JPH0827194B2 - Fiber optic gyroscope - Google Patents
Fiber optic gyroscopeInfo
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- JPH0827194B2 JPH0827194B2 JP7995393A JP7995393A JPH0827194B2 JP H0827194 B2 JPH0827194 B2 JP H0827194B2 JP 7995393 A JP7995393 A JP 7995393A JP 7995393 A JP7995393 A JP 7995393A JP H0827194 B2 JPH0827194 B2 JP H0827194B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバージャイロ
スコープのような、サグナック効果に基づいた光学方式
回転センサーに関し、特に、比較的低コストのコンポー
ネントを含み、それにより性能を劣化させずにシステム
コストを最小限に押える光ファイバージャイロスコープ
に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to optical rotation sensors based on the Sagnac effect, such as fiber optic gyroscopes, and in particular, including relatively low cost components, thereby reducing system cost without degrading performance. Optical fiber gyroscope that minimizes
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回転の
測定は、ミサイル及び航空機の誘導から宇宙船応用に至
るまで多くの範囲にわたってかなり重要性のあるもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION Rotational measurements are of considerable importance in many areas from missile and aircraft guidance to spacecraft applications.
【0003】回転輪式または機械式ジャイロスコープ方
式は、長年使用されてきた。その広範な容認性にもかか
わらず、このアプローチには、航行誘導分野で知られて
いるいくつかの不具合がある。これらは、コンポーネン
ト部品の連続運動による比較的短い寿命や、高いコンポ
ーネントコストを含んでいる。The rotary wheel or mechanical gyroscope system has been used for many years. Despite its widespread acceptance, this approach has some drawbacks known in the navigation guidance field. These include relatively short life due to continuous movement of component parts and high component cost.
【0004】リングレーザージャイロスコープのような
サグナック効果に基づいた光学機器は、多くの応用にお
いて機械式ジャイロスコープに取って代わった。レーザ
ー光発生用の小散乱鏡及び高品質ガス放電管の開発は、
この技術の開発を促進した。しかしながら、リングレー
ザージャイロスコープは、低回転率において、回転誘導
された周波数ビートを消去してしまう周波数ロック現象
を起こしやすい。Optics based on the Sagnac effect, such as ring laser gyroscopes, have replaced mechanical gyroscopes in many applications. Development of a small scattering mirror for generating laser light and a high-quality gas discharge tube
Facilitated the development of this technology. However, the ring laser gyroscope is apt to cause a frequency lock phenomenon that erases the rotation-induced frequency beat at a low rotation rate.
【0005】光ファイバージャイロスコープは、低回転
率における周波数ロックインの問題のない、リングレー
ザージャイロスコープに代わるものとして出現した。さ
らに、光ファイバージャイロスコープはコストが減る可
能性を提供する。したがって、この機器は、大容積かつ
低及び中精密度の航行及び誘導システムに適し得る。Fiber optic gyroscopes have emerged as an alternative to ring laser gyroscopes without the problem of frequency lock-in at low rotation rates. In addition, fiber optic gyroscopes offer the potential for cost savings. Therefore, this equipment may be suitable for large volume and low and medium precision navigation and guidance systems.
【0006】光ファイバージャイロスコープは、初めに
光ファイバー通信機関産業に用いられるものと同様な弱
複屈折性ファイバーを使用した。先行技術の典型的な弱
複屈折性光ファイバージャイロスコープの概略図は、図
1に示される。このような装置は、レーザーダイオード
光源10と、光を導くための2個のビームスプリッター
12および14(またはファイバー式方向カップラー)
と、光検出器16と、回転検知コンポーネントとして作
用する多巻回ファイバーコイル18と、圧電型シリンダ
ーまたは単一溝LiNbO3導波路型変調器のいずれかからな
る位相変調器20からなっている。Fiber optic gyroscopes initially used weak birefringent fibers similar to those used in the fiber optic communications industry. A schematic diagram of a typical weak birefringent fiber optic gyroscope of the prior art is shown in FIG. Such a device comprises a laser diode light source 10 and two beam splitters 12 and 14 (or fiber directional couplers) for directing the light.
A photodetector 16, a multi-turn fiber coil 18 acting as a rotation sensing component, and a phase modulator 20 consisting of either a piezoelectric cylinder or a single groove LiNbO 3 waveguide modulator.
【0007】弱複屈折性ファイバー及び弱複屈折性光学
コンポーンネントで作られた光ファイバージャイロスコ
ープの最も良く知られた問題の1つは、ファイバーの2
つの偏光状態間のエネルギーのランダムで予測できない
変化に起因する大きな偏向シフトである。偏光非相互性
(NR)偏向エラーとして同様に知られているこの偏向
不安定性は、下記に簡単に説明される。One of the most well known problems of fiber optic gyroscopes made with weakly birefringent fibers and weakly birefringent optical components is the
It is a large polarization shift due to random and unpredictable changes in energy between two polarization states. This polarization instability, also known as polarization non-reciprocal (NR) polarization error, is briefly described below.
【0008】エゼキール(Ezekiel) 及びオーディティ(A
rditty) により「光ファイバー回転センサー:Tutorial
Review,」Proceedings of First International Confe
rence on Fiber Optic Rotation Sensors, Cambridge,M
A 1981) に開示されているように、光ファイバージャイ
ロスコープにおいてサグナックが誘導した少量の位相シ
フトのため、種々の異なる寄生的影響により生じたスプ
リアス位相シフトは、サグナックが誘導した位相シフト
より大きなオーダーの量に容易になることがある。多数
の前記スプリアス位相シフトをキャンセルするための唯
一知られている方法は、いわゆる「相互性の原理」を使
用することによる。この原理により、多くの前記寄生的
な望ましくない位相シフトは、その大きさにもかかわら
ず、反対に伝播する波が検知ループ内の同一光学路を進
むことを条件として消滅するであろう。Ezekiel and Audi
rditty) ”“ Optical Fiber Rotation Sensor: Tutorial
Review, '' Proceedings of First International Confe
rence on Fiber Optic Rotation Sensors, Cambridge, M
As disclosed in A 1981), because of a small amount of phase shift Sagnac-induced in the optical fiber gyroscope, the spurious phase shift caused by parasitic effects a variety of different, larger orders than the phase shift Sagnac-induced The quantity may be easier. The only known way to cancel a large number of said spurious phase shifts is by using the so-called "reciprocity principle". By this principle, many of the parasitic unwanted phase shifts, regardless of their magnitude, will disappear, provided that the counter-propagating waves follow the same optical path in the sensing loop.
【0009】単一モード光ファイバーは、実際に2つの
直交する偏光モードを示す。たとえ、弱複屈折性単一モ
ードファイバーの1つの偏光モードのみに光を放つこと
が常にできたとしても、(ファイバー上の小さな横力、
ファイバーねじれもしくはたわみ、磁界または電界のよ
うな)多くの外部的な、複屈折を動揺させる原因が直交
モードにエネルギーを結合するであろう。その結果、図
1の先行技術の光ファイバージャイロスコープにおい
て、2つの反対に伝播する波は、各々の波の各部分が最
初一方の偏光状態で進み、次に直交する偏光に対して
「交差結合」するように、同一の光路を進むであろうと
いうことを保証することはできない。したがって、相互
性の原理は、偏光非相互性(PNR)偏向エラーを生じ
ることを妨害する。Single-mode optical fibers actually exhibit two orthogonal polarization modes. Even if it is always possible to emit light in only one polarization mode of a weakly birefringent single-mode fiber (a small lateral force on the fiber,
Many external sources of perturbing birefringence (such as fiber twist or flexure, magnetic fields or electric fields) will couple energy into the orthogonal modes. As a result, in the prior art fiber optic gyroscope of FIG. 1, two counter-propagating waves are "cross-coupled" with respect to orthogonal polarizations, with each portion of each wave traveling first in one polarization state. We cannot guarantee that we will follow the same optical path. Therefore, the principle of reciprocity prevents producing polarization non-reciprocity (PNR) polarization errors.
