JPH01163706A - Multi-direction optical waveguide circuit - Google Patents
Multi-direction optical waveguide circuitInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多方向光導波回路に関し、例えば、光ジャイ
ロのシステムのモノリシック集積化に好適なものであり
、このモノリシック集積化された光ジャイロは、航空機
、船舶、自動車などの慣性航法装置として用いることが
できる。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a multidirectional optical waveguide circuit, and is suitable for monolithically integrating an optical gyro system, for example. can be used as an inertial navigation device for aircraft, ships, automobiles, etc.
光ジャイロの中で受動型リング共振方式光ジャイロは(
例えば、”Pa5sive fiber−optic
ringresonator for rotatio
n sensing” 、 0pticsLetter
s、 Vol、8+ No、12+ 1983参照)、
短い光路長で高感度を得ることができ、モノリシック集
積化に適している。従来は、この方式の光ジャイロをレ
ーザ、フォトダイオード、ビームスプリッタなどの個別
部品を用いて構成していた。Among the optical gyros, the passive ring resonance type optical gyro (
For example, “Pa5sive fiber-optic
ringresonator for rotation
n sensing”, 0pticsLetter
s, Vol. 8+ No. 12+ 1983),
High sensitivity can be obtained with a short optical path length, making it suitable for monolithic integration. Conventionally, this type of optical gyro was constructed using individual components such as a laser, a photodiode, and a beam splitter.
第2図を用いて、この光ジャイロの概要を説明する。An overview of this optical gyro will be explained using FIG.
6はセンシンググループを構成し、光導波路を用いた共
振器であり、その共振周波数が回転速度(角速度)に応
じて変化することを利用して回転を検出する。一般に使
用されているレーザ発振器25より出た周波数f0の光
はビームスプリッタ20により2つの光に分けられ、右
回り光および左回り光となり、周波数変調素子22.2
1を通り周波数変調をうけ、ビームスプリッタ272゜
271を通過しレンズ262,261により集光される
。そして、この集光された光は光導波路5に導引かれ、
光の結合を行うカプラ4を通して光導波路を用いた共振
器であるセンシングループ6に伝搬し共振状態となる。Reference numeral 6 constitutes a sensing group, and is a resonator using an optical waveguide. Rotation is detected by utilizing the fact that the resonant frequency of the resonator changes according to the rotational speed (angular velocity). Light with a frequency f0 emitted from a commonly used laser oscillator 25 is split into two lights by a beam splitter 20, becoming a clockwise light and a counterclockwise light, and the frequency modulation element 22.2
1, undergoes frequency modulation, passes through beam splitters 272 and 271, and is focused by lenses 262 and 261. Then, this focused light is guided to the optical waveguide 5,
The light propagates through the coupler 4 that couples the light to the sensing loop 6, which is a resonator using an optical waveguide, and enters a resonant state.
なお、周波数変調素子22.21は電圧制御発振器24
2,241により周波数f、、f、で駆動され、周波数
変調を行う、共振状態になった光の一部は再びカプラ4
を通して光導波路5にもどり、レンズ261を通りビー
ムスプリッタ271.272で一部が反射され、フォト
ダイオード31.32に入り電気信号となる。Note that the frequency modulation elements 22 and 21 are the voltage controlled oscillators 24.
2,241 drives the light at frequencies f, , f, and performs frequency modulation. A part of the light that has entered the resonance state is re-elected to the coupler 4.
It returns to the optical waveguide 5 through the lens 261, is partially reflected by the beam splitter 271, 272, enters the photodiode 31, 32, and becomes an electrical signal.
受動型リング共振方式では、一方向の光のみで回転速度
が検出できるが、温度などの外乱による影響を除くため
、右回り及び左回りの光を用いそれぞれの出力信号の差
により回転速度を検出する。With the passive ring resonance method, the rotational speed can be detected using only light in one direction, but in order to eliminate the effects of disturbances such as temperature, the rotational speed is detected by the difference between the output signals of clockwise and counterclockwise light. do.
