JP2554525B2 - サニャック型光ファィバー干渉計 - Google Patents
サニャック型光ファィバー干渉計Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ジャイロスコープに使用したり又はファラ
デー効果による電流測定に使用するサニャック型（Sagn
ac type）干渉計に関する。
デー効果による電流測定に使用するサニャック型（Sagn
ac type）干渉計に関する。
発明の背景 このような干渉計は、通常はレーザー型ダイオードで
ある同じ光源から出て、光検知器上で干渉する前に、単
モード光ファイバーによって構成してある同じ光学経路
に沿って反対方向に伝播する２つの光を使用する。該干
渉計では、ビームの伝播方向に依存し、且ジャイロスコ
ープ中のサニャック効果又は電流を測定する場合のファ
ラデー効果に起因する非逆位相変化を見せる。この非逆
位相変化は、ビームが干渉計リングの周りを伝播する際
に遭遇する種々の妨害に起因し、且つ光検知器での補償
によって無効となる位相の逆変化と比較して優先的に行
なわれる。
ある同じ光源から出て、光検知器上で干渉する前に、単
モード光ファイバーによって構成してある同じ光学経路
に沿って反対方向に伝播する２つの光を使用する。該干
渉計では、ビームの伝播方向に依存し、且ジャイロスコ
ープ中のサニャック効果又は電流を測定する場合のファ
ラデー効果に起因する非逆位相変化を見せる。この非逆
位相変化は、ビームが干渉計リングの周りを伝播する際
に遭遇する種々の妨害に起因し、且つ光検知器での補償
によって無効となる位相の逆変化と比較して優先的に行
なわれる。
特別な配置を取らない場合には、光検知器での２つの
ビームの光学パワーは、D.C.成分及び、相対的位相差の
余弦に比例する成分を生じるが、これには、原点で感度
がゼロである余弦検波法則を光検知器に与えるという欠
点がある。この欠点を排除するためには、干渉計リング
の周りを走行する２つのビームに周期的且つ対称的な位
相変調を与えることが一般的であり、前記変調は、ビー
ムが干渉計リングの周りを走行するのに要する時間τの
２倍の周期２τを有する。仏国特許出願第2 471 583号
明細書に記載してあるように、このような位相変調は、
２つのビーム間の相対位相差の正弦に比例する周波数1/
2τの成分を有する信号を光検知器で生じ、それによっ
て小相対位相差の範囲では原点で最大感度を生じる。
ビームの光学パワーは、D.C.成分及び、相対的位相差の
余弦に比例する成分を生じるが、これには、原点で感度
がゼロである余弦検波法則を光検知器に与えるという欠
点がある。この欠点を排除するためには、干渉計リング
の周りを走行する２つのビームに周期的且つ対称的な位
相変調を与えることが一般的であり、前記変調は、ビー
ムが干渉計リングの周りを走行するのに要する時間τの
２倍の周期２τを有する。仏国特許出願第2 471 583号
明細書に記載してあるように、このような位相変調は、
２つのビーム間の相対位相差の正弦に比例する周波数1/
2τの成分を有する信号を光検知器で生じ、それによっ
て小相対位相差の範囲では原点で最大感度を生じる。
相対位相差を構成するビームの位相変調を使用するこ
とに加えて、ジャイロスコープに使用したり又はファラ
デー効果による電流測定に使用するサニャック型の干渉
計では、干渉計リングを構成する光ファイバーに与える
前に光源の光波を２つのビームに分割し且つ干渉計リン
グから２つの出力ビームを再合成するための集積光学Ｙ
字形結合器と、光源からの光波と干渉計リングからの２
つの戻りビームとを分離する方向性結合器とを使用す
る。
とに加えて、ジャイロスコープに使用したり又はファラ
デー効果による電流測定に使用するサニャック型の干渉
計では、干渉計リングを構成する光ファイバーに与える
前に光源の光波を２つのビームに分割し且つ干渉計リン
グから２つの出力ビームを再合成するための集積光学Ｙ
字形結合器と、光源からの光波と干渉計リングからの２
つの戻りビームとを分離する方向性結合器とを使用す
る。
このような集積光学装置は、震動に対する低感度、小
型…といった長所のために、通常の光学的解決策として
好ましいが、しかし無視し難い吸収係数を有し且つ実現
するのが比較的困難であるという欠点を有する。このた
めに、特に仏国特許出願第2 582 800号明細書では、光
源及び光検知器を光エネルギーのエミッタ及び検知器と
して交互に使用される単独の半導体ダイオードの形態に
するか、又は、光源及び光検知器を一列に設置し、光源
は、光検知器及びＹ字形結合器の間に設置してあり且つ
その前面及び背面両方を介してそれぞれに接続してある
半導体ダイオードによって構成してあって、前記ダイオ
ードを光エネルギーのエミッタ及び増幅器として交互に
使用するかのいずれかによって、光源と光検知器を同一
に直線上に設置して結合させることによって方向性結合
器を省略するための提案をしている。
型…といった長所のために、通常の光学的解決策として
好ましいが、しかし無視し難い吸収係数を有し且つ実現
するのが比較的困難であるという欠点を有する。このた
めに、特に仏国特許出願第2 582 800号明細書では、光
源及び光検知器を光エネルギーのエミッタ及び検知器と
して交互に使用される単独の半導体ダイオードの形態に
するか、又は、光源及び光検知器を一列に設置し、光源
は、光検知器及びＹ字形結合器の間に設置してあり且つ
その前面及び背面両方を介してそれぞれに接続してある
半導体ダイオードによって構成してあって、前記ダイオ
ードを光エネルギーのエミッタ及び増幅器として交互に
使用するかのいずれかによって、光源と光検知器を同一
に直線上に設置して結合させることによって方向性結合
器を省略するための提案をしている。
いずれの場合でも半導体ダイオードは、出来るだけ長
く、即ち２つのビームがその往復の経路全体を伝播する
のに要する時間τ′よりわずかに短い時間だけ接続する
