JP2842237B2 - Fiber optic gyro - Google Patents

Fiber optic gyro

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達也 熊谷
寿夫 飯塚
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術の一例として位相変調方式を用
いた光ファイバジャイロについて、その構成と作用につ
いて図3により説明する。光ファイバジャイロの光学系
は、レーザ光源1、偏光子3、センンシングループ5
(光ファイバコイル)、受光器6、2個の光カプラ2
a、2b及び光ファイバコイルの伝搬光を位相変調する
ための位相変調器4から構成されている。光源1から出
射されたレーザ光は、光カプラ2aで分岐され、その一
方の分岐光が偏光子3及び光カプラ2bを介してセンシ
ングループ5に左回り光及び右回り光として送り込まれ
る。センシングループ5を伝搬した光は、光カプラ2b
によって再び合成され、偏光子3及び光カプラ2aを介
して受光器6に導かれる。センシングループ5が移動体
と共に或る角速度Ωをもって回転すると、左右の回り光
の間にサニャック(Sagnac)効果による位相差Φ
s (以下単に「サニャック位相差」という)が発生す
る。サニャック位相差Φs とセンシングループの回転角
速度Ωとの間には、次式で示す比例関係が成立するか
ら、左右の回り光の間の位相差(即ちサニャック位相差
Φs )を計測することによって回転角速度Ωを求めるこ
とが可能である。 Ω=Φs /a (1) 但し、a=4πRl/λcであり、R:センシングルー
プの半径、l:センシングループ長、λ:光源の波長、
c:光速、である。 受光器6によって光電変換された出力信号は、プリアン
プ7を介して信号処理回路8に送り込まれる。その際、
位相変調器による変調信号周波数及びその高調波周波数
成分が同期検波される。信号処理回路8は回転角速度Ω
を求めるための処理及び演算を実行し、更に位相変調器
4を駆動する。図4は、図3の光学系のうち一部の部品
を除去した他の従来例である。この従来技術では、光源
となるレーザダイオードの後面に光検出素子を結合し、
光源を光発生器及び光増幅器として用いている。即ち光
源1から出射された光はセンシングループ5に伝搬され
た後、光カプラ2、偏光子3を介して再び光源に戻って
くるが、光はレーザダイオードによって増幅されてから
光検出器で検出される。
2. Description of the Related Art The configuration and operation of an optical fiber gyro using a phase modulation method as an example of the prior art will be described with reference to FIG. The optical system of the optical fiber gyro includes a laser light source 1, a polarizer 3, and a sensin group 5.
(Optical fiber coil), light receiver 6, two optical couplers 2
a, 2b and a phase modulator 4 for phase modulating the propagation light of the optical fiber coil. The laser light emitted from the light source 1 is branched by the optical coupler 2a, and one of the branched lights is sent to the sensing loop 5 via the polarizer 3 and the optical coupler 2b as left-handed light and right-handed light. The light that has propagated through the sensing loop 5 is transmitted to the optical coupler 2b.
Again, and guided to the light receiver 6 via the polarizer 3 and the optical coupler 2a. When the sensing loop 5 rotates at a certain angular velocity Ω together with the moving object, the phase difference Φ due to the Sagnac effect between the left and right surrounding lights.
s (hereinafter simply referred to as “Sagnac phase difference”). Since the proportional relationship expressed by the following equation is established between the Sagnac phase difference Φ s and the rotational angular velocity Ω of the sensing loop, the phase difference between the left and right surrounding lights (ie, the Sagnac phase difference Φ s ) must be measured. It is possible to obtain the rotational angular velocity Ω by the following. Ω = Φ s / a (1) where a = 4πR1 / λc, R: radius of sensing loop, l: sensing loop length, λ: wavelength of light source,
c: speed of light. The output signal photoelectrically converted by the light receiver 6 is sent to a signal processing circuit 8 via a preamplifier 7. that time,
The modulation signal frequency and its harmonic frequency component by the phase modulator are synchronously detected. The signal processing circuit 8 has a rotational angular velocity Ω
Is performed, and the phase modulator 4 is further driven. FIG. 4 is another conventional example in which some components of the optical system of FIG. 3 are removed. In this conventional technique, a photodetector is coupled to the rear surface of a laser diode serving as a light source,
The light source is used as a light generator and an optical amplifier. That is, the light emitted from the light source 1 propagates to the sensing loop 5 and then returns to the light source via the optical coupler 2 and the polarizer 3, but the light is amplified by the laser diode and detected by the photodetector. Is done.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図3に示す従来技術で
は、光源、センシングループの他に、受光器1台、光カ
プラ2台、偏光子1台が必要であり、部品点数が多く高
価になり、組み立てにも手間がかかる。一方、図4の従
来技術では、光源と受光器を一体化することにより受光
器用の光路、光カプラを省くことはできるが、光の偏波
状態による干渉雑音を除去するために偏光子を使用して
いる点では図3に示す従来技術と同様である。本発明
は、光ファイバジャイロの性能を劣化させることなく偏
光子を除去することにより、大幅に部品数を減らした新
規な光ファイバジャイロを提供することを目的とする。
In the prior art shown in FIG. 3, one light receiver, two optical couplers, and one polarizer are required in addition to the light source and the sensing loop. It takes time to assemble. On the other hand, in the prior art shown in FIG. 4, the light path and the optical coupler for the light receiving device can be omitted by integrating the light source and the light receiving device, but the polarizer is used to remove the interference noise due to the polarization state of the light. This is similar to the prior art shown in FIG. An object of the present invention is to provide a novel optical fiber gyro in which the number of components is greatly reduced by removing a polarizer without deteriorating the performance of the optical fiber gyro.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源
特にGaAlAsレーザダイオードの光出射端の反対側
に配置した受光器で信号光を検出する光ファイバジャイ
ロにおいて、光ファイバとして偏波面保存光ファイバを
用いると共に、前記光源に供給する電流値を光源の消
光比εが、−10dB≦ε≦−2dBの範囲内となる値
に設定して前記光源に供給することにより、従来構成の
光ファイバジャイロの性能を劣化させることなく偏光子
を除去したものである。また、前記光源に供給する電流
値を光源の偏光子pが、0.1≦p≦0.63の範囲内とな
る値に設定して前記光源に供給することによっても、光
源に偏光子の機能をもたせ偏光子を除去することができ
る。
The present invention provides a laser light source ,
In particular, in an optical fiber gyro that detects signal light with a light receiver disposed on the opposite side of the light emitting end of the GaAlAs laser diode, a polarization maintaining optical fiber is used as the optical fiber, and the current value supplied to the light source is controlled by the light source. Extinction
Value at which the light ratio ε falls within the range of −10 dB ≦ ε ≦ −2 dB
The polarizer is removed without deteriorating the performance of the optical fiber gyro having the conventional configuration by supplying the optical fiber to the light source . A current supplied to the light source;
The value is such that the polarizer p of the light source is in the range of 0.1 ≦ p ≦ 0.63.
By setting the light source to a certain value and supplying the light source to the light source, the light source can be provided with the function of a polarizer and the polarizer can be removed.

