JPH0635914U - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組立時に発生する光ファイバのコイル状の余
長部による偏光をなくし、ジャイロの検出精度を安定さ
せる。 【構成】 光源１からのレーザ光が光カプラ２、光偏光
子３、光カプラ４を通して右回りレーザ光ａと左回りレ
ーザ光ｂとに分割されてシングルモード光ファイバ５を
コイル状にしたセンシングコイル６の両端に別々に入光
され、同コイル６が回転されることによって生じる前記
両レーザ光ａ、ｂ間の位相差から回転の角速度が検出さ
れるようにした光ファイバジャイロにおいて、前記光カ
プラ２と光偏光子３とを接続するシングルモード光ファ
イバ５のコイル状に巻取られている余長部８と前記光偏
光子３との間に偏光解消素子９を設けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はシングルモードファイバを用いた光ファイバジャイロに関するもので あり、自動車、船舶、航空機等のジャイロコンパスとして利用されるものである 。

【０００２】

【従来の技術】

自動車、船舶、航空機等の移動物体の回転角度の検知に使用されるジャイロコ ンパスの一つに光ファイバジャイロがある。光ファイバジャイロの１つに従来よ く使用されている位相変調方式の標準的な光ファイバジャイロがある。この光学 系として図２に示すようなものがある。これは光源Ａと、第１及び第２光カプラ Ｂ、Ｄと、偏光子Ｃと、センシングコイルＥと、偏光解消素子（デポラライザ） Ｈと、位相変調器Ｆと、受光器Ｇとから構成され、それらがシングルモード光フ ァイバにより連結されてなるものである。

【０００３】 この光学系では光源Ａから出射されたレーザ光は、第１の光カプラＢから偏光 子Ｃを経て、第２の光カプラＤで右回りレーザ光ａと左回りレーザ光ｂに分割さ れ、このうち右回りのレーザ光ａはデポラライザＨで偏光成分が解消されて、他 方の左回りのレーザ光ｂと共にセンシングコイルＥ中を伝搬する。この両レーザ 光ａ、ｂは第２の光カプラＤで合成されて干渉し、干渉したレーザ光は偏光子Ｃ から第１の光カプラＢを経て受光器Ｇに到達する。

【０００４】 この場合、センシングコイルＥが角速度Ωで回転すると、センシングコイルＥ 中を伝搬している右回りレーザ光ａ及び左回りレーザ光ｂの間には、サニャック （Ｓａｇｎａｃ）効果により位相差２φが生じる。この位相差を検出することに より、角速度を知ることができる。

【０００５】 位相差２φを測定する方式の一つとして以下に述べる位相変調方式がある。 位相変調器Ｆに正弦波の信号を加え、ファイバ中を伝搬するレーザ光に次式で 表わされる位相変調を加える。 ψ（ｔ）＝ψ_m ｓｉｎ（ω_m ｔ）・・・（１） ただし、ψ_m ＝変調度 ω_m ＝変調角周波数 ｔ＝時間

【０００６】 このとき受光器Ｇの電気信号出力から、この変調信号周波数と同じ周波数の信 号を同期検波すると、次式で表わされる信号ｉが得られる。 ｉ＝Ｓ・Ｊ₁(η）ｓｉｎ（２φ）・・・（２） ただし、Ｓ＝比例定数 Ｊ₁(η）は１次のベッセル関数 η＝２ψｓｉｎ（ω_m ΔＴ／２）・・・（３） ここでΔＴは、右回りレーザ光ａ及び左回りレーザ光ｂが夫々位相変 調器ＦからファイバコイルＥの出口まで進むのに要する時間の差である。

【０００７】 前記比例定数Ｓは光源Ａから受光器Ｇに至る光路の光学特性、及び同受光器Ｇ の光電気信号変換効率によって決められる。光学特性が決められる要因は光学系 が構成されている光学部品、即ち、光カプラＢ及びＤ、偏光子Ｃ、センシングコ イルＥなどの挿入損失及び偏波特性などである。

【０００８】 図２のファイバコイルＥの回転によって生じる、サニャック効果による位相差 ２φは非常に小さいので、例えば、慣性航法用のジャイロでは１０^-2〜１０^-3度 ／時という微少な角速度の検出が必要である。この角度で生じる位相差２φは〜 １０^-6ｒａｄと非常に小さい。このような微少な位相差を前記（２）式の原理で 検出するためには前記比例定数Ｓを一定に保たなければならない。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで光ファイバジャイロを組み立てる場合、図２の各部品間を結ぶ光ファ イバは多少長めにカットされて取付けられているので、その光ファイバの余長部 をできるだけ小さくまとめ収納する必要がある。通常は、この光ファイバの余長 部分Ｊ、Ｋを図２に示すように小径のコイル状に巻取って（ピグテール）収納し ている。ところがこの場合、光源Ａより出射されたレーザ光がカプラＢを通して 偏光子Ｃに至る間に、コイル状に巻かれた余長部Ｊ、Ｋに複屈折が生じて、その 間を通過するレーザ光に偏光成分が付与されてしまう。この複屈折による偏光成 分は周囲の温度変化や振動等によって容易に変動するため、偏光子Ｃを通過して 出射される光の強度が不安定になってしまう。この結果、一定に保たれなければ ならない前記比例定数Ｓが変化してしまい、ジャイロの角速度検出精度が不安定 になってしまうという問題があった。

