JPH01191803A - 光ジャイロ用デバイス - Google Patents
光ジャイロ用デバイスInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers 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
- G01C19/721—Details
- G01C19/722—Details of the mechanical construction
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、光導波路デバイス技術に関し、特に光ジャ
イロスコープに使用されるリング状光路を構成するデバ
イスに利用して効果的な技術に関する。
イロスコープに使用されるリング状光路を構成するデバ
イスに利用して効果的な技術に関する。
［従来の技術］
従来、航空機や船舶の航行に不可欠な姿勢制御装置とし
てのジャイロスコープは、磁気浮上型のものが一般的で
あった。しかしながら、磁気浮上型のジャイロスコープ
は機械式であるため精度が十分に高くないとともに、装
置が大型になるという欠点があった。
てのジャイロスコープは、磁気浮上型のものが一般的で
あった。しかしながら、磁気浮上型のジャイロスコープ
は機械式であるため精度が十分に高くないとともに、装
置が大型になるという欠点があった。
そこで近年においては、サグナック効果を利用した光ジ
ャイロスコープが盛ん′に研究され、実用化されるよう
になってきている。
ャイロスコープが盛ん′に研究され、実用化されるよう
になってきている。
光ジャイロスコープには、位相変調形や周波数変調形、
リング共振形等種々の形式のものが提案されており、リ
ング状の光路を光ファイバで構成した光ジャイロスコー
プも開発されている。
リング共振形等種々の形式のものが提案されており、リ
ング状の光路を光ファイバで構成した光ジャイロスコー
プも開発されている。
［発明が解決しようとする問題点］
従来の光フアイバジャイロスコープは、光ファイバをマ
ンドレル周囲にコイル状に捲回してなる光フアイバコイ
ルをリング干渉計等として使用している。そのため、機
械式のジャイロスコープに対してまだ十分にコンパクト
化されているとはいえないとともに１、光ファイバに加
わる外乱によって偏波面が回転されてしまうため、ファ
イバのコアもしくはクラッドに特殊な加工を施した偏波
面保存型の光ファイバを使用しなければならない。
ンドレル周囲にコイル状に捲回してなる光フアイバコイ
ルをリング干渉計等として使用している。そのため、機
械式のジャイロスコープに対してまだ十分にコンパクト
化されているとはいえないとともに１、光ファイバに加
わる外乱によって偏波面が回転されてしまうため、ファ
イバのコアもしくはクラッドに特殊な加工を施した偏波
面保存型の光ファイバを使用しなければならない。
また、光の入出力部に光フアイバカプラや導波路カプラ
を用いる必要性があるため、部品点数が多くなり、測定
精度に影響を与える構造的要因が大きい。そのため、従
来の光ジャイロスコープは、組立て時のばらつきが大き
くなるとともに、機械的安定性および熱的安定性が良好
でないという問題点があった。
を用いる必要性があるため、部品点数が多くなり、測定
精度に影響を与える構造的要因が大きい。そのため、従
来の光ジャイロスコープは、組立て時のばらつきが大き
くなるとともに、機械的安定性および熱的安定性が良好
でないという問題点があった。
この発明の目的は、ジャイロスコープの小型化および高
精度化を可能とし、かつ機械的、熱的安定性を向上させ
るとともに、応用範囲の広いジャイロスコープ用光リン
グデバイスを提供することにある。
精度化を可能とし、かつ機械的、熱的安定性を向上させ
るとともに、応用範囲の広いジャイロスコープ用光リン
グデバイスを提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
ガラスもしくは電気光学効果または音響光学効果を有す
る材料からなる基板上に、うず巻状の光導波路を形成す
るとともに、光導波路の終端部をうず巻の中心から半径
方向に引き出して始端部と平行に近接させてカプラ部を
形成して、リング干渉計とした。
る材料からなる基板上に、うず巻状の光導波路を形成す
るとともに、光導波路の終端部をうず巻の中心から半径
方向に引き出して始端部と平行に近接させてカプラ部を
形成して、リング干渉計とした。
［作用］
上記手段によると、リング状光路を構成するデバイスが
平面的な構造となって小型化が可能となるとともに、基
板型光導波路はもともと偏波面保存性を有するため特殊
な加工を必要とせず容易に製造できる。
