JPS5879112A - リング干渉計用光学系 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はリング状光路を互いに逆回りに伝搬した２つ
の光の位相差を検出するリング干渉計の光学系に関する
ものである。

一般に、リング状光路が慣性空間に１１ｑかれたとき、
リング状光路を互いに逆回りに伝搬した２つの光の位相
差はザグナ、り効果によりリング状光路の慣性空間に対
する回転角速度に比例する。従って、リング干渉網は慣
性空間に対する回転計として使用できる。

この種のリング干渉計に使用芒れる光学系では。

リング状光路を互いに逆回りに伝搬する２つの光に利す
る光路差が出来るだけ小さい方が望ましい。

このだめ、光学系と（７てｄ、ビームスシリツタ−を用
いて単一の光ビームを２分ｌ〜、リング状光路の両端に
入射させると共に１両端からの出射光を再ヒ同一のビー
ムスシリ、ターにより合ｍｌ〜て。

両川射光による干渉光強度を測定するという光学系が原
理的には考え得る。この原理的な光学系で光間の位相差
をΔθとすると、得られる干渉光強度はｃｏｓ　（Δθ
）により変化する９、このことはΔθが微小なときには
、干渉光強度は殆んど変化せず。

したがって１回転角速度が小さなときには、十分な感度
が期待できないことを意味している。

上述した問題点はリング状光路を互いに逆回りに伝搬す
る２つの光の間に適当な位相差を持たせ。

干渉光強度がｓｉｎ曲線にしだがって変化するように光
学系を構成することによって解決できる。

前記原理的な光学系では、２つの光は同一の光路を互い
に逆方向に通過ｌ〜でいるから、光路内に移相器を配置
したとしても、２つの光はともにとの移相器を通ること
になり２両光間に位相差をもたせることは出来ない。

本発明者等は先に、複数個のビームスシリツタ−を用い
て、２つの光を一旦別々の光路に導いた後２合波する方
法を提案ｔ〜だ１．この方法では１位相差の調整は容易
であるが１両光間に余分な光路差が残存する可能性があ
る。つどのように、余分な光路差があると、鮮明な干渉
稿を得るために、スにクトル幅の狭い光源が要求される
ことになる。

壕だ、光源の中心周波数変動により出力変動が生じると
共に１両光が別々の光路を通るだめ、光学系の温度変動
による出力変動も問題となる３゜この発明の目的はリン
グ状光路をがいに逆回りに伝搬する２つの光を一度別々
の光路に導くにも拘らず、余分な光路差を実質−１，な
くすことができるリング干渉側用光学系を７％供するこ
とである。

この発明の他の目的は２つの光の間に、容易に位相差を
持たせることができるリング干渉計用光学系を提供する
ことである。３ この発明のより他の目的は温度変動性による出力変動を
防止できるリング干渉用光学系を提供することでちる。

次に、この発明のり／グ干渉泪用光学系を図面を参照ｌ
−て説明する。

第１図において、この発明の一実施例に係る光学系１０
は単−半−ドの光ファイバ舌によって構成されるリング
状光路１１及び！１′：導体レーザ、ガスレーザ等によ
って構成される光源１２と共に。

リング干渉計を形成１７ている。リング状光路１１は単
一モードの光ファイバでなくてもよく、且つ。

（′ｌ） 光源１２には、レーザ等の発振器のほかに、光アイソン
ータが含まれていても」二い３、 光源１２からの単一の光ビームはこの発明の光学系を構
成する第１のビームスシリツタ】３にｌｊえられる。ａ
で示す位置に置かれた第１のビームスシリ、り１３は光
源１２からの光ビームを互いに鋭角をなす第１及び第２
の光線に分離する。ここで、第１のビームスシリツタ１
３は回折格子によって構成きれるのが望−１１−い。第
１及び第２の光線は単一の第２のビームスシリツタ１４
に送出さ、ｈ、ｉ２のビームスシリツタ１４では、ｂ及
び０点でそれぞれ第１及び第２の光線を受光する。

このことから、第２のビームスグリ、り１４は第１及び
第２の光線を個々に受光するｂ及び０点をそれぞれ含む
第１及び第２の領域を備えていることがわかる。第２の
ビームスシリツタ１４は、ｂ点に入射した第１の光線の
反射光を取り出Ｉ−でリング状光路１１の一端１６に第
１の伝搬光として送り出し、他方、０点に入射した第２
の光線の透過光を取り出１〜でリング状光路１１の他端
１７に（８） 第２の伝搬光として送り出ｌ−でいる。

