JPS58189507A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

Info

Publication number
JPS58189507A
JPS58189507A JP57072275A JP7227582A JPS58189507A JP S58189507 A JPS58189507 A JP S58189507A JP 57072275 A JP57072275 A JP 57072275A JP 7227582 A JP7227582 A JP 7227582A JP S58189507 A JPS58189507 A JP S58189507A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
substrate
optical fiber
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP57072275A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Yoshida
健一 吉田
Takashi Yokohara
横原 恭士
Kozo Ono
公三 小野
Yoshikazu Nishiwaki
西脇 由和
Koichi Tsuno
浩一 津野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP57072275A priority Critical patent/JPS58189507A/en
Priority to CA000426375A priority patent/CA1230663A/en
Priority to EP83104040A priority patent/EP0092831A3/en
Publication of JPS58189507A publication Critical patent/JPS58189507A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Abstract

PURPOSE:To provide an optical fiber gyro which does not require adjustment for optical axis, is strong to oscillation, and has a small size, lightness and improved S/N by providing optical waveguides, a laser, a photodiode and a modulator monolithically on a substrate having an electrooptic effect. CONSTITUTION:The light of a laser diode 10 is divided to clockwise light (r) and counterclockwise light (l) by a grating 6. The light (r) receives amplitude modulation with a modulator 11, is made incident to an optical fiber 16, enters an optical waveguide 3, is bent by a grating 8 and arrives at a photodiode 14. The light (l) passes through an optical wavegide 2, turns the loop of the fiber 16 counterclockwise, enters the end of an optical waveguide 5, is bent by a grating 9 to an optical waveguide 4 and arrives at the diode 14. When the fiber loop rotates at an angle OMEGA, a phase difference DELTAtheta is produced between the light (l) and the light (r). The electric signal of the angular frequency equal to a modulation angular frequency is included in the output of the diode 14 and a phase difference DELTAtheta' is included in the amplitude. Therefore, if said amplitude is known, the phase difference DELTAtheta is determined.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、基板上に変調器を備えかつ集積化された光
フアイバジャイロに関する。 回転速度を検出するための光フアイバジャイロは、Sa
gnac効果を利用しており、さまさまな利点か期待さ
れている。 可動部がなく、加速度に対して強い。高感度である。直
線性か良い。構造が簡単である。消費電力が少い。この
ような利点が期待されるが、未だに実用的なものになっ
ていない。 第7図は、公知の光フアイバジャイロの構成を示す平面
図である。 光ファイバ40は、複数回巻回わされたループ状になっ
ている。レーザ41はHe−Neレーザて、レーザ光は
、ハーフミラ−42によって2つの光束に分けられる。 2光束はレンズ43 、44から光ファイバ40の2つ
の端部に入射し、右廻り光、及び左廻り光となる。光フ
アイバループの中を通過した2光束は、ハーフミラ−4
2によって、同一光軸上に重ね合せられ、光検出器45
へ入射する。 右廻り光、左廻り光の光路の長さは全く等しい。 尤ファイバループの法線のまわりに、角速度Ωてジャイ
ロ全体か11])転していたとすると、2つの光束は、
位相差Δθ 八〇−4rr E−a  Ω       (1)Cλ を1ノ゛える。ここて、l−は光ファイバの長さ、aは
h径、ン、はレーザ光の波長、Cは光速である。 第7図の光学系に於て、レーザ、光検出器、ノλ−7ミ
ラー等は、通常の光学部分からなっていた。 耐振動性か厳しく要求されるから、光学部品は中くて人
きい定盤の」;にマグネットスタンドなと−C固定され
る。全体か大型になり、重くて、取扱いに不便であるか
ら、実用的でない。また光軸調整tCとの点て問題があ
る。 そこで、軽量、小型にするために、第8図に示すように
、光学部品を同一基板−1−に構成した光■Cjl、′
lJの光フアイバジャイロが提案されている。 尤IC基板46の−1−に、光導波路47 、47を直
交するように設け、交差点にグレーティング48を形成
している。光導波路47 、47の終端に、レーザダイ
オード49及びホトダイオード50をボンディングしで
ある。光ファイバ40のループ端は、光導波路47゜4
7の他端に接続しである。 Ic基板の七に光学素子を全て設けているから、軽量、
小型にすることができる。耐振動性にも優れる。光軸調
整は必要がない。 このような方式をホモダイン方式と呼ぶが、この方式は
、”/N比か低い、という難点かある。 本発明は、ひとつの基板の上に、レーザダイオード、ホ
トダイオード、グレーティングの他に変調素子を設け、
ひとつの光束を変調し、S/N比を向上させた光フアイ
バジャイロを与える事を目的とする。 変調の様式は、3つある。振幅変調、位相変調、周波数
シフト変調である。本発明は、いずれの変調様式をも用
いることができる。 以、下、実施例を示す図面によって、本発明の構成、作
用及び効果を説明する。 第1図は本発明の実施例にかかる光フアイバジャイロの
基板部分の斜視図である。 JIt、板1は電気光学効果を有するものて、GaAs
 。 InP 、 I、1Nl)o3. L目’ao3. R
i I 2S 102o 、 Bi 12Geo2o 
。 などの結晶である。 J+(板1の1−には、直交する4本の光導波路2゜3
.4.5か形成されている。 九J84波路2.3.4.5の直交する部分には、−等
分線の)f向に、ハーフミラ−の機能を果すグレーティ
ング6.7,8.9か設けられている。 クレーティングは、等間隔の多数の平行線であるから、
一定波長の光を回折させることかてきる。 ここては、グレーティングによって、ある光導波路から
、これに直交する先導波路へと光を折曲ける作用かある
。 光導波路5の始端には、チップ状のレーザダイオード1
0かボンディングしである。レーザダイオード10から
出た光は、グレーティンクロによって、右廻り尤rと、
左廻り光lに分れる。 右QpIjり尤rの伝搬する光導波路5の一部は分岐し
ており、光の振幅を変調する変調器11を構成している
。 変調器の拡大平面図を第4図に示す。分岐した光導波路
5a 、 5bの上に、電極12a 、 12bか蒸着
、印刷その他の方法で設けである。基板上には、変調信
号発生用tc13が固着しである。これは、電極12a
 、 12bに電圧を印加し、電気光学効果によって、
分岐光導波路5a 、 5bの屈折率を変える。 光導波路5a 、 5bの中での光速は屈折率に逆比例
するから、異なる電界が分岐光導波路5a 、 5bに
与えられると、両導波路での光速が異なる。分岐光導波
路は再び1本に統合されているが、各分岐を通過した光
は位相が異なるから、統合された光の振幅は、2本の分
岐を通った光の振幅の単純な和にはならない。理想的な
場合、統合された光の振幅は、位相差φの余弦を含む函
数になる。 そこで、2本の分岐の電極12a 、 12bに加える
電圧を周期的に変動させ、位相差φを周期的に変化させ
ると、分岐光導波路を出た光の振幅は、周期的に変動す
るようになる。 分岐導波路5a 、 5bはマツハツエンダ干渉計を右
+!Iffりの光は、このように、変調器11によって
、振幅変調を受ける。分岐導波路に交番電界をJn+え
て、振幅ユJ期する光学素子の構成は公知である。 左廻りの光は、変調を受けない。 光導波路4.3の直交部の、延長端には、フォトダイオ
−1−’14かボンディングしである。フォトタイオー
ド14の出力は、検出信吋処理用IC]5によって、増
幅され、適当な処理かなされる。 右廻り尤rは、光導波路5を辿って変調された後、光フ
ァイバ16に入射する。光ファイバ16は、3数回在回
わされたループ状のものであるが、ここ−Cは、ループ
部分を省略しである。 光フアイバループ16を通過した右廻り光rは、)+I
′、導波路2の端に入射し、グレーティング7で折曲げ
られ、光導波路3に入り、さらにグレーティング8て折
曲けられて、フォトタイオード14に達する。 左廻り光lは、レーザダイオード10、グレーティング
6、光導波路2をへて、光ファイバ16のループへ入る
。ループ内を左廻りに通過した左廻り光lは、光導波路
5の端に入り、グレーティング9により、光導波路4へ
と折曲げられ、フォトダイオード14に達する。 フォトダイオードは、右廻り光r、左廻り光lを同時に
受光するが、この内二方か振幅変調しである。 ファイバループか角速度Ωで回転していると、左廻り光
′、右廻り光の間で、位相差Δ0が生する。 フォトダイオードの出力の中には変調角周波数t!i 
mに等しい角周波数の電気信号が含まれるか、この信号
の振幅に、位相差Δθ′か含まれる。従って、この振幅
を知れば、位相差Δθを求める事かできる。 より詳しく説明する。 レーザ光の角周波数をωとする。 右廻り光、左廻り光が光導波路5.2から出るとき、そ
れぞれ (右)(1+as石ωm
The present invention relates to an integrated optical fiber gyro that includes a modulator on a substrate. The fiber optic gyro for detecting rotational speed is Sa
It utilizes the gnac effect and is expected to have various benefits. It has no moving parts and is resistant to acceleration. High sensitivity. Good linearity. The structure is simple. Low power consumption. Although such advantages are expected, they have not yet become practical. FIG. 7 is a plan view showing the configuration of a known optical fiber gyro. The optical fiber 40 has a loop shape wound a plurality of times. The laser 41 is a He-Ne laser, and the laser beam is divided into two beams by a half mirror 42. The two light fluxes enter the two ends of the optical fiber 40 from lenses 43 and 44, and become clockwise light and counterclockwise light. The two beams that passed through the optical fiber loop are sent to the half mirror 4.
2, the photodetector 45 is superimposed on the same optical axis.
incident on the The lengths of the optical paths of the right-handed light and the left-handed light are exactly the same. If the entire gyro is rotating around the normal line of the fiber loop with an angular velocity Ω, then the two light beams are
Phase difference Δθ 80-4rr E-a Ω (1) Add 1 node to Cλ. Here, l- is the length of the optical fiber, a is the h diameter, n is the wavelength of the laser beam, and C is the speed of light. In the optical system shown in FIG. 7, the laser, photodetector, λ-7 mirror, etc. were comprised of ordinary optical parts. Since vibration resistance is strictly required, the optical components are fixed to a small, spacious surface plate using a magnetic stand or -C. It is not practical because it is large in size, heavy, and inconvenient to handle. There is also a problem with optical axis adjustment tC. Therefore, in order to make it lightweight and compact, as shown in FIG.
An optical fiber gyro of lJ has been proposed. Optical waveguides 47 and 47 are provided at -1- of the IC board 46 so as to be perpendicular to each other, and a grating 48 is formed at the intersection. A laser diode 49 and a photodiode 50 are bonded to the ends of the optical waveguides 47, 47. The loop end of the optical fiber 40 is an optical waveguide 47°4.
It is connected to the other end of 7. Since all optical elements are installed on the 7th part of the IC board, it is lightweight.
Can be made small. It also has excellent vibration resistance. Optical axis adjustment is not necessary. This type of method is called a homodyne method, but this method has the disadvantage of a low /N ratio.The present invention has the advantage of incorporating a modulation element in addition to a laser diode, photodiode, and grating on a single substrate. established,
The purpose is to provide an optical fiber gyro that modulates a single beam of light and improves the S/N ratio. There are three modulation styles. They are amplitude modulation, phase modulation, and frequency shift modulation. The present invention can use either modulation format. Hereinafter, the configuration, operation, and effects of the present invention will be explained with reference to drawings showing examples. FIG. 1 is a perspective view of a substrate portion of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. JIt, plate 1 has an electro-optic effect and is made of GaAs.
. InP, I, 1Nl) o3. L eyes 'ao3. R
i I 2S 102o, Bi 12Geo2o
. It is a crystal such as. J+ (4 optical waveguides 2゜3 perpendicular to 1- of plate 1
.. 4.5 is formed. At the orthogonal portions of the 9J84 wave paths 2.3.4.5, gratings 6.7 and 8.9, which function as half mirrors, are provided in the f direction of the -equisector line. Since crating is a large number of equally spaced parallel lines,
It can be used to diffract light of a certain wavelength. Here, the grating has the effect of bending light from a certain optical waveguide to a leading waveguide perpendicular to it. A chip-shaped laser diode 1 is installed at the starting end of the optical waveguide 5.
0 or bonding. The light emitted from the laser diode 10 is rotated clockwise by the grating tincture.
Divides into counterclockwise light. A part of the optical waveguide 5 through which the right QpIj r propagates is branched, and constitutes a modulator 11 that modulates the amplitude of light. An enlarged plan view of the modulator is shown in FIG. Electrodes 12a and 12b are provided on the branched optical waveguides 5a and 5b by vapor deposition, printing, or other methods. A modulation signal generating tc13 is fixed on the substrate. This is the electrode 12a
, 12b is applied, and due to the electro-optic effect,
The refractive index of the branched optical waveguides 5a and 5b is changed. Since the speed of light in the optical waveguides 5a and 5b is inversely proportional to the refractive index, when different electric fields are applied to the branched optical waveguides 5a and 5b, the speed of light in both waveguides is different. The branched optical waveguides are integrated into one again, but since the light passing through each branch has a different phase, the amplitude of the integrated light cannot be calculated by simply adding the amplitude of the light passing through the two branches. No. In the ideal case, the integrated light amplitude would be a function containing the cosine of the phase difference φ. Therefore, by periodically varying the voltage applied to the two branched electrodes 12a and 12b and periodically changing the phase difference φ, the amplitude of the light exiting the branched optical waveguide will vary periodically. Become. The branch waveguides 5a and 5b are connected to the Matsuhatsu Enda interferometer on the right! The Iff light is thus subjected to amplitude modulation by the modulator 11. The structure of an optical element in which an alternating electric field is applied to a branch waveguide and whose amplitude is Jn+ is known. Light in the counterclockwise direction is not modulated. A photodiode 1-'14 is bonded to the extended end of the orthogonal part of the optical waveguide 4.3. The output of the photodiode 14 is amplified by a detection signal processing IC 5 and subjected to appropriate processing. The right-handed signal r follows the optical waveguide 5 and is modulated, and then enters the optical fiber 16 . The optical fiber 16 is in the form of a loop that has been passed around three times, but the loop portion is omitted here at -C. The clockwise light r passing through the optical fiber loop 16 is )+I
', enters the end of the waveguide 2, is bent by the grating 7, enters the optical waveguide 3, is further bent by the grating 8, and reaches the photodiode 14. The counterclockwise light l passes through the laser diode 10, the grating 6, and the optical waveguide 2, and enters the loop of the optical fiber 16. The counterclockwise light 1 that has passed counterclockwise within the loop enters the end of the optical waveguide 5, is bent by the grating 9 into the optical waveguide 4, and reaches the photodiode 14. The photodiode simultaneously receives clockwise light r and counterclockwise light l, but only two of them are amplitude-modulated. When the fiber loop rotates at an angular velocity Ω, a phase difference Δ0 occurs between the left-handed light and the right-handed light. There is a modulation angular frequency t! in the output of the photodiode. i
Either an electrical signal with an angular frequency equal to m is included, or the amplitude of this signal includes a phase difference Δθ'. Therefore, if this amplitude is known, the phase difference Δθ can be determined. Let me explain in more detail. Let the angular frequency of the laser beam be ω. When clockwise light and counterclockwise light exit from the optical waveguide 5.2, respectively (right) (1+as stone ωm

【)C10Jt(左)    
    l m l の式で表わすことかできる。ωmは変調器11のゆ調角
周波数である。 ファイバループを右廻り、左り1!!りに通り抜けると
、イ1°廻り光はΔ0/またけ位相か進み、左廻り光は
Δ0/またけ位相が遅れたとする。位相差Δ0は(1)
式で、ファイバループの角速度Ωと関係している。 右廻り光、左廻り光は、それゆえ、フォトダイオードに
入射する時、 (右)  ■、: 、 (1+、 sin 、、、 □
 、 ) 、 ’ (’I” + s o/2 )(/
l、 )              Et c I 
(tl)【−Δ0/2)0)山数ノ(ツをとる。フォト
ダイオードは、二乗検波するので、両者の和の二乗か、
フォトダイオードの出力たる電気信号の強度を与える。 7H力電気信−J l は 、 t 二Et2+Er2(1−1−25110m t )
+2ErElccsΔ0(l−1−atha+tTl 
)    (2)となる。出力電力電気信号は、直流成
分と、or m成分と、゛2ωm成分とよりなる。 参照信号として、角周波数ωmの電気信号を発生させ、
(2)式の出力電気信号lに加えて、電気tfノに同期
検波すると、出力電気信号■の中のむ+m成分を求める
事ができる。ωm成分の振幅(ま2Er a + 2 
Er Ez a asΔθで与えられるから、位相差Δ
θを知る車力1できる。 左廻り光、右廻り光のいずれか一方を振幅変調するのは
、第2図に示す実施例に於ても可能である。方向性結合
器型の振幅変調器17か用0られている。 光導波路5は、連続しておらず、部分導波路5c 、 
