JPH0354283B2 - - Google Patents
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- JPH0354283B2 JPH0354283B2 JP58070720A JP7072083A JPH0354283B2 JP H0354283 B2 JPH0354283 B2 JP H0354283B2 JP 58070720 A JP58070720 A JP 58070720A JP 7072083 A JP7072083 A JP 7072083A JP H0354283 B2 JPH0354283 B2 JP H0354283B2
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- optical waveguides
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は、光フアイバジヤイロ、電流センサ
等の光を用いたセンサの信号を検出する装置に関
する。
等の光を用いたセンサの信号を検出する装置に関
する。
従来、光を用いたセンサにおいては光信号を処
理するために、レンズ、ハーフミラー等の個別の
光学部品を組合せて構成していた。したがつて、
小形化することが難しい上に、各部品間の精密な
軸合せが必要であり、組立てが面倒であつたり、
周囲温度の変動で軸ずれが起つて動作しなくなる
等の欠点があつた。
理するために、レンズ、ハーフミラー等の個別の
光学部品を組合せて構成していた。したがつて、
小形化することが難しい上に、各部品間の精密な
軸合せが必要であり、組立てが面倒であつたり、
周囲温度の変動で軸ずれが起つて動作しなくなる
等の欠点があつた。
オプトエレクトロニクス技術の進展に伴い、基
板上に光導波路を作製する試みが盛んに行なわれ
るようになつてきた。この技術は光回路の小型
化、組立の容易さ、光軸のずれの問題の解消とい
う上記の欠点を克服できる可能性をもつている。
板上に光導波路を作製する試みが盛んに行なわれ
るようになつてきた。この技術は光回路の小型
化、組立の容易さ、光軸のずれの問題の解消とい
う上記の欠点を克服できる可能性をもつている。
基板上に作製された光導波路の一例として欧州
特許出願公開第50059号明細書に記載のＹ分岐光
導波路およびその組合せからなる光導波路があ
る。このＹ分岐光導波路は１つの基幹光導波路と
その一端からＹ字状に分岐した２つの分岐光導波
路とから構成される。２つの分岐光導波路を分岐
部（結合部）に向つて伝搬する光が同相の場合に
はその光のエネルギはすべて基幹光導波路に進
む。分岐光導波路の光が逆位相の場合には光エネ
ルギは基幹光導波路には進まず、基板に漏れてい
く。２つの分岐光導波路を伝搬する光の位相差に
応じて基幹光導波路に進むエネルギと基板に漏れ
るエネルギの割合が定まる。
特許出願公開第50059号明細書に記載のＹ分岐光
導波路およびその組合せからなる光導波路があ
る。このＹ分岐光導波路は１つの基幹光導波路と
その一端からＹ字状に分岐した２つの分岐光導波
路とから構成される。２つの分岐光導波路を分岐
部（結合部）に向つて伝搬する光が同相の場合に
はその光のエネルギはすべて基幹光導波路に進
む。分岐光導波路の光が逆位相の場合には光エネ
ルギは基幹光導波路には進まず、基板に漏れてい
く。２つの分岐光導波路を伝搬する光の位相差に
応じて基幹光導波路に進むエネルギと基板に漏れ
るエネルギの割合が定まる。
基板内部にはそこに漏れる光を閉じ込める構造
が無いので、基板に漏れた光は広がつて伝搬し、
この光を有効に利用することができない。この漏
れ光を正確に検出することは困難であり、またこ
の漏れ光を検出するように配置された検出器には
他の部分からの漏れ光も入射する可能性がある。
が無いので、基板に漏れた光は広がつて伝搬し、
この光を有効に利用することができない。この漏
れ光を正確に検出することは困難であり、またこ
の漏れ光を検出するように配置された検出器には
他の部分からの漏れ光も入射する可能性がある。
発明の概要
この発明は、基板上に形成された光導波路の特
長を活かすとともに、基板への漏れ光を無くした
光学的検出装置を提供することを目的とする。
長を活かすとともに、基板への漏れ光を無くした
光学的検出装置を提供することを目的とする。
この発明による光学的検出装置は、互いに等し
い位置定数を有しかつ一端で互いに交差する２つ
の単一モード光導波路からなる第１の光導波路対
