JPH04357408A - 光ジャイロの光学系の構造 - Google Patents

光ジャイロの光学系の構造

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JPH04357408A
JPH04357408A JP2539291A JP2539291A JPH04357408A JP H04357408 A JPH04357408 A JP H04357408A JP 2539291 A JP2539291 A JP 2539291A JP 2539291 A JP2539291 A JP 2539291A JP H04357408 A JPH04357408 A JP H04357408A
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JP
Japan
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waveguide
linbo3
glass
substrate
optical
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Pending
Application number
JP2539291A
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English (en)
Inventor
Takao Sagawa
孝夫 佐川
Naoki Fuse
直紀 布施
Shigeru Nakamura
茂 中村
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は共振形光ジャイロに関し
、光ジャイロの特に温度変化に対して安定な光学系の構
造に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来技術による共振形光ジャイ
ロの一例のブロック図である。
【0003】同図において、光源(例えば、レーザダイ
オード)1からの光を、導波路2に配設された方向性結
合器3により二分岐して、導波路4,5に導く。導波路
4の光は、変調器6により変調され、導波路7を経て、
P/U位相変調器8によりP/U位相変調を施されて、
導波路9を経て方向性結合器10に至る。そして、ここ
で二分岐され導波路11,偏光子12,および導波路1
3を通って、方向性結合器14により共振器15に導か
れる。この共振器15からの出射光は、導波路18,偏
光子19および導波路20を経て、方向性結合器21に
より二分岐され、導波路22を通って受光素子23で受
光される。この光を該受光素子23で電気信号に変換し
て、共振点検出回路34で共振点を共振器出射光強度と
して検出し、変調器ドライバ35の出力信号により、共
振点をロックするように、前記変調器6にフィードバッ
クしている。
【0004】他方、前記光源1から二分岐され、導波路
5に導かれた光は、変調器26および導波路27を経て
P/U位相変調器28(この周波数は前記P/U位相変
調器8と同一でも、異なってもよい)により位相変調を
受ける。そして、導波路29を通り方向性結合器21に
より二分岐された後、導波路20,偏光子19および導
波路18を通って、方向性結合器14により共振器15
に導かれる。この共振器15からの出射光は、導波路1
3,偏光子12および導波路11を経て、方向性結合器
10により二分岐され、導波路30を通って受光素子3
1で受光される。この光を該受光素子31で電気信号に
変換して、共振点検出回路32で共振点を共振器出射光
強度として検出し、変調器ドライバ33の出力信号によ
り、共振点をロックするように、前記変調器26にフィ
ードバックする。
【0005】前記構成の光ジャイロが共振点にロックさ
れているとき、該ジャイロに角速度入力があると、サニ
ャック効果により、共振点の位相が比例して変化するこ
とが知られている。この変化を打ち消そうとして、各変
調器ドライバから出力されるフィードバック信号を周波
数カウンタ40,41によりf1, f2を求め、それ
らf1, f2の差Gによりその角速度がわかる。
【0006】このとき共振点を安定化させるため、温度
センサ16a により温度を測定し、温度センサの出力
を温度制御回路16b によりヒーターまたはクーラー
16c にフィードバックし、系の温度を一定にするこ
とが行なわれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】通常、光ジャイロの共
振器15等を構成するために光ファイバーが使用されて
いる。しかしながら光ファイバーを用いる光共振器は温
度変化の影響を受けやすいという問題点を有する。
【0008】光ファイバーの線膨張係数は4×10−5
 1/℃程度であるので、たとえば、共振器長を10c
