JPS62121311A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

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JPS62121311A
JPS62121311A JP60259703A JP25970385A JPS62121311A JP S62121311 A JPS62121311 A JP S62121311A JP 60259703 A JP60259703 A JP 60259703A JP 25970385 A JP25970385 A JP 25970385A JP S62121311 A JPS62121311 A JP S62121311A
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JP
Japan
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light
optical
fiber
light beam
mode fiber
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Pending
Application number
JP60259703A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Koizumi
小泉 正
Tomoya Kinoshita
智哉 木下
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To non-polarize a light beam which is propagated through an optical fiber loop, and to suppress an output drift by providing a means for non- polarizing the light beam, between the first and the second distributing means for distributing the light beam. CONSTITUTION:The light beam from a single mode fiber 11 is divided into two by an optical directional coupler 12, and propagated to a single mode fiber 13 and a signal mode fiber 14. The single mode fiber 14 side becomes a resistive terminal 15. Subsequently, the light beam from a light source 10 is propagated through the mode fiber 13 in a state that it remains emitted and polarized, and led to a non-polarizing device 16, and non-polarized after having passed through side device. Also, an output light beam of the non- polarizing device 16 passes through an optical directional coupler 20 once before reaching an optical fiber loop 24, but since its number of times is small, there is scarcely a chance by which a degree of non-polarization is disturbed. In this way, a drift of a detection output is reduced remarkably comparing with a conventional case, and even at a minute angular velocity, a measurement can be executed with a high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は尤ファイバループを互いに逆方向に伝播する光
の干渉波(il−検出して回転体の角速度を検出する光
ファイバジャイロに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an optical fiber gyro that detects the angular velocity of a rotating body by detecting interference waves (il-waves) of light propagating in opposite directions through a fiber loop.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

航空機、船舶等移動物体の制μsでは、物体の回転角度
情報を正確に知ることは不可欠であり、その制御卸装置
′の甲で回転角速匿を検出するレートセンサは重要な役
割をはたしている。
In controlling moving objects such as aircraft and ships, it is essential to accurately know the rotation angle information of the object, and a rate sensor that detects the rotation angle speed plays an important role in the control device. .

従来、レートセンサとしては回転体の慣性力を利用した
機械式ジャイロが用いられてきたが、近年Sagnac
効果を利用した光学式センサが開発され、将来レートセ
ンサの主流になると考えられている。この光学式レート
センサのうち、光7アイパジヤイロは、光フアイバルー
プを光路とし、光をループ両回りに伝播させ、その干渉
光からレート(角速度)を検出する方式であシ、高精度
、小型化、低価格化のi=J能性があるため、研究・開
発が活発化してbる。
Conventionally, a mechanical gyro that utilizes the inertia of a rotating body has been used as a rate sensor, but in recent years Sagnac
Optical sensors that utilize this effect have been developed and are thought to become the mainstream rate sensors in the future. Among these optical rate sensors, the optical 7-eye gyro uses an optical fiber loop as an optical path, propagates light around both sides of the loop, and detects the rate (angular velocity) from the interference light.It is highly accurate and compact. , research and development will become more active due to the i=J potential for lower prices.

この光7アイパジヤイロではSagnac  効果によ
る微小な光の位相差を検出してレート検出2行うが、光
フアイバ内で起こる偏波状態の変化は複屈折に伴う光の
位相誤差?引き起こすため検出出力のドリフト及びスケ
ールファクタ変動の要因となる。
In this optical 7-eye camera, rate detection 2 is performed by detecting a minute optical phase difference due to the Sagnac effect, but is the change in the polarization state that occurs within the optical fiber the optical phase error due to birefringence? This causes a drift in the detection output and a variation in the scale factor.

この影#を味去するため、従来より (7)定IJli波(偏波面保存)ファイバを使用して
一波変動を除く方法 (イ)偏光子と偏波面調節素子により単一偏波成分だけ
全検出する力を去 (ワ)光源部全無偏光化しファイバ通過光の偏波面をラ
ンダム1ヒし、上記誤差計キャンセルする方法 等が提案されている0 このつら、シングルモードファイバを使用し、光源を無
偏光化した位相変調方式光7アイノくジャイロの構成り
す(上記(つ)の方法)を第3図に示す0 無菌光発生部(又は無偏光光源)(1)からの光はノン
グルモードファイバ(2)に導かれ、光方向性結合器(
3)で2分される。2分された光の一方はノングルモー
ドファイバ(4)を通り光力向性結合器(5)に供給さ
れる。光方向性結合器(5)はノングルモードファイバ
(4)からの光を2分し、ノンダルモード光ファイバル
ーズ(6)の両端に供給する。
In order to eliminate this problem, conventional methods (7) use a constant IJli wave (polarization preserving) fiber to remove single-wave fluctuations (a) use a polarizer and a polarization adjustment element to only produce a single polarization component. A method has been proposed in which the light source section is completely non-polarized, the polarization plane of the light passing through the fiber is randomly set, and the error meter is canceled. Figure 3 shows the configuration of a phase modulation optical gyro with a non-polarized light source (methods mentioned above).The light from the sterile light generator (or non-polarized light source) (1) is non-polarized. guided by the optical fiber (2), and connected to the optical directional coupler (
3) is divided into two. One of the two divided lights passes through the non-glue mode fiber (4) and is supplied to the optical power directional coupler (5). The optical directional coupler (5) splits the light from the non-gle mode fiber (4) into two and supplies it to both ends of the non-dal mode loose optical fiber (6).

