JP2000146596A - Resonance point following system and ring resonance- type optical fiber gyro using the same - Google Patents
Resonance point following system and ring resonance- type optical fiber gyro using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、光ファイ
バリング共振器を用いたセンサに関し、特に光ファイバ
リング共振器内を対向伝搬する2光波間の、回転により
生じた共振周波数差を測定する光ファイバジャイロに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a sensor using an optical fiber ring resonator, and more particularly, to a measurement of a resonance frequency difference caused by rotation between two light waves propagating oppositely in the optical fiber ring resonator. The present invention relates to an optical fiber gyro.
【0002】[0002]
【従来の技術】回転により生ずるサニャック効果を利用
し、測定対象の回転速度を検出する光ファイバジャイロ
の1つにリング共振方式光ファイバジャイロがある。こ
のリング共振方式光ファイバジャイロに用いられる光フ
ァイバリング共振器には反射形と透過形がある。通常、
反射形は図8(a)のようにセンシングループ(光ファ
イバループ)120と、1台の光ファイバカップラ12
1により構成される。レーザ光をポート1から入射さ
せ、その出射光強度をポート2で観測し、入射光の周波
数に対する特性を取得すると図9(a)に示すような反
射形の共振特性が得られる。2. Description of the Related Art A ring resonance type optical fiber gyro is one of optical fiber gyros for detecting the rotational speed of a measurement object by utilizing the Sagnac effect generated by rotation. Optical fiber ring resonators used in the ring resonance type optical fiber gyro include a reflection type and a transmission type. Normal,
In the reflection type, as shown in FIG. 8A, a sensing loop (optical fiber loop) 120 and one optical fiber coupler 12 are provided.
1. When a laser beam is made incident from port 1 and the intensity of the emitted light is observed at port 2 and the characteristic with respect to the frequency of the incident light is acquired, a reflection type resonance characteristic as shown in FIG. 9A is obtained.
【0003】また、透過形は図8(b)のようにセンシ
ングループ(光ファイバループ)123と、2台の光フ
ァイバカップラ124、125により構成される。レー
ザ光をポート1から入射させ、その出射光強度をポート
2で観測し、入射光の周波数に対する特性を取得すると
図9(b)に示すような透過形の共振特性が得られる。
共振特性はとびとびの周波数で最小値をとり、この点を
共振点という。この最小値の間隔νFSR は自由スペクト
ル域と呼ばれ、 νFSR =c/nL ……(1) で与えられる。ここでcは光速であり、nは光ファイバ
の屈性率、Lはセンシングループ長である。The transmission type is constituted by a sensing loop (optical fiber loop) 123 and two optical fiber couplers 124 and 125 as shown in FIG. When a laser beam is made incident from the port 1 and the intensity of the emitted light is observed at the port 2 and the characteristic with respect to the frequency of the incident light is acquired, a transmission resonance characteristic as shown in FIG. 9B is obtained.
The resonance characteristic has a minimum value at discrete frequencies, and this point is called a resonance point. This minimum value interval ν FSR is called a free spectral range, and is given by ν FSR = c / nL (1). Here, c is the speed of light, n is the refractive index of the optical fiber, and L is the sensing loop length.
【0004】共振点付近では鋭い共振特性を持ち、この
鋭さを表わすパラメータとしてフィネスがあり、(2)
式で定義される。 フィネス=νFSR /Δν=π(αR)1/2 /(1−αR)… (2) ここでΔνは図9に示した共振特性の半値全幅であり、
Rは光ファイバカップラの分岐比、αは光ファイバルー
プ中の損失である。フィネスは、光ファイバ中を光波が
何回周回できるかを表わしており、フィネスが大きいほ
どジャイロの分解能は高い。[0004] Near the resonance point, it has a sharp resonance characteristic, and there is a finesse as a parameter representing this sharpness.
Defined by an expression. Finesse = ν FSR / Δν = π (αR) 1/2 / (1−αR) (2) where Δν is the full width at half maximum of the resonance characteristic shown in FIG.
R is the branching ratio of the optical fiber coupler, and α is the loss in the optical fiber loop. The finesse indicates how many times a light wave can circulate in an optical fiber. The larger the finesse, the higher the resolution of the gyro.
【0005】以降、反射形の光ファイバリング共振器を
例に説明する。光ファイバリング共振器が静止している
ときは、図10(a)(b)の実線1)に示すように左回
りの光波と右回りの光波の共振周波数は等しくなる。光
ファイバリング共振器が角速度Ωで回転すると、右回り
と左回りの共振器の光路長にサニャック効果によるみか
け上の差が生じる。これは非相反的効果であり、共振周
波数に差を生じさせ、図10(a)(b)の一点鎖線2)
に示すように左右にずれた共振特性となる。この周波数
差は(3)式のように表される。 ΔνS =(4S/λL)Ω ……(3) ここで、Sは光ファイバリング共振器が囲む面積で、λ
はレーザの発振波長である。角速度Ωはこの共振周波数
差を測定することにより得られ、一方の光波の共振点を
基準とし、他方の光波の共振点を観測することによりジ
ャイロの出力が得られる。Hereinafter, a description will be given of a reflection type optical fiber ring resonator as an example. When the optical fiber ring resonator is at rest, the resonance frequency of the counterclockwise lightwave and the counterclockwise lightwave become equal as shown by the solid line 1) in FIGS. When the optical fiber ring resonator rotates at an angular velocity Ω, an apparent difference occurs in the optical path length between the clockwise and counterclockwise resonators due to the Sagnac effect. This is a non-reciprocal effect, which causes a difference in the resonance frequency, and the dashed line 2) in FIGS.
As shown in FIG. This frequency difference is expressed as in equation (3). Δν S = (4S / λL) Ω (3) where S is the area surrounded by the optical fiber ring resonator, and λ
Is the oscillation wavelength of the laser. The angular velocity Ω is obtained by measuring the resonance frequency difference, and the output of the gyro can be obtained by observing the resonance point of one light wave as a reference and the resonance point of the other light wave.
【0006】ところで、温度の変化が共振器長を変化さ
せ、共振周波数を大きく変動させる。しかしこれは左右
の光波に対して同じ移動量を与える相反的な効果である
ため、これを補償するために、左右2光波のうち片方の
光信号をもとにレーザ光源の周波数に帰還させる方法が
採用されている。または、レーザの周波数には帰還せず
に、光ファイバリング共振器に取り付けた圧電素子(P
ZT)により共振器長をちょうど共振点に一致するよう
に制御してもよい。However, a change in temperature changes the length of the resonator and greatly changes the resonance frequency. However, since this is a reciprocal effect of giving the same amount of movement to the left and right light waves, in order to compensate for this, a method of returning to the frequency of the laser light source based on one of the two left and right light waves is used. Has been adopted. Alternatively, a piezoelectric element (P) attached to an optical fiber ring resonator without returning to the laser frequency
ZT) may be used to control the length of the resonator to exactly match the resonance point.
【0007】図11は、特開平03−170016(米
国特許5237387)号や米国特許5296912号
等で開示された、リング共振方式光ファイバジャイロの
一例を示す概略図である。光ファイバリング共振器を用
いて左右を周回する光波の共振周波数のずれを測定する
ものである。レーザ光源を出射した光は、ビームスプリ
ッタ(BS)で2分岐される。2分岐された光はそれぞ
れレンズ(L1)、(L2)を通り、光ファイバに導か
れ、光カップラ(C1)に入射する。光カップラ(C
1)によりリング共振器に入射した光は右回りと左回り
でループ内を伝播する。ファイバループ内で定在波とな
るような光の周波数は共振を生じ、光はリング共振器内
に閉じ込められて出てくることができない。この様子は
右回り光については受光器(D1)で、左回り光につい
ては受光器(D2)でそれぞれ観測される。ここで静止
時は、左右の光波の共振周波数は等しいが、角速度が入
力されるとサニャック効果により、右回りの光と左回り
の光で光路長に差が生じ、その結果、共振周波数に差が
生じる。この共振周波数の差をジャイロ出力として利用
することができる。透過形の光ファイバリング共振器を
用いても同様に構成できるのは勿論のことである。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a ring resonance type optical fiber gyro disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-170016 (US Pat. No. 5,237,387) and US Pat. No. 5,296,912. This is to measure the deviation of the resonance frequency of a light wave circling left and right using an optical fiber ring resonator. The light emitted from the laser light source is split into two beams by a beam splitter (BS). The bifurcated light passes through the lenses (L1) and (L2), is guided to the optical fiber, and enters the optical coupler (C1). Optical coupler (C
Light incident on the ring resonator according to 1) propagates in the loop clockwise and counterclockwise. The frequency of light that becomes a standing wave in the fiber loop causes resonance, and the light is confined in the ring resonator and cannot come out. This state is observed by the light receiver (D1) for clockwise light and by the light receiver (D2) for counterclockwise light. At rest, the resonance frequencies of the left and right light waves are equal, but when an angular velocity is input, the Sagnac effect causes a difference in the optical path length between right-handed light and left-handed light. Occurs. The difference between the resonance frequencies can be used as a gyro output. Needless to say, the same configuration can be obtained by using a transmission type optical fiber ring resonator.
【0008】共振点を検出するために左右両光波には、
リング共振器に入射する前に、それぞれ圧電素子形位相
変調器(PZT2)、(PZT1)により、周波数fn
とfmの正弦波による変調が加えられる。周波数fn と
fm は、同一の周波数でも良いが、好ましくは異なる周
波数が用いられる。この正弦波による変調は共振周波数
のずれを、正弦波の周波数成分を持つ誤差信号として与
える。右回りの光波についてはロックインアンプ(LI
A1)で、左回りの光波についてはロックインアンプ
(LIA2)でそれぞれ同期検波され、共振周波数のず
れが検出される。ロックインアンプ(LIA1)の出力
は、レーザ周波数制御回路に入力され、レーザの周波数
(f0 )が右回りの光を基準に、ある1つの共振点に一
致するように制御される。ロックインアンプ(LIA
2)の出力は、左右2光波の共振点のずれが電圧値とし
て求められる。これをジャイロ出力とすれば開ループ出
力となる。In order to detect the resonance point, the right and left light waves include:
Before entering the ring resonator, the frequency f n is calculated by the piezoelectric element type phase modulators (PZT2) and (PZT1), respectively.
Modulated by a sine wave of f m and are added. Frequency f n and f m may be the same frequency, but preferably used are different frequencies. The modulation by the sine wave gives a shift of the resonance frequency as an error signal having a sine wave frequency component. For clockwise light waves, a lock-in amplifier (LI
In A1), the counterclockwise light waves are synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA2), and a shift in the resonance frequency is detected. The output of the lock-in amplifier (LIA1) is input to a laser frequency control circuit, and is controlled so that the frequency (f 0 ) of the laser coincides with one resonance point based on clockwise light. Lock-in amplifier (LIA
In the output of 2), the shift between the resonance points of the two right and left light waves is obtained as a voltage value. If this is used as a gyro output, it will be an open loop output.
【0009】検出範囲を広くするためには、セロダイン
波を用いて閉ループにする必要がある。セロダイン波
は、その振幅を光波に2πの位相回転を与える電圧値と
し、セロダイン波の周波数分だけ光波の周波数を変化さ
せる働きをする。ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )導
波路上に電気光学変調器を配置した導波路形変調器は使
用できる周波数帯域が広く、セロダイン波による変調が
可能である。ロックインアンプ(LIA2)の出力をV
COに入力し、セロダイン波発生器2)により生成される
セロダイン波の周波数f2 を変化させる。セロダイン波
は導波路形位相変調器(PM2)に入力され、左回りの
光波が共振点に一致するように制御される。この周波数
はf0 +f2 である。セロダイン波の周波数をカウント
することによりジャイロ出力が得られるが、分解能を高
めるためには、静止時にセロダイン波がある程度の周波
数を持っていた方が良い。そこで導波路形位相変調器
(PM1)を用いてセロダイン波発生器1)より固定の周
波数f1 をもつセロダイン波が右回りの光に入力され
る。右回りの光の周波数はf0 +f1 となる。2つの周
波数差f2 −f1 は、ジャイロの閉ループ出力となる。In order to widen the detection range, it is necessary to form a closed loop using a cellodyne wave. The serrodyne wave has a function of changing the amplitude of the light wave by an amount corresponding to the frequency of the serrodyne wave by setting its amplitude to a voltage value that gives a phase rotation of 2π to the light wave. A waveguide-type modulator in which an electro-optic modulator is arranged on a lithium niobate (LiNbO 3 ) waveguide has a wide usable frequency band and can perform modulation by a cellodyne wave. The output of the lock-in amplifier (LIA2) is V
Fill in CO, varying the frequency f 2 of the serrodyne wave generated by serrodyne wave generator 2). The serrodyne wave is input to the waveguide phase modulator (PM2), and is controlled so that the counterclockwise light wave coincides with the resonance point. This frequency is f 0 + f 2 . A gyro output can be obtained by counting the frequency of the serrodyne wave, but in order to increase the resolution, it is better that the serrodyne wave has a certain frequency at rest. Therefore serrodyne wave having a frequency f 1 of the fixed than serrodyne wave generator 1) by using a waveguide-type phase modulator (PM1) is inputted to the clockwise light. The frequency of the clockwise light is f 0 + f 1 . The two frequency differences f 2 -f 1 result in a gyro closed loop output.