m、光源の波長を 1.3μm 、屈折率を1.5 、
光速を3×108m/s とすると、温度が1℃変化し
たときの共振器長の変化△Lは   △L=(10×10−2)×(4×10−5)×1
=4×10−6〔m〕であり、波長が 1.3μm で
あることを考慮すると 3.1波長分も共振点が動いて
しまう。これを仮に 0.1波長の変動に抑えようとす
ると0.03℃の温度制御をしなければならない。
【0009】また、共振器を光ファイバーで構成すると
き、共振器の半径を小さくすると光ファイバーの曲げ損
失の増大により共振器特性が劣化するので、ジャイロの
小形化に限界があった。
【0010】光ジャイロの導波路として、光ファイバー
を用いずに、LiNbO3基板上にTi等を拡散させて
形成した領域を使用することも知られている。しかしな
がらLiNbO3の膨張率は光ファイバーの膨張率と同
程度である。したがって導波路の熱膨張に関する問題点
はLiNbO3を用いた導波路によっても存在する。
【0011】本発明は温度変化による影響が小さい導波
路、およびこの導波路を用いた光共振器、変調器、さら
にこの光共振器および変調器を用いた光ジャイロを提供
することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、LiNbO
3基板上にTiを拡散させて形成した導波路において、
このLiNbO3基板がLiNbO3より小さい熱膨張
率を有しかつLiNbO3層より厚いガラス板に固定さ
れていることを特徴とする導波路を使用することによっ
て解決された。熱膨張率の小さいガラスとして、例えば
石英ガラスを使用することができる。
【0013】
【作用】LiNbO3基板の熱膨張率はガラス板の熱膨
張率より大きい。しかしガラス板の厚さがLiNbO3
基板より大きいので、全体としての熱膨張はガラス板の
熱膨張率によって支配される。したがって、LiNbO
3の熱膨張率より小さい熱膨張率を有するガラスを選択
することにより、LiNbO3基板上の導波路の熱膨張
を小さくすることができる。なおガラス板の厚さはLi
NbO3基板の厚さの10倍以上であることが好ましい
。またガラス板は石英ガラスのように熱膨張率が10−
61/℃以下であることが好ましい。
【0014】
【実施例】図1は本発明に係る導波路を用いた光ジャイ
ロの好ましい実施例における変調器の部分の断面を示す
斜視図である。
【0015】LiNbO3基板にTiをスパッタリング
等により拡散したTi拡散領域が導波路として形成され
ている。例えばLiNbO3基板の厚さは1mm以下、
Ti拡散領域の幅は10μm以下、Ti拡散領域の深さ
は2〜3μm である。
【0016】図1に示された光ジャイロの変調器の部分
では導波路としてのTi拡散領域の両側に電極が形成さ
れている。LiNbO3は電気光学効果を有するので、
両電極に電圧を印加することにより導波路内の屈折率を
変化させることができ、この結果波長が変化する。すな
わち両電極に印加される電圧によって導波路内の光の位
相を変調することができる。共振器はLiNbO3上の
Ti拡散領域を所定の形状に形成することにより得るこ
とができる。この場合は図1の電極は不用である。また
別の方法としてガラス基板に他のガラスをスパッタする
ことによって得ることができる。
【0017】本発明に係る導波路のLiNbO3基板は
厚さが10mm程度のガラス板の上面に一体に固定され
ている。そしてガラス板の厚さがLiNbO3の厚さよ
り充分に大きいので、全体としての膨張はガラス板の膨
張に支配される。 したがってガラスの素材として線膨張率が5×10−7
 1/℃のオーダーのものを選択すると、導波路の線膨
張率も5×10−7 1/℃のオーダーになる。このと
き、例えば共振器長10cm、光源の波長 1.3μm
 として、第0008節と同様の計算をすると、 △L=(10×10−2)×(5×10−7)×1=5
×10−8〔m〕 =0.038 波長となり、温度変化の影響が極めて小
さい。
【0018】図1の実施例では、ガラス板の下面にペル
チエ効果を奏するペルチエ素子が取付けられ、ペルチエ
素子に流す電流を制御することにより、ガラス板の温度
変化自体を少くするように構成されている。
【0019】図2は本発明に係る光ジャイロの光学部の
第1実施例の斜視図である。ガラス板の上面にLiNb
O3基板が固定され、LiNbO3基板上に導波路、分
岐導波路、変調器、方向性結合器、共振器等が、Ti拡
散領域によって形成され、また変調器のため電極GがL
iNbO3基板上に金属を蒸着することにより形成され
ている。なお図2,図3,図4の実施例の光ジャイロの
原理的構造は図5のブロック図に対応するので、主要部
材について対応する部材には同一の参照番号を付し説明
を省略する。
【0020】図3は本発明に係る光ジャイロの光学部の
第2実施例の斜視図である。この実施例では、第2の光
