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JPH0814492B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents
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JPH0814492B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents

光ファイバジャイロ

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JPH0814492B2
JPH0814492B2 JP2252300A JP25230090A JPH0814492B2 JP H0814492 B2 JPH0814492 B2 JP H0814492B2 JP 2252300 A JP2252300 A JP 2252300A JP 25230090 A JP25230090 A JP 25230090A JP H0814492 B2 JPH0814492 B2 JP H0814492B2
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JP
Japan
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light
optical fiber
depolarizer
fiber coil
polarization
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有孝 大野
伸二 本原
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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
    • G01C19/721Details, e.g. optical or electronical details

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はシングルモード光ファイバコイルに右回り
光と左回り光とを伝播させ、これら右回り光と左回り光
との位相差を検出して光ファイバコイルに印加されるそ
の中心回りの角速度を検出する光ファイバジャイロに関
し、特に光ファイバコイル中で生じる偏波変動の影響を
除去するためのデポラライザ(偏光解消器)を使用した
光ファイバジャイロに係わる。
「従来の技術」 第4図に従来の光ファイバジャイロを示す。光源11か
らの光は光ファイバカプラなどの光分岐器12を通り、更
に偏光子13を通って所定の偏光方向の成分のみが取り出
され、その偏光子13からの光は光ファイバカプラなどの
光分岐器14で2分配され、その一方の光はデポラライザ
(偏光解消器)15を介してシングルモード光ファイバコ
イル16の一端に右回り光として入射され、他方の光は光
位相変調器17を通って光ファイバコイル16の他端に左回
り光として入射される。光ファイバコイル16を伝播した
右回り光と左回り光とは光分岐器14に戻って合成されて
干渉し、その干渉光は偏光子13で所定の偏光方向の成分
のみが取り出され、その偏光子13を通過した光は光分岐
器12で分岐されて光検出器18に入射され、その光の強度
に応じた電気信号に変換される。変調信号発生器19から
の周期関数、例えば正弦波信号により光位相変調器17が
駆動され、これを通過する光が位相変調される。光検出
器18の出力は同期検波回路21で変調信号発生器19からの
基準信号により同期検波され、その検波出力は出力端子
22に出力される。
光ファイバコイル16に、その軸心回りの角速度が印加
されていない状態では、光ファイバコイル16を伝播した
右回り光と、左回り光との位相差はゼロであり、同期検
波回路21の出力もゼロであるが、光ファイバコイル16
に、その軸心回りの角速度が印加されると、これに応じ
て右回り光と左回り光とに位相差が生じ、同期検波回路
21から、前記印加角速度の方向および大きさに応じた極
性およびレベルの出力が生じ、印加角速度を検出するこ
とができる。
このように光ファイバジャイロは右回り光と、左回り
光との位相を検出するものであるが、光ファイバコイル
16を伝播中に、偏光方向が直角な成分が生じる。光ファ
イバコイル16に複屈折性がわずか存在しているため、偏
光方向が直角な成分が生じると、これら直角な偏光方向
の両光は光ファイバコイル16の伝播速度が異なり、従っ
て、光分岐器14で合成される右回り光の一方の偏光成分
と、左回り光の他方の偏光成分とが干渉すると、右回り
光と左回り光との位相差を正しく検出することができな
くなる。
この点から、従来においてはデポラライザ15を挿入
し、一方の偏光成分と、これと直角な他方の偏光成分と
の間で強度が等しく、かつ位相差を大きくつけ、相関性
がない。つまり干渉性のないような状態(無偏光状態)
にし、右回り光の一方の偏光成分と、左回り光の他方の
偏光成分とが干渉しないようにしていた。
デポラライザ15としては第5図に示すLYOT形ファイバ
デポラライザ(例えばK、Bhm等、IEEE vol.LT-1 No
1. 3月1983,71頁参照)が一般的である。このデポララ
イザは2本の定偏波光ファイバ(複屈折性光ファイバ)
23と24とをその直角な固有軸X1,Y1とX2,Y2とを45°互い
にずらして接続し、定偏波光ファイバ23の長さL1に対
し、定偏波光ファイバ24の長さを2L1としたものであ
る。いかなる入射光に対しても無偏光とするためには、
次の二つの条件を満たす必要がある。
a.出射光の両直交した偏光成分間の強度比が等しいこ
と。
これは45°ずらして接続したことから得られる。
b.出射光の両直交した偏光成分間の相互相関(干渉性)
がない。
定偏波光ファイバの複屈折性によるX軸、Y軸の伝播
定数差により、ファイバ長L1の光ファイバ23における偏
光方向がX1軸、Y1軸の光の伝播時間差が光のコヒーレン
ト時間より大きい場合に成立する。このため、この条件
を満たすようなファイバ長L1が必要となる。
この条件bを式で示すと、次式となる。
ΔB:定偏波光ファイバの偏光方向がX軸、Y軸の光の
伝播時間差、lC:光のコヒーレント長(コヒーレント時
間×光速)、λ:光の波長 以上のようにデポラライザ15を用いて右回り光を、干
渉性のないX軸成分と、Y軸成分とし、同様に左回り光
を、干渉性のないX軸成分と、Y軸成分としているた
