JPH07198398A - 光ファイバジャイロ、位相変調器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シングルモ−ドファイバを用いてファイバコ
イルを製作した光ファイバジャイロは、偏光子を通る光
量を安定させるために、ファイバコイルの近くにデポラ
ライザを必要としている。ファイバコイルの近くのデポ
ラライザの作用は実際には、位相変調器による偏波変動
によって偏光子を通る光量が変動するのを防いでいる。
ところが、デポラライザは偏波保持光ファイバ２本を４
５度の主軸角をなすように接続しなければならない。こ
れが光ファイバジャイロのコストを押し上げる。ファイ
バコイルをシングルモ−ドファイバとする光ファイバジ
ャイロにおいて、デポラライザの数を減らすことが本発
明の目的である。 【構成】 位相変調器は圧電振動子に光ファイバを巻き
付けたものであるが、この光ファイバを偏波保持光ファ
イバとするか、シングルモ−ドファイバであって軸線の
まわりに捻ったファイバにする。

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
舶などの運動体の回転角速度を測定する光ファイバジャ
イロに関する。特に製造コストを押し上げる要因となる
デポラライザを除くことのできるシングルモ−ドファイ
バをファイバコイルとする光ファイバジャイロに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ファイバジャイロは、図２に示
すような構成を持つ。これは光ファイバジャイロの基本
的構成である。Minimum Configurationと呼ばれること
がある。光ファイバジャイロとして機能するための最小
の構成であると思われたからである。光源１から出た単
色、準単色光は、光ファイバ２の端に入射し、カップラ
３を通過し、偏光子４を通る。ここで直線偏光になる。
これがカップラ５を通り分岐して、ファイバコイル６の
両端に入る。

【０００３】これらの光は時計廻り光、反時計廻り光と
してファイバコイル６を回る。これがカップラ５を反対
向きに通過し、偏光子４、カップラ３を通り、受光素子
９に入る。ファイバコイルが回転していると、反時計廻
り光と時計廻り光の位相が異なる。位相差は回転角速度
に比例する。ファイバコイル６の一端には位相変調器７
が設けられる。ここを通過する光は位相変調を受ける。
位相変調を受ける時刻が時計廻り光と反時計廻り光で相
違するので、その影響が残り、受光素子の出力は、位相
変調周波数のすべての高調波を含むようになる。同期検
波して基本波の大きさを求める。基本波は位相差に比例
する大きさを持つ。これによってファイバコイルの回転
角速度が求められる。

【０００４】ファイバコイルやカップラその他のファイ
バがすべて偏波面保持光ファイバであればこの構成で良
い。しかしすべての光路を高価な偏波面保持光ファイバ
で作ると極めて高価額の光ファイバジャイロになってし
まう。ファイバコイルやカップラなど光路の殆どすべて
を安価なシングルモ−ドファイバで作りたいものであ
る。そうすれば安価な光ファイバジャイロを提供でき
る。しかし、シングルモ−ドファイバを使う場合は、図
３に示すように、光路中にデポラライザ１０、１１を挿
入する必要がある。

【０００５】デポラライザは如何なる偏光状態の入射光
をも、無偏光に変えるデバイスである。デポラライザは
一つあるいは二つ必要である。ファイバコイル６の近く
のデポラライザ１１だけの場合もある。さらに光源１と
偏光子４の間にもデポラライザ１０を入れることもあ
る。デポラライザを入れる目的は、偏光子を透過する光
レベルを安定化させることであるとされている。デポラ
ライザで無偏光にすると、全光量の半分が偏光子を透過
できる。偏光状態が途中で変わっても、デポラライザの
作用で、受光素子に入る光の振幅が変わらないはずであ
る。だから受光素子に戻る光のレベルを安定化できると
いう訳である。しかし実際はそうではない。ファイバコ
イル中のデポラライザ１１が有っても無くても、偏光状
態はあまり大きく変化しない。それが普通である。その
理由は以下のように考えられる。

【０００６】シングルモ−ドファイバであってもファ
イバコイルになると、曲率のある方向とこれに直角の方
向に異方性が生ずる。ためにファイバコイルが複屈折性
を帯びてくる。

【０００７】光ファイバジャイロに使用される光源
は、発光波長範囲の広い光源であるということである。
単色性の高い光源はコヒーレンス長が長いので、ドリフ
トなどの原因になる。そこでコヒーレンス長が短い光源
を使うことが多い。そうすると単色ではなく、発光波長
がある広がりを持つようになる。

