JPH04107421A - Optical waveguide type phase modulator - Google Patents

Optical waveguide type phase modulator

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JPH04107421A
JPH04107421A JP22428890A JP22428890A JPH04107421A JP H04107421 A JPH04107421 A JP H04107421A JP 22428890 A JP22428890 A JP 22428890A JP 22428890 A JP22428890 A JP 22428890A JP H04107421 A JPH04107421 A JP H04107421A
Authority
JP
Japan
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optical
light
phase modulator
optical waveguide
propagation path
Prior art date
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Application number
JP22428890A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Kurokawa
黒河 明広
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04107421A publication Critical patent/JPH04107421A/en
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Abstract

PURPOSE:To minimize bias variation due to reflected light on an end surface connected to an optical propagation path by providing a reflection coefficient equal to that of a conventional optical waveguide phase modulator and giving an optical path difference between reflected light beams on the end surface connected to the optical propagation path when a 1st and a 2nd light beam are projected on the optical propagation path. CONSTITUTION:In the optical propagation path coupled optically with the optical fiber coil, an incident light beam is distributed as the 1st and 2nd light beams which prescribe both directions and light beams which are propagated in the optical fiber coil in both directions are coupled with an optical distribution and coupling part. When the 1st and 2nd light beams are projected on the side of the optical propagation path, the optical path difference is given between the respective reflected light beams B1 on the end surface 11 connected to the optical propagation path. Consequently, the bias variation due to the reflected light beams on the end surface 11 connected to the optical propagation path is made narrow.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ファイバジャイロ用位相変調器に係り、よ
り詳細には、回転軸と共動する光伝搬路、例えば光ファ
イバ、に一定の波長の光を時計回り方向と反時計回り方
向に同時に伝搬させ且つ位相変調し、両方向に伝搬した
光の干渉光の強度からザニャック(Sagnac)効果
に基づく光の位相差を検出して角速度または角度増分を
指示する出力を得るようにした光ファイバジャイロにお
いて上記位相変調を行う光導波路型位相変調器に関する
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a phase modulator for an optical fiber gyro, and more specifically, the present invention relates to a phase modulator for an optical fiber gyro, and more particularly, the present invention relates to a phase modulator for an optical fiber gyro. Wavelength light is simultaneously propagated in the clockwise and counterclockwise directions and phase modulated, and the phase difference of the light based on the Sagnac effect is detected from the intensity of the interference light of the light propagated in both directions to determine the angular velocity or angle. The present invention relates to an optical waveguide type phase modulator that performs the above phase modulation in an optical fiber gyro configured to obtain an output indicating an increment.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図には、従来の光導波路型位相変調器を用いた光フ
ァイバジャイロの構成が一部模式的に示される。
FIG. 5 schematically shows a part of the configuration of an optical fiber gyro using a conventional optical waveguide type phase modulator.

図中、1は光源、2は光分配結合器、3は光導波路型位
相変調器、4は回転軸に垂直に巻かれた偏波面保存中−
モード光ファイバで形成されている光伝搬路、5は光電
変換回路、201 はデモジj−レーク、202は正弦
波位相変調回路、203ば鋸歯状波位相変調回路、20
4 、205.206は各回路の出力信号、そして20
7はジャイロ出力信号を示す。なお、光導波路型位相変
調器3ば、例えばH,C,1,EFEVRE  等の 
rlNTE(JATED  0PTIC3:  A  
PRACTICALSOL[lTl0N FORTII
E FIBER−OPTICGYRO3COPEJ (
PROCEEDING OF 5PIE、 Vol、7
19. Fl、BER−OPTICGYRO3pp、1
01.1.986)に教示されている。
In the figure, 1 is a light source, 2 is an optical splitter/coupler, 3 is an optical waveguide type phase modulator, and 4 is a polarization plane-preserving device wound perpendicularly to the rotation axis.
An optical propagation path formed of a mode optical fiber, 5 a photoelectric conversion circuit, 201 a demosi j-rake, 202 a sine wave phase modulation circuit, 203 a sawtooth phase modulation circuit, 20
4, 205.206 are the output signals of each circuit, and 20
7 indicates a gyro output signal. In addition, the optical waveguide type phase modulator 3, for example, H, C, 1, EFEVRE, etc.
rlNTE(JATED 0PTIC3: A
PRACTICAL SOL[lTl0N FORTII
E FIBER-OPTICGYRO3COPEJ (
PROCEEDING OF 5PIE, Vol, 7
19. Fl, BER-OPTICGYRO3pp, 1
01.1.986).

第5図の構成において、光源1から出射された第1の光
ビー11は、光分配結合器2に入射し、2分されて第2
、第3の光ビームとなる。第2の光ビームば実線矢印の
方向に進み、LiNb0a等の電気光学効果を有する材
料で成る光導波路型位相変調器3に入射する。光導波路
型位相変調器3に入射した第2の光ビームは、該位相変
調器内に形成されている偏光子3aにおいて一定の偏波
のみが透過し、Y分岐3bにおいて2分された後、第4
、第5の光ビームとなる。
In the configuration shown in FIG. 5, the first beam 11 emitted from the light source 1 enters the optical splitting/coupling device 2, is divided into two beams, and is split into two beams.
, becomes the third light beam. The second light beam travels in the direction of the solid arrow and enters the optical waveguide type phase modulator 3 made of a material having an electro-optic effect, such as LiNb0a. The second light beam incident on the optical waveguide type phase modulator 3 transmits only a certain polarized wave through the polarizer 3a formed in the phase modulator, and is split into two at the Y branch 3b. Fourth
, becomes the fifth light beam.

