JPH0731059B2 - Ultra-sensitive optical fiber gyroscope - Google Patents

Ultra-sensitive optical fiber gyroscope

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JPH0731059B2
JPH0731059B2 JP59050172A JP5017284A JPH0731059B2 JP H0731059 B2 JPH0731059 B2 JP H0731059B2 JP 59050172 A JP59050172 A JP 59050172A JP 5017284 A JP5017284 A JP 5017284A JP H0731059 B2 JPH0731059 B2 JP H0731059B2
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JP
Japan
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optical
optical fiber
semiconductor laser
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frequency
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元一 大津
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東京工業大学長
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、回転角速度測定装置、飛行体航法装置、地震
予知検出システム等の構成上重要なジヤイロスコープの
うち、光フアイバ・ループ内を伝搬する光の波長のルー
プの回転による変化により回転角速度を検出する光フア
イバ・ジヤイロスコープ、特に、超高感度光フアイバ・
ジヤイロスコープに関し、レーザ光源および光フアイバ
・ループを主とする装置の小型化を図るとともに、レー
ザ光源のAM,FMノイズや光検出器の感度差あるいは光フ
アイバ光路長の温度ドリフトなどに影響されずに、光検
出のシヨツトノイズによつて決まる理論的限界まで超高
感度になし得るようにしたものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber propagating in an optical fiber loop of a gyroscope that is important in the configuration of a rotational angular velocity measuring device, a flight navigation device, an earthquake prediction detection system, and the like. An optical fiber gyroscope that detects the rotational angular velocity by the change of the wavelength loop due to the rotation, especially the ultra-sensitive optical fiber
With regard to gyroscopes, in addition to downsizing the equipment mainly consisting of laser light sources and optical fiber loops, it was affected by AM and FM noise of laser light sources, sensitivity difference of photodetectors, temperature drift of optical fiber optical path length, etc. Instead, it is possible to achieve ultra-high sensitivity up to the theoretical limit determined by the shot noise of light detection.

(従来技術) 一般に、回転角速度検出手段たるジヤイロスコープとし
て、光フアイバ・ループ内を互いに逆方向に伝搬する光
ビームの相互間に光フアイバ・ループの回転によつて生
ずる非相反位相差、すなわち、いわゆるサグナツク効果
を利用した光学式ジヤイロスコープは、従来慣用の機械
式ジヤイロスコープに比して、長寿命、低エネルギー消
費、小型軽量などの利点を多く有している。特に、小型
軽量化のために低損失の石英光フアイバを用いて主要部
たる光フアイバ・ループを構成した光学式ジヤイロスコ
ープは極めて有望である。
(Prior Art) Generally, as a gyroscope which is a rotation angular velocity detecting means, a non-reciprocal phase difference caused by the rotation of the optical fiber loop, that is, between the light beams propagating in opposite directions in the optical fiber loop, that is, The optical gyroscope utilizing the so-called Sagnac effect has many advantages such as long life, low energy consumption, small size and light weight as compared with the conventional mechanical gyroscope. In particular, an optical gyroscope is extremely promising, in which an optical fiber loop, which is a main part, is formed by using a low-loss quartz optical fiber for downsizing and weight reduction.

しかしながら、従来のこの種光フアイバ・ジヤイロスコ
ープは、光フアイバ・ループ内に光ビームを注入する光
源として気体レーザを用いたり、低コヒーレンスの半導
体レーザを用いたものが大部分であり、また、前述した
ように互いに逆方向に伝搬する光相互間の非相反位相差
を検出する光フアイバ干渉計の形式としては、以下に詳
述するように位相差検出感度の向上に対して技術的に多
くの難点を有するいわゆるマツハ・ツエンダー干渉計を
用いるものが大部分であり、ジヤイロスコープとして十
分な性能が得られない、という欠点があつた。
However, most of these conventional optical fiber gyroscopes use a gas laser as a light source for injecting a light beam into the optical fiber loop, or use a low-coherence semiconductor laser. As described above, as the format of the optical fiber interferometer for detecting the non-reciprocal phase difference between the lights propagating in the opposite directions, there are many technically required techniques for improving the phase difference detection sensitivity, as described in detail below. Most of them use a so-called Matsuha-Zender interferometer, which has the above-mentioned drawback, and there is a drawback that sufficient performance cannot be obtained as a gyroscope.

ここで、本発明の効果を相対的に明確にするために、従
来の光フアイバ・ジヤイロスコープの要部をなすマツハ
・ツエンダー干渉計について詳述すると、この干渉計は
第1図に示すように構成されている。すなわち、電流源
CSにより駆動するレーザLSの光ビームをアイソレータI
およびチヨツパChを介し、ビームスプリツタBS1,BS2に
導いて、光フアイバ・ループFL内に互いに逆方向に伝搬
する光ビームを注入する。かかる2光ビームを、一方は
非相反移相器PSを介して、光検出器D1,D2に導いて光電
変換し、その変換出力電圧を差動増幅器DAおよび割算器
DIVに順次に導いて光フアイバ・ループFL内での2光ビ
ーム間の非相反位相差に対応した出力電圧をロツクイン
アンプLIAを介して取出す。
Here, in order to make the effects of the present invention relatively clear, a detailed description will be given of the Matsu-Zender interferometer, which is an essential part of the conventional optical fiber gyroscope, and this interferometer is as shown in FIG. Is configured. Ie current source
The light beam of the laser LS driven by CS is an isolator I
And the beam splitters BS1 and BS2 via the checker Ch to inject the optical beams propagating in opposite directions into the optical fiber loop FL. One of the two light beams is guided to the photodetectors D1 and D2 through the non-reciprocal phase shifter PS and photoelectrically converted, and the converted output voltage is obtained by the differential amplifier DA and the divider.
The output voltage corresponding to the non-reciprocal phase difference between the two light beams in the optical fiber loop FL is taken out through the lock-in amplifier LIA by sequentially guiding to DIV.

上述した光フアイバ・ループFL内の2光ビーム間のいわ
ゆるサグナツク効果による非相反位相差はつぎの
(1)式となる。
The non-reciprocal phase difference due to the so-called Sagnac effect between the two light beams in the optical fiber loop FL is given by the following equation (1).

