JPS6134417A - 開ル−プレ−ザジャイロ - Google Patents
開ル−プレ−ザジャイロInfo
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- JPS6134417A JPS6134417A JP9077585A JP9077585A JPS6134417A JP S6134417 A JPS6134417 A JP S6134417A JP 9077585 A JP9077585 A JP 9077585A JP 9077585 A JP9077585 A JP 9077585A JP S6134417 A JPS6134417 A JP S6134417A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- 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
- G01C19/727—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 using a passive ring resonator
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は角速度の検出装置に係り、特に開ループレーザ
ジャイロに関する。
ジャイロに関する。
−[発明の技術的背景とその問題点]
一般に、レーザジャイロは互いに反対方向に進む光をリ
ング共振器に入射するようレーザを配置することによっ
て動作する波長の整数倍がリング共振器に適合するよう
な周波数を入射光が有すれば、そのリングは共振する。
ング共振器に入射するようレーザを配置することによっ
て動作する波長の整数倍がリング共振器に適合するよう
な周波数を入射光が有すれば、そのリングは共振する。
リングが角速度を持つと1回転方向に放射線の進行する
みかけの路長はその逆方向に進行するそれよりも長くな
る。みかけの路長の変化は共振状態を乱す。この共振状
態はリングに入射する光の周波数を変えるこ、とにより
再確立することができる。共振状態の再確立に必要な周
波数の変化によってリングの角速度が割り出される。
みかけの路長はその逆方向に進行するそれよりも長くな
る。みかけの路長の変化は共振状態を乱す。この共振状
態はリングに入射する光の周波数を変えるこ、とにより
再確立することができる。共振状態の再確立に必要な周
波数の変化によってリングの角速度が割り出される。
閉ループレーザジャイロにおいては、リングに入射する
光の周波数をしばしば音響光学周波数シフターを用いて
変えることによって、リングを共振状態に維持する。こ
のようなジャイロはリングの回転中、共振器を共振状態
に維持するために入射波数が変化するという意味で閉ル
ープである。
光の周波数をしばしば音響光学周波数シフターを用いて
変えることによって、リングを共振状態に維持する。こ
のようなジャイロはリングの回転中、共振器を共振状態
に維持するために入射波数が変化するという意味で閉ル
ープである。
このような閉ループレーザジャイロの一つが米国特許N
o、4,326,803に開示されている。このジャイ
ロは、レーザ及びリング共振器の外に一対の周波数シフ
タが必要であり、このことはコストを上げ、かつ複雑に
するという欠点を有する。
o、4,326,803に開示されている。このジャイ
ロは、レーザ及びリング共振器の外に一対の周波数シフ
タが必要であり、このことはコストを上げ、かつ複雑に
するという欠点を有する。
[発明の目的]
本発明の目的は、周波数シフタを必要としない開ループ
レーザジャイロを提供することである。
レーザジャイロを提供することである。
更に本発明の目的は、先行技術のものよりも簡単で実際
に経済的なレーザジャイロスコープを提供することであ
る。
に経済的なレーザジャイロスコープを提供することであ
る。
更に本発明のもう一つの目的は、薄膜技術を用いて行な
われうるレーザジャイロスコープを提供することである
。
われうるレーザジャイロスコープを提供することである
。
[発明の概要]
本発明の開ループレーザジャイロは、一つのレーザと一
つの共振器を有する。このレーザからの互いに反対方向
に進行する光線を共振器に入射させる結合装置も設けら
れる。レーザの周波数は、共振器の共振周波数の上下に
一定レベル、即ちdCに重ねたステップで走査され、ス
テップ時に互いに反対方向に進行する光の一方の強度が
検出される。ステップ走査中の検出光の強度の差を測定
するための装置も設けられる。この差を感知する電子装
置はステップ走査のdcレベルを変えて差をゼロにもっ
ていくために用いられる。ついで互いに反対方向に進行
するもう一方の光の強度がステップ走査中に検出され、
三の強度差が測定される。この差がジャイロの回転速度
を表わす。
つの共振器を有する。このレーザからの互いに反対方向
に進行する光線を共振器に入射させる結合装置も設けら
れる。レーザの周波数は、共振器の共振周波数の上下に
一定レベル、即ちdCに重ねたステップで走査され、ス
テップ時に互いに反対方向に進行する光の一方の強度が
検出される。ステップ走査中の検出光の強度の差を測定
するための装置も設けられる。この差を感知する電子装
置はステップ走査のdcレベルを変えて差をゼロにもっ
ていくために用いられる。ついで互いに反対方向に進行
するもう一方の光の強度がステップ走査中に検出され、
三の強度差が測定される。この差がジャイロの回転速度
を表わす。
一つの好ましい実施例においては、共振器にレーザから
の互J、に反対方向に進行する光線を入射させるために
第−及び第二の入力導波路カプラが用いられる。この実
施例においては、ステップ走査中の一方の入力カプラの
光強度を検出する装置も用いられる。強度の差が測定さ