第4の光ビームは、Y分岐3bから破線矢印の方向に進
み、正弦波位相変調器3cにおいてΦ□・sin(ω、
1)の正弦波位相変調を受ける。ここで、Φ1は正弦波
位相変調の最大位相偏移、ω、は正弦波位相変調角周波
数、tは時間を示す。正弦波位相変調を受けた第4の光
ビームは、光伝搬路4に入射する第6の光ビームと、光
伝搬路4との間の接続端面3eで反射される第7の光ビ
ーム(第6図の反則ビームBl)になる。第6の光ビー
ムは、光伝搬路4を反時計回り方向に伝搬した後、光導
波路型位相変調器3に再入射する。光導波路型位相変調
器3に再入射した第6の光ビームは、該位相変調器内に
形成されている鋸歯状波位相変調器3dにより、理想的
な場合、qω−1(1−τ)〔−π〜+π[radl 
での周期関数〕の鋸歯状波位相変調を受りる。ここで、
qは鋸歯状波の傾き(極性)、ω5tは鋸歯状波位相変
調角周波数、τは光伝搬路4の伝搬遅延時間を示す。鋸
歯状波位相変調を受けた第6の光ビームは、Y分岐3b
に再入射する。
The fourth light beam travels from the Y branch 3b in the direction of the dashed arrow, and enters the sine wave phase modulator 3c with Φ□・sin(ω,
1) undergoes sine wave phase modulation. Here, Φ1 is the maximum phase deviation of sinusoidal phase modulation, ω is the angular frequency of sinusoidal phase modulation, and t represents time. The fourth light beam that has undergone sinusoidal phase modulation is a sixth light beam that enters the light propagation path 4 and a seventh light beam that is reflected at the connection end surface 3e between the light propagation path 4. This results in a foul beam Bl) in Figure 6. The sixth light beam propagates counterclockwise through the optical propagation path 4 and then enters the optical waveguide phase modulator 3 again. In an ideal case, the sixth light beam re-entering the optical waveguide type phase modulator 3 is qω-1(1-τ) due to the sawtooth wave phase modulator 3d formed within the phase modulator. [−π~+π[radl
It receives a sawtooth wave phase modulation of [periodic function]. here,
q represents the slope (polarity) of the sawtooth wave, ω5t represents the sawtooth wave phase modulation angular frequency, and τ represents the propagation delay time of the optical propagation path 4. The sixth light beam subjected to sawtooth phase modulation is directed to the Y branch 3b.
to be re-injected.

一方、第7の光ビームは、正弦波位相変調器3cに再入
射し、Φ、・sin [(ω1、n(t−tl)]の正
正弦波相相変を受ける。ここで、tlは正弦波位相変調
器3cから光伝搬路4との間の接続端面3eまでの伝搬
遅延時間の2倍の時間を示す(ω。tl<1)。正弦波
位相変調を受けた第7の光ビームは、Y分岐3bに再入
射する。
On the other hand, the seventh light beam re-enters the sinusoidal phase modulator 3c and undergoes a sinusoidal phase change of Φ, ·sin [(ω1, n(t-tl)]. Here, tl is Indicates a time that is twice the propagation delay time from the sine wave phase modulator 3c to the connection end surface 3e between the optical propagation path 4 (ω.tl<1).The seventh light beam subjected to sine wave phase modulation re-enters the Y branch 3b.

他方、第5の光ビームは、Y分岐3bから一点鎖線矢印
の方向に進み、鋸歯状波位相変調器3dにおいてqωs
Ljの鋸歯状波位相変調を受ける。鋸歯状波位相変調を
受けた第5の光ビームは、光伝搬路4に入射する第8の
光ビームと、光伝搬路との間の接続端面3eで反則され
る第9の光ビーム(第6図の反射ビームB2)になる。
On the other hand, the fifth light beam travels from the Y branch 3b in the direction of the dashed-dotted line arrow, and in the sawtooth wave phase modulator 3d, qωs
It receives sawtooth wave phase modulation of Lj. The fifth light beam that has undergone sawtooth phase modulation is converted into a ninth light beam (a ninth light beam) that is reflected at the connection end surface 3e between the eighth light beam incident on the light propagation path 4 and the light propagation path. This becomes the reflected beam B2) in Figure 6.