【0010】相互性の原理により、ループカップラーの
前(図1のA点の所)に完全な偏光フィルター(または
偏光器)を導入すると、PNR偏向エラーは除去される
であろう。しかしながら、別種の全弱複屈折性ファイバ
ー式ジャイロスコープにおいては、ループカップラーの
前に偏光器を導入すると、「偏光フェージング」として
知られる別の問題を引き起こすであろう。偏光フェージ
ングは、偏光器を含む弱複屈折性光ファイバーシステム
において見いだされる。弱複屈折性単一モードファイバ
ーにおける光の偏光状態(SOP)は、(2つの偏光モ
ード間でエネルギーの連続的変化を生じる、前述の外部
的な複屈折動揺原因により)動揺するので、その状態
は、SOPが偏光器の伝播軸に直交している場所に起こ
る。前記状態で伝播されるエネルギーはゼロになる。し
たがって、(100パーセントと同じほど大きな)エネ
ルギーの大きな動揺は繰り返し起こる。偏光フェージン
グは、従来の光ファイバージャイロスコープにおいて、
偏光軸とSOPを調芯するファイバー偏光制御器を使用
して、SOPを定期的に手動調整することにより軽減さ
れていた。言うまでもなく、このような間に合わせの取
り組み方は、費用のかからない大量生産可能な装置の設
計には不適当である。Due to the principle of reciprocity, introducing a perfect polarization filter (or polarizer) in front of the loop coupler (at point A in FIG. 1) will eliminate the PNR deflection error. However, in another type of all-weak birefringent fiber gyroscope, introducing a polarizer in front of the loop coupler would cause another problem known as "polarization fading". Polarization fading is found in weakly birefringent optical fiber systems that include polarizers. Since the polarization state (SOP) of light in a weakly birefringent single-mode fiber is perturbed (due to the external birefringent perturbation cause mentioned above, which results in a continuous change in energy between the two polarization modes), that state Occurs where the SOP is orthogonal to the propagation axis of the polarizer. The energy propagated in said state becomes zero. Therefore, large perturbations of energy (as large as 100 percent) occur repeatedly. Polarization fading is a feature of conventional fiber optic gyroscopes.
It has been mitigated by periodically manually adjusting the SOP using a fiber polarization controller that aligns the polarization axis with the SOP. Needless to say, such a make-up approach is unsuitable for the design of inexpensive, mass-producible devices.
【0011】偏光フェージングのほかに、偏光器を使用
する弱複屈折性光ファイバージャイロスコープは、満足
な回転率感度を得るために非現実的なほど高い性能の偏
光器を必要とする。それは、例えば、弱複屈折性ファイ
バー及びコンポーネントからなるジャイロスコープは航
行等級性能を得るために約120dBの消衰比を有する
偏光器を必要とすると見積もられる。現在、最も良く知
られている偏光器は、約90dBの消衰比を有してい
る。低コストで大量生産可能な偏光器の消衰比は、一般
に60乃至70dBを越えない。In addition to polarization fading, weakly birefringent fiber optic gyroscopes using polarizers require unrealistically high performance polarizers to achieve satisfactory rotational sensitivity. It is estimated that, for example, a gyroscope consisting of weakly birefringent fibers and components requires a polarizer with an extinction ratio of about 120 dB to obtain navigation grade performance. Currently, the best known polarizers have an extinction ratio of about 90 dB. The extinction ratio of polarizers that can be mass-produced at low cost generally does not exceed 60 to 70 dB.
【0012】偏光フェージング及び偏光非相互性偏向エ
ラーの問題は、偏光維持(PM)ファイバーと、超発光
ダイオードのような、低干渉性または広帯域の光源の導
入により大いに軽減された。例えば、W.K.Burns,C.L.Ch
en and R.P.Moeller,"Fiber-Optic Gyroscopes with Br
oadband Sources,"J.Lightwave Tech.,Vol 1,No.98,(19
83) を参照。PMファイバーは、ファイバー偏光モード
のうちの1つに放たれた光のSOPが、外部的な複屈折
動揺原因の存在にもかかわらず、ファイバーの長区間
(数100メーターまたは数キロメーター)にわたって
実質的に維持されるように設計されている。偏光フェー
ジングは、光のSOPが常に偏光器の伝播軸と実質的に
調芯されている時、根本的に消滅する。光源の低干渉性
が、PMファイバーの強複屈折性と関連して、種々の異
なる寄生的な交差結合波と一次波の間の相関を大いに小
さくするので、PNR偏向エラーはすこぶる減じられ
る。The problems of polarization fading and polarization non-reciprocal polarization errors have been greatly alleviated by the introduction of polarization maintaining (PM) fibers and low coherence or broadband light sources such as superluminescent diodes. For example, WKBurns, CLCh
en and RPMoeller, "Fiber-Optic Gyroscopes with Br
oadband Sources, " J. Lightwave Tech., Vol 1, No.98 , (19
See 83). PM fibers are characterized by the fact that the SOP of the light emitted in one of the fiber polarization modes is substantially constant over the long section of the fiber (hundreds of meters or kilometers), despite the presence of external birefringence perturbations. Designed to be maintained in a stable manner. Polarization fading fundamentally disappears when the SOP of light is always substantially aligned with the propagation axis of the polarizer. The PNR deflection error is greatly reduced because the low coherence of the light source, in conjunction with the strong birefringence of the PM fiber, greatly reduces the correlation between different parasitic cross-coupled and first-order waves.
【0013】PMファイバー及びコンポーネントの使用
は、ファイバー及びファイバーコンポーネント製作の両
方に関して実質的なコスト増を強いた。PMファイバー
及びPMカップラーは、例えばPMカップラーの製造が
コストのかかる調芯工程を必要とするように、それらの
弱複屈折性対応部品よりはるかに製造コストがかかる。The use of PM fibers and components has added substantial cost to both fiber and fiber component fabrication. PM fibers and PM couplers are much more costly to manufacture than their weakly birefringent counterparts, for example, as the manufacture of PM couplers requires costly alignment steps.
【0014】さらに、光源の平均波長が温度変化に対し
て安定でない場合、スケールファクターエラーが生じる
ことがある。平均波長は、光ファイバージャイロスコー
プの環境に関して非常に安定でなければならないが、例
えばカップラーの分割比の温度依存性により大いに影響
を及ぼされ得る。先行デザインは、PMまたは弱複屈折
性コンポーネントを使用するシステムに関する従来のこ
の問題に取り組まなかった。Further, if the average wavelength of the light source is not stable with respect to temperature change, a scale factor error may occur. The average wavelength has to be very stable with respect to the environment of the fiber optic gyroscope, but can be greatly influenced by eg the temperature dependence of the splitting ratio of the coupler. Prior designs have not addressed this problem traditionally for systems using PM or weakly birefringent components.