【0005】[0005]

【作用】一般に、偏波モード結合に基づく零点ドリフト
ΔΩp は、下記の式により与えられる。 ΔΩp ≦180・ε・(2ζ+4η)・p/π・a [ °/s] (2) ここで、 a:光ファイバジャイロのスケールファクタ ε:偏光子の消光比 ζ:偏波面保存光ファイバのクロストーク η:光カプラのクロストーク p:光源の偏光比 但しεは、偏光子を用いない本発明の場合には光源の
偏光減衰又は増幅効果による消光比であり、光源の偏光
比pを互いに直交する偏光軸の光強度成分px、py に
より、 p=py/px (3) と定義すると、 ε=10・logp (4) で定義される。したがって、εが小さい、即ち光源の偏
光方位による減衰又は増幅特性の差が大きい光フィバジ
ャイロほど零点ドリフトは小さい。
In general, the zero point drift ΔΩp based on the polarization mode coupling is given by the following equation. ΔΩp ≦ 180 · ε · (2ζ + 4η) · p / π · a [° / s] (2) where: a: scale factor of optical fiber gyro ε: extinction ratio of polarizer ζ: cross of polarization-maintaining optical fiber talk eta: crosstalk p of the optical coupler: the polarization ratio of the light source, however, epsilon, when the present invention using no polarizer is the extinction ratio due to polarization attenuation or amplification effect of the light source, the polarization ratio p of the light source from each other If p = py / px (3) is defined by the light intensity components px and py of the orthogonal polarization axis, it is defined as ε = 10 · logp (4). Therefore, the smaller the ε, that is, the larger the difference in attenuation or amplification characteristics depending on the polarization direction of the light source, the smaller the zero point drift of the optical fiber gyro.