回転速度を検出する場合スイッチ29は短絡している。When detecting the rotational speed, the switch 29 is short-circuited.
まず光ジャイロを共振状態に保っておくため、flの周
波数変調を受けた左回り光のフォトダイオード32から
の出力信号を位相検出器222により検出し、その信号
をサーボ232により位相変調器210ヘフイードバツ
クする。これにより光ジャイロは常に左回り光に対し共
振状態となる。次に回転が加わると周波数f2で変調を
受けていた右回り光は共振状態からずれるが、位相検出
器221から差信号があられれ、サーボ231、電圧制
御発振器242を通して周波数r2にフィードバックが
かかり右回り光は再び共振状態になる。この時、周波数
f、とf2の差を知ることにより回転速度が検出される
。なお、偏光子28は光の偏波面を一定にすることによ
り光の偏波面の変動による出力の変化を取除(働きをす
る。First, in order to keep the optical gyro in a resonant state, the phase detector 222 detects the output signal from the photodiode 32 of counterclockwise light that has been frequency modulated by fl, and the signal is fed back to the phase modulator 210 by the servo 232. do. As a result, the optical gyro is always in a resonant state with respect to counterclockwise light. Next, when rotation is applied, the clockwise light that has been modulated at frequency f2 deviates from the resonant state, but a difference signal is generated from the phase detector 221, and feedback is applied to the frequency r2 through the servo 231 and voltage controlled oscillator 242. The circulating light becomes resonant again. At this time, the rotation speed is detected by knowing the difference between the frequencies f and f2. Note that the polarizer 28 serves to eliminate changes in output due to fluctuations in the polarization plane of light by making the plane of polarization of light constant.
ところで、このシステムの構成では、双方向のレーザ光
を得るためにビームスプリッタが不可欠であり、その分
、構成が複雑化している。また、モノリシック集積化を
行う場合には構成要素が少なく、作製プロセスが容易な
ことが重要であるが、これらの点について検討はなされ
ていない。By the way, in the configuration of this system, a beam splitter is essential in order to obtain bidirectional laser light, and the configuration is accordingly complicated. Furthermore, when performing monolithic integration, it is important that the number of components is small and the manufacturing process is easy, but these points have not been considered.
そこで、本発明では、複数方向にレーザ光を容易に伝送
できると共に、その構成要素を減らすことができ、さら
に、例えば光ジャイロのモノリシック集積化に適用する
場合、各構成要素の配置に関し結晶の面方位依存性を排
除でき作製プロセスを容易化できるようにすることを目
的としている。Therefore, in the present invention, laser light can be easily transmitted in multiple directions, and the number of components can be reduced. Furthermore, when applied to monolithic integration of an optical gyro, for example, the arrangement of each component can be The purpose is to eliminate orientation dependence and facilitate the fabrication process.
上記目的を達成するため、本発明は、複数の方向に同一
特性のレーザ光を放射する複数の出力部を有する単一の
レーザ発振器と、このレーザ発振器の複数の出力部に光
結合され、この各々の光出力を特定の多方向に導く複数
の光導波路とを備えた構成としている。To achieve the above object, the present invention provides a single laser oscillator having a plurality of output parts emitting laser light with the same characteristics in a plurality of directions, and a single laser oscillator optically coupled to the plurality of output parts of the laser oscillator. The structure includes a plurality of optical waveguides that each guide optical output in multiple specific directions.