【０００８】複屈折媒質を通過した後の直交偏波間の
位相差は波長に依存するため、波長範囲の広い光源を入
射した場合には、位相差が広く分布する。一方、直交偏
波間の位相差は、偏光の楕円率を決めるため、さまざま
な偏光状態の合成になる。従って実質的にデポラライズ
されてしまうのである。

【０００９】であるからデポラライザの作用は、実際に
は偏光子を通る光量の安定化にあるのではなく、ドリフ
トを小さくするということにある。この点についてはあ
まり認識されていないので説明を要するであろう。そこ
で次にデポラライザのドリフトに及ぼす影響を説明す
る。

【００１０】位相変調方式の光ファイバジャイロにおい
ては位相変調器を必要とする。位相変調器は図４のよう
に、圧電振動子に光ファイバを巻き付けることによって
構成される。圧電振動子は円筒状、円柱状のものが一般
的である。端面あるいは内外周面に電極を設け、電圧を
印加できるようにしている。圧電振動子の円筒または円
柱の側周に光ファイバを巻き付ける。電圧を印加すると
圧電効果によって圧電振動子が伸縮する。これに伴い巻
き付けた光ファイバ内に応力が発生する。応力によりフ
ァイバの屈折率が変化する。屈折率が変化するとこれを
伝搬している光の位相が変化する。周波数Ωの交番電場
をかけると、光の位相の変化もΩで周期的に変化する。
こうして位相変調をかけることができるのである。

【００１１】このような位相変調器では、光ファイバに
加わる応力が軸対称でない。つまり円筒に巻かれたファ
イバの円筒面に平行な方向の応力と、円筒面に直角な方
向の応力が異なる。平行方向の応力は殆ど０である。直
角な方向には応力がある。非軸対称の応力が働くので、
ファイバには複屈折が生ずる。複屈折というのは、直交
する直線偏光に対して屈折率が異なる現象である。また
屈折率の差を複屈折ということもある。そうすると位相
変調に同期して、複屈折が振動する。この結果、位相変
調器を通過した光は位相変調だけでなく、偏波変調をも
受けることになる。

【００１２】位相変調方式の光ファイバジャイロでは位
相変調周波数に同期した光信号（周波数Ωの成分：基本
波）の強度から回転角速度を求めている。回転角速度を
与える基本波を信号成分と呼ぶ。ファイバコイルが静止
している時、基本波成分は０である。もしも、信号成分
以外に、位相変調周波数と同じ周波数成分が光信号に含
まれると仮定する。この成分が変動するとドリフトが発
生する。位相変調器のために偏波変調が起こるとする
と、ファイバの途中に設けられた偏光子を通過する光量
が偏波変調に同期して変動する。これは受光素子に入る
光量の位相変調周波数と同じ周波数での変動となるので
ドリフトが生ずる。

【００１３】デポラライザは、偏波変調を抑圧する作用
を持つ。デポラライザは任意の偏光状態の光を無偏光に
変える。どのような偏光の光であってもデポラライザを
通過すると無偏光になる。時間的に偏光の変動する光で
あってもデポラライザを通過すると無偏光になり、偏波
状態が時間的に変動しなくなる。ために位相変調器を通
ることにより偏波変調されたとしても、デポラライザが
偏波変調を打ち消す。デポラライザはドリフトを低減で
きるのである。これがデポラライザによるドリフト低減
効果である。デポラライザは偏光子を通過する光量を安
定させるというよりも、このように位相変調器が引き起
こす偏波変調を抑止する作用がある。このような作用は
従来殆ど認識されていなかったように思われる。

【００１４】以上説明した問題はファイバ光路をシング
ルモ−ドファイバによって構成したものである。偏波保
持光ファイバによって構成したものはそのような問題が
ない。偏波保持光ファイバでファイバコイルを作る場合
は、圧電振動子に巻き付けて位相変調器を構成する光フ
ァイバも偏波保持光ファイバを用いるのが普通である。
偏波保持光ファイバは、非軸対称の応力が加わったとし
ても、その偏波保持能力のために偏波変調が発生しな
い。このために、偏波保持光ファイバによって光路を構
成する光ファイバジャイロの場合は、デポラライザが不
要である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】シングルモ−ドファイ
バを用いてファイバコイルやファイバ光路を構成する光
ファイバジャイロに於いては、出力のドリフトをなくす
ために、デポラライザが必須であった。

【００１６】デポラライザは、厚みが１：２の二つの複
屈折性媒質を主軸が４５度傾くように接合することによ
って作られる。媒質の厚みは、光源のコヒーレンス長を
複屈折で割った値より大きい必要がある。複屈折性結晶
を使うこともある。光ファイバジャイロの場合は、２本
の偏波保持光ファイバを主軸が４５度傾くように接続し
てデポラライザとする。

