JPS61202116A - 光フアイバジヤイロ - 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】 産業上の利用分野 本発明は光フアイバループによって微小な回転角速度を
検出する光ファイバジャイロに関するものである。

従来の技術 運動体の回転運動を検出するジャイロは一般の航空機船
舶等に使われる慣性航法装置の々かでも重要な装置であ
る。現在一般的に実用されているジャイロは、ジャイロ
ロータを高速回転する方式のもので、慣性空間で回転し
た時に生じるその角速度に比例したコリオリの力を機械
的に検知するものである。しかし、高精度の機械の為、
寿命が短かく、高価である。

上記機械的ジャイロに代わって近年光通信等で使われる
光ファイバを円形に巻いてその人出射端両側より光を入
射し、出射光の位相差を干渉によって測定し、光ファイ
バの受けている回転角速度を検出する光ファイバジャイ
ロの開発がすすめられている。

光ファイバジャイロにおける光コアイノく内の両方向伝
搬光の回転によって生じる位相差（この効果をサニヤッ
ク効果という）をΔθとすると、一般に部Δθに比例し
た干渉光出力が得られるが、検出感度が悪く、これに対
処する為伝搬光を変調する手法（例えば位相変調方式）
を用いて両伝搬光間にπ／２位相差を付加し、ｓｉｎΔ
θ　の形で検出する方法がとられている。また、更に伝
送路として使用する光ファイバは通常の単一モード光フ
ァイノくでは位相検出するに不安定であり、これに対し
、光源から光ファイバに入射する光を偏光子によって直
線偏光に変換し、伝送路としてこの直線偏光の偏波面を
入射から出射まで長尺にわたって維持する偏波面保存光
ファイバを使用する方法が研究されている。

以下図面を参照しながら、上述した従来の光ファイバジ
ャイロの一例について説明する。（例えば、「エレクト
ロレットＪ　（Ｋｌｅｃｔｒｏ　Ｌａｔｔ、　１７（１
ｏ）３５２（＋８１）） 第４図は従来の光ファイバジャイロの内、位相変調方式
による光ファイバジャイロの基本構成図を示す。１は半
導体レーザー、スーパールミネッセンスダイオードなど
の光源、２はハーフミラ−１３は偏光子、４は光フアイ
バ内の伝搬光の偏波面を保存したままで分岐結合する光
分岐結合器、５は偏波面保存光ファイバループ、６は円
筒形圧電磁器型の位相変調器でその周囲に光ファイバが
巻いである。７は光検出器、８は位相変調器６の駆動電
源、９はロックインアンプである。

以上のように構成された光ファイバジャイロについて、
以下その動作について説明する。

光源１からの光はノ・−フミラー２を通って偏光子３に
伝搬、直線偏光化されて後、もう一つの光分岐結合器４
によって、その偏光面を維持したまま二分され、二分さ
れた光は偏波面保持光フアイバループ５を左、右回りに
伝搬し、再び光分岐結合器４で結合し、偏光子３．ノ・
−フミラー２を通って光検出器７へ達し、干渉する。こ
の時、光フアイバループ６の一端近くに設けた光ファイ
バを数回巻いた円筒形圧電磁器からなる位相変調器６が
駆動電源８からの交番電圧で励振され、これによって位
相変調を受けた光の干渉光強度変化は光検出器７で電気
信号に変換され、駆動電源８の交番電圧周波数信号と同
期してロックインアンプ９によって光干渉強度変化の交
流信号は直流信号化される。ここで得られる直流信号電
圧は系が回転した時に生じる位相差をΔθとすると、ｓ
ｉｎΔθ　に比例し、角速度が読みとれる。但し Δθ＝２πＬ　−Ｒ−Ｑ／　ｃλ　　　である。

ここで、Ｌ、Ｒは光ファイバ長、及びループの径Ｃ１λ
は真空中の光波の速度及び波長である。この従来例では
ハーフミラ−２と偏光子３とがレンズ光学系によって結
合され、光分岐結合、及び光の直線偏光化の役目をなし
ている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ノ・−フミ６　へ
−− ラーと偏光子及びレンズ複数個の個別光学素子の組合せ
の光学系を光分岐結合部、偏光子部を空間的に使うため
、調整が困難であり、振動、温度変化などに弱くドリフ
トの原因となる。また部品点数も多く、高価となる欠点
を有していた。