と、互いに異なる位相定数を有しかつ一端で互い
に交差する２つの単一モード光導波路からなる第
２の光導波路対とがそれぞれの交差部で互いに結
合され、第２の光導波路対における位相定数の小
さい方の単一モード光導波路の位相定数が他の３
つの単一モード光導波路の位相定数よりも小さく
設定されており、いずれか一方の光導波路対を構
成する２つの単一モード光導波路の一方の他端に
レーザ光源からのレーザ光が導入され、他方の他
端から出射する光が光検出器に導かれ、他方の光
導波路対を構成する２つの単一モード光導波路を
伝搬する光に位相変調を与える手段が設けられ、
かつこれらの単一モード光導波路の他端に、検出
対象に応じて伝搬光に位相変化を生じさせるセン
サの２つの入出力端が結合されているものであ
る。
い位置定数を有しかつ一端で互いに交差する２つ
の単一モード光導波路からなる第１の光導波路対
と、互いに異なる位相定数を有しかつ一端で互い
に交差する２つの単一モード光導波路からなる第
２の光導波路対とがそれぞれの交差部で互いに結
合され、第２の光導波路対における位相定数の小
さい方の単一モード光導波路の位相定数が他の３
つの単一モード光導波路の位相定数よりも小さく
設定されており、いずれか一方の光導波路対を構
成する２つの単一モード光導波路の一方の他端に
レーザ光源からのレーザ光が導入され、他方の他
端から出射する光が光検出器に導かれ、他方の光
導波路対を構成する２つの単一モード光導波路を
伝搬する光に位相変調を与える手段が設けられ、
かつこれらの単一モード光導波路の他端に、検出
対象に応じて伝搬光に位相変化を生じさせるセン
サの２つの入出力端が結合されているものであ
る。
上記一方の光導波路対を構成する２つの単一モ
ード光導波路の一方に導入されたレーザ光は、交
差部において、上記他方の光導波路対を構成する
２つの単一モード光導波路に等しく分岐してこれ
らの光導波路を伝搬してセンサに入力する。セン
サで位相変調が与えられた光は上記他方の光導波
路対を構成する２つの単一モード光導波路に再び
導入され、さらに交差部から、これらの２つの光
の位相差に応じて、上記一方の光導波路対を構成
する２つの単一モード光導波路に分れて進む。こ
れらの単一モード光導波路のうち光検出器に結合
された光導波路に導入された光は上記２つの光の
位相差に応じた強度をもつており、この強度が光
検出器によつて検出される。レーザ光にはそれが
上記他方の光導波路対を構成する２つの単一モー
ド光導波路を伝搬する過程で位相変調手段によつ
て位相変調が加えられる。光検出器から得られる
検出器に基づいてセンサで生じる位相変化に応じ
た物理量が測定される。
ード光導波路の一方に導入されたレーザ光は、交
差部において、上記他方の光導波路対を構成する
２つの単一モード光導波路に等しく分岐してこれ
らの光導波路を伝搬してセンサに入力する。セン
サで位相変調が与えられた光は上記他方の光導波
路対を構成する２つの単一モード光導波路に再び
導入され、さらに交差部から、これらの２つの光
の位相差に応じて、上記一方の光導波路対を構成
する２つの単一モード光導波路に分れて進む。こ
れらの単一モード光導波路のうち光検出器に結合
された光導波路に導入された光は上記２つの光の
位相差に応じた強度をもつており、この強度が光
検出器によつて検出される。レーザ光にはそれが
上記他方の光導波路対を構成する２つの単一モー
ド光導波路を伝搬する過程で位相変調手段によつ
て位相変調が加えられる。光検出器から得られる
検出器に基づいてセンサで生じる位相変化に応じ
た物理量が測定される。
以上のようにしてこの発明によると、光の分割
ならびに合波および干渉を行なわせる光導波路と
光に変調を与える手段とを同一基板上に設けるこ
とができるので、小型化、無調整化が可能とな
る。また、上記他方の光導波路対を構成する２つ
の単一モード光導波路を伝搬する光はそれらの位
相差に応じて上記一方の光導波路を構成する２つ
の単一モード光導波路に分岐して進み、光が基板
に漏れることがないので、光の有効利用が可能と
なる。
ならびに合波および干渉を行なわせる光導波路と
光に変調を与える手段とを同一基板上に設けるこ
とができるので、小型化、無調整化が可能とな
る。また、上記他方の光導波路対を構成する２つ
の単一モード光導波路を伝搬する光はそれらの位
相差に応じて上記一方の光導波路を構成する２つ
の単一モード光導波路に分岐して進み、光が基板
に漏れることがないので、光の有効利用が可能と
なる。
実施例の説明
まずこの発明の角速度センサ、いわゆる光フア