光パルスを周期的に発するように切り替えられる。切り
替え周期２τ′は、光源及び干渉計ループ間のビームが
走行する往復経路の長さは、干渉計ループ自体の経路リ
ンクと比較して小さいので、検知感度を最適にするため
に使用する位相変調の周期２τに非常に近い。その結
果、検知器からの出力信号では、光源の切り替え及び位
相変調から生じる変調による種々の成分が相互にオーバ
ーラップし、従って有効な信号を検知するのが困難にな
る。
く、即ち２つのビームがその往復の経路全体を伝播する
のに要する時間τ′よりわずかに短い時間だけ接続する
光パルスを周期的に発するように切り替えられる。切り
替え周期２τ′は、光源及び干渉計ループ間のビームが
走行する往復経路の長さは、干渉計ループ自体の経路リ
ンクと比較して小さいので、検知感度を最適にするため
に使用する位相変調の周期２τに非常に近い。その結
果、検知器からの出力信号では、光源の切り替え及び位
相変調から生じる変調による種々の成分が相互にオーバ
ーラップし、従って有効な信号を検知するのが困難にな
る。
前記仏国特許出願第2 582 800号明細書では、この困
難を、光源とＹ字形結合器との間に干渉計ループの長さ
の４分の１の長さの光ファイバーを追加して往復経路に
おける２つのビームの伝播時間を人工的に２倍にするこ
とによって克服している。
難を、光源とＹ字形結合器との間に干渉計ループの長さ
の４分の１の長さの光ファイバーを追加して往復経路に
おける２つのビームの伝播時間を人工的に２倍にするこ
とによって克服している。
本発明の目的は、干渉計の大きさを増大せず且つ光エ
ネルギー効率を低下させないために、光ファイバーの長
さをそれ程追加せずに上記問題点を解決することであ
る。
ネルギー効率を低下させないために、光ファイバーの長
さをそれ程追加せずに上記問題点を解決することであ
る。
発明の概要 本発明は、サニャック型光ファイバー干渉計であっ
て、 干渉計ループを構成する光ファイバーと、 同一直線上にある光源及び光検知器と、 前記光源が発する光波を、各々が前記光ファイバーの
それぞれの端部に与えられる２本のビームに分割し且
つ、前記光ファイバーの２つの端部から出る２本のビー
ムを、光源が発する光波と同一直線上であるが光検知器
へ向かって反対方向に伝播する光波に再合成するための
光学結合手段と、 前記光ファイバーに沿って走行する２本のビームに周
期的且つ対称的な位相変調を与える位相変調手段と、 光源が発するパワーに作用する振幅変調手段と、 光検知器からの信号を処理するための電子手段とから
成り、前記光検知器からの信号を処理するための前記電
子手段が、ビーム位相変調の周波数と光源振幅変調の周
波数との差の低いうなり周波数で作動する復調器を包含
することを特徴とする干渉計を提供する。
て、 干渉計ループを構成する光ファイバーと、 同一直線上にある光源及び光検知器と、 前記光源が発する光波を、各々が前記光ファイバーの
それぞれの端部に与えられる２本のビームに分割し且
つ、前記光ファイバーの２つの端部から出る２本のビー
ムを、光源が発する光波と同一直線上であるが光検知器
へ向かって反対方向に伝播する光波に再合成するための
光学結合手段と、 前記光ファイバーに沿って走行する２本のビームに周
期的且つ対称的な位相変調を与える位相変調手段と、 光源が発するパワーに作用する振幅変調手段と、 光検知器からの信号を処理するための電子手段とから
成り、前記光検知器からの信号を処理するための前記電
子手段が、ビーム位相変調の周波数と光源振幅変調の周
波数との差の低いうなり周波数で作動する復調器を包含
することを特徴とする干渉計を提供する。
添付の図面を参照して本発明の具体例を説明する。
具体例 図の干渉計は、電子ボード300、干渉計ループを構成
する単モード光ファイバー200の２つの端部に接続して
ある光学ボード10とから成る。
する単モード光ファイバー200の２つの端部に接続して
ある光学ボード10とから成る。
光学ボード100には、その前面及び背面を介して発光
するレーザーダイオード101が備えてあり、レーザーダ
イオード101はその背面に介して光検知器103に接続して
あり、且つその前面を介して偏光器、モードフィルタ、
Ｙ字形結合器及び位相変調器の機能を提供する集積光学
技術回路102に接続してある。
するレーザーダイオード101が備えてあり、レーザーダ
イオード101はその背面に介して光検知器103に接続して
あり、且つその前面を介して偏光器、モードフィルタ、
Ｙ字形結合器及び位相変調器の機能を提供する集積光学
技術回路102に接続してある。
集積光学回路102は、Ｙ字形の固定光導波路及びその
間に電界を生じさせることができる電極を包含する電子
光学基板によって通常に構成してあって、レーザーダイ
オード101の前面に接続してある共通入／出口104と、干
渉計リンクを構成する光ファイバー200の両端部に接続
してある２つの平行な入／出口105及び106とを有してい
る。共通入／出口104は、通常の陽子交換ドーピング技
術又は金属堆積によって領域108内では偏光子に変形し
てある固定単モード光導波路107の偏光を維持する端部
を構成する。この固定光導波路107は、２つの偏光維持
単モード固定光導波路109及び110をと共にＹ字形結合器
に通じており、前記光導波路109及び110は平行な入／出
口105及び106に通じている。
間に電界を生じさせることができる電極を包含する電子
光学基板によって通常に構成してあって、レーザーダイ
オード101の前面に接続してある共通入／出口104と、干
渉計リンクを構成する光ファイバー200の両端部に接続
してある２つの平行な入／出口105及び106とを有してい
る。共通入／出口104は、通常の陽子交換ドーピング技
術又は金属堆積によって領域108内では偏光子に変形し
てある固定単モード光導波路107の偏光を維持する端部
を構成する。この固定光導波路107は、２つの偏光維持
