JP2766974B2 - 受動型リング共振光ジャイロ - Google Patents
受動型リング共振光ジャイロInfo
- Publication number
- JP2766974B2 JP2766974B2 JP5147607A JP14760793A JP2766974B2 JP 2766974 B2 JP2766974 B2 JP 2766974B2 JP 5147607 A JP5147607 A JP 5147607A JP 14760793 A JP14760793 A JP 14760793A JP 2766974 B2 JP2766974 B2 JP 2766974B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- ring
- light
- optical waveguide
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Lasers (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は受動型リング共振光ジ
ャイロに関するものである。
ャイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光リング共振器は、これを構成するリン
グ状光導波路の一周分の実効的光導波路長がこの内部を
周回する光の波長の整数倍であるとき、リング状光導波
路内の多重干渉光は共振条件を満たして明状態となり大
きなエネルギーをもつ。図４に示すように一枚の基板１
０上に直線状の入出力用光導波路２０とリング状光導波
路１１とを配置して両者を光方向性結合器（以下光結合
器という）１３により光学的に結合させ、これらの入出
力用光導波路２０と、光結合器１３及びリング状光導波
路１１とによって光リング共振器１を構成するものとす
る。図４の例では基板１０にこれらの要素を形成した例
を示すが、光ファイバによって入出力用光導波路２０
と、光結合器１３及びリング状光導波路１１を形成する
こともできる。光源１２から可干渉光を入出力用光導波
路２０に導入して周回（図では右回り）させ、その周回
光の一部を光結合器１４を介して導出し、その導出光の
光強度を受光器１５で検出すると、その検出強度Ｉは光
源１２の光周波数ｆに対し、曲線１６で示すように共振
条件を満す周波数で急峻に検出強度Ｉが上昇する特性と
なる。この時、明状態となる。
グ状光導波路の一周分の実効的光導波路長がこの内部を
周回する光の波長の整数倍であるとき、リング状光導波
路内の多重干渉光は共振条件を満たして明状態となり大
きなエネルギーをもつ。図４に示すように一枚の基板１
０上に直線状の入出力用光導波路２０とリング状光導波
路１１とを配置して両者を光方向性結合器（以下光結合
器という）１３により光学的に結合させ、これらの入出
力用光導波路２０と、光結合器１３及びリング状光導波
路１１とによって光リング共振器１を構成するものとす
る。図４の例では基板１０にこれらの要素を形成した例
を示すが、光ファイバによって入出力用光導波路２０
と、光結合器１３及びリング状光導波路１１を形成する
こともできる。光源１２から可干渉光を入出力用光導波
路２０に導入して周回（図では右回り）させ、その周回
光の一部を光結合器１４を介して導出し、その導出光の
光強度を受光器１５で検出すると、その検出強度Ｉは光
源１２の光周波数ｆに対し、曲線１６で示すように共振
条件を満す周波数で急峻に検出強度Ｉが上昇する特性と
なる。この時、明状態となる。
【０００３】一方リング状光導波路１１に光を導入して
いる光結合器１３においても、リング状光導波路１１内
の周回光の一部は外部へ導出され、この導出光は入射光
と干渉し、その干渉光の強度を受光器１７で検出する
と、その特性は曲線１８のようになる。即ち共振条件を
満たす光周波数ｆで検出強度Ｉは鋭いパルス状に減少し
て暗状態となる。受光器１５で得る特性１６を光リング
共振器の透過特性、受光器１７で得る特性１８を反射特
性と呼ばれている。どちらを用いても光共振角速度計
（光ジャイロ）を構成することができる。通常リング状
光導波路１１に光結合器１４を付加すると光リング共振
器の特性が劣化するので、反射特性を用いることが多
い。そこで以下反射特性を利用したものを例にとり従来
の光ジャイロの概要を説明する。なお反射特性１８は次
式で表される。
いる光結合器１３においても、リング状光導波路１１内
の周回光の一部は外部へ導出され、この導出光は入射光
と干渉し、その干渉光の強度を受光器１７で検出する
と、その特性は曲線１８のようになる。即ち共振条件を
満たす光周波数ｆで検出強度Ｉは鋭いパルス状に減少し
て暗状態となる。受光器１５で得る特性１６を光リング
共振器の透過特性、受光器１７で得る特性１８を反射特
性と呼ばれている。どちらを用いても光共振角速度計
（光ジャイロ）を構成することができる。通常リング状
光導波路１１に光結合器１４を付加すると光リング共振
器の特性が劣化するので、反射特性を用いることが多
い。そこで以下反射特性を利用したものを例にとり従来
の光ジャイロの概要を説明する。なお反射特性１８は次
式で表される。
【０００４】 Ｐ＝Ｉν〔１−α／（１＋βsin2（ｆτ／２））〕 Ｐ：出力光強度、Ｉ：入射光強度、ν：光結合器損失 α，β：光学系で決まる定数、ｆ：光周波数 τ：リング状光導波路１１のリング１周伝搬時間 光ジャイロの原理は方式によらず一般にサニャック効果
