JPH05133758A - 3×3シングルカプラ光フアイバジヤイロ - Google Patents

3×3シングルカプラ光フアイバジヤイロ

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JPH05133758A
JPH05133758A JP29437091A JP29437091A JPH05133758A JP H05133758 A JPH05133758 A JP H05133758A JP 29437091 A JP29437091 A JP 29437091A JP 29437091 A JP29437091 A JP 29437091A JP H05133758 A JPH05133758 A JP H05133758A
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JP
Japan
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coupler
optical fiber
sensing coil
light
light source
Prior art date
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Pending
Application number
JP29437091A
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English (en)
Inventor
Takeyoshi Takuma
勇悦 詫摩
Kimimichi Yamada
公道 山田
Tatsuo Teraoka
達夫 寺岡
Masashi Nakamura
正志 中村
Toshio Iizuka
寿夫 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】温度が変化した時や、振動が加わった時に偏光
状態が容易に変化せず、構成が簡単で安価な民生用光フ
ァイバジャイロの光学系を実現する。 【構成】3×3カプラ1は、3本の楕円コア形PMファ
イバ3を束ね、それらの固有偏光軸を調節して加熱溶融
し、中央部を細径化して作る。カプラ1を構成する3本
の光ファイバのうちの1本を光源に接続して光を入出射
する光源接続用とし、残り2本をセンシングコイル2の
両端に左右両回り光として入射させ、センシングコイル
2から出射される光を取り出す出力信号用とする。一
方、センシングコイル2は、同じく楕円コアファイバを
巻いて作る。そして、センシングコイル2の両端部をそ
れぞれ3×3カプラ1の出射ポートa′、c′の2箇所
5、5で融着接続して、光ファイバジャイロを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カプラが1台で足りる
3×3シングルカプラ光ファイバジャイロに係り、特に
その光学系を改善したものに関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバジャイロのうち、両光波間に
相対的に時間遅れのある位相変調をかけ干渉出力中の変
調成分を検出する位相変調方式は、分解能・零点安定性
に関して他の方式に勝り、また比較的簡単な構成であ
り、低価格化が図れることから、民生用の光ファイバジ
ャイロとして注目されている。位相変調方式光ファイバ
ジャイロは、他の方式と同様、光学系と信号処理系とか
ら構成されるが、信号処理系に比して、依然、光学系の
構造が複雑であるため、光学系の簡素化が試みられてい
る。
【0003】一般的な位相変調方式の光学系は図3に示
すように、2台の融着延伸形による2×2カプラ12、
14と、各1台の偏光子13、センシングコイル14お
よび位相変調器15とから構成されている。なお、11
は光源、17は受光器、18は信号処理系である。な
お、位相変調器15は、左右両回り光にタイミング差を
設けて位相変調を行い、基本波成分を同期検波すること
によりsinΔφに比例した出力を得て感度の最適化を
図るものであり、また、偏光子15は光ファイバ内偏波
状態変動によるドリフトを除去するためのものである。
しかし、上述した一般的な構造では、未だ構造が簡単で
あるとはいえない。すなわち、2×2カプラ2台とセン
シングコイル1台に加えて、さらに偏光子、位相変調器
各1台必用とするため、部品数が多くなること、接続部
が少なくとも4カ所あること、さらに同期検波のために
信号処理系も複雑なことから高価である。また、特性面
では、カプラ2台を用いる必要があるため、カプラ2台
が別々に製造されたものであると、温度特性等にばらつ
きが生じ、システム全体の性能が悪くなるといった欠点
があり、製品歩留りも非常に悪い。また、位相変調を施
している等により雑音の低減が図られているが、偏光子
等を用いていても未だ光ファイバの偏波変動に対する補
償は不十分であり、スケールファクタの安定化に問題が
ある。
【0004】これに対して、実験室レベルでは、2×2
カプラ1台と、センシングコイル1台、位相変調器1台
より構成された簡易形のものもあることはある。2×2
カプラ1台と、変調器、センシングコイル各1台よりな
る点で、上述したジャイロより部品数は減っている。し
かし、本質的に非相反性のため特性が安定せず、実験用
には供することはできても、実用には到底供することが
