JP2791414B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JP2791414B2 JP2791414B2 JP9461894A JP9461894A JP2791414B2 JP 2791414 B2 JP2791414 B2 JP 2791414B2 JP 9461894 A JP9461894 A JP 9461894A JP 9461894 A JP9461894 A JP 9461894A JP 2791414 B2 JP2791414 B2 JP 2791414B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はセンシング用光ファイ
バコイルに光源からの光を右回り光、左回り光として分
岐供給したり、光ファイバコイルを伝搬した右回り光、
左回り光を干渉させるために用いられる光ＩＣを備えた
光ファイバジャイロに関し、特に光ＩＣにもとづくバイ
アスエラーを少なくした光ファイバジャイロに係わる。
バコイルに光源からの光を右回り光、左回り光として分
岐供給したり、光ファイバコイルを伝搬した右回り光、
左回り光を干渉させるために用いられる光ＩＣを備えた
光ファイバジャイロに関し、特に光ＩＣにもとづくバイ
アスエラーを少なくした光ファイバジャイロに係わる。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロは光ファイバによっ
て形成されるコイルに右回り光と左回り光を与え、その
光ファイバコイルにその軸心まわりの回転角速度が加わ
ったとき、左、右両回り光間に位相差が生じるというサ
ニャック効果を利用したジャイロスコープである。
て形成されるコイルに右回り光と左回り光を与え、その
光ファイバコイルにその軸心まわりの回転角速度が加わ
ったとき、左、右両回り光間に位相差が生じるというサ
ニャック効果を利用したジャイロスコープである。
【０００３】図２に光ＩＣを使った従来の光ファイバジ
ャイロの構成を単純化して示す。光源１１を出射した光
は光ファイバ１２、更に光ファイバよりなる光カプラ１
３を通って、光ＩＣ（光集積回路）１４に形成された光
導波路１５の一端に導入される。光導波路１５に導入さ
れた光は、光ＩＣ１４の途中で光導波路１６，１７に分
岐されて光ＩＣ１４の他端に達し、これより光ファイバ
コイル１８の両端に右回り光、左回り光として入射され
る。光ファイバコイル１８を伝搬した光は再び光ＩＣに
戻って光導波路１５で合波され、干渉し、その干渉光は
光ＩＣ１４を出て光カプラ１３で受光器１９に分岐され
導かれる。
ャイロの構成を単純化して示す。光源１１を出射した光
は光ファイバ１２、更に光ファイバよりなる光カプラ１
３を通って、光ＩＣ（光集積回路）１４に形成された光
導波路１５の一端に導入される。光導波路１５に導入さ
れた光は、光ＩＣ１４の途中で光導波路１６，１７に分
岐されて光ＩＣ１４の他端に達し、これより光ファイバ
コイル１８の両端に右回り光、左回り光として入射され
る。光ファイバコイル１８を伝搬した光は再び光ＩＣに
戻って光導波路１５で合波され、干渉し、その干渉光は
光ＩＣ１４を出て光カプラ１３で受光器１９に分岐され
導かれる。
【０００４】さてここで光ファイバコイル１８に、その
軸心まわりの回転角速度が加わると、左、右両回り光に
サニャック効果による位相差が発生し、受光器１９に到
達する干渉光に光量変動が生じる。この光量変動を回転
角速度に換算することによりジャイロの出力を得られ
る。但し、通常は左、右回り光の位相差の変化量が極め
て微小なため、右回り光又は左回り光の何れか一方に位
相変調をかけ、その同期成分を検出することによって検
出感度を向上させている。この点に関してはこの発明の
内容に関連しないので詳細説明は省略する。
軸心まわりの回転角速度が加わると、左、右両回り光に
サニャック効果による位相差が発生し、受光器１９に到
達する干渉光に光量変動が生じる。この光量変動を回転
角速度に換算することによりジャイロの出力を得られ
る。但し、通常は左、右回り光の位相差の変化量が極め
て微小なため、右回り光又は左回り光の何れか一方に位
相変調をかけ、その同期成分を検出することによって検
出感度を向上させている。この点に関してはこの発明の
内容に関連しないので詳細説明は省略する。
【０００５】光ＩＣ１４は例えばニオブ酸リチウム結晶
（ＬｉＮｂＯ3 ）に、これよりわずかに屈折率の高い導
波路を形成することによって作製される。その光導波路
の作製方法は主としてＴｉ拡散法、プロトン交換法の２
種類があり、前者はチタンを熱拡散して結晶内にドープ
し、後者はＨ+ とＬｉ+ とを安息香酸溶液で交換して屈
折率差を得る。
（ＬｉＮｂＯ3 ）に、これよりわずかに屈折率の高い導
波路を形成することによって作製される。その光導波路
