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JPH0758197B2 - Fiber optic gyro - Google Patents
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JPH0758197B2 - Fiber optic gyro - Google Patents

Fiber optic gyro

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JPH0758197B2
JPH0758197B2 JP9484790A JP9484790A JPH0758197B2 JP H0758197 B2 JPH0758197 B2 JP H0758197B2 JP 9484790 A JP9484790 A JP 9484790A JP 9484790 A JP9484790 A JP 9484790A JP H0758197 B2 JPH0758197 B2 JP H0758197B2
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optical
input
optical fiber
optical waveguide
waveguide coupler
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良二 加来
優 赤澤
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、サニャック位相差を計測して回転角速度を
測定する光ファイバジャイロに関し、特に光導波結合器
の端面で発生する反射光の影響を大幅に軽減して、測定
精度を向上させたものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber gyro that measures a Sagnac phase difference to measure a rotational angular velocity, and particularly relates to an influence of reflected light generated at an end face of an optical waveguide coupler. It is greatly reduced and the measurement accuracy is improved.

「従来の技術」 従来の光ファイバジャイロを第8図、第9図を参照して
説明する。
“Prior Art” A conventional optical fiber gyro will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

例えばニオブ酸リチウムのような電気光学効果を有する
結晶の両端面を10゜程度斜めにカットし、例えば、幅約
5mm、長さ約20mm、厚さ約1mmの矩形状の結晶基板2上に
光導波路が形成される。光導波路は結晶基板に比べて僅
かに屈折率の高い部分を作り、その中に光を閉じ込めて
導波させるものである。基板2の一方の端面に第1入出
力ポートP1が形成される。ポートP1に続いてY形の分岐
部3が形成され、分岐部3より第1、第2光導波路l1,l
2が基板2の長手方向に沿って延長され、基板2の他端
面に形成された第2、第3入出力ポートP2,P3に達す
る。第1光導波路l1を挟んで矩形状の電極4a,4bが対向
して形成され、それら両電極間に発振器5が接続され
る。第1光導波路l1を通る光は発振器5より供給される
変調波f(t)により位相変調される。
For example, both end faces of a crystal having an electro-optical effect such as lithium niobate are cut obliquely by about 10 °, and a width of
An optical waveguide is formed on a rectangular crystal substrate 2 having a length of 5 mm, a length of about 20 mm and a thickness of about 1 mm. The optical waveguide is to form a portion having a slightly higher refractive index than the crystal substrate, and confine the light in the portion to guide the light. A first input / output port P 1 is formed on one end surface of the substrate 2. A Y-shaped branch 3 is formed following the port P 1, and the first and second optical waveguides l 1 , l are formed from the branch 3.
2 extends along the longitudinal direction of the substrate 2 and reaches the second and third input / output ports P 2 and P 3 formed on the other end surface of the substrate 2. Rectangular electrodes 4a and 4b are formed opposite to each other with the first optical waveguide 11 interposed therebetween, and an oscillator 5 is connected between these electrodes. The light passing through the first optical waveguide l 1 is phase-modulated by the modulation wave f (t) supplied from the oscillator 5.

上記のように結晶基板2の二つの端面は基板2の長手方
向と直角な方向に対して約10゜斜めにカットされている
ので、第2光導波路l2は第1光導波路l1よりdだけ長さ
が短くされている。なお、分岐部3における2つの分岐
片3a,3bの長さは等しくされている。
As described above, since the two end faces of the crystal substrate 2 are cut obliquely by about 10 ° with respect to the direction perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 2, the second optical waveguide l 2 is d more than the first optical waveguide l 1. Only the length is shortened. The two branch pieces 3a and 3b in the branch section 3 have the same length.

第1入出力ポートP1は光ファイバ6を介して光源7に接
続され、第2、第3入出力ポートP2,P3はそれぞれ光フ
ァイバ8,9を介して光ファイバコイル10の一端及び他端
にそれぞれ接続される。第2入出力ポートP2より光ファ
イバコイル10に入射した第1分岐光E1は光ファイバコイ
ル10を進行して入出力ポートP3より第2光導波路l2に戻
される。同様に第3入出力ポートP3より光ファイバコイ
ル10に入射した第2分岐光E2は光ファイバコイル10を逆
回りして第2入出力ポートP2より第1光導波路l1に戻さ
れる。
The first input / output port P 1 is connected to the light source 7 via the optical fiber 6, and the second and third input / output ports P 2 and P 3 are connected to one end of the optical fiber coil 10 via the optical fibers 8 and 9, respectively. It is connected to each of the other ends. The first branched light E 1 incident on the optical fiber coil 10 from the second input / output port P 2 travels through the optical fiber coil 10 and is returned to the second optical waveguide l 2 from the input / output port P 3 . Similarly, the second branched light E 2 incident on the optical fiber coil 10 from the third input / output port P 3 reversely rotates around the optical fiber coil 10 and is returned to the first optical waveguide l 1 from the second input / output port P 2 . .