に依っている。サニャック効果は、有限の閉面積を囲む
リング状光導波路が、閉面積法線方向を軸に角速度運動
をすると、リング状光導波路内を周回する光に対する位
相が△φだけずれることを云い、次式で表される。
に依っている。サニャック効果は、有限の閉面積を囲む
リング状光導波路が、閉面積法線方向を軸に角速度運動
をすると、リング状光導波路内を周回する光に対する位
相が△φだけずれることを云い、次式で表される。
【０００５】△φ＝（８πＳ／Ｃλ）Ω Ｓ：閉面積、 Ｃ：光速、 Ω：角速度、λ：光源波長 いまリング状光導波路が光リング共振器を構成する場
合、光の共振条件 ｆr ＝ｍ／τ （ｆr ：光共振周波数、 ｍ：整
数） もこのサニャック効果により両回り光で差を生じ、両回
り光の共振周波数差Δｆr は Δｆr ＝（４Ｓ／λＬ）Ω λ：光波長、 Ｌ：リング状光導波路の周長 となる。そこで光リング共振器を用意し、これに外部か
ら可干渉光を導入しつつ、なんらかの方法で両回り光の
共振周波数差を検出すれば、光リング共振器に入力した
光の角速度を定量できる。この原理に基く角速度計が受
動型リング共振光ジャイロと呼ばれる。
合、光の共振条件 ｆr ＝ｍ／τ （ｆr ：光共振周波数、 ｍ：整
数） もこのサニャック効果により両回り光で差を生じ、両回
り光の共振周波数差Δｆr は Δｆr ＝（４Ｓ／λＬ）Ω λ：光波長、 Ｌ：リング状光導波路の周長 となる。そこで光リング共振器を用意し、これに外部か
ら可干渉光を導入しつつ、なんらかの方法で両回り光の
共振周波数差を検出すれば、光リング共振器に入力した
光の角速度を定量できる。この原理に基く角速度計が受
動型リング共振光ジャイロと呼ばれる。
【０００６】図５に従来の光ジャイロの一例を示して説
明する。光源１２からの光は光結合器１９により２分岐
され、これら両光は光周波数シフタ２１，２２でそれぞ
れ光周波数変調され、これら光周波数変調された両光は
光結合器１３により、ガラス又は光学結晶の光導波路よ
りなるリング状光導波路１１に互いに逆回り光として導
入される。発振器２３の発振出力は通常正弦波とされ、
その正弦波信号がそれぞれ加算回路２４，２５を通じて
可変周波数発振器（以下ＶＣＯという）２６，２７に制
御信号として印加され、ＶＣＯ２６，２７の各発振周波
数が正弦波状に変化される。これらＶＣＯ２６，２７の
各発振出力によりそれぞれ光周波数シフタ２１，２２が
変調駆動される。
明する。光源１２からの光は光結合器１９により２分岐
され、これら両光は光周波数シフタ２１，２２でそれぞ
れ光周波数変調され、これら光周波数変調された両光は
光結合器１３により、ガラス又は光学結晶の光導波路よ
りなるリング状光導波路１１に互いに逆回り光として導
入される。発振器２３の発振出力は通常正弦波とされ、
その正弦波信号がそれぞれ加算回路２４，２５を通じて
可変周波数発振器（以下ＶＣＯという）２６，２７に制
御信号として印加され、ＶＣＯ２６，２７の各発振周波
数が正弦波状に変化される。これらＶＣＯ２６，２７の
各発振出力によりそれぞれ光周波数シフタ２１，２２が
変調駆動される。
【０００７】リング状光導波路１１をそれぞれ多重周回
し、それぞれ多重干渉した両回り光の一部が光結合器１
３で外部に導出され、これら導出された光は光結合器１
３において、これらに入射される光周波数シフタ２１，
２２よりの光とそれぞれ干渉し、その各干渉光はそれぞ
れ光結合器２８，２９を介して受光器３１，３２でそれ
ぞれ電気信号に変換される。これら受光器３１，３２の
出力はそれぞれロックイン増幅器３３，３４において、
発振器２３の出力で同期検波され、それら検波出力はそ
れぞれ加算回路２４，２５で発振器２３の出力と加算さ
れてＶＣＯ２６，２７へ制御信号として供給される。
し、それぞれ多重干渉した両回り光の一部が光結合器１
３で外部に導出され、これら導出された光は光結合器１
３において、これらに入射される光周波数シフタ２１，
２２よりの光とそれぞれ干渉し、その各干渉光はそれぞ
れ光結合器２８，２９を介して受光器３１，３２でそれ
ぞれ電気信号に変換される。これら受光器３１，３２の
出力はそれぞれロックイン増幅器３３，３４において、
発振器２３の出力で同期検波され、それら検波出力はそ
れぞれ加算回路２４，２５で発振器２３の出力と加算さ
れてＶＣＯ２６，２７へ制御信号として供給される。
【０００８】一方の光周波数シフタ２１の出力光の周波
数ｆが、図６Ａの曲線３５に示すように発振器２３の正
弦波出力で周波数変調され、その中心周波数を、図４中
の反射特性１８の１つの落ち込みの最小値における周波
数と一致させると、その１つの落ち込み特性３６に対
し、受光器３１から得られる信号（光結合器２８よりの
出力）の強度Ｉは曲線３７に示すように、発振器２３の
出力周波数の２倍の周波数で変動する。よってロックイ
ン増幅器３３の出力、つまり同期検波出力は零になる。
数ｆが、図６Ａの曲線３５に示すように発振器２３の正
弦波出力で周波数変調され、その中心周波数を、図４中
の反射特性１８の１つの落ち込みの最小値における周波
数と一致させると、その１つの落ち込み特性３６に対
し、受光器３１から得られる信号（光結合器２８よりの
