JPH08233583A - 光ファイバコイル - Google Patents
光ファイバコイルInfo
- Publication number
- JPH08233583A JPH08233583A JP7321431A JP32143195A JPH08233583A JP H08233583 A JPH08233583 A JP H08233583A JP 7321431 A JP7321431 A JP 7321431A JP 32143195 A JP32143195 A JP 32143195A JP H08233583 A JPH08233583 A JP H08233583A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- optical
- light
- coil
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は方位、位置を測定する装置を
実用に供するようにするための光ファイバコイルを提供
することにある。 【構成】 ２つの光学的主軸を有する光ファイバを巻い
て形成した光ファイバコイルにおいて、上記光ファイバ
のクラッド又はジャケットの断面形状は楕円であり、上
記光ファイバのコアの上記各光学的主軸における屈折率
をｎx及びｎy、上記光ファイバコイルの半径をＲ0、上
記光ファイバに入射される光の波長をλとしたとき、｜
ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにした。 【効果】 本発明により、伝播モード間でエネルギー変
換の生じない光ファイバコイルを得ることができる。
実用に供するようにするための光ファイバコイルを提供
することにある。 【構成】 ２つの光学的主軸を有する光ファイバを巻い
て形成した光ファイバコイルにおいて、上記光ファイバ
のクラッド又はジャケットの断面形状は楕円であり、上
記光ファイバのコアの上記各光学的主軸における屈折率
をｎx及びｎy、上記光ファイバコイルの半径をＲ0、上
記光ファイバに入射される光の波長をλとしたとき、｜
ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにした。 【効果】 本発明により、伝播モード間でエネルギー変
換の生じない光ファイバコイルを得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバコイルに係
り、更に詳しく言えば、光ファイバを伝播する光の位相
がファイバの移動、回転等によって変えることを利用し
て、方位、位置を測定する装置に用いる光ファイバコイ
ルに関する。
り、更に詳しく言えば、光ファイバを伝播する光の位相
がファイバの移動、回転等によって変えることを利用し
て、方位、位置を測定する装置に用いる光ファイバコイ
ルに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ジャイロスコープは円形に巻かれた光
ファイバコイルの両端から直線偏光を加え、上記コイル
を伝播した２つの光の干渉光の強度を計測することによ
って、上記光ファイバのコイルの回転角や角速度を検出
するものである。その例はＲ．Ｆ．Cahil et. al. “So
lid-stsate phase-nulling opical gyro (Appl. Opt. V
ol.19、No.18、Sept. 1980、p3054〜3056) に示されて
いる。
ファイバコイルの両端から直線偏光を加え、上記コイル
を伝播した２つの光の干渉光の強度を計測することによ
って、上記光ファイバのコイルの回転角や角速度を検出
するものである。その例はＲ．Ｆ．Cahil et. al. “So
lid-stsate phase-nulling opical gyro (Appl. Opt. V
ol.19、No.18、Sept. 1980、p3054〜3056) に示されて
いる。
【０００３】したがって、光ファイバのコイルを互いに
逆方向に伝播する２方向の光の偏波面は同一平面上にな
ければならない。
逆方向に伝播する２方向の光の偏波面は同一平面上にな
ければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来上述のごとき光ジ