光ファイバ6の中間に光カプラ12が挿入され、その一端
に、第1、第2分岐光E1とE2との干渉光を検出するため
の光検出部13が接続される。
An optical coupler 12 is inserted in the middle of the optical fiber 6, and one end thereof is connected with a photodetector 13 for detecting the interference light between the first and second branched lights E 1 and E 2 .

なお第1、第2分岐光E1,E2はそれぞれ右回り光、左回
り光とも呼ばれる。また第9図では光ファイバコイル10
として1ターンして示していないが、一般には複数ター
ン巻回される。
The first and second branched lights E 1 and E 2 are also referred to as clockwise light and counterclockwise light, respectively. Further, in FIG. 9, the optical fiber coil 10
Although it is not shown as one turn, it is generally wound multiple turns.

結晶基板2の両端面を約10゜程度斜めにカットするの
は、この角度が端面で発生する反射光の臨界角であり、
大部分の反射光を除去できるからである。つまり反射光
の大部分は基板2の光導波路や光ファイバに戻ることな
く、基盤に放射される。
It is the critical angle of the reflected light generated at the end face that cuts both end faces of the crystal substrate 2 obliquely by about 10 °.
This is because most of the reflected light can be removed. That is, most of the reflected light is emitted to the substrate without returning to the optical waveguide or the optical fiber of the substrate 2.

光ファイバジャイロの原理はサニャック効果に基づくも
のである。第9図の系全体が角速度Ωで回転すると、光
E1,E2間で見掛け上光路長に差ができる。これがサニャ
ック効果である。光路長差による位相差(サニャック位
相差と言う)Sは以下の式で表わされる。
The principle of optical fiber gyro is based on the Sagnac effect. When the entire system in Fig. 9 rotates at angular velocity Ω, light
There is apparent difference in optical path length between E 1 and E 2 . This is the Sagnac effect. The phase difference (referred to as Sagnac phase difference) S due to the optical path length difference is expressed by the following equation.

ここでAはコイルの囲む面積、λは光源波長、Cは光速
である。
Here, A is the area surrounded by the coil, λ is the wavelength of the light source, and C is the speed of light.

第9図においては通常オープンループ方式と呼ばれる検
知方式を示している。光E1,E2の干渉光は光検出部13の
検光子14に導かれて光電変換され、そして得られた電気
的出力はロックインアンプ15で同期検波される。その検
波出力よりサニャック位相差Sを求め、更に(1)式よ
り回転角速度Ωが計算される。
FIG. 9 shows a detection method usually called an open loop method. The interference light of the lights E 1 and E 2 is guided to the analyzer 14 of the photodetector 13 and photoelectrically converted, and the obtained electrical output is synchronously detected by the lock-in amplifier 15. The Sagnac phase difference S is obtained from the detected output, and the rotational angular velocity Ω is calculated from the equation (1).

「発明が解決しようとする課題」 従来の光ファイバジャイロでは、ロックインアンプ14で
検出すべき右回り光E1と左回り光E2との干渉光に、光導
波結合器1の他方の端面で生ずる光E1,E2の反射光相互
の干渉光が重畳するために、正確に上記の干渉光量を測
定するのは困難であり、従って上記干渉光量より求める
サニャック位相差Sに誤差が生じ、従ってサニャック位
相差Sより求める回転角速度Ωに誤差が生ずる不都合が
あった。既に述べたように従来光導波結合器1の端面で
生ずる反射波を少くするために両端面を10゜程度斜めに
カットするか又は端面に反射防止膜を蒸着していた。し
かしながら十分に反射の影響を除くことができず、高精
度のジャイロを実現するための溢路となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional optical fiber gyro, the other end face of the optical waveguide coupler 1 is added to the interference light between the clockwise light E 1 and the counterclockwise light E 2 to be detected by the lock-in amplifier 14. It is difficult to measure the interference light amount accurately because the interference lights of the reflected lights of the lights E 1 and E 2 superposed on each other are overlapped. Therefore, an error occurs in the Sagnac phase difference S obtained from the interference light amount. Therefore, there is a problem that an error occurs in the rotational angular velocity Ω obtained from the Sagnac phase difference S. As described above, in order to reduce the reflected waves generated on the end faces of the conventional optical waveguide coupler 1, both end faces are obliquely cut by about 10 ° or an antireflection film is vapor-deposited on the end faces. However, the influence of reflection could not be sufficiently removed, and it was an overflow path for realizing a highly accurate gyro.

この発明の目的は、光導波結合器の端面での反射の影響
を大幅に軽減し、右回り光E1及び左回り光E2相互の干渉
光量を正確に測定できるようにして、高精度のジャイロ
を実現しようとするものである。
An object of the present invention is to significantly reduce the influence of reflection at the end face of the optical waveguide coupler, and to accurately measure the interference light amount between the clockwise light E 1 and the counterclockwise light E 2 with high accuracy. It is intended to realize a gyro.

