JPS58216909A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS58216909A JPS58216909A JP57100975A JP10097582A JPS58216909A JP S58216909 A JPS58216909 A JP S58216909A JP 57100975 A JP57100975 A JP 57100975A JP 10097582 A JP10097582 A JP 10097582A JP S58216909 A JPS58216909 A JP S58216909A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- optical
- optical fiber
- light
- phase shifter
- 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
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電気光学効果を有する基板上に光学系を構
成する素子を集積化し、かつ同一基板中に、電気光学効
果を利用したフェーズシフタを設けた光フアイバジャイ
ロに係る。
成する素子を集積化し、かつ同一基板中に、電気光学効
果を利用したフェーズシフタを設けた光フアイバジャイ
ロに係る。
光フアイバジャイロは、物体の回転角速度を測定する装
置として有用である。
置として有用である。
第5図によって、従来の光フアイバジャイロの基本的な
構造を説明する。
構造を説明する。
レーザ41から出たコヒーレントな光は、ビームスプリ
ッタ42で2本の光束に分けられ、集光レンズ43によ
って絞られて、シングルモードの光ファイバよりなる光
フアイバループ44の両端へ入射する。それぞれの光束
は、光フアイバループ44の中を時計廻り(CW)に或
は、反時計廻り(CCW )に通過し、光フアイバルー
プの反対側の端から出射して、集光レンズ43、ビーム
スプリッタ42を経て、再び1本の光束となって、光検
出器45に入る。
ッタ42で2本の光束に分けられ、集光レンズ43によ
って絞られて、シングルモードの光ファイバよりなる光
フアイバループ44の両端へ入射する。それぞれの光束
は、光フアイバループ44の中を時計廻り(CW)に或
は、反時計廻り(CCW )に通過し、光フアイバルー
プの反対側の端から出射して、集光レンズ43、ビーム
スプリッタ42を経て、再び1本の光束となって、光検
出器45に入る。
光フアイバループが静止していれば、時計触り光、反時
計廻り光に光路差はないから、位相差もない。光フアイ
バループか回転していると、回転角速度に比例した位相
差Δφが現われる。
計廻り光に光路差はないから、位相差もない。光フアイ
バループか回転していると、回転角速度に比例した位相
差Δφが現われる。
時計廻り光の振幅、反時計廻り光の振幅は理想的には等
しく、光の角周波数をωとすると、時計廻り光の波動を E、 e + (tr)【 +Δφ/2)
(1)と表し、反時計廻り
光の波動を Eoe 1 (o)[−Δφ/ 2 )
(2)とすると、光検出器の出
力は、両者の和の2乗に等しいので、 1+lLl oc Eo (l−1−cosΔφ)(3
)となる。
しく、光の角周波数をωとすると、時計廻り光の波動を E、 e + (tr)【 +Δφ/2)
(1)と表し、反時計廻り
光の波動を Eoe 1 (o)[−Δφ/ 2 )
(2)とすると、光検出器の出
力は、両者の和の2乗に等しいので、 1+lLl oc Eo (l−1−cosΔφ)(3
)となる。
出力は、匪Δφの項を持つ。Δφが小さい時、郭Δφの
変化分はΔφの2乗で、極めて小さい。
変化分はΔφの2乗で、極めて小さい。
つまりΔφが小さい時、感度が低い。
むしろS石Δφの形で出力に含まれるようにすべきであ
る。2つの光束を分離し、一方の位相をπ/2だけずら
せは、このような函数形の光出力を得る。
る。2つの光束を分離し、一方の位相をπ/2だけずら
せは、このような函数形の光出力を得る。
第6図はそのような従来例に係る光フアイバジャイロの
平面図である。
平面図である。
レーザ41の光を、ビームスプリッタ42で2光束に分
け、集光レンズ43を通して、シングルモード光ファイ
バループ44に入射する点は第5図の例と共通する。
け、集光レンズ43を通して、シングルモード光ファイ
バループ44に入射する点は第5図の例と共通する。
ビームスプリッタ42の他に、新しく3つのビームスプ
リッタ46 、46 、47を、正方形の四角に対応す
