JPS5963514A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents
光フアイバジヤイロInfo
- Publication number
- JPS5963514A JPS5963514A JP57174332A JP17433282A JPS5963514A JP S5963514 A JPS5963514 A JP S5963514A JP 57174332 A JP57174332 A JP 57174332A JP 17433282 A JP17433282 A JP 17433282A JP S5963514 A JPS5963514 A JP S5963514A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- birefringent crystal
- optical fiber
- transmitted
- loop
- 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
Links
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
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (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】
不元明はジャイロスコープとくに光ファイバと簡便な光
回婚とによって構成する光フアイバジャイロスコープに
関するものである。
回婚とによって構成する光フアイバジャイロスコープに
関するものである。
運動体の回転運動を検出するジャイロスコープ（ジャイ
ロ）（ま、％ ４Ｊａの航空機、船舶号に使われる航法
装置力うちで必要欠くべからざる重要な部品である。現
在、一般的に芙出されているジャイロの方式は、ジャイ
ロロータを旨速回転することにより、この回転軸が慣性
空間で一足方向を保つことを利用した機械式のものであ
る。し力）しながらこの種のジャイロは、高速υ）１幾
株回転を利用Ｔるために寿命が極度に短く、面精度の・
機械〃ロエ技術を要し、価格が高いという難点がある。
ロ）（ま、％ ４Ｊａの航空機、船舶号に使われる航法
装置力うちで必要欠くべからざる重要な部品である。現
在、一般的に芙出されているジャイロの方式は、ジャイ
ロロータを旨速回転することにより、この回転軸が慣性
空間で一足方向を保つことを利用した機械式のものであ
る。し力）しながらこの種のジャイロは、高速υ）１幾
株回転を利用Ｔるために寿命が極度に短く、面精度の・
機械〃ロエ技術を要し、価格が高いという難点がある。
機緘的な構成によらず、光学的な構成になるもののひと
つとして、近年、光ファイバの低損失化が、すすんでき
たこと（こよって、これを長尺にしても充分に高い透過
率が得られることから、円形に巻いた光−ノアイバの入
出射端両側より光を入射させ、出射光の位相差を干渉に
よって測足し、光ファイバの受けている回転角速度を検
出する、謂ゆる光フアイバジャイロの開発が、すすめら
れている。ｙ０ファイバレーサジャイロの基本光学系は
第１図に示すよのなもので、１はレーザ、２は長尺の単
一モード光ファイバ、３は光検出器、４はビームスプリ
ッタである。レーザ１の発振光はビームスプリンタ４に
まって２分され、２分さｒした光はそれぞれ単一モード
°光ファイバ２の両端力）ら入射さｚｃ ６ｏ単−モー
ド光フアイバ２のループを右回りに伝搬した光は、再び
ビームスプリッタ４によって干渉され、光検出器３によ
って干渉光強度が測定される。この光学系が単一モード
光ファイバループの園内でΩの角速度で回転していると
、左右両回りの光波の間には、 △φ＝４πＬＲ／（ｃλ）・Ω （１）
の位相差が生ずる。ここで、ＪＲは単一モード光ファイ
バ長さおよびループの半径であり、ｃ。
つとして、近年、光ファイバの低損失化が、すすんでき
たこと（こよって、これを長尺にしても充分に高い透過
率が得られることから、円形に巻いた光−ノアイバの入
出射端両側より光を入射させ、出射光の位相差を干渉に
よって測足し、光ファイバの受けている回転角速度を検
出する、謂ゆる光フアイバジャイロの開発が、すすめら
れている。ｙ０ファイバレーサジャイロの基本光学系は
第１図に示すよのなもので、１はレーザ、２は長尺の単
一モード光ファイバ、３は光検出器、４はビームスプリ
ッタである。レーザ１の発振光はビームスプリンタ４に