ャイロスコープを実現するため、光ファイバとしては断
面が円形の単一モードファイバを使用していた。しかし
ながら、単一モードファイバに直線偏光の光を入射する
と、その出力端における光はその偏光特性がくずれ楕円
偏光になったり、円偏光になったり、また、たとえ直線
偏光であっても偏光面の傾きは一定しない。この原因
は、光ファイバの小さな曲げ、振動などによって容易に
直交伝搬モード間でエネルギー交換を行うためである。
このため２つの出力光の偏波特性は一定でなく時間的に
変動する。この変動は光ファイバジャイロスコープの計
測ノイズとして現われ、測定可能な最小の回転角や角速
度を決定する。
ャイロスコープを実現するため、光ファイバとしては断
面が円形の単一モードファイバを使用していた。しかし
ながら、単一モードファイバに直線偏光の光を入射する
と、その出力端における光はその偏光特性がくずれ楕円
偏光になったり、円偏光になったり、また、たとえ直線
偏光であっても偏光面の傾きは一定しない。この原因
は、光ファイバの小さな曲げ、振動などによって容易に
直交伝搬モード間でエネルギー交換を行うためである。
このため２つの出力光の偏波特性は一定でなく時間的に
変動する。この変動は光ファイバジャイロスコープの計
測ノイズとして現われ、測定可能な最小の回転角や角速
度を決定する。
【０００５】また従来の光ファイバは光学的主軸が光フ
ァイバの曲げ等で変動するため入射端より入れた光と他
の入射端より入れた光とが同一の光路を取って伝搬して
いるとは保証出来ない。この事は、右廻りの光と左廻り
の光が同一光路長という条件を満たさず、角速度ωの絶
対値を求めるのが難しくなる。そのため、現在、実用で
きる光ジャイロスコープは実現されていない。
ァイバの曲げ等で変動するため入射端より入れた光と他
の入射端より入れた光とが同一の光路を取って伝搬して
いるとは保証出来ない。この事は、右廻りの光と左廻り
の光が同一光路長という条件を満たさず、角速度ωの絶
対値を求めるのが難しくなる。そのため、現在、実用で
きる光ジャイロスコープは実現されていない。
【０００６】したがって、本発明の目的は方位、位置を
測定する装置を実用に供するようにするための光ファイ
バコイルを提供することにある。
測定する装置を実用に供するようにするための光ファイ
バコイルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、２つの光学的主軸を有する光ファイバを巻い
て形成した光ファイバコイルにおいて、上記光ファイバ
のクラッド又はジャケットの断面形状は楕円であり、上
記光ファイバのコアの上記各光学的主軸における屈折率
をｎx及びｎy上記光ファイバコイルの半径をＲ0、上記
光ファイバに入射される光の波長をλとしたとき、｜ｎ
x−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにしたもので
ある。
するため、２つの光学的主軸を有する光ファイバを巻い
て形成した光ファイバコイルにおいて、上記光ファイバ
のクラッド又はジャケットの断面形状は楕円であり、上
記光ファイバのコアの上記各光学的主軸における屈折率
をｎx及びｎy上記光ファイバコイルの半径をＲ0、上記
光ファイバに入射される光の波長をλとしたとき、｜ｎ
x−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにしたもので
ある。
【０００８】
【作用】本発明の光ファイバコイルによれば、光ファイ
バのコイルを右廻りおよび左廻りする直線偏光が同一の
光学主軸を伝播するため、伝播する光の光路長が常に一
定となり、これを用いた光ジャイロスコープは安定した
動作をする。
バのコイルを右廻りおよび左廻りする直線偏光が同一の
光学主軸を伝播するため、伝播する光の光路長が常に一
定となり、これを用いた光ジャイロスコープは安定した
動作をする。
【０００９】又、光ファイバの直交する２つの光学的主
軸における位相速度が異なるときは、伝播途中において
偏波面は、光ファイバの曲げや振動などによって伝播モ
ード間でエネルギー変換など行なわず、安定した光ジャ
イロの動作を行なう。
軸における位相速度が異なるときは、伝播途中において
偏波面は、光ファイバの曲げや振動などによって伝播モ
ード間でエネルギー変換など行なわず、安定した光ジャ
イロの動作を行なう。
【００１０】
【実施例】図１は光ジャイロスコープの原理的構成を示
す図である。
す図である。
【００１１】直線偏光の光Ａがレーザ（光源）１より発
し、半透明鏡によって２つのビームＡ1，Ａ2にわかれ、
それぞれ集光レンズ４，５により光ファイバ６の両端
７，８より入射される。光ファイバ６はコイルを形成し
ている。レンズ５で端面８に入射した光Ａ1は光ファイ
バ中を時計と反射方向に進み、光ファイバの他端７より
出射し半透明鏡で反射された光Ａ1′はスクリーン９に
達する。一方レンズ４で光ファイバ端７に入射した光Ａ
zは時計方向に光ファイバ内を送搬しファイバ端８より
出射し鏡３で反射されたＡ2′はスクリーン９に達す
る。この時光ファイバのドラムが角速度ωで回転してい
ると光Ａ1とＡ2にωに比例した位相差を生じる。このた
めスクリーン９上には干渉縞があらわれる。この干渉縞
はωによって生じた位相差によって強度が変化するた
め、逆に強度変化を検出する事で角速度ωが測定でき
る。
し、半透明鏡によって２つのビームＡ1，Ａ2にわかれ、
それぞれ集光レンズ４，５により光ファイバ６の両端
７，８より入射される。光ファイバ６はコイルを形成し
ている。レンズ５で端面８に入射した光Ａ1は光ファイ
バ中を時計と反射方向に進み、光ファイバの他端７より
出射し半透明鏡で反射された光Ａ1′はスクリーン９に
達する。一方レンズ４で光ファイバ端７に入射した光Ａ
zは時計方向に光ファイバ内を送搬しファイバ端８より
出射し鏡３で反射されたＡ2′はスクリーン９に達す
る。この時光ファイバのドラムが角速度ωで回転してい
ると光Ａ1とＡ2にωに比例した位相差を生じる。このた
めスクリーン９上には干渉縞があらわれる。この干渉縞
はωによって生じた位相差によって強度が変化するた
め、逆に強度変化を検出する事で角速度ωが測定でき
る。
【００１２】ここで、サブナック効果を考慮した計算か
ら、位相差ΔＺは、Ｚ＝２ωＬＲ／λＣ（ω：角速度、
Ｌ：ファイバの長さ、Ｒ：ファイバの曲げ半径、λ：光
の波長、Ｃ：光速）となる。スクリーン９上の中心点で
強度変化を検出した場合、光強度Ｉは、Ｉ∝ＣＯＳ2Δ
Ｚの関係がある。したがって光強度Ｉからωを逆に求め
ることができる。
ら、位相差ΔＺは、Ｚ＝２ωＬＲ／λＣ（ω：角速度、
Ｌ：ファイバの長さ、Ｒ：ファイバの曲げ半径、λ：光
の波長、Ｃ：光速）となる。スクリーン９上の中心点で
強度変化を検出した場合、光強度Ｉは、Ｉ∝ＣＯＳ2Δ
Ｚの関係がある。したがって光強度Ｉからωを逆に求め
ることができる。
【００１３】又、この角速度ωをある基準時定から積分
すれば、その期間にコイルの回転した角度が測定でき
る。
すれば、その期間にコイルの回転した角度が測定でき
る。
【００１４】なお、図１は説明の都合上、光源１やハー
フミラー２、反射鏡３、レンズ４，５等をコイルの外部
に示しているが、実際にはコイルをまいたドラム内に装
置してコイルと一体となって回転できるように構成され
る。又スクリーン９は受光器で構成され光の干渉輝度を
電気信号として取り出すように構成される。
フミラー２、反射鏡３、レンズ４，５等をコイルの外部
に示しているが、実際にはコイルをまいたドラム内に装
置してコイルと一体となって回転できるように構成され
る。又スクリーン９は受光器で構成され光の干渉輝度を
電気信号として取り出すように構成される。
【００１５】光ファイバ６は外部擾乱があっても直線偏
光の劣化が小さな光ファイバ（偏波面保存ファイバと呼
ぶ）で構成される。例えば図２（ａ），（ｂ）に示すよ
うな非円形断面のクラッド１１又はジャケット１２″を
持つ光ファイバで構成されており、この長軸ｙは、短軸
ｘに対応する光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度
差βx〜βy＝Δβが有意（少なくとも２π／Δβがコイ
ルの半径よりも小さい）ものである。
光の劣化が小さな光ファイバ（偏波面保存ファイバと呼
ぶ）で構成される。例えば図２（ａ），（ｂ）に示すよ
うな非円形断面のクラッド１１又はジャケット１２″を
持つ光ファイバで構成されており、この長軸ｙは、短軸
ｘに対応する光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度
差βx〜βy＝Δβが有意（少なくとも２π／Δβがコイ
ルの半径よりも小さい）ものである。
【００１６】これらの光ファイバは本願発明者等によっ
て先に開発されたものであり、ジャケットとなる石英管
の内壁にクラッド又は第２のジャケットとなるＢ2Ｏ3を
含むＳｉＯ2層を形成し、さらに、コア又は光ファイバ
となる材質層を化学的気相沈積（ＣＶＤ）法によって形
成し外気より若干減圧しながら中実のロットを作り、こ
れを加熱線引することによって容易に実現できる。
て先に開発されたものであり、ジャケットとなる石英管
の内壁にクラッド又は第２のジャケットとなるＢ2Ｏ3を
含むＳｉＯ2層を形成し、さらに、コア又は光ファイバ
となる材質層を化学的気相沈積（ＣＶＤ）法によって形
成し外気より若干減圧しながら中実のロットを作り、こ
れを加熱線引することによって容易に実現できる。
【００１７】なお、図２において、１２，１２′，１
２″はジャケット、１１，１１′はクラッド、１０，１
０′はコアを形成し、層１０，１２，１１′，１２′は
ＳｉＯ2，層１１はＢ2Ｏ3を含むＳｉＯ2層１２′はＢ2
Ｏ3とＧｅＯ2を含むＳｉＯ2、層１０′はＧｅＯ2を含む
ＳｉＯ2からなる。
２″はジャケット、１１，１１′はクラッド、１０，１
０′はコアを形成し、層１０，１２，１１′，１２′は
ＳｉＯ2，層１１はＢ2Ｏ3を含むＳｉＯ2層１２′はＢ2
Ｏ3とＧｅＯ2を含むＳｉＯ2、層１０′はＧｅＯ2を含む
ＳｉＯ2からなる。
【００１８】光源（レーザ）１からの直線偏波面は上述
の光ファイバで構成されたコイルの両入力端面の同一光
学的主軸に加えられる。図３はその光入力部の様子を示
すもので、図１と同一の番号を付す部分は同一の機伝、
構成を持つ部分である。
の光ファイバで構成されたコイルの両入力端面の同一光
学的主軸に加えられる。図３はその光入力部の様子を示
すもので、図１と同一の番号を付す部分は同一の機伝、
構成を持つ部分である。
【００１９】レーザ１からの光はｙ方向の直線偏光波で
ある。この光は半分はハーフミラー２、レンズ４を介し
て光コイルの一方の端部７に加えられるが、この場合、
光ファイバの光学主軸ｙ（又はｘ、図面ではｙ軸の場合
を示しているがｘでも良い）と上記レーザからの直線偏
波面と一致するように結合させる。実際にはハーフミラ
ーとファイバ入力端７の間に１／２波長板を挿入し調整
する。又レーザ１からの直線偏波光の他の半分はハーフ
ミラー２で反射され、反射ミラー３、レンズ５を介して
光ファイバコイルの他の入力端８に結合させるが、この
場合入力端７での結合が光学主軸ｙと一致させるように
した場合は入力端８の結合も光学主軸ｙとなるように同
一の光学主軸に結合するように構成されている。
ある。この光は半分はハーフミラー２、レンズ４を介し
て光コイルの一方の端部７に加えられるが、この場合、
光ファイバの光学主軸ｙ（又はｘ、図面ではｙ軸の場合
を示しているがｘでも良い）と上記レーザからの直線偏
波面と一致するように結合させる。実際にはハーフミラ
ーとファイバ入力端７の間に１／２波長板を挿入し調整
する。又レーザ１からの直線偏波光の他の半分はハーフ
ミラー２で反射され、反射ミラー３、レンズ５を介して
光ファイバコイルの他の入力端８に結合させるが、この
場合入力端７での結合が光学主軸ｙと一致させるように
した場合は入力端８の結合も光学主軸ｙとなるように同
一の光学主軸に結合するように構成されている。
【００２０】このようにすると両ファイバ入力端より入
射した光Ａ1，Ａ2は光ファイバの同じ光主軸を通る事に
なり、回転が生じていない時の全光路長は等しくなる。
射した光Ａ1，Ａ2は光ファイバの同じ光主軸を通る事に
なり、回転が生じていない時の全光路長は等しくなる。
【００２１】上記光学主軸は図２のような断面構造の光
ファイバにおいては、ジャケットやクラッドにおいて形
成される楕円形状の長軸、短軸と一致する。
ファイバにおいては、ジャケットやクラッドにおいて形
成される楕円形状の長軸、短軸と一致する。
【００２２】そして、各主軸ｘ，ｙ方向における光ファ
イバのコア部の屈折率をｎx，ｎy、光の波長をλとすれ
ば、λ／ｎx−ｎy＝２π／Δβ＝Ｌの関係があり、この
Ｌが小さい程外部擾乱の影響が少ないので、光ファイバ
としては、ｎx−ｎy（歪複屈折）の大きなものが良い
が、コイルの半径（曲げ）との関係より少なくとも｜ｎ