元ファイバループ(6)全左右両回りに伝播した光はル
ープ通過前または後に位相変ζ個器(力七通り光力向性
結合器15)で円結合さnる。
The light propagated in both the right and left directions of the original fiber loop (6) is circularly coupled by a phase changer (7-way optical power directional coupler 15) before or after passing through the loop.

再結合された元はシングルモードファイバ(4)。The recombined source is a single mode fiber (4).

光方向性結合器(3)と通り光次出器(8)へ導かれる
、っ位相変調器(7)は元ファイバ通過光を周波数fO
で周期的に位相変調する。光検出器(8)の恢出信号は
Sagnac位相差Δφ成分をよむ変調周波数とその高
次成分を含み、信号処理回路19)で各周波成分に言ま
れる位相差Δφを検出し、角連投信号にf換して出力す
る。
The phase modulator (7), which passes through the optical directional coupler (3) and is guided to the optical output device (8), converts the original fiber-passing light into a frequency fO.
The phase is modulated periodically. The detection signal of the photodetector (8) includes a modulation frequency that reads the Sagnac phase difference Δφ component and its higher-order components, and the signal processing circuit 19) detects the phase difference Δφ expressed by each frequency component, It converts into f signal and outputs it.

この方式ではループ伝播光に無IJTi1元全使用する
ことによジ、偏波状態変化による影響分殊云しているが
、無偏光化と光源自体またはその直後で行っている。こ
の際、方向性結合器L3J 、 (5)が製作上の不元
全さからIJii]元特性と何すると1元が光源から光
力向性結合器を2回通溝して光7アイパルーズに至る間
に、′ipA偏光;峙注がくずれ、上記出力誤差要因と
なる。
In this method, the effects of polarization state changes are separated by using a single non-IJTi element for loop propagation light, but this is done by making the light source non-polarized or at the light source itself or immediately after it. At this time, the directional coupler L3J, (5) is due to manufacturing defects, and the original characteristic is that the 1 element passes through the optical power directional coupler twice from the light source and becomes the light 7 eye paluse. In the meantime, the 'ipA polarization; the polarization is distorted, which causes the above-mentioned output error.

一方、上記(7)の方法では定偏波ファイバを用いた方
向性結合器が製作困難であり、定偏波ファイバだけでは
偏波面詠持が不十分である欠点と自し、また(イ)の方
法では偏波面現定のために・乙・要な構成部品が多くな
シ糸が候雑になる等の欠点r准する。
On the other hand, in the method (7) above, it is difficult to manufacture a directional coupler using a polarization constant fiber, and the problem is that the polarization plane is insufficiently maintained using only a polarization constant fiber, and (a) The method described above has disadvantages such as the large number of necessary components and clutter in order to realize the plane of polarization.

〔発明の目面〕[Aspect of the invention]

本発明は上記J情?考慮してなされたもので、簡単な+
S成で光フアイバループを伝播する光を無偏″/l、イ
ヒし、出力ドリフトを抑制できる光ファイバジャイロを
提供することを目的とする。
Is the present invention related to the above J? It was done with consideration, and it is a simple +
An object of the present invention is to provide an optical fiber gyro that can suppress output drift by unpolarizing light propagating through an optical fiber loop with S configuration.