【0010】従来のセロダイン波はアナログ的に生成さ
れたセロダイン波であった。アナログのセロダイン波
は、歪みなく生成することが難しく、またフライバック
時間があるという問題があった。そのためこれらの問題
を克服するためにディジタル的に生成したディジタルセ
ロダイン波を用いた方式が提案されている。「デジタル
セロダイン方式共振型光ファイバジャイロ(春本道子、
保立和夫 信学技報1996年5月)」は、閉ループを
構成する場合のセロダイン波を、従来はアナログのセロ
ダイン波であったものを、図12に示すような光波が光
ファイバループを1周伝搬する時間(τ)を横幅にも
つ、ディジタルで生成した階段状のセロダイン波とする
ことにより、受光器上の光強度が理想的なアナログセロ
ダイン波と等しくなることを示した。また、共振点を検
出するために、圧電素子形位相変調器により左右2光波
にそれぞれ周波数fn とfm の正弦波による変調を加え
る代わりに、左右2光波にそれぞれ1つの導波路形変調
器を用いて、それぞれに周波数の異なる2つのセロダイ
ン波を交替周波数で切り替える変調とする手段が示され
ている。A conventional serrodyne wave is a serrodyne wave generated in an analog manner. There is a problem that it is difficult to generate an analog cellodyne wave without distortion and that there is a flyback time. Therefore, in order to overcome these problems, a method using digitally generated digital cellodyne waves has been proposed. "Digital Serrodyne Resonant Fiber Optic Gyro (Michiko Harumoto,
Kazuo Hotate, IEICE Technical Report, May 1996) describes a cellodyne wave in the case of forming a closed loop, a conventional analog cellodyne wave, and a light wave as shown in FIG. It has been shown that by using a digitally generated stepped serrodyne wave having a propagation time (τ) in a horizontal width, the light intensity on the photodetector becomes equal to an ideal analog serrodyne wave. Further, in order to detect the resonance point, instead of adding modulated by sine wave of each frequency f n and f m in the left and right two light waves by the piezoelectric element type phase modulator, each one waveguide type modulator in the lateral two-beam In FIG. 1, there is shown means for performing modulation for switching two serrodyne waves having different frequencies at alternate frequencies.
【0011】ディジタルセロダイン波による閉ループは
図13に示すようなディジタル制御回路により実現する
ことができる。このディジタル制御回路の1フレーム
は、光波が光ファイバループを1周伝搬する時間(τ)
である。ロックインアンプ(LIA)の出力(v1)
は、ADコンバータ(AD)でディジタル値に変換さ
れ、そのディジタル値(v2)は第1の加算器(ADD
1)に入力される。第1の加算器は、ADコンバータの
出力(v2)と第1の加算器の前回値を加算し、その結
果(v3)を第2の加算器(ADD2)に入力する。第
2の加算器は、第1の加算器の出力(v3)と第2の加
算器の前回値を加算し、その結果(v4)をDAコンバ
ータ(DA)に出力する。DAコンバータの出力は、パ
ワーアンプ(A)を経て、導波路形位相変調器(PM)
に入力される。第1の加算器は、ディジタルセロダイン
波のステップ1段の高さを決定するための符号付きディ
ジタル積分器である。A closed loop using a digital serrodyne wave can be realized by a digital control circuit as shown in FIG. One frame of the digital control circuit is a time (τ) for a light wave to propagate one round in an optical fiber loop.
It is. Output (v1) of lock-in amplifier (LIA)
Is converted to a digital value by an AD converter (AD), and the digital value (v2) is converted to a first adder (ADD).
Input to 1). The first adder adds the output (v2) of the AD converter and the previous value of the first adder, and inputs the result (v3) to the second adder (ADD2). The second adder adds the output (v3) of the first adder and the previous value of the second adder, and outputs the result (v4) to the DA converter (DA). The output of the DA converter passes through a power amplifier (A), and then enters a waveguide phase modulator (PM).
Is input to The first adder is a signed digital integrator for determining the height of one step of the digital serrodyne wave.
【0012】ADコンバータからDAコンバータまでの
ビット数および入出力のビット対応関係は、制御の応答
性と1ビット当たりの分解能を考慮して決定される。一
般にADコンバータのビット数は、第1の加算器のビッ
ト数よりも小さく、この間の入出力は最下位ビット(L
SB)を揃えて行われる。一般に第1の加算器のビット
数は第2の加算器のビット数よりも大きく、この間のビ
ット対応関係は、第2の加算器の最上位ビット(MS
B)が、第1の加算器の最上位ビット(MSB)か、ま
たはそれより下位のビットとなるように対応させる。第
2の加算器とDAコンバータ間の入出力は最上位ビット
(MSB)を揃えて行われ、フルスケールは位相差2π
に対応する量である。第2の加算器のビット数をMとす
ると、2πは2M に対応しており、2M 以上の加算結果
に対してはオーバーフローとなる。第2の加算器におい
て、一定のステップ値で加算され増大していくセロダイ
ン波は、2π以上では超過分を起点とし、再度、増大を
始める性質を持つディジタルセロダイン波となり、これ
が位相変調器(PM)に入力される。The number of bits from the AD converter to the DA converter and the correspondence between input and output bits are determined in consideration of control responsiveness and resolution per bit. Generally, the number of bits of the AD converter is smaller than the number of bits of the first adder.
SB). Generally, the number of bits of the first adder is larger than the number of bits of the second adder, and the bit correspondence between them is determined by the most significant bit (MS) of the second adder.
B) corresponds to the most significant bit (MSB) of the first adder or a lower bit. Input and output between the second adder and the DA converter are performed with the most significant bit (MSB) aligned, and the full scale is the phase difference 2π
Is the quantity corresponding to Assuming that the number of bits of the second adder is M, 2π corresponds to 2 M , and overflows for an addition result of 2 M or more. In the second adder, the increasing serrodyne wave which is added at a fixed step value becomes a digital serrodyne wave having a property of starting increasing from 2π or more and starting to increase again, which is a phase modulator ( PM).
【0013】図9に示した周波数に対する共振特性は、
位相の面から図14に示すようにリング共振器内での伝
搬回数が1周異なる光波の位相差に対して同様に表すこ
とができる。ここで、Nは整数であり、伝搬回数の1周
異なる光波の位相差が2πの整数倍となる所が共振点で
ある。位相の面からディジタルのセロダイン波がアナロ
グのセロダイン波と同様に機能することを示す。位相変
調器への入射角周波数をωとすると、角周波数Δωに相
当する周波数シフトにより、共振器一周の位相回転はφ
=ωτ−2nπ(0≦φ<2π)からφ+Δφ(Δφ=
Δωτ)になる。ここで、φ+Δφは、光が共振器を一
周伝搬する間の位相回転であるが、これは受光器に到達
した光のうち共振器における伝搬回数が一周異なる2つ
の光波間の位相差である。The resonance characteristics with respect to the frequency shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the phase difference can be similarly expressed with respect to the phase difference between light waves having different numbers of propagations in the ring resonator by one round. Here, N is an integer, and the point where the phase difference between the light waves different in the number of propagations by one round becomes an integral multiple of 2π is the resonance point. It shows that digital serrodyne waves function in the same way as analog serrodyne waves in terms of phase. Assuming that the incident angle frequency to the phase modulator is ω, the phase rotation around the resonator becomes φ by a frequency shift corresponding to the angular frequency Δω.
= Ωτ-2nπ (0 ≦ φ <2π) to φ + Δφ (Δφ =
Δωτ). Here, φ + Δφ is a phase rotation while light propagates one round through the resonator, and is a phase difference between two light waves of light reaching the photodetector, the number of times of propagation in the resonator being different by one round.
【0014】位相変調器にアナログセロダイン波による
変調がかけられた場合は、位相変調器を通った時間がτ
異なるm回周回光と(m+1)回周回光がそれぞれ受け
る位相回転は図15(a)のようになる。2つの光の位
相回転の差は図15(b)のようにΔφあるいはΔφ−
2πとなるので、同時に受光器に到達した光で共振器の
伝搬回数が一周異なる光の位相差は、φ+Δφかφ+Δ
φ−2πのいずれかとなる。位相変調器にディジタルセ
ロダイン波による変調がかけれらた場合は、階段の横幅
の長さが光波のファイバループ伝搬時間(τ)に等しけ
れば、位相変調器を通った時間がτ異なるm回周回光と
(m+1)回周回光がそれぞれ受ける位相回転は図16
(a)のようになる。2つの光の位相回転の差は図16
(b)のようにΔφあるいはΔφ−2πとなるので、同
時に受光器に到達した光のうち、ファイバ共振器の伝搬
回数が一周異なる2つの光は、φ+Δφかφ+Δφ−2
πのいずれかの位相差を持ち、アナログセロダイン波で
もディジタルセロダイン波でもΔωの角周波数に相当す
る周波数シフトを与えたときと等しい受光器出力を与え
る。When the phase modulator is modulated by an analog serrodyne wave, the time required for passing through the phase modulator is τ.
FIG. 15A shows the phase rotations received by different m-turn light and (m + 1) -turn light, respectively. The difference between the phase rotations of the two lights is Δφ or Δφ− as shown in FIG.
Since it is 2π, the phase difference between the light that has arrived at the photodetector and the number of times that the light propagates through the resonator by one round is φ + Δφ or φ + Δ
It is either φ-2π. When the phase modulator is modulated by a digital serrodyne wave, if the width of the step is equal to the fiber loop propagation time (τ) of the light wave, the time passed through the phase modulator is τ different by τ. The phase rotations of the light and the (m + 1) -turn light are shown in FIG.
(A). The difference between the phase rotations of the two lights is shown in FIG.
As shown in (b), Δφ or Δφ−2π, of the light that has arrived at the photodetector at the same time, two lights whose propagation times in the fiber resonator are different by one turn are φ + Δφ or φ + Δφ−2.
It has a phase difference of π, and provides an output of the photodetector equal to that when a frequency shift corresponding to the angular frequency of Δω is applied to both analog and digital serrodyne waves.
【0015】φ+Δφ−2πの位相差は、波形のリセッ
ト時に生じるが、セロダイン波の振幅が2πであれば不
整合を生じない。セロダイン波の振幅が2πからずれて
いれば、セロダイン波の周期で誤差信号が現れる。この
振幅誤差はセロダイン波の周期で同期検波することによ
り補正が可能である。いずれにしても従来のリング共振
方式光ファイバジャイロにおいては、相反的効果である
温度による共振点の移動は、レーザ周波数または光ファ
イバリング共振器に取り付けた圧電素子(PZT)に帰
還することにより追従するという方式を採用していた。The phase difference of φ + Δφ−2π occurs when the waveform is reset, but no mismatch occurs if the amplitude of the serrodyne wave is 2π. If the amplitude of the serrodyne wave deviates from 2π, an error signal appears at the cycle of the serrodyne wave. This amplitude error can be corrected by performing synchronous detection at the cycle of the serrodyne wave. In any case, in the conventional ring resonance type optical fiber gyro, the shift of the resonance point due to the temperature, which is a reciprocal effect, is followed by returning to the laser frequency or the piezoelectric element (PZT) attached to the optical fiber ring resonator. Was adopted.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】ところで、温度による
相反的効果は、回転による非相反的効果に対して極めて
大きい。温度による共振点の移動は1℃当り数GHzで
あり、これは自由スペクトル域の数百倍に相当する。そ
れに対してレーザ周波数またはPZTで補償できる量
は、両者を併用した場合でも約20GHzほどでしかな
い。したがって温度に対して約10℃ほどの範囲でしか
対応できない。そのため、10℃以上環境温度が変化し
た場合には、同一の共振点に追従し続けることは不可能
であった。By the way, the reciprocal effect due to temperature is extremely large compared to the non-reciprocal effect due to rotation. The shift of the resonance point with temperature is several GHz per degree Celsius, which corresponds to several hundred times the free spectral range. On the other hand, the amount that can be compensated by the laser frequency or PZT is only about 20 GHz even when both are used together. Therefore, it can only cope with the temperature within a range of about 10 ° C. Therefore, when the environmental temperature changes by 10 ° C. or more, it is impossible to keep following the same resonance point.
【0017】つぎに、共振周波数は、図9に示すよう
に、自由スペクトル域νFSR おきの間隔で存在してい
る。そこで、例えば、レーザの発振周波数またはファイ
バループに取り付けた圧電素子(PZT)に帰還する従
来のリング共振方式光ファイバジャイロは、上記間隔で
存在する、ある共振点に追従しているとき、フィードバ
ック制御量が不足してきた場合には、より少ない制御量
で追従が可能な領域にある共振点に、追従の対象を瞬時
に移行すれば、ジャイロ機能として継続させることがで
きる。しかしながら、制御の連続性を失うことなく追従
対象とする共振点を移行することは困難が伴っていた。
このようなことから、リング共振方式光ファイバジャイ
ロは常に、当初において追従対象とした共振点に光波の
周波数を一致させることを前提としなければならず、上
記一定以上の大きな温度変化に対応することができなか
った。Next, as shown in FIG. 9, the resonance frequencies exist at intervals of a free spectral range ν FSR . Therefore, for example, a conventional ring resonance type optical fiber gyro that feeds back to a laser oscillation frequency or a piezoelectric element (PZT) attached to a fiber loop, performs feedback control when following a certain resonance point existing at the above-mentioned interval. If the amount becomes insufficient, the gyro function can be continued by instantly shifting the target of tracking to a resonance point in a region where tracking can be performed with a smaller control amount. However, it has been difficult to shift the resonance point to be tracked without losing control continuity.
For this reason, the ring resonance type optical fiber gyro must always assume that the frequency of the light wave coincides with the resonance point initially targeted for tracking, and must cope with the above-mentioned fixed or larger temperature change. Could not.