x−ｎy｜＞λ／Ｒ0であることが望ましい。ここでＲ0は
コイルの半径を示す。この理由は、｜ｎx−ｎy｜＜λ／
Ｒ0の場合、直交する基本モード間でエネルギー変換が
生ずるからである。
イバのコア部の屈折率をｎx，ｎy、光の波長をλとすれ
ば、λ／ｎx−ｎy＝２π／Δβ＝Ｌの関係があり、この
Ｌが小さい程外部擾乱の影響が少ないので、光ファイバ
としては、ｎx−ｎy（歪複屈折）の大きなものが良い
が、コイルの半径（曲げ）との関係より少なくとも｜ｎ
x−ｎy｜＞λ／Ｒ0であることが望ましい。ここでＲ0は
コイルの半径を示す。この理由は、｜ｎx−ｎy｜＜λ／
Ｒ0の場合、直交する基本モード間でエネルギー変換が
生ずるからである。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、伝播モード間でエネルギ
ー変換の生じない光ファイバコイルを得ることができ
る。
ー変換の生じない光ファイバコイルを得ることができ
る。
【図１】本発明の光ファイバコイルが適用される光ジャ
イロスコープの一般的構成を示す図。
イロスコープの一般的構成を示す図。
【図２】本発明の光ファイバコイルに使用される光ファ
イバの断面図。
イバの断面図。
【図３】本発明の光ファイバコイルを用いた光ジャイロ
スコープの光源と光ファイバコイルの形合の動作説明の
ための図。
スコープの光源と光ファイバコイルの形合の動作説明の
ための図。
１…レーザ、２…ハーフミラー、３…反射鏡、４，５…
レンズ、６…光ファイバ、７，８…端面、９…スクリー
ン（受光器）。
レンズ、６…光ファイバ、７，８…端面、９…スクリー
ン（受光器）。
Claims (1)
- 【請求項１】２つの光学的主軸を有する光ファイバを巻
いて形成した光ファイバコイルにおいて、上記光ファイ
バのクラッド又はジャケットの断面形状は楕円であり、
上記光ファイバのコアの上記各光学的主軸における屈折
率をｎx及びｎy、上記光ファイバコイルの半径をＲ0、
上記光ファイバに入射される光の波長を入としたとき、
｜ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにした光
ファイバコイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7321431A JPH08233583A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 光ファイバコイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7321431A JPH08233583A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 光ファイバコイル |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5061600A Division JP2574982B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 光ファイバコイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233583A true JPH08233583A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=18132479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7321431A Pending JPH08233583A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 光ファイバコイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08233583A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1995
- 1995-12-11 JP JP7321431A patent/JPH08233583A/ja active Pending
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