単モード固定光導波路109及び110をと共にＹ字形結合器
に通じており、前記光導波路109及び110は平行な入／出
口105及び106に通じている。
結合部は、固定光導波路107を介して受容する光エネ
ルギーを２つの光導波路109及び110間で釣り合いが保た
れるように分け与える。各光導波路は、光ビームの位相
変調のために光学的材料の屈折率を局部的に変更するよ
うその間に電界を生じさせることができる対応する電極
対111＆112又は113＆114の間を通過する。
ルギーを２つの光導波路109及び110間で釣り合いが保た
れるように分け与える。各光導波路は、光ビームの位相
変調のために光学的材料の屈折率を局部的に変更するよ
うその間に電界を生じさせることができる対応する電極
対111＆112又は113＆114の間を通過する。
干渉計リングを構成する単モード光ファイバー200
は、直線偏光されて反対方向に伝播する光ビームが通過
する干渉計リング中でサニャック効果が現れるジャイロ
スコープのためには偏光維持単モード光ファイバーであ
り、或いは円偏光されて反対方向に伝播する光ビームが
通過する干渉計リング中でファラデー効果が現れて電流
を測定するためには四分の一波長フィルタとして作用す
る端部ループを備えた非常に高度の円複屈折を有する単
モード光ファイバーである。
は、直線偏光されて反対方向に伝播する光ビームが通過
する干渉計リング中でサニャック効果が現れるジャイロ
スコープのためには偏光維持単モード光ファイバーであ
り、或いは円偏光されて反対方向に伝播する光ビームが
通過する干渉計リング中でファラデー効果が現れて電流
を測定するためには四分の一波長フィルタとして作用す
る端部ループを備えた非常に高度の円複屈折を有する単
モード光ファイバーである。
この光学回路では、レーザーダイオード101の前面か
ら発せられる光波は共通入／出口104を介して集積光学
回路102に侵入し、固定光導波路107中でモードフィルタ
にかけられて、直線偏光され、２つの直線偏光された光
ビームに分割され、各ビームはそれぞれ平行な入／出口
105及び106から出る。これら２つの光ビームは、干渉計
リングを形成する光ファイバー200の周りを反対方向に
走行し、各々が所定の相対位相差を持って前記ファイバ
ーから出て、平行な入／出口の他の一方を介して集積光
学回路102に戻り、その後ビームは再合成されてモード
フィルタにかけられる。次いでビームはレーザーダイオ
ードに戻り、それを通過し、レーザーダイオードの背面
から直接発せられる光波と一緒に光検知器103に突き当
たる。
ら発せられる光波は共通入／出口104を介して集積光学
回路102に侵入し、固定光導波路107中でモードフィルタ
にかけられて、直線偏光され、２つの直線偏光された光
ビームに分割され、各ビームはそれぞれ平行な入／出口
105及び106から出る。これら２つの光ビームは、干渉計
リングを形成する光ファイバー200の周りを反対方向に
走行し、各々が所定の相対位相差を持って前記ファイバ
ーから出て、平行な入／出口の他の一方を介して集積光
学回路102に戻り、その後ビームは再合成されてモード
フィルタにかけられる。次いでビームはレーザーダイオ
ードに戻り、それを通過し、レーザーダイオードの背面
から直接発せられる光波と一緒に光検知器103に突き当
たる。
干渉計リングを構成する光ファイバーの周りを反対方
向に走行した２つの光ビームのそれぞれの光学パワーP1
及びP2の再合成から得られる光学パワーＰは、 ［式中、δφは２つのビームが光ファイバー200の周り
を反対方向に走行した後の、サニャック効果又はファラ
デー効果による２つのビームの相対位相差である］ で与えられる。
向に走行した２つの光ビームのそれぞれの光学パワーP1
及びP2の再合成から得られる光学パワーＰは、 ［式中、δφは２つのビームが光ファイバー200の周り
を反対方向に走行した後の、サニャック効果又はファラ
デー効果による２つのビームの相対位相差である］ で与えられる。
このパワーは、cosδφに比例し、且つ小位相差に対
して感度がゼロであるという欠点を有する有効成分に包
含する。
して感度がゼロであるという欠点を有する有効成分に包
含する。
この感度を向上させるためには、干渉計リングの周り
を反対方向に伝播する２つのビームの位相角度は、２つ
のビームにおいて異符号の等しい瞬時位相差を得るため
の通常の方法で変調される角度とすることができる。こ
の位相変調は、電極対111＆112及び113＆114の間に電界
を生じさせることによる電子光学効果によってなされる
が、この電界は、干渉計の固有周波数として考えられる
干渉計リングの共振周波数の半分の周波数のパルス状に
される。この位相変調を加えることの効果は、干渉計リ
ングから戻る２つの光ビームの光学パワーに対する式を ［式中、αは変調指数であり、τは光ビームが干渉計リ
ングの周りを伝播するのに要する時間である］ と変換することである。
を反対方向に伝播する２つのビームの位相角度は、２つ
のビームにおいて異符号の等しい瞬時位相差を得るため
の通常の方法で変調される角度とすることができる。こ
の位相変調は、電極対111＆112及び113＆114の間に電界
を生じさせることによる電子光学効果によってなされる
が、この電界は、干渉計の固有周波数として考えられる
干渉計リングの共振周波数の半分の周波数のパルス状に
される。この位相変調を加えることの効果は、干渉計リ
ングから戻る２つの光ビームの光学パワーに対する式を ［式中、αは変調指数であり、τは光ビームが干渉計リ
ングの周りを伝播するのに要する時間である］ と変換することである。
この光学パワーは周波数成分が豊富なスペクトルを有
しており、特に該スペクトルは、 Ｄ・Ｃ・成分と、 小位相差の範囲では最大の感度を与える相対位相差δ
φの正弦に比例する位相変調の周波数1/2τの成分と、 相対位相差δφの余弦に比例し且つ相対位相差の余弦