平面的な構造となって小型化が可能となるとともに、基
板型光導波路はもともと偏波面保存性を有するため特殊
な加工を必要とせず容易に製造できる。
また、リング状光路とカプラ部とを基板上に一体的に形
成できるとともに、基板の材質として電気光学効果また
は音響光学効果のあるものを用いるようにすれば、入力
光の変調部をも一体化することができるため、部品点数
が減少し、測定精度を高め、機械的および熱的安定性を
向上させることができる。
成できるとともに、基板の材質として電気光学効果また
は音響光学効果のあるものを用いるようにすれば、入力
光の変調部をも一体化することができるため、部品点数
が減少し、測定精度を高め、機械的および熱的安定性を
向上させることができる。
［実施例］
第１図には本発明を適用した光ジャイロスコープ用のリ
ング干渉計の一実施例が示されている。
ング干渉計の一実施例が示されている。
同図において符号１で示されているのは、多成分ガラス
等からなる厚み約２ｍのガラス基板で。
等からなる厚み約２ｍのガラス基板で。
このガラス基板１上にはタリウムを拡散することにより
周囲の基板との屈折率が異なる線幅５μｍのうず巻状の
光導波路２が形成されている。
周囲の基板との屈折率が異なる線幅５μｍのうず巻状の
光導波路２が形成されている。
上記ガラス基板１は７０Ｘ１００＋ｍの大きさを有し、
光導波路２はその巻数を５回とすることにより全長８０
０ｍｍとした。その場合、入力光が光導波路２の始端か
ら終端に達するまでの損失はおよそ１６ｄＢである。
光導波路２はその巻数を５回とすることにより全長８０
０ｍｍとした。その場合、入力光が光導波路２の始端か
ら終端に達するまでの損失はおよそ１６ｄＢである。
光導波路２は、ガラス基板１の形状に合わせて長円形も
しくは楕円形のうず巻とされ、その始端すなわち入光部
２ａはガラス基板１の左側壁に開口されている。また、
光導波路２の終端側はうず巻の中心部から引き出されて
始端部の一部と近接かつ平行に配設されることによって
、導波路カプラ部３が形成されている。導波路カプラ部
３は入光部２ａから入射された光の一部を分岐してうず
巻状導波路を逆回りに進行させる作用を有する。
しくは楕円形のうず巻とされ、その始端すなわち入光部
２ａはガラス基板１の左側壁に開口されている。また、
光導波路２の終端側はうず巻の中心部から引き出されて
始端部の一部と近接かつ平行に配設されることによって
、導波路カプラ部３が形成されている。導波路カプラ部
３は入光部２ａから入射された光の一部を分岐してうず
巻状導波路を逆回りに進行させる作用を有する。
うず巻状導波路２およびカプラ部３を通過した光はガラ
ス基板１の右側壁に開口された出光部２ｂにより出力さ
れる。
ス基板１の右側壁に開口された出光部２ｂにより出力さ
れる。
上記基板上に形成されたうず巻状導波路は互いに５００
μｍ以上離すことによって相互の干渉の影響を無視でき
る。また、上記うず巻状導波路へのアプローチ部にある
交叉部は９０’の角度で交叉させることが望ましいが、
実効的には全反射条件の３倍程度の交叉角をもたせるこ
とで相互干渉の影響を排除することができる。
μｍ以上離すことによって相互の干渉の影響を無視でき
る。また、上記うず巻状導波路へのアプローチ部にある
交叉部は９０’の角度で交叉させることが望ましいが、
実効的には全反射条件の３倍程度の交叉角をもたせるこ
とで相互干渉の影響を排除することができる。
上記実施例のリング干渉計にあっては、リング状光路を
ガラス基板上に形成してなるので、従来の機械式のもの
はもちろんのこと、光フアイバコイルを用いたものに比
べてもその高さが著しく低くなって、光ジャイロスコー
プを大幅に小型化することができる。
ガラス基板上に形成してなるので、従来の機械式のもの
はもちろんのこと、光フアイバコイルを用いたものに比
べてもその高さが著しく低くなって、光ジャイロスコー
プを大幅に小型化することができる。
また、リング干渉計とカプラ部を同一基板上に一体的に
形成できるので部品点数が少なくなり。
形成できるので部品点数が少なくなり。
組立てのバラツキを小さくできるとともに、外乱を受け
にくくなるので機械的および熱的安定性が向上する。
にくくなるので機械的および熱的安定性が向上する。
さらに、基板型光導波路は、偏波面保存性を有している
ので、光、ファイバのように特殊な加工を施す必要がな
いとともに、光導波路２の始端と終端がガラス基板１の
側壁に開口されているため。
ので、光、ファイバのように特殊な加工を施す必要がな
いとともに、光導波路２の始端と終端がガラス基板１の
側壁に開口されているため。
光源であるレーザダイオードや受光器を基板の側壁に直
接取り付けることができる。
接取り付けることができる。
第２図には、本発明を適用したリング干渉計の第２の実