【0018】本発明の目的は、リング共振器から出射さ
れるレーザ光をディジタルセロダイン波を用いて変調手
段に帰還させることにより、追従対象とする共振点を制
御の連続性を失うことなく順次隣の共振点に移行させて
共振点の継続的な追従を可能にし温度環境の大きな変動
に対応できる共振点追従システムを提供することであ
る。本発明の他の目的は、上記共振点追従システムを用
いた光ファイバジャイロを提供することである。An object of the present invention is to sequentially return resonance points to be tracked without losing control continuity by feeding back laser light emitted from a ring resonator to a modulating means using digital serrodyne waves. An object of the present invention is to provide a resonance point tracking system that can shift to an adjacent resonance point and continuously follow the resonance point and can cope with a large fluctuation in the temperature environment. Another object of the present invention is to provide an optical fiber gyro using the above resonance point tracking system.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明による共振点追従システムは、所定周波数のレ
ーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出
射されるレーザ光を位相変調する第1の位相変調手段
と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を所定周波
数の変調信号によって位相変調する第2の位相変調手
段、または前記レーザ光源を周波数変調する周波数変調
手段と、前記第1と第2の位相変調手段で位相変調され
たレーザ光を導入して伝搬させる光ファイバリング共振
器と、前記光ファイバリング共振器から出射されるレー
ザ光を検出する光検出器と、前記光検出器の出力と前記
変調信号を入力して、前記光検出器の出力中の前記変調
信号の周波数成分を同期検波するロックインアンプと、
前記ロックインアンプの出力を入力し、積分してステッ
プ値を発生し、2 πに対応させたディジタルセロダイン
波を出力し、該ディジタルセロダイン波を前記第1の位
相変調手段の変調入力とする制御手段とを備え、前記光
ファイバリング共振器中を伝搬する伝搬回数の1周異な
る2つの光波に対し、前記ディジタルセロダイン波によ
り共振点の移動に対して閉ループとなる位相差を与え、
このときディジタルセロダイン波が、伝搬回数の1周異
なる2光波の位相差に対して、波形の変化を規則的に繰
り返す性質、および、2π異なる2値の位相差を与える
ことを利用して、2πおきに存在する共振点のうち、最
も近い2つの共振点のいずれかに追従するように構成し
てある。上記構成において、前記第1の位相変調手段に
所定周波数の変調信号を加えることにより前記第1の位
相変調手段に前記第2の位相変調手段の機能を兼用させ
ることができる。In order to solve the above-mentioned problems, a resonance point tracking system according to the present invention provides a laser light source for outputting a laser beam of a predetermined frequency, and modulates the phase of the laser beam emitted from the laser light source. A first phase modulating means, a second phase modulating means for modulating the phase of the laser light emitted from the laser light source with a modulation signal of a predetermined frequency, or a frequency modulating means for frequency modulating the laser light source; An optical fiber ring resonator for introducing and propagating laser light phase-modulated by the second phase modulating means, a photodetector for detecting laser light emitted from the optical fiber ring resonator, and the photodetector A lock-in amplifier that receives the output of the detector and the modulation signal, and synchronously detects the frequency component of the modulation signal in the output of the photodetector;
The output of the lock-in amplifier is input and integrated to generate a step value, to output a digital serrodyne wave corresponding to 2π, and to apply the digital serrodyne wave to a modulation input of the first phase modulating means. Control means for performing two rounds of the number of times of propagation in the optical fiber ring resonator different from each other by one round, to give a phase difference that forms a closed loop with respect to the movement of the resonance point by the digital serrodyne wave,
At this time, utilizing the property that the digital serrodyne wave repeats the change of the waveform regularly with respect to the phase difference between two light waves having different number of propagations by one round, and giving 2π different binary phase difference, It is configured to follow either one of the two closest resonance points among the resonance points existing every 2π. In the above configuration, the function of the second phase modulating means can be shared by the first phase modulating means by adding a modulation signal of a predetermined frequency to the first phase modulating means.
【0020】前記他の目的を達成するために本発明によ
る光ファイバジャイロは、所定周波数のレーザ光を出力
するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレー
ザ光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された
第1および第2の光路のレーザ光をそれぞれ位相変調す
る第1および第3の位相変調手段と、前記分岐手段によ
り分岐された第1および第2の光路のレーザ光をそれぞ
れ所定周波数の第1および第2の変調信号によって位相
変調する第2の位相変調手段および第4の位相変調手段
と、前記第1と第2の位相変調手段で位相変調されたレ
ーザ光を右回りになるように、前記第3と第4の位相変
調手段で位相変調されたレーザ光を左回りになるように
それぞれ導入して伝搬させる光ファイバリング共振器
と、前記光ファイバリング共振器から出射される右回り
のレーザ光を検出する第1の光検出器と、前記光ファイ
バリング共振器から出射される左回りのレーザ光を検出
する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力と前
記第1の変調信号を入力して、前記第1の光検出器の出
力中の前記第1の変調信号の周波数成分を同期検波する
第1のロックインアンプと、前記第1のロックインアン
プの出力を入力し、積分してステップ値を発生し、2π
に対応させた第1のディジタルセロダイン波を出力し、
これを前記第1の位相変調手段の変調入力に帰還するこ
とにより、前記光ファイバリング共振器に角速度が与え
られたとき、または、温度変化などにより光ファイバリ
ング共振器の光路長が変動した場合、この位相変化に追
従するように制御する第1の制御手段と、前記第2の光
検出器の出力と前記第2の変調信号を入力して、前記第
2の光検出器の出力中の前記第2の変調信号の周波数成
分を同期検波する第2のロックインアンプと、前記第2
のロックインアンプの出力を入力し、積分してステップ
値を発生し、2πに対応させた第2のディジタルセロダ
イン波を出力し、これを前記第3の位相変調手段の変調
入力に帰還することにより、前記光ファイバリング共振
器に角速度が与えられたとき、または、温度変化などに
より光ファイバリング共振器の光路長が変動した場合、
位相変化に追従するように制御する第2の制御手段とを
備え、前記光ファイバリング共振器中を右回りに伝搬す
る伝搬回数の1周異なる2つの光波および左回りに伝搬
する伝搬回数の1周異なる2つの光波に、前記第1およ
び第2のディジタルセロダイン波により共振点の移動に
対して閉ループとなる位相差をそれぞれ与え、このとき
ディジタルセロダイン波が、伝搬回数の1周異なる2光
波の位相差に対して、波形の変化を規則的に繰り返す性
質、および、2π異なる2値の位相差を与えることを利
用して、2πおきに存在する共振点のうち、最も近い2
つの共振点のいずれかに追従するようにし、前記第1の
ディジタルセロダイン波のステップ1段の高さと、前記
第2のディジタルセロダイン波のステップ1段の高さの
差をとることにより左回り光と右回り光の非相反的な共
振点の移動を計測しジャイロ出力とするように構成して
ある。According to another aspect of the present invention, there is provided an optical fiber gyro comprising: a laser light source for outputting a laser beam having a predetermined frequency; a branching unit for branching a laser beam emitted from the laser light source; First and third phase modulating means for phase-modulating the laser light of the first and second optical paths branched by the means, and the laser light of the first and second optical paths branched by the branching means, respectively. Second and fourth phase modulating means for modulating the phase with first and second modulating signals of a predetermined frequency, and clockwise rotating the laser light phase-modulated by the first and second phase modulating means. An optical fiber ring resonator for introducing and propagating the laser light phase-modulated by the third and fourth phase modulating means counterclockwise, respectively, and the optical fiber A first photodetector that detects clockwise laser light emitted from the ring resonator, a second photodetector that detects counterclockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator, A first lock-in amplifier that receives an output of a first photodetector and the first modulation signal, and synchronously detects a frequency component of the first modulation signal in an output of the first photodetector. And the output of the first lock-in amplifier is input and integrated to generate a step value.
And outputs a first digital serrodyne wave corresponding to
This is fed back to the modulation input of the first phase modulating means so that the angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or that the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change or the like. A first control means for controlling to follow this phase change, and an output of the second photodetector and the second modulation signal, and the output of the second photodetector. A second lock-in amplifier for synchronously detecting a frequency component of the second modulated signal;
And outputs a second digital serrodyne wave corresponding to 2π, which is fed back to the modulation input of the third phase modulating means. Thereby, when an angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or when the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change or the like,
A second control means for controlling so as to follow a phase change, wherein two light waves that are different in the number of times of propagation in the optical fiber ring resonator by one turn from the clockwise direction and one in the number of times by which the lightwave propagates counterclockwise in the ring resonator. The two light waves having different circumferences are given a phase difference that forms a closed loop with respect to the movement of the resonance point by the first and second digital serrodyne waves. By taking advantage of the property of periodically repeating the change of the waveform with respect to the phase difference of the light wave and giving a binary phase difference different by 2π, the nearest 2 resonance points among 2π are present.
One of the two resonance points, and taking the difference between the height of the first digital serrodyne wave at one step and the height of the second digital serrodyne wave at one step. It is configured to measure the movement of the nonreciprocal resonance point between the surrounding light and the right-handed light, and obtain a gyro output.
【0021】また、前記他の目的を達成するために本発
明による光ファイバジャイロは、所定周波数のレーザ光
を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射され
るレーザ光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐
された第1および第2の光路のレーザ光をそれぞれ位相
変調する第1および第3の位相変調手段と、前記分岐手
段で分岐された第1および第2の光路のレーザ光をそれ
ぞれ所定周波数の第1および第2の変調信号によって位
相変調する第2の位相変調手段および第4の位相変調手
段と、前記第1と第2の位相変調手段で位相変調された
レーザ光を右回りになるように、前記第3と第4の位相
変調手段で位相変調されたレーザ光を左回りになるよう
にそれぞれ導入して伝搬させる光ファイバリング共振器
と、前記光ファイバリング共振器から出射される右回り
のレーザ光を検出する第1の光検出器と、前記光ファイ
バリング共振器から出射される左回りのレーザ光を検出
する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力と前
記第1の変調信号を入力して、前記第1の光検出器の出
力中の前記第1の変調信号の周波数成分を同期検波する
第1のロックインアンプと、前記第1のロックインアン
プの出力を入力し、積分してディジタルセロダイン波の
ステップ1段の高さを生成するディジタル積分器である
第1のステップ値発生器と、前記第1のステップ値発生
器の出力と第2のステップ値発生器の出力を加算する加
算器と、前記加算器の出力を入力して2πに対応させた
第1のディジタルセロダイン波を発生し、前記第1の位
相変調手段の変調入力に帰還する第1のディジタルセロ
ダイン波発生器とからなり、前記光ファイバリング共振
器に角速度が与えられたとき、または、温度変化などに
より光ファイバリング共振器の光路長が変動した場合、
この位相変化に追従するように制御する第1の制御手段
と、前記第2の光検出器の出力と前記第2の変調信号を
入力して、前記第2の光検出器の出力中の前記第2の変
調信号の周波数成分を同期検波する第2のロックインア
ンプと、前記第2のロックインアンプの出力を入力し、
積分してディジタルセロダイン波のステップ1段の高さ
を生成するディジタル積分器である前記第2のステップ
値発生器と、前記第2のステップ値発生器の出力を入力
して2πに対応させた第2のディジタルセロダイン波を
発生し、前記第3の位相変調手段の変調入力に帰還する
第2のディジタルセロダイン波発生器とからなり、前記
光ファイバリング共振器に角速度が与えられたとき、ま
たは、温度変化などにより光ファイバリング共振器の光
路長が変動した場合、位相変化に追従するように制御す
る第2の制御手段とを備え、前記光ファイバリング共振
器中を右回りに伝搬する伝搬回数の1周異なる2つの光
波および左回りの伝搬する伝搬回数の1周異なる2つの
光波に、前記第1および第2のディジタルセロダイン波
により共振点の移動に対して閉ループとなる位相差をそ
れぞれ与え、このときディジタルセロダイン波が、伝搬
回数の1周異なる2光波の位相差に対して、波形の変化
を規則的に繰り返す性質、および、2π異なる2値の位
相差を与えることを利用して、2πおきに存在する共振
点のうち、最も近い2つの共振点のいずれかに追従する
ようにし、前記第1のステップ値発生器の出力を、左回
り光と右回り光の非相反的な共振点の移動に対応したジ
ャイロ出力とするように構成してある。上記構成におい
て、前記第1および第3の位相変調手段にそれぞれ所定
周波数の変調信号を加えることにより前記第1および第
3の位相変調手段にそれぞれ前記第2および第4の位相
変調手段の機能を兼用させることができる。According to another aspect of the present invention, there is provided an optical fiber gyro comprising: a laser light source for outputting a laser beam having a predetermined frequency; a branching unit for branching a laser beam emitted from the laser light source; First and third phase modulating means for phase-modulating the laser light of the first and second optical paths branched by the branching means, respectively, and laser light of the first and second optical paths branched by the branching means Phase modulating means and fourth phase modulating means for respectively modulating the phase with first and second modulating signals having predetermined frequencies, and the laser light phase-modulated by the first and second phase modulating means. An optical fiber ring resonator for introducing and propagating the laser light phase-modulated by the third and fourth phase modulating means counterclockwise so as to be clockwise, and the optical fiber ring resonator. A first photodetector for detecting clockwise laser light emitted from the ring resonator, a second photodetector for detecting counterclockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator, A first lock-in amplifier that receives an output of a first photodetector and the first modulation signal, and synchronously detects a frequency component of the first modulation signal in an output of the first photodetector. A first step value generator, which is a digital integrator that receives an output of the first lock-in amplifier and integrates the integrated signal to generate a step height of a digital serrodyne wave, and the first step value generator; An adder for adding the output of the step value generator and the output of the second step value generator, and receiving the output of the adder to generate a first digital serrodyne wave corresponding to 2π; The first feedback signal is fed back to the modulation input of the first phase modulation means. A digital serrodyne wave generator, when an angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or when the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change or the like,
First control means for controlling to follow this phase change, input of the output of the second photodetector and the second modulation signal, and inputting the output of the second photodetector. A second lock-in amplifier for synchronously detecting the frequency component of the second modulation signal and an output of the second lock-in amplifier;
A second step value generator, which is a digital integrator for generating a step height of a digital serrodyne wave by integration, and an output of the second step value generator corresponding to 2π A second digital serrodyne wave generator that generates a second digital serrodyne wave and feeds back to the modulation input of the third phase modulating means, wherein the optical fiber ring resonator is given an angular velocity. When, or when the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change, the second control means for controlling to follow the phase change, and clockwise in the optical fiber ring resonator The first and second digital serodyne waves shift the resonance point to two light waves that differ in the number of propagation times by one round and two light waves that differ in the counterclockwise number of propagation times by one round. , A phase difference that forms a closed loop is given to the digital serrodyne wave. At this time, the characteristic that the digital serrodyne wave repeats the change of the waveform regularly with respect to the phase difference of the two light waves having different numbers of propagations by one round, By giving a phase difference of values, one of the two resonance points closest to 2π is tracked, and the output of the first step value generator is set to the left. The gyro output is configured to correspond to the non-reciprocal resonance point shift of the surrounding light and the clockwise light. In the above configuration, the functions of the second and fourth phase modulating units are respectively added to the first and third phase modulating units by adding a modulation signal of a predetermined frequency to the first and third phase modulating units. Can be combined.
