JPS60185112A - 光フアイバジヤイロスコ−プ - Google Patents

光フアイバジヤイロスコ−プ

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JPS60185112A
JPS60185112A JP4049684A JP4049684A JPS60185112A JP S60185112 A JPS60185112 A JP S60185112A JP 4049684 A JP4049684 A JP 4049684A JP 4049684 A JP4049684 A JP 4049684A JP S60185112 A JPS60185112 A JP S60185112A
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JP
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optical fiber
mirror
optical
laser light
laser
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JP4049684A
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Masataka Nakazawa
正隆 中沢
Takashi Nakajima
隆 中島
Masamitsu Tokuda
正満 徳田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 〔技術分野〕 本発明は、光ファイバを用いたジャイ四スコープに関し
、特に、時間同期型光ファイバラマンリングレーザのサ
グナック効果による波長シフト量から回転速度を高鞘度
にめるようにした光フアイバジャイロスコープに関する
ものでおる〇〔従来技術〕 光ジヤイロスコープには、従来、大別して、2つの1i
ft Iiがある。その1つはリングレーザを用いレー
ザ光の回転に伴なって発振周波数のビート成分が変化す
ることを用いる方法、他方は、光ファイバによフリング
干渉計を構成し、その回転に伴なう干渉稿のシフト量か
ら角速度を知る方法である〇 一般に、前者は能動素子による方法、後塩は受!1tI
累子による方法と呼ばれている。その様子をそれぞれ第
1図および第2図に示す。
第1図において、1はレーザミラー、2はレーザ媒質で
ある。4つのレーザミ?−1のうちの1つからレーザ光
を取シ出し、右回シ光(aW)と左回シ光(OOW)と
のビートをとると、そのビート周波数Δfは Δf=4AΩ/λL で与えられる。ここで、Ωは回転角速度、λは発振波長
、bはリングレーザ共振器長である。
この方法ではΔfを測定すれはすぐΩがまるものの、リ
ングレーザの共振器長りを長くとれず、せいぜいJ、=
5〜10m が最大となるため、高感度化を図る上で難
点があった。
第2図の例においては、3はレーザ光源、4はファイバ
結合用対物レンズ、5はリング干渉を構成する光7アイ
パ、6はレーザ光の分波・合波を行うビームスプリッタ
、7は光検出器である。レーザ光源1からのレーザ光を
ビームスプリッタ6によシ分離してレンズ4を経て光フ
ァイバ5の両端から入射させるととKよシ、CWとOC
wQ波をビームスプリッタ6で合波し、その干渉稿の強
度を光検出器7で検出する。ここで、光7アイパ5が角
速度Ωで回転すると、それに伴ってOfとOOWとの波
との光路長が ΔL=4AΩ/λC だけ変化することになるO従って、干渉稿の位相変化ψ
は 8にAΩ/λC で与えられ、ΦからΩがまることになる0この方法は、
リングレーザを用いる第1図の例よシもリング干渉計の
長さを長くとれるので、高感度ではあるが、レーザ光源
3の周波数安定度が直接干渉稿の雑音として入ってくる
ため、レーザ光源3として周波数安定化レーザを用いる
必要がある等の問題点があった。
〔目 的 〕
そこで、本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し
て、高感度の光フアイバジャイロスコープを提供するこ
とにおる。
〔発明の構成〕
かかる目的を達成するために、本発明では、時間同期型
ファイバラマンリングレーザを用い、その発振波長が可
変であることより、かかるリングレーザをシリカ系光フ
ァイバの零分散波長に一致させて発振させることによっ
て、高感度なパルス動作リングレーザジャイロスコープ
を構成する。
すなわち、本発明は、波長I Pm 帯において高出力
超短光パルスを発生させるレーザ光源と、リング状にか
つ回転可能に配置されたシリカ系単一モード光ファイバ
と、前記レーザ光源からの光パルスを互いに光路差を設
けて前記光ファイバの両端に同時に入射させ、誘導ラマ
ン散乱光を発生させる第1光学系と、前記誘導ラマン赦
乱光によυ誘導27ンレーザ光パルスを発生さ一ヒる第
2光学系と、前記光ファイバの両端から取シ出される誘
導ラマンレーザ光パルスを互いに光路差を設けて取シ出
