JPH07113647A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

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JPH07113647A
JPH07113647A JP34450393A JP34450393A JPH07113647A JP H07113647 A JPH07113647 A JP H07113647A JP 34450393 A JP34450393 A JP 34450393A JP 34450393 A JP34450393 A JP 34450393A JP H07113647 A JPH07113647 A JP H07113647A
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JP
Japan
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optical fiber
light source
light
optical
beam source
Prior art date
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Pending
Application number
JP34450393A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Toshio Iizuka
寿夫 飯塚
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
Wataru Onuki
渉 大貫
Toshiyuki Tetsu
寿幸 鉄
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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Priority to DE4412764A priority patent/DE4412764A1/en
Priority to FR9404433A priority patent/FR2709346B1/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an optical fiber gyro having a means eliminating interference noises based on polarized light without using a plarizer. CONSTITUTION:A photodetector is arranged on the reverse side to the optical outgoing end of a laser beam source 1, beams emitted from the laser beam source 1 are transmitted over an optical-fiber sensing loop 5 as left and right gyrating beams through an optical coupler 2, and return beams are projected to the photodetector through the optical coupler 2 again. A polarization-plane conserving optical fiber is used as an optical fiber, and an optical fiber gyro is constituted so that distance difference acquired from phase difference at a time when two orthogonal polarized light obtained from optical fiber length from the beam source 1 to the optical coupler 2 and the wavelength of the beam source and the coupling length of the optical fiber is propagated from the beam source 1 to the optical coupler 2 reaches the coherent distance or more of the beam source. Accordingly, the beam source incorporated into the photodetector is employed, and the polarizer is removed, thus facilitating assembly, then also improving reliability after assembly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術の一例として位相変調方式を用
いた光ファイバジャイロについて、その構成と作用につ
いて図3により説明する。光ファイバジャイロの光学系
は、レーザ光源1、偏光子3、センンシングループ5
(光ファイバコイル)、受光器6、2個の光カプラ2
a、2b及び光ファイバコイルの伝搬光を位相変調する
ための位相変調器4から構成されている。光源1から出
射されたレーザ光は、光カプラ2aで分岐され、その一
方の分岐光が偏光子3及び光カプラ2bを介してセンシ
ングループ5に左回り光及び右回り光として送り込まれ
る。センシングループ5を伝搬した光は、光カプラ2b
によって再び合成され、偏光子3及び光カプラ2aを介
して受光器6に導かれる。センシングループ5が移動体
と共に或る角速度Ωをもって回転すると、左右の回り光
の間にサニャック(Sagnac)効果による位相差Φ
s (以下単に「サニャック位相差」という)が発生す
る。サニャック位相差Φs とセンシングループの回転角
速度Ωとの間には、次式で示す比例関係が成立するか
ら、左右の回り光の間の位相差(即ちサニャック位相差
Φs )を計測することによって回転角速度Ωを求めるこ
とが可能である。 Ω=Φs /a (1) 但し、a=4πRl/λcであり、R:センシングルー
プの半径、l:センシングループ長、λ:光源の波長、
c:光速、である。受光器6によって光電変換された出
力信号は、プリアンプ7を介して信号処理回路8に送り
込まれる。その際、位相変調器による変調信号周波数及
びその高調波周波数成分が同期検波される。信号処理回
路8は回転角速度Ωを求めるための処理及び演算を実行
し、更に位相変調器4を駆動する。図4は、図3の構成
のうち一部の部品を除去した他の従来例である。この従
来技術では、光源となるレーザダイオードの後面に光検
出素子を結合し、光源を光発生器及び光増幅器として用
いている。即ち光源1から出射された光はセンシングル
ープ5に伝搬された後、光カプラ2、偏光子3を介して
再び光源に戻ってくるが、光はレーザダイオードによっ
て増幅されてから光検出器で検出される。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional technique, an optical fiber gyro using a phase modulation method will be described with reference to FIG. The optical system of the optical fiber gyro includes a laser light source 1, a polarizer 3, and a sensor group 5.
(Optical fiber coil), light receiver 6, two optical couplers 2