【００１７】図５にこれを示す。偏波保持光ファイバＬ
ａと、偏波保持光ファイバＬｂを４５度捻った状態で接
続してある。このようなデポラライザの製造は容易では
ない。通常のファイバの接続に比べて多大の時間を要す
る。単に２本の偏波保持光ファイバを接続するのではな
く、４５度主軸が異なる状態で接続する必要がある。フ
ァイバを突き合わせ、光を入れて、ファイバを回転さ
せ、出射光の偏光状態を測定する。所望の偏光でないと
きはファイバをさらに回転して出射光の偏光を調べる。
出射光が所望の偏光になった時に２つのファイバを接続
する。

【００１８】このように突き合わせ面の相対角度を調整
しながら４５度の捻れ関係を捜す必要がある。このため
に、デポラライザのための偏波保持光ファイバの接続は
多大の時間がかかる。結果としてデポラライザは高価な
光学素子となる。これがデポラライザを用いた光ファイ
バジャイロを高価なものにする。安価なシングルモ−ド
ファイバを使いつつ、デポラライザを減らす或は０にす
ることができる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。

【００１９】

【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、偏波保持光ファイバ或いはシングルモ−ドファ
イバを捻った状態で圧電振動子などに巻き回している。

【００２０】［発明 １］図１に第１の本発明の光ファ
イバジャイロを示す。光源１から出た光は、シングルモ
−ドファイバ２の端部に入射し、カップラ３を通り、デ
ポラライザ１０、偏光子４を通過して、カップラ５に入
り二つのビ−ムに分離する。それぞれのビ−ムはシング
ルモ−ドファイバよりなるファイバコイル６を時計廻り
光、反時計廻り光として伝搬する。途中で位相変調器７
により位相変調を受ける。これがカップラ５を通り、偏
光子４、デポラライザ１０を反対向きに通過する。さら
にカップラ３から受光素子９に入る。受光素子は光電変
換素子である。この後プリアンプ、同期検波回路と続い
ている。位相変調器７の信号に同期して、受光素子の出
力を同期検波して基本波を求める。

【００２１】図１の光ファイバジャイロと、図３の光フ
ァイバジャイロを比較する。ふたつの違いがある。まず
図３にあった、ファイバコイル６の近くのデポラライザ
１１が存在しないということである。もう一つは、ファ
イバコイルはシングルモ−ドファイバで、位相変調器は
偏波保持光ファイバを使い、ファイバコイルはシングル
モ−ドファイバによって作るということである。偏波保
持光ファイバ（複屈折ファイバ）とシングルモ−ドファ
イバを途中で融着接合する。この例では、デポラライザ
をひとつ減らすことができる。

【００２２】［発明 ２］本発明の他の構成に係る光フ
ァイバジャイロは、圧電振動子に巻き付けるファイバを
捻れたシングルモ−ドファイバとする。単にシングルモ
−ドファイバとするのではない。捻れたシングルモ−ド
ファイバとするのである。位相変調器の外観は図４と同
様である。しかしシングルモ−ドファイバが捻られた状
態で巻き付けられている。通常、圧電振動子に巻き付け
るファイバは数タ−ン〜数十タ−ンの程度である。この
全長の間で、ファイバの捻じれが３６０度以上あればよ
い。もちろん全長で、３６０度以上の捻じれがあっても
良い。

【００２３】このように捻れシングルモ−ドファイバに
より位相変調器を構成した光ファイバジャイロは図２と
同じ構成であって差し支えない。但し図２は先程は偏波
保持光ファイバで作ったものとして説明したが、本発明
ではシングルモ−ドファイバによって全ファイバ光路を
作っている。ファイバコイルも、位相変調器もシングル
モ−ドファイバである。しかもデポラライザが不要であ
る。

【００２４】［捻れた状態にファイバを巻き付ける方
法］捻れたシングルモ−ドファイバを圧電振動子に巻き
付ける方法について説明する。捻れファイバを巻き付け
た位相変調器を作るには、一度ファイバをコイル状に巻
いてファイバコイルを作り、そのファイバコイルの一端
を繰り出して、圧電振動子の側周に巻き付けるようにす
る。圧電振動子の巻く部分に捻れを与えるために次の方
法がある。

【００２５】ファイバコイルの一端の部分のファイバ
を予め捻っておき、これを圧電振動子の周囲に巻き付け
る。予めＭ回捻っておくと、圧電振動子に巻いたファイ
バも全長にわたってＭ回の捻れがある。