イバジヤイロに適用した場合の動作原理について
説明する。
イバジヤイロに適用した場合の動作原理について
説明する。
第１図に示すように、強度Iio＝｜Ａ｜2の入射
光が第１の光導波路１１に入射し、結合部１５で
第２および第３の光導波路１２，１３に等分され
てこれらの光導波路１２，１３を伝搬していく。
光導波路１２，１３に設けられた位相変調用電極
１６を含む変調部でこれらの光はΔφ，−Δφの位
相変調を受ける。このときの各光導波路１２，１
３中の光の電界E1，E2は次式で与えられる。
光が第１の光導波路１１に入射し、結合部１５で
第２および第３の光導波路１２，１３に等分され
てこれらの光導波路１２，１３を伝搬していく。
光導波路１２，１３に設けられた位相変調用電極
１６を含む変調部でこれらの光はΔφ，−Δφの位
相変調を受ける。このときの各光導波路１２，１
３中の光の電界E1，E2は次式で与えられる。
E1＝１／２Ａ・exp（jΔφ） …(1)
E2＝１／２Ａ・exp（−jΔφ） …(2)
各光導波路１２，１３の出口には１本の光フア
イバの両端が接続されており、この光フアイバは
半径Ｒでコイル状に巻回されている（３で示す）。
光導波路１２を伝搬する光E1は光フアイバコイ
ル３内を通つて光導波路１３に進む。光導波路１
３の光E2は光フアイバコイル３を通つて光導波
路１２に進む。
イバの両端が接続されており、この光フアイバは
半径Ｒでコイル状に巻回されている（３で示す）。
光導波路１２を伝搬する光E1は光フアイバコイ
ル３内を通つて光導波路１３に進む。光導波路１
３の光E2は光フアイバコイル３を通つて光導波
路１２に進む。
第１図に示す光学系全体が所定方向に回転する
と、光フアイバコイル３内を光が伝搬する間に上
述した互いに逆方向に進む２つの光には位相差が
生じる（サグナツク効果）。この位相差をγとす
る。光フアイバコイル３を通過した２つの光はそ
れぞれ光導波路１３，１２入る。これらの光が光
導波路１３，１２を逆方向に進むときに変調部に
よつて受ける位相変化をそれぞれΔ，−Δとす
ると、変調を受けたあとの光の電界e1，e2はそれ
ぞれ次式で表わされる。
と、光フアイバコイル３内を光が伝搬する間に上
述した互いに逆方向に進む２つの光には位相差が
生じる（サグナツク効果）。この位相差をγとす
る。光フアイバコイル３を通過した２つの光はそ
れぞれ光導波路１３，１２入る。これらの光が光
導波路１３，１２を逆方向に進むときに変調部に
よつて受ける位相変化をそれぞれΔ，−Δとす
ると、変調を受けたあとの光の電界e1，e2はそれ
ぞれ次式で表わされる。
e1＝E2・exp（jΔ） …(3)
e2＝E1・exp（−jΔ）・exp（jγ） …(4)
ここで
γ＝4πLRΩ／λC …(5)
Ｌ：光フアイバの長さ
Ｒ：光フアイバコイルの半径
λ：光の波長（真空中）
Ω：光学系全体の回転の角速度
Ｃ：光速（真空中）
であり、位相差γは一方の光を基準としている。
これら２つの光e1，e2は、結合部１５から第１
の光導波路１１と第４の光導波路１４とに、それ
らの位相差に応じた強度で分れて進むことにな
る。第４の光導波路１４で得られる出力光強度
Iputは２つの光e1とe2の位相差に応じた値（２つ
の光の合成、干渉により得られる強度）となり、
それは第(1)式〜第(4)式を用いて次式で表わされ
る。
の光導波路１１と第４の光導波路１４とに、それ
らの位相差に応じた強度で分れて進むことにな
る。第４の光導波路１４で得られる出力光強度
Iputは２つの光e1とe2の位相差に応じた値（２つ
の光の合成、干渉により得られる強度）となり、
それは第(1)式〜第(4)式を用いて次式で表わされ
る。
Iput＝１／２｜e1−e2｜2＝１／４｜Ａ｜2・｜exp(jγ)
・exp｛ｊ(Δφ-Δφ)〓−exp｛−ｊ(Δφ-Δ)｝｜2
…(6) 光導波路１２，１３を伝搬する光に正弦波の形
で位相変調を与えるとし、変調振巾をａ、変調角
周波数をωとすると、Δφ，Δは次式で与えられ
る。
・exp｛ｊ(Δφ-Δφ)〓−exp｛−ｊ(Δφ-Δ)｝｜2
…(6) 光導波路１２，１３を伝搬する光に正弦波の形
で位相変調を与えるとし、変調振巾をａ、変調角
周波数をωとすると、Δφ，Δは次式で与えられ
る。
Δφ＝ａ・sin（ωt） …(7)
Δ＝ａ・sin｛ω（ｔ＋t0）｝ …(8)
t0＝nL／Ｃ …(9)
ｎ：光フアイバの屈折率
変調波の光波に対する位相は問題としないの
で、次の置き変えを行なう。
で、次の置き変えを行なう。
ωt →ω（ｔ−t0／２）