がゼロである時にはゼロ値である、位相変調周波数の２
倍の周波数の1/τ成分とを包含する。
しており、特に該スペクトルは、 Ｄ・Ｃ・成分と、 小位相差の範囲では最大の感度を与える相対位相差δ
φの正弦に比例する位相変調の周波数1/2τの成分と、 相対位相差δφの余弦に比例し且つ相対位相差の余弦
がゼロである時にはゼロ値である、位相変調周波数の２
倍の周波数の1/τ成分とを包含する。
レーザーダイオード及び光検知器が一列に配置されて
はおらず、方向性結合器を用いて設置してある光学回路
では、干渉計リングから戻る２つの光ビーム間の相対位
相差は、同期式復調によって光検知器信号から抽出され
る周波数1/2τの成分から測定される。
はおらず、方向性結合器を用いて設置してある光学回路
では、干渉計リングから戻る２つの光ビーム間の相対位
相差は、同期式復調によって光検知器信号から抽出され
る周波数1/2τの成分から測定される。
レーザーダイオード及び光検知器が一列に設置してあ
るか又は同じ部品で構成してある場合には、光が戻るの
に要する時間よりも短い時間だけ持続する周期的な光パ
ルスをレーザーダイオードに発信させ、２つの光パルス
を発する間には光検知器に変換されるレーザーダイオー
ドか、又は戻りパルスがレーザーダイオードをその前面
から背面へと通過してから戻りパルスを受容する光検知
器のいずれかによって、パルスの戻り光学パワーを検知
するのが一般的である。
るか又は同じ部品で構成してある場合には、光が戻るの
に要する時間よりも短い時間だけ持続する周期的な光パ
ルスをレーザーダイオードに発信させ、２つの光パルス
を発する間には光検知器に変換されるレーザーダイオー
ドか、又は戻りパルスがレーザーダイオードをその前面
から背面へと通過してから戻りパルスを受容する光検知
器のいずれかによって、パルスの戻り光学パワーを検知
するのが一般的である。
よいエネルギー効率を得るためには、光がレーザーダ
イオードから干渉計リングに行くのに要する移動時間
τ″の２倍に加えることの干渉計リングの周りの移動時
間τに相当する最大持続時間τ′、即ち τ′＝２τ″＋τ の光パルスの発信及び受信を利用することが必要であ
る。
イオードから干渉計リングに行くのに要する移動時間
τ″の２倍に加えることの干渉計リングの周りの移動時
間τに相当する最大持続時間τ′、即ち τ′＝２τ″＋τ の光パルスの発信及び受信を利用することが必要であ
る。
こうすると、発信−受信切り替え周期２τ′は、レー
ザーダイオードと干渉計リングとの間の距離が前記リン
グの長さよりもかなり小さい限りにおいては、位相変調
周期２τに非常に近くなり、その結果、光検知器によっ
て生成される信号のスペクトルは、レーザーダイオード
の発信−受信切り替えによる変調によって生じる周波数
1/2τ近傍のスペクトルラインを包含し、このスペクト
ルラインは、位相変調によって生成される1/2τの有効
なスペクトルラインの検知を妨害する。
ザーダイオードと干渉計リングとの間の距離が前記リン
グの長さよりもかなり小さい限りにおいては、位相変調
周期２τに非常に近くなり、その結果、光検知器によっ
て生成される信号のスペクトルは、レーザーダイオード
の発信−受信切り替えによる変調によって生じる周波数
1/2τ近傍のスペクトルラインを包含し、このスペクト
ルラインは、位相変調によって生成される1/2τの有効
なスペクトルラインの検知を妨害する。
この妨害を取除く１つの公知の方法は、レーザーダイ
オードと干渉計リングとの間の光パルスの経路に補助の
単モード光ファイバーを設置して前記経路を伸ばすこと
によって、位相変調周波数とレーザーダイオード発信−
切り替え周波数との間の離隔距離を大きくすることであ
る。前記補助のファイバーの長さは、干渉計リングを構
成する光ファイバー200の約四分の一である。しかしこ
の方法には、装置の大きさを増大し、且つその光エネル
ギー効率を低下させるという欠点がある。
オードと干渉計リングとの間の光パルスの経路に補助の
単モード光ファイバーを設置して前記経路を伸ばすこと
によって、位相変調周波数とレーザーダイオード発信−
切り替え周波数との間の離隔距離を大きくすることであ
る。前記補助のファイバーの長さは、干渉計リングを構
成する光ファイバー200の約四分の一である。しかしこ
の方法には、装置の大きさを増大し、且つその光エネル
ギー効率を低下させるという欠点がある。
本発明では、レーザーダイオード発信−受信切り替え
から生じる変調、より一般的にはレーザーダイオードが
発する光エネルギーの振幅の変調と位相変調とが合成さ
れた後で、光検知器から出る信号の種々のスペクトルラ
イン中で有効な信号を分離する。
から生じる変調、より一般的にはレーザーダイオードが
発する光エネルギーの振幅の変調と位相変調とが合成さ
れた後で、光検知器から出る信号の種々のスペクトルラ
イン中で有効な信号を分離する。
レーザーダイオードが発する光エネルギーが周波数f1
の正弦波によって振幅変調されるならば、干渉計リング
に入る２つの光ビームの各々は、式 P1＝PO1・（１＋ｍ・sin2πf1t） P1＝PO2・（１＋ｍ・sin2πf1t） ［式中、PO1及びPO2は定数であり、ｍは振幅変調の強
さ］ に変形され、干渉計リングからの２つの戻り光ビームの
パワーは、位相変調をも考慮すれば式 となる。
の正弦波によって振幅変調されるならば、干渉計リング
に入る２つの光ビームの各々は、式 P1＝PO1・（１＋ｍ・sin2πf1t） P1＝PO2・（１＋ｍ・sin2πf1t） ［式中、PO1及びPO2は定数であり、ｍは振幅変調の強
さ］ に変形され、干渉計リングからの２つの戻り光ビームの
パワーは、位相変調をも考慮すれば式 となる。
この関係式はベッセル関数によって数学的に分析さ
れ、干渉計リングから出るビームの光学パワーＰが、調
波を非常に豊富に包含しており且つ、そのパワーＰ′が
