JP2607998B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents

光ファイバジャイロ

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JP2607998B2 JP3319115A JP31911591A JP2607998B2 JP 2607998 B2 JP2607998 B2 JP 2607998B2 JP 3319115 A JP3319115 A JP 3319115A JP 31911591 A JP31911591 A JP 31911591A JP 2607998 B2 JP2607998 B2 JP 2607998B2
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    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバコイルに
右回り光と左回り光とを伝搬させ、これら右回り光と左
回り光との位相差を検出して光ファイバコイルに印加さ
れるその中心回りの角速度を検出する光ファイバジャイ
ロに関する。
【0002】
【従来の技術】図5に従来の光ファイバジャイロを示
す。光源11からの光は光ファイバカプラなどの光分岐
器12を通り、更に偏光子13を通って所定の偏光方向
の成分のみが取り出され、その偏光子13からの光は光
ファイバカプラなどの光分岐器14で2分配され、その
一方の光は光ファイバコイル16の一端に右回り光とし
て入射され、他方の光は光位相変調器17を通って光フ
ァイバコイル16の他端に左回り光として入射される。
【0003】光ファイバコイル16を伝搬した右回り光
と左回り光とは光分岐器14に戻って合成されて干渉
し、その干渉光は偏光子13で所定の偏光方向の成分の
みが取り出され、その偏光子13を通過した光は光分岐
器12で分岐されて光検出器18に入射され、その光の
強度に応じた電気信号に変換される。変調信号発生器1
9からの周期関数、例えば正弦波信号により光位相変調
器17が駆動され、これを通過する光が位相変調され
る。光検出器18の出力は同期検波回路21で変調信号
発生器19からの基準信号により同期検波され、その検
波出力は出力端子22に出力される。
【0004】光ファイバコイル16に、その軸心回りの
角速度が印加されていない状態では、光ファイバコイル
16を伝搬した右回り光と、左回り光との位相差はゼロ
であり、同期検波回路21の出力もゼロであるが、光フ
ァイバコイル16に、その軸心回りの角速度が印加され
ると、これに応じて右回り光と左回り光とに位相差が生
じ、同期検波回路21から、前記印加角速度の方向およ
び大きさに応じた極性およびレベルの出力が生じ、印加
角速度を検出することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバジャイロは
光ファイバコイル16中の散乱光、偏波変動、カー効果
等の光学的誤差要因により出力ドリフトが生じる。これ
らの影響を抑圧するために、従来においては光源11と
して低コヒーレント(低可干渉性)光を出射するものを
用いることが有効であることが知られている。
【0006】この低コヒーレント光源として従来におい
てはスーパールミネセントダイオード(SLD)、端面
発光形発光ダイオード(ELED)などが一般的に用い
られていた。しかしこれらSLD,ELEDは一般的に
動作電流が大きく、光ファイバジャイロを低消費電力化
することが困難になり、しかも、これら光源は価格が高
いため、光ファイバジャイロも高価なものとなる問題が
あった。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、光源よりの光を光分岐手段にて分配して、光ファイ
バコイルの両端に右回り光、左回り光として入射し、こ
れら右回り光および左回り光の上記光ファイバコイルを
伝搬した光を上記光分岐手段で干渉させ、その干渉光の
光強度を光検出器で電気信号に変換し、その電気信号か
ら、上記光ファイバコイルに、その軸心回りに印加され
る角速度を検出する光ファイバジャイロにおいて、上記
光源は自励発振形マルチモードレーザであって、そのレ
ーザ発振しきい値以下で低可干渉光が発光されている。
請求項2の発明によれば、上記光ファイバコイルは上記
光源よりの光の波長よりも長い波長帯域のシングルモー
ド光ファイバよりなり、上記光源よりの光の波長に対し
て実質的にシングルモードとして作用する程度にコイル
の径が選定されている。
【0008】
【実施例】図1にこの発明の実施例を示し、図5と対応
する部分と同一記号を付けてある。この発明においては
光源11として自励発振形マルチモードレーザ11aが
そのレーザ発振しきい値以下で発光されるものである。
自励発振形マルチモードレーザ11aの電流対光出力特
性は図2Aに示すように、しきい値電流It より大にな
ると急に光力のパワーが大となるが、しきい値電流It
より小さい電流でも小さいパワーであるが発光してい
る。
【0009】自励発振形マルチモードレーザ11aはレ
ーザ発振状態では低コヒーレント性は得られないが、レ
ーザ発振しきい値電流It 以下の発光状態では自然光が
主となるため、SLD,ELEDと同程度の低コヒーレ
ント光となる。自励発振形マルチモードレーザ11aの
出力光のコヒーレント性を図3に示す。Aは駆動電流が
レーザ発振しきい値電流It より2mA低い電流、Bは