また、光分岐結合部に２本の光ファイバのコア部を相互
に接触あるいは融着結合させる光フアイバ分岐結合器を
使用した場合でも、従来は偏光子部が別に必要であり、
やはり部品点数が多く、また上記光フアイバ分岐結合器
は一般に精度的に作りにくく高価となる。

本発明は上記問題点に鑑み、光学部品点数が少く、単純
な光学系で高い信頼性と、低コストの光ファイバジャイ
ロを提供することにある。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の光ファイバジャイ
ロは使用する光分岐結合器としてパ−フミラーと偏光子
を２個の円柱状マイクロレンズで挾み結合一体化した構
成のものを使い、偏波面保存光ファイバをこれと結合す
ることにより、光分７　　・ 岐結合部と偏光子部を一体化するという構成を備えたも
のである。

作用 本発明は上述した構成によって、光分岐結合部と偏光子
部が一体化されている為、伝搬光の分岐結合とその直線
偏光化が一体素子部で行なわれるようになり、従来これ
らが別々の素子で作用されていた欠点が改良され、低コ
スト化が図れ、また個別素子の組合せの不安定さが本発
明によって改良されるものである。

実施例 以下本発明の第１の実施例の光ファイバジャイロについ
て図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における光ファイバジャ
イロの基本構成図で、１は光源、１０は光分岐結合器偏
光子一体化部、４は偏波面を保持したまま分岐結合する
光分岐結合器、５は偏波面保存光ファイバループ、６は
円筒形圧電磁器に光ファイバを巻いた位相変調器、８は
その駆動電源、７は光検知器、９はロックインアンプで
ある。

次に光分岐結合器偏光子一体化部１ｏの詳細図を第２図
に示す。第２図において、１１は偏光子で偏光ビームス
プリッタが利用され、１２はハーフミラ−で誘電体透過
膜で構成され、偏光ビームスプリッタの偏光子１１の片
側に設置される。

１３　、１４ハ円柱状マイクロレンズでセルフォックマ
イクロレンズと称されるものであり、これらの素子が順
次第２図の如く透明接着剤で結合一体化される。そして
この一体化部に光源１からの入力光を伝搬する偏波面保
存光ファイバ１５、及び上記一体化部１ｏを透過してき
た光を受ける側の偏波面保存光ファイバ１７、及び偏波
面保存光ファイバ１７を逆方向に伝搬してきた光がノ・
−フミラーで反射されたのを受ける偏波面保存光ファイ
バ１６がそれぞれその主軸を偏光ビームスプＩＪ　ツタ
−の透過する直線偏波面に合わせ光学的に結合される。

（以下これを偏光光学的に結合すると呼ぶ。） 以上のように構成された光ファイバジャイロについてそ
の動作を説明する。

９　　　。

第１図で光源１を出射し、偏波面保存光ファイバ１６に
入射した光ビームは光分岐結合器偏光子一体化部１０の
一方に入射し円柱状マイクロレンズ１３により平行ビー
ムとなり、ノ・−フミラー１２を透過し偏光子１１によ
り直線偏光化され、次に円柱状マイクロレンズ１４によ
り収束し、他方の側に配置された偏波面保存光ファイバ
１７に入射伝播し、もう一つの光分岐結合器４に入り、
他方の側で分岐され、偏波面保存光ファイバループ６に
導入される。光フアイバループに導入された右回りの光
はループの最終端で駆動電源８によって駆動される円筒
形圧電磁器型位相変調器６に巻いた光ファイバの伸縮に
よって位相変調を受け、これに対し左回りの光はループ
の開始端で同一の位相変調器６によって変調を受ける。

そして、再度光分岐結合器４によって結合した位相変調
された光は再び光分岐結合器偏光子一体化部１ｏへもど
り偏光子１１によって乱れた光は再び直線偏光化され、
ハーフミラ−１２によって反射し、偏波面保存光ファイ
バ１６へ入射し、光検知器７へ入り１０　ヘ−ｌ 干渉光強度が測定される。この光検知器７の交流信号を
ロックインアンプ９に導入し、駆動電源８の交流信号と
同期して差動増幅をとることにより、系の回転によって
生じる位相差による干渉光変化を直流信号として読みと
る。

以上のように本実施例によれば、第２の光分岐結合器を
片面にノ・−フミラーを設けた偏光ビームスプリッタの
両側に円柱状マイクロレンズを光学的に接着結合した構
成にすることにより、従来の個別光学素子の空間的組合
せの方式と比して振動、温度に強く、また偏光子部が光
分岐結合器と一体化しているため部品点数が少々く作り
やすくすることができる。