出力）の強度Ｉは曲線３７に示すように、発振器２３の
出力周波数の２倍の周波数で変動する。よってロックイ
ン増幅器３３の出力、つまり同期検波出力は零になる。
【０００９】しかしリング状光導波路１１にその軸心囲
りの角速度が入力されると、サニャック効果によりリン
グ状光導波路１１の共振周波数がずれ、例えば図６Ｂに
示すように、光周波数シフタ２１の出力光の周波数の中
心に対し、反射特性の落ち込み特性３６の最小値をとる
周波数がずれ、この結果、受光器３１の出力に得られる
信号強度は曲線３７に示すように、発振器２３の出力周
波数が主成分となる。よってロックイン増幅器３３の出
力、つまり同期検波出力はその入力角速度と対応したも
のとなる。このロックイン増幅器３３の出力が加算回路
２４を通じてＶＣＯ２６へ負帰還され、反射特性の落ち
込み特性３６の最小値をとる周波数に対するずれが戻さ
れるように光周波数シフタ２１による光周波数変調の中
心周波数がずらされる。
りの角速度が入力されると、サニャック効果によりリン
グ状光導波路１１の共振周波数がずれ、例えば図６Ｂに
示すように、光周波数シフタ２１の出力光の周波数の中
心に対し、反射特性の落ち込み特性３６の最小値をとる
周波数がずれ、この結果、受光器３１の出力に得られる
信号強度は曲線３７に示すように、発振器２３の出力周
波数が主成分となる。よってロックイン増幅器３３の出
力、つまり同期検波出力はその入力角速度と対応したも
のとなる。このロックイン増幅器３３の出力が加算回路
２４を通じてＶＣＯ２６へ負帰還され、反射特性の落ち
込み特性３６の最小値をとる周波数に対するずれが戻さ
れるように光周波数シフタ２１による光周波数変調の中
心周波数がずらされる。
【００１０】他方の光周波数シフタ２２から出力され、
リング状光導波路１１に導入された光についても、受光
器３２、ロックイン増幅器３４、加算回路２５、ＶＣＯ
２７により同様に動作する。従ってリング状光導波路１
１内の両回り光はそれぞれ、常に、その各周波数の中心
がリング状光導波路１１で共振するように制御される。
これら両回り光の周波数差として、ＶＣＯ２６，２７の
各出力の周波数差がダブルバランスドミキサ３８で検出
され、この差周波数はリング状光導波路１１への入力角
速度を示す検出量となる。
リング状光導波路１１に導入された光についても、受光
器３２、ロックイン増幅器３４、加算回路２５、ＶＣＯ
２７により同様に動作する。従ってリング状光導波路１
１内の両回り光はそれぞれ、常に、その各周波数の中心
がリング状光導波路１１で共振するように制御される。
これら両回り光の周波数差として、ＶＣＯ２６，２７の
各出力の周波数差がダブルバランスドミキサ３８で検出
され、この差周波数はリング状光導波路１１への入力角
速度を示す検出量となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光リ
ング共振器には図４に示す反射特性１８の一つの落ち込
み特性３６に図３Ｂに示すように二つの最小値Ｍ1 ，Ｍ
2 が発生する欠点がある。その理由を図７を用いて説明
する。従来より落ち込み特性３６の単一性を得るために
リング状光導波路１１に入射する光を単一の偏光面の偏
光光とし、更にリング状光導波路１１としては定偏波光
ファイバを用い、単一の偏光光をリング状光導波路１１
に周回させ共振させる構造としている。
ング共振器には図４に示す反射特性１８の一つの落ち込
み特性３６に図３Ｂに示すように二つの最小値Ｍ1 ，Ｍ
2 が発生する欠点がある。その理由を図７を用いて説明
する。従来より落ち込み特性３６の単一性を得るために
リング状光導波路１１に入射する光を単一の偏光面の偏
光光とし、更にリング状光導波路１１としては定偏波光
ファイバを用い、単一の偏光光をリング状光導波路１１
に周回させ共振させる構造としている。
【００１２】つまり入射光４０は直交する二つの偏波面
を持つ偏光光４１と４２を含む。入力射光４０は入出力
用光導波路２０と偏光子４３を通り、単一の偏光面を持
つ偏光光４１だけを光結合器１３を通じてリング状光導
波路１１に入射させる。リング状光導波路１１に定偏波
光ファイバを用いたとしても定偏波光ファイバが持つク
ロストークによって次第に入射した偏光光４１と直交す
る偏光光４２が生起される。図７ではリング状光導波路
１１に入射した直後は偏光光４１だけが伝播するが、リ
ング状光導波路１１内を進行するに従って直交する偏光
光４２が漸次増加していく様子を模式的に表わしてい
る。従って光結合器１３を通じて入出力用光導波路２０
に出射される出射光４３は偏光光４１と４２を含むもの
となる。
を持つ偏光光４１と４２を含む。入力射光４０は入出力
用光導波路２０と偏光子４３を通り、単一の偏光面を持
つ偏光光４１だけを光結合器１３を通じてリング状光導
波路１１に入射させる。リング状光導波路１１に定偏波
光ファイバを用いたとしても定偏波光ファイバが持つク
ロストークによって次第に入射した偏光光４１と直交す
る偏光光４２が生起される。図７ではリング状光導波路
１１に入射した直後は偏光光４１だけが伝播するが、リ
ング状光導波路１１内を進行するに従って直交する偏光
光４２が漸次増加していく様子を模式的に表わしてい
る。従って光結合器１３を通じて入出力用光導波路２０
に出射される出射光４３は偏光光４１と４２を含むもの
となる。
【００１３】このように、従来のリング状光導波路１１