5dに分かれている。部分導波路5c 、 5a jj
、一部分に於て、近接しており、ここ(こ電極18(。 18dが設けである。 2つのノリ波路か、波長のオーダーに近接して並へて設
けられると、中間の低J++を折率の部分に延ひるエバ
ネッセントウエーブによって、2つの導波路(ま結合さ
れうる。これをエバ不ツセント波結合というが、2つの
導波路ての光位相定数の等しい時、結合は最大となる。 理想的には、ひとつの導波路の全エネルギーか他の導波
路へ推移する。 尤イ)″f相定数をWならせると、結合が弱くなり、エ
イ、ルギーの推移も減少する。 光位相定数は、屈折率に比例する。屈折率は、jI’7
.7片路に電気光学効果があれは、電界によって変動さ
せることかできる。 】、(板1のトに設けた変調信号発生用IC19によっ
て、電極18C、18dに変調電圧を与える事とする。 光導波路5Cから、5dに伝わる光の振幅は、変調角周
波数01 mの変化をする。つまり、この例で、右廻り
光は、振幅変調を受けたわけである。 第2図の実施例では、グレーティングか用いら第1てい
ない。光導波路2.3.4.5は、交差領域近傍に於て
、直交するのではなく、中心線の方向か一致するような
めらかにつなかつている。 第1図、第2図の例は、振幅変調することにより、S/
/N比を−1−けることのできる実施例であった。 位相変相をすることも可能である。右廻り、又は左廻り
の光のどちらか一方に、第5図に示すような位相変調器
20を設ける。 導波路に電気光学効果かあるから、屈折率は、電界によ
って変化する。電極21.22に電圧を加えると、電極
にはさまれる部分の導波路の屈折率か変化し、光速が変
動する。従って、位相変調できるわけである。 位相変調の大きさを b 8石 ω m 【 で表わす。左廻り光、右廻り光は、それぞれ次のように
表わすことかできる。 左廻り光 Δθ !((+] 【+□) 右廻り光 Δ0 i (m 17″b sin m m t )と−;け
る。 )し検出器で二乗検波すると、出力信相はJslbls
inΔOsln tn m tの相を含む。J+(b)
はベッセル関数、Ol mは変調1、’4 lIk数で
ある。 そこで、l・+mの周波数の参照信号を用いて、電気的
に同ルl検波すると、sinΔ0を取出すtかできる。 )’J、 1″説明したものは、左廻り光、右廻り光の
いずれか一方を、振幅変調、或は位相変調したものであ
る。 W4の周波数シフトを用いた光へテロダイン法もul’
 fit’:である。 第6図は尤の周波数シフト法を利用するためのに曲弾性
波発生器の略図である。 光導波路5eの側方に、くし型電極23か設けらi]、
駆動回路24か、くし型電極23に周波数or mの交
流電圧を印加する。基板1は音響光学効果を有すること
か必要である。 くし型電極23に交流電圧を加えると、破線方向に進行
する表面弾性波が生ずる。基板1は音響光学効果を有す
るから、表面弾性波に伴って、屈折率の変化する部分か
できる。これによって、表面弾性波と、光とが相互作用
する。光と表面弾性波の、波数、周波数についての保存
則が成立するように光が変調をうける。 導波路5eに沿う光は、これに対し傾斜した導波路5f
 に進路を変更し、これとともに角周波数は(OJ+ω
m)となる。 このような周波数シフトを受けると、光導波路5r に
於て、この光は i(Cυ+ωm)t と表現することかできる。 光フアイバループを通った後、それぞれの光は、Δθ 左廻り  Etei(“′+T) となる。この和を゛フォトダイオードは一二乗検波する
から、フォトダイオードの出力信相はEtF−rcos
(cl)mL−Δ0)の項を含む。この出力と、参照信
号CQS m m tを電気的に比較し、位相差ΔOを
取出す。 この方法は、信号処理系か復刊になるが、光検出器の出
力か交流信号(周波数ωm)であるため、レベルドリフ
トの影響を受けにくい。さらに位相差Δ0の検出範囲が
任意である、という特長がある。 本発明は、電気光学効果を有する基板の1−に、光−導
l皮路、レーザダイオード、フォトダイオード、変調器
をモノリシックに設けた光フアイバジャイロであるから
次の効果かある。 (1)装置か小型、軽量であり、振動に強い。光軸調整
不要である。レーザダイオード、フォトダイオード、先
導波路、変調器などの機能素子かひとつの基板上に集積
化されているからである。 (2)SΔ比の高い光フアイバジャイロを与える事かで
きる。右廻り光、左廻り光のいずれか一方の光路の中に
、光振幅変調器、光位相変調器或は周波数シフターなと
の変調器か介在するからである。 (3)電気光学効果を有する基板として、GaAs 。 InPなどの半導体を用いると、変調信号発生回路や検
波信号電気的処理回路もモノリシックに構成する事かで
きる。
[)C10Jt (left)
It can be expressed by the formula l ml . ωm is the tuning angular frequency of the modulator 11. Turn the fiber loop clockwise, then left 1! ! Assume that when the light passes through the opposite direction, the light around A1° advances by Δ0/straddle phase, and the counterclockwise light lags behind Δ0/straddle phase. The phase difference Δ0 is (1)
It is related to the angular velocity Ω of the fiber loop. Therefore, when the right-handed light and left-handed light enter the photodiode, (right) ■, : , (1+, sin ,,, □
, ) , '('I'' + s o/2 ) (/
l, ) Et c I
(tl) [-Δ0/2) 0) Take the number of peaks. Since the photodiode performs square law detection, the square of the sum of the two,
Gives the strength of the electrical signal that is the output of the photodiode. 7H force electric signal-J l is t2Et2+Er2(1-1-25110m t)
+2ErElccsΔ0(l−1−atha+tTl
) (2) becomes. The output power electrical signal consists of a DC component, an orm component, and a 2ωm component. Generating an electrical signal with an angular frequency ωm as a reference signal,
In addition to the output electric signal l in equation (2), if synchronous detection is performed on the electric tf, the +m component in the output electric signal ■ can be obtained. The amplitude of the ωm component (Ma2Er a + 2
Since Er Ez a as Δθ, the phase difference Δ
Vehicle power 1 that knows θ can be done. It is also possible in the embodiment shown in FIG. 2 to amplitude modulate either the left-handed light or the right-handed light. A directional coupler type amplitude modulator 17 is used. The optical waveguide 5 is not continuous, and includes partial waveguides 5c,
It is divided into 5d. Partial waveguides 5c, 5a jj
, are close to each other in a part, and here (this electrode 18 (.18d) is provided. When two Nori wave paths are provided side by side close to each other on the order of the wavelength, the intermediate low J++ is folded. Two waveguides can be coupled by an evanescent wave extending in the area of the waveguide. This is called evanescent wave coupling, and when the optical phase constants of the two waveguides are equal, the coupling is maximum. Ideal In other words, all the energy in one waveguide is transferred to the other waveguide. (B) When the f-phase constant is set to W, the coupling becomes weaker and the transition of E and Lugi also decreases. Optical phase constant is proportional to the refractive index.The refractive index is jI'7
.. 7. If there is an electro-optic effect in one direction, it can be varied by the electric field. ], (A modulation voltage is applied to the electrodes 18C and 18d by the modulation signal generation IC 19 provided at the top of the plate 1. The amplitude of the light transmitted from the optical waveguide 5C to 5d is the change in the modulation angular frequency 01 m. In other words, in this example, the clockwise light has undergone amplitude modulation. In the embodiment of FIG. 2, the grating is not used. The optical waveguide 2.3.4.5 is In the vicinity of the intersection area, they are not orthogonal but are connected smoothly so that the directions of the center lines coincide.In the examples shown in Figures 1 and 2, the S/
This was an example in which the /N ratio could be reduced by -1. It is also possible to change the phase. A phase modulator 20 as shown in FIG. 5 is provided for either clockwise or counterclockwise light. Since there is an electro-optic effect in the waveguide, the refractive index changes depending on the electric field. When a voltage is applied to the electrodes 21 and 22, the refractive index of the waveguide in the portion sandwiched between the electrodes changes, and the speed of light changes. Therefore, phase modulation is possible. The magnitude of phase modulation is expressed as b 8 stones ω m [ . The left-handed light and the right-handed light can be expressed respectively as follows. Counterclockwise light Δθ! ((+) [+□) Right-handed light Δ0 i (m 17″b sin m m t ) and −; are calculated.) Then, when square detection is performed with a detector, the output signal phase is Jslbls
It contains a phase of inΔOsln tn m t. J+(b)
is the Bessel function, Ol m is the modulation 1, and '4 lIk number. Therefore, by electrically detecting the same signal using a reference signal having a frequency of l·+m, it is possible to extract sin Δ0. )'J, 1'' The method described is one in which either the left-handed light or the right-handed light is amplitude-modulated or phase-modulated. The optical heterodyne method using the frequency shift of W4 is also ul'
fit': is. FIG. 6 is a schematic diagram of a curved elastic wave generator for utilizing the unique frequency shifting method. A comb-shaped electrode 23 is provided on the side of the optical waveguide 5e.
An alternating current voltage of frequency or m is applied to the drive circuit 24 or the comb-shaped electrodes 23. The substrate 1 is required to have an acousto-optic effect. When an alternating current voltage is applied to the comb-shaped electrode 23, a surface acoustic wave is generated that travels in the direction of the broken line. Since the substrate 1 has an acousto-optic effect, there is a portion where the refractive index changes with the surface acoustic waves. This causes the surface acoustic waves and light to interact. Light is modulated so that the conservation laws regarding wave number and frequency of light and surface acoustic waves hold. The light along the waveguide 5e is directed to the waveguide 5f which is inclined to the waveguide 5e.
, and along with this, the angular frequency becomes (OJ + ω
m). When subjected to such a frequency shift, this light can be expressed as i(Cυ+ωm)t in the optical waveguide 5r. After passing through the optical fiber loop, each light becomes Δθ counterclockwise Etei (“′+T).The sum of these lights is ゛Since the photodiode performs square law detection, the output signal phase of the photodiode is EtF−rcos
(cl)mL−Δ0). This output is electrically compared with the reference signal CQS m m t to extract the phase difference ΔO. Although this method is a signal processing system, it is not easily affected by level drift because it uses the output of a photodetector or an alternating current signal (frequency ωm). Another feature is that the detection range of the phase difference Δ0 is arbitrary. Since the present invention is an optical fiber gyro in which a light guide, a laser diode, a photodiode, and a modulator are monolithically provided on a substrate 1 having an electro-optical effect, the present invention has the following effects. (1) The device is small, lightweight, and resistant to vibration. No optical axis adjustment required. This is because functional elements such as a laser diode, photodiode, guiding waveguide, and modulator are integrated on a single substrate. (2) It is possible to provide an optical fiber gyro with a high SΔ ratio. This is because a modulator such as an optical amplitude modulator, an optical phase modulator, or a frequency shifter is interposed in the optical path of either the right-handed light or the left-handed light. (3) GaAs as a substrate having an electro-optic effect. If a semiconductor such as InP is used, the modulation signal generation circuit and the detection signal electrical processing circuit can also be constructed monolithically.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例に係る光フアイバジャイロの基
板部分の斜視図である。 第2図は本発明の他の実施例に係る光フアイバジャイロ
の基板部分の斜視図である。 第3図は、第2図の内の、方向性結合器型の振幅変調器
の部分のみの拡大平面図。 第4図は、第1図1の内の、マツハツエンダ干渉計型の
振幅変調器部分のみの拡大平面図。 第5図は、イ)γ相変調器を用いた実施例を示す略中曲
図。 第6図は周波数をシフトさせるため、表面弾性発生器を
光導波路近傍に設けたものの略\[面図。 第7図は個別の光学機器を組合わせた公知の光フアイバ
ジャイロの構成を・11す=r=面図。 第8図は公知の光ホモダイン11式の光IC型光ファイ
バジャイロの斜視図。 1・・・・・基   板 2.3,4.5・・・・・光導波路 6.7,8.9・ グレーティング 10  ・レーザダイオード 11・・・変 調 器 12・・・電  極 13・・・−変調信号発生用IC 14フォトダイオード 15・・・検出信号処理用rc 16・・・光ファイバ 17・・変調器 18・・電  極 19・・ 変調信号発生用IC 20・・・・・・位相変調器 21.22・・・・電  極 23・・・・・くし型電極 24・・・・・駆動回路 発  明  者        吉  1) 健  −
横  原  恭  士 小野公三 西  脇  由  和 津野浩− 第1図 7′ 6 第2図 6 第3図 第4図 第5図 第6図 f 第7図 0 第8図 6 頭−27・ 又 0
FIG. 1 is a perspective view of a substrate portion of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a substrate portion of an optical fiber gyro according to another embodiment of the present invention. 3 is an enlarged plan view of only a portion of the directional coupler type amplitude modulator in FIG. 2; FIG. FIG. 4 is an enlarged plan view of only the Matsuhatsu Enda interferometer type amplitude modulator portion in FIG. FIG. 5 is a) a schematic diagram showing an embodiment using a γ-phase modulator; FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a surface acoustic generator provided near the optical waveguide in order to shift the frequency. FIG. 7 is a cross-sectional view of the configuration of a known optical fiber gyro that combines individual optical devices. FIG. 8 is a perspective view of a known optical homodyne 11 type optical IC type optical fiber gyro. 1... Substrate 2.3, 4.5... Optical waveguide 6.7, 8.9, grating 10, laser diode 11... modulator 12... electrode 13, - IC for modulating signal generation 14 Photodiode 15... RC for detection signal processing 16... Optical fiber 17... Modulator 18... Electrode 19... IC for modulating signal generation 20...・Phase modulator 21, 22... Electrode 23... Comb-shaped electrode 24... Drive circuit inventor Yoshi 1) Ken -
Yasushi Yokohara, Kozo Ono, Yu Nishi, Yu Waki, Hiroshi Watsuno - Fig. 1 7' 6 Fig. 2 6 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 f Fig. 7 0 Fig. 8 6 Head - 27. 0

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  ループ状に多数回巻廻された光ファイバと、
少なくとも一部に於て分離された右廻り光用の光導波路
と左廻り光用の光導波路を面上に形成した基板と、該基
板の光導波路上に設けられ右廻り光用導波路、左廻り光
用導波路に同一レーザ光を与えるためのレーザダイオー
ドと、該基板の光導波路上に設けられ光ファイバを通過
した左廻り光、右廻り光を同時に受光検出する受光素子
と、該基板の−Eに設けられ右廻り光、左廻り光のいず
れか一方の光を変調する一変調器とより構成される事を
特徴とする光フアイバジャイロ。
(1) An optical fiber wound many times in a loop,
A substrate on which an optical waveguide for right-handed light and an optical waveguide for left-handed light are formed at least partially separated; a right-handed light waveguide provided on the optical waveguide of the substrate; A laser diode for applying the same laser light to the optical waveguide for circular light; a light receiving element provided on the optical waveguide of the substrate for simultaneously receiving and detecting the counterclockwise light and the clockwise light that have passed through the optical fiber; An optical fiber gyro comprising: a modulator provided at -E for modulating either right-handed light or counter-clockwise light.
