JPS60107516A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサニヤック（Ｓａｇｎａｃ　）効果を用いて回
転角速度を検出する光フアイバジャイロに関する。

航空機や船舶などが航行する上においてジャイロは極め
て重要な役割を果している。特に、回転系における元の
サニヤック（Ｓａｇｎａｃ　）効果を用いて回転角速度
を検出する光フアイバジャイロは、機械部品によるジャ
イロの場合に生ずる磨耗等の心配がなく、極めて信頼性
に富んだジャイロである。

従来、このような光フアイバジャイロとして、１９８３
年のＩ　ＥＥＥ　ジャーナル　オブ　ライトウェーブ　
テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａ
ｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　）誌の第ＬＴ−１巻、第１
号の１１０頁から１１５頁に記載されたＬＯＲＥＮ　Ｆ
、５ＴＯＫＥＳ等による第１図に示すような光フアイバ
ジャイロがあった。同党ファイバジャイロは光源１０１
、方向性結合器１０２、光ファイバ１０３．光検出部１
０４、位相変調器１０５及び位相変調器の制御部１０６
からなシ、このうち、方向性結合器１０２と光ファイバ
１０３とによシリング干渉計が構成されている。このリ
ング干渉計は第２図に示すような透過特性を有しておシ
、第１図の位相変調器１０５及び位相変調器の制御部１
０６とで設定される第２図中の動作点２０１を適切に設
定すれば、回転角速度を理論上極めて高い感度で検出で
きる。しかし、実際は第１図の光源１０１０波長が速い
速度で微少な変動を生じるため、位相変調器の制御部１
０６が追随できず、第２図の動作点２０１に微少な変動
が生じ、それが雑音となって検出感度が低くなるという
欠点があった。

本発明の目的は上述の欠点を除去し、検出感度の高い元
ファイバジャイロを提供することにある。

本発明によれば、偏光保持型の４端子方向性結合器、及
び該方向性結合器の４つの端子のうちの２端子に両端を
接続した１本の偏光保持型光ファイバを有するリング干
渉計と、光源部で発生せしめられた円偏光の光を入射さ
せる第１の端子、及び該円偏光の光を互いに直交する偏
光に分割した後に前記４端子方向性結合器の前記２端子
とは他の２端子に接続するための第２及び第３の端子、
及び前記分割されだ円偏光の光がリング干渉計を経由し
た後、前記第２及び第３の端子からもどってくる光を合
波して出射する第４の端子を有する第１の偏光ビームス
プリッタと、前記第１の偏光スプリッタの第４の端子か
らの出射光を２つの偏光に分割する第２の偏光ビームス
プリッタと、前記第２の偏光ビームスグリフタで分割さ
れた各々の偏光した光を受光する第１及び第２の受光器
と、前記リング干渉計の一部に備えられた少なくとも１
個の位相変調器とを含み、前記第１及び第２の受光器の
少なくとも一方の出−力にょシ前記位相変調器を制御し
てリング干渉計の透過率特性上の動作点を設定し、かつ
、前記第１及び第２の受光器の差出力によシ回転角速度
を検出することを特徴とする光フアイバジャイロが得ら
れる。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明による一実施例の構成図を示したもので
ある。光源部３０１は半導体レーザ３０２、第１の集束
用レンズ３０３、アイソレータ３０４及び直線偏光を円
偏光に変換する４分の１波長板３０５からなシ、円偏光
の光を出射する。この円偏光の光は第１の偏光ビームス
プリッタ３０６の第１の端子３０７に入射し、同ビーム
スプリッタ３０６によシ、互いに直交する２つの偏光に
分割され、第２の端子３０８及び第３の端子３０９に出
射される。第２の端子３０８からの出射光は第３図紙面
に垂直な偏光であシ、第３の端子３０９からの用射光は
第３図紙面内に偏光している。ここで、まず第２の端子
３０８から出射した光の経路について説明する。第２の
端子３０８から出射した光は第２の集束用レンズ３１０
で集束され、第１の“偏光保持型光ファイバ３１１０２
つの主軸のうちの第１の主軸に偏光方向が一致するよう
に入射した後、方向性結合器３１２の第１の端子３１３
に導かれる。同党は該方向性結合器３１２の両端にそれ
ぞれ接続された第１の位相変調器３２３及び第２の位相
変調器３２４ｔ−それぞれ介して第２の端子３１４と第
３の端子３１５に接続された第２の偏光保持型光ファイ
バ３１６に同光ファイバ３１６の２つの主軸のうちのｍ
ｌの主軸に偏光方向が一致するように第２の端子３１４
側から第１の位相変調器３２３を介して入射し、第２の
位相変調器３２４及び第３の端子３１５を経由して方向
性結合器３１２にもどシ、さらに、同方向性結合器３１
２の第４の端子３１７から出射する。同第４の端子３１
７には第３の偏光保持型光ファイバ３１８が接続されて
おり、前記第４の端子３１７からの出射光は該第３の偏
光保持型光ファイバ３１８及び第３の集束用レンズ３１
９を介して前記第１のビームスプリッタ３０６の第３の
端子３０９に導かれる。前記方向性結合器３１２の第４
の端子３１７から出射した光は第３０偏光保持型光フア
イバ３１８の２つの主軸のうちの第１０主軸に偏光方向
が一致するように前記第３の偏光保持型光ファイバ３１
８に入射する。このとき、第３の偏光保持型光ファイバ
３１８の第１の主軸は第１の偏光ビームスプリッタ３０
６の第３の端子３０９への入口において第３図紙面に垂
直な方向に設置されてお夛、第１の偏光ビームスプリッ
タ３０６へは第３図紙面に垂直な偏光で入射する。しだ
がって、第１の偏光ビームスプリッタ３０６へ入射した
同偏光の光は同第１の偏光ビームスプリッタ３０６の第
４の端子３２６から第３図紙面に垂直方向な偏光で出射
する。次に、第１の偏光ビームスプリッタ３０６によ多
分割され第九は、第２の端子３０８から出射した光とは
逆の経路をたどって第２の端子３０８に達する。ここで
、該第３の端子３０９から出射した第３図紙面内に偏光
した光の偏光方向性前記第１．第２及び第３の偏光保持
型光ファイバの２つの主軸のうちの第２の主軸の方向と
一致している。したがって、第２の端子３０８に達した
ときその偏光方向は第３図紙面内に偏光している。その
ため、第１の偏光ビームスプリッタ３０６に入射した後
、そ９第４の端子３２６から第３図紙面内に偏光して出
射する。このようにして、第１の偏光ビームスプリッタ
３０６の第４の端子３２６から出射した画側光の光は第
２の偏光ビームスプリッタ３２０によシ再び第３図紙面
に垂直に偏光した光と、第３図紙面内に偏光した光にそ
れぞれ分割され、それぞれ第１及び第２の受光器３２１
．３２２により受光される。ここで、半導体レーザ３０
２は波長１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ　半導体レーザであ
シ、第１．第２及び第３の偏光保持型光ファイバ３１１
　、３１６　。