式 Ｐ′ ＝1/2・ｍ・PO・J1・α・sinδφ・sin（２π|1/2τ −f1|t＋ρ） ［式中、J1は第一種の第一次ベッセル関数であり、POは
光学パワーPO1及びPO2の和である］ で表されるように相対位相差に比例する、周波数|1/2τ
−f1|のスペクトルラインを包含する周波数スペクトル
を有することが分かる。
れ、干渉計リングから出るビームの光学パワーＰが、調
波を非常に豊富に包含しており且つ、そのパワーＰ′が
式 Ｐ′ ＝1/2・ｍ・PO・J1・α・sinδφ・sin（２π|1/2τ −f1|t＋ρ） ［式中、J1は第一種の第一次ベッセル関数であり、POは
光学パワーPO1及びPO2の和である］ で表されるように相対位相差に比例する、周波数|1/2τ
−f1|のスペクトルラインを包含する周波数スペクトル
を有することが分かる。
２つの変調周波数がわずかに異なる限りはこの成分は
存在し、小位相差に対して最大感度の２つのビームの相
対位相差を測定するのに使用することができる。
存在し、小位相差に対して最大感度の２つのビームの相
対位相差を測定するのに使用することができる。
電子ボード300は、この成分を生成するために必要な
位相変調及び振幅変調を提供し、それを分離し、次いで
干渉計リングから戻る２つのビーム間の相対位相差の値
を抽出するためにそれを利用する役割を果たす。電子ボ
ード300は、干渉計リングの周りを反対方向に伝播する
２つの光ビームの振幅及び位相変調の合成に必要な電気
信号を生成する発信部分と、干渉計リングから戻る反対
方向に伝播する２つのビーム間の相対位相差に比例する
信号を前記ビーム間のうなりから抽出するための受信部
分と、受信部分からの信号をディジタル化処理し且つ測
定値を干渉計の外に伝送して、恐らくは前記測定値を外
部の計時基準と同調させるための部分と、電力供給源30
1及び光学ボード100のための温度調整を包含するサービ
ス部分とに分割することができる。
位相変調及び振幅変調を提供し、それを分離し、次いで
干渉計リングから戻る２つのビーム間の相対位相差の値
を抽出するためにそれを利用する役割を果たす。電子ボ
ード300は、干渉計リングの周りを反対方向に伝播する
２つの光ビームの振幅及び位相変調の合成に必要な電気
信号を生成する発信部分と、干渉計リングから戻る反対
方向に伝播する２つのビーム間の相対位相差に比例する
信号を前記ビーム間のうなりから抽出するための受信部
分と、受信部分からの信号をディジタル化処理し且つ測
定値を干渉計の外に伝送して、恐らくは前記測定値を外
部の計時基準と同調させるための部分と、電力供給源30
1及び光学ボード100のための温度調整を包含するサービ
ス部分とに分割することができる。
光学ボード100の温度は、光学ボード上にある温度測
定素子115に接続してある調整ブロック302によって調整
される。
定素子115に接続してある調整ブロック302によって調整
される。
発信部分は、レーザーダイオード101の光学パワーを
変調するための変調器303と、周波数合成生成器304とを
包含する。
変調するための変調器303と、周波数合成生成器304とを
包含する。
パワー変調器303は、レーザーダイオード101の背面に
接続してある光検知器103を包含する帰還ループによっ
て安定化され、周波数合成器304からの出力によって制
御される変調キャリアf1のための入力を備えている。周
波数合成器304は更に、集積光学回路102の光学位相変調
の電極対111＆112及び113＆114を制御する信号を1/2τ
に等しい周波数で発信する第二出力と、受信部分にある
同期式復調回路305に周波数|f1−f2|を発信する第三出
力とを有する。また周波数合成器304は、受信信号をデ
ィジタル化処理するための部分にあるクロック回路306
によって制御される同期入力を有する。
接続してある光検知器103を包含する帰還ループによっ
て安定化され、周波数合成器304からの出力によって制
御される変調キャリアf1のための入力を備えている。周
波数合成器304は更に、集積光学回路102の光学位相変調
の電極対111＆112及び113＆114を制御する信号を1/2τ
に等しい周波数で発信する第二出力と、受信部分にある
同期式復調回路305に周波数|f1−f2|を発信する第三出
力とを有する。また周波数合成器304は、受信信号をデ
ィジタル化処理するための部分にあるクロック回路306
によって制御される同期入力を有する。
受信部分は、レーザーダイオード101の背面に接続し
てある光検知器103からの出力に接続してある増幅及び
フィルタ回路307と、それに続く同期式復調回路305とを
備えている。同期式復調回路305に続いて追加の増幅及
びフィルタ回路308がある。
てある光検知器103からの出力に接続してある増幅及び
フィルタ回路307と、それに続く同期式復調回路305とを
備えている。同期式復調回路305に続いて追加の増幅及
びフィルタ回路308がある。
レーザーダイオード101の背面に接続してある光検知
器103は、レーザーダイオードから直接に受容するか、
又は干渉計リングの周りを通過してレーザーダイオード
を通った後に受容する光パワーに比例する信号を発信す
る。この信号は、ダイオードが発する光学パワーがレー
ザーダイオードからその背面を介して直接に受容される
光束によって変調される周波数のf1の主成分と、振幅及
び位相が共に変調されおり、且つ干渉計リングから戻っ
てレーザーダイオードを通過した反対方向に伝播する２
つの光ビーム間のうなりから発生する非常に小さい振幅
の成分であって、上記のように、式 を満足する成分とから成る。
器103は、レーザーダイオードから直接に受容するか、
又は干渉計リングの周りを通過してレーザーダイオード
を通った後に受容する光パワーに比例する信号を発信す
る。この信号は、ダイオードが発する光学パワーがレー
ザーダイオードからその背面を介して直接に受容される
光束によって変調される周波数のf1の主成分と、振幅及