るよう配置している。正方形の相対する2辺を時計廻り
光、或は反時計廻り光か通過する。つまり、時計廻り、
反時計廻りの光路が分離されている。一方の光路にフェ
ーズシフタ48を介装して、レーザ光の位相をπ/2だ
けシフトさせている。
リッタ46 、46 、47を、正方形の四角に対応す
るよう配置している。正方形の相対する2辺を時計廻り
光、或は反時計廻り光か通過する。つまり、時計廻り、
反時計廻りの光路が分離されている。一方の光路にフェ
ーズシフタ48を介装して、レーザ光の位相をπ/2だ
けシフトさせている。
シフトさせた波動は: (2)の代わりにi(c++L
+“/2−”φ/2)(4)Eo e と書ける。(1)と(4)とを加え、2乗すると、光検
出器45の出力l2(L)を得る。T2(L)は、l2
(l cc”’0 (1+ sin Δφ )(5
)である。
+“/2−”φ/2)(4)Eo e と書ける。(1)と(4)とを加え、2乗すると、光検
出器45の出力l2(L)を得る。T2(L)は、l2
(l cc”’0 (1+ sin Δφ )(5
)である。
従来の光フアイバジャイロは、しかしながら、次のよう
な難点があった。
な難点があった。
(1) 光学系の不安定性か原因で、光検出器の出力
かドリフトする。
かドリフトする。
レーザ、ビームスプリッタ、集光レンズ、光ファイバ等
が独立した要素となっているから、これら要素の相対的
な位置変動か起る。
が独立した要素となっているから、これら要素の相対的
な位置変動か起る。
相対位置が変動すると、光ファイバの結合効率が変動し
、光検出器の出力がドリフトする。
、光検出器の出力がドリフトする。
いまひとつの理由がある。光検出器面上での時計廻り光
と反時計廻り光の重なり部分の面積が変動し、光検出器
出力がドリフトする。
と反時計廻り光の重なり部分の面積が変動し、光検出器
出力がドリフトする。
(1+sinΔφ)を検出する方式であっても、光検出
器出力の直流分を観測しているわけであるから、光学系
の不安定に基く出力のドリフトと、位相差Δφの変化と
を区別することができない。ドリフトがあれば、Δφを
測定する上で誤差を生じる原因となる。
器出力の直流分を観測しているわけであるから、光学系
の不安定に基く出力のドリフトと、位相差Δφの変化と
を区別することができない。ドリフトがあれば、Δφを
測定する上で誤差を生じる原因となる。
(2) 製作、組立が難しい。
従来の光フアイバジャイロは、ディスクリートな光学部
品で光学系を構成していた。このため、組立時の光軸調
整が難しかった。
品で光学系を構成していた。このため、組立時の光軸調
整が難しかった。
(3) フェーズシフタの角度調整が離しい。
従来の光フアイバジャイロに於て、フェーズシフタは、
平行なガラス板を傾斜させ、光路方向の実質的な厚みを
調整して、所望の位相差π/2を得ようとしていた。し
かし、光の波長は極めて短かく、位相差π/2を正確に
与えることは難しい。ガラス板の角度を変えると、光検
出器の出力がドリフトする。
平行なガラス板を傾斜させ、光路方向の実質的な厚みを
調整して、所望の位相差π/2を得ようとしていた。し
かし、光の波長は極めて短かく、位相差π/2を正確に
与えることは難しい。ガラス板の角度を変えると、光検
出器の出力がドリフトする。
本発明は、このような難点を克服した光フアイバジャイ
ロを与える事を目的とする。
ロを与える事を目的とする。
本発明の光フアイバジャイロは、1つの電気光学効果を
有する基板」二に、光導波路、光分岐素子、フェーズシ
フタ等をフォトリソグラフィ技術により作製し、発光素
子、受光素子は基板端面に貼付けるか、又は基板上に設
はモノリシック化する。
有する基板」二に、光導波路、光分岐素子、フェーズシ
フタ等をフォトリソグラフィ技術により作製し、発光素
子、受光素子は基板端面に貼付けるか、又は基板上に設
はモノリシック化する。
以下、実施例を示す図面によって説明する。
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
平面図である。
平面図である。
電気光学効果を有する基板1の上に、縦、横に平行な2
本つつの光導波路2を設ける。
本つつの光導波路2を設ける。
光導波路2は、4箇所で直交し、直交部には、光分岐素
子3を作製する。光分枝素T−3は4つあって、正方形
の角に位置する。光導波路2は、分離されているので、
一方の光の光導波路の途中にフェーズシフタ6を設けて
いる。
子3を作製する。光分枝素T−3は4つあって、正方形
の角に位置する。光導波路2は、分離されているので、
一方の光の光導波路の途中にフェーズシフタ6を設けて
いる。