まって２分され、２分さｒした光はそれぞれ単一モード
°光ファイバ２の両端力）ら入射さｚｃ ６ｏ単−モー
ド光フアイバ２のループを右回りに伝搬した光は、再び
ビームスプリッタ４によって干渉され、光検出器３によ
って干渉光強度が測定される。この光学系が単一モード
光ファイバループの園内でΩの角速度で回転していると
、左右両回りの光波の間には、 △φ＝４πＬＲ／（ｃλ）・Ω （１）
の位相差が生ずる。ここで、ＪＲは単一モード光ファイ
バ長さおよびループの半径であり、ｃ。
λは真空中の光波の速度及び波長である。長尺な光ファ
イバを用いることによって感Ｖを増大させることができ
る。干渉光強度Ｐは、 ｐ ｏｃ ｌ 十ＣＯ３Δφ （
２）で与えられる。この干渉光強度を検出することによ
って位相差△φ、これから得られ６回転角速度Ωを測定
することができる。
イバを用いることによって感Ｖを増大させることができ
る。干渉光強度Ｐは、 ｐ ｏｃ ｌ 十ＣＯ３Δφ （
２）で与えられる。この干渉光強度を検出することによ
って位相差△φ、これから得られ６回転角速度Ωを測定
することができる。
元ファイバループの受け６回転角速度が微小な場せ、す
なわち左右両回りの光波間ζこ生ずる位相差が極めて小
さい場曾、（２）式から判るように干渉光強ＨＰはΔφ
の余弦関舷であ６ため、その変化は小さく感度が非常ｌ
こ低いも０月こなってしまう。
なわち左右両回りの光波間ζこ生ずる位相差が極めて小
さい場曾、（２）式から判るように干渉光強ＨＰはΔφ
の余弦関舷であ６ため、その変化は小さく感度が非常ｌ
こ低いも０月こなってしまう。
これを解決するために通常考えられている方法のひとつ
は、（１）式で示される左右両回りの光波の間の位相差
に９０の位相差バイアスを与える、（２）式の干渉光強
度の感度を最大となるようにすることである。これを光
学系で実現するには、爾１図でビームスプリッタ４から
単一モード光ファイバのいづれか一方の入射端に向う光
路中に透過方向をこよって位相変化量の異なる非相反移
相器を挿入するか、相反移相器を用いる場会には多数の
ビームスプリッタや反射鏡を用いて光′＆６を分離し、
複雑に構成して等側内Ｏこ一方向に進行する光のみに移
１目を与える方法などが考えられている。いづ″れも、
光ビーム分割ζこよる検出光量の減少や周囲温度の変化
や振動等の擾乱を受けやすく高感度の回転速要の検出が
困難である。また相反移相器の代りに音響光学素子を挿
入しでヘテロダイン検出する方法もあるが、この場曾も
多数の光ビーム分割や反射鏡を用いて複雑な光路を構成
しＣいる。このように光ファイバを用いたジャイロは理
論的には高感度な検出能力を有するものであるが、従来
の実現方法では光学系が非常に複雑となり、周囲の各棟
の擾乱にも耐えるような実用性のある構成方法ではない
。
は、（１）式で示される左右両回りの光波の間の位相差
に９０の位相差バイアスを与える、（２）式の干渉光強
度の感度を最大となるようにすることである。これを光
学系で実現するには、爾１図でビームスプリッタ４から
単一モード光ファイバのいづれか一方の入射端に向う光
路中に透過方向をこよって位相変化量の異なる非相反移
相器を挿入するか、相反移相器を用いる場会には多数の
ビームスプリッタや反射鏡を用いて光′＆６を分離し、
複雑に構成して等側内Ｏこ一方向に進行する光のみに移
１目を与える方法などが考えられている。いづ″れも、
光ビーム分割ζこよる検出光量の減少や周囲温度の変化
や振動等の擾乱を受けやすく高感度の回転速要の検出が
困難である。また相反移相器の代りに音響光学素子を挿
入しでヘテロダイン検出する方法もあるが、この場曾も
多数の光ビーム分割や反射鏡を用いて複雑な光路を構成
しＣいる。このように光ファイバを用いたジャイロは理
論的には高感度な検出能力を有するものであるが、従来
の実現方法では光学系が非常に複雑となり、周囲の各棟
の擾乱にも耐えるような実用性のある構成方法ではない
。
不発明の目的は、構成光学部品の少い単純な光学系によ
って、安定で高精朋な光ファイバジャイｏ ｒ、提供す
ることにある。
って、安定で高精朋な光ファイバジャイｏ ｒ、提供す
ることにある。
不発明によれば、レーザ光源と、該レーナ光源υつ出射
光ビームを２つ（こ分割するビーム分割器と、該ビーム
分割器（こまって分割された第１の光ビームを透過する
第１の複屈折結晶と、前記ビーム分割器（こよって分割
された汀２の光ビームを透過す６第２の複ｋＪ折結晶と
、ｍＪ記第１の複屈折結晶を透過した第１の光ビームを
第１の端面力）ら入射させ、前記第２の複屈折結晶を透
