分な反
射をなくすためにこれらガイド部材の縦軸線に対して傾
斜した面を用いることが好ましい。
光分岐素子６が、光ファイバループ内を循環させた後に
再結合させた光を分離してこの光分岐素子６に接続され
た出力ガイド７を介して検出器Ｄに伝える。処理回路８
は、検出した信号を処理して有用な信号を取り出す。例
えばこのリング状干渉計がジャイロとして使用される場
合には回転速度ωが得られる。
再結合させた光を分離してこの光分岐素子６に接続され
た出力ガイド７を介して検出器Ｄに伝える。処理回路８
は、検出した信号を処理して有用な信号を取り出す。例
えばこのリング状干渉計がジャイロとして使用される場
合には回転速度ωが得られる。
このようにループ状干渉計をジャイロとして使用する場
合には、ループの一端で位相変調を行うことにより、感
度、すなわち互いに反対方向に伝搬する２つの波の間の
位相差の測定感度を向上させることが知られている。こ
の位相変調により一方の光は光ファイバのループ内を通
過する前に影響を受けるが、他方の光はこのループ内で
伝搬時間に等しい時間遅延した後に影響を受ける。一般
に行われている変調は、＋π/2と０が交互に現れる対称
矩形変調である。この変調の半周器T/2は、光ファイバ
内の初期伝搬時間tp＝toに等しいこと、すなわちT/2＝t
o＝nL/cであることが好ましい。
合には、ループの一端で位相変調を行うことにより、感
度、すなわち互いに反対方向に伝搬する２つの波の間の
位相差の測定感度を向上させることが知られている。こ
の位相変調により一方の光は光ファイバのループ内を通
過する前に影響を受けるが、他方の光はこのループ内で
伝搬時間に等しい時間遅延した後に影響を受ける。一般
に行われている変調は、＋π/2と０が交互に現れる対称
矩形変調である。この変調の半周器T/2は、光ファイバ
内の初期伝搬時間tp＝toに等しいこと、すなわちT/2＝t
o＝nL/cであることが好ましい。
光ファイバ内を循環して再結合した２つの波の間の位相
差は、変調信号とその変調信号を伝搬時間だけ位相した
信号との間の差に等しい変調を受けている。検出された
信号においては、位相がゼロの周辺に分布していると、
位相差ΔφのCOS2Δφの曲線の最大値の周辺で信号が変
化する。非相反効果に起因する位相のずれ、特に回転に
起因する位相のずれがない場合には、この位相の分布は
対称である。回転に起因してさらに位相のずれΔφＲが
加わった場合には、信号の状態が変化し、この信号は、
変調の周期と同じ周期であり、付加された位相のずれと
ともに振幅が変化する成分を含むようになる。
差は、変調信号とその変調信号を伝搬時間だけ位相した
信号との間の差に等しい変調を受けている。検出された
信号においては、位相がゼロの周辺に分布していると、
位相差ΔφのCOS2Δφの曲線の最大値の周辺で信号が変
化する。非相反効果に起因する位相のずれ、特に回転に
起因する位相のずれがない場合には、この位相の分布は
対称である。回転に起因してさらに位相のずれΔφＲが
加わった場合には、信号の状態が変化し、この信号は、
変調の周期と同じ周期であり、付加された位相のずれと
ともに振幅が変化する成分を含むようになる。
第２図は、公知のこの方法による変調を示す図である。
第１のタイムチャートは、位相変調器４を備える光ファ
イバの端部から入った波に対する位相のずれφ１を示し
ている。これに対して第２のタイムチャートは、逆方向
を伝搬してφ１と丁度伝搬時間に相当する時間だけずれ
た波に対する位相のずれφ２を示している。さらに第３
のタイムチャートは、回転がない場合のこれら２つの波
の位相差の変調ΔφＭを示している。出力パワーをこれ
ら２つの波の間の位相差Δφの関数として表すCOSの２
乗曲線、すなわち Ｐ＝PM・COS2（Δφ/2）も表示されている。ここに、PM
はΔφ＝０、かつ、位相のずれの範囲が＋π/2〜−π/2
のときに得られる最大出力パワーである。この出力信号
は振幅がPM/2である。
第１のタイムチャートは、位相変調器４を備える光ファ
イバの端部から入った波に対する位相のずれφ１を示し
ている。これに対して第２のタイムチャートは、逆方向
を伝搬してφ１と丁度伝搬時間に相当する時間だけずれ
た波に対する位相のずれφ２を示している。さらに第３
のタイムチャートは、回転がない場合のこれら２つの波
の位相差の変調ΔφＭを示している。出力パワーをこれ
ら２つの波の間の位相差Δφの関数として表すCOSの２
乗曲線、すなわち Ｐ＝PM・COS2（Δφ/2）も表示されている。ここに、PM
はΔφ＝０、かつ、位相のずれの範囲が＋π/2〜−π/2
のときに得られる最大出力パワーである。この出力信号
は振幅がPM/2である。
第３図には、変調ΔφＭと回転に起因する位相のずれΔ
φＲとから得られる位相のずれを時間の関数として表し