a, 2b and a phase modulator 4 for phase modulating the propagation light of the optical fiber coil. The laser light emitted from the light source 1 is branched by the optical coupler 2a, and one of the branched lights is sent to the sensing loop 5 as left-handed light and right-handed light via the polarizer 3 and the optical coupler 2b. The light propagated through the sensing loop 5 is the optical coupler 2b.
Are combined again by and are guided to the light receiver 6 through the polarizer 3 and the optical coupler 2a. When the sensing loop 5 rotates with a moving body at a certain angular velocity Ω, the phase difference Φ due to the Sagnac effect occurs between the left and right rotating lights.
s (hereinafter simply referred to as "Sagnac phase difference") occurs. Since the proportional relationship shown by the following equation is established between the Sagnac phase difference Φ s and the rotational angular velocity Ω of the sensing loop, measure the phase difference between the left and right rotating lights (that is, the Sagnac phase difference Φ s ). The rotational angular velocity Ω can be obtained by Ω = Φ s / a (1) where a = 4πRl / λc, R: radius of sensing loop, l: sensing loop length, λ: wavelength of light source,
c: speed of light. The output signal photoelectrically converted by the light receiver 6 is sent to the signal processing circuit 8 via the preamplifier 7. At this time, the frequency of the modulated signal by the phase modulator and its harmonic frequency component are synchronously detected. The signal processing circuit 8 executes processing and calculation for obtaining the rotational angular velocity Ω, and further drives the phase modulator 4. FIG. 4 shows another conventional example in which some parts are removed from the configuration of FIG. In this conventional technique, a light detecting element is coupled to the rear surface of a laser diode serving as a light source, and the light source is used as a light generator and an optical amplifier. That is, the light emitted from the light source 1 is propagated to the sensing loop 5 and then returns to the light source again via the optical coupler 2 and the polarizer 3, but the light is amplified by the laser diode and then detected by the photodetector. To be done.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図3に示す従来技術で
は、光源、センシングループの他に、受光器1台、光カ
プラ2台、偏光子1台が必要であり、部品点数が多く高
価になり、組み立てにも手間がかかる。一方、図4の従
来技術では、光源と受光器を一体化することにより受光
器用の光路、光カプラを省くことはできるが、光の偏波
状態による干渉雑音を除去するために偏光子を使用して
いる点では図3の従来技術と同様である。本発明は、光
ファイバジャイロの性能を劣化させることなく偏光子を
除去することにより、大幅に部品数を減らすと共に上記
従来技術の欠点を解消した新規な光ファイバジャイロを
提供することを目的とする。
In the prior art shown in FIG. 3, in addition to the light source and the sensing loop, one light receiver, two optical couplers and one polarizer are required, and the number of parts is large and the cost is high. It also takes time to assemble. On the other hand, in the prior art of FIG. 4, the light path and the optical coupler for the light receiver can be omitted by integrating the light source and the light receiver, but a polarizer is used to remove interference noise due to the polarization state of light. This is the same as the conventional technique shown in FIG. It is an object of the present invention to provide a novel optical fiber gyro that eliminates the polarizer without deteriorating the performance of the optical fiber gyro, thereby significantly reducing the number of parts and eliminating the drawbacks of the prior art. .