の作製方法は主としてＴｉ拡散法、プロトン交換法の２
種類があり、前者はチタンを熱拡散して結晶内にドープ
し、後者はＨ+ とＬｉ+ とを安息香酸溶液で交換して屈
折率差を得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図３に示した従来の光
ファイバジャイロの構造によれば、光ファイバカプラ１
３から光導波路１５に入射する結合部２１において光フ
ァイバと光導波路とのアライメントミス、光ファイバモ
ードと光導波路モードとの形状の違いにより、結合損失
が０．５ｄＢ程度であり損失となった漏れ光２２は光Ｉ
Ｃ１４の結晶内に放射され、光ＩＣ結晶内を伝搬し光Ｉ
Ｃ結晶の光導波路と平行な両側面２３，２４や裏面２５
で反射を繰り返しながら出射側、つまり光ファイバコイ
ル１８側の結合部２６，２７に到達して光ファイバコイ
ル１８の光ファイバ内に混入する。
ファイバジャイロの構造によれば、光ファイバカプラ１
３から光導波路１５に入射する結合部２１において光フ
ァイバと光導波路とのアライメントミス、光ファイバモ
ードと光導波路モードとの形状の違いにより、結合損失
が０．５ｄＢ程度であり損失となった漏れ光２２は光Ｉ
Ｃ１４の結晶内に放射され、光ＩＣ結晶内を伝搬し光Ｉ
Ｃ結晶の光導波路と平行な両側面２３，２４や裏面２５
で反射を繰り返しながら出射側、つまり光ファイバコイ
ル１８側の結合部２６，２７に到達して光ファイバコイ
ル１８の光ファイバ内に混入する。
【０００７】この光ファイバコイル１８に混入した光は
光導波路１５を導波する本来の光と光路が違うため、ジ
ャイロのバイアスエラーの原因となる。即ち光導波路１
５よりの導波光と、漏れ光とは光路長の違いによる位相
差が生じているからである。特に光導波路内で伝搬可能
な偏波モードは、ＴＥモードかＴＭモードかの２種類で
あるが、漏れ光の偏波状態が導波光と違う場合には、こ
れらにそれぞれ影響を与える屈折率の温度係数が相違
し、そのため温度変化に対しては周期的な変動が生じる
ことになる。
光導波路１５を導波する本来の光と光路が違うため、ジ
ャイロのバイアスエラーの原因となる。即ち光導波路１
５よりの導波光と、漏れ光とは光路長の違いによる位相
差が生じているからである。特に光導波路内で伝搬可能
な偏波モードは、ＴＥモードかＴＭモードかの２種類で
あるが、漏れ光の偏波状態が導波光と違う場合には、こ
れらにそれぞれ影響を与える屈折率の温度係数が相違
し、そのため温度変化に対しては周期的な変動が生じる
ことになる。
【０００８】この様な漏れ光の再結合を防ぎ、バイアス
変動の小さい光ファイバジャイロを提供することがこの
発明の目的である。例えば光ＩＣ１４としてニオブ酸リ
チウム結晶を用いた場合、その結晶の屈折率ｎ＝２．１
７と、空気の屈折率ｎ0 ＝１とは大きな屈折率差があ
り、ＩＣ１４の側面２３，２４、裏面２５において、臨
界角θc はｓｉｎ-1ｎ0 ／ｎ≒２７°よりも大きな入射
角θの漏れ光２２は全反射される。従来の光ＩＣ１４の
側面２３，２４や裏面２５は光学研磨されたように平滑
であるため、光ＩＣ１４の結晶自体が光導波管の役割を
し、漏れ光２２が結晶内を導波して光ファイバコイル１
８に混入することになる。
変動の小さい光ファイバジャイロを提供することがこの
発明の目的である。例えば光ＩＣ１４としてニオブ酸リ
チウム結晶を用いた場合、その結晶の屈折率ｎ＝２．１
７と、空気の屈折率ｎ0 ＝１とは大きな屈折率差があ
り、ＩＣ１４の側面２３，２４、裏面２５において、臨
界角θc はｓｉｎ-1ｎ0 ／ｎ≒２７°よりも大きな入射
角θの漏れ光２２は全反射される。従来の光ＩＣ１４の
側面２３，２４や裏面２５は光学研磨されたように平滑
であるため、光ＩＣ１４の結晶自体が光導波管の役割を
し、漏れ光２２が結晶内を導波して光ファイバコイル１
８に混入することになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、光
ＩＣの両側面と裏面が光を散乱させる程度の粗面とされ
ている。請求項２の発明では光ＩＣの両側面及び裏面
に、反射光を低減する反射防止膜、又は光を吸収する光
吸収膜で覆われる。
ＩＣの両側面と裏面が光を散乱させる程度の粗面とされ
ている。請求項２の発明では光ＩＣの両側面及び裏面
に、反射光を低減する反射防止膜、又は光を吸収する光
吸収膜で覆われる。
【００１０】
【作用】請求項１の発明の構成により漏れ光が粗面で散
乱され、光ファイバコイルと再結合する漏れ光が減少す
る。請求項２の発明の構成により、漏れ光は反射光防止
膜又は光吸収膜の存在により、漏れ光に対し、光導波路
として作用しなくなる。
乱され、光ファイバコイルと再結合する漏れ光が減少す
る。請求項２の発明の構成により、漏れ光は反射光防止
膜又は光吸収膜の存在により、漏れ光に対し、光導波路