【0022】[0022]
【作用】上記構成によれば、温度変化で共振器長が大き
く変化し、その結果、共振周波数がレーザ周波数、圧電
素子(PZT)による共振器長への帰還で補償できる範
囲以上に移動したとしても、制御の連続性を失うことな
く共振点を継続的に追従し、ジャイロとして機能させる
ことが可能になる。According to the above configuration, it is assumed that the resonator length greatly changes due to a temperature change, and as a result, the resonance frequency moves beyond the range that can be compensated by the laser frequency and feedback to the resonator length by the piezoelectric element (PZT). In addition, it is possible to continuously follow the resonance point without losing control continuity and to function as a gyro.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、図1〜図3用いて本発明の
実施の形態を詳しく説明する。ディジタルセロダイン波
による閉ループは図13に示すようなディジタル制御回
路により実現することができる。このディジタル制御回
路の1フレームは、光波が光ファイバループを1周伝搬
する時間(τ)である。ロックインアンプ(LIA)の
出力(v1)は、ADコンバータ(AD)でディジタル
値に変換され、そのディジタル値(v2)は第1の加算
器(ADD1)に入力される。第1の加算器は、ADコ
ンバータの出力(v2)と第1の加算器の前回値を加算
し、その結果(v3)を第2の加算器(ADD2)に入
力する。第2の加算器は、第1の加算器の出力(v3)
と第2の加算器の前回値を加算し、その結果(v4)を
DAコンバータ(DA)に出力する。DAコンバータの
出力は、パワーアンプ(A)を経て、導波路形位相変調
器(PM)に入力される。第1の加算器は、ディジタル
セロダイン波のステップ1段の高さを決定するための符
号付きディジタル積分器である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. A closed loop using a digital serrodyne wave can be realized by a digital control circuit as shown in FIG. One frame of the digital control circuit is a time (τ) for a light wave to propagate one round in an optical fiber loop. The output (v1) of the lock-in amplifier (LIA) is converted into a digital value by an AD converter (AD), and the digital value (v2) is input to a first adder (ADD1). The first adder adds the output (v2) of the AD converter and the previous value of the first adder, and inputs the result (v3) to the second adder (ADD2). The second adder outputs the output of the first adder (v3)
And the previous value of the second adder are added, and the result (v4) is output to the DA converter (DA). The output of the DA converter is input to the waveguide type phase modulator (PM) via the power amplifier (A). The first adder is a signed digital integrator for determining the height of one step of the digital serrodyne wave.
【0024】ADコンバータからDAコンバータまでの
ビット数および入出力のビット対応関係は、制御の応答
性と1ビット当たりの分解能を考慮して決定される。一
般にADコンバータのビット数は、第1の加算器のビッ
ト数よりも小さく、この間の入出力は最下位ビット(L
SB)を揃えて行われる。一般に第1の加算器のビット
数は第2の加算器のビット数よりも大きく、この間のビ
ット対応関係は、第2の加算器の最上位ビット(MS
B)が、第1の加算器の最上位ビット(MSB)か、ま
たはそれより下位のビットとなるように対応させる。第
2の加算器とDAコンバータ間の入出力は最上位ビット
(MSB)を揃えて行われ、フルスケールは位相差2π
に対応する量である。第2の加算器のビット数をMとす
ると、2πは2M に対応しており、2M 以上の加算結果
に対してはオーバーフローとなる。第2の加算器におい
て、一定のステップ値で加算され増大していくセロダイ
ン波は、2π以上では超過分を起点とし、再度、増大を
始める性質を持つディジタルセロダイン波となり、これ
が位相変調器(PM)に入力される。The number of bits from the AD converter to the DA converter and the correspondence between input and output bits are determined in consideration of control responsiveness and resolution per bit. Generally, the number of bits of the AD converter is smaller than the number of bits of the first adder.
SB). Generally, the number of bits of the first adder is larger than the number of bits of the second adder, and the bit correspondence between them is determined by the most significant bit (MS) of the second adder.
B) corresponds to the most significant bit (MSB) of the first adder or a lower bit. Input and output between the second adder and the DA converter are performed with the most significant bit (MSB) aligned, and the full scale is the phase difference 2π
Is the quantity corresponding to Assuming that the number of bits of the second adder is M, 2π corresponds to 2 M , and overflows for an addition result of 2 M or more. In the second adder, the increasing serrodyne wave which is added at a fixed step value becomes a digital serrodyne wave having a property of starting increasing from 2π or more and starting to increase again, which is a phase modulator ( PM).
【0025】第1の加算器は、伝搬回数の1周異なる2
光波に位相差が生じた場合、それに対し相殺する位相差
を生成するための積分器であり、第1の加算器の出力
(v3)は増大または減少し、ちょうど相殺する位相差
で一定値となり、これがディジタルセロダイン波のステ
ップ値となる。伝搬回数の1周異なる2光波間に大きな
位相差が生じた場合は、これを相殺するために、第1の
加算器は大きなステップ値を生成しなければならない。
しかし第2の加算器のフルスケールが位相差2πに相当
するため、2π以上のステップ値を第2の加算器に入力
することはできない。第2の加算器のビット数がMであ
るため、2M 以上のステップ値に対しては2M −1以下
の値にリセットされる。第1の加算器の最上位ビットを
符号ビットとして扱うと、リセットされたステップ値
は、当初、ある共振点に対して追従させ、閉ループとす
るために生成したステップ値に対して、2πの整数倍異
なる、−π以上、π以下の値となる。ステップ値が0以
上、π以下のときデジタルセロダイン波は上昇形であ
る。ステップ値が−π以上、0以下のときデジタルセロ
ダイン波は下降形である。ステップ値がπであること
と、−πであることは同じであり、同一の波形すなわち
矩形波となる。ステップ値がπのときを境に、デジタル
セロダイン波の波形が上昇形から下降形、または下降形
から上昇形に変化する。The first adder has two different numbers of propagations for one round.
When an optical wave has a phase difference, it is an integrator for generating a phase difference that cancels the phase difference. The output (v3) of the first adder increases or decreases, and becomes a constant value at the phase difference that just cancels. , Which is the step value of the digital serrodyne wave. When a large phase difference occurs between two light waves having one round of propagation times different from each other, the first adder must generate a large step value to cancel the phase difference.
However, since the full scale of the second adder corresponds to a phase difference of 2π, a step value of 2π or more cannot be input to the second adder. Since the number of bits of the second adder is M, a step value of 2 M or more is reset to a value of 2 M -1 or less. When the most significant bit of the first adder is treated as a sign bit, the reset step value initially follows a certain resonance point and is an integer of 2π with respect to the step value generated to form a closed loop. A value that is twice as large, that is, −π or more and π or less. When the step value is greater than or equal to 0 and less than or equal to π, the digital serrodyne wave is of a rising type. When the step value is equal to or more than -π and equal to or less than 0, the digital serrodyne wave has a descending type. The fact that the step value is π is the same as that of −π, and the step value is the same waveform, that is, a rectangular wave. At the time when the step value is π, the waveform of the digital cellodyne wave changes from the rising form to the falling form, or from the falling form to the rising form.
【0026】これは、伝搬回数の1周異なる2光波の位
相差に対して波形の変化を規則的に繰り返す性質を持つ
ことを示している。この性質を利用すれば、ステップ値
がΔφのディジタルセロダイン波は伝搬回数の1周異な
る2光波にΔφあるいはΔφ−2 πの位相差を与えるこ
と、および、共振点は伝搬回数が1周異なる2光波の位
相差に対して2πおきに存在していることにより、共振
点が2π以上に大きく移動しても共振点の追従が継続さ
れることを以下に説明する。This indicates that the waveform has a property of regularly repeating a change in waveform with respect to a phase difference between two light waves having different numbers of propagations for one round. If this property is used, a digital serrodyne wave with a step value of Δφ gives a phase difference of Δφ or Δφ−2π to two light waves whose propagation number is different by one round, and a resonance point whose frequency is different by one round. The following describes that the resonance point follows the resonance point even if the resonance point largely moves to 2π or more because the resonance point exists every 2π with respect to the phase difference between the two light waves.
【0027】ステップ1段の高さがΔφのディジタルセ
ロダイン波は、伝搬回数の1周異なる2光波にΔφある
いはΔφ−2 πの位相差を与える。温度等の外乱あるい
は角速度入力により、伝搬回数の1周異なる光波に正の
方向の位相差ΔφX が生じた場合、これに対し零位法を
行い閉ループとするためにステップ1段の高さをΔφX
とする増大していく上昇形のディジタルセロダイン波を
用いて、同量の位相差を負帰還し共振点に追従させる。
伝搬回数の1周異なる光波に、負の方向の位相差−Δφ
X が生じた場合、これを相殺し閉ループとするためにス
テップ一段の高さを−ΔφX とし、減少していく下降形
のディジタルセロダイン波を用いて、同量の位相差を負
帰還し、共振点に追従させる。A digital serrodyne wave having a height of Δφ in one step gives a phase difference of Δφ or Δφ−2π to two light waves whose propagation times differ by one round. If a phase difference Δφ X in the positive direction occurs in the light wave whose number of times of propagation is different by one round due to disturbance such as temperature or input of angular velocity, the height of one step is set to perform the zero-point method and make a closed loop. Δφ X
Using a rising digital serrodyne wave, the same amount of phase difference is negatively fed back to follow the resonance point.
The phase difference in the negative direction -Δφ
If X occurs, and -Derutafai X the height of one step step in order to offset to a closed loop this, using a digital serrodyne wave decreases top-down, and negative feedback phase difference of the same amount Follow the resonance point.
【0028】伝搬回数の1周異なる2光波に大きな位相
差が加わっていくと、ディジタルセロダイン波のステッ
プ数は小さくなり、少ないステップ数で振幅2πを超え
たとき、ディジタル的にリセットされる。伝搬回数の1
周異なる2光波にさらに大きなπ以上の位相差が加わっ
た場合、これまで上昇形であったディジタルセロダイン
波は下降形に変化する。これはステップ1段の高さがΔ
φX −2πとなることを意味している。上昇形の波形と
下降形の波形の境は振幅がπである矩形波形となる。ス
テップ1段の高さがπであることと、−πであることは
同じであり、同一の波形である。さらに伝搬回数の1周
異なる光波の位相差が増大していけば、下降形の波形
が、上昇形の波形になり、ステップ1段の高さがπを超
えたときに、再度下降形となる。When a large phase difference is added to two light waves having one round of propagation times different from each other, the number of steps of the digital serrodyne wave becomes small, and when the amplitude exceeds 2π with a small number of steps, it is digitally reset. Number of propagation times 1
When a larger phase difference of π or more is applied to two light waves having different circumferences, the digital serrodyne wave, which has been rising, changes to a falling one. This means that the height of one step is Δ
φ X −2π. The boundary between the rising waveform and the falling waveform is a rectangular waveform having an amplitude of π. The fact that the height of one step is π is the same as that of −π, and they have the same waveform. Further, if the phase difference between the light waves whose number of times of propagation is different by one turn increases, the descending waveform becomes an ascending waveform, and when the height of one step exceeds π, it becomes a descending waveform again. .
【0029】このように伝搬回数の1周異なる光波の位
相差に対し零位法を行い、閉ループとするステップ1段
の高さは、図1に示すようになる。これはアナログセロ
ダイン波が継続的に周波数を上げていく、すなわち変調
される光波の位相回転を継続的に増大させるのに対し
て、ディジタルセロダイン波による光波の位相回転は−
2π以上、2π以下に制限され、その値はアナログセロ
ダイン波によるものに対して2πの整数倍だけ異なって
いる。これはアナログセロダイン波が、当初追従してい
た共振点を、永続的に追従の対象とするのに対して、デ
ィジタルセロダイン波は最も近い共振点に追従すること
を示している。As described above, the height of the first step as a closed loop by performing the null method on the phase difference between the light waves having different numbers of propagations for one round is shown in FIG. This is because the analog serrodyne wave continuously increases the frequency, that is, continuously increases the phase rotation of the modulated light wave, whereas the phase rotation of the light wave due to the digital serrodyne wave is −
It is limited to 2π or more and 2π or less, and its value is different from that of the analog cellodyne wave by an integral multiple of 2π. This indicates that the resonance point that the analog serrodyne wave originally tracks is permanently targeted for tracking, while the digital serrodyne wave tracks the closest resonance point.
【0030】つぎに、ステップ1段の高さがΔφの上昇
形のディジタルセロダイン波を用いた場合、伝搬回数の
1周異なる光波に与える位相差は、ΔφとΔφ−2πの
いずれかである。ステップ1段の高さが、−Δφの下降
形のディジタルセロダイン波の場合、伝搬回数の1周異
なる光波に与える位相差は、−Δφと−Δφ+2πのい
ずれかである。2値の時間配分は、上昇形ではΔφの位
相差を与える時間が、((ステップ数)−1)×(光フ
ァイバループ伝搬時間(τ))であり、Δφ−2πの位
相差を与える時間が、光ファイバループ伝搬時間(τ)
である。そして下降形で−Δφの位相差を与える時間
が、((ステップ数)−1)×(光ファイバループ伝搬
時間(τ))であり、−Δφ+2πの位相差を与える時
間が、光ファイバループ伝搬時間(τ)である。以上の
関係をまとめると、ディジタルセロダイン波によって発
生する位相差と、それらの位相差の発生頻度は、伝搬回
数の1周異なる光波の位相差に対して図2に示す関係を
満たすこととなる。Next, when an ascending digital serrodyne wave having a height of Δφ at one step is used, the phase difference given to light waves having different numbers of rounds of propagation one cycle is either Δφ or Δφ-2π. . In the case where the height of one step is a digital Serrodyne wave having a descending shape of -Δφ, the phase difference given to the light wave whose number of times of propagation is different by one round is either -Δφ or -Δφ + 2π. In the binary time distribution, in the ascending type, the time for giving a phase difference of Δφ is ((number of steps) −1) × (optical fiber loop propagation time (τ)), and the time for giving a phase difference of Δφ−2π. Is the optical fiber loop propagation time (τ)
It is. The time for giving a phase difference of −Δφ in the descending form is ((number of steps) −1) × (optical fiber loop propagation time (τ)), and the time for giving a phase difference of −Δφ + 2π is the optical fiber loop propagation time. Time (τ). To summarize the above relationship, the phase difference generated by the digital serrodyne wave and the frequency of occurrence of those phase differences satisfy the relationship shown in FIG. .
【0031】図2は、伝搬回数の1周異なる2光波に位
相差は生じた場合、それに対し零位法を行い、閉ループ
とするためのディジタルセロダイン波により発生する位
相差を説明するための図である。ディジタルセロダイン
波により発生する位相差はどの共振点に追従しているか
を示している。図2のAの領域は、2Nπの共振点と2
(N+1)πの共振点のいずれかに追従する領域であ
り、Bの領域は、2(N+1)πの共振点と2(N+
2)πの共振点のいずれかに追従する領域である。Cの
領域は、2Nπの共振点と2(N−1)πの共振点のい
ずれかに追従する領域であり、Dの領域は、2(N−
1)πの共振点と2(N−2)πの共振点のいずれかに
追従する領域である。追従する共振点がどれであるかは
位相差の発生頻度に応じて順次移行する。FIG. 2 is a diagram for explaining a phase difference generated by a digital cellodyne wave for performing a zero-order method when a phase difference occurs between two light waves having one round of different number of propagation times. FIG. The phase difference generated by the digital serrodyne wave indicates which resonance point it follows. The region A in FIG. 2 corresponds to the resonance point of 2Nπ and 2Nπ.
The region following any one of the resonance points of (N + 1) π, and the region of B is the resonance point of 2 (N + 1) π and 2 (N +
2) An area that follows any of the resonance points of π. The region C is a region that follows either the resonance point of 2Nπ or the resonance point of 2 (N−1) π, and the region D is 2 (N−
1) A region that follows either the resonance point of π or the resonance point of 2 (N−2) π. Which resonance point follows is sequentially shifted according to the frequency of occurrence of the phase difference.
【0032】図3は、伝搬回数の1周異なる2光波に位
相差が生じた場合、ディジタルセロダイン波により追従
している共振点の比率を表す図である。追従している共
振点とそれらの時間的比率を図示すると図3のようにな
る。この関係は、ディジタルセロダイン波の振幅2πの
リセットにより常に2つの共振点に追従しており、伝搬
回数の1周異なる2光波に大きな位相差が生じても、図
13に示したようなディジタル制御回路を用いて、制御
の連続性を保ったまま、追従対象の共振点を移行し、追
従を継続できることを示している。追従を継続するため
には、図13の第1の加算器(ADD1)と第2の加算
器(ADD2)間のビット対応関係は、最上位ビット
(MSB)を揃え、第1の加算器はそれより上位のビッ
トを設ける必要はないが、さらに上位のビットを設けれ
ば、当初追従していた共振点の移動量を広い範囲にわた
って計測することができる。FIG. 3 is a diagram showing the ratio of resonance points that are tracked by digital serrodyne waves when a phase difference occurs between two light waves that differ in the number of propagations by one round. FIG. 3 illustrates the following resonance points and their time ratios. This relationship always follows the two resonance points by resetting the amplitude of the digital serrodyne wave to 2π. Even if a large phase difference occurs between two light waves having different numbers of rounds of propagation, a digital phase difference as shown in FIG. This shows that the resonance point to be tracked can be shifted and the tracking can be continued using the control circuit while maintaining the continuity of the control. In order to continue the following, the bit correspondence between the first adder (ADD1) and the second adder (ADD2) in FIG. 13 is such that the most significant bit (MSB) is aligned, and the first adder It is not necessary to provide a higher-order bit, but if a higher-order bit is provided, it is possible to measure the movement amount of the resonance point that was initially followed over a wide range.
【0033】この方法を用いてリング共振器の共振点に
追従させれば、温度により共振器長が大きく変化したと
しても、光波の周波数が変動する共振器長に合うよう
に、レーザの周波数、あるいは光ファイバリング共振器
に取り付けた圧電素子(PZT)に帰還させる必要はな
く、ディジタルセロダイン波のみで共振点に追従するこ
とが可能となる。また、この方法を用いてディジタルセ
ロダイン波のみで左右2光波それぞれの共振点に追従さ
せれば、光ファイバリング共振器に角速度の入力がない
場合、温度による共振点の移動に対してのみ追従する。
これは左右2光波に等しい位相回転を与える相反的効果
である。したがって、左回りの光が追従する2つの共振
点と、右回りの光が追従する2つの共振点は常に同じ共
振点である。このとき左回りの光を追従させるために生
成されたディジタルセロダイン波のステップ値と、右回
りの光を追従するために生成されたディジタルセロダイ
ン波のステップ値は同一である。By using this method to follow the resonance point of the ring resonator, even if the resonator length greatly changes due to temperature, the laser frequency and the laser frequency are adjusted so that the frequency of the light wave matches the fluctuating resonator length. Alternatively, it is not necessary to feed back to the piezoelectric element (PZT) attached to the optical fiber ring resonator, and it is possible to follow the resonance point only with the digital serrodyne wave. In addition, if this method is used to follow the resonance point of each of the left and right light waves with only the digital serrodyne wave, if there is no input of angular velocity to the optical fiber ring resonator, it will only follow the movement of the resonance point due to temperature. I do.
This is a reciprocal effect of giving a phase rotation equal to two right and left light waves. Therefore, the two resonance points that the left-handed light follows and the two resonance points that the right-handed light follows are always the same resonance point. At this time, the step value of the digital serrodyne wave generated for following the counterclockwise light is the same as the step value of the digital serrodyne wave generated for following the clockwise light.
【0034】光ファイバリング共振器に角速度の入力が
ある場合は、共振点の移動量は、サニャック効果による
非相反的な成分と温度による成分の両方が加わった量と
なるが、温度による成分は相反的な効果であるため、こ
のとき左回りの光を追従するために生成されたディジタ
ルセロダイン波のステップ値と、右回りの光を追従する
ために生成されたディジタルセロダイン波のステップ値
の差は、サニャック効果による非相反的な成分であり、
これをジャイロ出力とすることができる。When an angular velocity is input to the optical fiber ring resonator, the amount of shift of the resonance point is an amount obtained by adding both a non-reciprocal component due to the Sagnac effect and a component due to temperature. Since this is a reciprocal effect, the step value of the digital serrodyne wave generated to follow the counterclockwise light and the step value of the digital serrodyne wave generated to track the clockwise light Is a non-reciprocal component due to the Sagnac effect,
This can be used as a gyro output.
【0035】[0035]
【実施例】図4は、本発明による共振点追従システムの
実施例を示す概略ブロック図である。請求項1および2
に対応するものである。レーザ光源1を出射した所定周
波数のレーザ光は、レンズ(L)2を通り、光ファイバ
に導かれ、第1の位相変調手段である導波路形変調器
(PM)3、第2の位相変調手段である圧電素子形位相
変調器(PZT)4を介して光カップラ(C)6に入射
する。FIG. 4 is a schematic block diagram showing an embodiment of a resonance point tracking system according to the present invention. Claims 1 and 2
It corresponds to. The laser light of a predetermined frequency emitted from the laser light source 1 passes through the lens (L) 2 and is guided to the optical fiber, where the waveguide type modulator (PM) 3 as the first phase modulation means and the second phase modulation The light enters the optical coupler (C) 6 via a piezoelectric element type phase modulator (PZT) 4 which is a means.
【0036】光カップラ(C)6により入射した光は、
光ファイバリング共振器7のループ内を伝播する。リン
グ共振器の出射光は受光器(D)8で観測される。共振
点を検出するために入射光には、光ファイバリング共振
器7に入射する前に、圧電素子形位相変調器(PZT)
4により、発振器19からの周波数fm の正弦波による
位相変調が加えられる。共振点を検出するためには、正
弦波による変調ではなく、導波路形変調器3のみを使用
して、周波数の異なる2つのセロダイン波を交替周波数
で切り替える変調とする手段を用いてもよい。また、圧
電素子形位相変調器(PZT)4は導波路形位相変調器
(PM)3の入力側に接続することもできる。The light incident by the optical coupler (C) 6 is
The light propagates through the loop of the optical fiber ring resonator 7. The light emitted from the ring resonator is observed by the light receiver (D) 8. In order to detect the resonance point, the incident light is applied to a piezoelectric element type phase modulator (PZT) before entering the optical fiber ring resonator 7.
By 4, phase modulation by a sine wave of a frequency f m from the oscillator 19 is applied. In order to detect the resonance point, instead of the modulation using the sine wave, a means may be used in which only the waveguide type modulator 3 is used and the two cellodine waves having different frequencies are switched at the alternate frequency. Further, the piezoelectric element type phase modulator (PZT) 4 can be connected to the input side of the waveguide type phase modulator (PM) 3.
【0037】光波はロックインアンプ(LIA)9で同
期検波され共振点からのずれが検出される。ロックイン
アンプ(LIA)9出力は、図13と同等の機能をもつ
制御回路(CC)18に入力される。制御回路(CC)
18内のステップ値発生器11の出力(ST)は、それ
をステップ値としてディジタルセロダイン波発生器12
に入力され、ディジタルセロダイン波が生成される。こ
のディジタルセロダイン波は、DAコンバータ(DA)
15、パワーアンプ(A)16を経て導波路形位相変調
器(PM)3に入力され、光波が共振点に追従するよう
に制御される。The light wave is synchronously detected by a lock-in amplifier (LIA) 9 and a deviation from a resonance point is detected. The output of the lock-in amplifier (LIA) 9 is input to a control circuit (CC) 18 having a function equivalent to that of FIG. Control circuit (CC)
The output (ST) of the step value generator 11 in the digital signal generator 18 is converted into a digital serrodyne wave generator 12 as a step value.
And a digital cellodyne wave is generated. This digital serrodyne wave is converted to a DA converter (DA)
15. The power is input to the waveguide-type phase modulator (PM) 3 via the power amplifier (A) 16, and is controlled so that the light wave follows the resonance point.
【0038】導波路形位相変調器(PM)3に入力され
るディジタルセロダイン波(S)は、その振幅を光波に
2πの位相回転を与える電圧値に保たなければならな
い。そのため、ステップ値発生器11の出力はステップ
値/周波数変換手段17に入力され、ディジタルセロダ
イン波(S)に等しい周波数を発生させ、ロックインア
ンプ(LIA' )13に入力される。ロックインアンプ
(LIA' )13は、光に含まれるディジタルセロダイ
ン波(S)の振幅誤差信号を同期検出することとなる。
ロックインアンプ(LIA' )13で同期検波された振
幅誤差信号は積分器14で積分されDAコンバータ(D
A)15の基準電圧に帰還される。この結果、ディジタ
ルセロダイン波(S)の振幅は2πとなるように制御さ
れる。The amplitude of the digital serrodyne wave (S) input to the waveguide type phase modulator (PM) 3 must be kept at a voltage value that gives a light wave a phase rotation of 2π. Therefore, the output of the step value generator 11 is input to the step value / frequency conversion means 17, generates a frequency equal to the digital serrodyne wave (S), and is input to the lock-in amplifier (LIA ′) 13. The lock-in amplifier (LIA ') 13 synchronously detects the amplitude error signal of the digital cellodyne wave (S) contained in the light.
The amplitude error signal synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA ') 13 is integrated by the integrator 14 and is integrated by the DA converter (D
A) It is fed back to 15 reference voltages. As a result, the amplitude of the digital serrodyne wave (S) is controlled to be 2π.
【0039】図5は、本発明による共振点追従システム
を適用した光ファイバジャイロの実施例を示す概略ブロ
ック図である。請求項3および5に対応するものであ
る。レーザ光源21を出射した所定周波数のレーザ光
は、ビームスプリッタ(BS)22で2分岐される。2
分岐されたレーザ光はそれぞれレンズ(L2)23、
(L1)28を通り、光ファイバに導かれ、第1の位相
変調手段である導波路形変調器(PM2)24、第3の
位相変調手段である導波路形変調器(PM1)29、第
2の位相変調手段である圧電素子形位相変調器(PZT
2)25、第4の位相変調手段である(PZT1)30
を経て、光カップラ(C1)32に入射する。ビームス
プリッタ22から2つの導波路形変調器24,29まで
は、好ましくは多機能光集積チップを用いるのが良い。FIG. 5 is a schematic block diagram showing an embodiment of an optical fiber gyro to which the resonance point tracking system according to the present invention is applied. This corresponds to claims 3 and 5. The laser light of a predetermined frequency emitted from the laser light source 21 is split into two beams by a beam splitter (BS) 22. 2
The branched laser beams are respectively transmitted to a lens (L2) 23,
(L1) 28, it is guided to the optical fiber, and the waveguide type modulator (PM2) 24 which is the first phase modulation means, the waveguide type modulator (PM1) 29 which is the third phase modulation means, (2) a piezoelectric element type phase modulator (PZT
2) 25, the fourth phase modulation means (PZT1) 30
, And enters the optical coupler (C1) 32. From the beam splitter 22 to the two waveguide modulators 24 and 29, it is preferable to use a multifunctional optical integrated chip.
【0040】光カップラ(C1)32により入射した光
は、右回りと左回りで光ファイバリング共振器33のル
ープ内を伝播する。右回り光については受光器(D1)
34で、左回り光については受光器(D2)35でそれ
ぞれ観測される。共振点を検出するために左右2光波に
は、光ファイバリング共振器33に入射する前に、それ
ぞれ圧電素子形位相変調器(PZT2)25、(PZT
1)30により、発振器からの周波数fn とfm の正弦
波による位相変調が加えられる。共振点を検出するため
には、左右2光波に正弦波による変調ではなく、導波路
形変調器24、29のみを使用して、それぞれ周波数の
異なる2つのセロダイン波を交替周波数で切り替える変
調とする手段を用いてもよい。周波数fn とfm は、同
一の周波数でも良いが、好ましくは異なる周波数が用い
られる。また、圧電素子形位相変調器(PZT2)25
および(PZT1)30は導波路形位相変調器(PM
2)24および(PM1)29の入力側にそれぞれ接続
することもできる。The light incident from the optical coupler (C1) 32 propagates clockwise and counterclockwise in the loop of the optical fiber ring resonator 33. Receiver for clockwise light (D1)
At 34, the counterclockwise light is observed at the photodetector (D2) 35, respectively. In order to detect the resonance point, the two right and left light waves are applied to the piezoelectric element type phase modulators (PZT2) 25 and (PZT2) before entering the optical fiber ring resonator 33, respectively.
By 1) 30, phase modulation by a sine wave of frequency f n and f m from the oscillator is applied. In order to detect the resonance point, instead of modulating the two right and left light waves with sine waves, only the waveguide type modulators 24 and 29 are used, and two cellodine waves having different frequencies are switched at alternate frequencies. Means may be used. Frequency f n and f m may be the same frequency, but preferably used are different frequencies. Further, the piezoelectric element type phase modulator (PZT2) 25
And (PZT1) 30 are waveguide phase modulators (PM
2) It can be connected to the input side of 24 and (PM1) 29 respectively.
【0041】右回りの光波についてはロックインアンプ
(LIA1)45で同期検波され共振点からのずれが、
左回りの光波についてはロックインアンプ(LIA2)
36で同期検波され共振点からのずれがそれぞれ検出さ
れる。ロックインアンプ(LIA1)45とロックイン
アンプ(LIA2)36の出力は、それぞれ図13と同
等の機能をもつ制御回路(CC1)55、(CC2)5
4に入力される。制御回路(CC1)55内のステップ
値発生器(1)47の出力(ST1)は、それをステッ
プ値としてディジタルセロダイン波発生器(1)48に
入力され、ディジタルセロダイン波が生成される。この
ディジタルセロダイン波(S1)は、DAコンバータ
(DA)51、パワーアンプ(A1)52を経て導波路
形位相変調器(PM1)29に入力され、右回りの光波
が共振点に追従するように制御される。The clockwise lightwave is synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA1) 45, and the deviation from the resonance point is
Lock-in amplifier (LIA2) for counterclockwise light waves
Synchronous detection is performed at 36, and a deviation from the resonance point is detected. The outputs of the lock-in amplifier (LIA1) 45 and the lock-in amplifier (LIA2) 36 are output to control circuits (CC1) 55 and (CC2) 5 having the same functions as those in FIG.
4 is input. The output (ST1) of the step value generator (1) 47 in the control circuit (CC1) 55 is input as a step value to the digital serrodyne wave generator (1) 48 to generate a digital serrodyne wave. . The digital serrodyne wave (S1) is input to the waveguide type phase modulator (PM1) 29 via the DA converter (DA) 51 and the power amplifier (A1) 52, so that the clockwise light wave follows the resonance point. Is controlled.
【0042】一方、制御回路(CC2)54内のステッ
プ値発生器38の出力(ST2)は、それをステップ値
として、ディジタルセロダイン波発生器(2)39に入
力され、ディジタルセロダイン波が生成される。このデ
ィジタルセロダイン波(S2)はDAコンバータ(D
A)42、パワーアンプ(A2)43を経て、導波路形
位相変調器(PM2)24に入力され、左回りの光波が
共振点に追従するように制御される。ステップ値発生器
(1)47の出力(ST1)とステップ値発生器(2)
38の出力(ST2)の差は回転により生じた位相差に
零位法を行って閉ループとするのに必要な成分であり、
ジャイロ出力となる。On the other hand, the output (ST2) of the step value generator 38 in the control circuit (CC2) 54 is input to a digital serrodyne wave generator (2) 39 using the output (ST2) as a step value. Generated. This digital serrodyne wave (S2) is converted to a DA converter (D
A) 42 and a power amplifier (A2) 43 are input to the waveguide type phase modulator (PM2) 24, and are controlled so that the counterclockwise light wave follows the resonance point. Output (ST1) of step value generator (1) 47 and step value generator (2)
The difference between the outputs (ST2) of 38 is a component necessary for performing a null method on the phase difference generated by the rotation to form a closed loop,
Gyro output.
【0043】導波路形位相変調器(PM1)29に入力
されるディジタルセロダイン波(S1)は、その振幅を
光波に2πの位相回転を与える電圧値に保たなければな
らない。そのため、ステップ値発生器(1)47の出力
(ST1)はステップ値/周波数変換手段(1)53に
入力され、ディジタルセロダイン波(S1)に等しい周
波数を発生させ、ロックインアンプ(LIA1' )49
に入力される。ロックインアンプ(LIA1' )49
は、右回り光に含まれるディジタルセロダイン波(S
1)の振幅誤差信号を同期検出することとなる。ロック
インアンプ(LIA1' )49で同期検波された振幅誤
差信号は積分器(1)50で積分されDAコンバータ
(DA)51の基準電圧に帰還される。この結果、ディ
ジタルセロダイン波(S1)の振幅は2πとなるように
制御される。The amplitude of the digital serrodyne wave (S1) input to the waveguide type phase modulator (PM1) 29 must be maintained at a voltage value that gives a light wave a phase rotation of 2π. Therefore, the output (ST1) of the step value generator (1) 47 is input to the step value / frequency conversion means (1) 53 to generate a frequency equal to the digital serrodyne wave (S1), and to generate the lock-in amplifier (LIA1 '). ) 49
Is input to Lock-in amplifier (LIA1 ') 49
Is the digital cellodyne wave (S
The amplitude error signal of 1) is synchronously detected. The amplitude error signal synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA1 ') 49 is integrated by the integrator (1) 50 and fed back to the reference voltage of the DA converter (DA) 51. As a result, the amplitude of the digital serrodyne wave (S1) is controlled to be 2π.
【0044】一方、導波路形位相変調器(PM2)24
に入力されるディジタルセロダイン波(S2)も、その
振幅を光波に2πの位相回転を与える電圧値に保たなけ
ればならない。そのため、ステップ値発生器(2)38
の出力(ST2)はステップ値/周波数変換手段(2)
44に入力され、ディジタルセロダイン波(S2)に等
しい周波数を発生させ、ロックインアンプ(LIA2'
)40に入力する。ロックインアンプ(LIA2' )
40は、左回り光に含まれるディジタルセロダイン波
(S2)の振幅誤差信号を同期検出することとなる。ロ
ックインアンプ(LIA2' )40で同期検出された振
幅誤差信号は積分器(2)41で積分されDAコンバー
タ(DA)42の基準電圧に帰還される。この結果、
(S1)と同様、ディジタルセロダイン波(S2)の振
幅が2πとなるように制御される。On the other hand, the waveguide type phase modulator (PM2) 24
Of the digital serrodyne wave (S2) input to the optical wave must be kept at a voltage value that gives the light wave a phase rotation of 2π. Therefore, the step value generator (2) 38
Output (ST2) is a step value / frequency conversion means (2)
44, a frequency equal to the digital serrodyne wave (S2) is generated, and a lock-in amplifier (LIA2 ′) is generated.
) Input to 40. Lock-in amplifier (LIA2 ')
Reference numeral 40 synchronously detects the amplitude error signal of the digital cellodyne wave (S2) included in the counterclockwise light. The amplitude error signal synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA2 ') 40 is integrated by the integrator (2) 41 and fed back to the reference voltage of the DA converter (DA) 42. As a result,
Similarly to (S1), control is performed so that the amplitude of the digital serrodyne wave (S2) becomes 2π.
【0045】図6は、本発明による共振点追従システム
に適用した光ファイバジャイロの他の実施例を示す概略
ブロック図であり、2つの制御回路で相反的効果による
成分と非相反的効果による成分を分担するように構成し
たものである。請求項4および5に対応するものであ
る。レーザ光源61を出射した所定周波数のレーザ光
は、ビームスプリッタ(BS)62で2分岐される。2
分岐されたレーザ光はそれぞれレンズ(L2)63、
(L1)68を通り、光ファイバに導かれ、第1の位相
変調手段である導波路形変調器(PM2)64、第3の
位相変調手段である導波路形変調器(PM1)69、第
2の位相変調手段てある圧電素子形位相変調器(PZT
2)65、第4の位相変調手段である圧電素子形位相変
調器(PZT1)70を経て、光カップラ(C1)72
に入射する。ビームスプリッタ62から2つの導波路形
変調器64、69までは、好ましくは多機能光集積チッ
プを用いるのが良い。FIG. 6 is a schematic block diagram showing another embodiment of the optical fiber gyro applied to the resonance point tracking system according to the present invention, wherein the components due to the reciprocal effect and the components due to the non-reciprocal effect in the two control circuits. Is configured to be shared. This corresponds to claims 4 and 5. Laser light of a predetermined frequency emitted from the laser light source 61 is split into two beams by a beam splitter (BS) 62. 2
The branched laser beams are respectively a lens (L2) 63,
After passing through (L1) 68 and being guided to the optical fiber, the waveguide type modulator (PM2) 64 as the first phase modulation means, the waveguide type modulator (PM1) 69 as the third phase modulation means, (2) a piezoelectric element type phase modulator (PZT
2) 65, an optical coupler (C1) 72 through a piezoelectric element type phase modulator (PZT1) 70 as a fourth phase modulating means.
Incident on. From the beam splitter 62 to the two waveguide modulators 64 and 69, a multifunctional optical integrated chip is preferably used.
【0046】光カップラ(C1)72により入射した光
は、右回りと左回りで光ファイバリング共振器73のル
ープ内を伝播する。右回り光については受光器(D1)
76で、左回り光については受光器(D2)77でそれ
ぞれ観測される。共振点を検出するために左右2光波に
は、光ファイバリング共振器73に入射する前に、それ
ぞれ圧電素子形位相変調器(PZT2)65、(PZT
1)70により、発振器からの周波数fn とfm の正弦
波による位相変調が加えられる。共振点を検出するため
には、左右2光波に正弦波による変調ではなく、導波路
形変調器64、69のみを使用して、それぞれ周波数の
異なる2つのセロダイン波を交替周波数で切り替える変
調とする手段を用いてもよい。周波数fn とfm は、同
一の周波数でも良いが、好ましくは異なる周波数が用い
られる。また、圧電素子形位相変調器(PZT2)65
および(PZT1)70は導波路形位相変調器(PM
2)64および(PM1)69の入力側にそれぞれ接続
することもできる。The light incident from the optical coupler (C1) 72 propagates clockwise and counterclockwise in the loop of the optical fiber ring resonator 73. Receiver for clockwise light (D1)
At 76, the counterclockwise light is observed by the light receiver (D 2) 77. In order to detect the resonance point, the two right and left light waves are applied to the piezoelectric element type phase modulators (PZT2) 65 and (PZT2) before entering the optical fiber ring resonator 73, respectively.
By 1) 70, phase modulation by a sine wave of frequency f n and f m from the oscillator is applied. In order to detect the resonance point, modulation is performed by using only the waveguide type modulators 64 and 69 and switching between two serrodyne waves having different frequencies at alternate frequencies, instead of modulating the two right and left light waves with sine waves. Means may be used. Frequency f n and f m may be the same frequency, but preferably used are different frequencies. Further, the piezoelectric element type phase modulator (PZT2) 65
And (PZT1) 70 are waveguide-type phase modulators (PM
2) It can be connected to the input side of 64 and (PM1) 69 respectively.
【0047】右回りの光波についてはロックインアンプ
(LIA1)87で同期検波された共振点からのずれ
が、左回りの光波についてはロックインアンプ(LIA
2)78で同期検波された共振点からのずれがそれぞれ
検出される。ロックインアンプ(LIA1)87とロッ
クインアンプ(LIA2)78の出力は、それぞれ図1
3と同等の機能をもつ制御回路(CC1)98、(CC
2)97に入力される。制御回路(CC2)97内のス
テップ値発生器(2)80の出力(ST2)と、制御回
路(CC1)98内のステップ値発生器(1)89の出
力(ST1)は、加算器90で加算される。そして、そ
の結果(ST3)をステップ値としてディジタルセロダ
イン波発生器(1)91に入力され、ディジタルセロダ
イン波が生成される。このディジタルセロダイン波(S
1)は、DAコンバータ(DA)94、パワーアンプ
(A1)95を経て導波路形位相変調器(PM1)69
に入力され、右回りの光波が共振点に追従するように制
御される。The clockwise light wave is shifted from the resonance point synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA1) 87, while the clockwise light wave is shifted from the lock-in amplifier (LIA1).
2) The deviation from the resonance point synchronously detected in 78 is detected. The outputs of the lock-in amplifier (LIA1) 87 and the lock-in amplifier (LIA2) 78 are respectively shown in FIG.
Control circuit (CC1) 98, (CC
2) Entered in 97. The output (ST2) of the step value generator (2) 80 in the control circuit (CC2) 97 and the output (ST1) of the step value generator (1) 89 in the control circuit (CC1) 98 are output by the adder 90. Is added. The result (ST3) is input as a step value to the digital serrodyne wave generator (1) 91, and a digital serrodyne wave is generated. This digital serrodyne wave (S
1) is a waveguide type phase modulator (PM1) 69 via a DA converter (DA) 94 and a power amplifier (A1) 95.
And is controlled so that the clockwise light wave follows the resonance point.
【0048】一方、制御回路(CC2)97内のステッ
プ値発生器80の出力ST2は、それをステップ値とし
て、ディジタルセロダイン波発生器(2)81に入力さ
れ、ディジタルセロダイン波が生成される。このディジ
タルセロダイン波(S2)はDAコンバータ(DA)8
4、パワーアンプ(A2)85を経て、導波路形位相変
調器(PM2)64に入力され、左回りの光波が共振点
に追従するように制御される。On the other hand, the output ST2 of the step value generator 80 in the control circuit (CC2) 97 is input to the digital serrodyne wave generator (2) 81 using the output ST2 as a step value, and a digital serrodyne wave is generated. You. This digital serrodyne wave (S2) is converted to a DA converter (DA) 8
4. The signal is input to the waveguide type phase modulator (PM2) 64 via the power amplifier (A2) 85, and is controlled so that the counterclockwise light wave follows the resonance point.
【0049】制御回路(CC2)97は左右2光波に共
通するステップ値を生成する。したがって、これは温度
による相反的な共振点の移動に追従するのに必要な成分
である。制御回路(CC1)98は、非相反的な効果と
相反的な効果の両方による共振点の移動に追従するのに
必要なステップ値を生成する。これらの差であるステッ
プ値発生器(1)89の出力(ST1)は回転により生
じた位相差に零位法を行って閉ループとするのに必要な
成分であり、ジャイロ出力となる。光ファイバループに
取り付けた圧電素子形変調器(PZT3)74は、発振
器75により低周波で駆動され、ディジタルセロダイン
波が特定の波形に偏らないようにならすためのものであ
る。The control circuit (CC2) 97 generates a step value common to the left and right light waves. Therefore, this is a component necessary to follow the reciprocal movement of the resonance point due to the temperature. The control circuit (CC1) 98 generates a step value necessary to follow the movement of the resonance point due to both non-reciprocal effects and reciprocal effects. The output (ST1) of the step value generator (1) 89, which is the difference between them, is a component necessary for performing the zero method on the phase difference generated by rotation to form a closed loop, and becomes a gyro output. A piezoelectric element type modulator (PZT3) 74 attached to the optical fiber loop is driven at a low frequency by an oscillator 75, and is used to prevent the digital serrodyne wave from being biased to a specific waveform.
【0050】導波路形位相変調器(PM1)69に入力
されるディジタルセロダイン波(S1)は、その振幅を
光波に2πの位相回転を与える電圧値に保たなければな
らない。そのため、加算器90の出力(ST3)はステ
ップ値/周波数変換手段(1)96に入力され、ディジ
タルセロダイン波(S1)に等しい周波数を発生させ、
ロックインアンプ(LIA1' )92に入力される。ロ
ックインアンプ(LIA1' )92は、右回り光に含ま
れるディジタルセロダイン波(S1)の振幅誤差信号を
同期検出することとなる。ロックインアンプ(LIA
1' )92で同期検波された振幅誤差信号は積分器
(1)93で積分されDAコンバータ(DA)94の基
準電圧に帰還される。この結果、ディジタルセロダイン
波(S1)の振幅は2πとなるように制御される。The digital serrodyne wave (S1) inputted to the waveguide type phase modulator (PM1) 69 must keep its amplitude at a voltage value that gives a light wave a phase rotation of 2π. Therefore, the output (ST3) of the adder 90 is input to the step value / frequency conversion means (1) 96 to generate a frequency equal to the digital serrodyne wave (S1).
The signal is input to the lock-in amplifier (LIA1 ') 92. The lock-in amplifier (LIA1 ') 92 synchronously detects the amplitude error signal of the digital cellodyne wave (S1) included in the clockwise light. Lock-in amplifier (LIA
1 ') The amplitude error signal synchronously detected at 92 is integrated by the integrator (1) 93 and fed back to the reference voltage of the DA converter (DA) 94. As a result, the amplitude of the digital serrodyne wave (S1) is controlled to be 2π.
【0051】一方、導波路形位相変調器(PM2)64
に入力されるディジタルセロダイン波(S2)も、その
振幅を光波に2πの位相回転を与える電圧値に保たなけ
ればならない。そのため、ステップ値発生器(2)80
の出力(ST2)はステップ値/周波数変換手段(2)
86に入力され、ディジタルセロダイン波(S2)に等
しい周波数を発生させ、ロックインアンプ(LIA2'
)82に入力する。ロックインアンプ(LIA2' )
82は、左回り光に含まれるディジタルセロダイン波
(S2)の振幅誤差信号を同期検出することとなる。ロ
ックインアンプ(LIA2' )82で同期検出された振
幅誤差信号は積分器(2)83で積分されDAコンバー
タ(DA)84の基準電圧に帰還される。この結果、
(S1)と同様、ディジタルセロダイン波(S2)の振
幅が2πとなるように制御される。On the other hand, a waveguide type phase modulator (PM2) 64
Of the digital serrodyne wave (S2) input to the optical wave must be kept at a voltage value that gives the light wave a phase rotation of 2π. Therefore, the step value generator (2) 80
Output (ST2) is a step value / frequency conversion means (2)
86, a frequency equal to the digital serrodyne wave (S2) is generated, and a lock-in amplifier (LIA2 ') is generated.
) 82. Lock-in amplifier (LIA2 ')
Reference numeral 82 synchronously detects the amplitude error signal of the digital cellodyne wave (S2) included in the counterclockwise light. The amplitude error signal synchronously detected by the lock-in amplifier (LIA2 ') 82 is integrated by the integrator (2) 83 and fed back to the reference voltage of the DA converter (DA) 84. As a result,
Similarly to (S1), control is performed so that the amplitude of the digital serrodyne wave (S2) becomes 2π.
【0052】図7は、本発明による共振点追従システム
の他の実施例を示す概略ブロック図である。請求項1に
対応するものである。図4の実施例と異なるところは、
共振点を検出するために圧電素子形位相変調器(PZ
T)を導波路形変調器103の出力側に挿入するもので
はなく、代わりにレーザ光源101のレーザ光を発振器
118からの周波数fm の変調信号により周波数変調す
るようにしたものである。102から117までの各部
分は、図4の2から18にそれぞれ対応する各部分の構
成および動作と同じである。FIG. 7 is a schematic block diagram showing another embodiment of the resonance point tracking system according to the present invention. This corresponds to claim 1. The difference from the embodiment of FIG.
In order to detect the resonance point, a piezoelectric element type phase modulator (PZ
T) not to be inserted into the output side of the waveguide type modulator 103, in which so as to frequency modulation by the modulation signal of the frequency f m of the laser light from the laser light source 101 from an oscillator 118 instead. The components 102 to 117 have the same configuration and operation as the components corresponding to 2 to 18 in FIG.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、温度の
変化による共振点の移動を、レーザ周波数への帰還量ま
たは圧電素子(PZT)の共振器長変化量により追従す
ることが不可能であった領域まで、追従対象とする共振
点を、制御の連続性を失うことなく移行することによ
り、継続的に追従することを可能にした。したがって、
従来、狭い温度範囲でしか機能できなかったリング共振
方式光ファイバジャイロを実用的な温度範囲において機
能させることができる。また、追従のためにレーザの周
波数を制御する構成ではないので、半導体レーザを使用
することができる。さらに単一光源で複数軸のジャイロ
を構成できるという耐温度特性以外の利点も有し、航空
機などに搭載可能なリング共振方式光ファイバジャイロ
の実用化を可能とする。As described above, according to the present invention, it is impossible to follow the shift of the resonance point due to the temperature change by the feedback amount to the laser frequency or the resonator length change amount of the piezoelectric element (PZT). By shifting the resonance point to be tracked up to the region without losing the control continuity, it is possible to continuously track. Therefore,
A ring resonance type optical fiber gyro, which conventionally could only function in a narrow temperature range, can function in a practical temperature range. Further, since the configuration is not such that the frequency of the laser is controlled for following, a semiconductor laser can be used. In addition, there is an advantage other than the temperature resistance characteristic that a single light source can constitute a multi-axis gyro, and a ring resonance type optical fiber gyro that can be mounted on an aircraft or the like can be put into practical use.
【図1】伝搬回数の1周異なる2光波に位相差が生じた
場合、それに対し零位法を行い、閉ループとするための
ステップ1段の高さを表す図である。FIG. 1 is a diagram showing the height of one step for performing a zero-order method and forming a closed loop when a phase difference occurs between two light waves that differ in the number of propagations by one round.
【図2】伝搬回数の1周異なる2光波に位相差が生じた
場合、それに対し零位法を行い、閉ループとするための
ディジタルセロダイン波により発生する位相差を説明す
るための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a phase difference generated by a digital cellodyne wave for performing a zero-order method on a two-wave wave having a different number of times of propagation by one round when the phase difference is generated. .
【図3】伝搬回数の1周異なる2光波に位相差が生じた
場合、ディジタルセロダイン波により追従している共振
点の比率を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a ratio of resonance points that are tracked by a digital serrodyne wave when a phase difference occurs between two light waves that differ in the number of propagations by one round.
【図4】本発明による共振点追従システムの実施例を示
す概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram showing an embodiment of a resonance point tracking system according to the present invention.
【図5】本発明による共振点追従システムを適用した光
ファイバジャイロの実施例を示す概略ブロック図であ
る。FIG. 5 is a schematic block diagram showing an embodiment of an optical fiber gyro to which a resonance point tracking system according to the present invention is applied.
【図6】本発明による共振点追従システムを適用した光
ファイバジャイロの他の実施例を示す概略ブロック図で
ある。FIG. 6 is a schematic block diagram showing another embodiment of the optical fiber gyro to which the resonance point tracking system according to the present invention is applied.
【図7】本発明による共振点追従システムの他の実施例
を示す概略ブロック図である。FIG. 7 is a schematic block diagram showing another embodiment of the resonance point tracking system according to the present invention.
【図8】光ファイバリング共振器の構成図で、(a)は
反射形、(b)は透過形をそれぞれ示している。8A and 8B are configuration diagrams of an optical fiber ring resonator, wherein FIG. 8A shows a reflection type and FIG. 8B shows a transmission type.
【図9】反射形および透過形の光ファイバリング共振器
の共振特性で、入射する光の周波数に対する共振器出力
を表す図である。FIG. 9 is a diagram showing the resonance output of the reflection type and transmission type optical fiber ring resonators with respect to the frequency of the incident light.
【図10】リング共振方式光ファイバジャイロの角速度
検出原理を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a principle of detecting an angular velocity of a ring resonance type optical fiber gyro.
【図11】従来のリング共振方式光ファイバジャイロの
構成を表す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a conventional ring resonance type optical fiber gyro.
【図12】ディジタルセロダイン波を表す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a digital serrodyne wave.
【図13】ディジタルセロダイン波を発生し、閉ループ
を構成するための制御回路を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing a control circuit for generating a digital serrodyne wave and forming a closed loop.
【図14】光ファイバリング共振器の共振特性で、伝搬
回数の1周異なる2光波の位相差に対する共振器出力を
表す図である。FIG. 14 is a diagram showing, in the resonance characteristics of the optical fiber ring resonator, the resonator output with respect to the phase difference between two light waves having different numbers of propagations for one round.
【図15】アナログセロダイン波により生じる、伝搬回
数の1周異なる2光波の位相差を表す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a phase difference between two light waves that differ in the number of times of propagation by one round and are caused by an analog cellodyne wave.
【図16】ディジタルセロダイン波により生じる、伝搬
回数の1周異なる2光波の位相差を表す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a phase difference between two light waves that differ in the number of propagations by one round and are caused by a digital serrodyne wave.
1、21、61、101…レーザ光源 22、62…ビームスプリッタ 2、23、63、68、102… レンズ 3、24、64,69、103…導波路形変調器 4、25、65、70、74…圧電素子形位相変調器 6、32、72、105…光カップラ 7、33、73、106…光ファイバリング共振器 8、34、35、76、77、107…受光器 9、13、36、40、45、49、78、82、8
7、92、108、112…ロックインアンプ 10、37、46、79、88、109…AD変換器 11、38、47、80、89、110…ステップ値発
生器 12、39、48、81、91、111…ディジタルセ
ロダイン波発生器 14、41、50、83、93、113…積分器 15、42、51、84、94、114…DAコンバー
タ 16、43、52、85、95、115…パワーアンプ 17、44、53、86、96、116…ステップ値/
周波数変換手段 90…加算器 18、54、55、97、98、117…制御回路 19、75、118…発振器 26…光ファイバ 56…差分器 115…アンプ1, 21, 61, 101 laser light source 22, 62 beam splitter 2, 23, 63, 68, 102 lens 3, 24, 64, 69, 103 waveguide type modulator 4, 25, 65, 70, 74: Piezoelectric element type phase modulator 6, 32, 72, 105 ... Optical coupler 7, 33, 73, 106 ... Optical fiber ring resonator 8, 34, 35, 76, 77, 107 ... Light receiver 9, 13, 36 , 40, 45, 49, 78, 82, 8
7, 92, 108, 112 ... lock-in amplifiers 10, 37, 46, 79, 88, 109 ... AD converters 11, 38, 47, 80, 89, 110 ... step value generators 12, 39, 48, 81, 91, 111 Digital Serrodyne Wave Generator 14, 41, 50, 83, 93, 113 Integrator 15, 42, 51, 84, 94, 114 DA Converter 16, 43, 52, 85, 95, 115 Power amplifier 17, 44, 53, 86, 96, 116 ... step value /
Frequency conversion means 90 Adder 18, 54, 55, 97, 98, 117 Control circuit 19, 75, 118 Oscillator 26 Optical fiber 56 Difference device 115 Amplifier
Claims (5)
光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を位相
変調する第1の位相変調手段と、前記レーザ光源から出
射されるレーザ光を所定周波数の変調信号によって位相
変調する第2の位相変調手段、または前記レーザ光源を
周波数変調する周波数変調手段と、前記第1と第2の位
相変調手段で位相変調されたレーザ光を導入して伝搬さ
せる光ファイバリング共振器と、前記光ファイバリング
共振器から出射されるレーザ光を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力と前記変調信号を入力して、前記光
検出器の出力中の前記変調信号の周波数成分を同期検波
するロックインアンプと、前記ロックインアンプの出力
を入力し、積分してステップ値を発生し、2 πに対応さ
せたディジタルセロダイン波を出力し、該ディジタルセ
ロダイン波を前記第1の位相変調手段の変調入力とする
制御手段とを備え、前記光ファイバリング共振器中を伝
搬する伝搬回数の1周異なる2つの光波に対し、前記デ
ィジタルセロダイン波により共振点の移動に対して閉ル
ープとなる位相差を与え、このときディジタルセロダイ
ン波が、伝搬回数の1周異なる2光波の位相差に対し
て、波形の変化を規則的に繰り返す性質、および、2π
異なる2値の位相差を与えることを利用して、2πおき
に存在する共振点のうち、最も近い2つの共振点のいず
れかに追従するように構成したことを特徴とする共振点
追従システム。1. A laser light source for outputting laser light of a predetermined frequency, first phase modulation means for phase-modulating the laser light emitted from the laser light source, and a laser light emitted from the laser light source for a predetermined frequency. Second phase modulating means for modulating the phase by the modulation signal, or frequency modulating means for modulating the frequency of the laser light source; and introducing and propagating the laser light phase-modulated by the first and second phase modulating means. Optical fiber ring resonator, and a photodetector that detects laser light emitted from the optical fiber ring resonator,
A lock-in amplifier that receives the output of the photodetector and the modulation signal, synchronously detects the frequency component of the modulation signal in the output of the photodetector, and inputs and integrates the output of the lock-in amplifier. Control means for generating a digital serrodyne wave corresponding to 2π, and using the digital serrodyne wave as a modulation input of the first phase modulating means. A phase difference that forms a closed loop with respect to the movement of the resonance point is given by the digital serrodyne wave to two light waves that are different in the number of times of propagation in the vessel, and the digital serrodyne wave has a propagation frequency of 1 The property of regularly repeating the change of the waveform with respect to the phase difference between two light waves having different circumferences, and 2π
A resonance point tracking system characterized in that it is configured to follow one of two nearest resonance points among resonance points existing at intervals of 2π by using different binary phase differences.