第8の光ビームば、光伝搬路4を時計回り方向に伝搬し
た後、光導波路型位相変調器3に再入射する。光導波路
型位相変調器3に再入射した第8の光ビームば、正弦波
位相変調器3cにおいてΦ、・sin [(ωm(モー
τ)1の正弦波位相変調を受げた後、Y分岐3bに再入
射する。一方、第9の光ビームは、鋸歯状波位相変調器
3dに再入射し、qω5t(t−tz)の鋸歯状波位相
変調を受ける。ここで、t2は鋸歯状波位相変調器3d
から光伝搬路4との間の接続端面3eまでの伝(般遅延
時間の2倍の時間を示す(ωイt、+< 1. )。鋸
歯状波位相変調を受けた第9の光ビームば、Y分岐3b
に再入射する。
The eighth light beam propagates in the clockwise direction through the optical propagation path 4 and then enters the optical waveguide phase modulator 3 again. The eighth light beam re-entering the optical waveguide phase modulator 3 undergoes sinusoidal phase modulation of Φ, ·sin [(ωm(moτ)) 1 in the sinusoidal phase modulator 3c, and then passes through the Y branch 3b. On the other hand, the ninth light beam re-enters the sawtooth phase modulator 3d and undergoes sawtooth phase modulation of qω5t(t-tz), where t2 is the sawtooth phase modulator 3d
to the connection end surface 3e with the optical propagation path 4 (indicates a time twice the general delay time (ωt, +< 1.). The ninth optical beam subjected to sawtooth wave phase modulation If, Y branch 3b
to be re-injected.

Y分岐3bに再入射した第6、第8の光ビーム及び第7
、第9の光ビームは、再結合されてそれぞれ第10及び
第11の光ビームとなる。第10及び第11の光ビーム
は、偏光子3aに入射し、一定の偏波成分のみが透過し
、光分配結合器2に入射する。光分配結合器2に入射し
た第10及び第11の光ビームは、2分されてそれぞれ
第11、第12及び第13、第14の光ビームとなり、
このうち第12及び第14の光ビームが光電変換回路5
に入射する。ここで、第12の光ビームはサニヤック効
果による位相差情報をもつ光ビームであり、第14の光
ビームは光導波路型位相変調器3の端面反射光に起因す
る外乱ビームである。
The sixth and eighth light beams and the seventh light beam re-entered the Y branch 3b.
, the ninth light beam is recombined into the tenth and eleventh light beams, respectively. The tenth and eleventh light beams are incident on the polarizer 3a, and only certain polarized components are transmitted therethrough, and the light beams are incident on the optical splitting coupler 2. The tenth and eleventh light beams incident on the optical splitting coupler 2 are divided into two to become the eleventh, twelfth, thirteenth, and fourteenth light beams, respectively.
Of these, the 12th and 14th light beams are connected to the photoelectric conversion circuit 5.
incident on . Here, the 12th light beam is a light beam having phase difference information due to the Sagnac effect, and the 14th light beam is a disturbance beam caused by the end face reflected light of the optical waveguide type phase modulator 3.

光電変換回路5の出力信号である光電変換出力信号20
4ば、正弦波位相変調回路202の出力である正弦波位
相変調信号205と共にデモシュレータ201に入力さ
れ、そこで両信号のスカラー積が得られる。デモシュレ
ータ201の出力信号206は、次式で表される。
A photoelectric conversion output signal 20 which is an output signal of the photoelectric conversion circuit 5
4, it is input to the demosimulator 201 together with the sine wave phase modulation signal 205 which is the output of the sine wave phase modulation circuit 202, and the scalar product of both signals is obtained there. The output signal 206 of the demosimulator 201 is expressed by the following equation.

Voニー(2/π)PG(VS千Vn)・・・・・・(
1)■3−γ[φS ]Jl(η1) Xsin(φ3」−qω1τ)・・・・・・・・・・・
・(2)VR=にγ[φR]Jl(η2) Xsin[φ。+θR十qω□(2t−tz)]・・・
・・・(3)η1−2Φイ5in(ω□τ/2)・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(4)η2−2Φ、 
cos(ωmjl / 2 )ζ2Φ、・・・・・・(
5)T[φs]−exp[−(λφs、/2/a/ I
−C) 2] −(6)T[φR1=exp[(λφR
/2/JV;J’E/ L c) 2]  ・・・(7
)φs−4πRLCΩ/λC・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(8)φ□=2πLR/λ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(9)LC−λ2/δλ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(10)こ
こで、■oはデモシュレータ出力信号、P、は光電変換
回路に入射する時計回り方向または反時計回り方向の光
の非干渉光光量、T[φ1 は第12の光ビームの可干
渉度、T[φR] は第14の光ビームの可干渉度、J
、は1次ベッセル関数、η、は第12の光ビームの位相
変調度、η2は第14の光ビームの位相変調度、K(<
1)は光伝搬路4との間の接続端面での反射係数、φ3
ばサニヤック効果による光の位相差、Rば光伝搬路半径
、LFば光伝搬路長、Ωば人力回転角速度、λは真空中
における光の波長、Cは真空中における光速、φ7ば第
7及び第9の光ビームの間の位相差、LRは第7及び第
9の光ビームの間の光路長差、θ、は光伝搬路4との間
の接続端面での端面反射による付加位相、r−Cは可干
渉長、そしてδλは真空中における光源1の出射光のス
ペクトラムの半値幅を示す。
Vo knee (2/π) PG (VS 1,000 Vn)・・・・・・(
1)■3−γ[φS]Jl(η1) Xsin(φ3”−qω1τ)・・・・・・・・・・・・
・(2) VR=to γ[φR]Jl(η2) Xsin[φ. +θR1qω□(2t-tz)]...
...(3) η1-2Φi5in(ω□τ/2)...
・・・・・・・・・・・・・・・(4) η2−2Φ,
cos(ωmjl/2)ζ2Φ,...(
5) T[φs]-exp[-(λφs, /2/a/I
−C) 2] −(6)T[φR1=exp[(λφR
/2/JV;J'E/L c) 2]...(7
)φs−4πRLCΩ/λC・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(8)φ□=2πLR/λ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(9) LC-λ2/δλ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(10) Here, ■o is the demosimulator output signal, and P is the clockwise or counterclockwise direction of input to the photoelectric conversion circuit. , T[φ1 is the coherence degree of the 12th light beam, T[φR] is the coherence degree of the 14th light beam, J
, is a linear Bessel function, η is the phase modulation degree of the 12th light beam, η2 is the phase modulation degree of the 14th light beam, K(<
1) is the reflection coefficient at the connection end face with the optical propagation path 4, φ3
where R is the optical propagation path radius, LF is the optical propagation path length, Ω is the manual rotation angular velocity, λ is the wavelength of light in vacuum, C is the speed of light in vacuum, φ7 is the seventh and The phase difference between the ninth light beam, LR is the optical path length difference between the seventh and ninth light beams, θ is the additional phase due to end face reflection at the connection end face with the optical propagation path 4, r -C is the coherence length, and δλ is the half-width of the spectrum of the light emitted from the light source 1 in vacuum.