ω（ｔ＋t0）→ω（ｔ＋t0／２）
これにより、
Δφ−Δ
＝−2a・sin（ωt0／２）・cos（ωt） …(10)
となる。
第(10)式を第(6)式に代入すると次式を得る。
Iout＝１／２〔１−cos（γ）・｛J0（α）＋∞
〓K=1
（−１）J2K（α）・cos（2kωt）｝
−sin（γ）・｛２∞
〓
〓K=1
（−１）kJ2k+1（α）・cos｛（2k＋１）ωt｝｝〕
…(11) ここで α＝4a・sin（ωt0／２） …(12) Jo（α）：ベツセル関数 である。
…(11) ここで α＝4a・sin（ωt0／２） …(12) Jo（α）：ベツセル関数 である。
第(11)式に含まれる周波数成分のうち低次のもの
を取出すと次式を得る。
を取出すと次式を得る。
直流成分
S0＝Iio｛１−J0（α）・cos（γ）｝ (13)
基本波成分
S1＝−Iio・J1（α）・sin（γ） (14)
第２高調波成分
S2＝Iio・J2（α）・cos（γ） …(15)
第３高調波成分
S3＝Iio・J3（α）・sin（γ） …(16)
第４高調波成分
S4＝−Iio・J4（α）・cos（γ） …(17)
第(14)式〜第(17)式より次式を得る。
sin（γ）＝−S1／Iio・J1（α） …(18)
tan（γ）＝α／４・S3−S1／S2 …(19)
cot（γ）＝α／６・S2−S4／S3 …(20)
第(18)式〜第(20)式のうちの所望のものを用い
て位相差γを求め、さらに第(5)式より回転の貝速
度を得ることができる。
て位相差γを求め、さらに第(5)式より回転の貝速
度を得ることができる。
第２図は、光フアイバジヤイロの具体的な構成
を示している。ニオブ酸リチウム基板１０上に
Tiの拡散などによつて上述の光導波路１１〜１
４が形成されている。これらの光導波路１１〜１
４はいずれも単一モード光導波路であり、光導波
路１１，１２，１３の巾はそれらの位相定数が同
じになるように等しく設定されている。光導波路
１４のみの巾が狭くその位相定数が小さく設定さ
れている。光導波路１１〜１４は結合部で結合さ
れているが、光導波路１１と１４とのなす角、お
よび光導波路１２と１３とのなす角はいずれもき
わめて小さく、たとえば1゜以下である。このよう
な光導波路の詳細な構成および光伝搬理論は、特
願昭57−86178に導波形光ビーム・スプリツタと
して詳述されている。
を示している。ニオブ酸リチウム基板１０上に
Tiの拡散などによつて上述の光導波路１１〜１
４が形成されている。これらの光導波路１１〜１
４はいずれも単一モード光導波路であり、光導波
路１１，１２，１３の巾はそれらの位相定数が同
じになるように等しく設定されている。光導波路
１４のみの巾が狭くその位相定数が小さく設定さ
れている。光導波路１１〜１４は結合部で結合さ
れているが、光導波路１１と１４とのなす角、お
よび光導波路１２と１３とのなす角はいずれもき
わめて小さく、たとえば1゜以下である。このよう
な光導波路の詳細な構成および光伝搬理論は、特
願昭57−86178に導波形光ビーム・スプリツタと
して詳述されている。
この導波形光ビーム・スプリツタの動作原理を
簡単に説明しておく。第３図は導波形光ビーム・
スプリツタとして動作する部分を拡大して示すも
ので、第１図および第２図とは左右が逆になつて
いる。説明の便宜のために、光導波路１２，１３
から光導波路１１，１４に向う方向をＺ軸、紙面
に垂直な方向をＸ軸として、XYZ座標軸をとる。
また、光導波路１２，１３を対称側、光導波路１
１，１４を非対称側と呼ぶ。
簡単に説明しておく。第３図は導波形光ビーム・
スプリツタとして動作する部分を拡大して示すも
ので、第１図および第２図とは左右が逆になつて
いる。説明の便宜のために、光導波路１２，１３
から光導波路１１，１４に向う方向をＺ軸、紙面
に垂直な方向をＸ軸として、XYZ座標軸をとる。
また、光導波路１２，１３を対称側、光導波路１
１，１４を非対称側と呼ぶ。
簡単のために、Ｘ方向には変化のない２次元構
造を考える。また、光導波路１２，１３および光
導波路１１，１４の交差角はいずれも十分に小さ
く、光波はほぼＺ方向に進行し、Ｚ方向の微小変
化に対して光導波路１２と１３の間隔、および光
導波路１１と１４の間隔の変化は無視できるもの
とする。すなわち、結合部１５を除いて、微小区
間を考えれば、２本の平行な光導波路があり、Ｙ
方向に一様な５層構造が形成されている、とみな
すことができるものとする。このような場合に
は、ローカル・ノーマル・モード（Local