施例が示されている。
施例が示されている。
この実施例では、ＬｉＮｂ０．、ＬｉＴａＯ３の、
ような電気光学効果や音響光学効果を有する材料からな
る直径２インチ、厚み０．１インチの円盤状の基板１上
に、チタンを拡散することによりうず巻状の光導波路２
が形成されている。光導波路２は巻数が６回で全長５０
０園とされている。このとき、光の損失は１５ｄＢであ
る。
ような電気光学効果や音響光学効果を有する材料からな
る直径２インチ、厚み０．１インチの円盤状の基板１上
に、チタンを拡散することによりうず巻状の光導波路２
が形成されている。光導波路２は巻数が６回で全長５０
０園とされている。このとき、光の損失は１５ｄＢであ
る。
また、この実施例では基板１の周縁の一部に楔形の切欠
き４が形成され、その切欠き４の各端面４ａ、４ｂに、
上記光導波路２の始端と終端が開口されている。ただし
、切欠き４の代わりに円板状基板の一部を平らにカット
してそこに光導波路２の始端と終端を開口するようにし
てもよい。
き４が形成され、その切欠き４の各端面４ａ、４ｂに、
上記光導波路２の始端と終端が開口されている。ただし
、切欠き４の代わりに円板状基板の一部を平らにカット
してそこに光導波路２の始端と終端を開口するようにし
てもよい。
さらにこの実施例では、うず巻の中心に、始端側と終端
側の導波路の一部を互いに近接、平行に配設させてなる
カプラ部３が設けられ、カプラ部３の近傍には導波路を
挾むようにして一対の電極５ａ、５ｂが形成されている
。この電極５ａ、５ｂは、アルミニウムあるいは金等の
導電材料を蒸着することにより形成され、この電極５ａ
、５ｂにボンディングワイヤやプローブを介して例えば
１００ＭＨｚのような適当な制御電圧を印加することに
より、光導波路２内を進行する光を変調させることがで
きる。また、印加する電圧の大きさを制御することによ
り、一方の導波路から他方の導波路へ移る光の比率を変
えることができる。
側の導波路の一部を互いに近接、平行に配設させてなる
カプラ部３が設けられ、カプラ部３の近傍には導波路を
挾むようにして一対の電極５ａ、５ｂが形成されている
。この電極５ａ、５ｂは、アルミニウムあるいは金等の
導電材料を蒸着することにより形成され、この電極５ａ
、５ｂにボンディングワイヤやプローブを介して例えば
１００ＭＨｚのような適当な制御電圧を印加することに
より、光導波路２内を進行する光を変調させることがで
きる。また、印加する電圧の大きさを制御することによ
り、一方の導波路から他方の導波路へ移る光の比率を変
えることができる。
従って、この実施例のリング干渉計にあっては、基板１
が電気光学効果を有する材料で構成されている場合には
、前記第１の実施例の効果に加えて入力光を変調する変
調器をもリング干渉計およびカプラとともに同一基板上
に形成することができ、より検出精度を高めることがで
きる。
が電気光学効果を有する材料で構成されている場合には
、前記第１の実施例の効果に加えて入力光を変調する変
調器をもリング干渉計およびカプラとともに同一基板上
に形成することができ、より検出精度を高めることがで
きる。
また、同様に基板１を、音響光学効果を有する材料で構
成した。場合には、カプラ部に設けたトランスデユーサ
−電極に所定の周波数の電位をかけることにより入力光
を変調することができる。
成した。場合には、カプラ部に設けたトランスデユーサ
−電極に所定の周波数の電位をかけることにより入力光
を変調することができる。
なお、上記２つの実施例にお番する光導波路２の形成方
法としては、基板１上にフォトリソグラフィ技術でマス
クを形成した後、Ｔｉ層をスパッタ法や蒸着法で形成し
てから熱処理を加えて拡散させた。
法としては、基板１上にフォトリソグラフィ技術でマス
クを形成した後、Ｔｉ層をスパッタ法や蒸着法で形成し
てから熱処理を加えて拡散させた。
また、基板上の光導波路をシングルモード導波路とする
には、周囲の基板との屈折率差を０．０３〜０．０１と
し、線幅を３〜６μｍとすればよい。
には、周囲の基板との屈折率差を０．０３〜０．０１と
し、線幅を３〜６μｍとすればよい。
［発明の効果］
以上説明したようにこの発明は、ガラスもしくは電気光
学効果または音響光学効果を有する材料からなる基板上
に、うず巻状の光導波路を形成するとともに、光導波路
の終端部をうず巻のの中心から半径方向に引き出して始
端部と平行に近接させてカプラ部を形成したので、リン
グ状光路を構成するデバイスが平面的な構造となって光
ジャイロスコープを超小型化できるようになるとともに
、基板型光導波路が偏波面保存性を有するため特殊な加
工を必要とせず容易に製造ができる。
学効果または音響光学効果を有する材料からなる基板上