は定偏波光ファイバを用いたとしても単一の偏波面を持
つ偏光光４１を入射したにも係ず、光が進行するに従っ
てクロストークによって直交する偏波面を持つ偏光光４
２が生成される。この結果、これら二つの偏光光４１と
４２の光路長は複屈折等により同一にならないため、そ
れぞれの光路に対して共振することになり、図３Ｂに示
すように二つの共振状態が存在することになる。
は定偏波光ファイバを用いたとしても単一の偏波面を持
つ偏光光４１を入射したにも係ず、光が進行するに従っ
てクロストークによって直交する偏波面を持つ偏光光４
２が生成される。この結果、これら二つの偏光光４１と
４２の光路長は複屈折等により同一にならないため、そ
れぞれの光路に対して共振することになり、図３Ｂに示
すように二つの共振状態が存在することになる。
【００１４】また定偏波光ファイバの代りに基板に作ら
れた光導波路（例えばニオブ酸リチウムにチタンを拡散
して作った光導波路）の場合も、互に直交する偏光光の
伝播を許すので同様に二つの共振状態が発生することに
なる。光導波路内のクロストークとは、一方の光軸から
他方の光軸に光が乗り移る割合を指す。クロストークの
少ない光ファイバでも１ｍ当り１００万分の１程度の光
量が乗り移る。更に光結合器１３ではこれよりはるかに
多くの光が乗り移る。基板に作られた光導波路では定偏
波化が難しく、クロストークの値は更に大きくなる。
れた光導波路（例えばニオブ酸リチウムにチタンを拡散
して作った光導波路）の場合も、互に直交する偏光光の
伝播を許すので同様に二つの共振状態が発生することに
なる。光導波路内のクロストークとは、一方の光軸から
他方の光軸に光が乗り移る割合を指す。クロストークの
少ない光ファイバでも１ｍ当り１００万分の１程度の光
量が乗り移る。更に光結合器１３ではこれよりはるかに
多くの光が乗り移る。基板に作られた光導波路では定偏
波化が難しく、クロストークの値は更に大きくなる。
【００１５】このような理由から従来は光リング共振器
１には二つの共振状態が存在し、光リング共振器フイル
タとして利用する場合は二つの出力が出ることになり、
また受動型リング共振光ジャイロを構成した場合には一
つの落ち込み特性３６として一つの共振点を利用したと
しても、温度等の変化により、二つの共振状態が重なっ
たり、離れたりするため、他の共振状態との区別が付か
ず、常に一つの共振状態を使用する状態に固定すること
が出来なくなり、加速度の検出値が変動する等の不都合
が生じ受動型リング共振光ジャイロの性能が劣化する欠
点が生じる。
１には二つの共振状態が存在し、光リング共振器フイル
タとして利用する場合は二つの出力が出ることになり、
また受動型リング共振光ジャイロを構成した場合には一
つの落ち込み特性３６として一つの共振点を利用したと
しても、温度等の変化により、二つの共振状態が重なっ
たり、離れたりするため、他の共振状態との区別が付か
ず、常に一つの共振状態を使用する状態に固定すること
が出来なくなり、加速度の検出値が変動する等の不都合
が生じ受動型リング共振光ジャイロの性能が劣化する欠
点が生じる。
【００１６】この発明の目的は二つの共振状態が存在し
ない光リング共振器を提供することにある。
ない光リング共振器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明では絶対単一モ
ード光導波路によって光リング共振器を構成した構造を
特徴とするものである。絶対単一モード光導波路とは空
間的に単一モードでかつ単一の偏波面を持つ偏光光のみ
を伝播させる特性を持つ光導波路（光ファイバ、又は基
板に形成した光導波路）である。
ード光導波路によって光リング共振器を構成した構造を
特徴とするものである。絶対単一モード光導波路とは空
間的に単一モードでかつ単一の偏波面を持つ偏光光のみ
を伝播させる特性を持つ光導波路（光ファイバ、又は基
板に形成した光導波路）である。
【００１８】従ってこの絶対単一モード光導波路によっ
て光リング共振器を構成することにより、共振点が一つ
の光リング共振器を得ることができる。またこの光リン
グ共振器を用いて受動型リング共振光ジャイロを構成す
ることにより、角速度又は角度の計測値が変動すること
のない安定した精度の高いリング共振光ジャイロを得る
ことができる。
て光リング共振器を構成することにより、共振点が一つ
の光リング共振器を得ることができる。またこの光リン
グ共振器を用いて受動型リング共振光ジャイロを構成す
ることにより、角速度又は角度の計測値が変動すること
のない安定した精度の高いリング共振光ジャイロを得る
ことができる。
【００１９】
【実施例】図１にこの発明による光リング共振器の構造
を示す。図７と対応する部分には同一符号を付して示
す。この発明では少なくともリング状光導波路１１を構
成する部材を絶対単一モード光導波路で構成するもので
ある。望ましくは入出力用光導波路２０及び光結合器１
３部分も絶対単一モード光導波路によって構成するとよ
い。絶対単一モード光導波路とは空間的に単一モードで
かつ単一の偏光面を持つ偏光光のみを伝播させ、偏光光
と直交する偏光光を伝播させない特性を持つ。
を示す。図７と対応する部分には同一符号を付して示
す。この発明では少なくともリング状光導波路１１を構
成する部材を絶対単一モード光導波路で構成するもので