れ、その差に感応して、ステップ走査のdcレベルを変
えて、その差を0に持っていく電子装置も用いられる。
の互J、に反対方向に進行する光線を入射させるために
第−及び第二の入力導波路カプラが用いられる。この実
施例においては、ステップ走査中の一方の入力カプラの
光強度を検出する装置も用いられる。強度の差が測定さ
れ、その差に感応して、ステップ走査のdcレベルを変
えて、その差を0に持っていく電子装置も用いられる。
もう一つの入力カプラにおける光強度もステップ走査中
検出され、その強度差がジャイロの回転速度を表わす。
検出され、その強度差がジャイロの回転速度を表わす。
[発明の実施例]
まず、ここに開示するレーザジャイロの動作理論を第1
.2及び3図を参照しながら説明する。
.2及び3図を参照しながら説明する。
第3図におけるリング共振器10の中の光の強度は、共
振器10の共振波数foの関数である光周波数を共振器
の線幅rに依存する。第1図に示すように、最大強度工
。は共振器10中を進行する光の周波数が周波数f。の
とき得られる。周波数が共振周波数foから離れるに従
って、強度は急速に降下する。特に共振付近において導
波路振器lO中の強度と入力強度との関係は次式によっ
て与えられる。
振器10の共振波数foの関数である光周波数を共振器
の線幅rに依存する。第1図に示すように、最大強度工
。は共振器10中を進行する光の周波数が周波数f。の
とき得られる。周波数が共振周波数foから離れるに従
って、強度は急速に降下する。特に共振付近において導
波路振器lO中の強度と入力強度との関係は次式によっ
て与えられる。
ガンマは線幅すなわち第1図の曲線のI”Io/2の強
度における幅である。周波数に関する■の導関数は次式
によって与えられる。
度における幅である。周波数に関する■の導関数は次式
によって与えられる。
最大勾配は374強度点において得られ、次式で与えら
れる。
れる。
このように、勾配が最大となる3/4強度点において、
小さな周波数変化が共振器10中の光の強度の大きな変
化をひき起す。この小さな周波数変化に対する強度の感
度を利用することによって開ループレーザジャイロが形
成される。 。
小さな周波数変化が共振器10中の光の強度の大きな変
化をひき起す。この小さな周波数変化に対する強度の感
度を利用することによって開ループレーザジャイロが形
成される。 。
次に小さな周波数変化によってもたらされる強度変化を
用いる方法を第2図を基に説明する。第1図に示すよう
に、曲線I2は周波数の関数として導波路共振器10中
の光の強度をプロットしたものである。第3図のレーザ
14のようなレーザの周波数が第2図の曲線16に示す
ように変化すると、リング共振器10中の光の強度も変
化する。
用いる方法を第2図を基に説明する。第1図に示すよう
に、曲線I2は周波数の関数として導波路共振器10中
の光の強度をプロットしたものである。第3図のレーザ
14のようなレーザの周波数が第2図の曲線16に示す
ように変化すると、リング共振器10中の光の強度も変
化する。
特に、レーザ14は、インターバルT1の時、周波数f
o以下の周波数で動作し、インターバル1゛2の時はf
oより大きい周波数で動作して、それは図示するように
交互に連続する。この交互ステップ状の曲線16は第2
図で偏り(offset)で表わされるdcレベルを有
する。レーザがf。以下の周波数で動作する時間T1で
は、導波路共振器IO中の強度は曲線12と直線18の
交点20によって表わされる。同様にインターバルT2
では導波路共振器10内の強度は曲線12と直線22の
交点24で決定される。このように、インターバルTユ
では共振器10中の強度は点20で表わされる値を持ち
、時間T2では点24で表わされる値を持つ。曲線16
のdeレベル、すなわち、第2図に示す偏りがfθ以上
及びfO以下のレーザ周波数を変えることによって0に
近づくと、点20は地点26に向けて上方に移動し、点
24は地点28に向けて下方に移動する。曲線12が対
称のため、地点26と28は同じ強度にある。
o以下の周波数で動作し、インターバル1゛2の時はf
oより大きい周波数で動作して、それは図示するように
交互に連続する。この交互ステップ状の曲線16は第2
図で偏り(offset)で表わされるdcレベルを有
する。レーザがf。以下の周波数で動作する時間T1で
は、導波路共振器IO中の強度は曲線12と直線18の
交点20によって表わされる。同様にインターバルT2
では導波路共振器10内の強度は曲線12と直線22の
交点24で決定される。このように、インターバルTユ
では共振器10中の強度は点20で表わされる値を持ち
、時間T2では点24で表わされる値を持つ。曲線16
のdeレベル、すなわち、第2図に示す偏りがfθ以上
及びfO以下のレーザ周波数を変えることによって0に
近づくと、点20は地点26に向けて上方に移動し、点
24は地点28に向けて下方に移動する。曲線12が対
称のため、地点26と28は同じ強度にある。
次に、前述の理論がレーザジャイロにいかに利用されて
いるかを示すために第3図のレーザジャイロ30につい
て説明する。レーザジャイロ30は、導波路共振器10
とレーザ14、好ましくはガリウム・アルミニウム・ヒ
素ダイオードレーザを有する。ダイオードレーザ14の
出力は入力導波路カプラ32に沿って進行する。この導
波路カプラ32は第2の入力導波路カプラ34に近接し
て配置される。エバネッセント結合のメカニズムによっ
て、導波路32を進行する光は導波路34に伝播する。
いるかを示すために第3図のレーザジャイロ30につい
て説明する。レーザジャイロ30は、導波路共振器10
とレーザ14、好ましくはガリウム・アルミニウム・ヒ
素ダイオードレーザを有する。ダイオードレーザ14の
出力は入力導波路カプラ32に沿って進行する。この導