しきい値電流It 付近の電流、cはしきい値電流It
上の各特性である。図3で横軸は干渉時の光路差を、縦
軸は干渉稿の鮮明度を示す。図3Aは光路差ゼロ付近で
干渉稿の鮮明度が鋭いピークとなり、光路差がゼロ付近
から大になると、干渉稿の鮮明度はほぼゼロになり、干
渉性がないことがわかる。しかし図3Bでは光路差ゼロ
付近のピークの半値幅が図3Aよりわずか大となり、か
つ光路差が大きくなった所で干渉稿の鮮明性がわずか現
われている。図3Cでは光路差ゼロ付近のピークの半値
幅が比較的大きくなり、光路差が大きくなっても干渉稿
が生じており、可干渉性となっていることが理解され
る。
【0010】ちなみに、SLDのコヒーレンス特性は図
3Dに示すようになり、図3Aとほぼ同一特性である。
これより自励発振形マルチモードレーザ11aをしきい
値I t より1mA以下で駆動して得られる光は従来用い
られている光ファイバジャイロの光源、つまりSLDな
どと同程度の低コヒーレント特性を示すことが理解され
る。しきい値It 付近の駆動電流とする時はコレーレン
ト特性が変化し易く、常時十分な低コヒーレント特性を
得るにはしきい値It より1mA以下低い駆動電流とす
る。
【0011】このようにしきい値It 以下の電流で駆動
すると、図2Aに示したように光出力光量が小さい。よ
って図1に示すように自励発振形マルチモードレーザ1
1aよりの出力光を、図1に示すように、高い光結合効
率が得られる先球グレイン(GRIN)レンズ23によ
り光ファイバなどの光導波路24へ導入して光分岐器1
2へ供給することが好ましい。自励発振形マルチモード
レーザ11aよりの出力光を先球グレインレンズ23に
よりシングルモード光ファイバに導入した時の光ファイ
バ出射光量を図2Bに示す。同図から駆動電流がしきい
値It より2mA低い場合にでも光ファイバ出射光は1
0μW以上あり、低、中精度の光ファイバジャイロの光
源として十分使用可能である。
【0012】コンパクトディスク用自励発振レーザは通
常、0.79μm付近の波長で発光する。従って光源1
1としてこのレーザを用いる時は、光ファイバコイル1
6として0.79μm帯の偏波面保存光ファイバを用い
るか、0.79μm帯のシングルモード光ファイバの一
端にデポラライザを接続したもの、もしくは両端に0.
79μm帯の偏波面保存光ファイバを接続し、互いに直
交した偏波成分が互いに干渉しないようにしたものを用
いるかがなされる。
【0013】しかし図4に示すように光ファイバコイル
16として1.3μm又は1.5μm帯シングルモード
光ファイバを用いることもできる。このシングルモード
光ファイバは0.79μm帯のシングルモード光ファイ
バと比べコアの直径が約2倍となるため、結合時に光フ
ァイバの位置ずれに対する出射光量の変化が少なくな
り、光の導入が容易となる。1.3μm又は1.5μm
帯シングルモード光ファイバに0.79μm波長の光を
伝搬させると、マルチモードで伝播するが、発生多モー
ドは2次モードまで程度であり、光ファイバコイル16
が適当な曲げ、例えば直径20mm程度にされると、実
効屈折率が変化し、遮断周波数が下って、基本モードの
伝搬つまり実質的にシングルモードとして動作すること
になる。図1又は4の光ファイバコイル16の一端にデ
ポラライザを挿入するか、両端に偏波面保存光ファイバ
を接続して、直交した偏波成分が干渉しない程度に位相
差を生じるようにするとよい。
【0014】光分岐器12,14としては光ファイバの
みならず、光ICで構成してもよい。またこの発明を閉
ループ形光ファイバジャイロにも通用できる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば自励
発振形マルチモードレーザを光源として用いているた
め、このレーザはコンパクトディスクの光源として用い
られ、安価に入手でき、従って光ファイバジャイロを安
価に構成でき、かつ、動作電流が小さいため消費電力も
小さい。
【0016】更に1.3μm又は1.5μm帯のような
長波長帯シングルモード光ファイバを用いることによ
り、光結合が容易となり、結合損失を少なくすることが
でき、しかも、これら長波長帯シングルモード光ファイ
バは、通信用に多量生産され、安価に入手でき、この点
で安価に光ファイバジャイロを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。
【図2】Aは自励発振レーザの光出力−駆動電流特性
図、Bは自励発振レーザの出射光を先球グレインレンズ
でシングルモード光ファイバに入射した時の光ファイバ
出射光量と駆動電流との関係例を示す図である。
【図3】A〜Cは自励発振レーザの各種駆動電流での出
力光のコヒーレンス特性を示す図、DはSLDの出力光
のコヒーレンス特性を示す図である。
【図4】請求項2の発明の実施例を示すブロック図。
【図5】従来の光ファイバジャイロを示すブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−500585(JP,A) 特開 平2−245611(JP,A) 特開 昭63−157011(JP,A) 実開 昭61−195410(JP,U) ”ALL−FIBER GYROSC OPE WITH INERTIAL− NAVIGATION SHORT−T ERM SENSITIVITY”,O PTICS LETTERS,VOL. 7,NO.9,P.454−P.456,SE PTEMBER 1982