第１及び第２０伝搬光は互いに逆回りにリング状光路１
１を伝搬ｌ〜でそれぞれ他端１７及び一端１６を通して
、再度第２のビームスフ０す、夕１４に与えられる。第
２のビームスノリツタ１４は。

他端１７及び一端１６からの第１及び第２の伝搬光をＣ
及びｂ点で受け、第１の伝搬光の反射光及び第２の伝搬
光の透過光をそれぞれ第１及び第２の出力光として出射
する。第１及び第２の出力光の交差する位置ｄには、第
３のビームスフ０す、り１８が設けられており２両者を
合波することにより干渉光強度を得ることができる３、
ここで、第３のビームスシリツタ１８は４０　ＭＨｚ程
度の超音波によって駆動さね７る音響光学変調器によっ
て構成されるのが望ま１７い。このように、音響光学変
調器を用いた場合、超音波・ぐワーを調節することによ
り、その回折効率を５０％程度にすることができ１回折
しない光と回折光とを取り出すことが可能である。この
うち２回折しない光は入射光周波数のまま直進し９回折
光の周波数だけが超音波の周波数に相当する周波数だけ
十又は下にンフＩ・される。両光の強度を調整すること
により、光学系の感度を最適な値にすることができる。

図示した光学系では、第１及び第２の出力光の干渉光を
第１及び第２の受光器２１及び２２でそれぞ１１受光し
て、４０　ＭＨ７，帯域の交流電気信号が生成芒れる３
゜尚、受光器はいずれか一方たけでもよい。子連した交
流電気信号の位相変化はザブナック効果に」：る光の位
相変化に等しくなるので、電気信号の位相測定によって
慣性空間に対する回転角速度を得ることが可能になる。

ここで、第１図に示したリング干渉側用光学系における
光路を考察してみる。リング状光路１１に入射する第１
及び第２の光線と、リング状光路１１から出射する第２
及び第１の出力光とがそれぞれ同一の点す及びＣに与え
られるとすれば、三角形ａｂｃは三角形ｄｂｃと合同に
々る。しだがって、第２のビームスプリッタ１４に対し
て、第１及び第３のビームスシリツタ１３及び１８が対
称の位置に配置されていれば、リング状光路１１を１に
いに逆回りに伝搬した２つの光は互いに別の光路を通る
にも拘らず８両光路間には光路差が全く存在しない１，
１／こ、音響光学変調器を用いることにより、その１駆
動周波数の位相変化として回転角速度が検出されるから
、感度の点でも何等問題が生じない、１ ここで、光学系を構成する第１又は第３のビームスシリ
、り】３又は】８が光線の伝搬方向に距頗ｔＤだけずれ
だ場合を考えてみる。この場合における光路差Δ（Ｊ　
ｉ／ｂ　ａ　ｃ　＝　／：ｂ　ｄ　ｃ−ψとしたとき。

であられすことができる。今、ψ−１，０ｍｒａｄ　。

Ｄ　＝　ｌ　＋ｍｎとすると、Δ６＝５０ｎｍとなり、
実際上無視することができる１つしたがって、この実施
例では各要素が理想位置からずれた場合にも光路差は極
めて少ないことがわかる。更に、ψが小さいだめ、リン
グ状光路１１を互いに逆回りに伝搬する光が分離されて
いる部分でも、〃いの光路は近接（〜でおり、従って光
学系の温度変動に対する干渉光強度変動も低減てれる。

（１１） 上に述べた実施例は、第：３のビーノ・メン０リツタ１
８として音響光学変調器をＩ’１１いた場合について説
明したが、第３のビームスフ０リツタ１−８トＩ、テ回
折格子を使用することも「１丁能である１、この場合。

２つの光線の光路差Δｅを光源１２からの尤ビームの波
長の１／４の全数倍に等Ｌ　くすることにより。

感度に対する問題点を解消することができる７、１だ、
第２のビームスフ０リツタ１４も回折格子で構成１７て
もよい。

次に、第１乃至第３のビームスシリ、り１３゜１４、及
び１８は全て音響光学変調器で構成するととも可能であ
る。この発明のリング干渉計用光学系は微小光学部品あ
るいに１光集積回路によっても構成可能である。

第２図を参照すると、この発明の他の実施例に係るリン
グ干渉計用光学系を含むリング干渉計が示きれている。

ここで、第１図と対応する部分には同一の参照符号が利
されている１、この実施例では、光源１２から互いに独
７７、な２つの偏゛波１例對−ば、直交する２つの直線
偏波を含ｔｊ−光ビーｌ、を第（１２） １のビームスプリッタ１：３に送出する。第２図の場合
、小円によってＳ偏波を示し、小棒によってＰ偏波を示
している。