【0015】弱複屈折性ファイバー検知コイルに対する
偏光フェージング及びPNR偏向エラーの両方を小さく
する別のアプローチは、ウルリッヒ(Ulrich)により"P
olarization and Depolarization in the Fiber Optic
Gyroscope," First International Conference on Fibe
r Optic Rotation Sensors, MA (1981) に開示されてい
る。ウルリッヒは、偏光消滅または偏光の「平均化」の
原理を開示する。ウルリッヒに従って、弱複屈折性ファ
イバーに起きそうなすべてのSOPがジャイロスコープ
検出器の調整時間中存在する場合、安定な偏光平均が作
り出される。偏光消滅または偏光の平均化を得るための
実際的方法は、"The Temporal Coherence of Various S
emiconductor Light Sources Used in Optical Fiber S
ensors."Ibid にアール・イー・エプワース(R. E. Epw
orth)により解説されているように、広帯域光源と関連
したライオット(Lyot)偏光消滅器によるものである。ラ
イオット偏光消滅器に関する別の参照文は、W. K. Burn
s, "Degree of Polarization in the Lyot depolarizer
s," J. Lightwave Tech., Vol 1, p. 475 (1983)であ
り、前記参照文はここに参照により含まれている。偏光
消滅化光ファイバージャイロスコープは、「集積3つ組
光学速度センサー装置」を取り扱うガビンズ(Gubbins)
等の米国特許第4,828,389 号に開示されており、その概
念は、さらに"Multiplexed Approach for the Fiber Op
tic Gyro Inertial Measurement Unit,"SPIE Prceeding
s on Fiber Optic and Laser Sensors Vol 8, pgs. 93
乃至102(1990)と題したジェイ・エル・ペイジ(J. L. Pa
ge)の論文において解説されている。Another approach to reducing both polarization fading and PNR deflection error for weakly birefringent fiber sensing coils is described by Ulrich in "P.
olarization and Depolarization in the Fiber Optic
Gyroscope, " First International Conference on Fibe
r Optic Rotation Sensors, MA (1981). Ulrich discloses the principle of depolarization or "averaging" of polarized light. According to Ulrich, a stable polarization average is created if all SOPs likely to occur in the weakly birefringent fiber are present during the gyroscope detector's adjustment time. A practical way to obtain depolarization or polarization averaging is "The Temporal Coherence of Various S".
emiconductor Light Sources Used in Optical Fiber S
ensors. " Ibid on RE Epw
Orth) as described by the Lyot depolarizer associated with a broadband light source. Another reference for the Riot depolarizer is WK Burn.
s, "Degree of Polarization in the Lyot depolarizer
s, " J. Lightwave Tech. , Vol 1, p. 475 (1983), which reference is incorporated herein by reference. Gubbins handling equipment
U.S. Pat. No. 4,828,389, the concept of which is further described in "Multiplexed Approach for the Fiber Op
tic Gyro Inertial Measurement Unit, "SPIE Prceeding
s on Fiber Optic and Laser Sensors Vol 8, pgs. 93
Through 102 (1990), JL Paj (JL Pa
ge).
【0016】偏光消滅化ジャイロスコープは、低精密度
応用(5乃至50度/時間の最小回転感度)に有効であ
るが、今日の偏光器及び偏光消滅器の限界のため、例え
ば、慣性航法、アビオニクス姿勢及び機首方位の基準、
ミサイル誘導の応用に必要な程度の精密度(0.003
乃至1.0度/時間の最小回転感度)を得られるかどう
か疑わしい。Depolarization gyroscopes are effective for low precision applications (minimum rotational sensitivity of 5 to 50 degrees / hour), but due to the limitations of today's polarizers and depolarizers, eg inertial navigation, Avionics attitude and heading reference,
Precision required for missile guidance applications (0.003
It is doubtful that a minimum rotational sensitivity of ~ 1.0 degree / hour) can be obtained.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、少な
くとも1個の光検出器と、少なくとも1個の光ファイバ
ー製検知コイルと、Y形接続導波路を含む少なくとも1
個の多機能集積光チップとを含むタイプの光ファイバー
ジャイロスコープに改良を与えることによって、先行技
術の上記欠点を克服する。本発明のジャイロスコープに
より与えられる前記装置の改良は、弱複屈折性及び偏光
維持(PM)コンポーネントの両方の使用と、検知コイ
ルがPMファイバーで構成されることにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises at least a light source, at least one photodetector, at least one fiber optic sensing coil, and at least one Y-shaped waveguide.
By overcoming an optical fiber gyroscope of the type including a multi-functional integrated optical chip, the above drawbacks of the prior art are overcome. The improvement of the device provided by the gyroscope of the present invention consists in the use of both weakly birefringent and polarization-maintaining (PM) components and in that the sensing coil consists of PM fibers.
【0018】本発明の前記及び追加の特徴及び利点は、
下記の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。前
記の説明は1組の図面を付随する。図面中の数字は、記
載された説明の数字に対応しており、本発明の特徴部分
を示す。図面及び記載説明の両方にわたって、同じ数字
は同じ特徴部分を示す。The above and additional features and advantages of the present invention include:
It will become more apparent from the detailed description below. The above description is accompanied by a set of drawings. The numbers in the drawings correspond to the numbers in the written description and indicate the features of the invention. Like numbers refer to like features throughout both the drawings and the written description.
【0019】[0019]
【実施例】図2は、本発明による3軸光ファイバージャ
イロスコープの概略図である。図2の装置は、別の従来
の3軸ジャイロスコープシステムに本発明の教示を取り
入れることにより、実質的に安いコストで、偏光維持
(PM)ファイバー及びカップラーだけで形成されたシ
ステムに匹敵する性能を得ることが以下の解説からわか
るであろう。前記節約は、システムに比較的費用のかか
らない弱複屈折性ファイバー及びカップラーを選択的に
組み入れることによるものである。本発明の教示は3軸
装置に限らないことが以下の解説から明らかになるであ
ろう。多数のコンポーネントが本質的に1軸システムよ
り3軸システム内にあり、したがってコンポーネントコ
ストが大いに節約される可能性があるが、本発明の原理
はどんな数のジャイロスコープを使用するシステムにも
首尾よく適用することができる。図2のジャイロスコー
プは、19の箇所で、弱複屈折性コンポーネントで作ら
れた区域20と、よりコストの高いPMコンポーネント
で形成された区域22に分けられる。この2つの区域
は、多機能集積光チップ(MIOC)30、32及び3
4の入力ピグテールをそれぞれ多重方向カップラー3
6、38及び40に接続する(「x」で示された)溶解
接合部24、26及び28で接続される。カップラー3
6、38及び40は、溶かした一対の弱複屈折性光ファ
イバーで形成された従来のデバイスであり、チップ3
0、32及び34の入力ピグテールはPM光ファイバー
からなる。FIG. 2 is a schematic diagram of a triaxial fiber optic gyroscope according to the present invention. The apparatus of FIG. 2 incorporates the teachings of the present invention into another conventional three-axis gyroscope system to provide performance comparable to systems formed solely of polarization-maintaining (PM) fibers and couplers at substantially lower cost. It can be seen from the description below that The savings are due to the selective incorporation of relatively inexpensive birefringent fibers and couplers into the system. It will be apparent from the following discussion that the teachings of the present invention are not limited to triaxial devices. Although a large number of components are inherently in a 3-axis system rather than a 1-axis system, and thus component cost may be significantly saved, the principles of the present invention are successful in systems using any number of gyroscopes. Can be applied. The gyroscope of FIG. 2 is divided at 19 into an area 20 made of weakly birefringent components and an area 22 made of the more costly PM components. The two areas are multifunction integrated optical chips (MIOCs) 30, 32 and 3
4 input pigtails each with multidirectional coupler 3
6, 38, and 40 at melt junctions 24, 26, and 28 (indicated by "x"). Coupler 3
6, 38 and 40 are conventional devices formed of a pair of fused weakly birefringent optical fibers, the chip 3
The input pigtails of 0, 32 and 34 consist of PM optical fibers.
【0020】MIOC(またはチップ)30、32及び
34は、周知のデバイスであり、それぞれ好適には、Li
NbO3のような適当な電気−光材料製の基板からなり、こ
の基板は、その上に形成されたPM導波路Y形接続部か
ら出てくる複数の反対に反射伝播するビーム間に予め決
められた位相シフトをもたらす。MIOC30、32及
び34からのPM光ファイバー出力ピグテールは、それ
ぞれ、一対の接合部48、50及び52によりPM光フ
ァイバー製検知コイル42、44及び46に接続され
る。かけがえとして、コイル42、44及び46は、M
IOC30、32及び34に直接ピグテール化して、接
合部48、50及び52を不必要にし、それによりシス
テムコストをさらに下げるようにしても良い。MIOCs (or chips) 30, 32 and 34 are well known devices, each preferably of Li
It consists of a substrate made of a suitable electro-optical material such as NbO 3 , which is pre-determined between a plurality of counter-reflecting propagating beams emanating from PM waveguide Y-shaped connections formed thereon. The resulting phase shift. The PM fiber optic output pigtails from MIOCs 30, 32 and 34 are connected to PM fiber optic sensing coils 42, 44 and 46 by a pair of splices 48, 50 and 52, respectively. In exchange, coils 42, 44 and 46 are
The IOCs 30, 32 and 34 may be pigtailed directly to eliminate the need for joints 48, 50 and 52, thereby further reducing system cost.