なお、式(6) 、 (7)は、J、1.SAKΔ■等
のr DEGREEOF  POLARIZATION
  TN  ANISOTROPICSINGLE−M
ODEOPTICAL  FIBER5:  THEO
RYJ  (IEEE  J、  QUANTUMEL
ECTRON1、 Vol、QE−18,pp、488
−495.1982)より、光ファイバジャイロ用光源
としてよく用いられるスーパー・ルミネッセント・ダイ
オードの出射光のようにガウス分布スペクトラムを持つ
光に対して成り立つ。
Note that equations (6) and (7) are based on J, 1. r DEGREEOF POLARIZATION of SAKΔ■ etc.
TN ANISOTROPICSINGLE-M
ODEOPTICAL FIBER5: THEO
RYJ (IEEE J, QUANTUMEL
ECTRON1, Vol, QE-18, pp, 488
-495.1982), this holds true for light with a Gaussian distribution spectrum, such as the light emitted from a super luminescent diode, which is often used as a light source for optical fiber gyros.

さて、式(3)は次のように書き換えられる。Now, equation (3) can be rewritten as follows.

VR=KT[φIIIJI(η2) X[5in(φR1) C03(φs+qωstτ)十
cos(φR1) 5in(φs +qωst T: 
)] ・・・(11)φ8.−φト1−θR+(1ω、
t(2t−tz)φsclωstτ・・・・・・・・・
・・・・・・(12)式(11)より、式(1)は次の
ように書き換えられる。
VR=KT[φIIIJI(η2)
)] ... (11) φ8. −φto1−θR+(1ω,
t(2t-tz)φsclωstτ・・・・・・・・・
(12) From equation (11), equation (1) can be rewritten as follows.

V、CC−(2/π)P。V, CC-(2/π)P.

XAs1n(φs +q、 6) st T: 」−φ
ノ・・・・・・(13)A2−[T[φs]、r+(η
、)十 KT[φRIJI(772) C03(φR1)12+
[Kγ[φR]Jl(772) C03(φR1)]2
・・・−・・(14)φEl  =tan−’(K 7
 [φR]Jl(772) C03(φR1)/[T[
φS]Jl(η、)」− にγ[φIIIJI(η)、) cos(φR,)])
  ・・・・・・(15)ここで、 ■通常の入力角速度範囲においては γ[φ3]−1、 ■バイアス変動低減のため ω。−π/τ、すなわちη1=η2、 ■可干渉度の定義からγ[φR1≦1、■反射係数K<
1、 であることから、式(14) 、 (15)は次のよう
に表される。
XAs1n(φs +q, 6) st T: ”−φ
No...(13) A2-[T[φs], r+(η
, ) 10 KT [φRIJI (772) C03 (φR1) 12+
[Kγ[φR]Jl(772) C03(φR1)]2
...-...(14) φEl = tan-'(K 7
[φR]Jl(772) C03(φR1)/[T[
φS]Jl(η,)”− to γ[φIIIJI(η),) cos(φR,)])
(15) Here, ■ γ[φ3]-1 in the normal input angular velocity range, ■ ω to reduce bias fluctuation. −π/τ, that is, η1=η2, ■From the definition of coherence, γ[φR1≦1, ■Reflection coefficient K<
1, Equations (14) and (15) can be expressed as follows.