波路カプラ32は第2の入力導波路カプラ34に近接し
て配置される。エバネッセント結合のメカニズムによっ
て、導波路32を進行する光は導波路34に伝播する。
導波路32及び34はレーザダイオード14からの光エ
ネルギーの約半分が入力カプラ32を進行し、もう半分
の光エネルギーが入力カプラ34を進行するように配置
される。エネルギーが手早に分けられるため、導波路カ
プラ32及び34は、3デシベルカプラによって結合さ
れていると考えられる。さしあたり、光が入力カプラ3
4を進行しているとして、再びエバネッセント結合のメ
カニズムにより、導波路34中を進行する光は地点36
で導波路共振器10に伝播する。
ネルギーの約半分が入力カプラ32を進行し、もう半分
の光エネルギーが入力カプラ34を進行するように配置
される。エネルギーが手早に分けられるため、導波路カ
プラ32及び34は、3デシベルカプラによって結合さ
れていると考えられる。さしあたり、光が入力カプラ3
4を進行しているとして、再びエバネッセント結合のメ
カニズムにより、導波路34中を進行する光は地点36
で導波路共振器10に伝播する。
この光は導波路共振器10を時計回りに進行する。
出力カプラ38もまた、導波路共振器10を時計回りに
進行する光が出力カプラ38に伝播し、検出器40によ
って検出されうるように導波路共振器IOに結合される
。
進行する光が出力カプラ38に伝播し、検出器40によ
って検出されうるように導波路共振器IOに結合される
。
覚えておくべき重要なことはレーザー4が、第2図に示
すように、導波路共振器10の共振周波数f、の上及び
下に周波数を変化させて動作することである。従って時
間T1では、検出器40はレーザー4が共振周波数fO
以下で動作する時の導波路共振器中の光の強度を検出す
る。同様に、時間T2では、検出器40はレーザ周波数
がfO以上の時の共振器中の強度を検出する。第2図A
に示すように、検出器40の出力は時間TIではスイッ
チ44によってサンプルホールド素子42に接続され、
時間T2ではサンプルホールド素子46に接続されて、
2つの信号の差が差動回路(difference n
etwork) 48によって計算される。
すように、導波路共振器10の共振周波数f、の上及び
下に周波数を変化させて動作することである。従って時
間T1では、検出器40はレーザー4が共振周波数fO
以下で動作する時の導波路共振器中の光の強度を検出す
る。同様に、時間T2では、検出器40はレーザ周波数
がfO以上の時の共振器中の強度を検出する。第2図A
に示すように、検出器40の出力は時間TIではスイッ
チ44によってサンプルホールド素子42に接続され、
時間T2ではサンプルホールド素子46に接続されて、
2つの信号の差が差動回路(difference n
etwork) 48によって計算される。
この差動回路48からの出力は第3図に示すように、サ
ーボ増幅器52への第1人力50となる。
ーボ増幅器52への第1人力50となる。
サーボ□増幅器52への他の入力54は、レーザダイオ
ード14の強度をモニターする検出器56からの出力で
ある。このように、信号50はレーザダイオード14の
出力に関して規格化される。サーボ増幅器52の出力は
このような正規化信号58となり、第2図の曲線16で
示される交互ステップのdcレベルを変えるために用い
られる。
ード14の強度をモニターする検出器56からの出力で
ある。このように、信号50はレーザダイオード14の
出力に関して規格化される。サーボ増幅器52の出力は
このような正規化信号58となり、第2図の曲線16で
示される交互ステップのdcレベルを変えるために用い
られる。
仮りにレーザジャイロ30が第3図の平面で角速度を持
つと、導波路共振器10における見掛けの路長は回転速
度のために変化する。この路長の変化が共振状態をfO
からずらして乱す。ついで上述の制御体系は曲線16の
ステップのdcレベルを変えて点20と24(第2図)
を新しい共振周、波数に合うよう移動させる。ここで、
入力カプラ32中を連行する光を考えると、この光は地
点60において導波路共振器10に伝播し反時計回すに
進行する。この反時計回りに進行した光は出力カプラ3
8に伝播し検出器62によって検出される。ジャイロ3
0が回転しているために、共振状態はこの反時計回りに
進む光に対しても異なり、そのことが回転速度の測定を
可能にする。検出器62の出力は第2図Aに示すような
方法でサンプリングされ、第2サーボ増幅器66の入力
64となる。サーボ増幅器66へのもう一つの入力68
は検出器56からの出力である。サーボ増幅器66の出
力はこのように規格化された差信号であり、時間TIと
T2における反時計回りに進行する光の強度差を表わす
。この差がレーザジャイロ30の角速度を示す。
つと、導波路共振器10における見掛けの路長は回転速
度のために変化する。この路長の変化が共振状態をfO
からずらして乱す。ついで上述の制御体系は曲線16の
ステップのdcレベルを変えて点20と24(第2図)
を新しい共振周、波数に合うよう移動させる。ここで、
入力カプラ32中を連行する光を考えると、この光は地
点60において導波路共振器10に伝播し反時計回すに
進行する。この反時計回りに進行した光は出力カプラ3
8に伝播し検出器62によって検出される。ジャイロ3
0が回転しているために、共振状態はこの反時計回りに
進む光に対しても異なり、そのことが回転速度の測定を
可能にする。検出器62の出力は第2図Aに示すような
方法でサンプリングされ、第2サーボ増幅器66の入力
64となる。サーボ増幅器66へのもう一つの入力68
は検出器56からの出力である。サーボ増幅器66の出
力はこのように規格化された差信号であり、時間TIと
T2における反時計回りに進行する光の強度差を表わす
。この差がレーザジャイロ30の角速度を示す。