過する第２の光ビームを第２の端面から入射させ、Ｌ７
１）も入射光の偏光と出射光の偏光とが直交するように
配置せられた光フアイバループと、該光フアイバルーズ
の前記第１の端面から出射し％ １Ｍ１ｌ記第１り複屈
折結晶を前記第１の光ビームとは光路を異にして出射−
する光ビームと…Ｊ記先光ファイバルーズ前記第２の端
面から出射し、前記第２の複屈折結晶を前記第２の元ビ
ームとは光路を異にして出射する光ビームとが１１１記
ビ一ム分割器上で干渉した干渉光強度を検出する光検出
器と、前記元ファイバルーグに入射または出射する２つ
の光ビームの間に位相差ま１こは周波数差を与える手段
と力）らによって、構成の単純な安定で高精度の光フア
イバジャイロが得られる。
光ビームを２つ（こ分割するビーム分割器と、該ビーム
分割器（こまって分割された第１の光ビームを透過する
第１の複屈折結晶と、前記ビーム分割器（こよって分割
された汀２の光ビームを透過す６第２の複ｋＪ折結晶と
、ｍＪ記第１の複屈折結晶を透過した第１の光ビームを
第１の端面力）ら入射させ、前記第２の複屈折結晶を透
過する第２の光ビームを第２の端面から入射させ、Ｌ７
１）も入射光の偏光と出射光の偏光とが直交するように
配置せられた光フアイバループと、該光フアイバルーズ
の前記第１の端面から出射し％ １Ｍ１ｌ記第１り複屈
折結晶を前記第１の光ビームとは光路を異にして出射−
する光ビームと…Ｊ記先光ファイバルーズ前記第２の端
面から出射し、前記第２の複屈折結晶を前記第２の元ビ
ームとは光路を異にして出射する光ビームとが１１１記
ビ一ム分割器上で干渉した干渉光強度を検出する光検出
器と、前記元ファイバルーグに入射または出射する２つ
の光ビームの間に位相差ま１こは周波数差を与える手段
と力）らによって、構成の単純な安定で高精度の光フア
イバジャイロが得られる。
第２図は不発明の一実施例の構成原理図で２１（ユレー
ザ、２２はハーフミラ−１２３、２４！ま方解石のよう
に複屈折の大きい光学的な一軸異方性結晶で、結晶中で
異常光と営光とが偏２＋して透過す・ｂように結晶方位
を定めて切断・成形研磨を施こしである。２５は光フア
イバループでたとえば偏光保存ファ・ｆバのような入射
偏光と出射偏光と０）関係が固定した光ファイバで形成
されておりしかも入射光の偏光と出射光とが直交するよ
うに配置せられている。２６は位相シフタ、２７．２８
は光検出器、２９．３０はレーザ光を光フアイバループ
（こ入射させるために集束またはファイバループからの
出射光をコリメートするレンズである。レーザ２１を出
射した直線偏光光（第２図では紙面に垂直な直線偏光）
はハーフミラ−２２によってビーム分割される。分割さ
れた一方のビームは位相シフタ２６を透過し、複屈折結
晶２３を透過し、レンズ２９（こまって集束されファイ
バループ２５に一端から注入され６Ｃ；ハーフミラ−２
２によって分割されたもう一方υつビームはもう１つの
複屈折結晶４を透過しレンズ３ｏによって集束さ几ファ
イバループ２５の他端から注入さｒＬ、ル。前述レンズ
２’Ｈこよってファイバの一端ｔこ注入さｎた光波を元
ファイバ２５を時計方向に透過し他端乃）ら出射してレ
ンズ３０ｉこまってコリメートされる。
ザ、２２はハーフミラ−１２３、２４！ま方解石のよう
に複屈折の大きい光学的な一軸異方性結晶で、結晶中で
異常光と営光とが偏２＋して透過す・ｂように結晶方位
を定めて切断・成形研磨を施こしである。２５は光フア
イバループでたとえば偏光保存ファ・ｆバのような入射
偏光と出射偏光と０）関係が固定した光ファイバで形成
されておりしかも入射光の偏光と出射光とが直交するよ
うに配置せられている。２６は位相シフタ、２７．２８
は光検出器、２９．３０はレーザ光を光フアイバループ
（こ入射させるために集束またはファイバループからの
出射光をコリメートするレンズである。レーザ２１を出
射した直線偏光光（第２図では紙面に垂直な直線偏光）
はハーフミラ−２２によってビーム分割される。分割さ
れた一方のビームは位相シフタ２６を透過し、複屈折結
晶２３を透過し、レンズ２９（こまって集束されファイ
バループ２５に一端から注入され６Ｃ；ハーフミラ−２
２によって分割されたもう一方υつビームはもう１つの
複屈折結晶４を透過しレンズ３ｏによって集束さ几ファ
イバループ２５の他端から注入さｒＬ、ル。前述レンズ
２’Ｈこよってファイバの一端ｔこ注入さｎた光波を元
ファイバ２５を時計方向に透過し他端乃）ら出射してレ
ンズ３０ｉこまってコリメートされる。
こσフコリメート光の偏光は入射時と（ま直交した紙面