A’:r[φS]Jl(η、)・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(16)φEl  
’;tan−’  l[K r [φRI CO3(φ
、1)1≦Kr[φR1・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・(17)〔発明が解決しようとす
る課題〕 上述した従来の光導波路型位相変調器を用いた光ファイ
バジャイロにおいては、鋸歯状波位相変調回路203は
、式(13)で表されるデモシュレータ出力信号■。(
206)が零となるように鋸歯状波位相変調信号207
の角周波数ω、及び極性qを変化させている。このため
、入力角速度が零、言い換えると、サニャンク効果によ
る位相差φ5が零の場合においても、誤差位相φ、に対
応した角周波数ωst及び極性qが誤差バイアスとなる
。さらに、端面反射による付加位相θ8がランダムに変
化するため、バイアス変動を生じる。
A':r[φS]Jl(η,)・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(16)φEl
';tan-' l[K r [φRI CO3(φ
, 1) 1≦Kr[φR1・・・・・・・・・・・・・・・
(17) [Problems to be Solved by the Invention] In the optical fiber gyro using the conventional optical waveguide type phase modulator described above, the sawtooth wave phase modulation circuit 203 is Demosimulator output signal ■ expressed by equation (13). (
206) is zero, the sawtooth wave phase modulation signal 207
The angular frequency ω and polarity q are changed. Therefore, even when the input angular velocity is zero, in other words, even when the phase difference φ5 due to the Sagnac effect is zero, the angular frequency ωst and polarity q corresponding to the error phase φ become the error bias. Furthermore, since the additional phase θ8 due to end face reflection changes randomly, bias fluctuation occurs.

また、従来の光導波路型位相変調器3ば、第6図(a)
 、 (b)に示されるように、該変調器と光伝搬路4
の間の接続端面3eが、光の伝搬方向に対して垂直に(
同図(a)参照)且つ変調器の厚み方向に10°程度傾
斜させて(同図(b)参照)、研磨して形成されている
。このため、反射係数には10−5程度に低減されるが
、第7の光ビームと第9の光ビームの間に光路長差が無
いため(LIl=O)、式(7) 、 (9)より、T
[φR]=1であった。従って、式(17)より、 l
φl:1  ≦104[rad]  となり、光学的ス
ケールファクタ5F(=4πRLF/λC)が1 (d
c4/(’/5ec)] の場合、±2 [’/hrl
のバイアス変動を生じることになる。
In addition, the conventional optical waveguide type phase modulator 3 is shown in FIG. 6(a).
, as shown in (b), the modulator and the optical propagation path 4
The connection end surface 3e between the two is perpendicular to the light propagation direction (
(see figure (a)) and is inclined by about 10 degrees in the thickness direction of the modulator (see figure (b)), and is formed by polishing. Therefore, the reflection coefficient is reduced to about 10-5, but since there is no difference in optical path length between the seventh light beam and the ninth light beam (LIl=O), equations (7) and (9 ), T
[φR]=1. Therefore, from equation (17), l
φl:1 ≦104 [rad], and the optical scale factor 5F (=4πRLF/λC) is 1 (d
c4/('/5ec)], ±2 ['/hrl
This will result in a bias variation of .

つまり、従来の光導波路型位相変調器を用いた光ファイ
バジャイロにおいては、該位相変調器と光伝搬路4の間
の接続端面3eでの反則光B+ 、 Bz間の光路長差
LRが零であったため、反射光に起因するバイアス変動
が大きいという欠点があった。
In other words, in an optical fiber gyro using a conventional optical waveguide type phase modulator, the optical path length difference LR between the reflected lights B+ and Bz at the connection end surface 3e between the phase modulator and the optical propagation path 4 is zero. Therefore, there was a drawback that bias fluctuations caused by reflected light were large.

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑の創作さ
れたもので、光伝搬路との間の接続端面での反則光に起
因するバイアス変動を極小にすることができる光導波路
型位相変調器を提供することを目的としている。
The present invention was created in view of the problems in the prior art described above, and is an optical waveguide type phase modulator that can minimize bias fluctuations caused by repulsed light at the connection end face with the optical propagation path. is intended to provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題を解決するため、本発明によれば、回転軸と共
動する光ファイバコイルの両方向から光を同時に伝搬さ
せ且つ位相変調し、サニャンク効果による光の位相差を
検出して角速度または角度増分を指示する出力を得るよ
うにした光ファイバジャイロにおいて前記位相変調を行
う光導波路型位相変調器であって、前記光ファイバコイ
ルに光学的に結合された光伝搬路において入射光ビーム
を前記両方向を規定する第1及び第2の光ビームに分配
すると共に該光ファイバコイルを伝搬した両方向からの
光を結合する光分配結合部に設けられ、前記第1及び第
2の光ビームが前記光伝搬路側に出射する時に該光伝搬
路との間の接続端面でのそれぞれの反射光の光路長に差
をもたせるように形成したことを特徴とする光導波路型
位相変調器が提供される。
In order to solve the above problems, according to the present invention, light is simultaneously propagated from both directions of an optical fiber coil cooperating with a rotating shaft, phase modulated, and the phase difference of the light due to the Sagnac effect is detected to increase the angular velocity or angular increment. An optical waveguide type phase modulator that performs the phase modulation in an optical fiber gyro configured to obtain an output indicating the direction of The optical fiber coil is provided in an optical distribution/coupling unit that divides the light into a defined first and second light beam and combines the light from both directions propagated through the optical fiber coil, and the first and second light beams are connected to the optical propagation path side. An optical waveguide type phase modulator is provided, characterized in that the optical waveguide type phase modulator is formed so that the optical path lengths of the respective reflected lights at the connection end face with the optical propagation path are different when the light is emitted to the optical propagation path.