め、光分岐器14で合成される右回り光のX軸成分と、左
回り光のY軸成分とは干渉せず、また右回り光のX軸成
分と、左回り光のX軸成分とは干渉せず、右回り光のX
軸成分と、左回り光のX軸成分とが干渉し、右回り光の
Y軸成分と、左回り光のY軸成分とが干渉する。これら
両干渉光の一方が偏光子13で取り出されて光検出器18へ
供給されるため、光ファイバコイル16における複屈折性
の影響を受けない。
このような構成で光ファイバジャイロの出力の零点の
安定性は文献Electronics Letero 12th 4月1984年、20
巻8号、332頁によると、次式で表わされる。
ε:偏光子13の拡幅消光比、η:光分岐器14で合成さ
れる光の偏光度、ν:偏光子13に対する光ファイバの回
転角度改善、φ:光ファイバジャイロの右回り光と左
回り光との位相誤差(零点安定性) この式から中精度の光ファイバジャイロに必要な|φ
|1×10-6rad程度を得るためには、曲形的な値として
ε=0.01,ν=0.01を用いると、η=0.014となり、出力
光の偏光度を小さなものとする必要がある。
「発明が解決しようとする課題」 出力光の偏光度を低下させるためデポラライザ15が用
いられているが、現実においては光ファイバコイル16の
径を小さくすることが望まれており、その光ファイバの
曲げや、その他光ファイバのねじれなどにより複屈折性
が生じ、出力光の偏光度ηが大きくなることがあり、つ
まりデポラライザ15で光のX軸成分とY軸成分との位相
を大きく離しても、光ファイバコイル16における複屈折
性により、両成分の位相差が小さくなるように作用する
ことがあり、この場合は光ファイバジャイロの零点安定
性を劣化させることになる。
なお、Springer-Verlag“Fiber Optic Rotation Sens
or and Related Technology"1982年52頁〜77頁による
と、シングルモード光ファイバは半径Rの曲げにより複
屈折性Δβ′=C・(r/R)が生じる。Cは1.34×106ra
d/m,rは光ファイバの半径である。
「課題を解決するための手段」 この発明によれば、デポラライザは従来より要求され
ている条件の他に、そのデポラライザで生ずる偏光方向
が互いに直角な光の伝播時間差と、光ファイバコイルで
生じる偏光方向が互いに直角な光の伝播時間差との差
が、光のコヒーレント時間より大に選定されている。
「実施例」 第1図にこの発明の実施例を示し、第4図と対応する
部分に同一符号を付けてある。
この実施例では光分岐器14と光ファイバコイル16の一
端との間に挿入されるデポラライザ25は従来のデポララ
イザに要求される前記条件a,bの他に次の条件cを有す
るものである。
Δβ:デポラライザ25の定偏波光ファイバの単位長当
たりの複屈折性(ビート長lBを用いると、Δβ=2π/
lBである)、Δβ′:光ファイバコイル16のシングルモ
ード光ファイバの単位長当たりの複屈折性、L0:光ファ
イバコイル16の光ファイバ長 つまり、光ファイバコイル16における複屈折性より生
じる光のX軸成分とY軸成分との伝播時間差と、デポラ
ライザ25で生じる光のX軸成分とY軸成分との伝播時間
差との差が光のコヒーレント時間より大きく、光ファイ
バコイル16を通って光分岐器14で合成される右回り光と
左回り光とは、その互いに直角な成分間では相互相関
(干渉性)がない状態となる。
第1図の例では(3)式の条件を満足するため、デポ
ラライザの長さを従来のものよりも長くした場合であ
る。すなわち、L0=350m,lB=2mm,Δβ′=5rad/m,lC
50μm,λ=0.83μmの場合、従来においてはL1=20cmで
あったが、この実施例ではL15mとする。
この結果、第4図に示した従来の光ファイバジャイロ
の出力零点のドリフトは第2図Bに示すように比較的大
きかったが、第1図に示した実施例では第2図Aに示す
ように零点ドリフトは従来の10分の1以下になった。
デポラライザ25は、光分岐器14より出射されて光ファ
イバコイル16を通って戻るまでのループのいずれの部分
に挿入されてもよく、例えば第3図に示すように、光フ
ァイバコイル16の中央部に挿入してもよい。デポラライ
ザ25としては(3)式の条件を満足するため、L1を長く
したものに限らず、lB(ビート長)を小さくしたもので
もよく、あるいは光のコヒーレント長を下げてもよく、
光ファイバコイル16のコイル半径を大きくしてもよく、
ループ長L0を短くしてもよい。デポラライザ25としては
光ファイバで構成したものに限らず、複屈折性結晶で構
成してもよい。更に上述では、この発明をオープンルー
プ形光ファイバジャイロに適用したが、クロースドルー
プ形光ファイバジャイロにも適用できる。
「発明の効果」 以上述べたように、この発明によればシングルモード
光ファイバコイルを伝播してもデポラライザの出力光の
偏光度が変化せず、右回り光と左回り光との互いに直交
した偏光成分が干渉するおそれがなく、零点の安定性が
よく、正しい測定が得られる光ファイバジャイロを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
この発明の実施例の零点出力と従来の光ファイバジャイ
ロの要点出力との例を示す図、第3図はこの発明の他の
実施例の一部を示すブロック図、第4図は従来の光ファ
イバジャイロを示すブロック図、第5図はデポラライザ
を示す斜視図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源よりの光を光分岐手段にて分配して、
    シングルモード光ファイバコイルの両端に右回り光、左
    回り光として入射し、これら右回り光および左回り光の
    上記光ファイバコイルを伝播した光を上記光分岐手段で
    干渉させ、その干渉光の強度を光検出器にて電気信号に
    変換し、その電気信号から、上記光ファイバコイルにそ
    の中心回りに印加される角速度を検出し、上記光分岐手
    段からの光が上記光ファイバコイルを伝播して上記光分
    岐手段に戻るループ内にデポラライザが直列に挿入され
    た光ファイバジャイロにおいて、 上記デポラライザは、そのデポラライザで生ずる偏光方
    向が互いに直角な光の伝播時間差と、上記光ファイバコ
    イルで生ずる偏光方向が互いに直角な光の伝播時間差と
    の差が上記ループを通過する光のコヒーレント時間より
    大に選定されていることを特徴とする光ファイバジャイ
    ロ。
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