び位相が共に変調されおり、且つ干渉計リングから戻っ
てレーザーダイオードを通過した反対方向に伝播する２
つの光ビーム間のうなりから発生する非常に小さい振幅
の成分であって、上記のように、式 を満足する成分とから成る。
前記信号は、上記のように式 Ｐ′ ＝1/2・ｍ・PO・J1・α・sinδφ・sin（２π|1/2τ −f1|t＋ρ） を有する周波数|f1−f2|の成分を抽出するために回路30
7によってフィルタにかけられ且つ増幅され、次いで同
期式復調器305に与えられ、回路308によってフィルタに
かけられ且つ増幅された後で相対位相差を表しており且
つ式 ｓ（ｔ）＝ｋ・sinδφ（ｔ） を有する測定信号を発信する。
7によってフィルタにかけられ且つ増幅され、次いで同
期式復調器305に与えられ、回路308によってフィルタに
かけられ且つ増幅された後で相対位相差を表しており且
つ式 ｓ（ｔ）＝ｋ・sinδφ（ｔ） を有する測定信号を発信する。
この手法では、位相変調の周波数f2に近い周波数f1の
振幅変調を使用することが可能である。干渉計リングの
偏光維持単モード光ファイバーが約１キロメートルの長
さであるジャイロスコープでは、干渉計の、つまり位相
変調の固有周波数は約100kHzであり、レーザーダイオー
ドが発する光エネルギーを変調する振幅に対しては、比
較的近い周波数即ち約98kHzが考えられる。このことか
ら、必要であれば、レーザーダイオードと干渉計リング
との間の光ビームの経路がわずかしか延長できない場合
には光検知器の発信パルス及び戻りパルスを分離するた
めにオン／オフ振幅変調を使用することが可能となり、
このファイバーの延長は、先行技術では250メートル必
要とするのに対して本発明では約10メートルでよい。
振幅変調を使用することが可能である。干渉計リングの
偏光維持単モード光ファイバーが約１キロメートルの長
さであるジャイロスコープでは、干渉計の、つまり位相
変調の固有周波数は約100kHzであり、レーザーダイオー
ドが発する光エネルギーを変調する振幅に対しては、比
較的近い周波数即ち約98kHzが考えられる。このことか
ら、必要であれば、レーザーダイオードと干渉計リング
との間の光ビームの経路がわずかしか延長できない場合
には光検知器の発信パルス及び戻りパルスを分離するた
めにオン／オフ振幅変調を使用することが可能となり、
このファイバーの延長は、先行技術では250メートル必
要とするのに対して本発明では約10メートルでよい。
同様に、長さ約10メートルの非常に高度な円複屈折の
単モード光ファイバーである干渉計リングを用いて、フ
ァラデー効果によって電流を測定するための装置では、
干渉計つまり位相変調の固有周波数は約10MHzであり、
レーザーが発する光エネルギーを変調する約9.95MHzの
周波数の振幅を与えることが可能である。即ち、光検知
器での発信パルスを戻りパルスから分離する目的でレー
ザーダイオードのオン／オフ振幅変調を行うという条件
下では、レーザーダイオード及び干渉計リング間の光ビ
ームの経路には、先行技術で2.5メートルのファイバー
の延長を必要としたのに対して約25cmでよい。
単モード光ファイバーである干渉計リングを用いて、フ
ァラデー効果によって電流を測定するための装置では、
干渉計つまり位相変調の固有周波数は約10MHzであり、
レーザーが発する光エネルギーを変調する約9.95MHzの
周波数の振幅を与えることが可能である。即ち、光検知
器での発信パルスを戻りパルスから分離する目的でレー
ザーダイオードのオン／オフ振幅変調を行うという条件
下では、レーザーダイオード及び干渉計リング間の光ビ
ームの経路には、先行技術で2.5メートルのファイバー
の延長を必要としたのに対して約25cmでよい。
増幅器回路308の出力で入手可能な相対位相差ｓ
（ｔ）を表す測定値信号は、通常の方法で作動する、抽
出−保有回路及びアナログ−ディジタル変換器を包含す
るアナログ−ディジタル変換器309によって抽出されて
ディジタル化される。
（ｔ）を表す測定値信号は、通常の方法で作動する、抽
出−保有回路及びアナログ−ディジタル変換器を包含す
るアナログ−ディジタル変換器309によって抽出されて
ディジタル化される。
信号をディジタル化処理するための電子ボードの部分
には、信号処理プロセッサ310と、コミュニケーション
プロセッサ311と、クロック回路306とが備えてある。
には、信号処理プロセッサ310と、コミュニケーション
プロセッサ311と、クロック回路306とが備えてある。
信号処理プロセッサ310の主要機能は、干渉計リング
から出る２つの反対方向に伝播する光ビーム間の相対位
相差を明確に表す値を抽出することである。この値は、
受信部分によって発信される信号ｓ（ｔ）に由来し、ア
ナログ−ディジタル変換器309の出力でディジタル形成
にされる。従ってプロセッサは、適用がジャイロスコー
プであるならば角速度、又は電流がファラデー効果によ
って測定されるならば電流値を推算するために、サニャ
ック効果又はファラデー効果を規定する関係式を利用す
る。
から出る２つの反対方向に伝播する光ビーム間の相対位
相差を明確に表す値を抽出することである。この値は、
受信部分によって発信される信号ｓ（ｔ）に由来し、ア
ナログ−ディジタル変換器309の出力でディジタル形成
にされる。従ってプロセッサは、適用がジャイロスコー
プであるならば角速度、又は電流がファラデー効果によ
って測定されるならば電流値を推算するために、サニャ
ック効果又はファラデー効果を規定する関係式を利用す
る。
コミュニケーションプロセッサ311は、信号処理プロ
セッサ310によって発信される瞬時測定値をコード化
し、順番を与え、ディジタル値で伝送すると、発光ダイ
オード312及び単モード若しくはマルチモードの光ファ
イバー313によって外部伝送が行なわれる。
セッサ310によって発信される瞬時測定値をコード化
し、順番を与え、ディジタル値で伝送すると、発光ダイ