=(8πnNA/λc)Ω (1) ここに、n,N,A,λ,cおよびΩは、それぞれ光フアイバ屈
折率、光フアイバ巻回数、光フアイバ・ループ面積、レ
ーザ光波長、光速度および光フアイバ・ループ回転角速
度である。
= (8πnNA / λc) Ω (1) where n, N, A, λ, c and Ω are the optical fiber refractive index, the optical fiber winding number, the optical fiber loop area, the laser light wavelength, the optical speed, and Optical fiber loop rotation angular velocity.

しかして、非相反位相差の測定による回転角速度Ωの
検出感度は、光フアイバ・ループFLに注入する光ビーム
の光源を小型化するために、従来のように低コヒーレン
スの半導体レーザを用いると、つぎの各要因によつて限
界を生ずる。
Then, the detection sensitivity of the rotational angular velocity Ω by the measurement of the non-reciprocal phase difference, when using a semiconductor laser of low coherence as in the past, in order to miniaturize the light source of the light beam to be injected into the optical fiber loop FL, A limit is caused by the following factors.

(A)レーザLSのFMノイズ (B)レーザLSのAMノイズ (C)2個の光検出器D1,D2の感度差および温度ドリフ
ト (D)半導体レーザの光軸調整誤差に起因する光フアイ
バ・ループFL外における2光ビーム間の光路長差 かかる回転角速度検出感度限界要因のうち、(A)レー
ザFMノイズの影響は比較的小さいが、他の限界要因
(B)〜(D)の影響の低減には困難を伴い、特に
(D)光路長差Δlについては、Δl>λのとき、Δl
>λに比例して感度限界が増大するが、光路長差Δl=
0とすることは実際上極めて困難である。
(A) FM noise of laser LS (B) AM noise of laser LS (C) Sensitivity difference between two photodetectors D1 and D2 and temperature drift (D) Optical fiber caused by optical axis adjustment error of semiconductor laser Optical path length difference between two light beams outside the loop FL Among the limiting factors of the rotational angular velocity detection sensitivity, the influence of (A) laser FM noise is relatively small, but the influence of other limiting factors (B) to (D) It is difficult to reduce, and especially (D) optical path length difference Δl, when Δl> λ, Δl
The sensitivity limit increases in proportion to> λ, but the optical path length difference Δl =
It is actually extremely difficult to set it to 0.

なお、これらの限界要因(A)〜(D)がすべて除かれ
た場合には、光検出器D1,D2のシヨツトノイズにより究
極的な感度限界Ωがつぎの(2)式のように決まる。
When all of these limiting factors (A) to (D) are removed, the ultimate sensitivity limit Ω S is determined by the following equation (2) due to the shot noise of the photodetectors D1 and D2.

ここに、h,ν,α,P,ηおよびτは、それぞれプラン
ク定数、レーザ周波数、フアイバ伝送損失によつて決ま
る光透過率、光フアイバのレーザ入射パワー、光検出器
量子効率およびレーザのFM,AMノイズの大きさを表わす
分散値測定のための積分時間である。
Where h, ν, α, P C , η and τ are Planck's constant, laser frequency, optical transmittance determined by fiber transmission loss, laser incident power of optical fiber, photodetector quantum efficiency and laser This is the integration time for measuring the variance value that represents the magnitude of FM and AM noise.

いま第1図示の構成によるマツハ・ツエンダー干渉計の
回転角速度検出感度をつぎの条件のもとに求めた結果を
第2図に示す。
FIG. 2 shows the results of the rotational angular velocity detection sensitivity of the Matsu-Zender interferometer having the configuration shown in FIG. 1 obtained under the following conditions.

λ=0.8μm,ν=375THz,P=3mW,α=−1dB,n=1.5,N
=335,A=283cm2,Δl=1mm,η=1 なお、レーザLSとしてはAlGaAsレーザを用い、光フアイ
バ・ループFLとしては、全長L=200mの光フアイバを直
径19cmのループにして335回巻回した。
λ = 0.8μm, ν = 375THz, P C = 3mW, α = -1dB, n = 1.5, N
= 335, A = 283 cm 2 , Δl = 1 mm, η = 1 In addition, an AlGaAs laser is used as the laser LS, and as the optical fiber loop FL, an optical fiber having a total length L = 200 m is formed into a loop having a diameter of 19 cm and 335 times. It wound.

図から判るように、光路長差Δl=0とし、レーザパワ
ーを量子ノイズレベルまで安定化すれば、光検出器D1の
シヨツトノイズによつて決まる究極的限界感度Ωに近
づき得る。しかしながら、感度のわずかに異なる2個の
光検出器D1,D2を用いると、感度限界は却つて増大す
る、という重大な欠点が生じた。
As can be seen from the figure, by setting the optical path length difference Δl = 0 and stabilizing the laser power to the quantum noise level, it is possible to approach the ultimate limit sensitivity Ω S determined by the shot noise of the photodetector D1. However, the use of two photodetectors D1 and D2 having slightly different sensitivities has a serious drawback that the sensitivity limit is rather increased.

以上から明らかなように、従来のマツハ・ツエンダー干
渉計型光フアイバ・ジヤイロスコープの回転角速度検出
感度向上には、前述した各限界要因の抑圧、すなわち、
光フアイバ・ループFL外における光路長差Δlの消去、
レーザパワーの安定化および光検出器の感度差抑圧が必
要である。しかしながら、これらの各限界要因抑圧を同
時に満たすことは極めて困難であり、したがつて、従来
の光フアイバ・ジヤイロスコープによつて光検出器のシ
ヨツトノイズで決まる究極的回転角速度検出感度限界に
到達するのは、実際上技術的に極めて困難であり、その
究極的検出感度限界の100倍以上の検出感度しか得られ
ない、という致命的欠点があつた。
As is clear from the above, in order to improve the rotational angular velocity detection sensitivity of the conventional Matsu-Zender interferometer type optical fiber gyroscope, suppression of the above-mentioned limit factors, that is,
Elimination of optical path length difference Δl outside the optical fiber loop FL,
It is necessary to stabilize the laser power and suppress the sensitivity difference of the photodetector. However, it is extremely difficult to satisfy suppression of each of these limiting factors at the same time, and therefore the conventional optical fiber gyroscope reaches the ultimate rotational angular velocity detection sensitivity limit determined by the photodetector shot noise. However, in practice, it is technically extremely difficult, and there is a fatal drawback that the detection sensitivity is 100 times or more the ultimate detection sensitivity limit.

(発明の要点) 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、光フア
イバ・ループに注入する光ビームの光源に高コヒーレン
スの半導体レーザを用いて装置を小型化するとともに高
性能化し、さらに、光源のノイズ、光検出器の検出感度
差、光フアイバ・ループ光路長の温度ドリフト、光フア
イバ・ループ外の光路長差等の影響を受けずに、光検出
器のシヨツトノイズで決まる理論的限界感度にて回転角
速度を検出し得るようにした超高感度光フアイバ・ジヤ
イロスコープ、地震予知検出装置、慣性航法装置に実用
しうる十分な回転角速度検出感度を備えた小型軽量の超
高感度光フアイバ・ジヤイロスコープを提供することに
ある。
(Main points of the invention) An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, downsize the device by using a high-coherence semiconductor laser as a light source of a light beam to be injected into an optical fiber loop, and improve its performance. In addition, it is theoretically determined by the shot noise of the photodetector without being affected by the noise of the light source, the difference in detection sensitivity of the photodetector, the temperature drift of the optical fiber loop optical path length, the difference in the optical path length outside the optical fiber loop, etc. Ultra-high-sensitivity optical fiber gyroscope capable of detecting rotational angular velocity with limit sensitivity, earthquake prediction detection device, compact and lightweight ultra-high sensitivity with sufficient rotational angular velocity detection sensitivity that can be practically used for inertial navigation devices It is to provide an optical fiber gyroscope.

すなわち、本発明超高感度ファイバ・ジャイロスコープ
は、高コヒーレンスを有する単一縦モード発振半導体レ
ーザ素子と、その半導体レーザ素子の出力光ビームを2
分割する光ビームスプリッタと、その光ビームスプリッ
タの2出力光ビームを2入力とし、2入力光ビームをそ
れぞれ2分岐して2分岐出力光ビームを形成する光分岐
器を入力端および出力端にそれぞれ接続して互いに逆方
向に同一リング状に巻回した一対の石英ファイバよりな
るリング・フアブリ・ペロー干渉計とを備え、その干渉
計における前記出力端光分岐器の2分岐出力光ビームを
それぞれ光電変換した変換出力の少なくとも一方により
当該干渉計の入力光周波数を負帰還制御して当該干渉計
の共振周波数を安定化する光ファイバ・ジャイロスコー
プにおいて、2入力電圧を加算混合して変換した駆動電
流により前記半導体レーザ素子を駆動する半導体レーザ
駆動回路と、その半導体レーザ駆動回路の前記2入力電
圧の一方とした発振出力電圧により前記半導体レーザ素
子の発振周波数を変調する発振器と、前記出力端光分岐
器の前記2分岐出力光ビームをそれぞれ光電変換した後
に前記発振器の発振出力電圧により同期検波して増幅す
る一対の同期検波増幅手段と、それら一対の同期検波増
幅手段の一方の出力電圧を前記半導体レーザ駆動回路の
前記2入力電圧の他方として負帰還することにより前記
半導体レーザの発振周波数を制御して前記一方の同期検
波増幅手段の出力供振周波数に固定する周波数制御安定
化手段とを設け、他方の前記同期検波増幅手段の出力電
圧より前記リング・フアブリ・ペロー干渉計の回転角速
度を求めるように構成したことを特徴とするものであ
る。
That is, the ultra-sensitive fiber gyroscope of the present invention uses a single longitudinal mode oscillation semiconductor laser device having high coherence and an output light beam of the semiconductor laser device.
An optical beam splitter for splitting and an optical splitter for inputting the two output optical beams of the optical beam splitter to two and splitting each of the two input optical beams into two split output optical beams are provided at the input end and the output end, respectively. A ring-Fabry-Perot interferometer consisting of a pair of quartz fibers that are connected and wound in opposite directions to form the same ring, and the two-branch output optical beams of the output end optical brancher in the interferometer are photoelectrically converted. In a fiber optic gyroscope that stabilizes the resonance frequency of the interferometer by negatively feedback controlling the input optical frequency of the interferometer with at least one of the converted outputs, the drive current converted by adding and mixing two input voltages. And a semiconductor laser driving circuit for driving the semiconductor laser device, and one of the two input voltages of the semiconductor laser driving circuit. An oscillator that modulates the oscillation frequency of the semiconductor laser device by an output voltage, and a pair of a pair that performs synchronous detection and amplification by the oscillation output voltage of the oscillator after photoelectrically converting the two-branch output light beam of the output end optical branching device, respectively. The oscillation frequency of the semiconductor laser is controlled by negatively feeding back the output voltage of one of the synchronous detection amplification means and one of the pair of synchronous detection amplification means as the other of the two input voltages of the semiconductor laser drive circuit to control the oscillation frequency of the semiconductor laser. A frequency control stabilizing means for fixing the output vibration frequency of the synchronous detection amplification means is provided, and the rotational angular velocity of the ring-Fabry-Perot interferometer is obtained from the output voltage of the other synchronous detection amplification means. It is characterized by.

(実 施 例) 以下に図面を参照して実施例につきを本発明詳細に説明
する。
(Examples) Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

まず、本発明光フアイバ・ジヤイロスコープの構成例を
第3図に示す。図示の構成による光フアイバ・ジヤイロ
スコープにおいては、高コヒーレンスを有してFMノイ
ズ、AMノイズの発生が少ない小型の単一縦モード発振半
導体レーザ素子1を光ビームの光源として用いる。かか
るレーザ素子1からの高コヒーレント光ビームをレンズ
2により平行ビームにコリメートしたうえで、光アイソ
レータ3に導き、後続のフアイバ入力端子などからの反
射光がレーザ素子1に逆行して発振状態を乱し、ノイズ
を発生させるのを防止する。光アイソレータ3を通過し
た平行光ビームを例えば半透明鏡などからなる光ビーム
スプリツタ4に導いて2平行光ビームに分割し、それら
の2平行光ビームをそれぞれレンズ5,6に導いてそれぞ
れ集束したうえで光フアイバ7,8に入射させる。なお、
この光フアイバ7,8は、単なる光伝送路として作用し、
いわゆる光フアイバ・ジヤイロスコープの要部たる後続
の光フアイバ・ループの作用には無関係であり、その性
能や光路長、相互間の光路長差等は任意である。かかる
光フアイバ7,8により導いた2光ビームは、光分岐器9
の2入力ポートにそれぞれ導く。この光分岐器9は、電
子工学において例えば2本のストリツプ線路を適切な区
間長に亘り互いに平行に近接配置して構成したハイブリ
ッド回路などと同様に、第3a図に示すように、2本の光
ファイバのクラッドの一部を適切な区間長に亘りそれぞ
れ除去してそれぞれのコアを互いに平行に近接配置した
ものであり、かかる構成の光分岐器においては、例え
ば、一方の入力ポート7からの入射光は、双方のクラッ
ドの境界面9を鏡面とした反射光の形で他方の入力ポー
ト8に導かれるとともに、コア間を漏洩した透過光の形
で一方の出力ポート11に導かれ、両者間の分岐比率は、
一般に、コアの間隔やクラッドの材質などによって決ま
る。
First, FIG. 3 shows a structural example of the optical fiber gyroscope of the present invention. In the optical fiber gyroscope having the configuration shown in the figure, a small single longitudinal mode oscillation semiconductor laser device 1 having high coherence and less generation of FM noise and AM noise is used as a light source of a light beam. The high coherent light beam from the laser element 1 is collimated into a parallel beam by the lens 2 and then guided to the optical isolator 3, and the reflected light from the subsequent fiber input terminal or the like goes back to the laser element 1 to disturb the oscillation state. To prevent noise. The parallel light beam that has passed through the optical isolator 3 is guided to a light beam splitter 4 composed of, for example, a semi-transparent mirror and divided into two parallel light beams, and these two parallel light beams are guided to lenses 5 and 6, respectively, and focused. Then, it is incident on the optical fibers 7 and 8. In addition,
These optical fibers 7 and 8 function as mere optical transmission lines,
It is irrelevant to the action of the subsequent optical fiber loop, which is the main part of the so-called optical fiber gyroscope, and its performance, optical path length, mutual optical path length difference, etc. are arbitrary. The two light beams guided by the optical fibers 7 and 8 are connected to the optical splitter 9
To each of the two input ports. As shown in FIG. 3a, the optical branching device 9 has two optical branching devices, as in a hybrid circuit in which two strip lines are closely arranged in parallel with each other over an appropriate section length in electronic engineering. A part of the clad of the optical fiber is removed over an appropriate section length and the cores are arranged in parallel and close to each other. In the optical branching device having such a configuration, for example, one input port 7 The incident light is guided to the other input port 8 in the form of reflected light with the boundary surface 9 of both claddings being a mirror surface, and is also guided to one output port 11 in the form of transmitted light leaking between the cores. The branching ratio between
Generally, it is determined by the distance between the cores and the material of the clad.

しかしながら、かかる構成の光分岐器における入出力ポ
ートのいずれかに、後述するようにして、光共振ループ
が接続されている場合には、そのポートにおける光共振
ループの入力と出力とが同相になって強調されるので、
光共振ループを接続してある側のポートへの分岐比率が
極度に増大し、第3図に示すように光分岐器9の出力ポ
ート10,11に光共振ループが接続されている場合には、
例えば入力ポート7からの入射光はそのほとんどが出力
ポート11からの透過光となり、また、ループ入力ポート
としてのポート10からの入射光はそのほとんどが出力ポ
ート11からの反射光となる。また、同様に、入力ポート
8からの入射光およびループ入力ポートとしてのポート
11からの入射光は、それぞれ、出力ポート10からの透過
光および反射光となる。この光分岐器9の2出力光ビー
ムは例えば長さ数mの低損失石英光フアイバを2分して
互いに逆方向にリング状をなして巻回した光フアイバ1
0,11に入射させ、例えば第3b図に鎖線矢印で示す光分岐
器9から光ファイバ10、光分岐器12、光ファイバ11を順
次に介して光分岐器9に戻る右廻りの時計方向と破線矢
印で示す左廻りの反時計方向など互いに逆方向に、光フ
アイバ10,11がなす光フアイバ・ループ内を伝搬させ
る。したがつて、この光フアイバ・ループがいずれかの
方向に高速回転すれば、光フアイバ10,11内をそれぞれ
伝搬する光ビームの相互間には、前述したと同様に、サ
グナツク効果による非相反位相差、したがつて、実効的
な光路長差が生ずる。かかる光フアイバ10,11を通過し
た2光ビームは、光フアイバ・ループ入力端の光分岐器
9と全く同様の光分岐器12に導く。しかしてその入出力
両端の光分岐器9,12は、入射光の周波数が光フアイバ・
ループに共振するように制御されているので、その分岐
比を適切に選定するとともに、低挿入損失のものを用い
ると、前述したように、光ファイバ・ループ内の入力光
に対しては高い反射率を有する反射鏡としてそれぞれ作
用する。したがつて、かかる光分岐器9,12を入出力端に
備えた光フアイバ・ループ10,11内においては光ビーム
の繰返し反射が生じ、その繰返し反射によつて微細ピツ
チの干渉縞を生ずる高フイネスのリング・フアブリ・ペ
ロー干渉計として作用することになる。
However, when an optical resonance loop is connected to any of the input / output ports of the optical branching device having such a configuration as described later, the input and output of the optical resonance loop at that port are in phase. Will be emphasized,
When the branching ratio to the port to which the optical resonance loop is connected is extremely increased and the optical resonance loop is connected to the output ports 10 and 11 of the optical branching device 9 as shown in FIG. ,
For example, most of the incident light from the input port 7 is transmitted light from the output port 11, and most of the incident light from the port 10 as a loop input port is reflected light from the output port 11. Similarly, incident light from the input port 8 and a port as a loop input port
Incident light from 11 becomes transmitted light and reflected light from the output port 10, respectively. The two-output light beam of the optical branching device 9 is, for example, a low-loss quartz optical fiber having a length of several meters, which is divided into two and wound in a ring shape in opposite directions to each other.
0, 11 and returns to the optical branching device 9 through the optical fiber 10, the optical branching device 12, and the optical fiber 11 in this order from the optical branching device 9 indicated by a chained arrow in FIG. It propagates in the optical fiber loop formed by the optical fibers 10 and 11 in opposite directions such as a counterclockwise counterclockwise direction indicated by a dashed arrow. Therefore, if this optical fiber loop rotates at high speed in either direction, between the light beams propagating in the optical fibers 10 and 11, respectively, as described above, the non-reciprocal position due to the Sagnac effect is generated. The phase difference and therefore the effective optical path length difference occurs. The two light beams that have passed through the optical fibers 10 and 11 are guided to an optical branching device 12, which is exactly the same as the optical branching device 9 at the input end of the optical fiber loop. However, the optical splitters 9 and 12 at both ends of the input and output are
Since it is controlled so as to resonate in the loop, if the branching ratio is properly selected and a low insertion loss is used, as described above, a high reflection for the input light in the optical fiber loop is achieved. Each acts as a mirror having an index. Therefore, the light beams are repeatedly reflected in the optical fiber loops 10 and 11 equipped with the optical branching devices 9 and 12 at the input and output ends, and the high reflection that causes interference fringes of fine pitches due to the repeated reflection. It will act as a finesse ring-fabri-perot interferometer.

すなわち、光フアイバ7,8から光分岐器9を介して光フ
アイバ・ループ10,11内に進入した2光ビームは、上述
のようなリング・フアブリ・ペロー干渉計内を互いに逆
の方向、例えば第3b図に示したように、時計方向と反時
計方向とに繰返して往復しながら、光分岐器12の光ルー
プ共振時の分岐比率に応じた透過率に比例した量の2光
ビームが光フアイバ13,14に射出されることになる。か
かる2出力光ビームを、それぞれ一対のレンズ15,16お
よび光検出器17,18に順次に導き、例えば、右廻り時計
方向および左廻り反時計方向の出力光ビームがそれぞれ
有する共振周波数νおよびνをそれぞれ有する。出
力光ビームは光電変換して2電圧信号に変換する。
That is, the two light beams that have entered the optical fiber loops 10 and 11 from the optical fibers 7 and 8 through the optical branching device 9 have directions opposite to each other, for example, in the ring Fabry-Perot interferometer as described above. As shown in FIG. 3b, while repeatedly reciprocating in the clockwise direction and the counterclockwise direction, two light beams of an amount proportional to the transmittance according to the branching ratio at the time of optical loop resonance of the optical branching device 12 are emitted. It will be injected into the fiber 13,14. The two output light beams are sequentially guided to the pair of lenses 15 and 16 and the photodetectors 17 and 18, respectively, and, for example, the resonance frequencies ν r and r Each has ν l . The output light beam is photoelectrically converted into a two-voltage signal.

しかして、上述のリング・フアブリ・ペロー干渉計が静
止している場合には、例えば時計方向廻りおよび反時計
方向廻りの2光ビームに対するフアブリ・ペロー干渉計
の共振周波数νおよびνは等しくなる。しかしなが
ら、このリング・フアブリ・ペロー干渉計が例えば第3
図に実線矢印で示すように角速度Ωにて回転している場
合には、双方の共振周波数νとνとの間には、前述
したサグナツク効果により回転角度速度Ωに比例した差
が生ずる。したがつて、その周波数差を測定すれば回転
角速度Ωの値を求めることができる。
Therefore, when the ring Fabry-Perot interferometer described above is stationary, the resonance frequencies ν r and ν l of the Fabry-Perot interferometer for two light beams, for example, clockwise and counterclockwise, are equal. Become. However, this Ring-Fabry-Perot interferometer has, for example, a third
When rotating at an angular velocity Ω as indicated by a solid arrow in the figure, a difference proportional to the rotational angular velocity Ω occurs between the resonance frequencies ν r and ν l of both due to the above-mentioned Sagnac effect. . Therefore, the value of the rotational angular velocity Ω can be obtained by measuring the frequency difference.

第3図示の構成における光ビーム光源としての半導体レ
ーザ素子1の発振周波数νを発振器21の発振出力により
変調するとともに、光検波器17および18の変換出力電圧
信号を、発振器21の発振出力を印加してそれぞれ駆動す
る一対の同期検波器、すなわち、いわゆるロツクイン・
アンプ19および20に導いて検波増幅すると、リング・フ
アブリ・ペロー干渉計を通過した後の反時計廻りおよび
時計廻りの2光ビームの光量の周波数依存特性は、微分
信号の形態によつて表わすと、第4図(a)および
(b)にそれぞれ示すようになる。したがつて、時計廻
りおよび反時計廻りの2光ビームに対する共振周波数ν
およびνの相互間の差を測定するために、半導体レ
ーザ素子1の発振周波数νが、それら2共振周波数
ν,νのうちのいずれか一方、例えば反時計廻り光
ビームの共振周波数νに固定されるようにするため
に、同期検波増幅器19の出力電圧V1を周波数制御回路22
に供給して基準零を共振周波数νに対応させたときの
出力電圧V1の偏差を周波数制御電圧として出力し、ミキ
サの形態に図示した半導体レーザ駆動回路23にその周波
数制御電圧を供給して発振器21の発振出力電圧に混合加
算したうえで変換した駆動電流を半導体レーザ素子1に
負帰還し、その発振周波数νを制御して、第4図
(a),(b)に示すように、レーザ周波数νがリング
・フアブリ・ペロー干渉計の反時計廻り光ビームの共振
周波数特性曲線の中心周波数νに追随するように周波
数安定化制御を行なう。かかる負荷還制御による周波数
安定化のもとに、他方の同期検波増幅器20の出力電圧V2
を記録器24に導いて、リング・フアブリ・ペロー干渉計
の時計廻りおよび反時計廻りの各共振周波数特性曲線の
中心周波数νおよびνの相互間の差に比例した信号
を検出する。すなわち、第4図(b)に示すように、同
期検波増幅器20の出力電圧V2の周波数依存性を表わす信
号波形はS字形をなしており、中心共振周波数νの近
傍においては直線状の特性曲線となつているので、鋭敏
な周波数弁別を行なうことができる。
The oscillation frequency ν of the semiconductor laser device 1 as the light beam light source in the configuration shown in FIG. 3 is modulated by the oscillation output of the oscillator 21, and the converted output voltage signals of the photodetectors 17 and 18 are applied to the oscillation output of the oscillator 21. And a pair of synchronous detectors that are driven respectively, that is, a so-called lock-in
When guided to the amplifiers 19 and 20 and amplified for detection, the frequency-dependent characteristics of the light quantities of the two counterclockwise and clockwise light beams after passing through the ring Fabry-Perot interferometer are expressed by the form of the differential signal. , As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. Therefore, the resonance frequency ν for two clockwise and counterclockwise light beams
In order to measure the difference between r and ν l , the oscillation frequency ν of the semiconductor laser device 1 is set to one of the two resonance frequencies ν r and ν l , for example, the resonance frequency of the counterclockwise light beam. In order to fix it at ν l , the output voltage V 1 of the synchronous detection amplifier 19 is set to the frequency control circuit 22.
Is supplied to the semiconductor laser driving circuit 23 shown in the form of a mixer and the deviation of the output voltage V 1 when the reference zero is made to correspond to the resonance frequency ν l is output as a frequency control voltage. Drive current, which has been mixed and added to the oscillation output voltage of the oscillator 21, is negatively fed back to the semiconductor laser element 1 and its oscillation frequency ν is controlled, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The frequency stabilization control is performed so that the laser frequency ν follows the center frequency ν l of the resonance frequency characteristic curve of the counterclockwise light beam of the ring Fabry-Perot interferometer. Based on the frequency stabilization by such load return control, the output voltage V 2 of the other synchronous detection amplifier 20
To a recorder 24 to detect a signal proportional to the difference between the center frequencies ν r and ν l of the clockwise and counterclockwise resonance frequency characteristic curves of the ring Fabry-Perot interferometer. That is, as shown in FIG. 4 (b), the signal waveform representing the frequency dependence of the output voltage V 2 of the synchronous detection amplifier 20 has an S shape, and is linear in the vicinity of the central resonance frequency ν r . Since it is a characteristic curve, sharp frequency discrimination can be performed.