に平行な直線偏光である。このため複屈折結晶２４を透
過Ｔる光路は、ハーフミラ−２２から元ファイバループ
への入射α）元請とは空間的に關移している。この元フ
ァイバ２５そ時計方向に透過した光と反時計方向に透過
して複屈折結晶２３を透過した光とは、ハーフミラ−２
２上で前述のレーザ出射光の分割される位置とは異なる
位置で貧流し干渉し質い、干渉光は光検出器２７及び２
８によって差動検出される。位相シフタ２６は元ファイ
バループを時計／反時計方向ｌこ透過Ｔ金兄波間ｌこ位
相バイアスを与える。
に平行な直線偏光である。このため複屈折結晶２４を透
過Ｔる光路は、ハーフミラ−２２から元ファイバループ
への入射α）元請とは空間的に關移している。この元フ
ァイバ２５そ時計方向に透過した光と反時計方向に透過
して複屈折結晶２３を透過した光とは、ハーフミラ−２
２上で前述のレーザ出射光の分割される位置とは異なる
位置で貧流し干渉し質い、干渉光は光検出器２７及び２
８によって差動検出される。位相シフタ２６は元ファイ
バループを時計／反時計方向ｌこ透過Ｔ金兄波間ｌこ位
相バイアスを与える。
回転が光フアイバルーズに加えらｎると、時計及び反時
計方向に透過する光波の間に位相差が生じ、光検出器２
７及び２８によって干渉光の強度の変化として、回転角
速度が検出される。
計方向に透過する光波の間に位相差が生じ、光検出器２
７及び２８によって干渉光の強度の変化として、回転角
速度が検出される。
以上の説明のように光フアイバループから出射しまたこ
れに入射する光は光路を空間的に別にすＩ◇ため、一方
向に進行する光波のみに位相バイアスを与えることがで
き、極めて簡便（こ光学系を構成することができる。ま
た、レーザ２１１こ戻る光波もほとんど無いため、レー
ザυ〕発振も不安定さを生ずることなく、雑音の極めて
低い回転角速度の検出ができる。
れに入射する光は光路を空間的に別にすＩ◇ため、一方
向に進行する光波のみに位相バイアスを与えることがで
き、極めて簡便（こ光学系を構成することができる。ま
た、レーザ２１１こ戻る光波もほとんど無いため、レー
ザυ〕発振も不安定さを生ずることなく、雑音の極めて
低い回転角速度の検出ができる。
なお上述の説明では位相シフタはハーフミラ−２２力）
ら複屈折結晶に向う、元ファイバールーズに反時計方向
に入射する光路中に挿入されているが、不光学系では、
池にハーフミラ−２２力１ら複屈折結晶２４へ問う光路
、複屈折結晶２３からハーフミラ−２２に向う光路、偏
光ビームスプリッタ２４力）らハーフミラ−２２に向う
光路、のいずｎの光路中に挿入しても同様の効果は得ら
れる。
ら複屈折結晶に向う、元ファイバールーズに反時計方向
に入射する光路中に挿入されているが、不光学系では、
池にハーフミラ−２２力１ら複屈折結晶２４へ問う光路
、複屈折結晶２３からハーフミラ−２２に向う光路、偏
光ビームスプリッタ２４力）らハーフミラ−２２に向う
光路、のいずｎの光路中に挿入しても同様の効果は得ら
れる。
また位相バイアス素子としては前述の固定位相板や電気
光学素子の他に、音響光学素子を用いることができる。
光学素子の他に、音響光学素子を用いることができる。
そしてこの素子の波長シフト効果を使った・＼テロダイ
ン検出法によって回転角速度を検出することができる。
ン検出法によって回転角速度を検出することができる。
この場合もこの音響光学素子を前述の４つの光路のいず
ｎの光路ｌこ挿入してもよい。また光ファイバループζ
こ使用する元ファイバ素＋Ｙｌｌ！は偏光保存ファイバ
の場合を述べたが、光フアイバジャイロ装置内ζこ装備
される光ファイバは振動等で動くことはなく固定さイｔ
゛ており、才た長さも数百ｍ力１ら数り以下と比較的短
尺であることから調光保存ファイバでなく、通常の単一
モードファイバを用いることができる。なぜならば、短
尺で空間的な位置移動がなければ単一モードファイバを
透過する光の入射偏光と出射時の偏光の関係は固定して
おり、またその出射時の偏光は制御することができるか
らである。すなわち、一般に直線偏光を入射させると無
偏光状態で出射することなく、一般ｔこ楕円偏光となっ
こい◇。そして 。
ｎの光路ｌこ挿入してもよい。また光ファイバループζ
こ使用する元ファイバ素＋Ｙｌｌ！は偏光保存ファイバ
の場合を述べたが、光フアイバジャイロ装置内ζこ装備
される光ファイバは振動等で動くことはなく固定さイｔ
゛ており、才た長さも数百ｍ力１ら数り以下と比較的短
尺であることから調光保存ファイバでなく、通常の単一
モードファイバを用いることができる。なぜならば、短