ある。望ましくは入出力用光導波路２０及び光結合器１
３部分も絶対単一モード光導波路によって構成するとよ
い。絶対単一モード光導波路とは空間的に単一モードで
かつ単一の偏光面を持つ偏光光のみを伝播させ、偏光光
と直交する偏光光を伝播させない特性を持つ。
【００２０】図１に示す入出力用光導波路２０に入射す
る光４０は互に直交する偏波面を持つ偏光光４１と４２
に分けて考えることができる。入出力用光導波路２０及
び光結合器１３の部分が絶対単一モード光導波路で構成
されている場合は、入射光４０は直ちに単一偏波面を持
つ偏光光４１だけが入出力用光導波路２０が伝播し、光
結合器１３を通じてリング状光導波路１１に入射する。
る光４０は互に直交する偏波面を持つ偏光光４１と４２
に分けて考えることができる。入出力用光導波路２０及
び光結合器１３の部分が絶対単一モード光導波路で構成
されている場合は、入射光４０は直ちに単一偏波面を持
つ偏光光４１だけが入出力用光導波路２０が伝播し、光
結合器１３を通じてリング状光導波路１１に入射する。
【００２１】リング状光導波路１１は絶対単一モード光
導波路で構成されているため、クロストークを起すこと
なく単一偏波面を保って偏光光４１だけが伝播する。入
出力用光導波路２０及び光結合器１３が絶対単一モード
光導波路で構成されていない場合でも、リング状光導波
路１１に入射した光は単一偏光光４１だけが周回し、ク
ロストークを起すことなく単一偏波面を保って伝播す
る。リング状光導波路１１内を多重回転した光４１は光
結合器１３から取出され入出力用光導波路２０の端部か
ら出射光４３として出射される。
導波路で構成されているため、クロストークを起すこと
なく単一偏波面を保って偏光光４１だけが伝播する。入
出力用光導波路２０及び光結合器１３が絶対単一モード
光導波路で構成されていない場合でも、リング状光導波
路１１に入射した光は単一偏光光４１だけが周回し、ク
ロストークを起すことなく単一偏波面を保って伝播す
る。リング状光導波路１１内を多重回転した光４１は光
結合器１３から取出され入出力用光導波路２０の端部か
ら出射光４３として出射される。
【００２２】このような特性を持つ絶対単一モード光導
波路は既に種々提案されているが、その一例を図２に示
す。図２Ａは光ファイバによって絶対単一モード光ファ
イバ５０を実現した例を示す。図２Ａに示した絶対単一
モード光ファイバ５０の構造はサイドピット型或はサイ
ドトンネル型光ファイバと呼ばれ、クラッド５１（屈折
率ｎ3 ）の中に高屈折率コア５２（屈折率ｎ1 ）および
低屈折率コア５３（屈折率ｎ2 ）を作り、各屈折率をｎ
2 ＜ｎ3 ＜ｎ1 となるように選定することにより絶対単
一モード光ファイバを実現することができる。
波路は既に種々提案されているが、その一例を図２に示
す。図２Ａは光ファイバによって絶対単一モード光ファ
イバ５０を実現した例を示す。図２Ａに示した絶対単一
モード光ファイバ５０の構造はサイドピット型或はサイ
ドトンネル型光ファイバと呼ばれ、クラッド５１（屈折
率ｎ3 ）の中に高屈折率コア５２（屈折率ｎ1 ）および
低屈折率コア５３（屈折率ｎ2 ）を作り、各屈折率をｎ
2 ＜ｎ3 ＜ｎ1 となるように選定することにより絶対単
一モード光ファイバを実現することができる。
【００２３】この構造の光ファイバ５０は一般に偏光子
として利用されている。偏光子は普通、光導波路の中の
一部に挿入されて用いられるが、この発明ではリング状
光導波路１１の全体をこの構造の光ファイバ５０によっ
て構成する。図２Ｂ及び図２Ｃは基板６１に形成した光
導波路によって絶対単一モード光導波路６０を構成した
場合を示す。図２Ｂでは基板６１に例えばニオブ酸リチ
ウム或はタンタル酸リチウムのＺ面（円弧状に光を伝播
させるためにはＺ面でなければならない）にプロトン交
換を行なうことにより、基板表面に垂直な偏光光４１に
対して屈折率が高くなり、光を閉じ込め伝播させる。基
板表面に平行な偏光光に対しては屈折率は低くなり光は
漏洩し、絶対単一モード光導波路となる。
として利用されている。偏光子は普通、光導波路の中の
一部に挿入されて用いられるが、この発明ではリング状
光導波路１１の全体をこの構造の光ファイバ５０によっ
て構成する。図２Ｂ及び図２Ｃは基板６１に形成した光
導波路によって絶対単一モード光導波路６０を構成した
場合を示す。図２Ｂでは基板６１に例えばニオブ酸リチ
ウム或はタンタル酸リチウムのＺ面（円弧状に光を伝播
させるためにはＺ面でなければならない）にプロトン交
換を行なうことにより、基板表面に垂直な偏光光４１に
対して屈折率が高くなり、光を閉じ込め伝播させる。基
板表面に平行な偏光光に対しては屈折率は低くなり光は
漏洩し、絶対単一モード光導波路となる。
【００２４】プロトン交換とは例えば安息香酸（Ｃ6 Ｈ
5 ＣＯＯＨ）を融点以上に加熱して融解した液中（水素
イオンＨ+ ：プロトンを有する）にニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3 ）を浸けると、ニオブ酸リチウムのＬｉ
とプロトンＨ+ が交換し、ニオブ酸リチウムの中にプロ
トンＨ+ が入り込む。プロトンＨ+ が入り込んだ部分の
Ｚ軸方向の屈折率が高くなる。
5 ＣＯＯＨ）を融点以上に加熱して融解した液中（水素