(2)基板は電気光学効果を有するものであり、光導波
路の一部が分岐してマツハツエンダ型干渉計を構成して
おり、分岐部に電極を形成し、変調信号発生用ICを基
板上に設け、分岐部に変調用の交流電圧を印加して、一
方の光を振幅変調する事とした特許請求の範囲第(1)
項記載の光フアイバジャイロ。
(2) The substrate has an electro-optic effect, and a part of the optical waveguide is branched to form a Matsuhatsu Enda type interferometer. Electrodes are formed at the branched portions, and a modulation signal generation IC is mounted on the substrate. Claim (1) in which one of the lights is amplitude-modulated by applying an AC voltage for modulation to the branching part.
Optical fiber gyro as described in section.
(3)基板は電気光学効果を有するものであり、光導波
路の一部に光方向性結合器を形成し、光方向性結合器の
導波路−Fに変調用の交流電界を、変調信号発生用IC
によって印加し、一方の光を振幅変調する事とした特許
請求の範囲第(1)項記載の光フアイバジャイロ。
(3) The substrate has an electro-optic effect, and an optical directional coupler is formed in a part of the optical waveguide, and an alternating current electric field for modulation is applied to waveguide -F of the optical directional coupler to generate a modulation signal. IC for
The optical fiber gyro according to claim 1, wherein one of the lights is amplitude-modulated.
(4)  基板は電気光学効果を有するものであり、光
導波路の直線部に電極を設け、変調信号発生用rcによ
り変調用の交流電界を印加し、位相変調することとした
特許請求の範囲第(1)項記載の光フアイバジャイロ。
(4) The substrate has an electro-optic effect, and an electrode is provided on the straight part of the optical waveguide, and an alternating current electric field for modulation is applied by an RC for generating a modulation signal to perform phase modulation. The optical fiber gyro described in (1).
(5)基板は音響光学効果を有するものであり、表面弾
性波を発生させるくし型電極と駆動回路を基板上に設け
、光周波数をシフトさせる変調器を設けた特許請求の範
囲第(])項記載の光フアイバジャイロ。
(5) The substrate has an acousto-optic effect, and a comb-shaped electrode and a drive circuit for generating surface acoustic waves are provided on the substrate, and a modulator for shifting the optical frequency is provided. Optical fiber gyro as described in section.
JP57072275A 1982-04-28 1982-04-28 Optical fiber gyro Pending JPS58189507A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57072275A JPS58189507A (en) 1982-04-28 1982-04-28 Optical fiber gyro
CA000426375A CA1230663A (en) 1982-04-28 1983-04-21 Optical fiber gyro
EP83104040A EP0092831A3 (en) 1982-04-28 1983-04-25 Optical fiber gyro

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57072275A JPS58189507A (en) 1982-04-28 1982-04-28 Optical fiber gyro

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58189507A true JPS58189507A (en) 1983-11-05

Family

ID=13484565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57072275A Pending JPS58189507A (en) 1982-04-28 1982-04-28 Optical fiber gyro

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS58189507A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04265816A (en) * 1990-10-29 1992-09-22 Hughes Aircraft Co Integrated optical gysroscope sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04265816A (en) * 1990-10-29 1992-09-22 Hughes Aircraft Co Integrated optical gysroscope sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6163632A (en) Integrated optical circuit
US4273445A (en) Interferometer gyroscope formed on a single plane optical waveguide
CA1311821C (en) Asymmetric mode filter
EP0502196B1 (en) Optical interference angular velocity meter
EP0092831A2 (en) Optical fiber gyro
JPH0422246B2 (en)
GB2352290A (en) An optical circuit for a fibre optic gyroscope
US5293439A (en) Integrated optical circuit for fiber-optics gyroscopes
CN214375657U (en) Hybrid integrated photoelectric chip, optical modulator and fiber-optic gyroscope
JPH08226822A (en) Optical fiber gyro and optical integrated circuit
JPS58189507A (en) Optical fiber gyro
US6233370B1 (en) Interference measurement apparatus and probe used for interference measurement apparatus
JPH02504080A (en) Integrated optical interferometric fiber gyroscope module
JP3854656B2 (en) Light intensity modulator and light wave distance meter
RU2762530C1 (en) Interferometric fiber-optic gyroscope
JPH0354283B2 (en)
JP3605881B2 (en) Speed sensor head and speed measuring device
JPH0527042B2 (en)
CN112859391A (en) Hybrid integrated photoelectric chip, optical modulator and fiber-optic gyroscope
JPH08297218A (en) Optical integrated circuit and optical fiber gyroscope
JPS62212514A (en) Optical fiber gyroscope
JPS6135486B2 (en)
JPH08297219A (en) Optical integrated circuit and optical fiber gyroscope
JPH0458229A (en) Optical device
JPS6374029A (en) Polarization control device