「課題を解決するための手段」 (1) 電気光学効果を有するほぼ矩形状の結晶基板の
対向する端面の一方に第1入出力ポート、他方に第2、
第3入出力ポートが形成され、その第1入出力ポートに
続いて、その第1入出力ポートに入射した光を2つに分
岐する分岐部が形成され、その分岐部より上記第2、第
3入出力ポートに至る第1、第2光導波路が上記基板の
長手方向に沿って形成されて、光導波結合器が構成さ
れ、 その光導波結合器の上記第1入出力ポートは光ファイバ
を介して光源に接続され、上記第2、第3入出力ポート
はそれぞれ光ファイバを介して光ファイバコイルの一端
及び他端に接続され、 上記光ファイコイルの一端より他端に進行する第1分岐
光と、他端より一端に進行する第2分岐光との間の干渉
光を検出する光検出部が上記光源と第1入出力ポートと
を接続する上記光ファイバに結合され、 その光検出部の検出出力より上記第1、第2分岐光間の
サニャック位相差を計測し、そのサニャック位相差より
回転角速度を計測する光ファイバジャイロにおいて、こ
の発明では、 上記光導波結合器の分岐部の分岐点より上記第2、第3
入出力ポート迄の光学的距離の差が nλ/4(λは光源波長、nは正の整数)に設定される。
"Means for Solving the Problems" (1) A first input / output port is provided on one of the facing end faces of a substantially rectangular crystal substrate having an electro-optic effect, and a second is provided on the other end face.
A third input / output port is formed, and a branch portion for branching the light incident on the first input / output port into two is formed following the first input / output port. First and second optical waveguides reaching the three input / output ports are formed along the longitudinal direction of the substrate to form an optical waveguide coupler, and the first input / output port of the optical waveguide coupler is an optical fiber. To the light source, the second and third input / output ports are respectively connected to one end and the other end of the optical fiber coil via an optical fiber, and the first branch proceeds from one end of the optical fiber coil to the other end. A photodetector for detecting an interference light between the light and the second branched light traveling from one end to the other end is coupled to the optical fiber connecting the light source and the first input / output port, and the photodetector Based on the detection output of Measuring a click phase difference in fiber optic gyro which measures the rotational angular velocity than the Sagnac phase difference, in this invention, the second of the branch point of the branch portion of the optical waveguide coupler, the third
The difference in the optical distance to the input / output port is set to nλ / 4 (λ is the light source wavelength, n is a positive integer).

(2) 上記(1)項において、上記光導波結合器の第
2、第3入出力ポートが形成された上記他方の端面が、
上記結晶基板の長手方向となす角度を選定することによ
り、上記の光学的距離差を得るのが望ましい。
(2) In the above item (1), the other end face of the optical waveguide coupler on which the second and third input / output ports are formed is
It is desirable to obtain the above optical distance difference by selecting an angle formed with the longitudinal direction of the crystal substrate.

(3) 上記(1)項において、上記光導波結合器の第
2、第3入出力ポートが形成された上記他方の端面が、
上記結晶基板の長手方向となす角度と、上記第1、第2
光導波路間の距離とを選定することにより、上記の光学
的距離差を得ることもできる。
(3) In the above item (1), the other end face of the optical waveguide coupler on which the second and third input / output ports are formed is
The angle formed with the longitudinal direction of the crystal substrate, the first, second
By selecting the distance between the optical waveguides, the above optical distance difference can be obtained.

(4) 上記(1)項において、上記光導波結合器の第
1、第2光導波路の長さに差を設けて、上記の光学的距
離差を得ることもできる。
(4) In the above item (1), it is possible to obtain a difference in optical distance by providing a difference in length between the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler.

(5) 上記(1)項において、上記光導波結合器の第
1、第2光導波路の一方に誘電体膜を装荷して、その光
導波路の屈折率を変化させて、上記の光学的距離差を得
ることもできる。
(5) In the above item (1), one of the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler is loaded with a dielectric film to change the refractive index of the optical waveguide to obtain the optical distance. You can also get the difference.

(6) 上記(1)項において、上記光導波結合器の第
1、第2光導波路の一方を挟んで一対の電極を対向して
形成し、それらの電極間に印加する直流電圧の大きさに
より、その一方の光導波路の屈折率を変化させて、上記
の光学的距離差を得ることもできる。
(6) In the above item (1), a pair of electrodes are formed to face each other with one of the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler sandwiched therebetween, and the magnitude of the DC voltage applied between the electrodes. Thus, the refractive index of one of the optical waveguides can be changed to obtain the above optical distance difference.

「実施例」 先ず従来の光ファイバジャイロの光導波結合器の端面に
おける反射の影響を第9図を用いて詳しく考案しよう。
[Embodiment] First, the influence of reflection at the end face of the optical waveguide coupler of the conventional optical fiber gyro will be devised in detail with reference to FIG.

