JPH0781866B2 - 光フアイバジヤイロスコ−プ - Google Patents

光フアイバジヤイロスコ−プ

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JPH0781866B2
JPH0781866B2 JP61188790A JP18879086A JPH0781866B2 JP H0781866 B2 JPH0781866 B2 JP H0781866B2 JP 61188790 A JP61188790 A JP 61188790A JP 18879086 A JP18879086 A JP 18879086A JP H0781866 B2 JPH0781866 B2 JP H0781866B2
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JP
Japan
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signal
mode
beam splitting
birefringent
optical waveguide
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JP61188790A
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JPS6239712A (ja
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エムリン・ジョーンズ
ジェームス・ウイルソン・パーカー
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Alcatel Lucent NV
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Alcatel NV
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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

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、サグナック効果を利用した光ファイバ干渉
ジャイロスコープに関する。
[従来の技術] 光ファイバを多重に巻回したコイルを使用し、ビーム分
割装置および結合装置によつて単一レーザからの光がそ
の中を両方向に同時に伝播して光検出器に回転に感応す
る出力信号を生じさせることはすでに知られている。そ
のような装置は、文献(例えばShih Chun LinおよびTho
mas G.GiallorenziのApplied Optics第18巻、第6号、1
979年3月15日)に記載されている。出力信号が組合わ
せられたとき、干渉縞パターンが形成され、それは静止
した装置では画像光学系の特性に依存した形状の固定パ
ターンを形成する。もしも光学系がコイルの軸を中心に
回転されるならば、縞の移動が起り、適当な処理によつ
て回転情報の抽出が可能である。
光学系の具体的構成(例えば動作波長λ、光ファイバ長
等)および監視されるべき回転速度範囲に応じて、単一
の干渉縞または多数の干渉縞で動作する装置が考えられ
る。
光ファイバ光学ジャイロスコープの形態は可逆構造であ
り、それは文献(R.UlrichによるOptics Letters,No.5
(5),1980年5月,173〜175頁)に記載されている。可
逆構造ジャイロスコープの基本的特徴は信号モードフィ
ルタ(空間的および偏光において)であり、それはサグ
ナック(Sagnac干渉装置の共通入力/出力ポートを形成
し、センサコイルの複屈折における変化によるバイアス
ドリフトを抑制する。文献[例えばKinter E.C.の光フ
ァイバジャイロスコープにおける偏光制御:Optics Lett
ers,No.6(3),1981年3月,154〜156頁]に示された解
析によれば、長いコヒーレンス長の光源に対してはバイ
アスはモードフィルタによつて弱く抑制されるだけであ
り、そのため80dBの減衰特性をもつフィルタでも104
程度のバイアスの減少を生じるに過ぎない。
本出願人の英国特許出願第8132314号(発明者J.S.Heek
s)明細書にはホモダイン光ファイバジャイロスコープ
用の最少の可逆構造FOGから導出された位相変調構造が
記載されている。それにおいては、2個の光位相変調装
置が同期的に切替えられる光源と共にファイバループに
対して非対称に配置され、位相変調と位相バイアスの両
者が与えられるようにされている。ジャイロ出力からの
フィードバック制御により、位相拘束ループシステムと
して動作することができ、それにおいては、干渉計出力
は特定の値に保持され、回転速度はループ制御信号から
導出される。
このシステムの変形は本出願人の英国特許出願第830165
4号明細書に記載され、それはpzt位相変調装置の特性を
改善し、光検出装置が出力に所望のac動作を行なわせる
ようにサンプリングされる。
[発明が解決しようとする課題] この発明の目的は、光ファイバジャイロスコープにおけ
るバイアスの抑制度を改善することである。
この発明の目的はまた、センサコイル中の複屈折により
光ファイバジャイロスコープ中にバイアスを発生するコ
ヒーレントでない波に対して充分の余裕で光源のコヒー
レント長を越えるような偏光分散を導入してバイアスを
抑制するサグナック効果装置を提供することである。
[課題解決のための手段] この発明によれば、センサ光導波体と、このセンサ光導
波体に信号を送るための信号光源と、センサ光源波体か
ら受信されたサグナック効果を受けている信号を検出す
るように構成された検出器と、第1および第2のビーム
分割装置と、これら第1および第2のビーム分割装置の
間の送信信号および受信信号の両信号を伝送する光路に
縦続的に配置されているモードフィルタおよび送信信号
と受信信号との間に干渉によって生じる不所望な信号を
減少させる複屈折単一モード光導波体によって構成され
ている分散素子とを具備し、第1のビーム分割装置は前
記信号光源および前記検出器に光学的に結合され、第2
のビーム分割装置は前記センサ光導波体の両端部に光学
的に結合されている光ファイバジャイロスコープ等のサ
グナック効果装置が提供される。
[実施例] 添附図面を参照に実施例で説明する。
第1図は前記文献に記載されたような最少の可逆構造光
ファイバジャイロスコープを示しており、それは、光源
Sと、光検出装置Dと、偏光子および単一モードフィル
タPと、第1のビーム分割装置BS1と、第2のビーム分
割装置BS2と、光ファイバコイルFの形態のセンサ光導
波体とを具備している。光変調装置、偏光をなくす装置
および電子部品のようなその他の部品が必要であること
は当業者によく知られているが、この発明を理解するた
めにはここでは必要ない。
光源Sは固体レーザまたは発光ダイオードでよく、検出
器DはPINダイオードまたはアバランシェ光ダイオード
でよい。ビーム分割装置BS1、BS2は光ファイバ結合器ま
たは集積された光方向性結合器または集積された光学的
Y形結合器でよい。偏光子および単一モードフィルタP
は単一の装置として構成されると便利であり、光ファイ
バ偏光子または集積された偏光子でよい。これらの装置
は複屈折装置である。
この発明の第1の実施例は第2図に示されている。第2
図ならびに第3図、第4図において、対応する参照記号
は対応する部分を示している。第2図において複屈折単
一モード光導波体BSMGが偏光子Pに後続して配置されて
いる。
第3図には、この発明の他の実施例が示されている。こ
の実施例においては複屈折単一モード光導波体BSMGは偏
光子Pに先行して配置されている。第2図および第3図
のいずれの場合においても、複屈折単一モード光導波体
BSMGは複屈折性の高いある長さの光ファイバまたはニオ
ブ酸リチウムのような複屈折性の基体中のある長さの集
積光導波体で構成することができる。
この発明の第3の実施例が第4図に示されている。複屈
折偏光子BPはその偏光分散が光源のコヒーレント長を越
える充分な長さに作られている。複屈折偏光子BPは第1
図の光ファイバジャイロスコープ中に示された偏光子P
に置換されている。複屈折偏光子BPはある長さの偏光光
ファイバまたは集積偏光子でよい。
以下発生する現象について簡単に説明する。第1図乃至
第4図で説明した実際の光ファイバジャイロスコープに
おいては、モードフィルタは通常単一偏光光ファイバま
たはニオブ酸リチウムの集積光学的チップの一部であ
る。そのような場合には、フィルタは複屈折性であり、
複屈折性素子で囲まれている。そのモードはフィルタの
それと類似している。もしも、複屈折性素子中の分散が
光源のコヒーレンス長を超えたならば、複屈折性バイア
ス項の大部分は光源のコヒーレンス関数に比例して減少
する。残りの項はモードフィルタによつて強く抑制さ
れ、それ故、例えば40dBの減衰をもつフィルタは104
けこれらの項を減少させる。説明のために、フィルタと
複屈折性素子のアイゲンモード(eigen mode)は同一で
あると仮定する。2個の偏光モードはxおよびyによつ
て識別される。ここでxはモードフィルタ(または偏光
子)を通過したモードであり、yは減衰されるモードで
ある。複屈折性素子を通過するモードxに要する時間は
τであり、モードyに要する時間はτである。した
がつて、これらの素子を1回通過した後、xおよびyモ
ードは時間ドメインでτ−τだけ分離される。今、
センサのコイルFのループを回つて通過した後x偏光モ
ードでフィルタに帰還する光について考える。センサの
コイルFとビーム分割装置BS2におけるモード間の結合
のために、反時計方向(ccw)と時間方向(cw)に走行
するビームは二つの成分を有し、その一つはx偏光でモ
ードフィルタの第1の伝送を行ない、他の一つはy偏光
でモードフィルタの伝送を行なう。したがつて(反射や
背後散乱を無視して)x偏光中にモードフィルタBS2に
帰還するビームには全部で4個の成分がある。これらは
以下に列挙されるようなものである。
以下、これらの成分の結合の結果について検討する。ビ
ーム1と2の干渉は好ましいジャイロ出力を与え、可逆
性によつてバイアスからの影響を受けない。ビーム2と
3および1と4の干渉は文献(R.I.FredrickおよびR.Ul
richの論文“不完全なポーラライザー/デポーラライザ
ーによるファイバジャイロの位相エラー境界":Electron
ics Letters20(8),1984年4月12日、330〜332頁)に
特定されたような“1次”支配を形成する。しかしなが
ら、ビーム1と2はビーム3と4に対してτ−τ
け遅延され、それ故干渉項はγ(τx−τy)に減少す
る。ここでγは光源コヒーレント関数である。ビーム3
と4とは非可逆対であり、それはテーコヒーレントでは
なく、両者共にモードフィルタによつて減衰されるか
ら、複屈折バイアスに対する支配は振幅減衰比において
2次的なオーダーである。
同様の結論は、これらが少なくとも一度モードフィルタ
によつて減衰されることを除いてはy偏光で帰還するビ
ームについても引出されることができ、複屈折バイアス
に対してて2次的な、またはずつと少ない程度の支配を
与えるに過ぎない。したがつて、複屈折バイアスに対す
る支配はモードフィルタの減衰において2次的か、或い
はコヒーレント関数によつて抑制されるかのいずれかで
ある。
また、上記の簡単化した説明は、フィルタのアイゲンモ
ードおよび複屈折素子が同一であると仮定しない正式の
数学的な解析によつても確認できる。
この発明は、光ファイバジャイロスコープ以外のサグナ
ック効果装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来文献に発表されている最少可逆構造光ファ
イバジャイロスコープの簡単化したブロック図であり、
第2図、第3図および第4図はそれぞれこの発明の異な
る実施例のブロック図である。 S……光源、D……光検出器、P……偏光子およびモー
ドフィルタ、BS1,BS2……ビーム分割装置、F……光フ
ァイバコイル、BSMG……複屈折単一モード光導波体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−155706(JP,A) 特開 昭59−224510(JP,A) 特開 昭59−44020(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】センサ光導波体と、 このセンサ光導波体に信号を送るための信号光源と、 センサ光導波体から受信されたサグナック効果を受けて
    いる信号を検出するように構成された検出器と、 第1および第2のビーム分割装置と、 これら第1および第2のビーム分割装置の間の送信信号
    および受信信号の両信号を伝送する光路に縦続的に配置
    されているモードフィルタおよび送信信号と受信信号と
    の間の干渉によって生じる不所望な信号を減少させる複
    屈折単一モード光導波体によって構成されている分散素
    子とを具備し、 第1のビーム分割装置は前記信号光源および前記検出器
    に光学的に結合され、 第2のビーム分割装置は前記センサ光導波体の両端部に
    光学的に結合されていることを特徴とするサグナック効
    果装置。
  2. 【請求項2】分散素子の複屈折に基づいた偏光分散が光
    源のコヒーレンス長以上である特許請求の範囲第1項記
    載の装置。
  3. 【請求項3】分散素子の複屈折単一モード光導波体がモ
    ードフィルタとセンサ光導波体との間に位置している特
    許請求の範囲第2項記載の装置。
  4. 【請求項4】分散素子の複屈折単一モード光導波体がモ
    ードフィルタと信号光源および検出器との間に位置して
    いる特許請求の範囲第2項記載の装置。
JP61188790A 1985-08-14 1986-08-13 光フアイバジヤイロスコ−プ Expired - Lifetime JPH0781866B2 (ja)

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GB8520347A GB2179140B (en) 1985-08-14 1985-08-14 Sagnac effect device
GB8520347 1985-08-14

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JPS6239712A JPS6239712A (ja) 1987-02-20
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