【0006】[0006]

【実施例】図1により本発明の光ファイバジャイロの実
施例を説明する。レーザ光源1は、その出射端の反対側
に受光器が配置され、光源の内部を通過する直交した2
偏光に対して、減衰率又は増幅率が偏光方位により差が
あるものを使用する。光カプラ2、位相変調器4、セン
シングループ5は従来の光ファイバジャイロで使用され
る構成と同じであるが、偏光子は除去されている。信号
処理回路等の電子回路は図1では省略されているが、従
来例と同様に検出器に接続される。また光ファイバは、
全て偏波面保存光ファイバを使用する。受光器としてP
INフォトダイオードを内蔵したGaAlAsレーザダ
イオードを光源に使用した実験結果について説明する。
図2は光源に供給する電流と消光比との関係を示したも
のである。この図によれば、供給電流を大きくすれば消
光比は小さくなり、したがって、光源の偏光比も小さく
なる。しかし一方では、供給電流を大きくすると光源の
スペクトル幅が狭くなり光ファイバジャイロにおける干
渉雑音が増大するという問題が起きてくる。種々の実験
結果から、マルチモード半導体レーザを使用した場合に
は、レーザ発振しきい値以下の電流値であれば干渉雑音
は非常に小さい。図2では、光源の供給電流は35〜4
5mAが適当であり、このときの消光比ε又は偏光比p
は、 −10dB≦ε≦−2dB (5) 又は、 0.1≦p≦0.63 (6) が最適な数値範囲である。特に、ε=−5dB(p=
0.32)は最適な数値である。本発明の光ファイバジ
ャイロの静止ドリフト特性を図5に示すように、−30
℃〜85℃の温度範囲で測定し、図6に示す従来の偏光
子を使用した光ファイバジャイロの特性と比較したとこ
ろ、同等の特性を示した。なお、以上の実施例では位相
変調方式のオープンループタイプを例にとり説明した
が、クローズドタイプの光ファイバジャイロにも適用で
きる。
FIG. 1 shows an embodiment of an optical fiber gyro according to the present invention. The laser light source 1 has a photodetector disposed on the side opposite to the emission end thereof, and the laser light source 1 has an orthogonal 2
A polarized light having an attenuation rate or an amplification rate that differs depending on the polarization direction is used. The optical coupler 2, the phase modulator 4, and the sensing loop 5 have the same configuration as that used in the conventional optical fiber gyro, but the polarizer is removed. Although an electronic circuit such as a signal processing circuit is omitted in FIG. 1, it is connected to the detector as in the conventional example. Optical fiber is
All use polarization-maintaining optical fibers. P as receiver
An experimental result using a GaAlAs laser diode having a built-in IN photodiode as a light source will be described.
FIG. 2 shows the relationship between the current supplied to the light source and the extinction ratio. According to this figure, if the supply current is increased, the extinction ratio decreases, and therefore, the polarization ratio of the light source also decreases. However, on the other hand, when the supply current is increased, the spectral width of the light source becomes narrower, and a problem arises that interference noise in the optical fiber gyro increases. From various experimental results, when a multi-mode semiconductor laser is used, the interference noise is very small if the current value is equal to or less than the laser oscillation threshold value. In FIG. 2, the supply current of the light source is 35-4.
5 mA is appropriate, and the extinction ratio ε or the polarization ratio p
-10 dB ≦ ε ≦ −2 dB (5) or 0.1 ≦ p ≦ 0.63 (6) is the optimal numerical range. In particular, ε = −5 dB (p =
0.32) is the optimal value. As shown in FIG. 5, the static drift characteristic of the optical fiber gyro according to the present invention is −30.
The temperature was measured in the temperature range of ℃ to 85 ℃, and when compared with the characteristics of the optical fiber gyro using the conventional polarizer shown in FIG. 6, the same characteristics were shown. In the above embodiment, the open loop type of the phase modulation method has been described as an example, but the present invention can also be applied to a closed type optical fiber gyro.