【００２６】ファイバコイルの一端は捻らず、圧電振
動子をファイバの方向を中心にして回転させながらファ
イバを巻き付ける。つまりファイバの巻取りの方向をＺ
軸とすると、圧電振動子の回転軸そのものをＺ軸の周り
に回転させるのである。

【００２７】ファイバコイルの一端は捻らず、ファイ
バコイルそのものをファイバの繰り出し方向の周りに回
転させながら、圧電振動子の周囲に巻き付ける。

【００２８】［ドリフト低減のための手段］本発明はシ
ングルモ−ドファイバを使いながらデポラライザを減ら
しあるいは完全になくすようにする。このために上記の
ように、圧電振動子に偏波保持光ファイバを巻く、圧電
振動子に捻れシングルモ−ドファイバを巻くという方法
を用いる。これでドリフトを減らすことができる。さら
にドリフトを減らすには、デポラライザに代えて、大き
な複屈折を有する複屈折媒質を、ファイバコイルの中あ
るいはファイバコイルの端部に設ける。複屈折媒質とし
て例えば偏波保持光ファイバを用いることができる。

【００２９】

【作用】［位相変調器を偏波保持光ファイバによって作
った光ファイバジャイロ］図１に示す光ファイバジャイ
ロの作用を説明する。位相変調器が、圧電振動子に偏波
保持光ファイバを巻き付けたものになっている。応力や
屈折率に異方性があるために、偏波保持光ファイバは光
の偏光状態を保存する。これで位相変調器を作っている
場合は、偏波変調が起こらない。理想的に位相変調のみ
が起こる。そのために先に述べた、偏波変調に起因する
ドリフトが起こらない。ドリフトを抑えるために従来の
シングルモ−ドファイバ型光ファイバジャイロではデポ
ラライザを必要とした。しかし本発明はもはやデポララ
イザを不要とする。図１ではデポラライザ１１を省き、
デポラライザ１０は依然存在するように描いてある。し
かしデポラライザ１０も省くことができる。

【００３０】［位相変調器を捻れシングルモ−ドファイ
バで作った光ファイバジャイロ］これも位相変調器によ
る光の偏波変調を防ぐことができる。偏波変調を抑制
し、ドリフトを排除できるので、デポラライザを省くこ
とができる。しかしながら、捻れファイバを用いた位相
変調器が、偏波変調をどうして抑制できるのかという点
については疑問があろう。位相変調器に起因する偏波の
揺らぎの問題自体が新しいし、捻れファイバにより偏波
揺らぎを抑制するという着想もまったく新しいものであ
る。そこでこの点について詳しく説明する。

【００３１】圧電振動子に巻いているファイバは軸対称
のシングルモ−ドファイバである。位相変調器を駆動す
ると、ここを通る光の偏波は変動する。偏波変動は起こ
るのである。けれどもファイバが捻られているので、出
射光の偏光状態が、捻られていないものとかなり違って
くる。

【００３２】｛ねじれのない状態での偏波変調｝ 初め
に、捻らないでシングルモ−ドファイバを圧電振動子に
巻き付けた従来の位相変調器において、どのように偏波
変調が発生するのかを説明しよう。簡単のために、圧電
振動子が静止している時の複屈折は除く。圧電振動子が
伸縮したことによるファイバに発生する応力によって誘
起される複屈折のみを問題にする。

【００３３】複屈折のある媒質に、直線偏光を入射する
と、媒質を通過した後の光は楕円偏光になる。この時の
楕円率は、媒質の複屈折率と光ファイバの長さに依存す
る。ここで楕円率というのは、離心率とも言い、楕円の
長軸ａ、短軸ｂから、（ａ²−ｂ² ）^1/2 ／ａによって
定義される。複屈折媒質の全長を、図６のように微小区
間１、２、３、…に分ける。もともと複屈折媒質である
ものを分けたので、微小区間は薄い位相板と考えること
ができる。これらの位相板には複屈折の主軸を想定する
ことができる。これは圧電振動子が伸縮する方向であ
る。捻っていないからどの位相板においても複屈折の主
軸は同じ方向を向いている。つまり楕円偏光の主軸はど
の微小区間でも共通である。したがって、直線偏光は位
相板を通るごとに、楕円率が低下してゆくことになる。
そして次第に円偏光に近付いてゆく。