変調信号を加えることにより前記第1の位相変調手段に
前記第2の位相変調手段の機能を兼用させることを特徴
とする請求項1記載の共振点追従システム。2. The apparatus according to claim 1, wherein a function of the second phase modulating means is also used by the first phase modulating means by applying a modulating signal of a predetermined frequency to the first phase modulating means. A resonance point tracking system according to claim 1.
光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を分岐
する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された第1および
第2の光路のレーザ光をそれぞれ位相変調する第1およ
び第3の位相変調手段と、前記分岐手段により分岐され
た第1および第2の光路のレーザ光をそれぞれ所定周波
数の第1および第2の変調信号によって位相変調する第
2の位相変調手段および第4の位相変調手段と、前記第
1と第2の位相変調手段で位相変調されたレーザ光を右
回りになるように、前記第3と第4の位相変調手段で位
相変調されたレーザ光を左回りになるようにそれぞれ導
入して伝搬させる光ファイバリング共振器と、前記光フ
ァイバリング共振器から出射される右回りのレーザ光を
検出する第1の光検出器と、前記光ファイバリング共振
器から出射される左回りのレーザ光を検出する第2の光
検出器と、前記第1の光検出器の出力と前記第1の変調
信号を入力して、前記第1の光検出器の出力中の前記第
1の変調信号の周波数成分を同期検波する第1のロック
インアンプと、前記第1のロックインアンプの出力を入
力し、積分してステップ値を発生し、2πに対応させた
第1のディジタルセロダイン波を出力し、これを前記第
1の位相変調手段の変調入力に帰還することにより、前
記光ファイバリング共振器に角速度が与えられたとき、
または、温度変化などにより光ファイバリング共振器の
光路長が変動した場合、この位相変化に追従するように
制御する第1の制御手段と、前記第2の光検出器の出力
と前記第2の変調信号を入力して、前記第2の光検出器
の出力中の前記第2の変調信号の周波数成分を同期検波
する第2のロックインアンプと、前記第2のロックイン
アンプの出力を入力し、積分してステップ値を発生し、
2πに対応させた第2のディジタルセロダイン波を出力
し、これを前記第3の位相変調手段の変調入力に帰還す
ることにより、前記光ファイバリング共振器に角速度が
与えられたとき、または、温度変化などにより光ファイ
バリング共振器の光路長が変動した場合、位相変化に追
従するように制御する第2の制御手段とを備え、前記光
ファイバリング共振器中を右回りに伝搬する伝搬回数の
1周異なる2つの光波および左回りに伝搬する伝搬回数
の1周異なる2つの光波に、前記第1および第2のディ
ジタルセロダイン波により共振点の移動に対して閉ルー
プとなる位相差をそれぞれ与え、このときディジタルセ
ロダイン波が、伝搬回数の1周異なる2光波の位相差に
対して、波形の変化を規則的に繰り返す性質、および、
2π異なる2値の位相差を与えることを利用して、2π
おきに存在する共振点のうち、最も近い2つの共振点の
いずれかに追従するようにし、前記第1のディジタルセ
ロダイン波のステップ1段の高さと、前記第2のディジ
タルセロダイン波のステップ1段の高さの差をとること
により左回り光と右回り光の非相反的な共振点の移動を
計測しジャイロ出力とすることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。3. A laser light source for outputting a laser beam of a predetermined frequency, a branching unit for branching a laser beam emitted from the laser light source, and laser beams on first and second optical paths branched by the branching unit. First and third phase modulating means for respectively phase modulating the laser light, and phase modulating the laser light of the first and second optical paths branched by the branching means with first and second modulation signals of a predetermined frequency, respectively. Second and fourth phase modulating means, and the third and fourth phase modulating means so that the laser light phase-modulated by the first and second phase modulating means is turned clockwise. An optical fiber ring resonator for introducing and propagating the laser light phase-modulated in the counterclockwise direction, and a first optical detector for detecting the clockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator. An output unit, a second photodetector for detecting counterclockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator, and an input of the output of the first photodetector and the first modulation signal. A first lock-in amplifier for synchronously detecting a frequency component of the first modulated signal in an output of the first photodetector, and an output of the first lock-in amplifier; A value is generated, a first digital serrodyne wave corresponding to 2π is output, and this is fed back to the modulation input of the first phase modulation means, whereby an angular velocity is given to the optical fiber ring resonator. When
Alternatively, when the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change or the like, a first control unit that controls so as to follow this phase change, an output of the second photodetector and the second control unit. A second lock-in amplifier for receiving a modulation signal and synchronously detecting a frequency component of the second modulation signal in an output of the second photodetector, and an output of the second lock-in amplifier. And integrate to generate a step value,
By outputting a second digital serrodyne wave corresponding to 2π and feeding it back to the modulation input of the third phase modulating means, when an angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or A second control means for controlling the optical path length of the optical fiber ring resonator to follow the phase change when the optical path length fluctuates due to a temperature change or the like; The two light waves that differ by one round and the two light waves that differ by one round in the number of times of propagation in the counterclockwise direction have phase differences that form a closed loop with respect to the movement of the resonance point by the first and second digital serrodyne waves, respectively. At this time, the property that the digital serrodyne wave regularly changes its waveform with respect to the phase difference between two light waves whose propagation number differs by one round, and
Utilizing giving 2π different binary phase difference, 2π
Of the two nearest resonance points among the resonance points that are present every other, and the height of one step of the first digital serrodyne wave and the step of the second digital serrodyne wave An optical fiber gyro characterized by measuring a non-reciprocal resonance point movement of left-handed light and right-handed light by taking a difference in height of one step to obtain a gyro output.
光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を分岐
する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された第1および
第2の光路のレーザ光をそれぞれ位相変調する第1およ
び第3の位相変調手段と、前記分岐手段で分岐された第
1および第2の光路のレーザ光をそれぞれ所定周波数の
第1および第2の変調信号によって位相変調する第2の
位相変調手段および第4の位相変調手段と、前記第1と
第2の位相変調手段で位相変調されたレーザ光を右回り
になるように、前記第3と第4の位相変調手段で位相変
調されたレーザ光を左回りになるようにそれぞれ導入し
て伝搬させる光ファイバリング共振器と、前記光ファイ
バリング共振器から出射される右回りのレーザ光を検出
する第1の光検出器と、前記光ファイバリング共振器か
ら出射される左回りのレーザ光を検出する第2の光検出
器と、前記第1の光検出器の出力と前記第1の変調信号
を入力して、前記第1の光検出器の出力中の前記第1の
変調信号の周波数成分を同期検波する第1のロックイン
アンプと、前記第1のロックインアンプの出力を入力
し、積分してディジタルセロダイン波のステップ1段の
高さを生成するディジタル積分器である第1のステップ
値発生器と、前記第1のステップ値発生器の出力と第2
のステップ値発生器の出力を加算する加算器と、前記加
算器の出力を入力して2πに対応させた第1のディジタ
ルセロダイン波を発生し、前記第1の位相変調手段の変
調入力に帰還する第1のディジタルセロダイン波発生器
とからなり、前記光ファイバリング共振器に角速度が与
えられたとき、または、温度変化などにより光ファイバ
リング共振器の光路長が変動した場合、この位相変化に
追従するように制御する第1の制御手段と、前記2の光
検出器の出力と前記第2の変調信号を入力して、前記第
2の光検出器の出力中の前記第2の変調信号の周波数成
分を同期検波する第2のロックインアンプと、前記第2
のロックインアンプの出力を入力し、積分してディジタ
ルセロダイン波のステップ1段の高さを生成するディジ
タル積分器である前記第2のステップ値発生器と、前記
第2のステップ値発生器の出力を入力して2πに対応さ
せた第2のディジタルセロダイン波を発生し、前記第3
の位相変調手段の変調入力に帰還する第2のディジタル
セロダイン波発生器とからなり、前記光ファイバリング
共振器に角速度が与えられたとき、または、温度変化な
どにより光ファイバリング共振器の光路長が変動した場
合、位相変化に追従するように制御する第2の制御手段
とを備え、前記光ファイバリング共振器中を右回りに伝
搬する伝搬回数の1周異なる2つの光波および左回りの
伝搬する伝搬回数の1周異なる2つの光波に、前記第1
および第2のディジタルセロダイン波により共振点の移
動に対して閉ループとなる位相差をそれぞれ与え、この
ときディジタルセロダイン波が、伝搬回数の1周異なる
2光波の位相差に対して、波形の変化を規則的に繰り返
す性質、および、2π異なる2値の位相差を与えること
を利用して、2πおきに存在する共振点のうち、最も近
い2つの共振点のいずれかに追従するようにし、前記第
1のステップ値発生器の出力を、左回り光と右回り光の
非相反的な共振点の移動に対応したジャイロ出力とする
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。4. A laser light source for outputting a laser beam of a predetermined frequency, a branching unit for branching a laser beam emitted from the laser light source, and laser beams on first and second optical paths branched by the branching unit. First and third phase modulating means for respectively phase modulating the laser light, and phase modulating the laser light of the first and second optical paths branched by the branching means with first and second modulation signals of a predetermined frequency, respectively. Second and fourth phase modulating means, and the third and fourth phase modulating means so that the laser light phase-modulated by the first and second phase modulating means is turned clockwise. An optical fiber ring resonator for introducing and propagating the phase-modulated laser light in a counterclockwise direction, and a first light detection for detecting a clockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator vessel And a second photodetector for detecting counterclockwise laser light emitted from the optical fiber ring resonator, and inputting the output of the first photodetector and the first modulation signal, A first lock-in amplifier for synchronously detecting a frequency component of the first modulation signal in an output of the first photodetector; and an output of the first lock-in amplifier, which is integrated and integrated to obtain digital cellodyne. A first step value generator, which is a digital integrator for generating a step height of the wave, and an output of the first step value generator and a second step value generator.
And an adder for adding the output of the step value generator, and generating the first digital serrodyne wave corresponding to 2π by inputting the output of the adder, to the modulation input of the first phase modulation means. The first digital serrodyne wave generator is fed back. When an angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or when the optical path length of the optical fiber ring resonator fluctuates due to a temperature change or the like, this phase A first control unit for controlling to follow the change, an input of the output of the second photodetector and the second modulation signal, and an input of the second control signal during the output of the second photodetector. A second lock-in amplifier for synchronously detecting a frequency component of the modulated signal;
The second step value generator, which is a digital integrator for receiving and integrating the output of the lock-in amplifier to generate a step height of a digital serrodyne wave, and the second step value generator To generate a second digital serrodyne wave corresponding to 2π,
And a second digital serrodyne wave generator that feeds back to the modulation input of the phase modulation means of the optical fiber ring resonator, when the angular velocity is given to the optical fiber ring resonator, or the optical path of the optical fiber ring resonator A second control means for controlling to follow a phase change when the length fluctuates, wherein two light waves having different numbers of propagations by one turn in the clockwise direction propagating in the optical fiber ring resonator and a counterclockwise The two light waves that are different in the number of times of propagation and
And the second digital serrodyne wave gives a phase difference that forms a closed loop with respect to the movement of the resonance point. At this time, the digital serrodyne wave has a waveform difference with respect to the phase difference between two light waves having different propagation times. Utilizing the property of repeating the change regularly and giving a binary phase difference different by 2π, to follow any one of the two nearest resonance points among resonance points existing every 2π, An optical fiber gyro, wherein an output of the first step value generator is a gyro output corresponding to a shift of a non-reciprocal resonance point between left-handed light and right-handed light.
れぞれ所定周波数の変調信号を加えることにより前記第
1および第3の位相変調手段にそれぞれ前記第2および
第4の位相変調手段の機能を兼用させることを特徴とす
る請求項3または4記載の光ファイバジャイロ。5. The function of said second and fourth phase modulating means respectively to said first and third phase modulating means by adding a modulating signal of a predetermined frequency to said first and third phase modulating means respectively. The optical fiber gyro according to claim 3, wherein the optical fiber gyro is used.
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JP31907598A JP4306843B2 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Resonance point tracking system and ring resonance type optical fiber gyro using this system |
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1998
- 1998-11-10 JP JP31907598A patent/JP4306843B2/en not_active Expired - Lifetime
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