た曲線と、時間の関数として表した対応する検出信号Ｐ
とが示されている。この第３図にはさらに、PM・COS
2（Δφ/2）も表示されている。このタイムチャートか
ら、位相のずれΔφＲがゼロである限りは検出される信
号が一定であることがわかる。検出されるこの信号は位
相が＋π/2から−π/2に変化する瞬間、またはこの逆の
瞬間にのみパルスとなることがわかる。このジャイロが
回転し始めると、変調の周波数と同じ周期の成分が一定
成分に重ね合わされる。変調の振幅は、回転に起因する
位相のずれΔφＲと直接に関係している。
φＲとから得られる位相のずれを時間の関数として表し
た曲線と、時間の関数として表した対応する検出信号Ｐ
とが示されている。この第３図にはさらに、PM・COS
2（Δφ/2）も表示されている。このタイムチャートか
ら、位相のずれΔφＲがゼロである限りは検出される信
号が一定であることがわかる。検出されるこの信号は位
相が＋π/2から−π/2に変化する瞬間、またはこの逆の
瞬間にのみパルスとなることがわかる。このジャイロが
回転し始めると、変調の周波数と同じ周期の成分が一定
成分に重ね合わされる。変調の振幅は、回転に起因する
位相のずれΔφＲと直接に関係している。
本発明によれば、２つの波に対して先に説明した従来の
ような対称矩形波変調を行うのではなく、変調器を用い
て非対称矩形波変調を行う。しかし、この変調の半周期
は相変わらず初期伝搬時間と等しい。すなわち干渉計の
「固有」周波数と呼ばれる周波数fp＝1/2toと等しい。
このような変調を行うと、特に温度の関数として変化す
る可能性のある伝搬時間の変化を検出し、従って光源の
平均波長を検出することができる。
ような対称矩形波変調を行うのではなく、変調器を用い
て非対称矩形波変調を行う。しかし、この変調の半周期
は相変わらず初期伝搬時間と等しい。すなわち干渉計の
「固有」周波数と呼ばれる周波数fp＝1/2toと等しい。
このような変調を行うと、特に温度の関数として変化す
る可能性のある伝搬時間の変化を検出し、従って光源の
平均波長を検出することができる。
第４図は、様々な変調信号と、回転がなく、しかも伝搬
時間の変化がない場合の光ファイバ内の初期伝搬時間to
の２倍に等しい周期Ｔの単純な非対称矩形波変調信号の
タイムチャートである。φ１とφ２は、それぞれ同一の
チャート上に実線と点線で示されている。従って、互い
に反対方向に点搬する２つの波の間の位相差Δφすなわ
ちΔφＭ＝φ１−φ２はπ/2から−π/2に直接変化する
のではなくて０となる部分を有する。このため、位相の
ずれΔφＲがないと検出される信号はPM/2のレベルに連
続成分を有し、PM/2からPMのレベルに変化し、位相差が
０となる部分の持続時間と等しい持続時間のパルスを有
する。すなわち、このパルスの持続時間は変調周波数の
２倍の周波数に対する変調器に入力される信号の周波数
の比の関数である。
時間の変化がない場合の光ファイバ内の初期伝搬時間to
の２倍に等しい周期Ｔの単純な非対称矩形波変調信号の
タイムチャートである。φ１とφ２は、それぞれ同一の
チャート上に実線と点線で示されている。従って、互い
に反対方向に点搬する２つの波の間の位相差Δφすなわ
ちΔφＭ＝φ１−φ２はπ/2から−π/2に直接変化する
のではなくて０となる部分を有する。このため、位相の
ずれΔφＲがないと検出される信号はPM/2のレベルに連
続成分を有し、PM/2からPMのレベルに変化し、位相差が
０となる部分の持続時間と等しい持続時間のパルスを有
する。すなわち、このパルスの持続時間は変調周波数の
２倍の周波数に対する変調器に入力される信号の周波数
の比の関数である。
回転に起因する余分な位相のずれΔφＲが加わったとき
の様子が第５図に示されている。この第５図から、位相
のずれΔφがΔφＲずれており、検出される信号中に
は、変調の周波数と同じ周期であり振幅がこの位相のず
れの関数として変化する成分が検出されることがわか
る。従って、測定を上記の場合と同じように行うことが
できる。
の様子が第５図に示されている。この第５図から、位相
のずれΔφがΔφＲずれており、検出される信号中に
は、変調の周波数と同じ周期であり振幅がこの位相のず
れの関数として変化する成分が検出されることがわか
る。従って、測定を上記の場合と同じように行うことが
できる。
さらに光源の光の波長が変化する場合には、分散のため
にループ内の波の伝搬時間が変化する。従って、変化し
ない変調信号の周期は伝搬時間の２倍にはもはや等しく
ない。このことは、互いに反対方向に伝搬する２つの波
の位相のずれφ１、φ２が時間が経つともはや正確に半
周期ずれてはおらず、位相差ΔφＭ＝φ１−φ２が０に
なる期間がもはや常に同じ長さではないことを意味す
る。
にループ内の波の伝搬時間が変化する。従って、変化し
ない変調信号の周期は伝搬時間の２倍にはもはや等しく
ない。このことは、互いに反対方向に伝搬する２つの波
の位相のずれφ１、φ２が時間が経つともはや正確に半
周期ずれてはおらず、位相差ΔφＭ＝φ１−φ２が０に
なる期間がもはや常に同じ長さではないことを意味す
る。
第６図はこの場合を表した図である。φ１とφ２が同じ
タイムチャート上に、それぞれ実線と点線で時間の関数
として表されている。位相差ΔφＭ＝φ１−φ２は第２
番目のチャートとして示されている。この位相差が０で
ある期間は一定ではない。従って、ΔφＲ＝０の場合、
対応する検出信号Ｐは、変調周波数の２倍の周波数では
あるが持続時間が異なる複数のパルスで構成される。こ
の結果、変調周波数と同じ周波数ではあるが回転信号に
対しては位相がπ/2ずれた信号が発生する。
タイムチャート上に、それぞれ実線と点線で時間の関数
として表されている。位相差ΔφＭ＝φ１−φ２は第２
番目のチャートとして示されている。この位相差が０で
ある期間は一定ではない。従って、ΔφＲ＝０の場合、
対応する検出信号Ｐは、変調周波数の２倍の周波数では
あるが持続時間が異なる複数のパルスで構成される。こ
の結果、変調周波数と同じ周波数ではあるが回転信号に
対しては位相がπ/2ずれた信号が発生する。
回転に起因する位相のずれΔφＲが存在している場合が
第７図に示されている。この第７図からは、位相変調Δ
φがΔφＲずれていて、対応する信号は、第６図のパル
スと比べると同じ周波数（変調周波数の２倍の周波数）
で振幅がより小さく、持続時間は第６図の場合と同じよ
うに一定ではないパルスの他に、変調周波数と同じ周波
数であり、振幅が回転に起因する位相のずれΔφＲの関
数である周期成分を含んでいることがわかる。重ね合わ
されたこれら２つの信号は、別々に処理することができ
る。一方の信号は光ファイバ内の伝搬時間の変化に特徴
的であり、他方の信号は比相反的な位相のずれΔφＲに
特徴的である。この処理を行うのに有用な手段が第11図
に示されている。検出器Ｄからの信号は、一致した位相
とπ/2ずれた位相で２つの復調器10、15に入力される。
これら復調器10には変調周期と同じ周期であり位相が同
じ参照信号がさらに入力され、復調器15には変調周期と
同じ周期であり位相をπ/2フェイズシフタ16によりπ/2
ずらした参照信号が入力される。これら復調器の出力は
２つのフィルタ回路11、12の入力に接続されている。そ
れぞれのフィルタ回路11、12では、位相が一致した変調
周波数成分（回転信号）と位相がπ/2ずれた変調周波数
成分（伝搬時間信号）とのフィルタ操作が行われる。こ
れら２つのフィルタ回路の出力は、それぞれ検出器13、
14に接続されている。これら検出器13、14の出力信号で
あるＳ（ω）とＳ（tp）は、それぞれ測定する速度ωと
伝搬時間tpである。
第７図に示されている。この第７図からは、位相変調Δ
φがΔφＲずれていて、対応する信号は、第６図のパル
スと比べると同じ周波数（変調周波数の２倍の周波数）
で振幅がより小さく、持続時間は第６図の場合と同じよ
うに一定ではないパルスの他に、変調周波数と同じ周波
数であり、振幅が回転に起因する位相のずれΔφＲの関
数である周期成分を含んでいることがわかる。重ね合わ
されたこれら２つの信号は、別々に処理することができ
る。一方の信号は光ファイバ内の伝搬時間の変化に特徴
的であり、他方の信号は比相反的な位相のずれΔφＲに
特徴的である。この処理を行うのに有用な手段が第11図
に示されている。検出器Ｄからの信号は、一致した位相
とπ/2ずれた位相で２つの復調器10、15に入力される。
これら復調器10には変調周期と同じ周期であり位相が同
じ参照信号がさらに入力され、復調器15には変調周期と
同じ周期であり位相をπ/2フェイズシフタ16によりπ/2
ずらした参照信号が入力される。これら復調器の出力は
２つのフィルタ回路11、12の入力に接続されている。そ
れぞれのフィルタ回路11、12では、位相が一致した変調
周波数成分（回転信号）と位相がπ/2ずれた変調周波数
成分（伝搬時間信号）とのフィルタ操作が行われる。こ
れら２つのフィルタ回路の出力は、それぞれ検出器13、
14に接続されている。これら検出器13、14の出力信号で
あるＳ（ω）とＳ（tp）は、それぞれ測定する速度ωと
伝搬時間tpである。
以上説明し、かつ、第７図において検出信号の時間変化
を示す第２番目の曲線として示したように、波長変化に
起因する位相のずれが発生したときには、回転を測定す
るための信号成分と波長変化に特徴的な信号成分とが重
ね合わされる。
を示す第２番目の曲線として示したように、波長変化に
起因する位相のずれが発生したときには、回転を測定す
るための信号成分と波長変化に特徴的な信号成分とが重
ね合わされる。
第８図は、時間の関数として検出信号を端にチョップす
ることにより回転の測定に有用な信号と波長変化の測定
に有用な信号とを分離することができる、非対称矩形波
をもとにした特殊な変調を示す図である。この変調によ
り、伝搬時間の変化に特徴的な信号の挙動をよりダイナ
ミックにすることもできる。
ることにより回転の測定に有用な信号と波長変化の測定
に有用な信号とを分離することができる、非対称矩形波
をもとにした特殊な変調を示す図である。この変調によ
り、伝搬時間の変化に特徴的な信号の挙動をよりダイナ
ミックにすることもできる。
変調された信号に対して光ファイバ内を伝搬させる前に
与える位相のずれφ１は、実線で示した周期Ｔ＝2toの
２つの変調信号M1、M2を重ね合わせた結果として得られ
る周期信号である。両方の変調信号M1、M2は非対称な矩
形状であり、それぞれ０〜πと０〜π/2の範囲であって
後者の振幅は前者の振幅の半分である。さらに、変調信
号M1の高いレベルの一定部分は変調信号M2の０レベル部
分の中心にくるようにされている。変調信号M2の高レベ
ル部分の矩形波の持続時間は第１の変調信号M1の高レベ
ル部分の矩形波の持続時間よりも短い。従って、光ファ
イバ内を循環した後に変調された逆方向に伝搬する波、
すなわち伝搬時間と等しい遅延を受けた波は、信号M1、
M2と同じタイムチャートに点線で示された信号Ｍ′１、
Ｍ′２の和に等しい。光ファイバ内を伝搬した２つの波
の間の干渉の結果として得られる信号は従って、位相が
以下のようにずれる。
与える位相のずれφ１は、実線で示した周期Ｔ＝2toの
２つの変調信号M1、M2を重ね合わせた結果として得られ
る周期信号である。両方の変調信号M1、M2は非対称な矩
形状であり、それぞれ０〜πと０〜π/2の範囲であって
後者の振幅は前者の振幅の半分である。さらに、変調信
号M1の高いレベルの一定部分は変調信号M2の０レベル部
分の中心にくるようにされている。変調信号M2の高レベ
ル部分の矩形波の持続時間は第１の変調信号M1の高レベ
ル部分の矩形波の持続時間よりも短い。従って、光ファ
イバ内を循環した後に変調された逆方向に伝搬する波、
すなわち伝搬時間と等しい遅延を受けた波は、信号M1、
M2と同じタイムチャートに点線で示された信号Ｍ′１、
Ｍ′２の和に等しい。光ファイバ内を伝搬した２つの波
の間の干渉の結果として得られる信号は従って、位相が
以下のようにずれる。
Δφ＝φ１−φ２ ＝（M1−Ｍ′１）−（M2−Ｍ′２） 先に指摘したように、変調信号の振幅は、位相が０から
πに変化してπ/2に戻り、次に、このπ/2からπに変化
して０に戻る状態が対称に交互に現れるように選択す
る。第８図に示したように、変調以外の位相のずれがな
い場合に得られる検出信号は、０からPMまで変化するパ
ルスと０からPM/2まで変化する矩形波を含んでいる。
πに変化してπ/2に戻り、次に、このπ/2からπに変化
して０に戻る状態が対称に交互に現れるように選択す
る。第８図に示したように、変調以外の位相のずれがな
い場合に得られる検出信号は、０からPMまで変化するパ
ルスと０からPM/2まで変化する矩形波を含んでいる。
光源の光の平均波長に変化があるときには伝搬時間はも
はや変調信号の半周期と等しくはない。互いに反対方向
に伝搬する２つの波に対してφ１とφ２により変調させ
た結果、第９図に示すようにもはや対称ではない変調Δ
φを受けた出力信号が発生する。第６図に示した第１の
実施例のように、矩形波の両側に発生したパルスは持続
時間がもはや同じではなく、対応する出力信号は、０〜
PMで変化する持続時間が異なる複数のパルスを含んでい
る。持続時間の差は、toに対する伝搬時間の変化に応じ
て決める。ジャイロにまったく回転が加えられない場合
にはこれ以外の差はなく、第９図に示すように、位相の
ずれが＋π/2と−π/2に対応する一定部分にはパワーが
PM/2の出力信号が得られる。
はや変調信号の半周期と等しくはない。互いに反対方向
に伝搬する２つの波に対してφ１とφ２により変調させ
た結果、第９図に示すようにもはや対称ではない変調Δ
φを受けた出力信号が発生する。第６図に示した第１の
実施例のように、矩形波の両側に発生したパルスは持続
時間がもはや同じではなく、対応する出力信号は、０〜
PMで変化する持続時間が異なる複数のパルスを含んでい
る。持続時間の差は、toに対する伝搬時間の変化に応じ
て決める。ジャイロにまったく回転が加えられない場合
にはこれ以外の差はなく、第９図に示すように、位相の
ずれが＋π/2と−π/2に対応する一定部分にはパワーが
PM/2の出力信号が得られる。
この位相のずれの変調に測定すべき回転に起因する余分
な位相のずれΔφＲが重ね合わされる場合には、この余
分な位相のずれに起因してPM/2のレベルを中心として変
動する成分が出力信号に発生する。これと同時にパルス
の振幅が第10図に示したようにわずかに変化する。しか
し、矩形波の両側で異なるこれらパルスの持続時間はこ
の余分な位相のずれによって影響を受けず、光ファイバ
内の伝搬時間に特徴的な状態に留まる。従って、上記の
ように、時間の関数である出力信号を分割することによ
り２つの効果を別々に検出することができる。すなわ
ち、期間t1に存在している信号を用いると光ファイバー
内の伝搬時間tpの値が得られ、期間t2に存在している信
号を用いると回転速度の値が得られる。
な位相のずれΔφＲが重ね合わされる場合には、この余
分な位相のずれに起因してPM/2のレベルを中心として変
動する成分が出力信号に発生する。これと同時にパルス
の振幅が第10図に示したようにわずかに変化する。しか
し、矩形波の両側で異なるこれらパルスの持続時間はこ
の余分な位相のずれによって影響を受けず、光ファイバ
内の伝搬時間に特徴的な状態に留まる。従って、上記の
ように、時間の関数である出力信号を分割することによ
り２つの効果を別々に検出することができる。すなわ
ち、期間t1に存在している信号を用いると光ファイバー
内の伝搬時間tpの値が得られ、期間t2に存在している信
号を用いると回転速度の値が得られる。
第12図はこの操作に対応する処理回路の図である。検出
器Ｄからの信号は、制御信号Ｃ（t1、t2）を用いてスイ
ッチ20を制御することにより２つのチャネルＡとＢの一
方に入力する。第１のチャネルＡは復調器21を備えてい
る。この復調器21の一方の入力はスイッチ20の第１の出
力に接続され、他方の入力からは参照信号を受信する。
フィルタ兼検出回路22を用いることにより回転ωに特徴
的な信号Ｓ（ω）を分離することができる。同様に、第
２のチャネルＢは復調器25を備えている。この復調器25
の一方の入力はスイッチ20の第２の出力に接続され、他
方の入力にはフェイズシフタ26により位相がπ/2ずらさ
れた参照信号が入力される。処理後の信号、すなわち回
路27においてフィルタ操作と検出操作が行われた後のこ
の第２のチャネルからの信号Ｓ（tp）は伝搬時間に特徴
的な信号である。
器Ｄからの信号は、制御信号Ｃ（t1、t2）を用いてスイ
ッチ20を制御することにより２つのチャネルＡとＢの一
方に入力する。第１のチャネルＡは復調器21を備えてい
る。この復調器21の一方の入力はスイッチ20の第１の出
力に接続され、他方の入力からは参照信号を受信する。
フィルタ兼検出回路22を用いることにより回転ωに特徴
的な信号Ｓ（ω）を分離することができる。同様に、第
２のチャネルＢは復調器25を備えている。この復調器25
の一方の入力はスイッチ20の第２の出力に接続され、他
方の入力にはフェイズシフタ26により位相がπ/2ずらさ
れた参照信号が入力される。処理後の信号、すなわち回
路27においてフィルタ操作と検出操作が行われた後のこ
の第２のチャネルからの信号Ｓ（tp）は伝搬時間に特徴
的な信号である。
本発明の検出方法を用いると、伝搬時間の変化Δtp/to
を７×10-8のオーダーで測定することができる。
を７×10-8のオーダーで測定することができる。
光ファイバループの温度変化の効果により伝搬時間は約
10-5/℃の割合で変化する。さらに、温度変化により光
源の光の平均波長がやはり変化する。この結果、分散に
より伝搬時間が変化する。従って、先に指摘したよう
に、光ファイバ自身に起因する効果を考慮して伝搬時間
の変化を測定することにより、光源の光の平均波長を温
度変化の関数として測定することができる。
10-5/℃の割合で変化する。さらに、温度変化により光
源の光の平均波長がやはり変化する。この結果、分散に
より伝搬時間が変化する。従って、先に指摘したよう
に、光ファイバ自身に起因する効果を考慮して伝搬時間
の変化を測定することにより、光源の光の平均波長を温
度変化の関数として測定することができる。
石英の光ファイバを考えると、光の平均波長が0.85μｍ
のときに波長変化Δλ／λが５×10-6だと伝搬時間の変
化Δtp/toは10-7となる。光ファイバのループの温度が
正確に知られている場合には、伝搬時間の変化の測定に
より光源の光の平均波長（通過帯域の中心）がわかる。
のときに波長変化Δλ／λが５×10-6だと伝搬時間の変
化Δtp/toは10-7となる。光ファイバのループの温度が
正確に知られている場合には、伝搬時間の変化の測定に
より光源の光の平均波長（通過帯域の中心）がわかる。
別の見方をすると、帯域幅が光源の帯域幅よりも狭い２
つの相補的な参照用フィルタ、例えば透過型と反射型の
両方で動作する同じ１つの干渉フィルタを利用し、か
つ、透過波と反射波に対して干渉計内の平均伝搬時間が
一定となるように光源の光の波長が制御されている場合
には、光源の光のスペクトルはフィルタの中心に位置し
たままの状態に留まり、このスペクトルが新しい参照波
長となる。この方法は従って外部参照物体（フィルタ）
を利用してはいるが、光源がある程度複雑な信号の処理
を必要とするのに対してこの方法では干渉計の変調手段
と同じ手段が用いられている。
つの相補的な参照用フィルタ、例えば透過型と反射型の
両方で動作する同じ１つの干渉フィルタを利用し、か
つ、透過波と反射波に対して干渉計内の平均伝搬時間が
一定となるように光源の光の波長が制御されている場合
には、光源の光のスペクトルはフィルタの中心に位置し
たままの状態に留まり、このスペクトルが新しい参照波
長となる。この方法は従って外部参照物体（フィルタ）
を利用してはいるが、光源がある程度複雑な信号の処理
を必要とするのに対してこの方法では干渉計の変調手段
と同じ手段が用いられている。
本発明が上記の実施例に限定されることはない。特に、
別のタイプの非対称変調信号、特に上記の第２の実施例
のπ/2変調矩形波の持続時間よりも短い持続時間のπ変
調矩形波で構成されている変調信号を用いて伝搬時間の
変化を検出することができる。もちろん本発明がこれだ
けに限られるわけではない。
別のタイプの非対称変調信号、特に上記の第２の実施例
のπ/2変調矩形波の持続時間よりも短い持続時間のπ変
調矩形波で構成されている変調信号を用いて伝搬時間の
変化を検出することができる。もちろん本発明がこれだ
けに限られるわけではない。
第１図は、光ファイバ式ループ状干渉計の図である。 第２図と第３図は、ジャイロとして利用されているルー
プ状干渉計の回転に起因する位相のずれを測定するのに
現在用いられている方法を説明するためのタイムチャー
トである。 第４図、第５図、第６図、第７図は本発明の検出方法を
実施するのに用いられる信号のタイムチャートであり、
特に、変調信号と検出信号が、回転も伝搬時間の変化も
ないとき、回転はあるが伝搬時間の変化はないとき、回
転はないが伝搬時間の変化はあるとき、それに、回転も
伝搬時間の変化もあるときについてそれぞれ示されてい
る。 第８図は、回転も伝搬時間の変化もないときの本発明の
検出方法の別の実施例で用いられる信号のタイムチャー
トである。 第９図は、回転がないときに伝搬時間の変化が発生した
ときの第８図と同様の信号のタイムチャートである。 第10図は、伝搬時間の変化があり、しかも回転に起因す
る位相のずれがある場合の第８図と同様の信号のタイム
チャートである。 第11図と第12図は第１図の処理回路を詳細に示した図で
あり、それぞれ上記の検出法の２つの実施例を表してい
る。 （主な参照番号） １……光源、２……光ファイバ、 ３……分離器、４……位相変調器 ６……光分岐素子、７……出力ガイド、 ８……処理回路、 10、15、21、25……復調器、 11、12……フィルタ回路、 13、14、Ｄ……検出器、 16、26……フェイズシフタ、 20……スイッチ、 22、27……フィルタ兼検出回路
プ状干渉計の回転に起因する位相のずれを測定するのに
現在用いられている方法を説明するためのタイムチャー
トである。 第４図、第５図、第６図、第７図は本発明の検出方法を
実施するのに用いられる信号のタイムチャートであり、
特に、変調信号と検出信号が、回転も伝搬時間の変化も
ないとき、回転はあるが伝搬時間の変化はないとき、回
転はないが伝搬時間の変化はあるとき、それに、回転も
伝搬時間の変化もあるときについてそれぞれ示されてい
る。 第８図は、回転も伝搬時間の変化もないときの本発明の
検出方法の別の実施例で用いられる信号のタイムチャー
トである。 第９図は、回転がないときに伝搬時間の変化が発生した
ときの第８図と同様の信号のタイムチャートである。 第10図は、伝搬時間の変化があり、しかも回転に起因す
る位相のずれがある場合の第８図と同様の信号のタイム
チャートである。 第11図と第12図は第１図の処理回路を詳細に示した図で
あり、それぞれ上記の検出法の２つの実施例を表してい
る。 （主な参照番号） １……光源、２……光ファイバ、 ３……分離器、４……位相変調器 ６……光分岐素子、７……出力ガイド、 ８……処理回路、 10、15、21、25……復調器、 11、12……フィルタ回路、 13、14、Ｄ……検出器、 16、26……フェイズシフタ、 20……スイッチ、 22、27……フィルタ兼検出回路
Claims (6)
- 【請求項１】非対称位相変調を利用するループ状干渉計
内の伝搬時間の変化を検出する方法であって、この干渉
計の一端において、変調周期がこの干渉計内の平均伝搬
時間の２倍である非対称矩形波で波を位相変調し、次
に、周波数が変調周波数の２倍であり、かつ、伝搬時間
の変化に応じて持続時間が変化するパルスを、この干渉
計の出力において検出信号から取り出すことを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】上記位相変調信号が、位相がπ/2ずれてお
り、持続時間が平均伝搬時間とは実質的に異なっている
一連の矩形波と、その後に続く、上記位相変調信号の残
りの期間にわたって継続する、位相のずれがゼロの一定
部分とで構成されていることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】上記位相変調信号が、位相が±π/2ずれて
いる一連の矩形波で構成され、各矩形波は持続時間が平
均伝搬時間よりも短く、これら矩形波は位相のずれがゼ
ロの一定部分により互いに分離されていることを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】上記位相変調信号が、各変調周期ごとに、
位相をπ/2ずらし、次に、位相のずれがゼロの一定期間
の後に位相をπずらす一連の矩形波で構成され、位相を
π/2ずらす矩形波と位相をπずらす矩形波の持続時間が
異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】位相変調器を備えるループ状干渉計内の伝
搬時間の変化を検出する装置であって、上記位相変調器
（４）は、この干渉計の一端に位置しており、非対称な
矩形波により形成されていて初期伝搬時間の２倍の周期
を有する制御信号（ＣφＭ）により制御され、この干渉
計の検出器（Ｄ）の出力信号は処理回路内（８）で処理
されて、測定する非相反的位相のずれ（Ｓ（ω））に特
徴的な変調周波数を有する信号と、伝搬時間の変化に特
徴的な信号（Ｓ（tp））とが取り出されることを特徴と
する装置。 - 【請求項６】請求項５に記載の装置を応用して干渉計の
光源の光の平均波長を制御する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8704268 | 1987-03-27 | ||
| FR8704268A FR2613067B1 (fr) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Procede et dispositif de detection des variations de temps de propagation dans un interferometre en anneau et leur application au controle de longueur d'onde |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63273007A JPS63273007A (ja) | 1988-11-10 |
| JPH0781867B2 true JPH0781867B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=9349485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63074282A Expired - Fee Related JPH0781867B2 (ja) | 1987-03-27 | 1988-03-28 | ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法と装置およびこの方法と装置を応用した波長制御法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4871254A (ja) |
| EP (1) | EP0291368B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0781867B2 (ja) |
| DE (1) | DE3865518D1 (ja) |
| FR (1) | FR2613067B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2216652B (en) * | 1988-03-09 | 1992-09-02 | British Aerospace | Apparatus and method for determining the wavelength of optical radiation and optical apparatus employing said apparatus and method |
| JPH0711423B2 (ja) * | 1990-06-29 | 1995-02-08 | 日本航空電子工業株式会社 | 光干渉角速度計 |
| US5159575A (en) * | 1990-07-02 | 1992-10-27 | Winston Jr Charles R | Single stage demodulator with reference signal phase dither |
| US5170225A (en) * | 1991-02-22 | 1992-12-08 | Ferrar Carl M | Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer |
| US5285257A (en) * | 1991-03-01 | 1994-02-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optic rotation sensing apparatus and related method including providing synchronous detection at a phase at which the AM noise is minimized |
| GB2276000B (en) * | 1993-02-27 | 1996-10-09 | British Aerospace | Laser gyroscopes |
| US7072043B1 (en) | 2003-02-13 | 2006-07-04 | Shernoff Donald I | Fiber optic gyroscope for continuous measurement of low and high rates of rotation |
| US6989892B2 (en) * | 2004-03-22 | 2006-01-24 | Fluke Corporation | Optical fiber propagation time measurement |
| CN102607551B (zh) * | 2012-03-21 | 2015-01-28 | 浙江大学 | 一种消除波长变化对标度因数影响的光纤陀螺 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555739B1 (fr) * | 1980-11-07 | 1986-04-04 | Thomson Csf | Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau |
| GB2134248B (en) * | 1983-01-21 | 1986-11-26 | Standard Telephones Cables Ltd | Closed loop fibre-optic gyroscope |
| FR2566133B1 (fr) * | 1984-06-14 | 1986-08-29 | Thomson Csf | Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau |
| GB8611394D0 (en) * | 1986-05-08 | 1986-10-29 | British Aerospace | Fibre optic gyroscopes |
-
1987
- 1987-03-27 FR FR8704268A patent/FR2613067B1/fr not_active Expired
-
1988
- 1988-03-23 DE DE8888400700T patent/DE3865518D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-23 EP EP88400700A patent/EP0291368B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-25 US US07/173,548 patent/US4871254A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-28 JP JP63074282A patent/JPH0781867B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4871254A (en) | 1989-10-03 |
| EP0291368B1 (fr) | 1991-10-16 |
| EP0291368A3 (en) | 1989-01-25 |
| EP0291368A2 (fr) | 1988-11-17 |
| JPS63273007A (ja) | 1988-11-10 |
| FR2613067B1 (fr) | 1989-06-23 |
| DE3865518D1 (de) | 1991-11-21 |
| FR2613067A1 (fr) | 1988-09-30 |
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