できない。
【0005】従って上記した2つのジャイロは、ある程
度の特性が要求され、かつ低価格化を求められる自動車
ナビゲーション用をはじめとした民生用の光ファイバジ
ャイロには適用できない。
【0006】そこで、最近では、偏波面保存光ファイバ
(SMファイバ)を用いて、実験室レベルと同様、また
はそれよりも更に簡略化された構成のジャイロが文献発
表されている(文献:G.F.Trommer et al,“Passive Fi
ber Optic Gyroscope"Appl.OPT.,29,36,P5360(199
0))。これは、SMファイバを用いて3×3ポートの融
着延伸形カプラ1台とセンシングコイル1台とを作っ
て、これらを接続したものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した文献
ものでは温度が変化した時や、振動が加わった時に偏光
状態が簡単に変化してしまい、ドリフトも大きいため、
温度変化や振動の多い環境下に置かれる民生用、特に自
動車ナビゲーション用の光ファイバジャイロには不向と
考えられる。
【0008】本発明の目的は、1台のカプラに2台分の
カプラ機能をもたせた光ファイバジャイロにおいて、上
述した従来技術の欠点を解消して、特性が良好で、温度
や振動などの外乱に強い3×3シングルカプラ光ファイ
バジャイロを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の3×3シングル
カプラ光ファイバジャイロは、楕円コア形偏波面保存光
ファイバを用いて構成されたセンシングコイル1台と3
×3ポートの延伸融着形カプラ1台とから成り、カプラ
を構成する3本の光ファイバのうちの1本を光源に接続
して光を入出射する光源接続用とし、残り2本をセンシ
ングコイルに接続し光源から入射した光をセンシングコ
イルの両端に左右両回り光として導き、センシングコイ
ルを伝搬してきた光を出射する出力信号用とするよう
に、センシングコイルとカプラとが接続されているもの
である。
【0010】
【作用】本発明のように、1台のカプラに2台分のカプ
ラ機能をもたせた3×3ポートの融着形カプラを用いる
と、カプラは1台で足り、ファイバの結合論理から変調
器がなくても感度の最適化が図れる。また、センシング
コイル及びカプラを構成する光ファイバに、光ファイバ
にPMファイバを用いているので、偏光子も不要とな
り、大幅な低コスト化が達成できる。特に、PMファイ
バとして、応力付与部をもたず、楕円コアとクラッドの
みからなる単純な構造の楕円コア形PMファイバを用い
ているため、温度や振動などの外乱に強く、ある程度の
特性が要求される自動車ナビゲーション用をはじめとし
た民生用の光ファイバジャイロに適用できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図2を用いて
説明する。本実施例による光ジャイロは楕円コアPMフ
ァイバを用いて、3×3カプラと、センシングコイルと
を作り、これらを接続して光ファイバジャイロの光学系
を形成することが要旨である。楕円コア形PMファイバ
は、断面楕円形のコア上に断面円形のクラッドを設け、
必要に応じて更にサポート等を設けたものである。光学
系の構成を図1に示す。3×3カプラは、融着延伸前に
図2のように3本の楕円コア形PMファイバ3を平行配
列して三角形状に束ね、それらの固有偏向軸を調節すべ
く楕円コア4の方向を一致させた後、通常の融着延伸装
置を用いて加熱溶融し、中央部を細径化して製造する。
製造した3×3ポートの延伸融着形カプラの特性は波長
0.78μm(CD用(コンパクトディスク用)LDの
波長)で、いずれの入射ポートa、b、cから光を入射
しても分岐比は0.33±0.02、過剰損失0.5d
Bであり、入射ポートbから入射して出射ポートa′、
b′、c′から出射させたときの消光比は、いずれの出
射ポートにおいても共通で、−18dBであった。な
お、入射ポートbは、図2では楕円コア4の向きを互に
平行にした2本の下部ファイバ上に載っている上部ファ
イバに対応し、本実施例ではこの入射ポートbを光源接
続用入射ポートとしている。また、入射ポートb及びc
は出力信号用入射ポート、出射ポートa′、b′、c′
はそれぞれセンシングコイル接続用出射ポート、ダミー
用出射ポート、センシングコイル接続用出射ポートとし
ている。一方、センシングコイル2は、同じく楕円コア
形PMファイバを100m巻いて作る。そして、センシ
ングコイル2の両端部をそれぞれ3×3カプラ1の出射
ポートa′、c′の×印で示す2箇所5、5で融着接続
して、光ファイバジャイロを得た。
【0012】さて、上記した光ファイバジャイロにおい
て、図示しない光源から光を発射すると、光は入射ポー
トbから3×3カプラ1に入射し、分岐して出射ポート
a′と出射ポートb′とから出射され、センシングコイ
ル2に左右両回り光として伝搬する。センシングコイル
2を伝搬してきた光はそれぞれ出射ポートa′、b′か
ら再び3×3カプラ1に入射して、入射ポートa、bか
ら光ファイバジャイロの出力として出射される。
【0013】このような光ファイバジャイロ出力は、フ
ァイバの結合理論から入射ポートa,cでそれぞれ、 入射ポートa; (1/9)(2−cosΔφ−31/2 sinΔφ) (1) 出射ポートc (1/9)(2−cosΔφ+31/2 sinΔφ) (2) となり、これらの出力を光電変換後、信号処理系の差動