また第3図において、レーザダイオード14はペルチェ
冷却器のような熱電装置70に取付けられ、でいる。こ
の熱電装置70はレーザ14の温度の計測する装置を有
し、この温度測定信号はサーボ増幅器72の入力となり
、このサーボ増幅器72は閉ループ形式に作用して、レ
ーザダイオード14を一定温度に保持する。この温度サ
ーボはし−ザタイオード14の縦モード変化(モードホ
ッピング)を防ぐために必要である。
冷却器のような熱電装置70に取付けられ、でいる。こ
の熱電装置70はレーザ14の温度の計測する装置を有
し、この温度測定信号はサーボ増幅器72の入力となり
、このサーボ増幅器72は閉ループ形式に作用して、レ
ーザダイオード14を一定温度に保持する。この温度サ
ーボはし−ザタイオード14の縦モード変化(モードホ
ッピング)を防ぐために必要である。
第2図Aに示した復調器は他の構造、例えばデジタル式
に、検出器信号によって駆動する電圧−周波数変換器を
用いることもできる。その場合、電圧−周波数出力はア
ップ・ダウンカウンタにおいて、T1.T2で機数され
る。その計数値は正確にカウントされ、積算誤差信号で
ある。第3図に示す3カプラレーザジヤイロ30は公知
の2カブラレーザジヤイロよりも有利である。それは、
レーザと入力カプラとの間に周波数シフタがないため、
レーザに接続される共振ループ又は共振空胴の問題が除
去されるからである。すなわち、この装置は個々に分離
される。
に、検出器信号によって駆動する電圧−周波数変換器を
用いることもできる。その場合、電圧−周波数出力はア
ップ・ダウンカウンタにおいて、T1.T2で機数され
る。その計数値は正確にカウントされ、積算誤差信号で
ある。第3図に示す3カプラレーザジヤイロ30は公知
の2カブラレーザジヤイロよりも有利である。それは、
レーザと入力カプラとの間に周波数シフタがないため、
レーザに接続される共振ループ又は共振空胴の問題が除
去されるからである。すなわち、この装置は個々に分離
される。
第3図のレーザジャイロ30は、検出器40及び62に
おいてファプリーペロ透過信号(trans −mit
ted Fabry−Perot+signa1g)を
用いている点で″直接的(ダイレクト)″と考えられる
。その信号は第1図及び第2図に示すように共振でピー
クに達する。検出器40及び62で感知した信号が共振
でピークに達すると、入力カプラ32と34での光強度
は共振状態で実質的に全光エネルギーが導波路共振器1
0中にあるので、最小になる。このことは第4図を用い
て次に説明するように′″逆(インバース)″操作を3
暗示する。開ループ薄膜レーザジャイロ80はリング導
波路共振器82とレーザダイオード84を有する。一対
の入力力プラ86と88はレーザダイオード84から導
波路共振器82へ光エネルグーを伝達するために設置さ
れている。第3図の実施例と同様に、入力カプラ86.
88はレーザダイオード84からのエネルギーのほぼ半
分が入力カプラ8Gに進行し、残りの半分が入力カプラ
88に進行するように配置される。カプラ86.88は
導波路共振器82に光が伝播するように導波路共振器に
対し配置される。入力カプラ88の末端は検出器90に
接続〆 され、入力カプラ86の末端は検出器92に接続される
。レーザダイオード84はレーザダイオードの温度を制
御する熱電装置94に取付けられている。検出器96は
第3図の実施例と同様に、規格化用のレーザダイオード
84の出力をモニタするために設けられている。第2図
及び第3図に示した実施例と同様なステップ形でレーザ
ダイオード84は動作する。しかしこの場合、検出器9
0からの出力はレーザダイオード84の出力のdcレベ
ルを変えるために利用される。もちろん、検出器90に
おける信号は、第2図に示した波形12とは逆である。
おいてファプリーペロ透過信号(trans −mit
ted Fabry−Perot+signa1g)を
用いている点で″直接的(ダイレクト)″と考えられる
。その信号は第1図及び第2図に示すように共振でピー
クに達する。検出器40及び62で感知した信号が共振
でピークに達すると、入力カプラ32と34での光強度
は共振状態で実質的に全光エネルギーが導波路共振器1
0中にあるので、最小になる。このことは第4図を用い
て次に説明するように′″逆(インバース)″操作を3
暗示する。開ループ薄膜レーザジャイロ80はリング導
波路共振器82とレーザダイオード84を有する。一対
の入力力プラ86と88はレーザダイオード84から導
波路共振器82へ光エネルグーを伝達するために設置さ
れている。第3図の実施例と同様に、入力カプラ86.
88はレーザダイオード84からのエネルギーのほぼ半
分が入力カプラ8Gに進行し、残りの半分が入力カプラ
88に進行するように配置される。カプラ86.88は
導波路共振器82に光が伝播するように導波路共振器に
対し配置される。入力カプラ88の末端は検出器90に
接続〆 され、入力カプラ86の末端は検出器92に接続される
。レーザダイオード84はレーザダイオードの温度を制
御する熱電装置94に取付けられている。検出器96は
第3図の実施例と同様に、規格化用のレーザダイオード
84の出力をモニタするために設けられている。第2図
及び第3図に示した実施例と同様なステップ形でレーザ
ダイオード84は動作する。しかしこの場合、検出器9
0からの出力はレーザダイオード84の出力のdcレベ
ルを変えるために利用される。もちろん、検出器90に
おける信号は、第2図に示した波形12とは逆である。
すなわち、導波路共振器82が共振状態になると、検出
器90は最小値を示す。
器90は最小値を示す。
従って、レーザジャイロ80が角速度を持つと、サーボ
増幅器98は周波数のステップ変化のdcレベルを調整
して時計回り番;進む光をリング共振状態に合致するよ