第２図において、第２のビームスシリ、り１４とリング
状光路１１の一ψ：！ａ　Ｉ　６との間、及び第２のビ
ームスノリ、り１４とリング状光路１１の他端１７との
間には、それぞれ２つの偏波状態を分離する第１及び第
２の偏波分波器２：３及び２４が設けられている１、各
偏波分波器２３　、２４においては　））偏波をリング
状光路ＩＩに伝搬光として送出すると共に、Ｓ偏波をリ
ング状光路１１とは別に設けられた伺加光路、ここでＣ
１，参照光光路２５に対して、第１及び第２の偏波光と
して送出する。第１及び第２の偏波光は参照光光路２５
を互いに逆向き伝搬１７て第２及び第１の偏波分波器２
４及び２３にそれぞれｂえられる１、各偏波分波器２４
．２３では、リング状光路ＩＪからの第１及び第２の出
力光と共に、第２及び第１の偏波光を第２のビームスシ
リツタ１４を介して、第３のビームスプリッタ１８に送
出する。この実施例における第３のビームスプリッタ１
８は音響光学変調器によって構成されており、第１及び
第２の出力光から得られた干渉光を第３の偏波分波器２
８により第１及び第２の受光器２１及び２２に与えると
共に、第１及び第２の偏波光から得られた干渉光を第３
の偏波分波器２８により第３及び第４の受光器２６及び
２７にそれぞれ供給する。

このように、参照光光路２５を伝搬した偏波光の干渉強
度の変化を参照することによって、温度変化による光学
系の変動を検出できる。１〜だがって、参照光光路２５
から得られる位相変動に応じて、リング状光路１１から
得られる結果を補正すれば、温度変動に対する位相変動
を著しく低減できる。尚、第２図に示す実施例は第２の
スプリッタ１４の代りに、複数個のビームスプリッタを
置き換えだ従来の光学系にも適用可能であり、光集積回
路によって構成することも可能である。

以上述べたとおり、この発明に係るリング干渉計用光学
系では、リング状光路を互いに逆回りに伝搬する２つの
光を別々の光路に導くにも拘らず。

両者の光路差を十分に低減ｊ〜、１１つ２両光が分離し
ている部分でも近接ｌ−て伝搬式せることが可能になる
。このだめ、光源のス被りトル幅やその中心周波数の安
定性に勾する四求が緩和されるほか。

光学系の温度変動による出力変動イ）軽減でき、且つ、
その量の測定も１■能である。史に２両光が別々の光路
を通る部分があるため９両光間のｒ立相差の調整も簡単
に行え、５ｉｎ（Δθ）に比例しだ出力を得ることも可
能である。、このだめの一方法とし−で。

上記式を利用ｌ〜て、第１及び第ニーのビーノ、スジリ
ッタ１３及び１８の位置を調整］７て両光間にπ／２の
位相差をりえればよい３３′１だ９両光を別々の光路に
導くことが不可避である光へテロゲイン法を用いて、交
流信号を高精度に取り出すことが可能となる。

尚、実施例では、第２のビームスシリ、り１４において
、第１の光線の反射光、第２の光線の透過光を取り出す
揚台を説明した。しかしながら。

この発明は何等これに限定きれること々〈、第２のビー
ムスシリツタ１４で、第１の光線の透過光（１５） あるいは２両光線の反射光又は透過光を取り出すように
してもよい。更に、第２のビームスプリ。