Normal Mode）による解析法が適用できる。
造を考える。また、光導波路１２，１３および光
導波路１１，１４の交差角はいずれも十分に小さ
く、光波はほぼＺ方向に進行し、Ｚ方向の微小変
化に対して光導波路１２と１３の間隔、および光
導波路１１と１４の間隔の変化は無視できるもの
とする。すなわち、結合部１５を除いて、微小区
間を考えれば、２本の平行な光導波路があり、Ｙ
方向に一様な５層構造が形成されている、とみな
すことができるものとする。このような場合に
は、ローカル・ノーマル・モード（Local
Normal Mode）による解析法が適用できる。
よく知られているように、２つの単一モード光
導波路からなる５層光導波路の固有モードには、
偶モードと奇モードの２種類がある。第４図ａ，
ｂには、この５層光導波路構造における偶モード
と奇モードの伝搬状態がそれぞれ示されている。
第４図ｃには、この５層光導波路の偶、奇両モー
ドの位相定数の変化の様子が示されている。光導
波路１２，１３からなる対称側において、結合部
１５から十分に遠く、光導波路１２と１３の間隔
が広い位置では、光導波路１２と１３の間の結合
が無視できるため２つの固有モードは縮退し、両
モードの位相定数は等しい。結合部１５に近づく
につれて縮退がとけて両モードの位相定数の差が
大きくなる。結合部１５では、２つの光導波路が
１つになり、３層光導波路構造となるため、偶モ
ードは３層光導波路の基本モード（位相定数の大
きい方）に、奇モードは１次モード（位相定数の
小さい方）にそれぞれ移行する。結合部１５を過
ぎて、光導波路１１と１４からなる非対称側には
いると、光導波路１１と１４の間隔が再び拡大す
るため両モードの位相定数の差は減少するが、光
導波路１１と１４の位相定数が異なるので、偶、
奇モードの位相定数はそれぞれ異なる値に漸近す
る。この例では、光導波路１１の幅が光導波路１
４の幅より広くなつているから、位相定数は光導
波路１１のほうが大きい。したがつて、偶モード
の光波パワーは光導波路１１に、奇モードの光波
パワーは光導波路１４にそれぞれ集中する。
導波路からなる５層光導波路の固有モードには、
偶モードと奇モードの２種類がある。第４図ａ，
ｂには、この５層光導波路構造における偶モード
と奇モードの伝搬状態がそれぞれ示されている。
第４図ｃには、この５層光導波路の偶、奇両モー
ドの位相定数の変化の様子が示されている。光導
波路１２，１３からなる対称側において、結合部
１５から十分に遠く、光導波路１２と１３の間隔
が広い位置では、光導波路１２と１３の間の結合
が無視できるため２つの固有モードは縮退し、両
モードの位相定数は等しい。結合部１５に近づく
につれて縮退がとけて両モードの位相定数の差が
大きくなる。結合部１５では、２つの光導波路が
１つになり、３層光導波路構造となるため、偶モ
ードは３層光導波路の基本モード（位相定数の大
きい方）に、奇モードは１次モード（位相定数の
小さい方）にそれぞれ移行する。結合部１５を過
ぎて、光導波路１１と１４からなる非対称側には
いると、光導波路１１と１４の間隔が再び拡大す
るため両モードの位相定数の差は減少するが、光
導波路１１と１４の位相定数が異なるので、偶、
奇モードの位相定数はそれぞれ異なる値に漸近す
る。この例では、光導波路１１の幅が光導波路１
４の幅より広くなつているから、位相定数は光導
波路１１のほうが大きい。したがつて、偶モード
の光波パワーは光導波路１１に、奇モードの光波
パワーは光導波路１４にそれぞれ集中する。
上述の説明は、光が対称側から非対称側に伝搬
する場合のものであるが、非対称側から対称側に
光が進む場合には、上述の説明を逆にたどればよ
い。
する場合のものであるが、非対称側から対称側に
光が進む場合には、上述の説明を逆にたどればよ
い。
第５図は、上述の光導波路に対称側から種々の
光波を入力したときに得られる光波出力を示して
いる。第５図ａは、対称側の２つの光導波路１
２，１３に同相の光波が入力した場合である。対
称側では偶モードが励振されて伝搬し、結合部１
５では基本モードに、非対称側では再び偶モード
にそれぞれ変化する。非対称側における偶モード
の光波パワーは光導波路１１に集中しているた
め、出力光波は光導波路１１から得られる。第５
図ｂは、互いに逆相の光波を対称側の２つの光導
波路１２，１３に入力した場合である。対称側で
は奇モードが励振されて伝搬し、結合部１５では
１次モードに、非対称側では再び奇モードにそれ
ぞれ変化する。非対称側における奇モードの光波