【００３４】直線偏光が複屈折媒質を進行してゆくと、
楕円率が減り、円偏光に近付く。これはもとの直線偏光
に直交する偏波成分が次第に増えてゆくということであ
る。偏波変調の大きさは、この直交偏波成分の大きさに
よって評価することができる。初めの直線偏光がＸ方向
に偏光していたとすると、直交偏波というのはＹ方向成
分のことである。直交成分が増えるに従って、もとの偏
光成分が減少してゆく。偏波状態が変化してもそれ自体
ではエネルギ−が変わるわけではない。しかしこれが偏
光子を通るので、光のエネルギ−が偏波状態に依存して
変化してしまう。それでドリフトが起こるのである。

【００３５】位相板を通るごとに、楕円率が減少して円
偏光に近付くのであるが、この割合が一定なのではな
い。位相板の複屈折の主軸と、光の偏光の軸のなす角度
により楕円率の減少の割合が異なる。楕円偏光の楕円率
の低下が最も著しく、直交偏波間での成分変化が著しい
のは、楕円偏光の主軸と位相板の複屈折主軸とが４５度
の角度をなす時である。ファイバが捻られていない場合
は、想定された微小位相板で、同じ方向に偏光度が変化
してゆく。Ｍ番目の位相板への入射偏光の軸の方位は、
それまでのＭ−１番目までの位相板の弱い複屈折によっ
て決まる。しかしこれは環境温度により著しく変動す
る。ために温度の変化により位相板の入射偏光の状態が
変動する。光ファイバジャイロの実際の使用条件におい
ては温度変化がかなりあるので、偏光状態が変化する。

【００３６】次に捻られた光ファイバでの偏光状態につ
いて考察する。捻られたファイバの中を伝搬する光は、
ファイバの捻れを追うように偏光を回転させながら進行
してゆく。捻れ角そのものではないが、捻れ角に比例し
て偏光が回転してゆくのである。ファイバの捻れによる
偏光の回転はファイバの位置によって変わる。しかし複
屈折の方向は一定である。ファイバが圧電振動子の周り
に巻いてあり、半径方向と、軸方向の応力の違いにより
発生する複屈折であるから、方向が一定である。このた
めに、各位相板（ファイバを微小長さに仮想的に分割し
たもの）に入射する楕円偏光の長軸、短軸と、複屈折の
主軸のなす相対角が、進行方向に少しずつ異なってく
る。楕円偏光を変化させるのは、楕円の主軸と、複屈折
の主軸のなす角度であるが、これが区間ごとに変化す
る。

【００３７】もしもファイバが捻られていないと、楕円
偏光の主軸方向が、光の進行方向に関して不変である。
ために、複屈折の軸と、楕円偏光の軸のなす角度が一定
である。時にはこの角度が４５度であることもある。そ
のために偏光の変化はファイバ中を進行する距離に比例
して増加する一方である。この偏光の変化が一定であれ
ば差し支えない。しかしこれが温度変動により変化す
る。これがドリフトを引き起こすので問題である。本発
明は、ファイバを捻っているので、楕円偏光と複屈折の
軸の方向が、光の進行に従って周期的に変動する。もし
もファイバの捻れによる角度がπ／２以上であれば、複
屈折の方位と、楕円偏光の方位との関係が反転するとこ
ろがある。するとファイバの複屈折による楕円偏光に向
かう偏光状態の変化が反対向きに起こる。もしも捻れ角
がπの整数倍であれば、ファイバの複屈折による偏光変
化が完全に打ち消される。捻れ角がπの整数倍であるよ
うにはできないとしても、偏光変化は、πからのずれの
長さから発生するだけである。ために全体としての偏光
変動が極めて小さい。元の変化が小さいのであるから、
温度による偏光状態の変化も極めて小さい。ファイバの
捻れによる効果はこのように、ファイバの複屈折による
偏光変化を打ち消すというところにある。

【００３８】本発明では、さらに、ファイバコイルの途
中にまたはファイバコイルの一端に複屈折媒質を入れる
のが望ましい。例えば複屈折結晶、偏波保持光ファイバ
などを入れる。これは位相変調器による偏波変調とは直
接の関係がない。しかしドリフトを抑制する上で効果的
である。複屈折媒質は、複屈折率Ｂとファイバの長さＬ
の積が、光源のコヒーレンス長Ｌｃ以上であるようにす
る。ＢＬ＞Ｌｃである。直交偏波間での光路長の差がコ
ヒーレンス長以上であるから、これらの偏波の光は偏波
が９０度回転したとしても、以後干渉しない。ために出
力のドリフトが少なくなる。