基板1の材料としては、例えば、L i N+)03結
晶を用いることができる。
晶を用いることができる。
光導波路2は、例えは゛r1拡散法によって作製できる
。周囲よりも屈折率の高い部分を線状に作って、光導波
路とする。
。周囲よりも屈折率の高い部分を線状に作って、光導波
路とする。
光分岐素子3はこの例では回折格子を用いている。基板
の」−に機械的手段で、平行な格子線を刻み、回折格子
とする事ができる。しかし、より簡単なのは、フォトリ
ソグラフィ技術を用いることである。光導波路よりも屈
折率の低いフォトレジストを、光導波路の直交部に塗布
し、三光束干渉露光法で、所望の間隔を有する干渉縞を
露光し、未硬化のフォトレジストを洗い流すようにする
。
の」−に機械的手段で、平行な格子線を刻み、回折格子
とする事ができる。しかし、より簡単なのは、フォトリ
ソグラフィ技術を用いることである。光導波路よりも屈
折率の低いフォトレジストを、光導波路の直交部に塗布
し、三光束干渉露光法で、所望の間隔を有する干渉縞を
露光し、未硬化のフォトレジストを洗い流すようにする
。
こうして、フォトレジストによる回折格子を作製し、光
分岐素子3とする事ができる。
分岐素子3とする事ができる。
発光素子4は、レーザダイオード、スーパールミネッセ
ントダイオードなとをチップのまま、基板4の端面に貼
付ける。もちろんチップをケースの中へ収納したものを
基板4の端面に貼付けてもよい。基板と発光素子4とが
強く固着されている、という事が必要なのである。
ントダイオードなとをチップのまま、基板4の端面に貼
付ける。もちろんチップをケースの中へ収納したものを
基板4の端面に貼付けてもよい。基板と発光素子4とが
強く固着されている、という事が必要なのである。
受光素子5は、通常のシリコンホトダイオードを使うこ
とができる。チップ又は適当なケースに入った素子を基
板の端面の光導波路2の終端に貼付ける。受光素子とし
て、GaA7As などの化合物半導体のホトダイオー
ドを使用しても良い。
とができる。チップ又は適当なケースに入った素子を基
板の端面の光導波路2の終端に貼付ける。受光素子とし
て、GaA7As などの化合物半導体のホトダイオー
ドを使用しても良い。
フェーズシフタ6は、分離された先導波路2の両側に平
行に設けた電極7と、電極7の間に直流電圧を印加する
電源8とよりなる。電源は基板1の外部にあり、適当な
リード線で電極7と接続される。
行に設けた電極7と、電極7の間に直流電圧を印加する
電源8とよりなる。電源は基板1の外部にあり、適当な
リード線で電極7と接続される。
電極7として、例えばA7をコーティングしたものを用
いる事ができる。
いる事ができる。
電極7の間に直流電圧を印加すると、基板1の、電極7
で挾まれる部分に強い電界が生じる。基板1は電気光学
効果を有するので、電界に比例して、屈折率が変化する
。光導波路2は、Ti拡散等により、基板の他の部分よ
り屈折率を大きくし、光をとしこめるものであるが、電
界によって屈折率が変化すると、ここを通過する光の速
度が変化する。
で挾まれる部分に強い電界が生じる。基板1は電気光学
効果を有するので、電界に比例して、屈折率が変化する
。光導波路2は、Ti拡散等により、基板の他の部分よ
り屈折率を大きくし、光をとしこめるものであるが、電
界によって屈折率が変化すると、ここを通過する光の速
度が変化する。
飄
印加する電圧を調節すれば、任意の位相シフトを与える
ことかできる。
ことかできる。
光フアイバループ9は、シングルモード光ファイバを多
数回巻回したもので、両端は、基板1の光導波路2の端
面に接続される。ロッドレンズなどを用いて、光導波路
の光を絞って、光フアイバループ9へ入射するようにし
ても良い。
数回巻回したもので、両端は、基板1の光導波路2の端
面に接続される。ロッドレンズなどを用いて、光導波路
の光を絞って、光フアイバループ9へ入射するようにし
ても良い。
基板1の材料としては、電気光学効果を有するものであ
れば良い。
れば良い。
LiNb0a 、 Bit2SiOzoなどの誘電体材
料、又はGaAs 、 InP などの化合物半導体
を基板材料とする事ができる。
料、又はGaAs 、 InP などの化合物半導体
を基板材料とする事ができる。
化合物半導体を基板として使用すれば、第2図に示すこ
とく、全ての光学素子を同一基板」二に作製できる。モ
ノリシック化か可能である。
とく、全ての光学素子を同一基板」二に作製できる。モ
ノリシック化か可能である。
第2図の実施例は、n型GaAsを基板1として用いる
。
。
発光素子4はGaAJAs系のレーザダイオードで前例
と同しであるが、基板の端面ではなく、基板1上の光導
波路2の上に設けである。
と同しであるが、基板の端面ではなく、基板1上の光導
波路2の上に設けである。
基板Jは、下から順に電極10、厚いn −GaAs層
11、n −Gao4A、10.sAsAs層、及びn
−GaAsの光導波層13より成る。
11、n −Gao4A、10.sAsAs層、及びn
−GaAsの光導波層13より成る。
受光素子5はシリコンホトタイオードてはなく、GaA
s系のホトダイオードである。
s系のホトダイオードである。
光導波路2 (A −Gao、2AJo、g As層で
ある。先導波路2の−1−に形成された受光素子5は、
下から順に、n −GaAs層(吸収層)15、P −
Ga o、2Al!0.8AS層16、P −GaAs
層17及び電極18よりなる。
ある。先導波路2の−1−に形成された受光素子5は、
下から順に、n −GaAs層(吸収層)15、P −
Ga o、2Al!0.8AS層16、P −GaAs
層17及び電極18よりなる。
受光素子と発光素子の構造が対応するので、1個のGa
NAs系基板からフォトリングラフィ技術によって、全
光学系をモノリシックに作製できる。
NAs系基板からフォトリングラフィ技術によって、全
光学系をモノリシックに作製できる。
第1図、第2図の例では、分岐素子3として、回折格子
を用いている。分岐素子としては、これに限られるもの
ではない。
を用いている。分岐素子としては、これに限られるもの
ではない。
第3図に示すようなY型分岐方式20を用いる事もてき
る。
る。
さらに、第4図に示すような、エバネツセント結合方式
21を用いる事もてきる。2本の光導波路22.23か
近接して設けられる時、エノにネツセント波か一方光導
波路から他方の導波路へと伝わり、エネルギーを伝達す
ることができる。これによって分岐素子を構成できる。
21を用いる事もてきる。2本の光導波路22.23か
近接して設けられる時、エノにネツセント波か一方光導
波路から他方の導波路へと伝わり、エネルギーを伝達す
ることができる。これによって分岐素子を構成できる。
効果を述べる。
(1)光学系を1つの基板上に集積化したので、小型、
軽量、高信頼性、高安定性の光フアイバジャイロを得る
ことができる。
軽量、高信頼性、高安定性の光フアイバジャイロを得る
ことができる。
(2) 光学系の光軸調整要素が全く不要になるか、
著しく少なくなる。従って製作、組立か容易となる。
著しく少なくなる。従って製作、組立か容易となる。
(3)位相シフト用を、電圧により連続的に制御する事
ができる。位相シフト量の調整か容易である。低角速度
域で、高感度の光フアイバジャイロを得る。
ができる。位相シフト量の調整か容易である。低角速度
域で、高感度の光フアイバジャイロを得る。
本発明の光フアイバジャイロは、自動車、船舶、航空機
に搭載し、回転角速度、回転変位を測定する為に用いる
事ができる。
に搭載し、回転角速度、回転変位を測定する為に用いる
事ができる。
さらに、ロボット等の移動体に搭載して、移動体の位置
を検出するための位置センサとして使用できる。
を検出するための位置センサとして使用できる。
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
全体平面図。 第2図は本発明の他の実施例にかかる光フアイバジャイ
ロの光学素子部分を同一基板上へモノリシックに作製し
たものの斜視図。 第3図はY型分岐方式による光分岐素子の略平面図。 第4図はエバネッセント結合方式による光分岐素子の略
平面図。 第5図は従来例にかかる光フアイバジャイロの基本的光
学系構成図。 第6図はフェーズシフタを用いる従来例の光フアイハン
ヤイロの基本的光学系構成図。 1・・・・・基 板 2・・・・光導波路 3 ・・・光分岐素子 4 ・・発光素子 5・・・・・・受光素子 6・・・・・フェーズシフタ 7・・・・・電 極 8・・・・・電 源 9・・・・光フアイバループ 】0・・・・・電 極 11・・・n −GaAs層 12 、、・・・−n−Gao、2Al!o、gAsA
lB12− n −GaAs層 14、、、−− n−Gao、zAt!o、aAs層1
5 ・・・n −GaAs層 15−’ P −Gao、2Al!o、++As層17
− P−GaAs層 18・・・・・電 極 20・・・・・Y型分岐方式分岐素子 21・・・・エバネツセント結合方式分岐素子発 明
者 吉 1) 健 −横原恭士 小 野 公 三 西 脇 由 和 津 野 浩 − 第1 図 第4図
全体平面図。 第2図は本発明の他の実施例にかかる光フアイバジャイ
ロの光学素子部分を同一基板上へモノリシックに作製し