〔作用〕[Effect]

上述した構成によれば、従来の光導波路型位相変調器と
同等の反射係数(K)を有し、且つ、」二記第1及び第
2の光ビームが光伝搬路側に出射する際に該光伝搬路と
の間の接続端面でのそれぞれの反射光の間に光路長差が
与えられるようになっている。これにより、本光導波路
型位相変調器と光伝搬路の間の接続端面での反射光に起
因するバイアス変動を極小にすることができる。
According to the above-mentioned configuration, it has a reflection coefficient (K) equivalent to that of a conventional optical waveguide type phase modulator, and has a reflection coefficient (K) equivalent to that of a conventional optical waveguide type phase modulator, and An optical path length difference is given between the respective reflected lights at the connection end face with the optical propagation path. Thereby, bias fluctuations caused by reflected light at the connection end face between the present optical waveguide type phase modulator and the optical propagation path can be minimized.

なお、本発明の他の構成上の特徴及び作用の詳細につい
ては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例を
用いて説明する。
Note that other structural features and details of the operation of the present invention will be explained using the embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

〔実施例〕〔Example〕

第1図(a) 、 (b)には本発明の一実施例として
の光導波路型位相変調器の形状が模式的に示される。
FIGS. 1(a) and 1(b) schematically show the shape of an optical waveguide type phase modulator as an embodiment of the present invention.

本実施例の光導波路型位相変調器10ば、例えば第5図
に示される光ファイバジャイロの光導波路型位相変調器
3に置き換えて適用される。変調器10の接続端面11
,12は、第1図(a)に示されるように光の伝搬方向
に対して、Y分岐3bにおいて2分された第4、第5の
光ビーム(第5図の説明参照)を含む平面内で傾斜(傾
斜角α)させて研磨され、形成されている。また、変調
器の厚み方向については、同図(b)に示されるように
、接続端面lL12は傾斜させずに(垂直に)研磨され
、形成されている。
The optical waveguide type phase modulator 10 of this embodiment is applied in place of, for example, the optical waveguide type phase modulator 3 of the optical fiber gyro shown in FIG. Connection end face 11 of modulator 10
, 12 is a plane containing the fourth and fifth light beams (see explanation in FIG. 5) divided into two at the Y branch 3b with respect to the light propagation direction as shown in FIG. 1(a). It is polished and formed with an inclination (angle of inclination α) inside. In addition, in the thickness direction of the modulator, as shown in FIG. 3(b), the connection end surface LL12 is polished and formed without being inclined (vertically).

以下、本実施例の光導波路型位相変調器を使用した場合
の光ファイバジャイロの動作について説明する。
The operation of the optical fiber gyro using the optical waveguide phase modulator of this embodiment will be described below.

本実施例の構成によれば、光導波路型位相変調器10と
光伝搬路4の間の接続端面11での反射光である第7の
光ビーム(B1)及び第9の光ビーム(B2)の間に、
以下の弐で表される光路長差LR(≠0)が生じる。
According to the configuration of this embodiment, the seventh light beam (B1) and the ninth light beam (B2) are reflected light at the connection end surface 11 between the optical waveguide type phase modulator 10 and the optical propagation path 4. Between,
An optical path length difference LR (≠0), represented by 2 below, occurs.

Le+ −2n+、+ ’ I−c −2nW HHw ・tan(90°−a ) −−・
・=−(18)ここで、nいは光導波路型位相変調器1
0の光導波路部の屈折率、B6は反射光間の幾何学的な
伝搬長差、HwはY分岐3bの光導波路分岐幅、αは端
面傾斜角を示す。
Le+ -2n+, +' I-c -2nW HHw ・tan(90°-a) ---
・=−(18) Here, n is the optical waveguide type phase modulator 1
0, B6 is the geometric propagation length difference between reflected lights, Hw is the optical waveguide branch width of the Y branch 3b, and α is the end face inclination angle.

さらに、本実施例の光導波路型位相変調器においては、
光ファイバジャイロとして要求されるバイアス変動幅β
[rad/sec o−r] に対し、exp [−(
πL R/好m/ L c ) 2]  ≦β・SF・
−・−・・(1,9)の関係が成り立つことを特徴とす
る。なお、SFは光学的スケールファクタ(−4πRL
F/λC)である。
Furthermore, in the optical waveguide type phase modulator of this example,
Bias variation width β required for optical fiber gyro
For [rad/sec or-r], exp [-(
πL R/good m/L c ) 2] ≦β・SF・
It is characterized in that the following relationship (1, 9) holds true. Note that SF is the optical scale factor (-4πRL
F/λC).