【0021】区域20に戻って、それの各光路は、弱複
屈折性ファイバーで形成される。用語「弱複屈折性」
は、その比較的小さな異方性に関係している。すなわ
ち、前記ファイバーの横断屈折率は、著しく異なっては
いない。この事は、(低速及び高速軸と関連した)屈折
率が著しく異なっているPMファイバーとは違ってい
る。それは、光のSOPを維持するそれの能力のコアに
あるPMファイバーの上述した特性である。Returning to area 20, each of its optical paths is formed by a weakly birefringent fiber. The term "weak birefringence"
Is related to its relatively small anisotropy. That is, the transverse indices of refraction of the fibers are not significantly different. This is unlike PM fibers, which have significantly different indices of refraction (relative to the slow and fast axes). It is the above-mentioned property of PM fiber at the core of its ability to maintain the SOP of light.
【0022】区域20は、光検出器54、56、58及
び60(それぞれ、接合部で弱複屈折性カップラーピグ
テールに接続される弱複屈折性ファイバーの関連ピグテ
ールを有する)を含み、そのうちの最初の3個はコイル
42、44及び46の信号出力を測定するのに役立つ。
前記各コイルは、3つの直交空間軸の内の1つに対する
回転の指示を与えるために好適に配置される。4番目の
検出器60は、モニターとして動作し、広帯域の偏光消
滅化ファイバー光源62の出力エネルギーを測定するた
めの信号を与える。(検出器60は、代わりに、60
a、60b及び60cで示される位置のうちの1つに位
置決めしても良い。)検出器60は、レーザーダイオー
ド64を調整することにより光源62の出力エネルギー
を調節する制御システムの一部として機能する。前記制
御システムの配置は、周知であり、ここに請求される発
明の一部を形成しないので、前記回路は、図1では詳細
には示されていない。(図示のように、レーザーダイオ
ード64は逆ポンピング状態に配置されている。これ
は、ジャイロスコープの検知コイルに対して吸収されな
いポンプ光の伝播の可能性を大いに減らすような利点が
ある。前記の意図されたものでない光の伝播は、偏向及
びスケールファクターエラーを誘導することがある。)
広帯域ファイバー光源62は、好適には、接合部66で
弱複屈折性の波長分割多重(WDM)カップラー68の
ピグテールに接続される、エルビウムがドープされたフ
ァイバーからなる。このファイバーの端部63は、光が
ファイバーに逆反射するのを避けるように作られてい
る。カップラー68は、接合部70で弱複屈折性カップ
ラー72に接続される。カップラー72のピグテール
は、それぞれ接合部74及び76で弱複屈折性方向カッ
プラー78及び80のピグテールに接続される。接合部
82、84及び86は、カップラー78及び80と前記
したカップラー36、38及び40の間の光路を完成す
る。カップラー72、78及び80はエネルギー分割カ
ップラーとして動作する。このようなネットワークは、
例えば3:1または4:1の分割比の単一カップラーと
交換可能である。Area 20 contains photodetectors 54, 56, 58 and 60, each having an associated pigtail of weak birefringent fiber connected to a weak birefringent coupler pigtail at the junction, the first of which. Of the three serve to measure the signal output of coils 42, 44 and 46.
The coils are preferably arranged to provide a rotational indication for one of the three orthogonal spatial axes. The fourth detector 60 acts as a monitor and provides a signal for measuring the output energy of the broadband depolarized fiber light source 62. (The detector 60 is, instead, 60
It may be positioned at one of the positions indicated by a, 60b and 60c. The detector 60 functions as part of a control system that regulates the output energy of the light source 62 by tuning the laser diode 64. The arrangement of the control system is well known and does not form part of the invention claimed herein, so the circuit is not shown in detail in FIG. (As shown, the laser diode 64 is placed in a reverse pumping state, which has the advantage of greatly reducing the likelihood of unabsorbed pump light propagation to the sensing coil of the gyroscope. Unintended light propagation can induce polarization and scale factor errors.)
The broadband fiber light source 62 preferably comprises an erbium-doped fiber connected at the junction 66 to the pigtail of a weakly birefringent wavelength division multiplexing (WDM) coupler 68. The end 63 of the fiber is made to avoid light being reflected back into the fiber. The coupler 68 is connected to the weakly birefringent coupler 72 at the joint 70. The pigtails of coupler 72 are connected to the pigtails of weakly birefringent directional couplers 78 and 80 at junctions 74 and 76, respectively. The junctions 82, 84 and 86 complete the optical path between the couplers 78 and 80 and the aforementioned couplers 36, 38 and 40. Couplers 72, 78 and 80 operate as energy splitting couplers. Such networks are
For example, a single coupler with a split ratio of 3: 1 or 4: 1 can be exchanged.
【0023】レーザーダイオードでポンプされる、エル
ビウムがドープされた弱複屈折性光ファイバーのような
広帯域ファイバー光源が偏光されない光を発することは
良く認知されている。偏光された光源を使用する本発明
の代替実施態様は図3に示される。この図において、先
の実施態様の素子に対応する素子は対応する数字で示さ
れる。前記のように、先の実施態様と違って、図3の配
置は偏光されない光源を使用しない。むしろ、図3のジ
ャイロスコープは、低干渉性レーザーダイオードまたは
超発光ダイオードのような、偏光された光源88を使用
する。光源88は、接合部90でカップラー72の弱複
屈折性ピグテールに接続される関連PMピグテールを有
する。ポンピングダイオードは必要としないので、全体
のシステム設計は、図2のWDM68の削除により少し
ばかり再配置される。It is well recognized that broadband fiber sources, such as laser diode pumped erbium-doped weakly birefringent optical fibers, emit unpolarized light. An alternative embodiment of the present invention using a polarized light source is shown in FIG. In this figure, elements corresponding to those of the previous embodiment are indicated by corresponding numbers. As mentioned above, unlike the previous embodiment, the arrangement of FIG. 3 does not use a non-polarized light source. Rather, the gyroscope of FIG. 3 uses a polarized light source 88, such as a low coherence laser diode or superluminescent diode. Light source 88 has an associated PM pigtail that is connected to the weakly birefringent pigtail of coupler 72 at junction 90. Since no pumping diode is required, the overall system design is slightly rearranged with the elimination of WDM 68 in FIG.
【0024】ライオット偏光消滅器120、122及び
124は、接合部24、26及び28をそれぞれMIO
C30、32及び34に接続するPMファイバー部分に
組み込まれる。ライオット偏光消滅器は、動作に必要な
位相遅延の条件を満足するように配置された複屈折性材
料のスタックか、または正確に45度になっているPM
ファイバー接合部のどちらで構成しても良い。ライオッ
ト偏光消滅器の動作は、前に引用したバーンズの論文及
びエプワースの論文に開示されている。PM及び弱複屈
折性コンポーネントを光ファイバー3軸システムに組み
込む先行技術の試み(例えば米国特許第4,828,389 号)
は、ライオット偏光消滅器がコイルの外側に配置されか
つ偏光された光源の使用時に限られる本発明と違って、
検出ループの中にこの偏光消滅器を配置する必要があっ
た。The Riot depolarizers 120, 122 and 124 connect the joints 24, 26 and 28 to MIO, respectively.
It is incorporated into the PM fiber section that connects to C30, 32 and 34. The Riot depolarizer may be a stack of birefringent materials arranged to meet the phase retardation requirements for operation, or a PM of exactly 45 degrees.