ジャイロの光学部の共振器15、方向性結合器14の部
分と、その光学系の部分を別のLiNbO3基板上に形
成し、両基板をそれぞれガラス板に固定し、さらに両ガ
ラス板にペルチエ素子を取付けたものである。この実施
例は、両部分が独立に交換可能であるという利点を有す
る。
【0021】図4は本発明に係る光ジャイロの光学部の
第3実施例の斜視図である。ガラス板の上面にLiNb
O3基板が固定され、LiNbO3基板上に導波路、分
岐導波路、変調器が、Ti拡散領域によって形成され、
また変調器のため電極GがLiNbO3基板上に金属を
蒸着することにより形成され、方向性結合器、共振器は
ガラス基板上に別のガラスをスパッタすること等により
形成されている。この実施例は両部分が独立に交換可能
であるという利点とともに、共振器自体の線膨張係数を
小さくでき、温度に対する共振点の変動をさらに抑える
ことができる。
【0022】
【発明の効果】
1)  温度に対して安定な共振器が得られる。 2)  全てリジッドであるので振動・衝撃に強い。 3)  可動部がないので半永久的な寿命となる。 4)  光ジャイロが小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る導波路を用いた光ジャイロの好ま
しい実施例における変調器の断面斜視図である。
【図2】本発明に係る光ジャイロの光学部の第1実施例
の斜視図である。
【図3】本発明に係る光ジャイロの光学部の第2実施例
の斜視図である。
【図4】本発明に係る光ジャイロの光学部の第3実施例
の斜視図である。
【図5】従来技術による共振形光ジャイロの一例のブロ
ック図である。
【符号の説明】
1  光源 2  導波路 3  方向性結合器 4,5  導波路 6  変調器 7  導波路 8  変調器 9  導波路 10  方向性結合器 11  導波路 12  偏光子 13  導波路 14  方向性結合器 15  共振器 18  導波路 19  偏光子 20  導波路 21  方向性結合器 22  導波路 23  受光素子 26  変調器 27  導波路 28  変調器 29  導波路 30  導波路 31  受光素子 32  共振点検出回路 33  変調器ドライバ 34  共振点検出回路 35  変調器ドライバ 40  周波数カウンタ 41  周波数カウンタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  LiNbO3基板上にTiを拡散させ
    て形成した導波路において、このLiNbO3基板がL
    iNbO3より小さい熱膨張率を有しかつLiNbO3
    層より厚いガラス板に固定され、ペルチエ素子によりガ
    ラスの温度変化を制御することを特徴とする導波路。
  2. 【請求項2】  ガラス板の厚さがLiNbO3基板の
    厚さの10倍以上であることを特徴とする請求項1記載
    の導波路。
  3. 【請求項3】  ガラス板が石英ガラスからなることを
    特徴とする請求項1記載の導波路。
  4. 【請求項4】  請求項1記載の導波路を用いて形成し
    た共振器。
  5. 【請求項5】  請求項1記載の導波路を用いて形成し
    た変調器。
  6. 【請求項6】  請求項1記載の導波路を用いて形成し
    た光ジャイロ。
  7. 【請求項7】  請求項5記載の変調器と、ガラス基板
    上に別のガラスをスパッタして形成した方向性結合器と
    共振器を有し、ペルチエ素子によりガラスの温度を制御
    することを特徴とする光ジャイロ。
JP2539291A 1991-01-25 1991-01-25 光ジャイロの光学系の構造 Pending JPH04357408A (ja)

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JP (1) JPH04357408A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05133757A (ja) * 1991-11-12 1993-05-28 Japan Aviation Electron Ind Ltd リング共振型ジヤイロ
JP2007309937A (ja) * 2006-05-15 2007-11-29 Honeywell Internatl Inc 集積光学回転センサおよび回転レートを検出する方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05133757A (ja) * 1991-11-12 1993-05-28 Japan Aviation Electron Ind Ltd リング共振型ジヤイロ
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