通常、光ファイバジャイロに使用される光源の波長λは
0.84[μm]、可干渉長り、は〜50[μm1、光
導波路型位相変調器の位相変調器の屈折率n9は〜2.
2 (LiNb03の場合)、光導波路分岐幅H9ば1
25[μm1である。ここで、端面傾斜角αを従来の光
導波路型位相変調器と同等の反射係数にとするため、略
80°とすると、式(7)より、端面反射光間の可干渉
度T[φ駒 は、 T[φR1#5.45X10−” となる。
Usually, the wavelength λ of a light source used in an optical fiber gyro is 0.84 [μm], the coherence length is ~50 [μm1], and the refractive index n9 of the phase modulator of the optical waveguide type phase modulator is ~2.
2 (in the case of LiNb03), optical waveguide branch width H9b1
25 [μm1. Here, if the end face inclination angle α is set to approximately 80° in order to have a reflection coefficient equivalent to that of a conventional optical waveguide phase modulator, then from equation (7), the coherence T [φ becomes T[φR1#5.45X10-”.

従って、本実施例の光導波路型位相変調器を使用した光
ファイバジャイロにおいては、誤差位相φ、は、反射係
数に〜10″5より φ、≦5.45X10−29[rad]となる。つまり
、光学的スケールファクタ5F(−4KRLF/λC)
が1 [deg/ (0/5ec) ] の場合、光導
波路型位相変調器の端面反射光に起因するバイアス変動
は±10−23[’/hr]  となり、実質的に無視
し得る値となる。
Therefore, in the optical fiber gyro using the optical waveguide type phase modulator of this embodiment, the error phase φ becomes φ, ≦5.45×10−29 [rad] since the reflection coefficient is ~10″5. , optical scale factor 5F (-4KRLF/λC)
When is 1 [deg/(0/5ec)], the bias fluctuation due to the end face reflected light of the optical waveguide phase modulator is ±10-23 ['/hr], which is a value that can be practically ignored. .

このように本実施例によれば、従来の光導波路型位相変
調器と同等の反射係数Kを有し、且つ、Y分岐3bにお
いて2分された2つの光ビームが光伝搬路側に出射する
際に該光伝搬路との間の接続端面11においてそれぞれ
の反射光ビームB1、B2の間に光路長差が与えられる
ようになっている。従って、該光伝搬路との間の接続端
面11での反射光に起因するバイアス変動を極小にする
ことができる。
In this way, according to this embodiment, when the two light beams that have the same reflection coefficient K as the conventional optical waveguide type phase modulator and are split into two at the Y branch 3b are emitted to the optical propagation path side, An optical path length difference is provided between the respective reflected light beams B1 and B2 at the connection end face 11 between the light propagation path and the light propagation path. Therefore, bias fluctuations caused by reflected light at the connection end face 11 with the optical propagation path can be minimized.

上述した実施例では変調器10の接続端面11,12は
光の伝搬方向に対して傾斜角αをもって傾斜させ(第1
図(a)参照)且つ厚み方向に垂直に(同図(b)参照
)形成したが、変調器の形状はこれに限定されない。
In the embodiment described above, the connection end faces 11 and 12 of the modulator 10 are inclined at an inclination angle α with respect to the light propagation direction (the first
(see figure (a)) and perpendicular to the thickness direction (see figure (b)), but the shape of the modulator is not limited to this.

例えば、第2図(a)に示されるように変調器の接続端
面の一方(12a)を光の伝搬方向に対して垂直に形成
してもよいし、また、第3図(a)に示されるように変
調器の接続端面の一方(12b)を光の伝搬方向に対し
て第1図(a)  とは逆の方向に傾斜させて形成して
もよいし、あるいは、第4図(b)に示されるように変
調器の接続端面の他方(11,a)を厚み方向に傾斜さ
せて形成してもよい。
For example, as shown in FIG. 2(a), one of the connecting end surfaces (12a) of the modulator may be formed perpendicular to the light propagation direction, or as shown in FIG. 3(a). One of the connection end faces (12b) of the modulator may be formed to be inclined in the direction opposite to that shown in FIG. ), the other connecting end surface (11, a) of the modulator may be formed to be inclined in the thickness direction.

また、上記実施例でば偏光子3a及び鋸歯状波位相変調
器3dは光導波路型位相変調器内に形成されているが、
これは、当該変調器内に形成していなくても同様の効果
は得られる。さらに、本発明の光導波路型位相変調器は
、鋸歯状波位相変調器3d及び鋸歯状波位相変調回路2
03を備えていない簡素な位相変調方式の光ファイバジ
ャイロにおいても適用可能である。
Further, in the above embodiment, the polarizer 3a and the sawtooth wave phase modulator 3d are formed within the optical waveguide type phase modulator, but
Similar effects can be obtained even if this is not formed within the modulator. Furthermore, the optical waveguide type phase modulator of the present invention includes a sawtooth wave phase modulator 3d and a sawtooth wave phase modulation circuit 2.
The present invention can also be applied to a simple phase modulation type optical fiber gyro that is not equipped with 03.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、光伝搬路との間の
接続端面での反射光に起因するバイアス変動を極小にし
た光ファイバジャイロを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an optical fiber gyro in which bias fluctuations caused by reflected light at the connection end face with the optical propagation path are minimized.