発振器5より供給される変調波を f(t)=a sin(ωP t) (2) で表わす。また光源7から出射された光をE0eiωot
すると、右回り光E1,左回り光E2 はそれぞれ以下の式で表わされる。
The modulated wave supplied from the oscillator 5 is represented by f (t) = a sin (ω P t) (2). Further, when the light emitted from the light source 7 is E 0 e iωot , the clockwise light E 1 and the counterclockwise light E 2 are represented by the following equations, respectively.

上式において、τはコイル伝搬時間、αは光導波結合器
1、光ファイバ8,9、光ファイバコイル10で受ける光の
総損失である。検光子14で受ける光E1とE2の干渉光量I
は、E1及びE2の共役複素数 を▲E* 1▼,▲E* 2▼で表わせば、 上式において、Jはベッセル関数であり、 光E1とE2の干渉光量Iのsin ωPt成分を▲I0 P▼とす
れば(5)式より、 ▲I0 P▼=−α▲E2 0▼ sin(S) sinθ・J1(b)
(9) が得られる。この成分をロックインアンプ15で検出し、
その検出値よりサニャック位相差Sを計算し、更に回転
角度速度Ωを(1)式より求めることができる。
In the above equation, τ is the coil propagation time, and α is the total loss of light received by the optical waveguide coupler 1, the optical fibers 8 and 9, and the optical fiber coil 10. Interfering light amount I of light E 1 and E 2 received by analyzer 14
Is the conjugate complex number of E 1 and E 2 expressed as ▲ E * 1 ▼, ▲ E * 2 ▼, In the above equation, J is the Bessel function, If the sin ω P t component of the interference light amount I of the lights E 1 and E 2 is ▲ I 0 P ▼, from equation (5), ▲ I 0 P ▼ = -α ▲ E 2 0 ▼ sin (S) sin θ ・J 1 (b)
(9) is obtained. This component is detected by the lock-in amplifier 15,
The Sagnac phase difference S can be calculated from the detected value, and the rotational angular velocity Ω can be obtained from the equation (1).

分岐点Pbで分岐され、ポートP2,P3で反射されて生ずる
反射光▲EA 1▼と▲EA 2▼は と表わされる。上式において、RAはポートP2,P3におけ
る光の反射率、φはdの距離の位相差、αはP3,P4
点での反射光▲EA 1▼,▲EA 2▼が受ける総損失であ
る。
The reflected lights ▲ E A 1 ▼ and ▲ E A 2 ▼ which are split at the branch point P b and reflected at the ports P 2 and P 3 Is represented. In the above formula, R A is the reflectance of light at the ports P 2 and P 3 , φ d is the phase difference of the distance of d, and α A is P 3 and P 4
It is the total loss received by the reflected light ▲ E A 1 ▼, ▲ E A 2 ▼ at the point.

干渉光▲I0 P▼を求めたのと同様の計算を行なうことに
よって反射光▲EA 1▼と▲EA 2▼による干渉光のsin ω
Pt成分IP Aは ▲IA P▼=−αA RA ▲E2 0▼ sin(2φ)・J1(2a) (12) と表わされる。光E1,E2がファイバコイル10を回ってそ
れぞれポートP3及びP2にて反射されて生ずる反射光▲E
B 1▼と▲EB 2▼は、 で表わされる。上式において、RBは光E1,E2がそれぞれP
3及びP2点で反射されるときの反射率であり、αはP2,
P3でそれぞれ反射光▲EB 2▼,▲EB 1▼が受ける総損失
である。
By performing the same calculation as that for obtaining the interference light ▲ I 0 P ▼, sin ω of the interference light due to the reflected light ▲ E A 1 ▼ and ▲ E A 2
The P t component I P A is expressed as ▲ I A P ▼ = -α A RA ▲ E 2 0 ▼ sin (2φ d ) J 1 (2a) (12). Reflected light ▲ E generated by the lights E 1 and E 2 which are reflected by the ports P 3 and P 2 around the fiber coil 10 respectively.
B 1 ▼ and ▲ E B 2 ▼ are It is represented by. In the above equation, R B is the light E 1 and E 2 is P
Is the reflectance when reflected at points 3 and P 2 , where α B is P 2 ,
It is the total loss received by the reflected lights ▲ E B 2 ▼ and ▲ E B 1 ▼ at P 3 .

干渉光▲I0 P▼を求めたのと同様の計算により反射光▲
B 1▼と▲EB 2▼により干渉光のSin ωPt成分IP Bは、 ▲IB P▼=−αB RB ▲E2 0▼ sin(2φ)cos(2
θ)・J1(bB) (15) と表わされる。上式において、 bB=2a cos(2 θ) (16) 従ってロックインアンプ15で検出される全ての干渉光の
sin ωPt成分IPは IP=▲I0 P▼+▲IA P▼+▲IB P▼ (17) となり、第2項,第3項がバイアスエラー(オフセット
誤差又はゼロ点エラーとも言う)となってあらわれるこ
とが分かる。
Interfering light ▲ I 0 P ▼ Reflected light ▲
Due to E B 1 ▼ and ▲ E B 2 ▼, the Sin ω P t component I P B of the interference light is as follows: ▲ I B P ▼ = −α B R B ▲ E 2 0 ▼ sin (2φ d ) cos (2
θ) · J 1 (b B ) (15) In the above equation, b B = 2a cos (2 θ) (16) Therefore, all the interference light detected by the lock-in amplifier 15
The sin ω P t component I P is I P = ▲ I 0 P ▼ + ▲ I A P ▼ + ▲ I B P ▼ (17), and the second and third terms are bias errors (offset error or zero point error). It is understood that it appears.