すなわち、同期検波増幅器20の出力電圧V2はつぎの
(3)式によつて表わされる。
That is, the output voltage V 2 of the synchronous detection amplifier 20 is expressed by the following equation (3).

V2=K(ν−ν) (3) ここに、Kは光検波器18の検波感度および同期検波増幅
器20の増幅率に比例した定数である。また、共振周波数
差(ν−ν)はサグナツク効果により回転角速度Ω
との間につぎの(4)式による関係を有している。
V 2 = K (ν r −ν 1 ) (3) Here, K is a constant proportional to the detection sensitivity of the photodetector 18 and the amplification factor of the synchronous detection amplifier 20. Further, the resonance frequency difference (ν r −ν l ) is the rotational angular velocity Ω due to the Sagnac effect.
And have a relationship according to the following equation (4).

したがつて、(3)式による出力電圧V2はつぎの(5)
式によつて表わされることになる。
Therefore, the output voltage V 2 according to equation (3) is
It will be represented by a formula.

すなわち、出力電圧V2は回転角速度Ωに比例する項のみ
からなつている。したがつて、リング・フアブリ・ペロ
ー干渉計においては、従来の光フアイバ・ジヤイロスコ
ープを構成していたマツハ・ツエンダー干渉計における
ように回転角速度Ωとは独立のオフセツト量を含まず、
従来使用のマツハ・ツエンダー干渉計につき前述した回
転角速度検出感度に対する各種の限界要因、特に従来問
題であつた限界要因(C),(D)の影響を全く受けな
くなる。その結果、一対の光検波器17,18の検出感度を
揃える必要がなくなり、温度ドリフトにも無関係とな
り、したがつて、光フアイバ・ループ外に光路長差が存
在したとしても、その影響は全く受けないことになる。
That is, the output voltage V 2 consists of only a term proportional to the rotational angular velocity Ω. Therefore, the Ring-Fabry-Perot interferometer does not include the offset amount independent of the rotational angular velocity Ω as in the Matsuha-Tender interferometer that constitutes the conventional optical fiber gyroscope.
It is completely unaffected by the various limiting factors, particularly the limiting factors (C) and (D), which have been problems of the prior art, with respect to the rotational angular velocity detection sensitivity described above for the conventionally used Matsu-Zehnder interferometer. As a result, it is no longer necessary to make the detection sensitivities of the pair of photodetectors 17, 18 uniform, and it becomes irrelevant to the temperature drift, and even if there is an optical path length difference outside the optical fiber loop, the effect is completely absent. You will not receive it.

さらに、第4図からも判るように、干渉計の共振周波数
特性曲線の微分波形によつて回転角周波数Ωの弁別を行
なつているので、Ω=0においても高い弁別感度が得ら
れ、従来使用のマツハ・ツエンダー干渉計につき第1図
示の構成に用いたような非相反移相器PSによるπ/2非相
反移相を行なう必要がなくなる。また、時計廻りおよび
反時計廻り等、相対的逆廻りを行なう2光ビーム相互間
の位相差は、光フアイバ・ループ内のみによつて決まる
ので、従来使用のマツハ・ツエンダー干渉計におけるよ
うな光フアイバ・ループ外の光路長差Δlにも無関係で
あり、回転角速度検波感度は光検出器のシヨツトノイズ
のみによつて限界を生じる理想型となる。
Further, as can be seen from FIG. 4, since the rotational angular frequency Ω is discriminated by the differential waveform of the resonance frequency characteristic curve of the interferometer, a high discrimination sensitivity can be obtained even when Ω = 0. It is not necessary to perform π / 2 non-reciprocal phase shift by the non-reciprocal phase shifter PS as used in the configuration shown in the first drawing for the used Matsu-Zehnder interferometer. Further, the phase difference between the two light beams that perform relative counterclockwise rotations such as clockwise rotation and counterclockwise rotation is determined only by the inside of the fiber loop, so that the light used in conventional Matsuha-Tender interferometers is not affected. It is also irrelevant to the optical path length difference Δl outside the fiber loop, and the rotational angular velocity detection sensitivity is an ideal type in which the sensitivity is limited only by the shot noise of the photodetector.

しかして、かかる光検波器のシヨットノイズのみによる
回転角速度検出感度の限界について検討した結果によれ
ば、低損失の石英光フアイバを、従来のマツハ・ツエン
ダー干渉計における数百mに比して格段に短い数mのみ
巻回した光フアイバ・ループよりなるリング・フアブリ
・ペロー干渉計の使用により、光検出器のシヨツトノイ
ズによつて決まる回転角速度検出感度の限界自体が低減
されることが明らかとなつた。
However, according to the result of studying the limit of the rotational angular velocity detection sensitivity due to only the sailboat noise of such a photodetector, the low loss quartz optical fiber is remarkably compared with several hundred meters in the conventional Matsuha-Zender interferometer. It is clear that the limit of rotational angular velocity detection sensitivity, which is determined by the photodetector's shot noise, is reduced by using the ring Fabry-Perot interferometer consisting of an optical fiber loop wound for only a few meters. It was

上述のように優れた性能を有するリング・フアブリ・ペ
ロー干渉計を用いた本発明光フアイバ・ジヤイロスコー
プの回転角速度Ωの、前述したノイズ分散値測定用積分
時間τに対する変化を求めた特性例を、光分岐器の挿入
損失をも含めた光フアイバ・ループの全損失によつて決
まる単行透過率αの種々の値について第5図に示す。
図から明らかなように、本発明光フアイバ・ジヤイロス
コープにおいては、光検出器のシヨツトノイズによつて
決まる限界感度Ω自体が従来装置における同種限界感
度より格段に低減されている。なお本発明ジヤイロスコ
ープにおける同期検波増幅器20の出力電圧V2は、回転角
速度Ωに比例するのみであつて、他のオフセツト量は付
加されていないのであるから、レーザ素子からのノイズ
の影響も極めて小さい。また、4入出力ポート光分岐器
9,12の挿入損失は極めて小さい。
As described above, a characteristic example in which the change of the rotational angular velocity Ω of the optical fiber gyroscope of the present invention using the ring Fabry-Perot interferometer having excellent performance with respect to the integration time τ for measuring the noise variance value is obtained. FIG. 5 shows various values of the single-transmissivity α t determined by the total loss of the optical fiber loop including the insertion loss of the optical branching device.
As is apparent from the figure, in the optical fiber gyroscope of the present invention, the limit sensitivity Ω S itself determined by the shot noise of the photodetector is significantly reduced compared to the same type limit sensitivity in the conventional device. Note that the output voltage V 2 of the synchronous detection amplifier 20 in the gyroscope of the present invention is only proportional to the rotational angular velocity Ω, and since no other offset amount is added, the influence of noise from the laser element is also present. Extremely small. Also, 4 I / O port optical splitter
Insertion loss of 9,12 is extremely small.

(効果) 以上の説明から明らかなように、本発明超高感度光フア
イバ・ジヤイロスコープにおいては、従来のこの種光フ
アイバ・ジヤイロスコープが有していた各種の問題点が
つぎのような理由によりすべて解決されている。
(Effect) As is apparent from the above description, in the ultra-high-sensitivity optical fiber gyroscope of the present invention, various problems that the conventional optical fiber gyroscope of this kind has are as follows. All resolved for a reason.

(1)光ビーム注入用光源として、大型となる気体レー
ザは用いず、半導体レーザを用いるので装置が小型とな
る。
(1) Since a large-sized gas laser is not used as a light source for injecting a light beam, but a semiconductor laser is used, the size of the device can be reduced.

(2)従来使用の低コヒーレンスの半導体レーザは用い
ず、高コヒーレンスの単一縦モード発振半導体レーザを
用い、また、従来使用のマツハ・ツエンダー干渉計は用
いず、格段に低損失、高感度のリング・フアブリ・ペロ
ー干渉計を用いるので、超高感度が得られる。
(2) The conventional low-coherence semiconductor laser is not used, the high-coherence single-longitudinal-mode oscillation semiconductor laser is used, and the conventional Matsu-Zender interferometer is not used. Since a Ring-Fabry-Perot interferometer is used, ultra high sensitivity is obtained.

(3)レーザ発振周波数を、リング・フアブリ・ペロー
干渉計における共振周波数の一方に固定しているので、
レーザ素子のAMノイズ、FMノイズあるいは光フアイバ光
路長の温度ドリフト等の影響は抹消し得る。
(3) Since the laser oscillation frequency is fixed to one of the resonance frequencies in the ring Fabry-Perot interferometer,
The effects of AM noise, FM noise of the laser element or temperature drift of the optical fiber optical path length can be eliminated.

(4)一対の光検波器17,18の出力電圧差を測定する必
要はないので、両者間の検出感度差は無関係である。
(4) Since it is not necessary to measure the output voltage difference between the pair of photodetectors 17 and 18, the detection sensitivity difference between the two is irrelevant.

(5)光フアイバ・ループ内の光伝搬方向による実質的
な光路長差は、リング・フアブリ・ペロー干渉計内のみ
にて決まり、干渉計外には、本来、光路長差は存在せ
ず、、存在したとしてもその影響は全く受けない。
(5) The substantial optical path length difference due to the light propagation direction in the optical fiber loop is determined only inside the ring Fabry-Perot interferometer, and there is essentially no optical path length difference outside the interferometer. Even if it exists, it is not affected at all.

以上のように、本発明光フアイバ・ジヤイロスコープに
おいては、その超高感度化のために、光学系としては弁
別性の優れたリング・フアブリ・ペロー干渉計を用い、
電子回路系としては高感度の同期検波増幅器を用い、し
かも、半導体レーザに周波数安定化の負帰還制御を加え
ており、従来装置における問題点がすべて解決されてい
る。したがつて、回転角速度検出感度は光検波器のシヨ
ツトノイズによつて決まる理論的限界値にまで到達して
おり、低損失の石英光フアイバおよび4入出力ポート光
分岐器の使用により、光検波器のシヨツトノイズによる
理論的限界値自体も低減させ、従来装置に比し100倍乃
至10,000倍の超高感度が得られ、さらに、10-4度/時間
程度の高速角速度測定も十分に可能の格段に優れた性能
が得られる。
As described above, in the optical fiber gyroscope of the present invention, in order to increase its super sensitivity, a ring-fabri-Perot interferometer having excellent discriminability is used as an optical system,
A highly sensitive synchronous detection amplifier is used as the electronic circuit system, and negative feedback control for frequency stabilization is added to the semiconductor laser, and all the problems in the conventional device are solved. Therefore, the rotational angular velocity detection sensitivity has reached the theoretical limit value determined by the shot noise of the photodetector, and the use of a low-loss quartz optical fiber and a 4-input / output port optical brancher makes it possible to detect the photodetector. The theoretical limit value due to the shot noise of 100 is reduced to 100 times to 10,000 times as high as that of the conventional equipment, and the high-speed angular velocity measurement of about 10 -4 degrees / hour is sufficiently possible. Excellent performance is obtained.