パワーは光導波路１４に集中しているため、出力
光波は光導波路１４から得られる。第５図ｃは、
光波が光導波路１２にのみ入力した場合である。
この場合には、対称側で偶モードと奇モードとが
等しいパワーで励振されたと考えられるから、第
５図ａとｂの重ね合わせとなり、光導波路１１と
１４に等しいパワーの光波が出力される。一般的
にいえば、対称側の２つの光導波路１２，１３に
入力した光波の位相差に応じて非対称側の光導波
路１１，１４で得られる光のパワーが決る。
光波を入力したときに得られる光波出力を示して
いる。第５図ａは、対称側の２つの光導波路１
２，１３に同相の光波が入力した場合である。対
称側では偶モードが励振されて伝搬し、結合部１
５では基本モードに、非対称側では再び偶モード
にそれぞれ変化する。非対称側における偶モード
の光波パワーは光導波路１１に集中しているた
め、出力光波は光導波路１１から得られる。第５
図ｂは、互いに逆相の光波を対称側の２つの光導
波路１２，１３に入力した場合である。対称側で
は奇モードが励振されて伝搬し、結合部１５では
１次モードに、非対称側では再び奇モードにそれ
ぞれ変化する。非対称側における奇モードの光波
パワーは光導波路１４に集中しているため、出力
光波は光導波路１４から得られる。第５図ｃは、
光波が光導波路１２にのみ入力した場合である。
この場合には、対称側で偶モードと奇モードとが
等しいパワーで励振されたと考えられるから、第
５図ａとｂの重ね合わせとなり、光導波路１１と
１４に等しいパワーの光波が出力される。一般的
にいえば、対称側の２つの光導波路１２，１３に
入力した光波の位相差に応じて非対称側の光導波
路１１，１４で得られる光のパワーが決る。
光波を非対称側から入力することもでき、この
場合には上述した逆の過程をたどる。たとえば、
光導波路１１に光波が入力した場合には、対称側
の両光導波路１２と１３とから同相の光波が出力
される（第５図ａに破線の矢印で示す）。他につ
いても同じように考えることができる。以上の考
察から、この光導波路構造が通常の光ビーム・ス
プリツタ（たとえばハーフ・ミラー）と等価な機
能を有するものであることが理解されよう。
場合には上述した逆の過程をたどる。たとえば、
光導波路１１に光波が入力した場合には、対称側
の両光導波路１２と１３とから同相の光波が出力
される（第５図ａに破線の矢印で示す）。他につ
いても同じように考えることができる。以上の考
察から、この光導波路構造が通常の光ビーム・ス
プリツタ（たとえばハーフ・ミラー）と等価な機
能を有するものであることが理解されよう。
このような光導波路１２，１３上には、１対の
位相変調用電極１６が必要ならばSiO2バツフア
層を介して設けられている。電極１６間には電源
２１によつて高周波電圧が印加される。導波光に
位相変調を与えるのは、位相差γが小さい領域で
測定精度を高めるためである。
位相変調用電極１６が必要ならばSiO2バツフア
層を介して設けられている。電極１６間には電源
２１によつて高周波電圧が印加される。導波光に
位相変調を与えるのは、位相差γが小さい領域で
測定精度を高めるためである。
光導波路１１にはレーザ光源１からのレーザ光
が導入される。レーザ光源１はたとえばレーザダ
イオードである。光導波路１２，１３の一端には
上述の光フアイバコイル３の両端が光結合され
る。この光フアイバコイル３によつて、光導波路
１２，１３の一方からの光が他方に導かれる。光
導波路１４の光出射端には光検出器２が設けら
れ、合波、干渉された光信号を電気信号に変換す
る。光検出器２の出力信号は増巾器２２を経て各
狭帯域通過フイルタ２３〜２６に入力する。これ
らのフイルタ２３〜２６は上述の周波数成分S1〜
S4を抽出するものである。フイルタ２３〜２６の
出力は演算回路２７に送られ、第(18)式〜第(20)
式の演算が行なわれる。演算回路２７はたとえば
マイクロプロセツサによつて構成することもでき
るが、加算器、乗算器、除算器等の組合せによつ
ても構成することも可能である。増巾器２２、フ
イルタ２３〜２６および演算回路２７によつて処
理装置２０が構成されている。
が導入される。レーザ光源１はたとえばレーザダ
イオードである。光導波路１２，１３の一端には
上述の光フアイバコイル３の両端が光結合され
る。この光フアイバコイル３によつて、光導波路
１２，１３の一方からの光が他方に導かれる。光
導波路１４の光出射端には光検出器２が設けら
れ、合波、干渉された光信号を電気信号に変換す
る。光検出器２の出力信号は増巾器２２を経て各