イオンＨ+ ：プロトンを有する）にニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3 ）を浸けると、ニオブ酸リチウムのＬｉ
とプロトンＨ+ が交換し、ニオブ酸リチウムの中にプロ
トンＨ+ が入り込む。プロトンＨ+ が入り込んだ部分の
Ｚ軸方向の屈折率が高くなる。
【００２５】このとき光導波路内の屈折率の変化は大き
く、このプロトン交換処理を施した光導波路の屈折率と
光ファイバの屈折率との間に大きな差が生じる。従って
光導波路と光ファイバ（外部に光結合させるための光フ
ァイバ）とを結合するとき、損失が発生するから、その
損失を小さくする目的でアニール処理を行なう。アニー
ル処理は空気中で数１００℃を１〜２時間程度加えて行
なわれる。このアニール処理によってプロトン交換によ
ってニオブ酸リチウム内に入り込んだプロトンＨ+ が拡
散し、光ファイバと絶対単一モード光導波路との屈折率
を合致させることができる。
く、このプロトン交換処理を施した光導波路の屈折率と
光ファイバの屈折率との間に大きな差が生じる。従って
光導波路と光ファイバ（外部に光結合させるための光フ
ァイバ）とを結合するとき、損失が発生するから、その
損失を小さくする目的でアニール処理を行なう。アニー
ル処理は空気中で数１００℃を１〜２時間程度加えて行
なわれる。このアニール処理によってプロトン交換によ
ってニオブ酸リチウム内に入り込んだプロトンＨ+ が拡
散し、光ファイバと絶対単一モード光導波路との屈折率
を合致させることができる。
【００２６】図２Ｃは基板６１に形成した光導波路６０
の上に金属層６２を装荷し、この金属層６２を装荷する
ことによって光導波路６０を絶対単一モード光導波路化
した場合を示す。光導波路６０が元々直交する偏光光を
両方とも伝播させる性質の光導波路であっても、金属層
６２を装荷することにより片方の偏光光を金属層６２が
吸収し、他方の偏光光のみが伝播する絶対単一モード光
導波路とすることができる。金属層６２としてはアルミ
ニューム或は金等を用いることができる。また金属層６
２と光導波路６０との間には例えば二酸化シリコンのよ
うなバッファ層６３を設ける。
の上に金属層６２を装荷し、この金属層６２を装荷する
ことによって光導波路６０を絶対単一モード光導波路化
した場合を示す。光導波路６０が元々直交する偏光光を
両方とも伝播させる性質の光導波路であっても、金属層
６２を装荷することにより片方の偏光光を金属層６２が
吸収し、他方の偏光光のみが伝播する絶対単一モード光
導波路とすることができる。金属層６２としてはアルミ
ニューム或は金等を用いることができる。また金属層６
２と光導波路６０との間には例えば二酸化シリコンのよ
うなバッファ層６３を設ける。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
少なくともリング状光導波路１１を絶対単一モード光導
波路によって構成することにより、リング状光導波路１
１を周回する光は単一偏波光のみとなり、光リング共振
器としての共振特性は図３Ａに示すように単一共振特性
にすることができる。この単一共振特性の光リング共振
器を受動型リング共振光ジャイロに用いることにより、
精度の高い受動型リング共振光ジャイロを得ることがで
きる。
少なくともリング状光導波路１１を絶対単一モード光導
波路によって構成することにより、リング状光導波路１
１を周回する光は単一偏波光のみとなり、光リング共振
器としての共振特性は図３Ａに示すように単一共振特性
にすることができる。この単一共振特性の光リング共振
器を受動型リング共振光ジャイロに用いることにより、
精度の高い受動型リング共振光ジャイロを得ることがで
きる。
【図１】この発明の一実施例を説明するための斜視図。
【図２】Ａはこの発明の要部構造の一例を説明する断面
図、Ｂは要部構造の他の例を説明する断面図、Ｃは要部
構造の更に他の例を説明する断面図。
図、Ｂは要部構造の他の例を説明する断面図、Ｃは要部
構造の更に他の例を説明する断面図。
【図３】Ａはこの発明によって得られる光リング共振器
の共振特性を示すグラフ、Ｂは従来の光リング共振器の
共振特性を説明するためのグラフ。
の共振特性を示すグラフ、Ｂは従来の光リング共振器の
共振特性を説明するためのグラフ。
【図４】従来の光リング共振器の構成及び動作を説明す
るための平面図。
るための平面図。
【図５】受動型リング共振光ジャイロの構成を説明する
ためのブロック図。
ためのブロック図。
【図６】Ａは図５に示した受動型リング共振光ジャイロ
の動作を説明するための波形図、Ｂは図６Ａと同様の波
形図。
の動作を説明するための波形図、Ｂは図６Ａと同様の波
形図。
【図７】従来の光リング共振器の構造及び動作を説明す
るための斜視図。
るための斜視図。
１ 光リング共振器 １０ 基板 １１ リング状光導波路 １３ 光結合器 ２０ 入出力用光導波路 ４１ 単一偏光光 ５０ 絶対単一モード光ファイバ ６０ 絶対単一モード光導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/083 H01S 3/07
Claims (2)
- 【請求項１】 光リング共振器を構成するリング状光導
波路に光結合器を通じて互に逆回りに周回する光を入射
させ、この入射された光をリング状光導波路にて共振さ
せると共に、この共振状態にある光の一部を上記光結合