オード312及び単モード若しくはマルチモードの光ファ
イバー313によって外部伝送が行なわれる。
クロック回路306は、干渉計がその他の装置と同期的
に作動する場合に特に使用される別の単モード又はマル
チモード光ファイバー314を介して外部同期を受容し、
変調キャリアf1及びf2と同期式復調回路305が適当に作
動するための適当な位相位置の復調キャリア（f1−f2）
とを生成するために、発信部分にある周波数合成生成器
304によって使用される安定したクロック信号を発信す
る。
に作動する場合に特に使用される別の単モード又はマル
チモード光ファイバー314を介して外部同期を受容し、
変調キャリアf1及びf2と同期式復調回路305が適当に作
動するための適当な位相位置の復調キャリア（f1−f2）
とを生成するために、発信部分にある周波数合成生成器
304によって使用される安定したクロック信号を発信す
る。
本発明の主旨を越えずとも種々の配置を変形すること
ができ、種々の手段を等価の手段と置き換えることがで
きる。
ができ、種々の手段を等価の手段と置き換えることがで
きる。
図面は、本発明のサニャック干渉計の光学部分及び電子
部分のブロック図である。 100……光学ボード、101……レーザーダイオード、 102……集積光学回路、103……光検知器、104……共通
入／出口、105,106……入／出口、107,109……光導波
路、108……領域、111,112,113,114……電極、115……
温度測定素子、200……単モード光ファイバー、300……
電子ボード、301……電力供給源、302……調整ブロッ
ク、303……変調器、304……周波数合成器、305……同
期式復調回路、306……クロック回路、307……増幅及び
フィルタ回路、308……増幅及びフィルタ回路、309……
アナログ−ディジタル変換器、310……信号処理プロセ
ッサ、311……コミュニケーションプロセッサ、312……
発行ダイオード、313……光ファイバー。
部分のブロック図である。 100……光学ボード、101……レーザーダイオード、 102……集積光学回路、103……光検知器、104……共通
入／出口、105,106……入／出口、107,109……光導波
路、108……領域、111,112,113,114……電極、115……
温度測定素子、200……単モード光ファイバー、300……
電子ボード、301……電力供給源、302……調整ブロッ
ク、303……変調器、304……周波数合成器、305……同
期式復調回路、306……クロック回路、307……増幅及び
フィルタ回路、308……増幅及びフィルタ回路、309……
アナログ−ディジタル変換器、310……信号処理プロセ
ッサ、311……コミュニケーションプロセッサ、312……
発行ダイオード、313……光ファイバー。
Claims (3)
- 【請求項１】サニャック型光ファイバー干渉計であっ
て、 干渉計ループを構成する光ファイバーと、 同一直線上にある光源及び光検知器と、 前記光源が発する光波を、各々が前記光ファイバーのそ
れぞれの端部に与えられる２本のビームに分割し且つ、
前記光ファイバーの２つの端部から出る２本のビーム
を、光源が発する光波と同一直線上であるが光検知器へ
向かって反対方向に伝播する光波に再合成するための光
学結合手段と、 前記光ファイバーに沿って走行する２本のビームに周期
的且つ対称的な位相変調を与える位相変調手段と、 光源が発するパワーに作用する振幅変調手段と、 光検知器からの信号を処理するための電子手段とから成
り、前記光検知器からの信号を処理するための前記電子
手段が、ビーム位相変調の周波数と光源振幅変調の周波
数との差の低いうなり周波数で作動する復調器を包含す
る干渉計。 - 【請求項２】復調器が同期式復調器である請求項１に記
載の干渉計。 - 【請求項３】振幅変調が光源の作動をパルス状にする役
目をするオン／オフ変調である請求項１に記載の干渉
計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8708135A FR2616538B1 (fr) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | Systeme interferometrique a fibre optique de type sagnac |
| FR8708135 | 1987-06-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63317713A JPS63317713A (ja) | 1988-12-26 |
| JP2554525B2 true JP2554525B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=9351929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63142744A Expired - Fee Related JP2554525B2 (ja) | 1987-06-11 | 1988-06-09 | サニャック型光ファィバー干渉計 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4848910A (ja) |
| EP (1) | EP0297338B1 (ja) |
| JP (1) | JP2554525B2 (ja) |
| CN (1) | CN1013710B (ja) |
| BR (1) | BR8802842A (ja) |
| CA (1) | CA1291253C (ja) |
| DE (1) | DE3863856D1 (ja) |
| ES (1) | ES2023979B3 (ja) |