【００３９】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例に係る。この光
ファイバジャイロは、単色、準単色光を発生する光源
１、カップラ３、５、偏光子４、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６、圧電振動子に
偏波保持光ファイバを巻き付けた位相変調器７、干渉光
の強度を検出する受光素子９よりなる。光源１から出た
光が光ファイバ２に入射し、カップラ３を通過してデポ
ラライザ１０に到る。ここで無偏光になってから、偏光
子４に入り直線偏光に変化する。これがカップラ５で２
つの分岐光になる。一方のビ−ムはシングルモ−ドファ
イバのファイバコイル６を時計廻り光として通り抜け
る。これが位相変調器７を通りカップラ５に戻る。他方
のビ−ムは先に位相変調器７を通り、ついで反時計廻り
光としてファイバコイルを通り抜ける。時計廻り光、反
時計廻り光はカップラ５で合体し、偏光子４を反対向き
に通り、デポラライザ１０で無偏光になり、カップラ３
から受光素子９に到る。受光素子９は時計廻り光、反時
計廻り光の干渉光の強度を検出する。これを位相変調に
同期した信号で同期検波すると、位相の差に比例する出
力が得られる。

【００４０】この構造において、新規であるのは位相変
調器に巻いた光ファイバが偏波保持光ファイバであると
いうことである。位相変調のために圧電振動子は半径方
向に動き、応力が変化するが、初めから定まった軸方向
に複屈折性があるので、光の偏光状態が変化しない。た
めに位相変調器で光は偏波変調を受けない。このため
に、ファイバコイルの近傍にあったデポラライザ１１を
省くことができる。図７は本発明の第２の実施例を示
す。光源１、偏光子４、カップラ３、５、ファイバコイ
ル６、位相変調器７、受光素子９、偏波保持光ファイバ
１３などを含む。ファイバコイルはシングルモ−ドファ
イバを多数回巻き回したものである。この光ファイバジ
ャイロは二つの特徴がある。一つは位相変調器７で、も
うひとつは偏波保持光ファイバ１３を入れたことであ
る。

【００４１】位相変調器７の新規な特徴を説明する。こ
れはシングルモ−ドファイバを軸線方向に捻った状態で
圧電振動子に巻き付けたものである。こうするためには
三つの方法がある。シングルモ−ドファイバをファイバ
コイルに巻きこれを一部巻き戻して、この部分を軸線周
りに捻り、この状態で圧電振動子の周りに巻く。これが
ひとつの方法である。もうひとつは、ファイバコイルか
ら出ているファイバの端を、圧電振動子に巻き付け、フ
ァイバコイルを軸線周りに回転させながら、圧電振動子
に巻いてゆく。あるいは、圧電振動子を軸線周りに回転
させながら、圧電振動子の周りに巻いてゆく。

【００４２】ファイバを捻ることの意味は既に説明した
通りである。位相変調により応力が周期的に変動し、複
屈折も周期的に変動するが、複屈折の方向が光の偏光に
関して多様な方向を向くことになるので偏波変動が空間
的に打ち消されるのである。捻じりの回数はファイバコ
イルの長さなどによって決まる。ファイバコイルのファ
イバ長が１００ｍ程度の場合は、１０タ−ン以上捻って
おく必要がある。これは実験の結果により分かることで
ある。もうひとつの特徴は、偏波保持光ファイバ１３を
ファイバコイルの近傍に挿入したということである。デ
ポラライザは２本の偏波保持光ファイバを接合したもの
であるが、本発明はデポラライザの代わりに１本の偏波
保持光ファイバを接続すれば十分である。偏波保持光フ
ァイバを１本節減できる。また複屈折軸が４５度異なる
ように微調整して接続するというのは、極めて時間がか
かり難しいが、本発明はそのような操作が不要である。

【００４３】偏波保持光ファイバを入れるのは、直交偏
波間での光路長の差が、光源のコヒーレンス長以上にな
るようにするためである。こうすることにより、直交偏
波間で干渉が起こらない。偏波保持光ファイバの複屈折
率をＢ、ファイバの長さをＬ、光源のコヒーレンス長を
Ｌｃとすると、ＢＬ＞Ｌｃである必要がある。そのよう
な条件があるので、光源はコヒーレンス長の短いス−パ
−ルミネッセントダイオ−ドを用いるのが望ましい。し
かし、上記の条件が満足されるなら、半導体レ−ザを用
いても差し支えない。

【００４４】図７の光ファイバジャイロでは、ファイバ
コイルの近くのデポラライザ１１を省くことができる。
しかし偏光子の前のデポラライザ１０が残っている。光
源から、偏光子に到る経路にカップラ３があるので、偏
光状態が変動する惧れがあり、偏光子に入る光量が揺ら
ぐ。これを防ぐためにデポラライザ１０を入れている。
こうするとどのような偏光状態であっても、半分のパワ
−の光を偏光子に通すことができる。偏光子を透過する
光エネルギ−を安定化させるものである。本発明は直接
このデポラライザを不要とする改良を与えることができ
ない。