器を通じて取出し、光結合器を通じて取出した二つの光
の共振周波数差を計測して上記リング状光導波路の法線
方向に与えられた角速度を検出する受動型リング共振光
ジャイロにおいて、 上記光リング共振器を高屈折率コア（屈折率ｎ 1 ）の両
側に屈折率ｎ 2 の低屈折率コアを配置し、これら高屈折
率コアと低屈折率コアを屈折率ｎ 3 のクラッドにて取囲
み、各屈折率をｎ 1 ＞ｎ 3 ＞ｎ 2 に選定した絶対単一モ
ード光ファイバによって構成したことを特徴とする受動
型リング共振光ジャイロ。 - 【請求項２】 光リング共振器を構成するリング状光導
波路に光結合器を通じて互に逆回りに周回する光を入射
させ、この入射された光をリング状光導波路にて共振さ
せると共に、この共振状態にある光の一部を上記光結合
器を通じて取出し、光結合器を通じて取出した二つの光
の共振周波数差を計測して上記リング状光導波路の法線
方向に与えられた角速度を検出する受動型リング共振光
ジャイロにおいて、 上記光リング共振器を基板に形成した絶対単一モード光
導波路によって構成したことを特徴とする受動型リング
共振光ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5147607A JP2766974B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 受動型リング共振光ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5147607A JP2766974B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 受動型リング共振光ジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722674A JPH0722674A (ja) | 1995-01-24 |
| JP2766974B2 true JP2766974B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=15434159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5147607A Expired - Fee Related JP2766974B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 受動型リング共振光ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766974B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4774761B2 (ja) | 2005-03-03 | 2011-09-14 | 日本電気株式会社 | 波長可変共振器、波長可変レーザ、光モジュール及びそれらの制御方法 |
| KR100724159B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2007-06-04 | 케이씨 몰드 주식회사 | 물갈퀴가 구비된 신발 |
| US7535576B2 (en) * | 2006-05-15 | 2009-05-19 | Honeywell International, Inc. | Integrated optical rotation sensor and method for sensing rotation rate |
| WO2009064635A1 (en) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | 3M Innovative Properties Company | Optical microresonator |
| CN103292800B (zh) * | 2013-05-15 | 2016-02-03 | 北京航空航天大学 | 一种单片式集成光学陀螺及其制造方法 |
| WO2020092789A1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | Kvh Industries, Inc. | Method and apparatus for control and suppression of stray light in a photonic integrated circuit |
| JP7189036B2 (ja) * | 2019-01-30 | 2022-12-13 | 京セラ株式会社 | 受発光装置 |
| DE102019207592A1 (de) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Elektrisches Energiespeichersystem und Kraftfahrzeug |
| KR102206850B1 (ko) * | 2019-10-28 | 2021-01-25 | 중앙대학교 산학협력단 | 다중모드 도파로 기반의 링 공진기 센서 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6244620A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | 光フアイバジヤイロスコ−プ |