以上の説明から明らかなように、光導波結合器1の両端
面を約10゜程度斜めにカットしておくと大部分の反射波
は除去できるとはいえ、入出力ポートP2,P3のある側の
端面の反射波の影響は無視できないのである。しかし、
入出力ポートP1側の端面での反射の影響は、約10゜程度
斜めにカットされていれば、上記の他方の端面における
場合に比較してきわめて小さいものであり無視してよ
い。
As is clear from the above description, although most of the reflected waves can be removed by cutting both end faces of the optical waveguide coupler 1 obliquely by about 10 °, the input / output ports P 2 and P 3 cannot be removed. The influence of the reflected wave from the end face on one side cannot be ignored. But,
The effect of reflection on the end face on the side of the input / output port P 1 is negligible as long as it is cut obliquely by about 10 ° as compared with the case on the other end face described above, and can be ignored.

この発明は光ファイバジャイロで使用される光導波結合
器において分岐された2本の光導波路l1,l2の光学的距
離差を とすることによってロックインアンプ15で検出すべき干
渉光に含まれる端面反射光によるバイアスエラーを原理
的に除去しようとするものである。
The present invention determines the optical distance difference between two optical waveguides l 1 and l 2 branched in an optical waveguide coupler used in an optical fiber gyro. By doing so, the bias error due to the end face reflected light included in the interference light to be detected by the lock-in amplifier 15 is to be removed in principle.

このようにl1,l2に光学的距離差を与えることによって
生ずる位相シフトφは λ:2π=Δ:φ (19) の関係より、 となり、(12),(15)式より ▲IA P▼=▲IB P▼=0 (22) となる。従って端面反射の影響を原理的に除去できる。
Thus, the phase shift φ d caused by giving an optical distance difference to l 1 and l 2 is as follows from the relation of λ: 2π = Δ: φ d (19) From equations (12) and (15), ▲ I A P ▼ = ▲ I B P ▼ = 0 (22) Therefore, the influence of end face reflection can be removed in principle.

第1図に示すのはこの発明の光ファイバジャイロに使用
する光導波結合器であって、第8図と対応する部分に同
じ符号を付し、重複説明を省略する。この光導波結合器
は例えばニオブ酸リチウムをXカットし、それにY分岐
光導波路を形成したものである。形成法としてはよく知
られているように例えばチタンの熱拡散などによって導
波路の屈折率を変える方法がある。結晶基板2の端面
の、基板の長手方向と直角な方向に対する傾斜角度βは
以下の式で与えられる dは光路l1,l2長さの差である。光路l1とl2の導波路の
光学的距離差ΔはTEモードの光が入射するとすれば Δ=ne・d(ne=2.17) (24) である。上式を(23)式に代入して 光路l1,l2間の距離l=80μm,光源波長λ=0.83μmと
してβ=10゜付近で10゜より僅かに大きな範囲での を列挙すると、 (a) Δ=37λ;β=10.032゜ (b) Δ=(37+1/4)λ;θ=10.098゜ (c) Δ=(37+2/4)λ;β=10.165゜ 上記の角度βに正確に光導波結合器1の端面をカットす
ることによってバイアスエラーの原因である(12),
(15)式の成分を完全に除くことができる。
FIG. 1 shows an optical waveguide coupler used in the optical fiber gyro of the present invention. The parts corresponding to those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted. In this optical waveguide coupler, for example, lithium niobate is X-cut, and a Y-branch optical waveguide is formed on it. As a well-known forming method, there is a method of changing the refractive index of the waveguide by, for example, thermal diffusion of titanium. The inclination angle β of the end face of the crystal substrate 2 with respect to the direction perpendicular to the longitudinal direction of the substrate is given by the following equation. d is the difference between the lengths of the optical paths l 1 and l 2 . The optical distance difference Δ between the waveguides of the optical paths l 1 and l 2 is Δ = n e · d (n e = 2.17) (24) if TE mode light is incident. Substituting the above equation into equation (23) When the distance l between the optical paths l 1 and l 2 is l = 80 μm and the light source wavelength is λ = 0.83 μm, β = 10 ° (A) Δ = 37λ; β = 10.032 ° (b) Δ = (37 + 1/4) λ; θ = 10.098 ° (c) Δ = (37 + 2/4) λ; β = 10.165 ° By accurately cutting the end face of the optical waveguide coupler 1 to β, the cause of bias error (12),
The components of equation (15) can be completely removed.