として作用しなくなる。
【００１１】請求項１の発明、請求項２の発明の何れ
も、漏れ光が光ファイバコイル内に再結合する量が著し
く減少し、ジャイロのバイアスエラーが少なくなる。
も、漏れ光が光ファイバコイル内に再結合する量が著し
く減少し、ジャイロのバイアスエラーが少なくなる。
【００１２】
【実施例】この発明は全体として、例えば図２に示した
従来のものとほぼ同様な構成であるが、特徴とする所
は、光ＩＣ１４であり、その一例（請求項１の発明に対
応）を図１Ａに示す。この実施例では光ＩＣ１４の両側
面２３，２４と裏面２５とが光を散乱させる粗面３１と
される。この粗面３１の形成は例えば＃１０００砥粒で
ＩＣ結晶を２〜３分間、通常の研磨法で研磨することに
より粗面とする。
従来のものとほぼ同様な構成であるが、特徴とする所
は、光ＩＣ１４であり、その一例（請求項１の発明に対
応）を図１Ａに示す。この実施例では光ＩＣ１４の両側
面２３，２４と裏面２５とが光を散乱させる粗面３１と
される。この粗面３１の形成は例えば＃１０００砥粒で
ＩＣ結晶を２〜３分間、通常の研磨法で研磨することに
より粗面とする。
【００１３】このように構成されているため、光ファイ
バカプラ１３から光ＩＣ１４に入射された光のうち、光
導波路１５から漏れた光２２は側面２３，２４、裏面２
５の各粗面３１に入射するごとに散乱され、光ファイバ
コイル１８に再結合する量が減少する。図１Ｂに請求項
２の発明の実施例の要部である光ＩＣ１４の断面を示
す。この実施例では側面２３，２４、裏面２５を覆って
反射防止膜３２が形成される。
バカプラ１３から光ＩＣ１４に入射された光のうち、光
導波路１５から漏れた光２２は側面２３，２４、裏面２
５の各粗面３１に入射するごとに散乱され、光ファイバ
コイル１８に再結合する量が減少する。図１Ｂに請求項
２の発明の実施例の要部である光ＩＣ１４の断面を示
す。この実施例では側面２３，２４、裏面２５を覆って
反射防止膜３２が形成される。
【００１４】単層の反射防止膜３２の場合、次の様にそ
の屈折率ｎa と膜厚ｄを設定すれば反射をゼロにするこ
とができる。 反射防止膜３２の屈折率ｎa ＝（ｎC ｎo ）1/2 ｎc ：ＩＣ１４の結晶屈折率，ｎo ：空気屈折率 膜厚 ｄ＝（２ｍ＋１) λ／（４ｎa ｃｏｓθ） ｍ＝０，１，２…，λ：波長，θ：入射角 例えば光ＩＣ１４の結晶としてニオブ酸リチウム（ｎC
＝２．１７) を、使用波長としてλ＝０．８３μｍを、
漏れ光２２の入射角をθ＝８０°とするとｎa＝１．４
７，ｄ＝０．８１μｍとなる。
の屈折率ｎa と膜厚ｄを設定すれば反射をゼロにするこ
とができる。 反射防止膜３２の屈折率ｎa ＝（ｎC ｎo ）1/2 ｎc ：ＩＣ１４の結晶屈折率，ｎo ：空気屈折率 膜厚 ｄ＝（２ｍ＋１) λ／（４ｎa ｃｏｓθ） ｍ＝０，１，２…，λ：波長，θ：入射角 例えば光ＩＣ１４の結晶としてニオブ酸リチウム（ｎC
＝２．１７) を、使用波長としてλ＝０．８３μｍを、
漏れ光２２の入射角をθ＝８０°とするとｎa＝１．４
７，ｄ＝０．８１μｍとなる。
【００１５】ｎa ＝１．４７近辺の屈折率材料としては
例えばＳｉＯ2 （ｎ＝１．４５) があり、蒸着などによ
り反射防止膜３２として容易に形成することができる。
より厳密に反射を押さえるには反射防止膜３２として多
層膜構造にすれば良い。ただし漏れ光２２の入射角は８
０°以外も存在するのですべての角波の光を完全にゼロ
にすることは困難である。
例えばＳｉＯ2 （ｎ＝１．４５) があり、蒸着などによ
り反射防止膜３２として容易に形成することができる。
より厳密に反射を押さえるには反射防止膜３２として多
層膜構造にすれば良い。ただし漏れ光２２の入射角は８
０°以外も存在するのですべての角波の光を完全にゼロ
にすることは困難である。
【００１６】反射防止膜３２の別の材料として例えば屈
折率１．４７付近のものとしては紫外線硬化形接着剤、
その他のコーティング材を用いることもできる。反射防
止膜３２の代りに、光を吸収する光吸収膜を形成しても
よい。この光吸収膜としては例えばチタンやアルミニウ
ム等の金属を蒸着することによって形成することができ
る。光吸収膜の厚さは例えば１０００Å乃至３０００Å
程度が考えられる。この光吸収膜により漏れ光２２が可
成り減衰して、光ファイバコイル１８に再結合するもの
が著しく減少する。
折率１．４７付近のものとしては紫外線硬化形接着剤、
その他のコーティング材を用いることもできる。反射防
止膜３２の代りに、光を吸収する光吸収膜を形成しても
よい。この光吸収膜としては例えばチタンやアルミニウ
ム等の金属を蒸着することによって形成することができ
る。光吸収膜の厚さは例えば１０００Å乃至３０００Å
程度が考えられる。この光吸収膜により漏れ光２２が可
成り減衰して、光ファイバコイル１８に再結合するもの