狭帯域通過フイルタ２３〜２６に入力する。これ
らのフイルタ２３〜２６は上述の周波数成分S1〜
S4を抽出するものである。フイルタ２３〜２６の
出力は演算回路２７に送られ、第(18)式〜第(20)
式の演算が行なわれる。演算回路２７はたとえば
マイクロプロセツサによつて構成することもでき
るが、加算器、乗算器、除算器等の組合せによつ
ても構成することも可能である。増巾器２２、フ
イルタ２３〜２６および演算回路２７によつて処
理装置２０が構成されている。
いま、レーザ光の波長λを0.8μm、光導波方向
に測つた変調用電極１６の長さを15mm、１対の電
極１６間の間隔を15μm、光フアイバコイル３の
半径Ｒを10cm、光フアイバの長さＬを１Kmとする
と、光の変調に必要な半波長電圧V〓はほぼ1.2V
となる。またこのときt0＝nL／Ｃ（第(9)式）＝50μs
である。変調用信号として周波数ｆ＝ω／2π≒
1MHz、電圧（ａに対応）≒1Vを加えると、周波
数ｆを±0.5％変化させるか、または印加電圧を
変化させると、α＝4a・sin（ωt0／２）（第(12)式）
を絶対値で６以下の範囲で変化させることが可能
である。位相差はγ＝4πLRΩ／λC（第(15)式）≒
５Ω（rad／ｓ）となる。
に測つた変調用電極１６の長さを15mm、１対の電
極１６間の間隔を15μm、光フアイバコイル３の
半径Ｒを10cm、光フアイバの長さＬを１Kmとする
と、光の変調に必要な半波長電圧V〓はほぼ1.2V
となる。またこのときt0＝nL／Ｃ（第(9)式）＝50μs
である。変調用信号として周波数ｆ＝ω／2π≒
1MHz、電圧（ａに対応）≒1Vを加えると、周波
数ｆを±0.5％変化させるか、または印加電圧を
変化させると、α＝4a・sin（ωt0／２）（第(12)式）
を絶対値で６以下の範囲で変化させることが可能
である。位相差はγ＝4πLRΩ／λC（第(15)式）≒
５Ω（rad／ｓ）となる。
位相差γ（角速度Ω）が微小な場合には、変調
用の周波数ｆまたは印加電圧を調節してα≒5.14
とすると、出力信号の周波数成分のうちの第２高
調波成分S2＝０となり、第(20)式は次のようにな
る。
用の周波数ｆまたは印加電圧を調節してα≒5.14
とすると、出力信号の周波数成分のうちの第２高
調波成分S2＝０となり、第(20)式は次のようにな
る。
γ＝cot-1（−0.856S4／S3） …(21)
成分S3とS4との測定により位相差γすなわち角
速度Ωの計測が行なえる。
速度Ωの計測が行なえる。
位相差γが大きい場合には、α≒3.83となるよ
うに周波数ｆまたは印加電圧を調節するとS1＝０
となり、第(19)式より γ＝tan-1（0.958S3／S2） …(22) となり、これよりγ、Ωの測定が行なえる。
うに周波数ｆまたは印加電圧を調節するとS1＝０
となり、第(19)式より γ＝tan-1（0.958S3／S2） …(22) となり、これよりγ、Ωの測定が行なえる。
第１図はこの発明を角速度センサ、すなわちい
わゆる光フアイバジヤイロに適用した場合の原理
を説明するための図、第２図はこの発明の実施例
を示す構成図である。第３図は、導波形光ビー
ム・スプリツタの動作原理を示す構成図、第４図
ａ，ｂは、このビーム・スプリツタにおける固有
モードの伝搬の様子を示す図、第４図ｃは位相定
数の変化を示すグラフ、第５図ａ，ｂ，ｃは、こ
のビーム・スプリツタへの光波の入力と出力との
種々の関係を示す図である。 １０……基板、１１〜１４……光導波路、１５
……結合部、１６……変調用電極。
わゆる光フアイバジヤイロに適用した場合の原理
を説明するための図、第２図はこの発明の実施例
を示す構成図である。第３図は、導波形光ビー
ム・スプリツタの動作原理を示す構成図、第４図
ａ，ｂは、このビーム・スプリツタにおける固有
モードの伝搬の様子を示す図、第４図ｃは位相定
数の変化を示すグラフ、第５図ａ，ｂ，ｃは、こ
のビーム・スプリツタへの光波の入力と出力との
種々の関係を示す図である。 １０……基板、１１〜１４……光導波路、１５
……結合部、１６……変調用電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互いに等しい位相定数を有しかつ一端で互い
に交差する２つの単一モード光導波路からなる第
１の光導波路対と、互いに異なる位相定数を有し
かつ一端で互いに交差する２つの単一モード光導
波路からなる第２の光導波路対とがそれぞれの交
差部で互いに結合され、第２の光導波路対におけ
る位相定数の小さい方の単一モード光導波路の位