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源の
光出射端の反対側に配置した受光器で信号光を検出する
光ファイバジャイロにおいて、光ファイバとして偏波面
保存光ファイバを用いると共に、光源から光カプラまで
の光ファイバ長と光源の波長と光ファイバの結合長から
求まる、直交する2偏光が光源から光カプラまで伝搬す
るときの位相差から求めた距離差が、光源の可干渉距離
以上であるように構成したものである。また特に、直線
偏光に近い特性を有するレーザ光源を使用した場合に
は、前記構成において光源出射光の偏光軸を偏波面保存
光ファイバの固有偏光軸に対して45度程度傾けて光を
入射するように構成する。これによって光ファイバジャ
イロの性能を劣化させることなく大幅に部品点数を減ら
したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an optical fiber gyro that detects signal light with a light receiver arranged on the opposite side of a light emitting end of a laser light source, using a polarization-maintaining optical fiber as an optical fiber, The coherence length of the light source is the distance difference obtained from the phase difference when two orthogonal polarizations propagate from the light source to the optical coupler, which is obtained from the optical fiber length from the light source to the optical coupler, the wavelength of the light source, and the coupling length of the optical fiber. It is configured as described above. Further, in particular, when a laser light source having a characteristic close to linearly polarized light is used, in the above configuration, the light is emitted with the polarization axis of the light emitted from the light source being inclined by about 45 degrees with respect to the intrinsic polarization axis of the polarization-maintaining optical fiber. To configure. This significantly reduces the number of parts without degrading the performance of the optical fiber gyro.