【0007】[0007]

【発明の効果】本発明によれば、従来構成の光ファイバ
ジャイロの性能を劣化させることなく、受光器内蔵の光
源、光カプラ、センシングループ各一台で光ファイバジ
ャイロを構成できるので、安価になり、かつ組み立ても
容易になる。また、部品点数を減らしたので組立後の故
障、狂いも少なくなり信頼性を向上することができる。
According to the present invention, an optical fiber gyro can be constituted by a single light source, optical coupler, and sensing loop each having a built-in photodetector without deteriorating the performance of the optical fiber gyro having the conventional configuration. And assembling becomes easier. In addition, since the number of parts is reduced, failures and deviations after assembly are reduced, and reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光ファイバジャイロの光学系の配置を
示す概略図
FIG. 1 shows an arrangement of an optical system of an optical fiber gyro according to the present invention.
FIG .

【図2】本発明の実施例で使用した光源の供給電流と消
光比との関係を示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a supply current of a light source used in an embodiment of the present invention and an extinction ratio.

【図3】従来技術の一例を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional technique.

【図4】従来技術の他の例を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the related art.

【図5】本発明の光ファイバジャイロの静止ドリフト特
性を示す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a static drift characteristic of the optical fiber gyro of the present invention.

【図6】偏光子を使用した従来の光ファイバジャイロの
静止ドリフト特性を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a static drift characteristic of a conventional optical fiber gyro using a polarizer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 光カプラ 3 偏光子 4 位相変調器 5 センシングループ 6 受光器 7 プリアンプ 8 信号処理回路 Reference Signs List 1 laser light source 2 optical coupler 3 polarizer 4 phase modulator 5 sensing loop 6 light receiver 7 preamplifier 8 signal processing circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−129859(JP,A) 特開 平6−174478(JP,A) 特開 平6−186043(JP,A) 特開 昭61−277014(JP,A) 特開 昭62−44620(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/083 G01C 19/72 H01S 3/08 H01S 3/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-129859 (JP, A) JP-A-6-174478 (JP, A) JP-A-6-186043 (JP, A) JP-A-61- 277014 (JP, A) JP-A-62-44620 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/083 G01C 19/72 H01S 3/08 H01S 3/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 GaAlAsレーザダイオードを用いた
光源と、光ファイバセンシングループと、前記光源から
出射された光を分岐して左右の回り光として光ファイバ
センシングループに送り込み、同ループを伝搬して戻っ
た光を再び合成する光カプラと、合成された光を受光す
る、前記光源の光出射端の反対側に配置した受光器と、
受光器で検出した信号を処理することにより回転角速度
を得る電子回路とを備え、光ファイバとして偏波面保存
光ファイバを用いると共に、前記光源に供給する電流値
を、光源の消光比εが−10dB≦ε≦−2dB の範囲内となる値に設定して前記光源に供給する ことを
特徴とする光ファイバジャイロ。
And 1. A <br/> light source using a GaAlAs laser diode, an optical fiber sensing loop, fed to the optical fiber sensing loop as the left and right around light by branching the light emitted from the light source, the same loop an optical coupler for recombined light back propagated, for receiving the combined light, a photodetector disposed opposite the light emitting end of the light source,
An electronic circuit that obtains a rotational angular velocity by processing a signal detected by a light receiver, using a polarization-maintaining optical fiber as an optical fiber, and a current value supplied to the light source.
Is set to a value such that the extinction ratio ε of the light source is in the range of −10 dB ≦ ε ≦ −2 dB and supplied to the light source .
【請求項2】 GaAlAsレーザダイオードを用いた
光源と、光ファイバセンシングループと、前記光源から
出射された光を分岐して左右の回り光として光ファイバ
センシングループに送り込み、同ループを伝搬して戻っ
た光を再び合成する光カプラと、合成された光を受光す
る、前記光源の光出射端の反対側に配置した受光器と、
受光器で検出した信号を処理することにより回転角速度
を得る電子回路とを備え、光ファイバとして偏波面保存
光ファイバを用いると共に、前記光源に供給する電流値
光源の偏光比pが0.1≦p≦0.63 の範囲内となる値に設定して前記光源に供給する ことを
特徴とする光ファイバジャイロ。
2. A <br/> light source using a GaAlAs laser diode, an optical fiber sensing loop, fed to the optical fiber sensing loop as the left and right around light by branching the light emitted from the light source, the same loop an optical coupler for recombined light back propagated, for receiving the combined light, a photodetector disposed opposite the light emitting end of the light source,
An electronic circuit that obtains a rotational angular velocity by processing a signal detected by a light receiver, using a polarization-maintaining optical fiber as an optical fiber, and a current value supplied to the light source.
Is set to a value such that the polarization ratio p of the light source is within a range of 0.1 ≦ p ≦ 0.63 , and the light is supplied to the light source .
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