| JPH01178904A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-17 | Hitachi Cable Ltd | 単一モード光ファイバ方向性結合器 |
| JP2717218B2 (ja) * | 1989-03-28 | 1998-02-18 | 日本電信電話株式会社 | レーザ発振装置 |
| JP2710517B2 (ja) * | 1992-05-07 | 1998-02-10 | 日本電信電話株式会社 | リングレーザ型短光パルス発生装置 |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP5147607A patent/JP2766974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722674A (ja) | 1995-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Suzuki et al. | Monolithically integrated resonator microoptic gyro on silica planar lightwave circuit | |
| EP0434767B1 (en) | Passive ring resonator gyro with polarization rotating ring path | |
| Bergh et al. | An overview of fiber-optic gyroscopes | |
| US4991926A (en) | Integrated optics decorrelator | |
| US10197397B2 (en) | Small low cost resonator fiber optic gyroscope with reduced optical errors | |
| US4514088A (en) | Single-coupler guided-wave passive resonant-ring optical-gyro instrument | |
| JP3335353B2 (ja) | 共振器モードの同期 | |
| US6990269B2 (en) | Fiber optic gyroscope | |
| EP0749564B1 (en) | Reduction of resonator fiber optic gyroscope kerr effect error | |
| US9395184B2 (en) | Resonant fiber optic gyroscope with polarizing crystal waveguide coupler | |
| US6014217A (en) | Fiber optic gyroscope scattering error reduction | |
| US7844152B2 (en) | Kerr effect compensated optical ring resonator | |
| JP2766974B2 (ja) | 受動型リング共振光ジャイロ | |
| Honda et al. | Characteristics of an integrated optics ring resonator fabricated in glass | |
| US5137356A (en) | Fiber optic resonator interferometer gyroscope having a resonator loop formed of two coupled lengths of optical fiber | |
| US5394242A (en) | Fiber optic resonant ring sensor and source | |
| JP2791412B2 (ja) | 光共振角速度計 | |
| JP2514488B2 (ja) | 光ジャイロスコ―プの光リング共振器 | |
| JPH10293223A (ja) | 光導波路素子 | |
| JP3540826B2 (ja) | ファイバ型光アイソレータ | |
| US5898497A (en) | Multimode optical fiber gyro with a double phase conjugate mirror | |
| Suchoski et al. | Monolithic Low-Loss, High-Extinction Integrated Optical Polarizers | |
| JPS6135486B2 (ja) | ||
| JP2548044B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JPS59197012A (ja) | 光変調装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980217 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |