JPH0626870A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シングルモ−ドファイバでファイバコイルを
作製した光ファイバジャイロに於いて偏光子の前後にデ
ポラライザが必要である。ファイバ型のデポラライザは
２本の偏波面保存光ファイバを偏波面主軸が４５度捩じ
れた状態で接合して作らなければならない。これが極め
て難しい作業である。偏光子の前のデポラライザをなく
して、デポラライザの数を節減することが目的である。 【構成】 偏光子をシングルモ−ドファイバで構成され
た光路の中に設けず、光源の光を直接に、あるいは複屈
折性媒質によって無偏光にしてから偏光子に入射させ
る。例えば無偏光の光を出す光源を用いこの光を直接に
偏光子に通す。直線偏光の光源を用いる場合はこの偏光
方向と偏光子の偏光の方向を揃える。または光源の偏光
に対して主軸が４５度傾くように複屈折性媒質を置いて
光を無偏光にしてから偏光子に通す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自動車、飛行機、船舶
など運動体の回転角速度を測定するための光ファイバジ
ャイロに関する。特に安価なシングルモ−ドファイバを
用いた光ファイバジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバジャイロはファイバコイルの
中を左廻り右廻りに伝搬する光の位相差がコイルの角速
度に比例することを利用して角速度を求めるものであ
る。これは光源、ファイバカップラ、ファイバコイル、
受光素子等を含む。ファイバとしてはシングルモ−ドフ
ァイバや、偏波面保存ファイバを用いる。シングルモ−
ドファイバの場合は偏波面の回転が起こりうる。偏波面
保存ファイバの場合は偏波面が保存されるので、偏波面
回転の困難はない。しかし偏波面保存ファイバは高価で
ある。

【０００３】シングルモ−ドファイバはより安価であ
る、偏波面保存ファイバに比較して約１桁安価である。
ところがシングルモ−ドファイバを用いると、偏波面回
転によって受光素子の出力がドリフトしたり変動したり
する。するとスケ−ルファクタが変動したり、零点がド
リフトするので、回転角速度の測定精度が低下する。そ
こでシングルモ−ドファイバを用いる場合は、光が分離
する前にこれを偏光子に通して偏波面を一定方向に揃え
る。それだけでは偏波面の回転によってやはり出力がド
リフトする。そこで、ファイバコイルの一端にデポララ
イザを挿入する。これによってファイバコイルを伝搬し
た光を無偏光にし、どのような状態の光であっても半分
は偏光子を通過できるようにしている。これはＢｏｅｈ
ｍらによって提案されたものである。

【０００４】K.Boehm et al.,"Performance of Lyot De
polarizers with Birefringent Single-Mode Fibers",
J.of Lightwave Technology,Vol.LT-1,No.1,p71(1983).

【０００５】これはひとつのデポラライザを用いるもの
である。ところが本発明者はこれでもなお不十分である
と思う。光源の光を矢張りデポラライザに通して無偏光
にし、エネルギ−の半分を偏光子に通すようにするべき
であると考える。そうでないと、光源と偏光子の間で偏
波面が回転するということがあるからである。これによ
って偏光子を通過する光量が変動すると受光素子の出力
変動を引き起こす。

【０００６】本発明者は、偏光子の後だけでなく、前に
もデポラライザを挿入するべきであると思う。このよう
なものとして本発明者は既に、特願平２−２２５６１
６、特願平２−２２５６１７、特願平２−２２５６１８
などの発明をしている。これらは偏光子の両側にデポラ
ライザを持つものである。これらはたまたま、光源と第
１ファイバカップラの間にデポラライザを持つが、この
デポラライザは第１ファイバカップラと偏光子の間にお
いても良い。このようなものを図８に示す。これはふた
つのデポラライザを偏光子の前と後ろに分けて設けたも
のである。どのような偏波面の状態の光でもエネルギ−
の半分が偏光子を通過できる。光のエネルギ−が一定す
るために偏波面回転の影響を除き出力のドリフトを抑制
できる。

【０００７】光源１から出た単色光は、レンズ２を通過
し、シングルモ−ドファイバの始端３に入射する。これ
がカップラ４を通り第１のデポラライザＤ₁ で無偏光に
なって、第２のカップラ７によって２分割され、シング
ルモ−ドファイバを多数回巻き回したファイバコイル５
を右廻り光、左廻り光として伝搬する。ファイバコイル
５の端部には第２のデポラライザＤ₂ があってここで光
は再び無偏光になる。左廻り光、右廻り光は偏光子６を
反対に通過し、第１のデポラライザＤ₁ を通り、カップ
ラ４を通過しさらに受光素子９に入射する。ここで干渉
光の強度が検出される。この受光素子の出力から、ファ
イバコイルの角速度を求めることが出来る。

【０００８】ファイバはシングルモ−ドファイバであ
る。デポラライザＤ₁ 、Ｄ₂ はここではファイバ型のも
のを示す。つなぎ目は×印で表している。この例は位相
変調方式のものを示す。ファイバコイル５の一端に位相
変調器８が設けてある。位相変調の他に、周波数変調、
位相シフト方式等がある。これはファイバコイルや、フ
ァイバカップラにシングルモ−ドファイバを用いたもの
である。図８の光ファイバジャイロは本発明者が初めて
提案したものであるが、信号光は、デポラライザで無偏
光になってから偏光子を通過するので、エネルギ−の半
分がこれを通過できることになり、受光素子の出力が安
定する。このため出力のドリフトや、スケ−ルファクタ
の変動が無くなる。

【０００９】もしも偏波面保存光ファイバを用いてファ
イバコイルやファイバ光路の全てを構成すると、偏波面
回転の問題がなくなる。偏光子やデポラライザは不要に
なる。であるからこれまでにも偏波面保存光ファイバで
光ファイバジャイロを作るということが行われていた。
しかしいかんせん偏波面保存光ファイバはコア、クラッ
ドの他に直径方向に応力部材を入れたり、コアの形状を
楕円にしたりすることによって直交２方向の実効的な屈
折率を異ならせる必要があるので構造が複雑で製作が難
しい。ために極めて高価なファイバである。ファイバコ
イルは数百ｍ〜千ｍもの長さがあるので、偏波面保存光
ファイバで構成すると高価な光ファイバジャイロにな
る。やはり、より安価な通常のシングルモ−ドファイバ
によって光ファイバジャイロを作りたいものである。し
かしそうするとデポラライザが必要になる。Ｂｏｅｈｍ
らは前述の論文でひとつのデポラライザの必要性を指摘
している。本発明者は２つのデポラライザが必要である
ということに気づいている。この理由を説明しよう。

【００１０】通常のシングルモ−ドファイバは偏波面保
持能力を持たない。ために光源を出てから偏光子に到達
するまでの間に、特にカップラを通過する時に偏波面が
容易に回転する。もしも偏光子に到達した時の光の偏波
面が偏光子の透過方向の主軸に対して直角であると、こ
の光は偏光子を全く透過することができない。こうなる
とファイバコイルに光が全く通らず光ファイバジャイロ
は機能しなくなる。このような事態の発生を回避するた
めに偏光子の前にデポラライザＤ₁ を挿入してあるので
ある。これを第１のデポラライザということにする。第
１デポラライザによって、光源からの光は無偏光にな
り、偏光子を通過する光は初期のエネルギ−の丁度半分
のエネルギ−を持ち、しかも偏波面は偏光子の主軸方向
に並ぶのである。

【００１１】ファイバコイル５と第２カップラ７の間に
もうひとつのデポラライザＤ₂ がある。これを第２デポ
ラライザということにする。第２デポラライザの必要性
についても同様に考えることができる。ファイバコイル
５や、カップラ４、７がシングルモ−ドファイバで構成
されているため、偏波面回転が生ずる可能性がある。フ
ァイバコイルを通過した後に、偏光子６を反対方向に通
らなければならないが、もしも偏波面回転のために、光
の偏波面が偏光子の透過主軸と直角になっていると、最
早光が偏光子を全くとおることができない。このような
事態を回避するためファイバコイルと偏光子の間にもデ
ポラライザＤ₂ が必要なのである。偏波面保存光ファイ
バを用いず、通常のシングルモ−ドファイバを用いる
と、ファイバのコストが大幅に逓減できるから安価な光
ファイバジャイロを製作できる可能性がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】デポラライザは、通常
ふたつの複屈折性媒質を光学主軸が４５度捩じれたよう
に結合して作られる。図９はファイバ型デポラライザの
分解斜視図を示す。複屈折性媒質を４５度傾けて接合す
るので、各主軸方向に偏波面を持つ光成分のエネルギ−
は全く等しい。これは入射時の光の偏光や、パワ−によ
らない。任意の方向に偏波面を持つ光はこれら主軸との
傾きをΘとして、主軸方向に偏波面をもつ光のエネルギ
−にcos²Θとsin²Θを重みとして乗じて足し合わせたも
のをエネルギ−として持つが、これはどのようなΘに関
しても同一になる。従って無偏光ということである。

【００１３】角度の条件の他に、媒質の長さの条件があ
る。これは各媒質中の異常光と常光の光路長の差または
各媒質中の光路差の差が、光源の可干渉長以上であると
いうことである。つまり屈折率の差に光路の長さを掛け
たものが光路長であるが、これが可干渉長以上なのであ
る。こうでなければ、二つの複屈折性媒質の直交する主
軸の方向に偏波面を持つ光が二つの成分を有するがこれ
が干渉してしまい、前記のような主軸方向に偏波面を持
つ光の強度が常に等しくはならない。この性質は媒質の
厚みの差についても要求されるから、結局媒質の厚みは
１：２にすることが多い。複屈折性媒質としては複屈折
性を有する単結晶の光学部材を用いることもできる。Ｌ
ｙｏｔのデポラライザはこのようなものである。しかし
こうすると媒質の体積が大きくて、他のファイバの部分
との適合性が良くない。

【００１４】複屈折性を持つファイバとして偏波面保存
光ファイバがある。これを２本主軸方向を４５度捻じっ
て接合すると、ファイバ型のデポラライザを製作でき
る。もしもデポラライザとしてファイバ型のデポラライ
ザを用いることができれば全ファイバ型の光ファイバジ
ャイロを製造できる。しかしながらこのような光ファイ
バジャイロには未だ難点がある。

【００１５】ファイバ型デポラライザの製造が困難で
ある。デポラライザの材料となるべき、偏波面保存光フ
ァイバは非軸対称の構造を持つ。しかしその主軸方向が
どうであるのかということは外部からは分からない。デ
ポラライザを製作する際は、２本のファイバを突き合わ
せておいて外部から光を通し、出力を監視しながら、フ
ァイバの相互のなす角を調整する。そして無偏光になっ
たことを光学的に確認してからファイバを融着接合す
る。これは接合の装置が大掛かりになるというだけでな
く、それ自体煩労でもあるし時間の係る作業である。

【００１６】偏波面保存光ファイバを用いることによ
るコストアップがある。偏波面保存光ファイバは前述の
ように極めて高価なファイバである。デポラライザだけ
の限られた使用であっても高価なファイバであるので全
体のコストを引き上げる。

【００１７】部品点数が増える。これに伴い接続点が
増える。デポラライザが２つあるので、ファイバの融着
点が増える。これは光量損失を増す。また融着作業時間
が増加するのでコストを押し上げる。望ましくないこと
である。シングルモ−ドファイバを用いて安価なファイ
バ構造としつつデポラライザを減らして前記の難点を克
服した光ファイバジャイロを提供することが本発明の目
的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバジャ
イロは、ファイバコイルの中を左廻り右廻りに光を伝搬
させ両廻り光の位相差からファイバコイルの回転角速度
を求めることを原理とする光ファイバジャイロであっ
て、単色光を生ずる発光素子と、シングルモ−ド光ファ
イバを多数回巻回したファイバコイルと、ファイバコイ
ルの中を左廻り右廻りに伝搬した光を干渉させ干渉光の
強度を検出する受光素子とを含み、デポラライザを含ま
ない光ファイバジャイロである。次に５つの発明を図面
によって説明する。

【００１９】第１発明（図３） この光ファイバジャイロは、光源１、ビ−ムスプリッタ
２１、偏光子２２、ファイバコイル５、カップラ７、受
光素子９等を含む。光源１は半導体レ−ザ、ス−パ−ル
ミネッセントダイオ−ドなど半導体光源を用いることが
できる。単色光を出すということの他に、偏光が少なく
殆ど無偏光のものを用いる。これが第１発明の最大の特
徴である。光源の光自体が無偏光であるので、デポララ
イザを用いる必要はない。ために図８の第１デポラライ
ザに当たるものが無い。光ファイバジャイロに用いる光
源は直線偏光しているのが通常である。

【００２０】ところがここでは無偏光かそれに近いもの
を光源とする。ビ−ムスプリッタ２１は光を２等分する
ものであるが、これは偏光依存性の殆どないビ−ムスプ
リッタを用いる。つまり透過光、反射光ともに入射光と
同じ偏光状態を保持できるようなビ−ムスプリッタであ
る。ビ−ムスプリッタ２１に関し、光源１と対称な位置
に受光素子９がある。ビ−ムスプリッタの次に偏光子２
２が設けられる。これは自由空間中にある。偏光子２２
で直線偏光になって光はシングルモ−ドファイバ２３の
端部に入射する。これはファイバカップラ７において２
本のファイバを横方向にエバネッセント結合させてい
る。

【００２１】カップラ７の他方の２つの端部Ｅ、Ｆには
ファイバコイルの両端１３、１４を結合している。カッ
プラ７や、ファイバコイル５はシングルモ−ドファイバ
で作ってある。図示していないが、ファイバコイルの端
部に第２デポラライザを接続しても良い。これは複屈折
性結晶２つを接合したものでも良いし、図９のような偏
波面保存光ファイバによるものであっても良い。

【００２２】第２発明（図３） この光ファイバジャイロも図３によって説明される。概
略の構成は同一である。つまり、光源１、ビ−ムスプリ
ッタ２１、偏光子２２、カップラ７、ファイバコイル
５、受光素子９などを備える。但し光源１が前発明とは
異なる。光源１は無偏光でなくて、直線偏光しているも
のを用いる。半導体光源は直線偏光しているものが多い
がこれを用いることができる。

【００２３】光源の偏光の方向を偏光子２２の透過主軸
に一致させる。偏光子の透過主軸というのは光の透過方
向とは違う。これを最大の振幅で透過できる光の偏波面
の方向である。光源の光の偏波面と、偏光子の偏光方向
を一致させるので、光源からの光が全て偏光子を透過で
きるということになる。この光がシングルモ−ドファイ
バの端部２３に入射する。カップラ７で２つに分割さ
れ、シングルモ−ドファイバを巻き回したファイバコイ
ル５の中を右廻り光、左廻り光として伝搬する。これが
カップラ７で合体し、ビ−ムスプリッタ２１で反射され
て受光素子９に入り、干渉光の強度が検出される。これ
についても図示していないがファイバコイルの端部に第
２デポラライザを接続しても良い。

【００２４】第３発明（図４） これは光源の直後に複屈折性媒質２５を挿入したもので
ある。図４に概略の構成を示す。光源１は直線偏光して
いるものとする。これの偏光方向と複屈折性媒質の主軸
とは４５度捩じれた関係にある。つまり光の進行方向を
ｚ軸とし、複屈折性媒質の常光線、異常光線の偏波面の
存する面の方向とｘ、ｙ方向とすると、光源の光の偏波
面はｘ軸に対して４５度の角度をなす。これは後に説明
するように、光を無偏光にするためのものである。

【００２５】第４発明（図１） これは偏光子の特殊な例としてファイバ型の偏光子を用
いるものである。その他の点は図３で示す第１、第２発
明と同じである。光源１から出た光は、ビ−ムスプリッ
タ２１を透過し、ファイバ型偏光子２６の始端３３に入
る。これは偏波面保存光ファイバをコイル状に巻き回し
たものである。直交する２軸に偏波面を持つ光に対する
実効的な屈折率が異なるので、偏波面に関する波動関数
の縮退が解け、偏波面の回転が起こらない。この偏波面
保存光ファイバを巻き回すので、曲げによって損失が増
える。曲げの面に平行な偏波面を持つ光と、曲げ面に垂
直な偏波面を持つ光に対して損失が異なり、一方の光が
完全に減衰してしまう。ために一方の方向に偏波面を持
つ光だけがコイルを通り抜けることができる。従ってこ
れは偏光子として機能する。

【００２６】ファイバ型偏光子を用いた図１の構成にお
いても二つの発明を包含する。一つは無偏光の光源１
と、偏光性のないビ−ムスプリッタ２１を用いて、無偏
光の光を始端３３に導入するものである（第１発明に対
応）。もう一つは直線偏光の光源１を用いてファイバ型
偏光子の透過軸と前記の偏光の方向を揃えるものであ
る。光源からの出射光の殆ど全てがファイバ型偏光子を
そのままのパワ−で通過できる（第２発明に対応）。

【００２７】第５発明（図２） これは図４に示すものの偏光子をファイバ型偏光子２６
に置き換えたものである。その他の点では図４の発明と
同様である。複屈折性媒質２５は光源１の直後にある
が、光源の偏光と複屈折性媒質２５の主軸とは４５度捩
じれた位置にある。これも光を無偏光にしてから偏光子
２６に通すようにしたものである。光の全エネルギ−の
半分が偏光子を透過することができる。

【００２８】第６発明（図５） これが本発明の中で最も特徴ある発明である。図３のも
のの改良であるが、図３のものと比較して、もうひとつ
の複屈折性媒質２８が、偏光子２７とファイバ端２３の
間に追加されている。複屈折性媒質２８の主軸が、偏光
子２７の透過軸に対して４５度傾いているように配置さ
れる。光ファイバジャイロの構成は、光源１、ビ−ムス
プリッタ２１、偏光子２７、複屈折性媒質２８、カップ
ラ７、ファイバコイル５、受光素子９などである。

【００２９】光源１から出た光は無偏光または直線偏光
であるが、偏光子２７を通ることによって直線偏光とな
り、複屈折性媒質２８に入る。これの主軸が偏光に対し
て４５度をなしているから、これを通過した後は無偏光
になる。無偏光になってからファイバ端２３に入射す
る。始めから無偏光なのであるからファイバコイル５の
中を無偏光のまま左廻り光、右廻り光として伝搬する。
偏波面の回転がおきても無偏光という性質が保存され
る。したがって、受光素子での干渉光の振幅は変化しな
い。この場合はファイバコイルの一端に接続する第２デ
ポラライザが不要になる。

【００３０】第７発明（図６） これも本発明の中で最も特徴ある発明である。図４の改
良である。図４のものと比較して、もうひとつの複屈折
性媒質２８が、偏光子２７とファイバ端２３の間に追加
されている。複屈折性媒質２５の主軸は、光源の偏光軸
に対して４５度捩じれている。同様に、複屈折性媒質２
８の主軸が、偏光子２７の透過軸に対して４５度傾いて
いるように配置される。光ファイバジャイロの構成は、
光源１、複屈折性媒質２５、ビ−ムスプリッタ２１、偏
光子２７、複屈折性媒質２８、カップラ７、ファイバコ
イル５、受光素子９などである。

【００３１】光源１から出た光は複屈折性媒質２５によ
って一旦無偏光になる。偏光子２７を通ることによって
直線偏光となり、複屈折性媒質２８に入る。これの主軸
が偏光に対して４５度をなしているから、これを通過し
た後は無偏光になる。無偏光になってからファイバ端２
３に入射する。始めから無偏光なのであるからファイバ
コイル５の中を無偏光のまま左廻り光、右廻り光に伝搬
する。偏波面の回転がおきても無偏光という性質が保存
される。したがって、受光素子での干渉光の振幅は変化
しない。この場合もファイバコイルの一旦に接続された
第２デポラライザが不要になる。

【００３２】

【作用】 第１発明（図３） 第１発明では光源がほぼ無偏光の光を発生する。これが
偏光子を通過するので、始めのパワ−の約半分のパワ−
を持ち定方向に偏波面を持つ光が偏光子の出力側に現れ
る。従来は直線偏光の光をデポラライザに通して無偏光
にしていたのであるが、本発明ではそうでなく、光源の
光が始めから無偏光である。これを偏光子に通して半分
のパワ−の直線偏光を得ている。つまり従来のものに比
較してひとつのデポラライザを節減できる。デポラライ
ザのコスト、接続のコストを省くことが出来る。

【００３３】第２発明（図３） しかし無偏光で大出力の光を半導体光源で得ることが難
しいという場合もある。半導体光源は半導体レ−ザ、ス
−パ−ルミネッセントダイオ−ドなどがあるがこれらは
直線偏光を出すものが多い。この場合は図３において、
光源として直線偏光のものを採用する。偏光方向を次の
偏光子２２の透過軸方向に一致させる。こうすると光源
で発生した光の殆ど全てが偏光子２２を通り所定の偏波
面を持つ強いパワ−の光をファイバコイルに通すことが
できる。

【００３４】始めに光源の向きと、偏光子の向きを調整
する必要がある。しかし両者の間で偏波面が回転するこ
とがないのでそれ以後の再調整等は不要である。これも
図８のものに比べるとデポラライザをひとつ省略できて
いるということが分かる。光源と偏光子の角度の調整は
あまり厳密に行う必要がない。たとえば両者の方向が完
全に一致せずΘの角度をなしたとしても偏光子を通る光
のパワ−はcos²Θに比例して減少するだけである。Θ＝
１０°としてもこれは約３％のロスに過ぎないのであ
る。

【００３５】第３発明（図４） 複屈折性媒質を光源の偏光の軸に関して４５°傾けて配
置している。光源の光は直線偏光しているので、複屈折
性媒質の直交２主軸に光のパワ−が等分配される。光が
２等分されて２主軸方向の偏波面を持つ光として伝播す
る。複屈折性媒質の長さは、常光線と異常光線の光路の
差が光の可干渉長以上になるように設定されている。つ
まり光路長さΔＬ＝ｔ｜ｎ_e − ｎ_o ｜が可干渉長ｈに
比較して、

【００３６】 ｔ｜ｎ_e − ｎ_o ｜＞ｈ （１） である。複屈折性媒質を出た光のうち主軸に対してΘの
角度をなす偏波面を有する光の強度はこれら主軸方向に
偏波面を有する成分ψ_x 、ψ_y の線形結合で表現され
る。係数がcos Θ、sin Θで与えられる。これの２乗が
パワ−Ｐ（Θ）である。

【００３７】 Ｐ（Θ）＝｜ψ_x cos Θ＋ψ_ysinΘ｜² （２） 複屈折性媒質が光源の偏光に対して４５°傾いているこ
とから、

【００３８】 ψ_x ＝ ψ_y （３） である。（２）の交差項は（１）の条件から消えてしま
う。結局

【００３９】 Ｐ（Θ）＝｜ψ_x ｜² ＝｜ψ_y ｜² （４） となって、いかなる方向に偏波面を持つ光のパワ−も等
しいということになる。これは無偏光であるということ
である。

【００４０】本発明ではいくつかの点で、光源の偏光性
または偏光子の偏光性を利用し一つの複屈折性媒質によ
ってデポラライザを構成している。これがビ−ムスプリ
ッタ２１を通り、偏光子２２に入るようになっている。
従って光源の光の半分のパワ−が偏光子の透過軸に偏波
面を持つ光としてこれを通り抜けることができる。

【００４１】第４発明（図１） これは偏光子としてファイバ型の偏光子２６を用いたも
のである。作用は第１発明と同じである。光源１が無偏
光の光を放射するとすれば、無偏光の光がファイバ型偏
光子２６に入る。ここで光源の光パワ−の半分の光が透
過しファイバ型偏光子の偏光方向に偏波面を持つ光とな
る。始めから無偏光であるからデポラライザを一つ省略
できる。また図１において光源１が直線偏光している光
を出すものであれば、ファイバ型偏光子２６の透過軸に
一致させる。こうすると、光源から出た光の殆ど全てが
ファイバ型偏光子２６を透過できる。ここでもデポララ
イザを一つ省略できる。デポラライザがないにも拘らず
図８に示す光ファイバジャイロのような作用を行うこと
ができる。

【００４２】第５発明（図２） これは図２に示されるもので、図４の構造において偏光
子としてファイバ型偏光子２６を用いている。その他の
構造は、図４と同じである。光源１、複屈折性媒質２
５、ビ−ムスプリッタ２１、ファイバ型偏光子２６、カ
ップラ７、ファイバコイル５、受光素子９などよりなっ
ている。光源１が直線偏光の光を発生する。複屈折性媒
質２５の光学主軸が、この偏光に対して４５°の角度を
なすように配置してある。光源１と複屈折性媒質２５で
実効的にデポラライザになる。これによって光が無偏光
になる。これが偏光子２６を通過する。光量はここで約
半分に減少するが一定振幅で一定偏波の光が得られる。

【００４３】第６発明（図５） 図３の構成に加えて、複屈折性媒質２８を、偏光子２７
の直後に設け、偏光子から出た光を無偏光にするもので
ある。このために偏光子の透過軸に対して複屈折性媒質
２８の主軸が４５°の捩じれ角をなすように配置してあ
る。無偏光の光がファイバコイル５を右廻り光、左廻り
光として伝搬する。偏波面の回転が起こるかも知れない
が無偏光なのでこれはなんの影響も残さない。またファ
イバコイルを伝搬した光の内必ず半分のパワ−が偏光子
を逆に通過できる。ために出力が安定しドリフトのない
光ファイバジャイロを得ることができる。

【００４４】この発明に於いて、光源１が無偏光の光を
出す場合と、直線偏光を出す場合がある。前者の場合
は、無偏光の光源１の光が偏光子２７で直線偏光にな
る。これが複屈折性媒質２８によって無偏光になるので
ある。光源１が直線偏光を出す場合は、これと偏光子の
透過軸を予め合わせておく。すると光源１の光の殆ど全
てが偏光子を通過できる。これが複屈折性媒質２８によ
って無偏光になる。これ以後の作用は前述のものと同じ
である。ファイバコイルに続く第２デポラライザを不要
とする。

【００４５】第７発明（図６） この場合は、偏光子２７の前後に二つの複屈折性媒質２
５、２８がある。これら作用で偏光子２７に入る光が必
ず無偏光になっている。即ち光源１は直線偏光を出す
が、これが第１の複屈折性媒質２５によって無偏光にな
る。これが偏光子を通り１／２のパワ−を持つ直線偏光
になる。これが第２の複屈折性媒質２８によって無偏光
になる。無偏光のままファイバコイルを伝搬するからた
とえ偏波面が回転しても無偏光という性質が保存され
る。これの１／２のパワ−が偏光子を逆に通過し受光素
子によって干渉光の強度が測定される。これも第２デポ
ラライザを不要とする。

【００４６】

【実施例】図７は本発明を位相変調方式に応用した実施
例を示す。本発明はその他の変調方式にも応用できる。
これはシングルモ−ド光ファイバのみを用い、偏波面保
存光ファイバを用いない。この光ファイバジャイロは、
図５に対応する構成を持ち、第６の発明の実施例であ
る。しかし少し変更すれば他の発明にも適用できる。こ
れは発光素子１、レンズ３０、ビ−ムスプリッタ２１、
偏光子２７、複屈折性媒質２８、レンズ３１、ファイバ
カップラ７、ファイバコイル５、位相変調器８等を含
む。

【００４７】光源１は、半導体レ−ザ、ス−パ−ルミネ
ッセントダイオ−ドなど半導体光源を用いる。これら半
導体光源の光は拡散ビ−ムであるから、レンズ３０を入
れて平行光にする。レンズ３０の後には、ビ−ムスプリ
ッタ２１、偏光子２７がこの順で置かれている。これら
を通過した光はレンズ３１によって絞られてファイバ端
３２に入射する。ビ−ムスプリッタ、偏光子は本来分離
した素子である。しかし両方の作用を統合したものをも
用いることができる。例えば、プリズムの面に誘電体や
金属の膜を形成しこの面に他のプリズムを張り合わせ
る。あるいは、張り合わせなくても、プリズム面上に膜
を形成するだけでも同様の機能を持たせることができ
る。

【００４８】複屈折性媒質２８の主軸が、偏光子２７の
透過軸に対して４５度傾いている。これは偏光子によっ
て直線偏光になったものを複屈折性媒質２８によって偏
光にするためのものである。複屈折性媒質２８に対して
要求される条件は（１）で表される。これは複屈折性媒
質の中での常光線と異常光線との光路長の差が光源の可
干渉長ｈ以上であるという条件である。たとえ偏波面が
回転しても、両者が最早干渉しないということである。
複屈折性媒質の材料としては、例えば水晶、方解石など
がある。これらの場合に必要な厚みｔを計算する。

【００４９】波長が０．９μｍ付近での、屈折率の差｜
ｎ_o −ｎ_e ｜は、水晶に対して０．００８８、方解石に
対して０．１６４８（石黒他，”結晶光学”１９７５
年、森北出版）である。光源の可干渉長ｈを、ｈ＝４０
μｍとすると、（１）より ｔ＞ｈ／｜ｎ_o −ｎ_e ｜ （５） であるから、水晶の場合、ｔ＞４．５４ｍｍ、方解石の
場合＞０．２５ｍｍであれば良い。

【００５０】複屈折性媒質の材料としては、自然の複屈
折性をもつものに限らない。ＢＳＯ（Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀）
や、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃ ）などの電気光学結晶を用いる
こともできる。図１０に示すように結晶の面に透明電極
を設けこれに電圧を加え、電界によって複屈折性を誘起
することができる。この場合電界の大きさを固定してお
くと、常光線と異常光線の光路の差が一定になる。しか
し電界の大きさを時間的に変化させても良い。たとえ
ば、電界の変化を観測時間よりも早く変動させると、
（１）式で規定される厚みｔよりも薄いものでも良いよ
うになる。

【００５１】複屈折性媒質２８を通過した後、光はファ
イバの端部から入射し、カップラ７で二つの光に分離す
る。これがファイバコイル５を左廻り光、右廻り光とし
て伝搬する。カップラ７はファイバ型のものが使い易
い。これは２本のシングルモ−ドファイバを側面で接触
させ溶融接着しこれを引き伸ばしたものである。一方の
端部から光を入れ他方の２つの端部での出力光を監視し
出力光が等しくなるように調整する。しかしカップラと
してはファイバ型のものに限らずその他の分岐合流素子
を用いることもできる。

【００５２】ファイバコイル５はシングルモ−ドファイ
バを多数回コイル状に巻き回したものである。さきに述
べたように偏波面を維持しようとすると偏波面保存光フ
ァイバを用いてファイバコイルを作らなくてはならな
い。しかしそうすると高価なファイバを使うので極めて
高価な装置になってしまう。本発明はそうでなく、通常
のシングルモ−ドファイバによってファイバコイルを形
成するので安価に構成できる。位相変調方式の場合は、
ファイバコイルの一端に位相変調器８が設けられる。こ
れは例えば円筒形の圧電振動子の外周に光ファイバを巻
き付けたものである。交番電圧を印加すると振動子が膨
張収縮するので光ファイバを伝搬する光の位相が変化す
る。

【００５３】このような構成であるので、偏光子２７を
通過した光はこれと４５度主軸の傾いている複屈折性媒
質によって無偏光になる。無偏光の光がファイバコイル
を伝搬するのでファイバコイルの中で偏波面回転が起こ
ってもこれが出力に影響を及ぼさない。以上が第６発明
の実施例の説明である。これを少し変更すると他の発明
の例とすることができる。

【００５４】第１発明を実施するには、複屈折性媒質２
８を除き、光源１に無偏光のものを用いれば良い。例え
ばＬＥＤやス−パ−ルミネッセントダイオ−ドなどは無
偏光に近い光を出す。半導体レ−ザも低出力で発光させ
れば、偏光度は小さくなり無偏光に近い光を出す。

【００５５】第２発明を実施するには、複屈折性媒質２
８を除き、光源として偏向した光を出すものを用いれば
良い。半導体レ−ザは多くの場合直線偏光の光を出すの
でこれを用いることができる。これの偏光の方向と、偏
光子２７の透過軸の方向とを合わせておく。通常半導体
レ−ザを高出力で動作させると、強く偏光する。半導体
レ−ザのチップは一般に矩形である。出力光の偏光の方
向は矩形の一辺に平行である。従って半導体レ−ザの偏
光と、偏光子の角度合わせは容易である。

【００５６】第３発明（図４）を実施するには、ビ−ム
スプリッタ２１の前の複屈折性媒質２８を除き、ビ−ム
スプリッタ２１の前に複屈折性媒質２５を追加すれば良
い。光源１の偏光方向に対して、複屈折性媒質２５の主
軸が４５度の角度をなすようにする。ここで光が無偏光
になる。

【００５７】第４発明（図１）を実施するには偏光子を
ファイバ型偏光子とし、複屈折性媒質２８を除く。第５
発明を実施するには偏光子をファイバ型偏光子とし、複
屈折性媒質２８を除き、ビ−ムスプリッタ２１の前に複
屈折性媒質２５を設ける。

【００５８】

【発明の効果】シングルモ−ドファイバをファイバコイ
ルに用いる光ファイバジャイロにおいては、偏波面回転
のために出力がドリフトしたりスケ−ルファクタが変動
したりする。これを防ぐためにデポラライザを入れると
いうことが提案されている。２本の偏波面保存光ファイ
バを主軸を４５度捻じって接合するとデポラライザを作
りうるがこれは製作の難しい素子である。本発明は偏波
面保存光ファイバ２本を接合するというような困難な作
業をすることなく、実効的にデポラライザとなるように
光学系を構成している。偏波面保存光ファイバを用いる
のはファイバ型偏光子の材料とする場合だけである。デ
ポラライザの一部としては用いていない。困難な角度合
わせの工程を全く不要とする。製造容易な部品のみを用
い安価なシングルモ−ドファイバを使う光ファイバジャ
イロを構成することができる。両者相まってコストの逓
減に資するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ファイバ型偏光子を用いる第４発明に係る光フ
ァイバジャイロの構成図。

【図２】ファイバ型偏光子と複屈折性媒質を用いる第５
発明に係る光ファイバジャイロの構成図。

【図３】偏光子によって直線偏光にした光をファイバコ
イルに通すようにした第１発明と第２発明に係る光ファ
イバジャイロの構成図。

【図４】光源の光を複屈折性媒質によって無偏光にして
から偏光子で直線偏光にし、これをファイバコイルに通
すようにした第３発明に係る光ファイバジャイロの構成
図。

【図５】偏光子で直線偏光にした光を複屈折性媒質によ
って無偏光にしこれをファイバコイルに通すようにした
第６発明に係る光ファイバジャイロの構成図。

【図６】光源の光を複屈折性媒質によって無偏光にし、
これを偏光子で直線偏光にしさらに複屈折性媒質によっ
て無偏光にした後ファイバコイルに通すようにした第７
発明に係る光ファイバジャイロの構成図。

【図７】第６発明の実施例を示す光ファイバジャイロの
構成図。

【図８】本発明者が提案したファイバ型デポラライザを
二つ設けた光ファイバジャイロの構成図。

【図９】２本の偏波面保存光ファイバを主軸が４５度捩
じれたように接合したファイバ型デポラライザを示す分
解斜視図。

【図１０】電気光学結晶を用いた複屈折性媒質の概略斜
視図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ レンズ ３ ファイバ端 ４ カップラ ５ ファイバコイル ６ 偏光子 ７ カップラ ８ 位相変調器 ９ 受光素子 ２１ ビ−ムスプリッタ ２２ 偏光子 ２３ ファイバ端 ２５ 複屈折性媒質 ２６ ファイバ型偏光子 ２７ 偏光子 ２８ 複屈折性媒質

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子とを含み、光源
   の光をファイバコイルの中で左廻り右廻りに伝搬させ両
   廻り光を干渉させその強度を受光素子で検出し、左廻り
   光と右廻り光の位相差からファイバコイルの回転角速度
   を求める光ファイバジャイロであって、光源は偏波依存
   性の小さいものであり、光源の光をビ−ムスプリッタ、
   偏光子を通して、ファイバ端に入射させカップラで２つ
   の光に分割し、ファイバコイルを右廻り光、左廻り光と
   して伝搬させるようにした事を特徴とする光ファイバジ
   ャイロ。
2. 【請求項２】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子とを含み、光源
   の光をファイバコイルの中で左廻り右廻りに伝搬させ両
   廻り光を干渉させその強度を受光素子で検出し、左廻り
   光と右廻り光の位相差からファイバコイルの回転角速度
   を求める光ファイバジャイロであって、光源は直線偏光
   の光を発生するものであり、光源の偏光方向と偏光子の
   透過軸の方向が合致するように角度合わせされており、
   光源の光をビ−ムスプリッタ、偏光子を通して、ファイ
   バ端に入射させカップラで２つの光に分割し、ファイバ
   コイルを右廻り光、左廻り光として伝搬させるようにし
   た事を特徴とする光ファイバジャイロ。
3. 【請求項３】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子と、複屈折性媒
   質とを含み、光源の光をファイバコイルの中で左廻り右
   廻りに伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を受光素子
   で検出し、左廻り光と右廻り光の位相差からファイバコ
   イルの回転角速度を求める光ファイバジャイロであっ
   て、光源、複屈折性媒質、ビ−ムスプリッタ、偏光子、
   ファイバコイルの順に並べられ、光源は直線偏光の光を
   発生するものであり、複屈折性媒質は光源の偏光方向と
   複屈折性媒質の主軸とが４５度の捩じれ角をなるように
   角度合わせされており、光源の光を複屈折性媒質によっ
   て無偏光にしてからビ−ムスプリッタ、偏光子を通し
   て、ファイバ端に入射させカップラで２つの光に分割
   し、ファイバコイルを右廻り光、左廻り光として伝搬さ
   せるようにした事を特徴とする光ファイバジャイロ。
4. 【請求項４】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、ファイバ型偏光子とを
   含み、光源の光をファイバコイルの中で左廻り右廻りに
   伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を受光素子で検出
   し、左廻り光と右廻り光の位相差からファイバコイルの
   回転角速度を求める光ファイバジャイロであって、光源
   は偏波依存性の小さいものであり、光源の光をビ−ムス
   プリッタを通して、ファイバ型偏光子に入射しこれに連
   続して設けられたカップラで２つの光に分割し、ファイ
   バコイルを右廻り光、左廻り光として伝搬させるように
   した事を特徴とする光ファイバジャイロ。
5. 【請求項５】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、複屈折性媒質と、ファ
   イバ型偏光子とを含み、光源の光をファイバコイルの中
   で左廻り右廻りに伝搬させ両廻り光を干渉させその強度
   を受光素子で検出し、左廻り光と右廻り光の位相差から
   ファイバコイルの回転角速度を求める光ファイバジャイ
   ロであって、光源、複屈折性媒質、ビ−ムスプリッタ、
   ファイバ型偏光子、ファイバコイルの順に並べられ、光
   源は直線偏光の光を発生するものであり、複屈折性媒質
   は光源の偏光方向と複屈折性媒質の主軸とが４５度の捩
   じれ角をなすように角度合わせされており、光源の光を
   複屈折性媒質によって無偏光にしてからビ−ムスプリッ
   タを通して、ファイバ型偏光子に入射しこれに連続して
   設けられたカップラで２つの光に分割し、ファイバコイ
   ルを右廻り光、左廻り光として伝搬させるようにした事
   を特徴とする光ファイバジャイロ。
6. 【請求項６】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子と、複屈折性媒
   質とを含み、光源の光をファイバコイルの中で左廻り右
   廻りに伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を受光素子
   で検出し、左廻り光と右廻り光の位相差からファイバコ
   イルの回転角速度を求める光ファイバジャイロであっ
   て、光源、ビ−ムスプリッタ、偏光子、複屈折性媒質、
   ファイバコイルの順に並べられ、光源は偏波面依存性の
   小さいものであり、複屈折性媒質は偏光子の透過軸と複
   屈折性媒質の主軸とが４５度の捩じれ角をなすように角
   度合わせされており、光源の光を偏光子で直線偏光にし
   さらに複屈折性媒質によって無偏光にしてからファイバ
   端に入射し、これに連続して設けられたカップラで２つ
   の光に分割し、ファイバコイルを右廻り光、左廻り光と
   して伝搬させるようにした事を特徴とする光ファイバジ
   ャイロ。
7. 【請求項７】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子と、ふたつの複
   屈折性媒質とを含み、光源の光をファイバコイルの中で
   左廻り右廻りに伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を
   受光素子で検出し、左廻り光と右廻り光の位相差からフ
   ァイバコイルの回転角速度を求める光ファイバジャイロ
   であって、光源、複屈折性媒質、ビ−ムスプリッタ、偏
   光子、複屈折性媒質、ファイバコイルの順に並べられ、
   光源は直線偏光を発生するものであり、第１の複屈折性
   媒質は光源の偏光方向と複屈折性媒質の主軸とが４５度
   の捩じれ角をなすように角度合わせされており、第２の
   複屈折性媒質は偏光子の透過軸と複屈折性媒質の主軸と
   が４５度の捩じれ角をなすように角度合わせされてお
   り、光源の直線偏光を第１の複屈折性媒質によって無偏
   光にし、ビ−ムスプリッタ、偏光子にとおして直線偏光
   としさらに第２の複屈折性媒質を通して無偏光にしてか
   らファイバ端に入射し、これに連続して設けられたカッ
   プラで２つの光に分割し、ファイバコイルを右廻り光、
   左廻り光として伝搬させるようにした事を特徴とする光
   ファイバジャイロ。
8. 【請求項８】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、ファイバ型偏光子とを
   含み、光源の光をファイバコイルの中で左廻り右廻りに
   伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を受光素子で検出
   し、左廻り光と右廻り光の位相差からファイバコイルの
   回転角速度を求める光ファイバジャイロであって、光源
   は直線偏光を発生するものであり、光源の偏光方向とフ
   ァイバ型偏光子の透過軸方向は予め角度合わせされてお
   り、光源の直線偏光の光をビ−ムスプリッタを通して、
   ファイバ型偏光子に入射しこれに連続して設けられたカ
   ップラで２つの光に分割し、ファイバコイルを右廻り
   光、左廻り光として伝搬させるようにした事を特徴とす
   る光ファイバジャイロ。
9. 【請求項９】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
   −ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイルと、受
   光素子と、ビ−ムスプリッタと、偏光子と、複屈折性媒
   質とを含み、光源の光をファイバコイルの中で左廻り右
   廻りに伝搬させ両廻り光を干渉させその強度を受光素子
   で検出し、左廻り光と右廻り光の位相差からファイバコ
   イルの回転角速度を求める光ファイバジャイロであっ
   て、光源、ビ−ムスプリッタ、偏光子、複屈折性媒質、
   ファイバコイルの順に並べられ、光源は直線偏光を発生
   するものであり、光源の偏光方向と偏光子の透過軸方向
   は予め角度合わせされており、複屈折性媒質は偏光子の
   透過軸と複屈折性媒質の主軸とが４５度の捩じれ角をな
   すように角度合わせされており、光源の光をビ−ムスプ
   リッタ、偏光子に通し、さらに複屈折性媒質によって無
   偏光にしてからファイバ端に入射し、これに連続して設
   けられたカップラで２つの光に分割し、ファイバコイル
   を右廻り光、左廻り光として伝搬させるようにした事を
   特徴とする光ファイバジャイロ。