次に本発明の第２の実施例を第３図の基本構成図により
説明する。同図において１は光源、１゜は光分岐結合器
偏光子一体化部、５は偏波面保存光ファイバループ、６
は位相変調器、７は光検出器、８は位相変調器６の駆動
電源、９はロックインアンプで以上は第１図の構成と同
様なものである。

第１図の構成と異なるのは従来の光フアイバ分岐結合器
４の部分に第２図の光分岐結合器偏光子一体化部１８介
設けた点である。

上記のように構成された光ファイバジャイロについてそ
の動作を説明する。

光源１から出た光は光分岐結合器偏光子一体化部１０を
通って、次の光分岐結合器偏光子一体化部１８でその直
線偏光性を乱すことなく偏波面保存光ファイバループへ
分岐導入され、更に結合する時にも直線偏光性を高め光
検出器７へ向かう信号処理系については第１図と同様で
ある。

以上のように従来光フアイバループ内を右回り。

左回りに回わった光を分岐結合するのに使用していた光
ファイバ形分岐結合器第４図の光フアイバ分岐結合器４
の代わりに本発明の光分岐結合器偏光子一体化部１８を
使用することにより一般に作りやすく低価格の光ファイ
バジャイロとすることができる。さらに一般に光フアイ
バ分岐結合器部では分岐結合する光はその直線偏光性が
乱れるのに対し、第２の実施例のように光分岐結合器に
偏光子を一体化することにより、光フアイバループ内へ
の光の直線偏光性の性能安定性を更に高めることができ
ドリフトの／ＪＳさい光ファイバジャイロとすることが
できる。

なお、本実施例でハーフミラ−１２を片面に設けた偏光
ビームスプリンタ１１を使用するとしたが、ハーフミラ
−１２を片面に設けた円柱状マイクロレンズ１３を使用
するとしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は光ファイバジャイロに使う光分岐
結合器として、片面にハーフミラ−を設けた偏光ビーム
スプリッタの両側に円柱状マイクロレンズを光学的に結
合した構成の光分岐結合器一体化部を設けることにより
、部品点数の少ない、低価格の振動等に強い、更に直線
偏光性が更に向上するためドリフトの小さい光ファイバ
ジャイロにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における光ファイバジャ
イロの基本構成図、第２図は第１図の光１３　・、− 分岐結合器偏光子一体化部の詳細図、第３図は本発明の
第２の実施例における光ファイバジャイロの基本構成図
、第４図は従来の光ファイバジャイロの基本構成図であ
る。 １０・・・・・光分岐結合器偏光子一体化部、１１・・
・・・・偏光ビームスプリッタ、１２・・・・・・ノ１
−フミラー、１３．１４・・・・・・円柱状マイクロレ
ンズ、１６゜１６．１７・・・・パ偏波面保存光ファイ
バ、１８・・・・・・光分岐結合器偏光子一体化部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｆ−
Ｌ境 今−兜分峡系菅奪淑 ５゛−備５１ｉｔ不またファイバールグ８−、柾！Ｆ７
７電源 ９−−υ・プフインアン７− ｆｏ−腑ル煤払漬九針旧中

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、この光源からの光を偏波面保存光ファイ
   バを通して第１の光分岐結合器へ伝送する第２の光分岐
   結合器と、上記第１の光分岐結合器からの他の二本の偏
   波面保存光ファイバを偏波面保存光ファイバループの両
   端に結合させ、上記偏波面保存光ファイバループの一端
   近くに伝搬光にπ／２の位相差を加える光変調器と、上
   記第２の光分岐結合器からの他の偏波面保存光ファイバ
   端に干渉光を検出する光検出器とを備え、上記第２の光
   分岐結合器が、片面にハーフミラーを設けた偏光ビーム
   スプリッタの両側に円柱状マイクロレンズを光学的に結
   合し、上記ハーフミラーのある側の上記円柱状マイクロ
   レンズの片面に偏波面保存光ファイバ端を、他の円柱状
   マイクロレンズの反対側には二本の偏波面保存光ファイ
   バ端を偏光光学的に結合させたことを特徴とする光ファ
   イバジャイロ。
2. （２）第１の光分岐結合器が第２の光分岐結合器と同一
   の構成からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光フアイバジヤイロ。