に、うず巻状の光導波路を形成するとともに、光導波路
の終端部をうず巻のの中心から半径方向に引き出して始
端部と平行に近接させてカプラ部を形成したので、リン
グ状光路を構成するデバイスが平面的な構造となって光
ジャイロスコープを超小型化できるようになるとともに
、基板型光導波路が偏波面保存性を有するため特殊な加
工を必要とせず容易に製造ができる。
また、リング状光路とカプラ部とを基板上に一体的に形
成できるとともに、基板の材質として電気光学効果また
は音響光学効果のあるものを用いた場合には、入力光の
変調部をも一体化することができるため、部品点数が減
少し、測定精度を高め、機械的および熱的安定性を向上
させることができるという効果がある。
成できるとともに、基板の材質として電気光学効果また
は音響光学効果のあるものを用いた場合には、入力光の
変調部をも一体化することができるため、部品点数が減
少し、測定精度を高め、機械的および熱的安定性を向上
させることができるという効果がある。
第１図は本発明に係る光ジャイロスコープ用のリング干
渉計の一実施例を示す平面図、第２図は本発明に係る光
ジャイロスコープ用のリング干渉計の他の実施例を示す
平面図である。 １・・・・基板（ガラス基板、光学単結晶基板）、２・
・・・光導波路、３・・・・カプラ部、５ａ、５ｂ・・
・・電極。 第 １ 図 第２図
渉計の一実施例を示す平面図、第２図は本発明に係る光
ジャイロスコープ用のリング干渉計の他の実施例を示す
平面図である。 １・・・・基板（ガラス基板、光学単結晶基板）、２・
・・・光導波路、３・・・・カプラ部、５ａ、５ｂ・・
・・電極。 第 １ 図 第２図
Claims (3)
- （１）ガラス基板もしくは光学単結晶基板上にうず巻状
の光導波路を形成し、該光導波路の始端および終端を上
記基板の外壁に臨ませたことを特徴とする光ジャイロ用
デバイス。 - （２）上記光導波路の始端側と終端側の一部を互いに近
接、平行に配設してカプラ部を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の光ジャイロ用デバイス。 - （３）上記光学単結晶を基板として電気光学効果または
音響光学効果を有する材料で構成するとともに、上記カ
プラ部には入力光を変調させるための電極を形成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光ジャイロ
用デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1821988A JPH01191803A (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 光ジャイロ用デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1821988A JPH01191803A (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 光ジャイロ用デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01191803A true JPH01191803A (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=11965532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1821988A Pending JPH01191803A (ja) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | 光ジャイロ用デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01191803A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6922510B2 (en) | 2001-08-16 | 2005-07-26 | Nec Corporation | Spiraling optical device |
-
1988
- 1988-01-27 JP JP1821988A patent/JPH01191803A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6922510B2 (en) | 2001-08-16 | 2005-07-26 | Nec Corporation | Spiraling optical device |
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