う維持する。次に検出器92はジャイロ80の角速度を
表わす信号を検出する。
増幅器98は周波数のステップ変化のdcレベルを調整
して時計回り番;進む光をリング共振状態に合致するよ
う維持する。次に検出器92はジャイロ80の角速度を
表わす信号を検出する。
注意すべきは、第4図の実施例は第3図の実施例におけ
るような出力カプラを必要とせず、そのため、より簡単
で製造コストが安いことである。
るような出力カプラを必要とせず、そのため、より簡単
で製造コストが安いことである。
第5図は第3図及び第4図に示すような′″直接的″′
ジャイロと′逆の″ジャイロを組合せた本発明の一実施
例を示す。
ジャイロと′逆の″ジャイロを組合せた本発明の一実施
例を示す。
それぞれ独立して発生するので、レーザジャイロ100
の感度を改善するために結合することができる。明らか
なように、この実施例は規格化用のレーザ出力を検出す
る検出器の必要がない。本実施例はまた、ディファレン
シャル(差動)強度□のゆらぎの結果生ずるにせの速度
信号を除去する。
の感度を改善するために結合することができる。明らか
なように、この実施例は規格化用のレーザ出力を検出す
る検出器の必要がない。本実施例はまた、ディファレン
シャル(差動)強度□のゆらぎの結果生ずるにせの速度
信号を除去する。
このレーザジャイロ100は熱電装置104に取付けら
れたレーザダイオード102を有する。熱電装置104
は一般に106で示す温度サーボによって制御される。
れたレーザダイオード102を有する。熱電装置104
は一般に106で示す温度サーボによって制御される。
レーザダイオード102は入力カプラ108,110に
進行する光を発生する、入力カプラ108.110は導
波路共振器112に光が伝播するように配置される。入
力カプラ108.110の末端はそれぞれ検出器114
,116と接続される。出力カプラ118の両端は検出
器120、l 2’2と接続される。
進行する光を発生する、入力カプラ108.110は導
波路共振器112に光が伝播するように配置される。入
力カプラ108.110の末端はそれぞれ検出器114
,116と接続される。出力カプラ118の両端は検出
器120、l 2’2と接続される。
次にレーザジャイロ106の制作について説明する。入
力カプラ108を進行する光は導波路共振器112にエ
バネッセント結合され、時計回りに進行する光線を発生
する。この時計回りに進む光は出力カプラ118に伝播
し検出器120によって検出される。検出器120の出
力は、入力カプラ108の光エネルギーに感応する検出
器114の出力と比較される。サーボ増幅器124は、
第3図の実施例で述べたと同様のやり方で、レーザダイ
オード102の周波数ステップのdcレベルを制御する
誤差信号を発生する。従って、レーザ出力のステップ波
形のdcレベルは導波路共振器112の共振状態に合う
よう調整される。反時計回りの光線に感応する検出器1
22の出力は演算増幅器126における検出器116の
出力と比較され、演算増幅器126の出力はレーザジャ
イロ100の角速度を示す。ジャイロ100は感度がよ
り高く、規格化検出器の必要がない。
力カプラ108を進行する光は導波路共振器112にエ
バネッセント結合され、時計回りに進行する光線を発生
する。この時計回りに進む光は出力カプラ118に伝播
し検出器120によって検出される。検出器120の出
力は、入力カプラ108の光エネルギーに感応する検出
器114の出力と比較される。サーボ増幅器124は、
第3図の実施例で述べたと同様のやり方で、レーザダイ
オード102の周波数ステップのdcレベルを制御する
誤差信号を発生する。従って、レーザ出力のステップ波
形のdcレベルは導波路共振器112の共振状態に合う
よう調整される。反時計回りの光線に感応する検出器1
22の出力は演算増幅器126における検出器116の
出力と比較され、演算増幅器126の出力はレーザジャ
イロ100の角速度を示す。ジャイロ100は感度がよ
り高く、規格化検出器の必要がない。
3.4.5図のレーザジャイロでは、ピークからピーク
までのレーザ周一数のゆれ又はステップが第1図に示す
ような最大値の3/4の強度点での共振器線の幅に等し
いとき、最大の感度が得られる。それは次式で与えられ
る。
までのレーザ周一数のゆれ又はステップが第1図に示す
ような最大値の3/4の強度点での共振器線の幅に等し
いとき、最大の感度が得られる。それは次式で与えられ
る。
ここで、dは導波路共振器の直径、nは共振器の有効屈
折率、λは波長、Ωは角速度である。上式から直径1イ
ンチの共振器は、波長が80On+nにおいて、0.1
°/see/mWの分解能を有することがわかる。その
分解能はショットノイズによって制限される。このよう
な共振器の線幅はおよそ80メガヘルツである。このよ
うなジャイロでは、速度感度は次のような値となる。
折率、λは波長、Ωは角速度である。上式から直径1イ
ンチの共振器は、波長が80On+nにおいて、0.1
°/see/mWの分解能を有することがわかる。その
分解能はショットノイズによって制限される。このよう
な共振器の線幅はおよそ80メガヘルツである。このよ
うなジャイロでは、速度感度は次のような値となる。
角速度が±1000°/seC,では、強度変化はおよ
そ0.01であり、それは出力曲線においてわずかのず
れにすぎない。3/4の強度点では、リング共振器の幅
は24メガヘルツであり、それ故レーザダイオードへの
入力として必要な電流のゆらぎは0 、0 +、
。
そ0.01であり、それは出力曲線においてわずかのず
れにすぎない。3/4の強度点では、リング共振器の幅
は24メガヘルツであり、それ故レーザダイオードへの
入力として必要な電流のゆらぎは0 、0 +、
。
6ミリアンペアの範囲内にあり、それは実行可能である
。
。