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

第1図は従来の光フアイバ・ジヤイロスコープの構成を
示すブロツク線図、 第2図は同じくその回転角速度検出感度特性の例を示す
特性曲線図、 第3図は本発明超高感度光フアイバ・ジヤイロスコープ
の構成例を示すブロック線図、 第3a図は光分岐器の構成を模式的に示す断面図、 第3b図は本発明光ファイバ・ジャイロスコープの動作を
模式的に示すブロック線図、 第4図(a),(b)は同じくその動作特性をそれぞれ
示す動作波形図、 第5図は同じくその回転角速度検出感度特性の例を示す
特性曲線図である。 CS……電流源、LS……レーザ I……アイソレータ、Ch……チヨツパ BS1,BS2……ビームスプリツタ FL……光フアイバ・ループ PS……非相反移相器 D1,D2……光分波器 DA……差動増幅器 DIV……割算器、LIA……ロツクインアンプ 1……レーザ素子、2,5,6,15,16……レンズ 3……アイソレータ、4……ビームスプリツタ 7,8,13,14……光フアイバ 9,12……光分岐器 10,11……光フアイバ(光フアイバ・ループ) 17,18……光検出器 19,20……同期検波増幅器(ロツクインアンプ) 21……発振器、22……周波数制御回路 23……半導体レーザ駆動回路 24……記録器
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a conventional optical fiber gyroscope, FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing an example of its rotational angular velocity detection sensitivity characteristic, and FIG. 3 is the super-sensitive optical fiber of the present invention.・ A block diagram showing a configuration example of the gyroscope, Fig. 3a is a sectional view schematically showing the configuration of the optical branching device, and Fig. 3b is a block line schematically showing the operation of the optical fiber gyroscope of the present invention. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are operation waveform diagrams respectively showing the operation characteristics thereof, and FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing an example of the rotational angular velocity detection sensitivity characteristics thereof. CS: current source, LS: laser I: isolator, Ch: chip BS1, BS2: beam splitter FL: optical fiber loop PS: non-reciprocal phase shifter D1, D2 ... optical demultiplexer Device DA …… Differential amplifier DIV …… Divider, LIA …… Lock-in amplifier 1 …… Laser element, 2,5,6,15,16 …… Lens 3 …… Isolator, 4 …… Beam splitter 7 , 8,13,14 …… Optical fiber 9,12 …… Optical splitter 10,11 …… Optical fiber (optical fiber loop) 17,18 …… Photodetector 19,20 …… Synchronous detection amplifier (lock-in Amplifier) 21 …… Oscillator, 22 …… Frequency control circuit 23 …… Semiconductor laser drive circuit 24 …… Recorder

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高コヒーレンスを有する単一縦モード発振
半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の出力光ビ
ームを2分割する光ビームスプリッタと、その光ビーム
スプリッタの2出力光ビームを2入力とし、2入力光ビ
ームをそれぞれ2分岐して2分岐出力光ビームを形成す
る光分岐器を入力端および出力端にそれぞれ接続して互
いに逆方向に同一リング状に巻回した一対の石英ファイ
バよりなるリング・フアブリ・ペロー干渉計とを備え、
その干渉計における前記出力端光分岐器の2分岐出力光
ビームをそれぞれ光電変換した変換出力の少なくとも一
方により当該干渉計の入力光周波数を負帰還制御して当
該干渉計の共振周波数を安定化する光ファイバ・ジャイ
ロスコープにおいて、2入力電圧を加算混合して変換し
た駆動電流により前記半導体レーザ素子を駆動する半導
体レーザ駆動回路と、 その半導体レーザ駆動回路の前記2入力電圧の一方とし
た発振出力電圧により前記半導体レーザ素子の発振周波
数を変調する発振器と、 前記出力端光分岐器の前記2分岐出力光ビームをそれぞ
れ光電変換した後に前記発振器の発振出力電圧により同
期検波して増幅する一対の同期検波増幅手段と、 それら一対の同期検波増幅手段の一方の出力電圧を前記
半導体レーザ駆動回路の前記2入力電圧の他方として負
帰還することにより前記半導体レーザの発振周波数を制
御して前記一方の同期検波増幅手段の出力共振周波数に
固定する周波数制御安定化手段とを設け、他方の前記同
期検波増幅手段の出力電圧より前記リング・フアブリ・
ペロー干渉計の回転角速度を求めるように構成したこと
を特徴とする超高感度光ファイバ・ジャイロスコープ。
1. A single longitudinal mode oscillation semiconductor laser device having high coherence, a light beam splitter for splitting an output light beam of the semiconductor laser device into two, and two output light beams of the light beam splitter as two inputs, A ring composed of a pair of quartz fibers in which optical splitters for splitting two input light beams into two split output light beams are connected to the input end and the output end, respectively, and wound in the same ring in opposite directions.・ Has Fabry-Perot interferometer
Negative feedback control of the input optical frequency of the interferometer is performed by at least one of the converted outputs obtained by photoelectrically converting the two-branch output optical beams of the output end optical brancher in the interferometer to stabilize the resonance frequency of the interferometer. In an optical fiber gyroscope, a semiconductor laser drive circuit for driving the semiconductor laser element by a drive current obtained by adding and mixing two input voltages, and an oscillation output voltage as one of the two input voltages of the semiconductor laser drive circuit An oscillator for modulating the oscillation frequency of the semiconductor laser device by means of a pair of synchronous detectors for performing synchronous detection and amplification by the oscillation output voltage of the oscillator after photoelectrically converting the two-branch output light beams of the output end optical branching device, respectively. The output voltage of one of the amplifying means and one of the pair of synchronous detection amplifying means is used as the output voltage of the semiconductor laser driving circuit. And a frequency control stabilizing means for controlling the oscillation frequency of the semiconductor laser by negatively feeding back the output voltage of the other synchronous voltage amplifying means to the output resonant frequency of the one synchronous detecting and amplifying means, and the other synchronous detecting and amplifying means. From the output voltage of the ring
An ultra-sensitive optical fiber gyroscope characterized by being configured to determine the rotational angular velocity of a Perot interferometer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06235641A (en) * 1991-11-13 1994-08-23 Tokyo Koku Keiki Kk Optical fiber gyroscope
US7327460B2 (en) * 2005-11-02 2008-02-05 Honeywell International, Inc. Transmission mode RFOG and method for detecting rotation with RFOG

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5654312A (en) * 1979-09-20 1981-05-14 Northrop Corp Thin film laser gyro

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5654312A (en) * 1979-09-20 1981-05-14 Northrop Corp Thin film laser gyro

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