【0005】[0005]

【作用】一般に干渉型光ファイバジャイロに使用する光
源は低コヒーレンスのものであり、その出射光は完全な
直線偏光ではない。したがって、通常、偏光子を用いて
直線偏光とし1偏光のみの干渉を検出して干渉雑音を除
去している。本発明では、光源の波長λとスペクトル半
値幅Δλで決まる干渉距離λ2 /Δλ以上の距離差を2
偏光間に与えることにより相互にインコヒーレントな関
係とし、干渉雑音を除去している。
In general, the light source used for the interference type optical fiber gyro has a low coherence, and the emitted light is not perfectly linearly polarized light. Therefore, in general, a polarizer is used to make linearly polarized light, and interference of only one polarized light is detected to remove interference noise. According to the present invention, a distance difference of not less than the interference distance λ 2 / Δλ determined by the wavelength λ of the light source and the spectral half width Δλ is 2
The interference noise is eliminated by giving the polarized light a mutual incoherent relationship.

【0006】[0006]

【実施例】図1により本発明の光ファイバジャイロの実
施例を説明する。レーザ光源1はその出射端の反対側に
受光器を配置したものを使用する。光カプラ2、位相変
調器4、センシングループ5は従来の光ファイバジャイ
ロで使用される構成と同じであるが、偏光子は除去され
ている。また信号処理回路等の電子回路は図では省略さ
れているが、従来例と同様に検出器に接続される。そし
て本発明では、光ファイバはセンシングループを含め全
て偏波面保存光ファイバを使用すると共に、光源から光
カプラまでの光ファイバ長をL、光源の波長をλ、光フ
ァイバ結合長をLb とすると、直交する2偏光が光ファ
イバ長Lを伝搬する間に生ずる伝搬距離差λ・L/Lb
を、光源の波長λとスペクトル半値幅Δλで決まる干渉
距離λ2 /Δλに対して、 λ・L/Lb >λ2 /Δλ (2) の条件で、光源から光カプラまでの距離を設計する。光
源として、PINフォトダイオードを内蔵したGaAl
Asレーザダイオードを使用し、光ファイバとして楕円
コア型偏波面保存光ファイバを使用した例について実測
値を示すと、光源波長0.78μmで偏波面保存光ファ
イバの結合長は約2mm、光源の可干渉距離は約1m
m、したがって、上式に各数値を代入して、光ファイバ
長Lを求めると、 L>2.564m (3) において干渉雑音を低減することができる。一方、光源
については、直線偏光に近い特性を有する場合、前述の
ような設計を実施してもセンシングループに入射される
光は無偏光状態にならない。そこで、図2のように光源
出射光の偏光軸を偏波面保存光ファイバの固有偏光軸に
対して45度傾けて光を入射する構成をとらなければな
らない。実際に光ファイバ長Lを3mとして本発明の光
ファイバジャイロの角速度ドリフト特性を測定したとこ
ろ、光カプラ1個と偏光子を除去した構成でありながら
従来の光ファイバジャイロと同等の評価結果が得られ
た。上記実施例では位相変調方式のオープンループタイ
プを例にとり説明したが、クローズドタイプの光ファイ
バジャイロにも適用できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the optical fiber gyro of the present invention will be described with reference to FIG. As the laser light source 1, a laser light source in which a light receiver is arranged on the side opposite to the emission end is used. The optical coupler 2, the phase modulator 4, and the sensing loop 5 have the same configuration as that used in the conventional optical fiber gyro, but the polarizer is removed. Although electronic circuits such as a signal processing circuit are omitted in the figure, they are connected to the detector as in the conventional example. In the present invention, the optical fiber including the sensing loop is used as the optical fiber, and the optical fiber length from the light source to the optical coupler is L, the wavelength of the light source is λ, and the optical fiber coupling length is L b. , Propagation distance difference λ · L / L b that occurs while two orthogonal polarizations propagate through the optical fiber length L
For the interference distance λ 2 / Δλ determined by the wavelength λ of the light source and the spectral half width Δλ, design the distance from the light source to the optical coupler under the condition of λ · L / L b > λ 2 / Δλ (2) To do. GaAl with a built-in PIN photodiode as the light source
As a result of measurement using an As laser diode and an elliptic core type polarization-maintaining optical fiber as the optical fiber, the coupling length of the polarization-maintaining optical fiber is about 2 mm at a light source wavelength of 0.78 μm, Interference distance is about 1m
m, therefore, by substituting each numerical value in the above equation to obtain the optical fiber length L, it is possible to reduce the interference noise at L> 2.564m (3). On the other hand, if the light source has characteristics close to linearly polarized light, the light incident on the sensing loop will not be in a non-polarized state even if the above-described design is implemented. Therefore, as shown in FIG. 2, it is necessary to adopt a configuration in which the polarization axis of the light emitted from the light source is inclined by 45 degrees with respect to the intrinsic polarization axis of the polarization-maintaining optical fiber and the light is incident. When the angular velocity drift characteristic of the optical fiber gyro of the present invention was actually measured with the optical fiber length L set to 3 m, the same evaluation result as that of the conventional optical fiber gyro was obtained even though the optical coupler and one polarizer were removed. Was given. In the above embodiment, the open loop type of the phase modulation system is described as an example, but it can be applied to a closed type optical fiber gyro.

【0007】[0007]

【発明の効果】本発明によれば、従来構成の光ファイバ
ジャイロの性能を劣化させることなく、受光器内蔵の光
源、光カプラ、センシングループ各一台で光ファイバジ
ャイロを構成できるので、安価になり、かつ組み立ても
容易になる。また、部品点数を減らしたので組立後の故
障、狂いも少なくなり信頼性を向上することができる。
また光源として、ある程度のコヒーレンシイを有する市
販の安価なレーザが適用できるので経済性が増す。
According to the present invention, an optical fiber gyro can be constructed with a light source with a built-in optical receiver, an optical coupler, and a sensing loop without degrading the performance of the conventional optical fiber gyro. And easy to assemble. Moreover, since the number of parts is reduced, failures and errors after assembly are reduced, and reliability can be improved.
Further, since a commercially available inexpensive laser having a certain degree of coherency can be applied as the light source, the economical efficiency is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る光ファイバジャイロの一実施例を
示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an optical fiber gyro according to the present invention.

【図2】光源出射光と偏波面保存光ファイバの偏光軸方
位の関係を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between light emitted from a light source and polarization axis directions of a polarization-maintaining optical fiber.

【図3】従来の光ファイバジャイロの第1の例を示す構
成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a first example of a conventional optical fiber gyro.