たものの斜視図。 第3図はY型分岐方式による光分岐素子の略平面図。 第4図はエバネッセント結合方式による光分岐素子の略
平面図。 第5図は従来例にかかる光フアイバジャイロの基本的光
学系構成図。 第6図はフェーズシフタを用いる従来例の光フアイハン
ヤイロの基本的光学系構成図。 1・・・・・基 板 2・・・・光導波路 3 ・・・光分岐素子 4 ・・発光素子 5・・・・・・受光素子 6・・・・・フェーズシフタ 7・・・・・電 極 8・・・・・電 源 9・・・・光フアイバループ 】0・・・・・電 極 11・・・n −GaAs層 12 、、・・・−n−Gao、2Al!o、gAsA
lB12− n −GaAs層 14、、、−− n−Gao、zAt!o、aAs層1
5 ・・・n −GaAs層 15−’ P −Gao、2Al!o、++As層17
− P−GaAs層 18・・・・・電 極 20・・・・・Y型分岐方式分岐素子 21・・・・エバネツセント結合方式分岐素子発 明
者 吉 1) 健 −横原恭士 小 野 公 三 西 脇 由 和 津 野 浩 − 第1 図 第4図
Claims (2)
- (1)光フアイバジャイロの光学系を構成する光導波路
、光分岐素子、発光素子、受光素子及びフェーズシフタ
を電気光学効果を有する基板上に作製し、フェーズシフ
タは分離された光導波路の両側に電極を設け、電極間に
電圧を印加するものとした事を特徴とする光フアイバジ
ャイロ。 - (2)基板が化合物半導体GaA sの単結晶でGaA
t!As系のレーザダイオード、ホトダイオードが基板
上にモノリシックに構成されている特許請求の範囲第(
1)項記載の光フアイバジャイロ0
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57100975A JPS58216909A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 光フアイバジヤイロ |
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 |
---|---|---|---|
JP57100975A JPS58216909A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58216909A true JPS58216909A (ja) | 1983-12-16 |
Family
ID=14288347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57100975A Pending JPS58216909A (ja) | 1982-04-28 | 1982-06-11 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58216909A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04265816A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-09-22 | Hughes Aircraft Co | 集積光学ジャイロスコープセンサ |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4273445A (en) * | 1978-08-23 | 1981-06-16 | Rockwell International Corporation | Interferometer gyroscope formed on a single plane optical waveguide |
JPS5694680A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-31 | Thomson Csf | Method and device for modulating phase |
JPS56125611A (en) * | 1980-01-17 | 1981-10-02 | Int Standard Electric Corp | Rotary speed measuring device using sagnac effect |
-
1982
- 1982-06-11 JP JP57100975A patent/JPS58216909A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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