す第3光学系と、該第3光学系からの出力光の周波数ビ
ートを検出する検出手段とを具え、前記リング状の光フ
ァイバの回転に応動して前記誘導ラマンレーザ光パルス
の発振波長を可変となして、前記光ファイバの回転角速
度を測定するようにしたことを特徴とする。
〔実施例〕
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明の1実施例であって、ここに、11は波
長1μtn帯においてパルス幅の小さい高出力超短光パ
ルスを発生させるレーザ光源としての高出力モード同期
レーザ光源(例えば、YAGレーザやカラー七ンタF 
レーザ力と)、12は光アイソレータ、13はプリズム
、14はビームスグリツタ、15は全反射ミラー、1G
はリングレーザ発振用ミラー、17はファイバ結合用対
物レンズ、18はリングレーザ用光ファイバ、19は光
検出器、20は周波数変化検出装置である。
との光フアイバジャイロスコープを動作させるには、ま
ず、1.06 pm YAGレーザ光源11からの高出
力モード同期光パルスを、光アイソレータ12およびプ
リズム13を経てビームスプリッタ14で2つの光ビー
ムに分離する。光アイソレータ12は光のレーザ光源1
1への戻シを抑制するためのものでちり、プリズム13
は、誘導ラマン散乱光のレーザ光源11への戻υをなく
して光検出器19へ信号光を導びくために用いる。ビー
ムスプリッタ14で2つに分離したビームのうち、一方
は全反射ミラー15を経てレーザミラー16に入射させ
る。他方の光ビームはビームスプリッタ14からミラー
16に入射させる。ここで、ミラー15の位置を適切に
調整して、ビームスプリッタ14からミラー15を経て
ミ2−16に至る距離とビームスプリッタ14から直接
ミラー16に至る距離との差をパルス繰シ返しの整数倍
にすることが重要である。これは、7アイバリングレー
ツを同時に励起させ、サグナック(SagnaO)効果
に伴うビート成分を有効に検出するためである。
さて、このようにして、同時刻にレーザミラー16に到
着した光パルスは光フアイバ18中に入射し、ある波長
の誘導ラマン散乱が発生する。本発明では、かかる散乱
光が再びミラー16に到達したときに励起パルスが入射
するように設定しておくことによシ、同期して2マン増
幅が生じ、以て、その波長の誘導ラマン発振が生ずる。
第3図のリングレーザの部分を第4図によシさらに詳し
く説明する。ここで、ラマン波長をλとし、パルス繰シ
返し期間をΔt1光ファイノ(中の群速度をV、 (u
) 、真空中の光速をOとすると、同期条件によシ、1
周期の伝搬時間Tは、T=mΔt (mは整数)(2) で表わされる。但し、tは光ファイノ(以外の光路長で
ある0 ここで、リングファイバが角速度Ωで回転した場合を考
える。この場合、サグナック効果により光路長にΔLの
変化が生じ、このとき、1周期の伝搬時間Tは変化しな
いので、誘導ラマン発振させるためには群速度V、(λ
)を変化させるが、その変化を分散によシ補償しなけれ
ばならない。従って、ラマン発振のためには、 を満すことが必狭になる0式(1)と(3)よシとなる
。さらに全分散を14とすると、式(4)の左辺はM(
λ)、Δλで表わすととができるので、M(λ)は、と
なる。すなわち、ΔLが変ることによりリングレーザの
発振波長が変化する。
このように波長シフトしたOWおよびaCW波はミラー
16から出力され、逆の光路、すなわち16→15→1
4および16→14を7iイて、分光プリズム13によ
り分光された波長の光を光検出器19に導く。これら2
つの光はビートをうつのて、検出器20によシそれを測
定する。
次に回転に伴う光路長の変化について考察する。
サグナック効果による光路長変化ΔLは、AN ΔL=□Ω (6) ○ で与えられる。ここで、Aは光ファイバの爾面私1、 
Nは光ファイバの巻数である。なお、ΔLはCWとCC
Wとの差によシ与えられる。
式(6)と(5)からΔλをめると、 gMO・、°0 となる。この式(7)よシ、周波数変化Δfをめると、
Δλおよびλをナノメートル(nm)で表現すとなシ、
この式(8)より、 が得られる。
例えば、7フイバ長L=1krt+、波長λ=1300
nm。
分& M= 1 ps/1<+n/nm 、 N= 1
000 、 Q= 150/ hrとすると、周波数ビ
ート検出器2oにおいて得られるΔfは、式(9)より
、 If = 45.7 kHz o+) となる。Ω=150/brは地球の自転であシ、それか
Δf−45,7kl(z で観測されることになる。5
゜Hzのビート長まで測定可能とすると、地球の自転ス
ピードの1/1000を測定できることになる。
このような高感度検出系は今までに存在していない0 なお、分散Mをlps/km/nm以下に設定すること
によって、検出感度をさらに向上させることができる。
すなわち、式(9)から明らかなように、分散Mが変化
すれば、角速度Ωに対するΔf、すなわち角速度の検出
感度を調整することができる。
しかして、分散16を変えるためには、リングレーザの
