JPH0518045B2 - - Google Patents
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- JPH0518045B2 JPH0518045B2 JP60074784A JP7478485A JPH0518045B2 JP H0518045 B2 JPH0518045 B2 JP H0518045B2 JP 60074784 A JP60074784 A JP 60074784A JP 7478485 A JP7478485 A JP 7478485A JP H0518045 B2 JPH0518045 B2 JP H0518045B2
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Classifications
-
- 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
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4439—Auxiliary devices
- G02B6/4457—Bobbins; Reels
-
- 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
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- G01C19/722—Details of the mechanical construction
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光フアイバジヤイロなどの光フア
イバセンサに好適に用いられる光素子に関する。
イバセンサに好適に用いられる光素子に関する。
光フアイバを用いたセンサの１種に光フアイバ
ジヤイロがある。この光フアイバジヤイロは、円
柱体の外周面にシングルモード光フアイバを複数
回巻きつけ、この光フアイバの両端部から同一波
長、同一位相のレーザ光を入射して光フアイバの
双方向に導波し、光フアイバ両端部から出射され
る２つのレーザ光を同時に１つの光検出器に導び
くようにしたものである。そして、円柱体の中心
軸を回転軸として系全体を角速度ωで一定方向に
回転させれば、光検出器に到達する２つのレーザ
光に位相差〓θが生じる。位相差〓θと角速度ω
との間には、 〓θ8πNA／cλ・ω なる関係が成り立つ。
ジヤイロがある。この光フアイバジヤイロは、円
柱体の外周面にシングルモード光フアイバを複数
回巻きつけ、この光フアイバの両端部から同一波
長、同一位相のレーザ光を入射して光フアイバの
双方向に導波し、光フアイバ両端部から出射され
る２つのレーザ光を同時に１つの光検出器に導び
くようにしたものである。そして、円柱体の中心
軸を回転軸として系全体を角速度ωで一定方向に
回転させれば、光検出器に到達する２つのレーザ
光に位相差〓θが生じる。位相差〓θと角速度ω
との間には、 〓θ8πNA／cλ・ω なる関係が成り立つ。
ここで、Ｎは光フアイバの巻付回数、Ａは定
数、ｃは光フアイバ中でのレーザ光の光速、 λは光フアイバ中でのレーザ光の波長である。
数、ｃは光フアイバ中でのレーザ光の光速、 λは光フアイバ中でのレーザ光の波長である。
したがつて、位相差〓θを求めることにより、
系の角速度ωが求まり、角速度ωを時間積分すれ
ば、回転角が求められ、これから運動方向、速
度、距離を知ることができる。
系の角速度ωが求まり、角速度ωを時間積分すれ
ば、回転角が求められ、これから運動方向、速
度、距離を知ることができる。
ところで、このような光フアイバジヤイロにあ
つては、上述のように、光フアイバを円柱体に巻
き付けているため、光フアイバのシリコーン樹脂
やナイロン樹脂などの被覆材がジヤイロの感度温
度特性に悪影響を及ぼす問題があつた。すなわ
ち、これらの樹脂材料は低温で光フアイバそのも
のよりも大きく収縮し、これによるマイクロペン
デイングの影響を受ける。また、被覆材によつて
巻付け回数が減り、スペースフアクターが悪く、
高感度化を計る場合には、長い円柱体を使用せね
ばならず、システム全体が大型化してしまうなど
の問題もあつた。
つては、上述のように、光フアイバを円柱体に巻
き付けているため、光フアイバのシリコーン樹脂
やナイロン樹脂などの被覆材がジヤイロの感度温
度特性に悪影響を及ぼす問題があつた。すなわ
ち、これらの樹脂材料は低温で光フアイバそのも
のよりも大きく収縮し、これによるマイクロペン
デイングの影響を受ける。また、被覆材によつて
巻付け回数が減り、スペースフアクターが悪く、
高感度化を計る場合には、長い円柱体を使用せね
ばならず、システム全体が大型化してしまうなど
の問題もあつた。
そこで、この発明にあつては、円柱体または円
筒体状のガラスまたは結晶性材料よりなる基板の
外周面にラセン状の導波路を形成し、被覆材の影
響を排除し、スペースフアクターを高めた光素子
を作り、これをジヤイロなどに用いて上記問題点
を解決するようにした。
筒体状のガラスまたは結晶性材料よりなる基板の
外周面にラセン状の導波路を形成し、被覆材の影
響を排除し、スペースフアクターを高めた光素子
を作り、これをジヤイロなどに用いて上記問題点
を解決するようにした。
第１図は、この発明の光素子の一例を示すもの
で、図中符号１は基板である。この基板１は、光
学ガラス、石英ガラスなどのガラス材料やニオブ
酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リチウム
（LiTaO3）、インジウムリン（InP）、酸化スズ
（SnO2）などの結晶性材料からなり、中空円筒状
もしくは中実円柱状に形成されたものである。中
空円筒体の方が当然重量、コストの点などで好都
合である。この基板１の外周面には、ラセン状の
１本の導波路２が形成されている。
で、図中符号１は基板である。この基板１は、光
学ガラス、石英ガラスなどのガラス材料やニオブ
酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リチウム
（LiTaO3）、インジウムリン（InP）、酸化スズ
（SnO2）などの結晶性材料からなり、中空円筒状
もしくは中実円柱状に形成されたものである。中
空円筒体の方が当然重量、コストの点などで好都
合である。この基板１の外周面には、ラセン状の
１本の導波路２が形成されている。
この導波路２は、例えば第２図に示すように、
基板１の表面をクラツドし、この上にラセン状の
コア３となるガラスを形成し、さらにこの上にク
ラツド４となるガラスを形成してなる凸型コアタ
イプや、第３図に示すような基板１の表層にイオ
ン交換法によつてラセン状のコア３を形成してな
る埋め込みコアタイプなどが用いられる。上記凸
型コアタイプについて、その製法を具体的に説明
すると、まず基板１外周面を十分光学研磨して平
滑とする。ついで、この基板１上に、CVD法、
MCVD法、イオンプレーテイング、反応性スパ
ツタなどの薄膜成形方法によつて、基板１よりも
屈折率の高いガラスを全面に形成する。そして、
イオンエツチング法などのドライエツチング法を
用いて不要部分を除去し、ラセン状のコア３と
し、さらにこの上にCVD法、MCVD法などによ
つてクラツド４となる低屈折率の薄膜を全面に形
成する方法などが採用できる。また、埋め込みコ
アタイプを得るには、中空円筒状の基板１の導波
路が形成される部分以外をマスクしておき、つい
でこれを金属イオン溶液中に浸漬し、基板１の外
周側から中心軸線に向けて電界をかけ、ナトリウ
ムイオンなどの金属イオンを基板１表層に拡散さ
せてその部分の屈折率を上げてコア３とし、さら
にこの上にクラツド４となるガラス薄膜を形成す
る方法によつて達せられる。
基板１の表面をクラツドし、この上にラセン状の
コア３となるガラスを形成し、さらにこの上にク
ラツド４となるガラスを形成してなる凸型コアタ
イプや、第３図に示すような基板１の表層にイオ
ン交換法によつてラセン状のコア３を形成してな
る埋め込みコアタイプなどが用いられる。上記凸
型コアタイプについて、その製法を具体的に説明
すると、まず基板１外周面を十分光学研磨して平
滑とする。ついで、この基板１上に、CVD法、
MCVD法、イオンプレーテイング、反応性スパ
ツタなどの薄膜成形方法によつて、基板１よりも
屈折率の高いガラスを全面に形成する。そして、
イオンエツチング法などのドライエツチング法を
用いて不要部分を除去し、ラセン状のコア３と
し、さらにこの上にCVD法、MCVD法などによ
つてクラツド４となる低屈折率の薄膜を全面に形
成する方法などが採用できる。また、埋め込みコ
アタイプを得るには、中空円筒状の基板１の導波
路が形成される部分以外をマスクしておき、つい
でこれを金属イオン溶液中に浸漬し、基板１の外
周側から中心軸線に向けて電界をかけ、ナトリウ
ムイオンなどの金属イオンを基板１表層に拡散さ
せてその部分の屈折率を上げてコア３とし、さら
にこの上にクラツド４となるガラス薄膜を形成す
る方法によつて達せられる。
この導波路２は、そのコア３の断面寸法が５〜
15μm程度とされ、コア３の間隙はコア３の断面
寸法の５〜10倍程度とされ、隣接コア３，３間の
干渉を防止するようになつている。
15μm程度とされ、コア３の間隙はコア３の断面
寸法の５〜10倍程度とされ、隣接コア３，３間の
干渉を防止するようになつている。
この導波路２は、また偏波面保存機能を持つも
のであつてもよい。偏波面保存機能を与えるため
には、コア３の断面形状を楕円とするか矩形とし
てＸ軸方向とｙ軸方向の光路長を変えるか、応力
付加層を設けてＸ軸方向とｙ軸方向とに屈折率差
をつけるなどの方法を採ることができる。
のであつてもよい。偏波面保存機能を与えるため
には、コア３の断面形状を楕円とするか矩形とし
てＸ軸方向とｙ軸方向の光路長を変えるか、応力
付加層を設けてＸ軸方向とｙ軸方向とに屈折率差
をつけるなどの方法を採ることができる。
このような光素子は、例えば第４図に示すよう
な光フアイバジヤイロに組み立てられて、使用に
供される。第４図中符号５はこの光素子であり、
光素子５の導波路２の両端部にはそれぞれシング
ルモード型の光フアイバ６，６が接続され、これ
ら２本のフアイバ６，６の他端は双方向性２対２
の光カプラー７に接続されている。また、光カプ
ラー７の他端は、それぞれ光フアイバ６，６によ
つてレーザーダイオードなどの発光源８とアバラ
ンシエホトダイオードなどから構成される光検出
器９に接続されている。
な光フアイバジヤイロに組み立てられて、使用に
供される。第４図中符号５はこの光素子であり、
光素子５の導波路２の両端部にはそれぞれシング
ルモード型の光フアイバ６，６が接続され、これ
ら２本のフアイバ６，６の他端は双方向性２対２
の光カプラー７に接続されている。また、光カプ
ラー７の他端は、それぞれ光フアイバ６，６によ
つてレーザーダイオードなどの発光源８とアバラ
ンシエホトダイオードなどから構成される光検出
器９に接続されている。
このような光素子にあつては、円筒状の基板１
上に直接ラセン状の導波路２を形成しているの
で、導波路２の間隔（ピツチ）を十分狭くするこ
とが可能で、スペースフアクターが向上し、小寸
法の基板１に多数の巻付数をとることができ、ジ
ヤイロなどに用いたときの感度を向上することが
できる。また、素子には温度に敏感な有機材料が
一切用いられていないので、温度特性が優秀で、
使用温度域も広くなる。
上に直接ラセン状の導波路２を形成しているの
で、導波路２の間隔（ピツチ）を十分狭くするこ
とが可能で、スペースフアクターが向上し、小寸
法の基板１に多数の巻付数をとることができ、ジ
ヤイロなどに用いたときの感度を向上することが
できる。また、素子には温度に敏感な有機材料が
一切用いられていないので、温度特性が優秀で、
使用温度域も広くなる。
第５図は、この発明の光素子の他の例を示すも
ので、第１図に示したものと同一構成部分には同
一符号を付して説明を省略する。この例の光素子
は、基板１上の導波路２の一端に、出力端の１つ
が接続された双方向性２対２の光カプラー部１０
を同時に設けたものである。この光カプラー部１
０は、基板１の端部側に位置し、隣接する導波路
２を、その間隔が１〜5μmと光結合が可能な程度
に接近させて結合部１０ａを形成したものであつ
て、上述の導波路の作成方法と同様の方法によつ
て作成できる。
ので、第１図に示したものと同一構成部分には同
一符号を付して説明を省略する。この例の光素子
は、基板１上の導波路２の一端に、出力端の１つ
が接続された双方向性２対２の光カプラー部１０
を同時に設けたものである。この光カプラー部１
０は、基板１の端部側に位置し、隣接する導波路
２を、その間隔が１〜5μmと光結合が可能な程度
に接近させて結合部１０ａを形成したものであつ
て、上述の導波路の作成方法と同様の方法によつ
て作成できる。
この例の光素子では、第５図のように光カプラ
ー部１０の入力端に発光源８および光検出器９を
光フアイバ６，６で接続し、光カプラー部１０の
出力端の他方を導波路２の他端に光フアイバ６で
接続すれば、光ジヤイロとすることができ、外付
部品の削減を計ることができる。
ー部１０の入力端に発光源８および光検出器９を
光フアイバ６，６で接続し、光カプラー部１０の
出力端の他方を導波路２の他端に光フアイバ６で
接続すれば、光ジヤイロとすることができ、外付
部品の削減を計ることができる。
さらに、基板１上に光カプラー部１０に隣接し
て発光源と光検出器とを集積した光集積回路（光
IC）を形成することもできる。
て発光源と光検出器とを集積した光集積回路（光
IC）を形成することもできる。
また、第６図に示すように、２本の導波路２，
２を並行してラセン状に形成したデユアルコア型
の光素子とすることもでき、さらには３本以上の
導波路を形成することもできる。
２を並行してラセン状に形成したデユアルコア型
の光素子とすることもでき、さらには３本以上の
導波路を形成することもできる。
実験例 １
外径120mm、内径100mmの合成石英ガラスの中空
円筒体の外周面を光学研摩し、この表面に火炎加
水分解により、SiO2・GeO2のガラス微粉末を厚
さ15μmに堆積した。GeO2の含有量は2wt％であ
つた。ついでこれを脱水、透明ガラス化して厚さ
6μmの透明ガラス膜とした。次に、6μm幅のコア
を除いた他の部分を反応性イオンエツチングによ
り除去し、ラセン状のコアを作成する。コアの間
隔（ピツチ）は50μmとした。この上にプラズマ
CVD法によりクラツドとなる厚さ2μmのSiO2層
を全面的に設けた。かくして得られた導波路の長
さは約900ｍであつた。この光素子を用いて光ジ
ヤイロを作成したところ、その温度特性は０〜50
℃の範囲で変化が認められず、またその寸法は
150mm×150mm×200mmであつた。
円筒体の外周面を光学研摩し、この表面に火炎加
水分解により、SiO2・GeO2のガラス微粉末を厚
さ15μmに堆積した。GeO2の含有量は2wt％であ
つた。ついでこれを脱水、透明ガラス化して厚さ
6μmの透明ガラス膜とした。次に、6μm幅のコア
を除いた他の部分を反応性イオンエツチングによ
り除去し、ラセン状のコアを作成する。コアの間
隔（ピツチ）は50μmとした。この上にプラズマ
CVD法によりクラツドとなる厚さ2μmのSiO2層
を全面的に設けた。かくして得られた導波路の長
さは約900ｍであつた。この光素子を用いて光ジ
ヤイロを作成したところ、その温度特性は０〜50
℃の範囲で変化が認められず、またその寸法は
150mm×150mm×200mmであつた。
一方、従来の円筒体に外径0.9mmの光フアイバ
心線を巻きつけたものを用いた光ジヤイロでは、
その寸法が400mm×400mm×200mmであり、その温
度特性も０〜50℃で±10％変化した。
心線を巻きつけたものを用いた光ジヤイロでは、
その寸法が400mm×400mm×200mmであり、その温
度特性も０〜50℃で±10％変化した。
実験例 ２
外径120mm、内径100mm、長さ10mmの石英ガラス
製円筒状基板に、第６図に示したようなデユアル
コア型の導波路を形成した。上記基板外周面に導
波路となる位置を除いてマスキングを施し、
Na2NO3水溶液中に浸漬して基板の外周側から中
心軸に向けて電界を加けてイオン化されたNaイ
オンを基板中に拡散させてコアを作成し、この上
にプラズマCVD法によりクラツドとなるSiO2膜
を作成した。コアの径は約6μmであり、デユアル
コアの間隔は50μm、デユアルコア間の間隔は
100μmとした。得られた導波路の長さは10ｍであ
つた。
製円筒状基板に、第６図に示したようなデユアル
コア型の導波路を形成した。上記基板外周面に導
波路となる位置を除いてマスキングを施し、
Na2NO3水溶液中に浸漬して基板の外周側から中
心軸に向けて電界を加けてイオン化されたNaイ
オンを基板中に拡散させてコアを作成し、この上
にプラズマCVD法によりクラツドとなるSiO2膜
を作成した。コアの径は約6μmであり、デユアル
コアの間隔は50μm、デユアルコア間の間隔は
100μmとした。得られた導波路の長さは10ｍであ
つた。
この光素子を用いて干渉型振動センサを作成し
た。光素子の１対の導波路の一端からレーザ光を
入射し、他端からの出力光を２本のシングルモー
ド光フアイバで平行に導びき、スリツトを有する
検出器に入射し、干渉縞を検出するようにした。
光素子に振動を与えると、２つの導波路の相対的
略長が変化して２つの出射光の位相が変化して干
渉縞が移動する。この干渉縞の移動と周波数によ
り振動が検出される。この例の光素子を用いた振
動センスでは、周波数10〜5000Hz、加速度10Gま
で検出可能であつた。一方、従来の二本のシング
ルモード光フアイバを束ねて巻き付けたセンサで
は、周波数500〜5000Hz、加速度2Gまでしか検出
できなかつた。
た。光素子の１対の導波路の一端からレーザ光を
入射し、他端からの出力光を２本のシングルモー
ド光フアイバで平行に導びき、スリツトを有する
検出器に入射し、干渉縞を検出するようにした。
光素子に振動を与えると、２つの導波路の相対的
略長が変化して２つの出射光の位相が変化して干
渉縞が移動する。この干渉縞の移動と周波数によ
り振動が検出される。この例の光素子を用いた振
動センスでは、周波数10〜5000Hz、加速度10Gま
で検出可能であつた。一方、従来の二本のシング
ルモード光フアイバを束ねて巻き付けたセンサで
は、周波数500〜5000Hz、加速度2Gまでしか検出
できなかつた。
以上説明したように、この発明の光素子は、円
筒状または円柱状の基板のラセン状の導波路を形
成したものであるので、スペースフアクターが向
上し、これを光ジヤイロなどのセンサに用いた
際、高感度化もしくは小型化が可能であり、かつ
温度に敏感な有機材料を用いていないので、セン
サの温度特性も良好で使用温度域も拡大できる。
筒状または円柱状の基板のラセン状の導波路を形
成したものであるので、スペースフアクターが向
上し、これを光ジヤイロなどのセンサに用いた
際、高感度化もしくは小型化が可能であり、かつ
温度に敏感な有機材料を用いていないので、セン
サの温度特性も良好で使用温度域も拡大できる。
第１図はこの発明の光素子の第１の例を示す斜
視図、第２図および第３図はいずれもこの発明に
おける導波路の例を示す拡大断面図、第４図はこ
の発明の光素子を光ジヤイロに用いた場合の構成
を示す概略構成図、第５図はこの発明の光素子の
第２の例とその応用例を示す概略構成図、第６図
はこの発明の光素子の第３の例を示す斜視図であ
る。 １……基板、２……導波路、５……光素子。
視図、第２図および第３図はいずれもこの発明に
おける導波路の例を示す拡大断面図、第４図はこ
の発明の光素子を光ジヤイロに用いた場合の構成
を示す概略構成図、第５図はこの発明の光素子の
第２の例とその応用例を示す概略構成図、第６図
はこの発明の光素子の第３の例を示す斜視図であ
る。 １……基板、２……導波路、５……光素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中実円柱状もしくは中空円筒状のガラスまた
は結晶性材料よりなる基板の周面に、ラセン状の
光導波路が設けられてなる光素子。 ２ 上記光導波路が偏波面保存型の光導波路であ
る特許請求の範囲第１項記載の光素子。 ３ 上記光導波路の一部が光カプラーの結合部を
形成している特許請求の範囲第１項または第２項
記載の光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074784A JPS61233314A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074784A JPS61233314A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61233314A JPS61233314A (ja) | 1986-10-17 |
| JPH0518045B2 true JPH0518045B2 (ja) | 1993-03-10 |
Family
ID=13557260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60074784A Granted JPS61233314A (ja) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | 光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61233314A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62247209A (ja) * | 1986-04-21 | 1987-10-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ジヤイロスコ−プ |
| US7656578B2 (en) | 1997-03-21 | 2010-02-02 | Imra America, Inc. | Microchip-Yb fiber hybrid optical amplifier for micro-machining and marking |
| GB0709023D0 (en) * | 2007-05-10 | 2007-06-20 | Univ Southampton | Apparatus comprising a cylindrical substrate and an integrated optical circuit |
-
1985
- 1985-04-09 JP JP60074784A patent/JPS61233314A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61233314A (ja) | 1986-10-17 |
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