り１４は単一のビームスシリツタでなくても、並行に並
へられた２つのビームスシリツタヲ用い。

各ビームスシリツタトに第１及び第２の領域を形成して
も」：い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るリング干渉計用光学
系を説明するだめの概略図及び第２図はこの発明の他の
実施例に係るリング干渉計用光学系を説明するだめの・
限略図である。 記号の説明 １１：リング状光路、１２：光源、１３：第１のビーム
スプリッタ、１４：第２のビームスシリツタ、１６及び
１７：リング状光路の一端及び他端、１８：第３のビー
ムスノリ、り、２１，２２゜２６．２７：受光器、２３
：第１の偏波分波器。 ２４：第２の偏波分波器、２８：第：３の偏波分波器 手続補正書（自発） 昭和？Ｚ年メメ月ｊθ日 特許庁長官　島　日」　春　樹　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１７７０４１号 ２、発明の名称 リング干渉側用光学系 ６　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （ほか２名） ４代理人　〒１０５ 住　所　東京都港区西新橋１丁目４番１０号５　補正の
対象 ６、補正の内容 イ）発明の詳細２！ｉ：説明 １）明細書第７頁１１行１］［−干渉１と［用−１との
間に１割−１を加える３゜ ２）明細書第１６員４〜５　’＃−ｊ　Ｃ１ｌ−並行］
を１−−−〜直線−４翻と改める。 　２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リング状の光路を備えだリング干渉網に使用される
   光学系において、一本の光ヒームを受け。 該光ビームを互いに鋭角をなす第１及び第２の光線に分
   離］〜で出射する光分離手段と；第１及び第２の領域を
   備え、前記第１及び第２の光線を前記第１及び第２の領
   域でそれぞれ受け、前記第１の光線の反射光及び透過光
   のうちいずれか一方を第１の伝搬光と１−て取り出（〜
   、且つ、前記第２の光線の反射光及び透過光のうちいず
   れか一方を第２の伝搬光と１〜で取り出ｌ〜、前記第１
   及び第２の伝搬光を前記光路に対して互いに逆方向に入
   射伝搬させると共に、前記光路を出射した第１及び第２
   の伝搬光を前記第２及び第１の領域でそれぞれ受光し、
   前記第１及び第２の伝搬光の反射光及び透過光をそれぞ
   れ選択して第１及び第２の出力光を取り出すビームスプ
   リッタ−と；前記第１及び第２の（１） 出力光を受け１両出力光を合成して干渉光を取り出す光
   抽出手段とを有することを特徴とするリング干渉計用光
   学系。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記光抽出手段か
   前記ビームスプリッタ−に対して、前記光分離手段と実
   質上対称的々位置に設けられているリング干渉言１用光
   学系。 ３　特許請求の範囲第１項において、前記第１及び第２
   の光線に対する前記光分離手段から前記光抽出手段に至
   る光路長の差が実質」−前記光ビームの波長の１７４の
   奇数倍に等ｉ〜くなる」＝うに、前記光分離手段及び光
   抽出手段の位置が選択されていることを特徴とするリン
   グ干渉泪用光学系１゜４、特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかにおいて、前記光分離手段、前記ビーム
   スシリツタ−２及び前記光抽出手段の少なくとも−っは
   回折格子によって形成これていることを特徴とするリン
   グ干渉計用光学系。 ５　特許請求の範囲第１項又は第２項において。 前記光分離手段、ビームスプリッタ−２及び光抽山手段
   の少なくとも一つは音響光学変調器を含むことを特徴と
   するリング干渉ａｌ用光学系４゜６　特許請求の範囲第
   １項乃至第：３項のいずれか一つにおいて、前記リング
   状光路が尤ファイバによって構成されていることを！１
   寺徴とするリング干渉側用光学系。 ７　特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一つに
   おいて、前記光分離手段、前記ビームスプリ、ター、前
   記光抽出手段、及び前記リング状光路の少なくとも一部
   は光集積回路によって形成されているリング干渉計用光
   学系３． ８　リング状光路を備えたリング［渉泪用光学系におい
   て、互いに独立７２つの偏波を含む光ビームを受け、前
   記リング状光路を仏いに逆方向に伝搬する第１及び第２
   の光線を得る光学手段と。 前記第１の光線を各偏波１σに２分し、−方を前記リッ
   タ状光路への入射光とＩ〜で送出すると共に。 他方を第１の偏波光として取り出す第１の分波手段と、
   前記第２の光線を各偏波１θに２分し、一方を前＝ａ　
   ＩＪング状先光路の入射光と１．て送出すると共に、他
   方を第２の偏波光として取り出す第２の分波手段と、前
   記第１及び第２の分波手段に結合され、前記第１及び第
   ２の偏波光を互いに逆方向に伝搬させる付加光路とを備
   え、前記第１及び第２の分波手段では、前記付加光路を
   通ｉ〜で与えられる前記第２及び第１の偏波光をそれぞ
   れ前記リング状光路からの出力光とともに前記光学手段
   に導き、前記光学手段でば＋　＝１１記第１及び第２の
   偏波光及び前記リング状光路からの出力光とを別々に抽
   出ｊ〜で、２種類の偏波状態を個々に検出する検出手段
   により、各偏波の干渉状態を検出することを特徴とする
   リング干渉計用光学系。。 ９、特許請求の範囲第８項において、前記リング状光路
   、前記光学手段、前記第１及び第２の分波手段の少なく
   とも一部は光集積回路によって形成されていることを特
   徴とするリング干渉側用光学系。