β=10゜付近を選んだのは光導波路と結晶基板との屈折
率差をΔn=5×10-3とした場合この角度β10゜が反
射光の臨界角であり、大部分の反射光を除去できるから
である。
The reason for choosing β = 10 ° is that when the refractive index difference between the optical waveguide and the crystal substrate is Δn = 5 × 10 -3 , this angle β10 ° is the critical angle of the reflected light, and most of the reflected light is This is because it can be removed.

入出力ポートP1側の端面の傾斜は従来と同様に約10゜程
度に選べばよい。(以下に示す他の例についても同様で
ある。) 上記では、光路l1,l2の光学的距離差Δをnλ/4に設定
するために光導波結合器1の端面の傾斜角βを選定した
が、傾斜角βを一定(例えばβ=10゜)にして、(24)
式より分岐導波路間距離lを に選定するようにしてもよい。例えば、ne=2.17、λ=
0.83μm、θ=10゜として、分岐導波路間距離lを (d) Δ=37λ;l=80.26(μm) (e) Δ=(37+1/4)λ;l=80.80(μm) (f) Δ=(37+2/4)λ;l=81.34(μm) に選定することもである。
The inclination of the end face on the I / O port P 1 side may be selected to be about 10 ° as in the conventional case. (The same applies to other examples described below.) In the above, the inclination angle β of the end face of the optical waveguide coupler 1 is set to set the optical distance difference Δ between the optical paths l 1 and l 2 to nλ / 4. It was selected, but the inclination angle β is fixed (for example, β = 10 °), and (24)
From the formula, May be selected. For example, n e = 2.17, λ =
With 0.83 μm and θ = 10 °, the distance l between the branch waveguides is (d) Δ = 37λ; l = 80.26 (μm) (e) Δ = (37 + 1/4) λ; l = 80.80 (μm) (f) It is also possible to select Δ = (37 + 2/4) λ; l = 81.34 (μm).

光導波結合器1の両端面を従来と同様に約10゜程斜めに
カットしたうえで、光路l1,l2の光学的距離に差Δ=n
λ/4(n=1,2,…)を付けるために、一方の光路を変形
してもよい。例えば光路l2の物理的距離を d=nλ/4ne (27) だけ光路l1より大きくする。第2図に示す例は光路l2
中間に円弧状光路21を挿入して、長くした場合である。
光路長を大きくするために行う形状変更は任意でよい。
After cutting both end faces of the optical waveguide coupler 1 obliquely by about 10 ° as in the conventional case, the difference Δ = n in the optical distance between the optical paths l 1 and l 2
One optical path may be modified in order to add λ / 4 (n = 1, 2, ...). For example, the physical distance of the optical path l 2 is made larger than the optical path l 1 by d = nλ / 4n e (27). The example shown in FIG. 2 is a case where the arcuate optical path 21 is inserted in the middle of the optical path l 2 to make it longer.
The shape change to increase the optical path length may be arbitrary.

或いは、光導波結合器1の両端面を約10゜程度斜めにカ
ットしたうえで、光路l1又はl2の一部を含む領域上に例
えばSiO2の誘電体膜22を第3図に示すように蒸着するこ
とによって、光路l1,l2の等価屈折率に差Δneを設け、
光路l1,l2間に光学的距離差Δ=nλ/4を与えてもよ
い。簡単化のため、光路l1,l2の長さを等しいとしてL
で表わせば、 ΔneL=nλ/4(n=1,2,…) (28) Δne=nλ/4L (29) Lは光路l1,l2の長さである。
Alternatively, both end faces of the optical waveguide coupler 1 are obliquely cut by about 10 °, and then a dielectric film 22 of, for example, SiO 2 is shown in FIG. 3 on a region including a part of the optical path l 1 or l 2 . By vapor deposition as described above, a difference Δn e is provided in the equivalent refractive index of the optical paths l 1 and l 2 ,
An optical distance difference Δ = nλ / 4 may be given between the optical paths l 1 and l 2 . For simplification, let the lengths of the optical paths l 1 and l 2 be equal,
In terms of Δn e L = nλ / 4 (n = 1,2, ...) (28) Δn e = nλ / 4L (29) L is the length of the optical paths l 1 and l 2 .

第4図に示すように、発振器5と直列に直流電源23を接
続し、結晶の電気光学効果を利用して、光路の電極を付
加した部分の屈折率を直流電圧の大きさにより変化さ
せ、上記と同様に、光路l1,l2の光学的距離にΔ=nλ/
4の差を付けることもできる。この場合には印加する直
流電圧の大きさを微細に調整することによって、光学的
距離差を高精度に所定値に設定することが可能である。
なお後述するが、光導波結合器1で変調を行わず、結合
器1の外部で行う場合には、発振器5は他の箇所に接続
され、従って直流電源23のみが電極4a,4b間に接続され
る。
As shown in FIG. 4, a direct current power supply 23 is connected in series with the oscillator 5 and the electro-optic effect of the crystal is used to change the refractive index of the portion of the optical path to which the electrode is added according to the magnitude of the direct current voltage. Similarly to the above, the optical distance of the optical paths l 1 and l 2 is Δ = nλ /
You can also add a difference of 4. In this case, the optical distance difference can be set to a predetermined value with high accuracy by finely adjusting the magnitude of the applied DC voltage.
As will be described later, when the modulation is not performed by the optical waveguide coupler 1 but is performed outside the coupler 1, the oscillator 5 is connected to another portion, and therefore only the DC power supply 23 is connected between the electrodes 4a and 4b. To be done.