増幅器に入力して両者の差をとると、位相変調器がなく
とも感度の最適化が図れ、 (2/9)31/2 sinΔφ (3) 上式のような形でジャイロ信号を得ることができる。
【0014】実験によれば、本実施例の光ジャイロの特
性としては、最小検出感度0.01/sec、バイアス
安定性5°/h以下、スケールファクタ直線性は0.1
%以下であった。なお、このときの積分時間は30ms
ecである。
【0015】以上述べたように本実施例によれば、光学
系を構成するファイバに楕円コア形PMファイバを用い
たことにより振動やショック等の外乱に対して強い。ま
た、ファイバ構造も簡単で製造バラツキ少ないので温度
特性等も良好になり、歩留りがよく、システム全体の性
能も向上できる。このように、温度変化や振動が加わっ
たときでも偏光状態が簡単に変化してしまうことがな
く、ドリフトを小さくすることができる。また、接続点
もセンシングコイルの両端の2箇所で済むので、低コス
トジャイロの実現が図れ、民生用光ファイバ及びその応
用システムの実用化に資するところ大であり、特に低コ
ストで特性の良い、自動車ナビゲーション用の光ファイ
バジャイロの光学系に適用にてメリット大である。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、楕円コア形偏波面保存
光ファイバを用いて3×3ポートの融着形カプラ1台と
センシングコイル1台を作り、これらを接続して光ファ
イバジャイロの光学系を構成するという簡単な構成で、
自動車ナビゲーション用を始めとした民生用の光ファイ
バジャイロを低コストで、しかも民生用に合った特性を
もつものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による光ファイバジャイロの光
学系の構成図。
【図2】本実施例による3×3カプラの融着延伸する前
の楕円コア形PMファイバの平行配列構成図。
【図3】従来例による光ファイバジャイロの光学系の構
成図。
【符号の説明】
1 3×3カプラ 2 センシングコイル 3 楕円コア形PMファイバ 4 楕円コア 5 接続部 a 出力信号用入射ポート b 光源接続用入射ポート c 出力信号用入射ポート a′ センシングコイル接続用出射ポート b′ 出射ポート c′ センシングコイル接続用出射ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 正志 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 飯塚 寿夫 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】偏波面保存光ファイバを用いて構成された
    センシングコイル1台と3×3ポートの延伸融着形カプ
    ラ1台とから成り、前記カプラを構成する3本の光ファ
    イバのうちの1本を光源に接続して光を入射する光源接
    続用とし、残り2本をセンシングコイルに接続して光源
    から入射した光をセンシングコイルの両端に左右両回り
    光として導き、センシングコイルを伝搬してきた光を出
    射する出力信号用とすべく、前記センシングコイルと前
    記カプラとを接続した3×3シングル光ファイバジャイ
    ロにおいて、前記センシングコイル及び前記カプラを構
    成する偏波面保存光ファイバを楕円コア形偏波面保存光
    ファイバで構成したことを特徴とする3×3シングルカ
    プラ光ファイバジャイロ。
JP29437091A 1991-11-11 1991-11-11 3×3シングルカプラ光フアイバジヤイロ Pending JPH05133758A (ja)

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JP29437091A Pending JPH05133758A (ja) 1991-11-11 1991-11-11 3×3シングルカプラ光フアイバジヤイロ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230050230A1 (en) * 2021-08-10 2023-02-16 Chi-Luen Wang Interferometric fiber-optic gyroscope with reduced common mode phase noises and polarization crosstalk for enhanced measurement sensitivity and accuracy

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US20230050230A1 (en) * 2021-08-10 2023-02-16 Chi-Luen Wang Interferometric fiber-optic gyroscope with reduced common mode phase noises and polarization crosstalk for enhanced measurement sensitivity and accuracy

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