Either of the fiber joints may be used. The operation of the Riot depolarizer is disclosed in the Barnes and Epworth articles cited above. Prior art attempts to incorporate PM and weakly birefringent components into an optical fiber triaxial system (eg US Pat. No. 4,828,389).
Unlike the present invention, where the Riot depolarizer is located outside the coil and is only used with a polarized light source,
It was necessary to place this depolarizer in the detection loop.
【0025】発明者は、図2または3(または同様な単
一軸配置)にしたがって形成されるシステムが、比較的
高価なPMファイバー及びカップラーだけを使用するシ
ステムに匹敵する性能を得ることができることを発見し
た。これは、弱複屈折性素子だけからなる区域を使用す
ることによってシステムの解析したがってそれの設計が
簡単になる、という事実に部分的に起因している。すな
わち、ジャイロスコープシステムの弱複屈折性の区域2
0は、偏向エラー解析のために1個の偏光交差結合点と
して取り扱うことができる。その結果として、(1)弱
複屈折性コンポーネントのファイバー製リードの長さは
偏光非相互性エラー消去に適さず、(2)システムにお
いて偏光非相互性偏向エラーを生じる可能性のある条件
は、著しく減る。これは、弱複屈折性及びPMファイバ
ーで発生した本質的に異なる種類の寄生波に由来する。
前記寄生波は、両タイプのファイバー及び素子に偏光非
相互性エラーを起こすのに対して、弱複屈折性ファイバ
ーの異方性の度合いが小さいことは、たとえどんな交差
結合が弱複屈折性光路に沿って生じても、交差結合され
たエネルギーは全て干渉性になるかまたは相関的になる
であろう。したがって、弱複屈折性光路に沿って交差結
合を起こし得る不連続性等にもかかわらず、4種類以上
の異なる波は、発生せず、(弱複屈折性の)区域20に
光を伝播するどの弱複屈折性光ファイバーにおいても観
測されないであろう。この事は、高速軸から低速軸へま
たはその反対の各交差結合が進行波に関して速やかに非
相関になる(または非干渉性になる)寄生波を生じるP
Mファイバー及び素子の場合と違っている。4種類の異
なる波は、光源によって発生した、2つの直交偏光され
た波A及びB(光源が偏光されていない場合は非相関に
されるA及びB)を含む各弱複屈折性光路に現れる。A
に関して直交偏光された波とBに関して直交偏光された
波は、弱複屈折性光路に沿った交差結合から生じる。各
々最後に指名された波A´及びB´は、その対応する発
生波(AまたはB)とほぼ完全に相関する。The inventor has shown that a system formed according to FIGS. 2 or 3 (or a similar single axis arrangement) can achieve comparable performance to a system using only relatively expensive PM fibers and couplers. discovered. This is due, in part, to the fact that using an area consisting of only weakly birefringent elements simplifies the analysis of the system and thus its design. The weakly birefringent zone 2 of the gyroscope system
0 can be treated as one polarization cross-coupling point for polarization error analysis. As a result, (1) the length of the fiber lead of the weakly birefringent component is not suitable for polarization non-reciprocal error cancellation, and (2) the conditions that can cause polarization non-reciprocal polarization error in the system are: Significantly reduced. This is due to the weakly birefringent and essentially different types of parasitic waves generated in PM fibers.
Whereas the parasitic wave causes polarization non-reciprocal error in both types of fibers and elements, the low degree of anisotropy of weakly birefringent fibers means that even if any cross-couplings are weakly birefringent optical paths. All cross-coupled energies, whether occurring along, will be coherent or correlative. Therefore, despite the discontinuity that may cause cross-coupling along the weak birefringent optical path, four or more different waves do not occur and the light propagates to the (weak birefringent) area 20. It will not be observed in any weakly birefringent optical fiber. This means that each cross-coupling from the fast axis to the slow axis or vice versa causes a parasitic wave that quickly becomes uncorrelated (or incoherent) with respect to the traveling wave.
Unlike the case of M fiber and element. Four different waves appear in each weakly birefringent optical path, which includes two orthogonally polarized waves A and B (which are uncorrelated A and B if the light source is not polarized) generated by the light source. . A
Waves orthogonally polarized with respect to and waves orthogonally polarized with respect to B result from cross-coupling along the weakly birefringent optical path. Each last named wave A ′ and B ′ is almost perfectly correlated with its corresponding generated wave (A or B).
【0026】数学的に、人は、1個の弱複屈折性光路当
たり4波のみを解析的に取り扱わなければならない上記
の状態を、nが純粋にPM光路内の交差結合及びその結
果生じる寄生波の進行の数である場合のPM光路内に発
生した2n 種類の異なる(相関しない)波と対比させる
ことができる。前記結合は、(接合部、ピグテール、Y
形接続部及びカップラーの存在のため)不連続になる
か、または光路に沿ったファイバー及び/またはLiNbO3
結晶内の不規則性の存在のため連続になる(分散され
る)かのいずれかになり、さらに解析結果を複雑にし得
る。Mathematically, the above condition, in which one has to deal analytically with only four waves per weak birefringent optical path, is the case where n is purely the cross-coupling in the PM optical path and the resulting parasitics. It can be contrasted with 2 n different (uncorrelated) waves generated in the PM optical path in the case of the number of wave progressions. The bond is (joint, pigtail, Y
Profile and / or LiNbO 3 along the optical path, either discontinuous (due to the presence of shaped connections and couplers)
It can either be continuous (dispersed) due to the presence of irregularities in the crystal, further complicating the analysis results.
【0027】したがって、材料のコストを減らすことに
加えて、一部のPM素子の削除はシステム設計に必要な
解析を簡単にする。それに応じて、設計者は、解析のた
め「一括したもの」として弱複屈折性の区域20を取り
扱い、PM区域20の配置だけに(ファイバーの長さ、
素子分離等に関して)注意を集中することができるの
で、さらなる経済的節約が実現される。また、偏光され
ない光源または偏光消滅器と結合される偏光された光源
のいずれかを使用することにより、偏光フェージングに
関連した問題は本発明において最小限に押えられる。Therefore, in addition to reducing material costs, the elimination of some PM elements simplifies the analysis required for system design. Accordingly, the designer treats the weakly birefringent section 20 as a "bundle" for analysis and only considers the placement of the PM section 20 (fiber length,
Further economic savings are realized because the attention can be concentrated (with respect to device isolation etc.). Also, by using either a non-polarized light source or a polarized light source combined with a depolarizer, the problems associated with polarization fading are minimized in the present invention.
【0028】図4及び5は、本発明に依る1軸ジャイロ
スコープの概略図である。図4のジャイロスコープは、
レーザーダイオード94でポンプされる、エルビウムが
ドープされたファイバー92のような広帯域光源を使用
する。前に説明したように、このような配置は、偏光さ
れない光を生じることが知られている。一方、図3にお
いて、レーザーダイオード96は偏光された光を発す
る。一般的に、図4及び5の配置は、それぞれ図2およ
び3の3軸配置に対応する。4 and 5 are schematic views of a single axis gyroscope according to the present invention. The gyroscope in Figure 4
A broadband light source such as an erbium-doped fiber 92 pumped by a laser diode 94 is used. As explained previously, such an arrangement is known to produce unpolarized light. On the other hand, in FIG. 3, the laser diode 96 emits polarized light. In general, the arrangements of Figures 4 and 5 correspond to the triaxial arrangements of Figures 2 and 3, respectively.
【0029】図4に戻って、1軸ジャイロスコープは、
区別可能な「区域」、すなわち、弱複屈折性素子からな
る100の左方の区域98と、PM素子からなる100
の右方の区域102に分割される。前の説明におけるよ
うに、最適な設計は、ファイバーの長さ等の選択がPM
区域102の配置に焦点を定めることにより行なうこと
ができる限りにおいて、本発明により簡単になる。前記
のように、区域98は、偏向エラー解析のため1個の偏
光交差結合点に等しい。Returning to FIG. 4, the one-axis gyroscope is
Distinct "zones", ie a zone 98 to the left of 100 of weakly birefringent elements and 100 of PM elements.