発振波長を変えればよく、そのためには励起レーザ光パ
ルスの同期時間を変化させればよい。
もし、仮に、第5図に示すように、光フアイバ18の両
端にレンズ17を介してレーザ媒質21を配置してL=
1kmのファイバランレーザを構成した場合の周波数ビ
ートΔf′は、式(6)を用いで上の条件のもとて さ 1.1.9 Hz となる。式θQと式0])とを対比してみると、本発明
で得られる式OQのビート周波数の方が大幅に大きく、
従って検出感度が高いことがわかる。
〔効果〕
以上説明したように、本発明によれば、時間同期型ファ
イバラマンリングレーザを用いてザブナック効果による
発振周波数変化から回転角速度をめるので、従来の方法
に比べて108倍以上の高感度を実現できる利点がある
。さらにまた、ファイバラマンレーザの発振波長は可変
であシ、その発振波長をシリカファイバの零分散波長1
.3μmに設定する仁とによυ高感度化できる利点があ
るとともに、リング共振器のtを僅かに可変する、もし
くはこれと等価に励起レーザの同期時間を可変制御する
ことによシ、波長可変光ファイバジャイロを構成して角
速度の検出感度を調整できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光ジヤイロスコープのうちレーザジャイ
ロスコープの例を示す構成図、第2図は従来の光フアイ
バ干渉法によるリング干渉ジャイロスコープの例を示す
構成図、第3図は本発明光フアイバジャイロスコープの
一実施例を示す構成図、 第4図は第3図のリング干渉部の拡大図、第5図は本発
明と対比する光フアイバリングレーザジャイロスコープ
の説明図である。 1・・・レーザミラー 2・・・レーザ媒質 3・・・レーザ 4・・・ファイバ結合用対物レンズ 5・・・光ファイバ 6・・・ビームスプリッタ 7・・・光検出器 11・・・高出力モード同期レーザ(YAGレーザ)1
2・・・光アイソレータ 13・・・分光プリズム 14・・・ビームスプリッタ 15・・・全反射ミラー 16・・・リングレーザ用反射鏡 l7・・・ファイバ結合用対物レンズ 18・・・光ファイ、く 19・・・光検出器 20・・・ビート周波数検出装置。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士 谷 義 − 第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 り 波長1μm帯において高出力超短光パルスを発生さ
    せるレーザ光源と、リング状にかつ回転可能に配置され
    たシリカ系単一モード光ファイバと、前記レーザ光源か
    らの光パルスを互いに光路差を設けて前記光ファイバの
    両端に同時に入射させ、誘導ラマン散乱光を発生させる
    第1光学系と、前記誘導ラマン散乱光により誘導ラマン
    レーザ光パルスを発生させる第2光学系と、前記光ファ
    イバの両端から取シ出される誘導ラマンレーザ光パルス
    を互いに光路差を設けて取シ出す第3光学系と、該第3
    光学系からの出力光の周波数ビートを検出する検出手段
    とを具え、前記リング状の光ファイバの回転に応動して
    前記誘導ラマンレーザ光パルスの発振波長を可変となし
    て、前記光ファイバの回転角速度を測定するようにした
    ことを特徴とする光フアイバジャイロスコープ。 2、特許請求の範囲第1項記載の光フアイバジャイロス
    コープにおいて、前記レーザ光源はモード同期レーザで
    あって、前記光フアイバ中の誘導ラマンレーザ光パルス
    と前記レーザ光源の励起レーザ光パルスとの時間同期を
    とシ、その同期時間を可変することによシ前記誘導ラマ
    ンレーザ光パルスの発振波長を可変にしたことを特徴と
    する光フアイバジャイロスコープ。 3)特許請求の範囲第1項または第2項に記載の光フア
    イバジャイロスコープにおいて、前記誘導ラマンレーザ
    光パルスの発振波長を前記シリカ系単一モード光ファイ
    バの零分散波長に設定したことを特徴とする光フアイバ
    ジャイロスコープ。 (以下余白)
JP4049684A 1984-03-05 1984-03-05 光フアイバジヤイロスコ−プ Granted JPS60185112A (ja)

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JPH0371050B2 JPH0371050B2 (ja) 1991-11-11

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6392917A (ja) * 1986-10-07 1988-04-23 Fujitsu Ltd フアイバリングレ−ザ
CN105333823A (zh) * 2015-10-22 2016-02-17 南方科技大学 光纤位移传感器

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