これ迄の説明では分岐部3にY分岐を用いるものとした
が、この発明はその場合に限らず、第5図に示すよう
に、X分岐を用い、入出力ポートP1,P1′の一方を開放
端としてもよい。或いは第6図に示すように、X分岐の
代りに方向性結合器を設けてもよい。
Although the Y branch is used as the branch unit 3 in the above description, the present invention is not limited to this case, and as shown in FIG. 5, the X branch is used and the input / output ports P 1 and P 1 ′ are connected. One may be the open end. Alternatively, as shown in FIG. 6, a directional coupler may be provided instead of the X branch.

これ迄の説明では、分岐部3で分岐された一方の分岐光
を変調するために、光路l1に電極4a,4bを装荷して、変
調波f(t)を印加するものとしたが、この発明はその
場合に限らず、例えば第7図に示すように、光ファイバ
8の途中に、PZTなどより成る変調素子24を挿入して、
これに変調波を印加してもよい。このような変調方法は
よく知られているものである。
In the above description, in order to modulate one of the branched lights branched by the branching unit 3, the electrodes 4a and 4b are loaded in the optical path l 1 and the modulated wave f (t) is applied. The present invention is not limited to this case. For example, as shown in FIG. 7, by inserting a modulation element 24 made of PZT or the like in the middle of the optical fiber 8,
A modulated wave may be applied to this. Such a modulation method is well known.

「発明の効果」 この発明によれば、光導波結合器1の光導波路l1,l2
光学的距離の差がnλ/4に設定されるので、光導波結合
器の入出力ポートP2及びP3で生ずる反射波▲EA 1▼,▲
A 2▼相互の干渉光及び▲EB 2▼,▲EB 1▼相互の干渉
光の基本波成分▲IA P▼,▲IB P▼を原理的にゼロにす
ることができる。
"Effect of the Invention" According to the present invention, since the difference in the optical distance between the optical waveguides l 1 and l 2 of the optical waveguide coupler 1 is set to nλ / 4, the input / output port P 2 of the optical waveguide coupler is set. And reflected waves generated at P 3 ▲ E A 1 ▼, ▲
E A 2 ▼ Mutual interference light and fundamental wave components ▲ I A P ▼, ▲ I B P ▼ of mutual interference light and ▲ E B 2 ▼, ▲ E B 1 ▼ can be made zero in principle.

従来光検出部で検出する分岐光E1,E2相互の干渉光の基
本波成分▲I0 P▼に必ず重畳していた上記▲IA P▼,▲
B P▼成分が無くなるので、分岐光の干渉光量▲I0 P
を正確に測定することができ、従って高精度の光ファイ
バジャイロが実現できる。
The above-mentioned ▲ I A P ▼, ▲ which was always superposed on the fundamental wave component ▲ I 0 P ▼ of the interference light between the branched lights E 1 and E 2 detected by the conventional photodetector.
Since the I B P ▼ component disappears, the interference light amount of the branched light ▲ I 0 P
Can be accurately measured, and thus a highly accurate optical fiber gyro can be realized.