【００４５】図８は本発明者がかって発明した「光源か
ら信号を取る光ファイバジャイロ」（特願平４−２６０
６６２号、特願平５−５７７５６号）に本発明を適用し
た光ファイバジャイロである。この光ファイバジャイロ
は、専用の受光素子がない。ために受光素子と発光素子
を分岐させるカップラ３も不要である。図８において、
光ファイバジャイロは、単色、準単色の光を発生する発
光素子と、発光素子の光量を監視するモニタ用の受光素
子を含む。発光素子＋受光素子を光源といっている。光
源１から出た光は、偏光子４で直線偏光になり、カップ
ラ５で２つの光に分岐する。一方は偏波保持光ファイバ
１４を通り、ファイバコイル６を時計廻りに回転する。
さらに位相変調器７で位相変調を受ける。他方は位相変
調器７を反対に通りファイバコイル６を反時計廻りに伝
搬し、偏波保持光ファイバ１４を通り、カップラ５に到
る。２つのビ−ムはカップラ５で合一し、偏光子４を反
対に抜け、光源１に到る。光源では、発光素子の駆動電
流の変化、駆動電圧の変化、あるいは発光素子の光電流
の変化によって、干渉光の強度を検出できる。この場合
も、位相変調器をシングルモ−ドファイバを捻って圧電
振動子に巻き付けたものにしている。もしくは，位相変
調器を構成する光ファイバを偏波保持ファイバとしてい
る。こうすると、位相変調器による邪魔な偏波変調がほ
とんど起こらないので、ファイバコイルの近くのデポラ
ライザを省くことができる。代わりに偏波保持光ファイ
バ１４をファイバコイルの近くに添加している。これも
ＢＬ＞Ｌｃという条件を満足するようにする。位相変調
器を構成する光ファイバが偏波保持光ファイバである場
合は、偏波保持光ファイバ１４の追加も不要である。

【００４６】この方式は、受光素子９に通じるカップラ
３が不要であるから、光源からの光が直接に偏光子に接
続される。偏波状態がこの間で変動する惧れがない。た
めにデポラライザ１０を省くことができる。そうする
と、デポラライザを二つとも省略できる。シングルモ−
ドファイバを使いながら、デポラライザを完全に省くこ
とができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明はデポラライザの不要なシングル
モ−ドファイバを用いた光ファイバジャイロを初めて提
案する。シングルモ−ドファイバをファイバコイルに用
いた光ファイバジャイロにおいて、製造コストを押上
げ、生産性向上を阻んでいたデポラライザを廃止するこ
とができる。デポラライザを構成していた偏波保持光フ
ァイバを節減して、材料コストを低減する。調整操作な
どが多いデポラライザの製造が不要になるので製造コス
トも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバジャイロの構成図。