以下、本発明の多方向光導波回路を図に示す実施例によ
り説明する。第1図はこの先導波回路を用いた第2図に
示す方式の光ジャイロの主要部を示す構成図である。■
はレーザダイオード(以下LDと略す)であり、モノリ
シック基板(例えば、1、P)100に形成されており
、モノリシック集積化に適したDBR(分布反射型)・
LDやDFB(分布帰還型)・LDの構造を有する。第
3図にこのDBR−LDの断面構造を示す。LDがレー
ザ発振するには共振器が必要であり、現在、へき開面を
鏡としたファプリーペロー形の共振器を持ったLDが主
流である。しかしながら、集積化という観点からへき開
を用いたファプリーペロー形共振器の作製は容易ではな
い。これに対し、第3図のDBR−LDにおいては、グ
レーティングにより分布反射器12を構成し共振器とし
ている。電流を流すことにより、光活性層11で発光し
た光14は光導波路13を通って、左右に伝搬していく
。この光導波路13上に形成された反射器12により光
は反射され再び光活性層11中にもどる。以上の繰り返
しによりレーザ発振を引き起こす。そして発振光の一部
は反射器12を通過し光導波路13中を伝搬し出力光と
なる。この時、反射器12の反射率を等しくすることに
より、左右から波長等同じ特性のLD光を得ている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The multidirectional optical waveguide circuit of the present invention will be explained below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the main parts of an optical gyro of the type shown in FIG. 2 using this leading wave circuit. ■
is a laser diode (hereinafter abbreviated as LD), which is formed on a monolithic substrate (for example, 1, P) 100, and is a DBR (distributed reflection type) suitable for monolithic integration.
It has an LD or DFB (distributed feedback type)/LD structure. FIG. 3 shows the cross-sectional structure of this DBR-LD. A resonator is required for an LD to oscillate, and currently, LDs having a Fapley-Perot type resonator in which the cleavage plane is a mirror are mainstream. However, from the viewpoint of integration, it is not easy to fabricate a Fapley-Perot resonator using cleavage. On the other hand, in the DBR-LD shown in FIG. 3, the distributed reflector 12 is constituted by a grating and serves as a resonator. By applying a current, light 14 emitted from the photoactive layer 11 passes through the optical waveguide 13 and propagates left and right. The light is reflected by the reflector 12 formed on the optical waveguide 13 and returns to the photoactive layer 11 again. Repeating the above steps causes laser oscillation. A part of the oscillated light passes through the reflector 12, propagates in the optical waveguide 13, and becomes output light. At this time, by making the reflectance of the reflector 12 equal, LD light having the same characteristics such as wavelength can be obtained from the left and right sides.
第1図にて、2は各々周波数変調素子であり、モノリシ
ック基板100に形成される。受動型リング共振方式光
ジャイロでは回転速度を共振周波数の変化から検出する
方式をとっているため、使用するLD光の周波数を変化
させる必要がある。In FIG. 1, reference numerals 2 denote frequency modulation elements, which are formed on a monolithic substrate 100. In FIG. Since the passive ring resonance type optical gyro uses a method of detecting the rotational speed from changes in the resonance frequency, it is necessary to change the frequency of the LD light used.
この変調素子2はこのために用いるものである。This modulation element 2 is used for this purpose.
3は各々フォトダイオードであり、モノリシック基板1
00に形成され、共振状態を検出するために用いている
。4は各々カプラであり、モノリシック基板100内に
形成され、光導波路間の光の結合を行う、この光結合は
伝搬光のしみ出し効果を利用している。5は光導波路で
あり、モノリシック基板100内に形成され、LD光の
通路である。光通路(コア)の屈折率を外壁(クラッド
)のそれよりも高くすることにより、光を閉込めコア中
を伝搬させている。6はセンシングループであり、第2
図にて示した光導波路を用いた共振器であり、回転速度
を共振周波数のずれとして検出する部分である。3 are photodiodes, and the monolithic substrate 1
00 and is used to detect a resonance state. Coupler 4 is formed in the monolithic substrate 100 and couples light between optical waveguides. This optical coupling utilizes the seepage effect of propagating light. Reference numeral 5 denotes an optical waveguide, which is formed within the monolithic substrate 100 and serves as a path for the LD light. By making the refractive index of the optical path (core) higher than that of the outer wall (cladding), light is confined and propagated through the core. 6 is the sensing loop, the second
This is a resonator using the optical waveguide shown in the figure, and is a part that detects rotational speed as a shift in resonance frequency.
ここで、上記レーザダイオード1、周波数変調素子2、
フォトダイオード3、カプラ4、光導波路5は集積化さ
れており、特に、2つの出力を有するレーザダイオード
1、周波数変調素子2、およびフォトダイオード3は一
次元的に配列されている。その結果、エツチング速度や
結晶成長速度に対する結晶の面方位依存性を排除でき、
作成プロセスが容易となり、また、レーザ光を2分割す
るためのビームスプリッタ20をなくすることができる
。Here, the laser diode 1, the frequency modulation element 2,
The photodiode 3, the coupler 4, and the optical waveguide 5 are integrated, and in particular, the laser diode 1 having two outputs, the frequency modulation element 2, and the photodiode 3 are arranged one-dimensionally. As a result, the dependence of crystal plane orientation on etching rate and crystal growth rate can be eliminated.
The production process becomes easier, and the beam splitter 20 for splitting the laser beam into two can be eliminated.
次に本発明の他の実施例を第4図に示す。(a)は従来
の干渉型ファイバ温度センサであり、(b)は(a)に
示した干渉形ファイバ温度センサに本発明を適用した実
施例である。干渉形ファイバ温度センサは、センサファ
イバ41が温度の変化に対しファイバ長が伸縮し、その
結果、参照ファイバ42とセンサファイバ41を伝搬し
た光の位相が変化することに着目し、2つの光を干渉さ
せることにより、干渉縞43が変化することを利用して
、温度変化を検出する方式のセンサである。本実施例で
は、LDIから左右方向のレーザ光を光導波路を介して
得る構成方法をとることにより、第4図(b)に示すご
とくビームスプリッタ20を削除し構成を簡素化できる
。Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. (a) is a conventional interferometric fiber temperature sensor, and (b) is an embodiment in which the present invention is applied to the interferometric fiber temperature sensor shown in (a). The interferometric fiber temperature sensor focuses on the fact that the length of the sensor fiber 41 expands and contracts in response to temperature changes, and as a result, the phase of the light propagated through the reference fiber 42 and the sensor fiber 41 changes. This is a sensor that detects temperature changes by utilizing the change in interference fringes 43 caused by interference. In this embodiment, by adopting a configuration method in which laser light in the left and right directions is obtained from the LDI via an optical waveguide, the beam splitter 20 can be removed and the configuration can be simplified as shown in FIG. 4(b).
なお、本発明の多方向先導波回路は、上記の光ジャイロ
や光センサに限らず、他の方式の光ジャイロや光学系に
広く適用可能である。Note that the multidirectional leading wave circuit of the present invention is not limited to the above-mentioned optical gyros and optical sensors, but can be widely applied to other types of optical gyros and optical systems.
以上述べたように、本発明の多方向光導波回路では、ビ
ームスプリッタを用いることなく、複数方向にレーザ光
を容易に伝送でき、その構成を簡略化でき、また、例え
ば光ジャイロに適用した場合、−次元的な配列のモノリ
シック集積化が可能であり、結晶の面方位依存性を排除
でき作製プロセスを容易化できる。As described above, the multidirectional optical waveguide circuit of the present invention can easily transmit laser light in multiple directions without using a beam splitter, can simplify its configuration, and can be applied to, for example, an optical gyro. , it is possible to monolithically integrate a -dimensional array, eliminate dependence on crystal plane orientation, and facilitate the manufacturing process.
第1図は本発明をモノリシック集積化光ジャイロに適用
した実施例を示す構成図、第2図は従来の光ジャイロの
構成を示す図、第3図は第1図中のレーザダイオードの
断面構造を示す図、第4図は従来例及び本発明の他の実
施例を示す干渉形ファイバ温度センサの構成図である。
l・・・レーザダイオード、2・・・周波数変調素子。
3・・・フォトダイオード、4・・・カブラ、5・・・
光導波路、6・・・センシングループ、11・・・光活
性層、12・・・分布反射器、13・・・光導波路、2
0,271゜272・・・ビームスプリッタ、21.2
2・・・周波数変調素子、25・・・レーザ発振器、3
1.32・・・フォトダイオード、41・・・センサフ
ァイバ、42・・・参照ファイバ、100・・・モノリ
シック基板、210・・・位相変調器、221,222
・・・位相検出器。
231.232・・・サーボ、241,242・・・電
圧制御発振器、261,262・・・レンズ。Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a monolithically integrated optical gyro, Fig. 2 is a diagram showing the structure of a conventional optical gyro, and Fig. 3 is a cross-sectional structure of the laser diode in Fig. 1. FIG. 4 is a configuration diagram of an interferometric fiber temperature sensor showing a conventional example and another embodiment of the present invention. l...Laser diode, 2...Frequency modulation element. 3...Photodiode, 4...Kabra, 5...
Optical waveguide, 6... Sensing loop, 11... Photoactive layer, 12... Distributed reflector, 13... Optical waveguide, 2
0,271°272...beam splitter, 21.2
2... Frequency modulation element, 25... Laser oscillator, 3
1.32... Photodiode, 41... Sensor fiber, 42... Reference fiber, 100... Monolithic substrate, 210... Phase modulator, 221, 222
...Phase detector. 231,232... Servo, 241,242... Voltage controlled oscillator, 261,262... Lens.
Claims (6)
の出力部を有する単一のレーザ発振器と、このレーザ発
振器の複数の出力部に光結合され、この各々の光出力を
特定の多方向に導く複数の光導波路とを備えたことを特
徴とする多方向光導波回路。(1) A single laser oscillator having multiple output sections that emit laser beams with the same characteristics in multiple directions, and a single laser oscillator that is optically coupled to the multiple output sections of this laser oscillator and that outputs each optical output to a specific laser beam. 1. A multidirectional optical waveguide circuit comprising a plurality of optical waveguides that guide directions.
ノリシック基板に集積化して形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の多方向光導波回路。(2) The multidirectional optical waveguide circuit according to claim 1, wherein the single laser oscillator and the plurality of optical waveguides are integrated and formed on a monolithic substrate.
発振器及び双方向の光導波路により受動型リング共振方
式光ジャイロを構成したことを特徴とする特許請求の範
囲第2項記載の多方向光導波回路。(3) A multidirectional optical waveguide according to claim 2, characterized in that a passive ring resonance type optical gyro is configured by a single laser oscillator and a bidirectional optical waveguide formed on the monolithic substrate. circuit.
する周波数変調素子及び各レーザ光を受光するフォトダ
イオードを含み、前記レーザ発振器、周波数変調素子、
及びフォトダイオードを前記モノリシック基板に一次元
的に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第3項記
載の多方向光導波回路。(4) The optical gyro includes a frequency modulation element that frequency modulates each of the laser beams and a photodiode that receives each laser beam, the laser oscillator, the frequency modulation element,
4. The multidirectional optical waveguide circuit according to claim 3, wherein a photodiode and a photodiode are arranged one-dimensionally on the monolithic substrate.
より干渉形ファイバ温度センサを構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の多方向光導波回路。(5) The multidirectional optical waveguide circuit according to claim 1, wherein the single laser oscillator and bidirectional optical waveguide constitute an interferometric fiber temperature sensor.
ァイバで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第5
項記載の多方向光導波回路。(6) The optical waveguide of the interferometric fiber temperature sensor is constructed from an optical fiber.
The multidirectional optical waveguide circuit described in .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7285787A JPH01163706A (en) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | Multi-direction optical waveguide circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7285787A JPH01163706A (en) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | Multi-direction optical waveguide circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01163706A true JPH01163706A (en) | 1989-06-28 |
Family
ID=13501444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7285787A Pending JPH01163706A (en) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | Multi-direction optical waveguide circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01163706A (en) |
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