第6図は、上述の薄膜レーザダイオードの一つの可能な
構造である。ジャイロ150は基板としてガラス板15
2を用いる。このガラス板152は例えば178インチ
の厚さであるが、もっと薄くともよい。ジャイ0.15
・0は導、波路共振器154、任意の出力導波路カプラ
156、及び入力カプラ導波路158.160を有する
。これらのすべての導波路はイオン注入された、又はイ
オン交換された(ガラス中の銀)光固定(photol
ocked)ポリマーである。これらの導波路は0.8
4ミクロンの波長で典型的に深さ1〜2ミクロン、幅5
〜10ミクロンであるこのジャイロ150の構造の利点
は、一つの端辺162だけ構成要素を取付けるために研
摩すればよいことである。レーザ164は好ましくはガ
リウム・アルミニウム・ヒ素レーザである。ガリウム・
インジウム・ヒ素・リンレーザもまた1、3ミクロンの
操作では使用される。直接検出器166.168及びイ
ンバース検出器170.172も前述の研摩された端辺
162に取付けられる。こられの検出器は0.84ミク
ロンの使用に対してシリコン検出器が好ましぐ、より長
い波長が用いられるときは他の検出器を使用すべきであ
る。
構造である。ジャイロ150は基板としてガラス板15
2を用いる。このガラス板152は例えば178インチ
の厚さであるが、もっと薄くともよい。ジャイ0.15
・0は導、波路共振器154、任意の出力導波路カプラ
156、及び入力カプラ導波路158.160を有する
。これらのすべての導波路はイオン注入された、又はイ
オン交換された(ガラス中の銀)光固定(photol
ocked)ポリマーである。これらの導波路は0.8
4ミクロンの波長で典型的に深さ1〜2ミクロン、幅5
〜10ミクロンであるこのジャイロ150の構造の利点
は、一つの端辺162だけ構成要素を取付けるために研
摩すればよいことである。レーザ164は好ましくはガ
リウム・アルミニウム・ヒ素レーザである。ガリウム・
インジウム・ヒ素・リンレーザもまた1、3ミクロンの
操作では使用される。直接検出器166.168及びイ
ンバース検出器170.172も前述の研摩された端辺
162に取付けられる。こられの検出器は0.84ミク
ロンの使用に対してシリコン検出器が好ましぐ、より長
い波長が用いられるときは他の検出器を使用すべきであ
る。
すべての電子部品がこの単一の研摩された端辺162に
配置された簡単なアセンブリであるため、このレーザジ
ャイロは比較的コストが低い。
配置された簡単なアセンブリであるため、このレーザジ
ャイロは比較的コストが低い。
薄膜レーザジャイロスコープのもう一つの実施例を第7
図に示す。ジャイロ200はリング共振器202とレー
ザ204を有する。カプラ206.208はそれぞれ共
振器202へ光を結合させるよう及び共振器202から
光を受取れるよう配置される。レーザ204の光をカプ
ラ206又はカプラ208のいずれか一方に選んで光を
伝播させるための電気光学スイッチ210が設けられる
。
図に示す。ジャイロ200はリング共振器202とレー
ザ204を有する。カプラ206.208はそれぞれ共
振器202へ光を結合させるよう及び共振器202から
光を受取れるよう配置される。レーザ204の光をカプ
ラ206又はカプラ208のいずれか一方に選んで光を
伝播させるための電気光学スイッチ210が設けられる
。
このように、前述した実施例で示したような二つのカプ
ラに半分づつエネルギーが分配されるのではなくて、レ
ーザ204からの全エネルギーが二つのカプラのうちの
いずれか一方に伝達される。
ラに半分づつエネルギーが分配されるのではなくて、レ
ーザ204からの全エネルギーが二つのカプラのうちの
いずれか一方に伝達される。
次に、ジャイロ200の動作について説明する。
電子光学スイット210がレーザ204からの光がカプ
ラ208に伝達されるような状態にあるとすると、この
光は次に共振器202に伝播して反時計回りに進行する
。この光はついで、カプラ206に伝播してダイレクト
検出器212によって検出される。インバース信号は検
出器214で検出される。同様に、スイッチ210は他
方の状態にあるときは、光はカプラ206から共振器に
伝播して時計回りに進行する。この光はカプラ208に
伝播してダイレクト検出器216によって検出される。
ラ208に伝達されるような状態にあるとすると、この
光は次に共振器202に伝播して反時計回りに進行する
。この光はついで、カプラ206に伝播してダイレクト
検出器212によって検出される。インバース信号は検
出器214で検出される。同様に、スイッチ210は他
方の状態にあるときは、光はカプラ206から共振器に
伝播して時計回りに進行する。この光はカプラ208に
伝播してダイレクト検出器216によって検出される。
またインバース検出器218も設けられている。これら
の検出器の出力は他の実施例で既に説明したように角速
度を推定するのに用いられる。
の検出器の出力は他の実施例で既に説明したように角速
度を推定するのに用いられる。
第8図は″インバース”動作の薄膜オープンループレー
ザジャイロのもう一つの実施例を示す。レーザジャイロ
300はガラス基板302を有し、このガラス基板30
2は、リング遜波路共振器304と入力カプラ306.
308を有し、導波路306.308における強度にそ
れぞれ応答する検出器310.312が設置されている
。レーザダイオード314はカプラ306.308にエ
ネルギーを入射する。ジャイロ300は第4図の″イン
バース″ジャイロと同様に動作する。電子光学スイッチ
又は3デシパルスプリッタ−316がレーザ314から
のエネルギーをカプラ306.308に配分する。
ザジャイロのもう一つの実施例を示す。レーザジャイロ
300はガラス基板302を有し、このガラス基板30
2は、リング遜波路共振器304と入力カプラ306.