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

第1図(a)及び(b)は本発明の一実施例としての光
導波路型位相変調器の形状を模式的に示した図、第2図
(a) 、 (b) 〜第4図(a) 、 (b)は第
1図実施例の変形例を示す図、 第5図は従来の光導波路型位相変調器を用いた光ファイ
バジャイロの構成を一部模式的に示した図、 第6図(a)及び(b)は第5図における位相変調器の
形状を模式的に示した図、 である。 (符号の説明) ■・・・光源、2・・・光分配結合器、4・・・光伝搬
路、5・・・光電変換回路、10.10a、 10b、
 10c・・・光導波路型位相変調器、ILlla・・
・位相変調器の(光伝搬路との間の)接続端面、Bl、
B2.B+・・・端面反射光、201・・・デモシュレ
ータ、202・・・正弦波位相変調回路、203・・・
鋸歯状波位相変調回路。
FIGS. 1(a) and (b) are diagrams schematically showing the shape of an optical waveguide type phase modulator as an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a), (b) to 4( a) and (b) are diagrams showing a modification of the embodiment of FIG. 1; FIG. 5 is a diagram partially schematically showing the configuration of an optical fiber gyro using a conventional optical waveguide type phase modulator; 6(a) and (b) are diagrams schematically showing the shape of the phase modulator in FIG. 5. (Explanation of symbols) ■... Light source, 2... Optical distribution coupler, 4... Optical propagation path, 5... Photoelectric conversion circuit, 10.10a, 10b,
10c... Optical waveguide type phase modulator, ILlla...
・Connection end surface (between the optical propagation path) of the phase modulator, Bl,
B2. B+... Edge reflected light, 201... Demosimulator, 202... Sine wave phase modulation circuit, 203...
Sawtooth phase modulation circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、回転軸と共動する光ファイバコイルの両方向から光
を同時に伝搬させ且つ位相変調し、サニャック効果によ
る光の位相差を検出して角速度または角度増分を指示す
る出力を得るようにした光ファイバジャイロにおいて前
記位相変調を行う光導波路型位相変調器であって、 前記光ファイバコイルに光学的に結合された光伝搬路に
おいて入射光ビームを前記両方向を規定する第1及び第
2の光ビームに分配すると共に該光ファイバコイルを伝
搬した両方向からの光を結合する光分配結合部に設けら
れ、 前記第1及び第2の光ビームが前記光伝搬路側に出射す
る時に該光伝搬路との間の接続端面(11、11a)で
のそれぞれの反射光(B_1、B_2)の光路長に差を
もたせるように形成したことを特徴とする光導波路型位
相変調器。 2、前記光伝搬路との間の接続端面を、光の伝搬方向に
対して、前記入射光ビームと第1及び第2の光ビームを
含む平面内で傾斜させ、かつ研磨して形成したことを特
徴とする請求項1に記載の光導波路型位相変調器。 3、前記光伝搬路との間の接続端面を以下の式、すなわ
ち L_R=2n_w・H_w・tan(90°−α)、及
びexp[−(πL_R/√(1n2)/L_C)^2
]≦β・SF、ただしL_Rは接続端面での反射光ビー
ム間の光路長差、n_wは位相変調器の光導波路部の屈
折率、H_wは光導波路内の第1及び第2の光ビームの
ビーム間隔、L_Cはサニャック効果による位相差情報
をもつ光ビームの可干渉長、βは光ファイバジャイロと
して要求されるバイアス変動幅、そしてSFは光学的ス
ケールファクタ、 を満足する傾斜角αをもって形成したことを特徴とする
請求項2に記載の光導波路型位相変調器。
[Claims] 1. Light is simultaneously propagated from both directions of an optical fiber coil that co-moves with the rotation axis, phase modulated, and the phase difference of the light due to the Sagnac effect is detected to produce an output that indicates the angular velocity or angular increment. An optical waveguide type phase modulator that performs the phase modulation in an optical fiber gyro according to the present invention, the optical waveguide type phase modulator performing the phase modulation in the optical fiber gyro, the first and second beams defining the two directions of the incident light beam in the optical propagation path optically coupled to the optical fiber coil. Provided in an optical distribution/coupling unit that divides the light into a second light beam and combines the light from both directions propagated through the optical fiber coil, and when the first and second light beams are emitted to the light propagation path side. An optical waveguide type phase modulator characterized in that the optical waveguide type phase modulator is formed so as to have a difference in the optical path length of each reflected light beam (B_1, B_2) at a connection end surface (11, 11a) between the optical propagation path. 2. The connecting end surface with the light propagation path is inclined with respect to the light propagation direction within a plane that includes the incident light beam and the first and second light beams, and is formed by polishing. The optical waveguide type phase modulator according to claim 1, characterized in that: 3. The connection end surface with the optical propagation path is expressed by the following formula: L_R=2n_w・H_w・tan(90°−α), and exp[−(πL_R/√(1n2)/L_C)^2
]≦β・SF, where L_R is the optical path length difference between the reflected light beams at the connection end surface, n_w is the refractive index of the optical waveguide part of the phase modulator, and H_w is the difference between the first and second light beams in the optical waveguide. The beam spacing, L_C is the coherence length of the light beam with phase difference information due to the Sagnac effect, β is the bias variation width required for an optical fiber gyro, and SF is the optical scale factor. The optical waveguide type phase modulator according to claim 2, characterized in that:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010237592A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Structure for splicing optical element with optical fiber

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