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源よりの光を光分岐手段にて分配し
    て、光ファイバコイルの両端に右回り光、左回り光とし
    て入射し、これら右回り光および左回り光の上記光ファ
    イバコイルを伝搬した光を上記光分岐手段で干渉させ、
    その干渉光の光強度を光検出器で電気信号に変換し、そ
    の電気信号から、上記光ファイバコイルに、その軸心回
    りに印加される角速度を検出する光ファイバジャイロに
    おいて、 上記光源は自励発振形マルチモードレーザで
    あって、そのレーザ発振しきい値以下で低可干渉光が
    光されているものであることを特徴とする光ファイバジ
    ャイロ。
  2. 【請求項2】 上記光ファイバコイルは上記光源よりの
    光の波長よりも長い波長帯域のシングルモード光ファイ
    バよりなり、上記光源よりの光の波長に対して実質的に
    シングルモードとして作用する程度にコイルの径が選定
    されていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ
    ジャイロ。
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EP92120427A EP0546413B1 (en) 1991-12-03 1992-11-30 Fiber optic gyro
DE1992610774 DE69210774T2 (de) 1991-12-03 1992-11-30 Optischer Faserkreisel

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JPH0618273A JPH0618273A (ja) 1994-01-25
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641084B2 (ja) * 2000-05-08 2011-03-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体レーザの選別方法及び選別装置

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"ALL−FIBER GYROSCOPE WITH INERTIAL−NAVIGATION SHORT−TERM SENSITIVITY",OPTICS LETTERS,VOL.7,NO.9,P.454−P.456,SEPTEMBER 1982

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EP0546413B1 (en) 1996-05-15
DE69210774T2 (de) 1996-11-07
DE69210774D1 (de) 1996-06-20
EP0546413A1 (en) 1993-06-16

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