が著しく減少する。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、光ＩＣの側面及び裏面が粗面とされているため、
漏れ光が散乱して、光ファイバコイルへの再結合が著し
く減少する。請求項２の発明によれば光ＩＣの側面及び
裏面が反射防止膜又は光吸収膜で覆われているため、漏
れ光の反射が防止され、あるいは漏れ光が吸収されて、
再び光ファイバコイルに混入するのが減少する。
れば、光ＩＣの側面及び裏面が粗面とされているため、
漏れ光が散乱して、光ファイバコイルへの再結合が著し
く減少する。請求項２の発明によれば光ＩＣの側面及び
裏面が反射防止膜又は光吸収膜で覆われているため、漏
れ光の反射が防止され、あるいは漏れ光が吸収されて、
再び光ファイバコイルに混入するのが減少する。
【００１８】従って請求項１及び２の何れの発明におい
てもジャイロのバイアスエラーを小さくすることができ
る。
てもジャイロのバイアスエラーを小さくすることができ
る。
【図１】Ａは請求項１の発明の実施例の要部である光Ｉ
Ｃの断面図、Ｂは請求項２の発明の実施例の要部である
光ＩＣの断面図である。
Ｃの断面図、Ｂは請求項２の発明の実施例の要部である
光ＩＣの断面図である。
【図２】従来の光ファイバジャイロの例を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 19/72 G02B 6/122
Claims (2)
- 【請求項１】 光ＩＣを使った光ファイバジャイロにお
いて、 上記光ＩＣのその光導波路と平行な２つの側面及び裏面
が、光を散乱する程度の粗面とされていることを特徴と
する光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】 光ＩＣを使った光ファイバジャイロにお
いて、 上記光ＩＣのその光導波路と平行な２つの側面及び裏面
が、光の反射を減らす反射防止膜、又は光を吸収する光
吸収膜で覆われていることを特徴とする光ファイバジャ
イロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9461894A JP2791414B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9461894A JP2791414B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07301537A JPH07301537A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2791414B2 true JP2791414B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=14115252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9461894A Expired - Fee Related JP2791414B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791414B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3799611B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2006-07-19 | 日立化成工業株式会社 | 光導波路型光送受信モジュール及び該モジュール作成用基板 |
| JP2007272121A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光素子 |
| JP5011179B2 (ja) | 2008-03-18 | 2012-08-29 | 株式会社フジクラ | ハイパワー用光コネクタ |
| CN105022186A (zh) * | 2014-04-23 | 2015-11-04 | 群创光电股份有限公司 | 显示装置及其加工机台 |
-
1994
- 1994-05-09 JP JP9461894A patent/JP2791414B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07301537A (ja) | 1995-11-14 |
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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: 19980421 |
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