３１８はコア径４．０ｐｍ、波長１．３１１ｍにおける
損失５ｄｌｌ／ｂでちゃ、それぞれの元ファイバの長さ
は１０ｃＭ、ｌＱｍ、ｌＱｃＭである。また、方向性結
合器３１２は偏光保持型光ファイバのコアを近接してな
る方向性結合器であシ、上記使用状態における両側光の
結合係数はいずれも約９５％に設定されている。

さて、前記方向性結合器３１２と前記第２の偏光保持型
光ファイバ３１６とからなる光回路はリング干渉計とな
っておシ、第４図に示すような透過率特性を示す。同図
中で実線は第３図紙面に垂直な偏光に対する透過率特性
を示し、点線は第３図紙面内の偏光に対する透過率特性
を示している。

この透過率特性はリング干渉計の特性によシ決まるが、
同図に示すように一般に両側光に対し異なった特性を示
すため、ここでは第３図に示した、主に第３図紙面垂直
方向の偏光に作動する第１の位相変調器３２３及び主に
第３図紙面内方向の偏光に作動する第２の位相変調器３
２４を、前記第１及び第２の受光器３２１，３２２の和
出力３２９を制御信号として、第１及び第２のドライバ
ー回路３２７，３２８によ多制御している。

ここで、第１及び第２の位相変調器は、Ｌ　ｓ　ＮｂＯ
。

基板にＴＩを拡散した先導波路の屈折率全電気光学効果
によシ変化させて位相変調を行なっている。

この変調方法は良く知られた方法であシ、たとえば１９
７’５年のアプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃＳＬｅｔｔｅｒｓ　）誌の第
２７巻、第１０号の第５５５頁から第５５７頁に掲載さ
れたカミノウ（Ｉ、Ｐ、Ｋａｍｉｎｏｗ　）他によるエ
フイシエント　ストリップウェイプガイドモデュレータ
（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｓｔｒｉｐ−Ｗａｖｅｇｕｉｄ
ｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　）と題する論文などにその例
が見られる。