308を有し、導波路306.308における強度にそ
れぞれ応答する検出器310.312が設置されている
。レーザダイオード314はカプラ306.308にエ
ネルギーを入射する。ジャイロ300は第4図の″イン
バース″ジャイロと同様に動作する。電子光学スイッチ
又は3デシパルスプリッタ−316がレーザ314から
のエネルギーをカプラ306.308に配分する。
第9図は本発明のオープンループ薄膜レーザジャイロの
更にもう一つの実施例を示す。薄膜レーザジャイロ40
0はリング導波路共振器402と入力カプラ404を有
し、入力カプラ404の両端は検出器406.408に
接続されて電子光学スイッチ410によってレーザダイ
オード412からの光がカプラ404の一方又は他方に
伝達される。このように一つの状態では電子光学スイッ
チ410はレーザ412からの光をカプラ404の右手
側部分に入違させると、光はリング共振器40−2に伝
播して時計回りに進行する。電子光学スイッチが他の状
態にあるときは、反時計回りに進行する光が導波路共振
器402に入射される。
更にもう一つの実施例を示す。薄膜レーザジャイロ40
0はリング導波路共振器402と入力カプラ404を有
し、入力カプラ404の両端は検出器406.408に
接続されて電子光学スイッチ410によってレーザダイ
オード412からの光がカプラ404の一方又は他方に
伝達される。このように一つの状態では電子光学スイッ
チ410はレーザ412からの光をカプラ404の右手
側部分に入違させると、光はリング共振器40−2に伝
播して時計回りに進行する。電子光学スイッチが他の状
態にあるときは、反時計回りに進行する光が導波路共振
器402に入射される。
″インバース″検出器406,408は第4図です
、iでに述べたようにジャイロ400の速度
を測定するために用いられる。この動作モードの利点は
、多数あるが、第一に、循環する光のフィードバックか
らレーザが絶縁されていること、第二に検出器が後方散
乱する光から絶縁されていることである。
、iでに述べたようにジャイロ400の速度
を測定するために用いられる。この動作モードの利点は
、多数あるが、第一に、循環する光のフィードバックか
らレーザが絶縁されていること、第二に検出器が後方散
乱する光から絶縁されていることである。
以上の説明から明らかなように、本発明の目的は角速度
に応答する薄膜オープンループレーザジャイロ装置が開
示されることによって達成される。
に応答する薄膜オープンループレーザジャイロ装置が開
示されることによって達成される。
[発明の効果]
以上述べたように本発明のレーザジャイロはリング共振
器の共振周波数の上下にレーザダイオードの周波数を走
査させるという独特の体系を用い、角速度を決定する復
調技法を使用する。本発明のジャイロは閉ループレーザ
ジャイロでは公知の周波数シフターを必要としない。こ
のように本発明によればレーザジャイロは先行技術のも
のよりも実質的に簡単な構造でありより低源である。さ
らに、″インバース″動作の実施例では出力カプラが必
要ない。本発明の修正や変形は当分野の技術者にとって
は当然起こり得るが、このようなすべての修正及び変形
は添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。
器の共振周波数の上下にレーザダイオードの周波数を走
査させるという独特の体系を用い、角速度を決定する復
調技法を使用する。本発明のジャイロは閉ループレーザ
ジャイロでは公知の周波数シフターを必要としない。こ
のように本発明によればレーザジャイロは先行技術のも
のよりも実質的に簡単な構造でありより低源である。さ
らに、″インバース″動作の実施例では出力カプラが必
要ない。本発明の修正や変形は当分野の技術者にとって
は当然起こり得るが、このようなすべての修正及び変形
は添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
第1図はリング共振器における周波数対強度のグラフで
ある。 第2図はここに開示したレーザ走査をグラフ的に図示し
たものである。 第2図Aは第2図の走査による強度の差を求める一つの
方法を示す概略図である。 第3図は本発明のレーザジャイロの一実施例を概略的に
図示したものである。 第4図は逆作動のレーザジャイロを概略的に図示したも
のである。 第5図はダイレクト及びインバースの両動作のレーザジ
ャイロの概略図である。 第6図は本発明のレーザジャイロの実施構成図である。 第7図は一つのスイッチ入を用いたレーザジャイロの一
実施例を図示したものである。 第8図は強度規格化の必要のないレーザジャイロの一実
施例を示したものである。 第9図は一つの電子光学的カプラ/スイッチを用いた開
ループレーザジャイロの他の実施例を示したものである
。 10.82.112.154.202.304.402
・・・・・共振器12・・・・・・・・・・共振器中の
強度−周波数曲線14.84.102.164,204
.314.412・・・・・レーザ(ダイオード) 16・・・・・・・・・・レーザの周波数曲線30.1
00.150.200.300,400・・・レーザジ
ャイロ32.34.86.88.108.110.15
8,160.306,308.404・・・・・・・・
・入力カプラ 38.118.156・・・・・・・・・・・・・・・
・・・出力カプラ40.56.62.90.92.96
.114.116.120.122.166.168.
170.172.212,214.216.218.3
10.312.406.408・・、、・・・・・・・
・検出器□ 42.46・・・・・・・・・サンプル・ホールド素子
52.66.72.98.124,126・・・・自サ
ーボ増幅器70.94.104・・・・熱電装置 80・・・・・・・・・・・・・開ループ薄膜ジャイロ
152.302・・・・・・・ガラス板206.208
・・・・・・・カプラ 210.410・・・・・・・電気光学スイッチ代理人
弁理士 守 谷 −雄 ■検出器スイッチ 手続補正書彷式) 昭和60年8月29日 特願昭60−90775号 2、発明の名称 開ループレーザジャイロ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ノースロップ・コーポレーション 4、代理人 〒103 東京都中央区日本橋本町3−9−5 5、補正命令の日付 昭和60年7月30日(発送日) 6、補正の対象
ある。 第2図はここに開示したレーザ走査をグラフ的に図示し
たものである。 第2図Aは第2図の走査による強度の差を求める一つの
方法を示す概略図である。 第3図は本発明のレーザジャイロの一実施例を概略的に
図示したものである。 第4図は逆作動のレーザジャイロを概略的に図示したも
のである。 第5図はダイレクト及びインバースの両動作のレーザジ
ャイロの概略図である。 第6図は本発明のレーザジャイロの実施構成図である。 第7図は一つのスイッチ入を用いたレーザジャイロの一
実施例を図示したものである。 第8図は強度規格化の必要のないレーザジャイロの一実
施例を示したものである。 第9図は一つの電子光学的カプラ/スイッチを用いた開
ループレーザジャイロの他の実施例を示したものである
。 10.82.112.154.202.304.402
・・・・・共振器12・・・・・・・・・・共振器中の
強度−周波数曲線14.84.102.164,204
.314.412・・・・・レーザ(ダイオード) 16・・・・・・・・・・レーザの周波数曲線30.1
00.150.200.300,400・・・レーザジ
ャイロ32.34.86.88.108.110.15
8,160.306,308.404・・・・・・・・
・入力カプラ 38.118.156・・・・・・・・・・・・・・・
・・・出力カプラ40.56.62.90.92.96
.114.116.120.122.166.168.