相定数が他の３つの単一モード光導波路の位相定
数よりも小さく設定されており、 いずれか一方の光導波路対を構成する２つの単
一モード光導波路の一方の他端にレーザ光源から
のレーザ光が導入され、他方の他端から出射する
光が光検出器に導かれ、 他方の光導波路対を構成する２つの単一モード
光導波路を伝搬する光に位相変調を与える手段が
設けられ、かつこれらの単一モード光導波路の他
端に、検出対象に応じて伝搬光に位相変化を生じ
させるセンサの２つの入出力端が結合されてい
る、 光学的検出装置。 ２ 第２の光導波路対における位相定数の小さい
方の単一モード光導波路の幅が他の３つの単一モ
ード光導波路の幅よりも狭くつくられている、特
許請求の範囲第１項記載の光学的検出装置。 ３ 位相変調手段によつて、上記他方の光導波路
対を構成する２つの単一モード光導波路を伝搬す
る光にそれぞれ等しい大きさで逆符号の位相変調
が与えられる、特許請求の範囲第１項記載の光学
的検出装置。 ４ 上記光検出器の出力信号のうちの所要の周波
数成分を通過させる帯域通過フイルタを備えてい
る、特許請求の範囲第１項記載の光学的検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070720A JPS59195220A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 光学的検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070720A JPS59195220A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 光学的検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59195220A JPS59195220A (ja) | 1984-11-06 |
| JPH0354283B2 true JPH0354283B2 (ja) | 1991-08-19 |
Family
ID=13439675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58070720A Granted JPS59195220A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 光学的検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59195220A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62239016A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-19 | Agency Of Ind Science & Technol | 光フアイバジヤイロ |
| FR2613564B1 (fr) * | 1987-04-03 | 1989-06-23 | Thomson Csf | Dispositif de traitement de signal coherent utilisant une ligne a retard optique |
| JPH02189412A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Hitachi Ltd | 光フアイバジヤイロ |
| US5327214A (en) * | 1990-08-31 | 1994-07-05 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Optical interferometric gyro having reduced return light to the light source |
| JP5904694B2 (ja) | 2009-12-10 | 2016-04-20 | 株式会社東芝 | サニャック干渉型光電流センサ |
-
1983
- 1983-04-20 JP JP58070720A patent/JPS59195220A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59195220A (ja) | 1984-11-06 |
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