Is divided into areas 102 to the right. As in the previous explanation, the optimum design is PM selection.
The invention simplifies as far as it can be done by focusing on the placement of the area 102. As mentioned above, area 98 is equal to one polarization cross-coupling point for polarization error analysis.
【0030】節約は、弱複屈折性カップラー104及び
106を使用し、カップラー104がポンピングダイオ
ード94にドープされたファイバー92を励起する機能
を与え、カップラー106がフォトダイオード108を
ジャイロスコープシステムに接続する、区域98におい
て達成される。100の左方の全ての接合部は弱複屈折
性ファイバーピグテールを相互接続し、接合部110は
弱複屈折性カップラー106のピグテールをMIOC1
12のPM入力ピグテールに接続する。チップ112の
出力ピグテールは、一対の接合部116によりPMファ
イバー製検知コイルに接続される。以前に述べたよう
に、この一対の接合部は、コイルがチップ112に対し
て直接ピグテール化される場合は必要ない。Conservation uses weakly birefringent couplers 104 and 106, which provides the ability of the coupler 104 to pump the doped fiber 92 into the pumping diode 94, which connects the photodiode 108 to the gyroscope system. , Area 98. All joints to the left of 100 interconnect weak birefringent fiber pigtails, and joint 110 connects the pigtails of weak birefringent coupler 106 to MIOC1.
Connect to 12 PM input pigtails. The output pigtail of chip 112 is connected to the PM fiber sensing coil by a pair of splices 116. As mentioned previously, this pair of joints is not needed if the coil is pigtailed directly to the tip 112.
【0031】図4の1軸ジャイロスコープは、本発明の
教示及び利点を含むと同時に、PM専用1軸ジャイロス
コープと本質的に同じ性能になる。しかしながら、図4
のシステムは、1対のPMカップラーを弱複屈折性カッ
プラー104及び106と交換することにより実質的な
節約を達成する。このようなコスト節約は、本発明によ
る3軸装置において実現されたコスト節約より印象的で
はないのは確かであるが、安くなるコンポーネントコス
ト及び簡単になる全体設計に関して実現される節約は、
取るに足らないものではない。The single-axis gyroscope of FIG. 4 incorporates the teachings and advantages of the present invention while at the same time providing essentially the same performance as a PM-only single-axis gyroscope. However, FIG.
System achieves substantial savings by replacing a pair of PM couplers with weakly birefringent couplers 104 and 106. While such cost savings are certainly less impressive than the cost savings realized in the 3-axis device according to the invention, the savings realized in terms of cheaper component costs and simplified overall design are:
It's not trivial.
【0032】図5の1軸ジャイロスコープは、図3の3
軸ジャイロスコープが図2の3軸ジャイロスコープと異
なるのとほとんど同じ点で、図4の1軸ジャイロスコー
プと異なっている。すなわち、光源96は偏光された光
を発し、したがってライオット偏光消滅器118が3軸
バージョンの場合と同様に必要になり、この偏光消滅器
118はPM区域102に配置される。前に言及したよ
うに、光ビームの偏光フィルターリングは、一対の歯に
タイに伝播するビームモードが同じ光路を「経験」する
こと(相互性の原理)を確実にするために、ビームが検
知ループに入る前及び該ループを出た後の光ファイバー
ジャイロスコープ内で行なわねばならない。本発明にお
いて、検知コイル114及びMIOCの出力ピグテール
はPMファイバーでできている。この事は、例えば、弱
複屈折性検知コイルを使用しかつ前記コイル内にライオ
ット偏光消滅器を挿入する必要がある上記に確認した米
国特許に開示されているもののような検知コイルの中に
PM及び弱複屈折性ファイバーを混入する先行技術の試
みと違っている。むしろ、発明者は、ジャイロスコープ
の回転検知部分にはPMファイバーのみを使用した。The 1-axis gyroscope shown in FIG.
The single-axis gyroscope differs from the single-axis gyroscope of FIG. 4 in much the same way that the three-axis gyroscope of FIG. 2 differs. That is, the light source 96 emits polarized light, so that the Riot depolarizer 118 is required as in the triaxial version, which depolarizer 118 is located in the PM zone 102. As mentioned earlier, the polarization filtering of the light beam allows the beam to be detected by the beam to ensure that the beam modes propagating in a tie to a pair of teeth "experience" the same optical path (the principle of reciprocity). It must be done in a fiber optic gyroscope before entering the loop and after exiting the loop. In the present invention, the sensing coil 114 and the output pigtails of the MIOC are made of PM fiber. This is because PM in sensing coils such as those disclosed in the above-identified U.S. patents that use weakly birefringent sensing coils and in which a Riot depolarizer must be inserted. And unlike prior art attempts to incorporate weakly birefringent fibers. Rather, the inventor used only PM fiber for the rotation sensing portion of the gyroscope.
【0033】前に言及したように、本発明は、PMファ
イバー及びPMファイバーカップラーだけで形成された
かなり高いコストのシステムと実質的に識別することが
できないレベルの性能を達成する。図6は、標準的PM
カップラーを使用する1軸0.8ミクロンジャイロスコ
ープに対する温度の関数として偏向不確定データのグラ
フであり、図7は、本発明による、弱複屈折性カップラ
ーを使用する1軸ジャイロスコープで得られる結果のグ
ラフである。偏光された光源(超発光ダイオード)はラ
イオット偏光消滅器と共に使用された。1時間当たり
0.61度の標準偏差がPMジャイロスコープにおいて
観測され、1時間当たり1.07度の多少大きな変動の
みが本発明の1軸ジャイロスコープの出力中に存在する
ことが発見された。As previously mentioned, the present invention achieves a level of performance that is virtually indistinguishable from the fairly high cost systems formed solely of PM fibers and PM fiber couplers. Figure 6 shows a standard PM
FIG. 7 is a graph of deflection uncertainty data as a function of temperature for a 1-axis 0.8 micron gyroscope using a coupler, and FIG. 7 shows results obtained with a 1-axis gyroscope using a weakly birefringent coupler in accordance with the present invention. Is a graph of. A polarized light source (super light emitting diode) was used with the Riot depolarizer. A standard deviation of 0.61 degrees per hour was observed on the PM gyroscope and it was discovered that only a slightly larger variation of 1.07 degrees per hour was present in the output of the single axis gyroscope of the present invention.
【0034】図8及び9(温度一定)と図10及び図1
1(温度可変)は、広帯域(偏光されない)ファイバー
光源及び3個の弱複屈折性カップラーを使用する1km
ジャイロスコープのための期間にわたるジャイロスコー
プスケールファクター安定度を表わす2組のグラフであ
る。図8のスケールファクター安定度データは、カップ
ラー温度が図9に示されるようにほぼ一定に維持される
間にとられたものである。図10のデータは、カップラ
ー温度が図11に示されるように15℃及び35℃の間
で反復する間にとられたものである。図8及び図10の
両図における多数のスパイクは、実験測定用に提供され
るクローズドループエレクトロニクスに起因するものと
思われる。図8及び図10の両図のグラフにおいて、約
90ppmの標準偏差が観測される。図10のデータ
は、カップラー温度プロフィールにもかかわらず図8の
データと本質的に識別することができない。8 and 9 (constant temperature) and FIGS. 10 and 1
1 (Temperature variable) 1 km using broadband (unpolarized) fiber light source and 3 weakly birefringent couplers
3 is a set of graphs showing gyroscope scale factor stability over time for a gyroscope. The scale factor stability data in FIG. 8 was taken while the coupler temperature was maintained approximately constant as shown in FIG. The data in FIG. 10 were taken during the cycling of the coupler temperature between 15 ° C. and 35 ° C. as shown in FIG. The large number of spikes in both Figures 8 and 10 is likely due to the closed loop electronics provided for the experimental measurements. A standard deviation of about 90 ppm is observed in the graphs of both FIG. 8 and FIG. The data in FIG. 10 is essentially indistinguishable from the data in FIG. 8 despite the coupler temperature profile.