170.172.212,214.216.218.3
10.312.406.408・・、、・・・・・・・
・検出器□ 42.46・・・・・・・・・サンプル・ホールド素子
52.66.72.98.124,126・・・・自サ
ーボ増幅器70.94.104・・・・熱電装置 80・・・・・・・・・・・・・開ループ薄膜ジャイロ
152.302・・・・・・・ガラス板206.208
・・・・・・・カプラ 210.410・・・・・・・電気光学スイッチ代理人
弁理士 守 谷 −雄 ■検出器スイッチ 手続補正書彷式) 昭和60年8月29日 特願昭60−90775号 2、発明の名称 開ループレーザジャイロ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ノースロップ・コーポレーション 4、代理人 〒103 東京都中央区日本橋本町3−9−5 5、補正命令の日付 昭和60年7月30日(発送日) 6、補正の対象
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、レーザと、リング共振器と、前記レーザから前記共
振器に互いに反対方向に進行する光ビームを結合する手
段と、前記レーザの周波数を一定レベル変位させた状態
で、前記共振器の共振周波数の上下に亘って走査させる
手段と、前記の変位状態で前記の互いに反対方向に進行
する光の中の一方の光強度を検出する手段と、前記の変
位状態で検出した光の強度の第1の差を測定する手段と
、前記第1の光強度の差をゼロにするよう前記変位の一
定レベルを変えるために、検出された光強度の前記第1
の差に応答する手段と、前記の変位状態で前記互いに反
対方向に進行する光の中の他方の光強度を検出する手段
と、ジャイロの回転速度を示す、前記互いに反対方向に
進行する光の他方の変位状態での強度の第2の差を測定
する手段とから成ることを特徴とする開ループレーザジ
ャイロ。 2、前記の変位状態で前記検出光の第1及び第2の強度
差を測定する手段が、一対のサンプル・ホールド素子か
ら成る特許請求の範囲第1項記載の開ループレーザジャ
イロ。 3、前記の変位状態で検出光の前記第1及び第2の強度
差を測定する手段が、検出信号によって駆動される電圧
/周波数変換器から成り、この電圧/周波数変換出力が
アップダウンカウンタにおいて計数される特許請求の範
囲第1項記載の開ループレーザジャイロ。 4、2つの入力カプラと1つの出力カプラとを備えて成
る特許請求の範囲第1項記載の開ループレーザジャイロ
。 5、前記レーザ及び前記互いに反対方向に進行する光の
強度を検出する検出器を取付けるための一つの研摩され
た端面を有する基板を備えた特許請求の範囲第1項記載
の開ループレーザジャイロ。 6、前記変位は最大強度の3/4の点における共振器線
の幅と同一である特許請求の範囲第1項記載の開ループ
レーザジャイロ。 7、前記レーザはガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物
レーザである特許請求の範囲第1項記載の開ループレー
ザジャイロ。 8、前記検出器はシリコン検出器である特許請求の範囲
第1項記載の開ループレーザジャイロ。 9、前記レーザはガリウム・インジウム・ヒ素化合物・
リンレーザである特許請求の範囲第1項記載の開ループ
レーザジャイロ。 10、前記レーザの温度を制御する熱電装置を備えて成
る特許請求の範囲第1項記載の開ループレーザジャイロ
。 11、レーザと、リング共振器と、前記レーザから前記
共振器へ互いに反対方向に進行する光を結合する第1及
び第2の入力導波路カプラと、一定レベル変位させた状
態で、前記共振器の共振周波数の上下に亘って前記レー
ザの周波数を走査する手段と、前記の変位状態で前記入
力カプラの中の一方の光の強度を検出する手段と、前記
の変位状態で前記一方の入力カプラの検出光の第1の強
度差を測定する手段と、前記第1の強度差をゼロにする
ように前記変位状態のレベルを変えるために、前記第1
の強度差に応答する手段と、前記変位状態で前記入力カ
プラの中の他方の光強度を検出する手段と、ジャイロの
回転速度を示す、前記の変位状態で前記入力カプラの他
方の光の第2の強度差を測定する手段とから成ることを
特徴とする開レープレーザジャイロ。 12、レーザと、リング共振器と、前記レーザから前記
共振器へ互いに反対方向に進行する光を結合する第1及
び第2の入力導波路カプラと、一つの出力カプラと、一
定レベル変位させた状態で前記共振器の共振周波数の上
下に亘って、前記レーザの周波数を走査させる手段と、
前記の変位状態で前記入力カプラの一方の光強度を検出
し、前記出力カプラの光強度を検出する手段と、前記の
変位状態で前記一方の入力カプラ及び前記出力カプラに
おける検出光の第1の強度差を測定する手段と、前記第
1の強度差をゼロにするように前記の変位レベルを変え
るために、前記第1の強度差に応答する手段と、前記の
変位状態で前記入力カプラの他方の光強度を検出し、前
記出力カプラの光強度を測定する手段と、ジャイロの回
転速度を示す、前記の変位状態で前記他方の入力カプラ
及び前記出力カプラにおける光の第2の強度差を測定す
る手段とから成ることを特徴とする開ループレーザジャ
イロ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/603,771 US4674881A (en) | 1984-04-25 | 1984-04-25 | Open loop thin film laser gyro |
| US603771 | 1984-04-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134417A true JPS6134417A (ja) | 1986-02-18 |
| JPH047929B2 JPH047929B2 (ja) | 1992-02-13 |
Family
ID=24416842
Family Applications (1)
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|---|---|
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1984
- 1984-04-25 US US06/603,771 patent/US4674881A/en not_active Expired - Fee Related
-
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- 1985-02-14 FR FR8502141A patent/FR2563623B1/fr not_active Expired
- 1985-04-25 JP JP9077585A patent/JPS6134417A/ja active Granted
Patent Citations (1)
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|---|---|
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| DE3500633A1 (de) | 1985-10-31 |
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| GB2157823B (en) | 1988-09-14 |
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