また、ここで用いた第１及び第２のドライバー回路３２
７，３２８は前記和出力３２９の信号電圧を第１及び第
２の位相変調器の制御電圧に適した電圧に変換するとと
もに、第４図に示した位相差を調節する電気回路でおる
。この制御によシ、前記第１及び第２の受光器３２１，
３２２の和出力３２９が常に一定になるようにしている
。第３図においては、前記和出力３２９の値は、基準と
する慣性系におけるリング干渉計のそれぞれの偏光の透
過率２４ｇ６に対応する和出力の値を保つように設定さ
れている。この制御によシ、第４図における動作点４０
１，４０２は透過率２４９６の位置に収束するように制
御されている。これら第１及び第２の位相変調器３２３
，３２４の応答速度はいずれもＩＰｓ程度以下でおるた
め、変動幅は比較的大きいがゆるやかな変化を示す雰囲
気温度変化や光源の発振周波数変化による前記リング干
渉計の光路長変化には十分追随できる。このとき、前記
第１及び第２の受光器３２１，３２２の差出力３２５は
、前記リング干渉計が回転していなければ零となり、回
転していれば該リング干渉計の回転角速度にほぼ比例し
た出力となる。したがって前記差出力３２５を測定すれ
ば前記リング干渉計の回転角速度を検出することができ
る。ここで、回転角速度を検出するのに、第１及び第２
の受光器３２１゜３２２の差出力を見ているため、微小
ではあるが速い変動を示す雰囲気温度変化や光源の発振
周波数変化に対してはその変動の影響をほとんど受けず
に回転角速度を検出することができる。したがって、極
めて高い検出感度が得られる。

以上、本発明による一実施例について説明した。

ここで、本実施例においては光源に半導体レーザを用い
たが、Ｈｅ−Ｎｅレーザのようなガスレーザを用いて・
もよい。また、第１及び第２の位相変調器としてＬｔＮ
ｂＯ，基板に形成した光導波路を用いたが、ファイバを
巻きつけたＰＺＴ素子に電圧を印加してファイバ中を伝
搬する光の位相を変化させる位相変調器を用いてもよい
。また、第１及び第２の２個の位相変調器を用いたが、
各偏光の透過率特性の位相が一致しているときには、各
偏光に同時に位相変調を加えることができる１個の位相
変調器のみを用いてもよいことは明らかである。

さらに、第２の偏光保持型光ファイバ３１６の長さを１
０ｍとしたが、この長さに限定されない。

また、方向性結合器３１２の結合係数を約９５％とした
が、この値に限定されない。

最後に本発明による光フアイバジャイロの特徴を列挙す
れば、差動検出法を用いているため、微少ではあるが速
い雰囲気温度変化や光源の波長変化の影響を受けずに高
い検出感度が得られること、偏光保持型光ファイバを用
いているため偏光ゆらぎ雑音の影＃を受けないこと、リ
ング干渉計の右廻シと左廻シで互いに直交する異なった
偏光を用いているので後方散乱光の影＃全受けにくいこ
と等である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光フアイバジャイロの構成図、第２図は
従来の光フアイバジャイロの構成部品の特性の説明図、
第３図は本発明による一実施例の構成図、第４図は本発
明による一実施例の構成部品の特性の説明図である。 図において、 １０１・・・光源、１０２・・・方向性結合器、１０３
・・・光ファイバ、１０４・・・光検出部、１０５・・
・位相変調器、１０６　・−・位相変調器の制御部、２
０１−・・動作点、３０１・・・光源部、３０６・・・
第１の偏光ビームスプリッタ、３１１，３１６，３１８
・・・偏光保持型光ファイバ、３１２・・・方向性結合
器、３２１．３２２・−・受光器、３２３，３２４・−
・位相変調器、３２５・・・回転角速度を示す検出信号 である。 ←２Ｔｒｏｄ＋ イｎ才目架〒５駆巨量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円偏光の光を出射する光源部と、偏光保持型の４
   端子方向性結合器と、該方向性結合器の４つの端子のう
   ちの２端子に両端を接続した１本の偏光保持型光ファイ
   バを有するリング干渉計と、光源部で発生せしめられた
   円偏光の元を入射させる第１の端子及び該円偏光の光を
   互いに直交する偏光に分割した後前記４端子方向性結合
   器の前記２端子とは他の２端子に接続するための第２及
   び第３の端子及び前記分割された円偏光の光がリング干
   渉計を経由した後、前記第２及び第３の端子からもどっ
   てくる光を合波して出射する第４の端子を有する第１の
   偏光ビームスグリツタと、前記第１の偏光ビームスプリ
   ッタの第４の端子からの出射光を２−）の偏光光に分割
   する第２の偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビ
   ームスプリッタで分割された各々の偏光した光を受光す
   る第１及び第゛２の受光器と、前記リング干渉計の一部
   に備えられた少なくとも１個の位相変調器と、前記第１
   及び第２の受光器の少なくとも一方の出力によシ前記位
   相変調器を制御してリング干渉計の透過率特性上の動作
   点を設定する制御器と、前記第１及び第２の受光器の差
   信号を出力する回路とを備えていることを％徴とする光
   フアイバジャイロ。