【0035】したがって、見られるように、本発明は、
性能を劣化させることなく節約を高めた光ファイバージ
ャイロスコープを提供する。本発明の教示を使用するこ
とによって、人は、PMファイバー及びカップラーだけ
を使用するシステムで得られる性能に匹敵する性能を得
ることができる。本発明に従って、広帯域光源を使用
し、PM及び弱複屈折性コンポーネントの適切な分離に
より可能になる解析または模型製作を利用することによ
って、スケールファクターエラーと同様に、偏光フェー
ジング及び偏光非相互性(PNR)に関連した問題は最
小限に押えられると同時に、その結果でき上がった装置
は、より多くの費用がかかる先行技術の装置より、論証
できるほどもっと耐久性があるものとなる。Thus, as can be seen, the present invention is
Provide a fiber optic gyroscope with increased savings without degrading performance. By using the teachings of the present invention, one can obtain performance comparable to that obtained with a system using only PM fibers and couplers. In accordance with the present invention, using a broadband light source and utilizing analysis or modeling enabled by proper separation of PM and weakly birefringent components, polarization fading and polarization nonreciprocity (as well as scale factor error The problems associated with PNR) are minimized while the resulting device is reasonably more durable than the more costly prior art devices.
【0036】本発明は、目下好適な実施態様に関して説
明されたが、それに限らない。例えば、1軸及び3軸の
実施態様に関して例示されているが、本発明は、ここに
示された教示に基づく通りに4軸、6軸及びその他の多
軸システムに拡張することができることが、当業者に対
抗するであろう。したがって、本発明は、付随の特許請
求の範囲により定義される限りにおいてのみ制限され、
その範囲内においてそれの同等物を全て含む。Although the present invention has been described in terms of its presently preferred embodiment, it is not limited thereto. For example, while illustrated with respect to 1-axis and 3-axis embodiments, the present invention can be extended to 4-axis, 6-axis and other multi-axis systems as based on the teachings provided herein. Will compete with those skilled in the art. Accordingly, the invention is limited only as defined by the appended claims,
Within its scope all equivalents are included.
【図1】先行技術による弱複屈折性光ファイバージャイ
ロスコープの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a weakly birefringent fiber optic gyroscope according to the prior art.
【図2】本発明による3軸光ファイバージャイロスコー
プの概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a triaxial fiber optic gyroscope according to the present invention.
【図3】本発明の代替実施態様による3軸光ファイバー
ジャイロスコープの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a triaxial fiber optic gyroscope according to an alternative embodiment of the present invention.
【図4及び5】本発明による1軸光ファイバージャイロ
スコープの代替実施態様の概略図である。4 and 5 are schematic diagrams of alternative embodiments of a single axis fiber optic gyroscope according to the present invention.
【図6及び7】PM構成から、本発明による1軸ジャイ
ロスコープに関する、偏向不確定度データ対温度のグラ
フである。6 and 7 are plots of deflection uncertainty data versus temperature for a 1-axis gyroscope according to the present invention from a PM configuration.
【図8乃至11】本発明によるジャイロスコープのため
の期間にわたる、ジャイロスコープのスケールファクタ
ー安定度(温度が一定の場合(図8及び9)と温度が可
変の場合(図10及び11)を表わす2組のグラフであ
る。8 to 11 represent scale factor stability of the gyroscope (constant temperature (FIGS. 8 and 9) and variable temperature (FIGS. 10 and 11) over time for a gyroscope according to the present invention. It is two sets of graphs.
62 光源 60 光検出器 42、44、46 検知コイル 30、32、34 光チップ 20 弱複屈折性コンポーネント 22 偏光維持(PM)コンポーネント 62 light source 60 photodetector 42, 44, 46 detection coil 30, 32, 34 optical chip 20 weak birefringent component 22 polarization maintaining (PM) component
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ エー.パヴラス アメリカ合衆国,91360 カリフォルニア, サウザンド オークス,コール ケブレイ コ 3513 (56)参考文献 特開 平3−255308(JP,A) 特開 平5−21871(JP,A) 特開 平3−505005(JP,A) 特開 平2−136806(JP,A) 特開 昭62−223614(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor George A. Pavlas United States, 91360 California, Thousand Oaks, Cole Kebleyco 3513 (56) Reference JP-A-3-255308 (JP, A) JP-A-5-21871 (JP, A) JP-A-3-505005 (JP, A) ) JP-A-2-136806 (JP, A) JP-A-62-223614 (JP, A)
Claims (25)
少なくとも1個の光ファイバー製検知コイルと、Y形接
続導波路を含む少なくとも1個の多機能集積光チップと
からなる光ファイバージャイロスコープにおいて、 a)前記ジャイロスコープが弱複屈折性コンポーネント
及び偏光維持(PM)コンポーネントの両方を含み、 b)前記検知コイルがPMファイバーからなることから
なることを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。1. A light source and at least one photodetector,
An optical fiber gyroscope comprising at least one optical fiber sensing coil and at least one multifunction integrated optical chip including a Y-shaped connecting waveguide, wherein: a) the gyroscope has a weak birefringent component and a polarization maintaining (PM) ) Including both components, b) A fiber optic gyroscope, characterized in that the sensing coil consists of PM fiber.
コープにおいて、さらに、弱複屈折性ファイバーから構
成される少なくとも1個のカップラーを含む光ファイバ
ージャイロスコープ。2. The optical fiber gyroscope according to claim 1, further comprising at least one coupler composed of a weakly birefringent fiber.
コープにおいて、さらに、前記光チップの入力及び出力
ピグテールがPMファイバーから構成されることを特徴
とする光ファイバージャイロスコープ。3. The optical fiber gyroscope according to claim 2, wherein the input and output pigtails of the optical chip are made of PM fiber.
コープにおいて、前記光源は偏光されていない光を発す
る光ファイバージャイロスコープ。4. The fiber optic gyroscope of claim 3, wherein the light source emits unpolarized light.
コープにおいて、前記光源は、さらに、 a)予め決められたドープ性のものからなる弱複屈折性
ファイバーと、 b)前記最後に指名されたファイバーをポンプするよう
に配置され、それにより偏光されていない光がそれから
発せられるレーザーダイオードとからなる光ファイバー
ジャイロスコープ。5. The optical fiber gyroscope according to claim 4, wherein the light source further comprises: a) a weakly birefringent fiber made of a predetermined doped material; and b) the last designated fiber. A fiber optic gyroscope consisting of a laser diode arranged to be pumped, whereby unpolarized light is emitted from it.
コープにおいて、前記予め決められたドープ性のものは
エルビウムである光ファイバージャイロスコープ。6. The optical fiber gyroscope according to claim 5, wherein the predetermined doping property is erbium.
コープにおいて、前記光源は偏光された光を発する光フ
ァイバージャイロスコープ。7. The optical fiber gyroscope according to claim 3, wherein the light source emits polarized light.
コープにおいて、前記光源は弱い一時的干渉性のレーザ
ーダイオードである光ファイバージャイロスコープ。8. The fiber optic gyroscope according to claim 7, wherein the light source is a weak transient coherent laser diode.
コープにおいて、前記光源は超発光ダイオードである光
ファイバージャイロスコープ。9. The optical fiber gyroscope according to claim 7, wherein the light source is a super light emitting diode.
スコープにおいて、さらに、ライオット偏光消滅器を含
む光ファイバージャイロスコープ。10. The optical fiber gyroscope according to claim 7, further comprising a Riot depolarizer.