【００１０】 本考案の目的は、組立時に発生する光ファイバのコイル状の余長部による偏光 をなくし、角速度を高精度で検出できる光ファイバジャイロを提供することにあ る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案の光ファイバジャイロは、図１に示すように、光源１からのレーザ光が 光カプラ２、光偏光子３、光カプラ４を通して右回りレーザ光ａと左回りレーザ 光ｂとに分割されてシングルモード光ファイバ５をコイル状にしたセンシングコ イル６の両端に別々に入光され、同コイル６が回転されることによって生じる前 記両レーザ光ａ、ｂ間の位相差から回転の角速度が検出されるようにした光ファ イバジャイロにおいて、前記光カプラ２と光偏光子３とを接続するシングルモー ド光ファイバ５のコイル状に巻取られている余長部８と前記光偏光子３との間に 偏光解消素子９を設けたものである。

【００１２】

【作用】

本考案の光ファイバジャイロでは、余長部８と光偏光子３との間に偏光解消素 子９を設け、同偏光解消素子９によって光偏光子３に入射されるレーザ光を偏光 成分のない不偏光の状態にしたため、同レーザ光が小さな径に巻かれた余長部８ で複屈折させられても偏光成分が解消され、従って、温度が変化したり振動が加 わったりしても光偏光子３より出射する光の強度が一定に保たれる。

【００１３】

【実施例】

本考案の光ファイバジャイロの一実施例を図１に示す。 同図における１は波長０．８５μｍのレーザ光を出力する光源、５は波長０． ８５μｍ用のシングルモード光ファイバ、２及び４は光カプラ、３は巻きつけ型 ファイバ光偏光子、６はシングルモード光ファイバ５を多数回巻いて作製したセ ンシングコイル、１０は偏波保持ファイバを１：２の長さに４５度捻って融着し た偏光解消素子（デポラライザ）、１１は位相変調器、１２は受光素子であり、 各部品間はセンシングコイル６と同様にシングルモード光ファイバ５で接続され ている。

【００１４】 前記位相変調器１１は光ファイバジャイロに生じる微少回転に対する感度を向 上させるために、前記両レーザ光ａ、ｂに時間遅れのある位相変調を加えるため のものであり、通常は圧電素子の円筒に０．８５μｍ間のシングルモード光ファ イバ５を巻き付けたものである。この位相変調器１１に正弦波の信号を加えて、 光ファイバ中を伝搬する光波に（１）式で表わされる位相変調を加えられるよう にした。

【００１５】 この光ファイバジャイロは組立時に、光源１と光カプラ２及び光カプラ２と光 偏光子３とを接続する光ファイバ５に生じる余長部７、８を図１に示されるよう に小径なコイル状に巻取ってある（ピグテール）。 以上は従来からの光ファイバジャイロとまったく同じ構造である

【００１６】 本考案では前記余長部８と光偏光子３の間に偏波保持ファイバを１：２の長さ に４５度捻って融着した偏光解消素子（デポラライザ）９を取付けてある。これ により光源１より出射されたレーザ光がコイル状の余長部７、８で複屈折を生じ ても光偏光子３を通過して出射される光の強度が一定になるようにした。

【００１７】 この構造の光ファイバジャイロを使用して−２０度Ｃ〜７０度Ｃにおける０点 ドリフトを測定したところその変動幅は従来のものに較べ約１／１０に改良され た。

【００１８】

【考案の効果】

本考案の光ファイバジャイロによれば、余長部８と光偏光子３との間に偏光解 消素子９を取付けたので、光源１から光偏光子３に至るまでの光ファイバ５にコ イル状の余長部７、８があっても、光偏光子３を通過する光の強度が安定し、光 ファイバジャイロの精度が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光ファイバジャイロの構造を示した説
明図。

【図２】従来の光ファイバジャイロの構造を示した説明
図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 光カプラ ３ 光偏光子 ４ 光カプラ ５ シングルモード光ファイバ ６ センシングコイル ８ 余長部 ９ 偏光解消素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源１からのレーザ光が光カプラ２、光
   偏光子３、光カプラ４を通して右回りレーザ光ａと左回
   りレーザ光ｂとに分割されてシングルモード光ファイバ
   ５をコイル状にしたセンシングコイル６の両端に別々に
   入光され、同コイル６が回転されることによって生じる
   前記両レーザ光ａ、ｂ間の位相差から回転の角速度が検
   出されるようにした光ファイバジャイロにおいて、前記
   光カプラ２と光偏光子３とを接続するシングルモード光
   ファイバ５のコイル状に巻取られている余長部８と前記
   光偏光子３との間に偏光解消素子９を設けたことを特徴
   とする光ファイバジャイロ。