尺で空間的な位置移動がなければ単一モードファイバを
透過する光の入射偏光と出射時の偏光の関係は固定して
おり、またその出射時の偏光は制御することができるか
らである。すなわち、一般に直線偏光を入射させると無
偏光状態で出射することなく、一般ｔこ楕円偏光となっ
こい◇。そして 。
よく知ら２１．でいるように単一モードファイバを数１
０順程度の直径に数回巻いた小ループを１個又玄 は複数個形成し、このループノループの直径を軸として
回転調整することによって任意の方向に振動する直線偏
光を生成することができる。
０順程度の直径に数回巻いた小ループを１個又玄 は複数個形成し、このループノループの直径を軸として
回転調整することによって任意の方向に振動する直線偏
光を生成することができる。
以上述べたように本発明の光フアイバジャイロは光フア
イバループ（こ入出射する光路がいずれ−も重７，１′
ることが無いため、位相偏移手段を光路中Ｑこ挿入する
ことが容易であり、また光の損失が少く光検出器の受ツ
０レベルが高い。このため感度及び梢度の高い回転角速
１支の検出がＭＪ吐である。
イバループ（こ入出射する光路がいずれ−も重７，１′
ることが無いため、位相偏移手段を光路中Ｑこ挿入する
ことが容易であり、また光の損失が少く光検出器の受ツ
０レベルが高い。このため感度及び梢度の高い回転角速
１支の検出がＭＪ吐である。
第１図は元ファイバジャイロの基本原理を説明゛ｆる図
で１はレーザ、２は元ファイバループ、３は光検出器、
４はハーフミラ−である。−８２図は不発明の一実施例
の構成原理図て、２１はレーザ、２２はハーフミラ−１
２３、２４は複屈折結晶、２５は元ファイバループ、２
６は位相シフタ、２７．２８は光検出器、２９．３０は
レンズであ６゜牙 ／ 図 牙 ２図
で１はレーザ、２は元ファイバループ、３は光検出器、
４はハーフミラ−である。−８２図は不発明の一実施例
の構成原理図て、２１はレーザ、２２はハーフミラ−１
２３、２４は複屈折結晶、２５は元ファイバループ、２
６は位相シフタ、２７．２８は光検出器、２９．３０は
レンズであ６゜牙 ／ 図 牙 ２図
Claims (1)
- レーザ光源と該レーザ光源の出射光ビームを２つに分割
するとビーム分割器と、該ビーム分割器Ｏこよって分割
された第１の光ビームを透過する第１の複屈折結晶と、
前記ビーム分割器（こＺって分割さｎた第２の光ビーム
を透過する第２の複屈折結晶と、前記第１の複屈折結晶
を透過した第１り光ビームを第１の端面乃）ら入射させ
、前記第２の複屈折結晶を透過す６第２の光ビームを第
２の端面から入射させ、しかも入射光の偏光と出射光の
偏光とが直交Ｔ＝ように配置せられた光フアイバループ
と、該光フアイバルーズの前記第１の端面から出射し、
前記第１の複屈折結晶を前記第１の光ビームとは光路を
異にして出射する光ビームと前記元ファイバルーズの前
記第２の端面から田射し、前記第２の複屈折結晶を前記
第２の光ビームとは光路を異にして出射する光ビームと
が前記ビーム分割器上で干渉した干渉光の強度を検出す
る光検出器と、Ｋｌｌ先光ファイバループこ入射また（
ま出射する２つの光ヒームの間（こ位相差また（ま周波
数差を与える手段とのＳら成ることを特徴とする光フア
イバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174332A JPS5963514A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174332A JPS5963514A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5963514A true JPS5963514A (ja) | 1984-04-11 |
Family
ID=15976785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57174332A Pending JPS5963514A (ja) | 1982-10-04 | 1982-10-04 | 光フアイバジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5963514A (ja) |
-
1982
- 1982-10-04 JP JP57174332A patent/JPS5963514A/ja active Pending
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