【図２】従来例に係る偏波保持光ファイバをファイバコ
イルに用いた光ファイバジャイロの構成図。

【図３】従来例に係るシングルモ−ドファイバをファイ
バコイルに用い、偏光子の前と、ファイバコイルの近く
にデポラライザを設けた光ファイバジャイロの構成図。

【図４】圧電振動子に光ファイバを巻き付けた位相変調
器の斜視図。

【図５】偏波保持光ファイバ２本を異方性軸が４５度を
なすように接合したデポラライザの分解斜視図。

【図６】複屈折を持つファイバを、長手方向に並ぶ複屈
折を持つ微小位相板の集合として考えることを示す分解
斜視図。

【図７】本発明の実施例に係る光ファイバジャイロの構
成図。

【図８】本発明者が以前に発明した光源より信号を取り
出す光ファイバジャイロに、本発明を適用した実施例に
係る光ファイバジャイロの構成図。

【符号の説明】 １ 光源 ２ 光ファイバ ３ カップラ ４ 偏光子 ５ カップラ ６ ファイバコイル ７ 位相変調器 ９ 受光素子 １０ デポラライザ １１ デポラライザ １３ 偏波保持光ファイバ １４ 偏波保持光ファイバ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単色、準単色光を発生する光源と、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
   と、圧電振動子の周りにファイバを巻き回してなりファ
   イバコイルの一端に設けられる位相変調器と、光源から
   出た光を２つに分岐させファイバコイルの両端に入射さ
   せるカップラと、ファイバコイルを廻った光を干渉させ
   干渉光の強度を検出する受光素子とを含み、光源から出
   た光をコイル状に巻き回された光ファイバコイルの中を
   時計廻り、反時計廻りに光を伝搬させ干渉光の強度変化
   を受光素子で検出し、時計廻り光、反時計廻り光の位相
   差から回転角速度を求める光ファイバジャイロであっ
   て、位相変調器の圧電振動子に巻き付けられる光ファイ
   バを偏波保持光ファイバとすることを特徴とする光ファ
   イバジャイロ。
2. 【請求項２】 単色、準単色光を発生する発光素子とこ
   の光量を監視するモニタ用の受光素子よりなる光源と、
   シングルモ−ドファイバを多数回巻き回したファイバコ
   イルと、圧電振動子の周りにファイバを巻き回してなり
   ファイバコイルの一端に設けられる位相変調器とを含
   み、光源から出た光をコイル状に巻き回された光ファイ
   バコイルの中を時計廻り、反時計廻りに光を伝搬させ干
   渉光の強度変化を光源の発光素子の駆動電流変化、駆動
   電圧変化、またはモニタ用受光素子の光電流変化によっ
   て検出し、時計廻り光、反時計廻り光の位相差から回転
   角速度を求める光ファイバジャイロであって、位相変調
   器の圧電振動子に巻き付けられる光ファイバを偏波保持
   光ファイバとすることを特徴とする光ファイバジャイ
   ロ。
3. 【請求項３】 単色、準単色光を発生する光源と、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
   と、圧電振動子の周りにファイバを巻き回してなりファ
   イバコイルの一端に設けられる位相変調器と、光源から
   出た光を２つに分岐させファイバコイルの両端に入射さ
   せるカップラと、ファイバコイルを廻った光を干渉させ
   干渉光の強度を検出する受光素子とを含み、光源から出
   た光をコイル状に巻き回された光ファイバコイルの中を
   時計廻り、反時計廻りに光を伝搬させ干渉光の強度変化
   を受光素子で検出し、時計廻り光、反時計廻り光の位相
   差から回転角速度を求める光ファイバジャイロであっ
   て、位相変調器の圧電振動子に巻き付けられる光ファイ
   バを軸線の周りに捻られたシングルモ−ドファイバとす
   ることを特徴とする光ファイバジャイロ。
4. 【請求項４】 単色、準単色光を発生する発光素子とこ
   の光量を監視するモニタ用の受光素子よりなる光源と、
   シングルモ−ドファイバを多数回巻き回したファイバコ
   イルと、圧電振動子の周りにファイバを巻き回してなり
   ファイバコイルの一端に設けられる位相変調器とを含
   み、光源から出た光をコイル状に巻き回された光ファイ
   バコイルの中を時計廻り、反時計廻りに光を伝搬させ干
   渉光の強度変化を光源の発光素子の駆動電流変化、駆動
   電圧変化、またはモニタ用受光素子の光電流変化によっ
   て検出し、時計廻り光、反時計廻り光の位相差から回転
   角速度を求める光ファイバジャイロであって、位相変調
   器の圧電振動子に巻き付けられる光ファイバを軸線の周
   りに捻られたシングルモ−ドファイバとすることを特徴
   とする光ファイバジャイロ。
5. 【請求項５】 シングルモ−ドファイバを圧電振動子に
   巻き付けて、圧電振動子の伸縮に伴う光ファイバの変形
   により、光ファイバの屈折率を変化させて、光ファイバ
   中を伝搬する光に位相変調を加えるファイバ型位相変調
   器において、圧電振動子に巻き付けられる光ファイバが
   捻られていることを特徴とするファイバ型の位相変調
   器。
6. 【請求項６】 ファイバコイルの一端のファイバを予め
   捻っておき、捻られた部分を繰り出しながら、圧電振動
   子に巻き付けることにより、位相変調器を製造すること
   を特徴とするファイバ型位相変調器の製造方法。
7. 【請求項７】 シングルモ−ドファイバを巻き付けた供
   給用のボビンまたは圧電振動子を回転させながら圧電振
   動子にシングルモ−ドファイバを捻れた状態で巻き付け
   ることを特徴とするファイバ型位相変調器の製造方法。
8. 【請求項８】 コイル状に巻き回された光ファイバコイ
   ルの中を時計廻り、反時計廻りに光を伝搬させ、時計廻
   り光、反時計廻り光の位相差から回転角速度を求める光
   ファイバジャイロであって、ファイバコイルの途中また
   は端にひとつの複屈折性媒質を設けたことを特徴とする
   光ファイバジャイロ。