【図4】従来の光ファイバジャイロの第2の例を示す構
成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second example of a conventional optical fiber gyro.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 光カプラ 3 偏光子 4 位相変調器 5 センシングループ 6 受光器 7 プリアンプ 8 信号処理回路 9 レンズ 10 楕円コア型偏波面保存光ファイバ 1 Laser Light Source 2 Optical Coupler 3 Polarizer 4 Phase Modulator 5 Sensing Loop 6 Light Receiver 7 Preamplifier 8 Signal Processing Circuit 9 Lens 10 Elliptical Core Type Polarization-Maintaining Optical Fiber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 渉 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 鉄 寿幸 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Wataru Onuki Wataru Onuki 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hidaka Plant, Hitachi Cable, Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Tetsu 5 Hidaka-cho, Hitachi-shi, Ibaraki 1-1-1 Hitachi Cable Co., Ltd. Hidaka Factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光源と、光ファイバセンシングル
ープと、レーザ光源から出射された光を分岐して左右の
回り光として光ファイバセンシングループに送り込み、
同ループを伝搬して戻った光を再び合成する光カプラ
と、前記各光学素子を接続する光ファイバと、合成され
た光を受光する、レーザ光源の光出射端の反対側に配置
した受光器と、受光器で検出した信号を処理することに
より回転角速度を得る電子回路とを備えた光ファイバジ
ャイロにおいて、光ファイバに偏波面保存光ファイバを
用いると共に、前記光源から光カプラまでの光ファイバ
長と光源の波長と光ファイバの結合長から求まる、直交
する2偏光が光源から光カプラまで伝搬するときの位相
差から求めた距離差が、光源の可干渉距離以上であるよ
うに構成したことを特徴とする光ファイバジャイロ。
1. A laser light source, an optical fiber sensing loop, and light emitted from the laser light source is branched and sent to the optical fiber sensing loop as left and right circular light,
An optical coupler for recombining the light propagating through the loop, an optical fiber for connecting the optical elements, and a light receiver for receiving the combined light, which is arranged on the opposite side of the light emitting end of the laser light source. In the optical fiber gyro equipped with an electronic circuit that obtains a rotational angular velocity by processing a signal detected by a light receiver, a polarization-maintaining optical fiber is used as the optical fiber, and an optical fiber length from the light source to the optical coupler is used. And the wavelength difference of the light source and the coupling length of the optical fiber, the distance difference obtained from the phase difference when the two orthogonal polarizations propagate from the light source to the optical coupler is greater than the coherence length of the light source. Characteristic optical fiber gyro.
【請求項2】 レーザ光源出射光の偏光軸を偏波面保存
光ファイバの固有偏光軸に対して略45度傾けて光を入
射するように構成したことを特徴とする請求項1記載の
光ファイバジャイロ。
2. The optical fiber according to claim 1, wherein the polarization axis of the light emitted from the laser light source is inclined by about 45 degrees with respect to the intrinsic polarization axis of the polarization-maintaining optical fiber, and the light is incident. gyro.
JP34450393A 1993-08-23 1993-12-20 Optical fiber gyro Pending JPH07113647A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34450393A JPH07113647A (en) 1993-08-23 1993-12-20 Optical fiber gyro
US08/223,711 US5471301A (en) 1993-08-23 1994-04-05 Optical fiber gyro
CA002120850A CA2120850C (en) 1993-08-23 1994-04-08 Optical fiber gyro
DE4412764A DE4412764A1 (en) 1993-08-23 1994-04-13 Fibre-optic gyro
FR9404433A FR2709346B1 (en) 1993-08-23 1994-04-14 Fiber optic gyroscope.

Applications Claiming Priority (3)

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JP22780293 1993-08-23
JP5-227802 1993-08-23
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60140116A (en) * 1983-12-28 1985-07-25 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Optical fiber rate sensor
JPH0579845A (en) * 1990-08-09 1993-03-30 Univ Leland Stanford Jr Interferometer and manufacture and sensing method thereof
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