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

第1図はこの発明の光ファイバジャイロに使用する光導
波結合器の一例を示す平面図、第2図は第1図の光導波
結合器の変形例を示す平面図、第3図は第1図の光導波
結合器の他の変形例を示す平面図、第4図は第1図の光
導波結合器の更に他の変形例を示す平面図、第5図は第
1図の光導波結合器の分岐部にX分岐を用いた場合の平
面図、第6図は第1図の光分岐結合器の分岐部に方向性
結合器を用いた例を示す平面図、第7図は変調素子を光
導波結合器と光ファイバコイルとの間の光ファイバに挿
入した光ファイバジャイロのブロック図、第8図は従来
の光ファイバジャイロに使用する光導波結合器の一例を
示す斜視図、第9図は従来の光ファイバジャイロの一例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of an optical waveguide coupler used in the optical fiber gyro of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a modification of the optical waveguide coupler of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a plan view showing another modification of the optical waveguide coupler shown in FIG. 4, FIG. 4 is a plan view showing still another modification of the optical waveguide coupler shown in FIG. 1, and FIG. 5 is optical waveguide coupling shown in FIG. FIG. 6 is a plan view in the case where an X branch is used in the branch part of the optical device, FIG. 6 is a plan view showing an example in which a directional coupler is used in the branch part of the optical branching coupler of FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a block diagram of an optical fiber gyro having an optical fiber gyro inserted between an optical waveguide coupler and an optical fiber coil. FIG. 8 is a perspective view showing an example of an optical waveguide gyro used in a conventional optical fiber gyro. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional optical fiber gyro.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学効果を有するほぼ矩形状の結晶基
板の対向する端面の一方に第1入出力ポート、他方に第
2、第3入出力ポートが形成され、その第1入出力ポー
トに続いて、その第1入出力ポートに入射した光を2つ
に分岐する分岐部が形成され、その分岐部より上記第
2、第3入出力ポートに至る第1、第2光導波路が上記
基板の長手方向に沿って形成されて、光導波結合器が構
成され、 その光導波結合器の上記第1入出力ポートは光ファイバ
を介して光源に接続され、上記第2、第3入出力ポート
はそれぞれ光ファイバを介して光ファイバコイルの一端
及び他端に接続され、 上記光ファイバコイルの一端より他端に進行する第1分
岐光と、他端より一端に進行する第2分岐光との間の干
渉光を検出する光検出部が上記光源と第1入出力ポート
とを接続する上記光ファイバに結合され、 その光検出部の検出出力より上記第1、第2分岐光間の
サニャック位相差を計測し、そのサニャック位相差より
回転角速度を計測する光ファイバジャイロにおいて、 上記光導波結合器の分岐部の分岐点より上記第2、第3
入出力ポート迄の光学的距離の差が nλ/4(λは光源波長、nは正の整数)に設定されてい
ることを特徴とする、 光ファイバジャイロ。
1. A first input / output port is formed on one of opposite end faces of a substantially rectangular crystal substrate having an electro-optical effect, and second and third input / output ports are formed on the other end face, and the first input / output port is formed on the first input / output port. Subsequently, a branching portion for branching the light incident on the first input / output port into two is formed, and the first and second optical waveguides extending from the branching portion to the second and third input / output ports are provided on the substrate. Is formed along the longitudinal direction of the optical waveguide coupler, and the first input / output port of the optical waveguide coupler is connected to a light source through an optical fiber, and the second and third input / output ports are connected. Are respectively connected to one end and the other end of the optical fiber coil via an optical fiber, and there are a first branched light traveling from one end of the optical fiber coil to the other end and a second branched light traveling from the other end to one end. A light detection unit for detecting interference light between the light source and the first An optical fiber that is coupled to the optical fiber that connects to the output port, measures the Sagnac phase difference between the first and second branched lights from the detection output of the photodetector, and measures the rotational angular velocity from the Sagnac phase difference. In the gyro, from the branch point of the branch portion of the optical waveguide coupler, the second and third
An optical fiber gyro, wherein the difference in optical distance to the input / output port is set to nλ / 4 (λ is the wavelength of the light source, n is a positive integer).
【請求項2】請求項(1)において、上記光導波結合器
の第2、第3入出力ポートが形成された上記他方の端面
が、上記結晶基板の長手方向となす角度を選定すること
により、上記の光学的距離差を得ることを特徴とする光
ファイバジャイロ。
2. The method according to claim 1, wherein the other end face of the optical waveguide coupler on which the second and third input / output ports are formed is selected from the angle with the longitudinal direction of the crystal substrate. , An optical fiber gyro characterized by obtaining the above optical distance difference.
【請求項3】請求項(1)において、上記光導波結合器
の第2、第3入出力ポートが形成された上記他方の端面
が上記結晶基板の長手方向となす角度と、上記第1、第
2光導波路間の距離とを選定することにより、上記の光
学的距離差を得ることを特徴とする光ファイバジャイ
ロ。
3. The angle according to claim 1, wherein the other end face of the optical waveguide coupler, on which the second and third input / output ports are formed, forms an angle with the longitudinal direction of the crystal substrate. An optical fiber gyro characterized in that the optical distance difference is obtained by selecting the distance between the second optical waveguides.
【請求項4】請求項(1)において、上記光導波結合器
の第1、第2光導波路の長さに差を設けて、上記の光学
的距離差を得ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
4. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the optical distance difference is provided by providing a difference in length between the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler. .
【請求項5】請求項(1)において、上記光導波結合器
の第1、第2光導波路の一方に誘電体膜を装荷して、そ
の光導波路の屈折率を変化させて、上記の光学的距離差
を得ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
5. The optical system according to claim 1, wherein a dielectric film is loaded on one of the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler to change the refractive index of the optical waveguide. An optical fiber gyro that is characterized by obtaining a dynamic distance difference.
【請求項6】請求項(1)において、上記光導波結合器
の第1、第2光導波路の一方を挟んで一対の電極を対向
して形成し、それらの電極間に印加する直流電圧の大き
さにより、その一方の光導波路の屈折率を変化させて、
上記の光学的距離差を得ることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。
6. A pair of electrodes are formed so as to face each other with one of the first and second optical waveguides of the optical waveguide coupler sandwiched therebetween, and a DC voltage applied between the electrodes is set. Depending on the size, change the refractive index of one optical waveguide,
An optical fiber gyro characterized by obtaining the above optical distance difference.
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