| FR (1) | FR2616538B1 (ja) |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0652173B2 (ja) * | 1989-03-23 | 1994-07-06 | 日本航空電子工業株式会社 | 光千渉角速度計 |
| US5223911A (en) * | 1989-03-27 | 1993-06-29 | United Technologies Corporation | Single-polarization, integrated optical components for optical gyroscopes |
| JPH03505005A (ja) * | 1989-03-27 | 1991-10-31 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレーション | アクティブ集積光学装置および光学集積装置の製作方法 |
| US5012088A (en) * | 1989-03-31 | 1991-04-30 | Cole James H | High performance fiber optic sensor |
| JPH02300624A (ja) * | 1989-05-15 | 1990-12-12 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
| US5009480A (en) * | 1989-08-11 | 1991-04-23 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyro |
| US5108183A (en) * | 1989-08-31 | 1992-04-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Interferometer utilizing superfluorescent optical source |
| US5046808A (en) * | 1989-12-18 | 1991-09-10 | Litton Systems, Inc. | Integrated optics chip and method of connecting optical fiber thereto |
| JPH03252521A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-11 | Hitachi Ltd | 信号処理方法とその回路および干渉センサと物理量検出方法 |
| US5264914A (en) * | 1990-03-02 | 1993-11-23 | Hitachi Ltd | Interference sensor and method utilizing extracted alliasing frequency components |
| DE69124820T2 (de) * | 1990-04-26 | 1997-07-24 | Hitachi Cable | Optischer Faserkreisel |
| US5106193A (en) * | 1990-08-09 | 1992-04-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical waveguide amplifier source gyroscope |
| US5677622A (en) * | 1991-12-24 | 1997-10-14 | The University Of Sydney | Current sensor using a Sagnac interferometer and spun, single mode birefringent optical fiber to detect current via the Faraday effect |
| ATE216084T1 (de) * | 1991-12-24 | 2002-04-15 | Univ Sydney | Stromfühler |
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| JP2552602B2 (ja) * | 1992-01-16 | 1996-11-13 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
| JPH06129859A (ja) * | 1992-09-02 | 1994-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源から信号を取り出す光ファイバジャイロ |
| US5471301A (en) * | 1993-08-23 | 1995-11-28 | Hitachi Cable, Ltd. | Optical fiber gyro |
| JPH07151555A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源から信号を取り出す光ファイバジャイロ |
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| KR19980077130A (ko) | 1996-04-19 | 1998-11-16 | 마틴 키츠 반 하이닝겐 | 단순화된 신호 처리 장치를 구비한 축소된 최소 구성의 간섭계측용 광섬유 자이로스코프 |
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| US6539134B1 (en) | 1999-02-11 | 2003-03-25 | Kvh Industries, Inc. | Polarization transformer |
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