ロスコープにおいて、前記ライオット偏光消滅器は前記
光チップの入力ピグテールに接続される光ファイバージ
ャイロスコープ。11. The optical fiber gyroscope according to claim 10, wherein the Riot depolarizer is connected to an input pigtail of the optical chip.
スコープにおいて、さらに、 a)弱複屈折性ファイバーからなる少なくとも1つの光
路を有し、前記光源を含む第1の区域と、 b)PMファイバーからなる少なくとも1つの光路を有
し、少なくとも1個の検知コイルを含む第2の区域とか
らなる光ファイバージャイロスコープ。12. The optical fiber gyroscope according to claim 3, further comprising: a) a first area having at least one optical path made of a weakly birefringent fiber and including the light source; and b) a PM fiber. A fiber optic gyroscope having at least one optical path and comprising a second zone containing at least one sensing coil.
ロスコープにおいて、前記第1及び第2の区域は、弱複
屈折−PMファイバー接合部により接合される光ファイ
バージャイロスコープ。13. The fiber optic gyroscope of claim 12, wherein the first and second sections are joined by a weak birefringence-PM fiber joint.
ロスコープにおいて、前記第2の区域は、さらに、 a)1個のMIOCと、 b)前記MIOCの出力ピグテールに接続された前記検
知コイルとを含む光ファイバージャイロスコープ。14. The fiber optic gyroscope of claim 13, wherein the second section further comprises: a) one MIOC, and b) the sensing coil connected to an output pigtail of the MIOC. Gyroscope.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、7個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光されない光源を含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。15. The fiber optic gyroscope of claim 14, further comprising: a) the first section including seven weakly birefringent couplers and one unpolarized light source, and b) the second section. The optical fiber gyroscope, characterized in that the area of (3) includes three optical chips and three sensing coils arranged to measure rotation rates about three orthogonal axes.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、5個の弱複屈折性カップラーを
含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。16. The fiber optic gyroscope of claim 14, further comprising: a) the first section comprises five weakly birefringent couplers, and b) the second section comprises three orthogonal axes. A fiber optic gyroscope, characterized in that it comprises three optical chips and three sensing coils arranged to measure the rotation rate relative to.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、6個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光されない光源を含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含み、 c)3個のライオット偏光消滅器が前記第2の区域に設
けられ、該偏光消滅器は各々、前記光チップの入力ピグ
テールとPMファイバー部分の中間に位置決めされるこ
とを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。17. The fiber optic gyroscope of claim 14, further comprising: a) the first section comprising six weakly birefringent couplers and one unpolarized light source, and b) the second section. Section comprises three optical chips and three sensing coils arranged to measure rotation rates about three orthogonal axes, and c) three Riot depolarizers in the second section. An optical fiber gyroscope, wherein each of said depolarizers is positioned between the input pigtail of said optical chip and a PM fiber portion.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、2個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光されない光源を含み、 b)前記第2の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、1個の光チップと1個の検知コイルを含むことを
特徴とする光ファイバージャイロスコープ。18. The fiber optic gyroscope of claim 14, further comprising: a) the first section including two weakly birefringent couplers and one unpolarized light source; and b) the second section. The optical fiber gyroscope characterized in that the area of (1) includes one optical chip and one sensing coil arranged to measure the rotation rate.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、1個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光された光源を含み、 b)前記第2の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、1個の光チップと1個の検知コイルを含み、 c)1個のライオット偏光消滅器が、前記第2の区域に
設けられ、前記光チップの入力ピグテールとPMファイ
バー部分の中間に位置決めされることを特徴とする光フ
ァイバージャイロスコープ。19. The fiber optic gyroscope of claim 14, further comprising: a) the first section including one weakly birefringent coupler and one polarized light source; and b) the first section. The second section comprises one optical chip and one sensing coil arranged for measuring the rotation rate, and c) one Riot depolarizer is provided in said second section, An optical fiber gyroscope, wherein the optical fiber gyroscope is positioned between the input pigtail of the optical chip and the PM fiber portion.
ロスコープにおいて、前記第2の区域は、さらに、 a)1個の光チップと、 b)前記光チップの出力ピグテールを含んでとぎれない
光ファイバーからなる前記検知コイルとを含む光ファイ
バージャイロスコープ。20. The optical fiber gyroscope according to claim 13, wherein the second section further comprises: a) one optical chip; and b) an uninterrupted optical fiber including an output pigtail of the optical chip. A fiber optic gyroscope including a sensing coil.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、7個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光されない光源を含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。21. The fiber optic gyroscope of claim 20, further comprising: a) the first zone comprises seven weakly birefringent couplers and one unpolarized light source, and b) the second. The optical fiber gyroscope, characterized in that the area of (3) includes three optical chips and three sensing coils arranged to measure rotation rates about three orthogonal axes.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、5個の弱複屈折性カップラーを
含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含むことを特徴とする光ファイバージャイロ
スコープ。22. The fiber optic gyroscope of claim 20, further comprising: a) the first section comprises five weakly birefringent couplers, and b) the second section comprises three orthogonal axes. A fiber optic gyroscope, characterized in that it comprises three optical chips and three sensing coils arranged to measure the rotation rate relative to.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、6個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光された光源を含み、 b)前記第2の区域は、3つの直交軸に対する回転率を
測定するために配置された、3個の光チップと3個の検
知コイルを含み、 c)3個のライオット偏光消滅器が前記第2の区域に設
けられ、該偏光消滅器は各々、前記光チップの入力ピグ
テールとPMファイバー部分の中間に位置決めされるこ
とを特徴とする光ファイバージャイロスコープ。23. The fiber optic gyroscope of claim 20, further comprising: a) the first section including six weakly birefringent couplers and one polarized light source; and b) the first section. The second zone comprises three optical chips and three sensing coils arranged to measure rotation rates about three orthogonal axes, and c) three Riot depolarizers in said second zone. The optical fiber gyroscope is provided in the optical fiber gyroscope, the depolarizer being positioned between the input pigtail and the PM fiber portion of the optical chip.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、2個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光されない光源を含み、 b)前記第2の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、1個の光チップと1個の検知コイルを含むことを
特徴とする光ファイバージャイロスコープ。24. A fiber optic gyroscope according to claim 20, further comprising: a) the first section includes two weakly birefringent couplers and one unpolarized light source; and b) the second section. The optical fiber gyroscope characterized in that the area of (1) includes one optical chip and one sensing coil arranged to measure the rotation rate.
ロスコープにおいて、さらに、 a)前記第1の区域は、1個の弱複屈折性カップラー
と、1個の偏光された光源を含み、 b)前記第2の区域は、回転率を測定するために配置さ
れた、1個の光チップと1個の検知コイルを含み、 c)1個のライオット偏光消滅器が、前記第2の区域に
設けられ、前記光チップの入力ピグテールとPMファイ
バー部分の中間に位置決めされることを特徴とする光フ
ァイバージャイロスコープ。25. The fiber optic gyroscope of claim 20, further comprising: a) the first section including one weakly birefringent coupler and one polarized light source; and b) the first section. The second section comprises one optical chip and one sensing coil arranged for measuring the rotation rate, and c) one Riot depolarizer is provided in said second section, An optical fiber gyroscope, wherein the optical fiber gyroscope is positioned between the input pigtail of the optical chip and the PM fiber portion.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7995393A JPH0827194B2 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Fiber optic gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7995393A JPH0827194B2 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Fiber optic gyroscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06307876A JPH06307876A (en) | 1994-11-04 |
JPH0827194B2 true JPH0827194B2 (en) | 1996-03-21 |
Family
ID=13704681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7995393A Expired - Lifetime JPH0827194B2 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Fiber optic gyroscope |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH0827194B2 (en) |
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JP3692474B2 (en) | 2002-11-01 | 2005-09-07 | 日本航空電子工業株式会社 | Fiber optic gyro |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP7995393A patent/JPH0827194B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH06307876A (en) | 1994-11-04 |
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