〔発明の概妙〕[Summary of the invention]

本発明による光ファイバジャイロは、光源から光フアイ
バルーグーまでの経路のうち、光?分配する第1.第2
の分配手段の間に元金無偏光化する手段を設け、これに
より光源からの光が分配手段を通過する回数を少&<し
て尤の無偏尤度の劣イヒ2小さくすることができ出カド
リフトr抑市りすることが6丁化である。
The optical fiber gyro according to the present invention uses light in the path from the light source to the optical fiber gyro. 1st to distribute. Second
A means for depolarizing the principal is provided between the distributing means, thereby reducing the number of times the light from the light source passes through the distributing means, thereby reducing the unpolarized likelihood. The ability to reduce the output drift is to increase the number of guns to six.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明による元ファイバジャイロの一実施例金第
1図及び第2図金跡照して説明する。
Hereinafter, an embodiment of the original fiber gyro according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

光源t10)にはスペクトル幅が広いとともに、指向性
が艮ぐシングルモードファイバへの入射元率の向い光源
、例えばスーパールミネッセントダイオードが使用きれ
る。スペクトル幅の広い光源を使用する理由は、伝播光
のスペクトル幅が広いほどファイバ内でのレイリー散乱
による戻り光を信号光をの干渉による出力雑音やカー効
果による出力ドリフトを低減できるためである。
As the light source t10), a light source having a wide spectral width and a direction of incidence into a single mode fiber with excellent directivity, such as a superluminescent diode, can be used. The reason for using a light source with a wide spectral width is that the wider the spectral width of the propagating light, the more it is possible to reduce output noise due to interference between signal light and return light due to Rayleigh scattering within the fiber, and output drift due to the Kerr effect.

また、後述する定偏波ファイバによる無偏尤化乙の1史
用が町化となるオリ点をMする。
In addition, let M be the origin point where the unpolarized likelihood function B, which will be described later, becomes a town.

光線tl(lからの光はシングルモードファイバけυに
結合される。
Light from the beam tl(l is coupled into a single mode fiber υ).

ノングルモードファイバ10+かうの光は光力向性結合
6112で2分され、シングルモードファイバu階とノ
ングルモードファイバti4)へ云渣される〇ノングル
モードファイバua側は無反射終端usとなる。光源u
Oからの光は出射した状態で偏光さtelま1シングル
モードフアイバti3n伝播して無偏光比器i1Qに導
かれ、通過後は無偏光化される0 無偏光化器t161はylJえば定偏波ファイ、(2本
が直列に偏波保存面が互いに45°の角度金持つように
結合され、伝播光を無偏光化するよう構成されるのこの
構成については例えば電子通信学会技術研究報告0QE
83−42(信学技報Vol 83NO,90P、73
〜P、78.社団法六電す通信学会1983年7月26
日発行)にも記載されている。この万代によれば伝播光
路中にファイバのみで構成された無偏光化器四?設けろ
ことができる。無偏光化器ueにより無偏光化された光
はシングルモードファイバα力に導かれ、光方向性結合
器1A(i=介してノングルモードファイバQυとシン
グル七−ドクアイバ四に伝播される。シングルモードフ
ァイバレI)K結合された光は、ノングルモードファイ
バで構成され、ドラム器に巻L!2Iされた光フアイバ
ループ1241r時計回りに伝播した後、位相変調器(
ハ)で周期的((位相変調される。
The light from the non-gle mode fiber 10+ is split into two by the optical power directional coupling 6112 and sent to the single mode fiber Become. light source u
The light emitted from O is polarized and propagates through the single mode fiber ti3n, and is guided to the non-polarizer i1Q, and after passing through, it becomes non-polarized. (Two wires are coupled in series so that the polarization preserving surfaces are at an angle of 45 degrees to each other, and the propagating light is made non-polarized.For this configuration, see, for example, the Institute of Electronics and Communication Engineers Technical Research Report 0QE.
83-42 (IEICE Technical Report Vol. 83NO, 90P, 73
~P, 78. Association Law Rokuden Communication Society July 26, 1983
(Published on the same day). According to Bandai, there are four non-polarizers that consist of only fibers in the propagation optical path. You can set it up. The light depolarized by the depolarizer ue is guided to the single mode fiber α power and propagated through the optical directional coupler 1A (i = i) to the non-gle mode fiber Qυ and the single 7-domain fiber 4. Mode fiber laser I) K-coupled light is composed of a non-glue mode fiber and wound around a drum device L! After propagating clockwise through the optical fiber loop 1241r, the phase modulator (
C) and periodically ((phase modulated).

ノングル七−ドファイバ124に結合された光は位相変
調器125)で位相変調きれた後、光フアイバループt
14J を反時計回V)に伝播する。
After the light coupled to the non-glued fiber 124 is phase modulated by a phase modulator 125), it is transferred to the optical fiber loop t.
14J counterclockwise (V).

几ファイバルーズ(2勺を互いに逆方向に伝播した光は
再ひ′光)j向性結合器lAに専かれ結合される07ン
ダルモードフアイバ;20側は無反射終端−である。
The fiber is loose (the light propagated in opposite directions through the two fibers is re-coupled). The 07 dal mode fiber is exclusively coupled to the directional coupler lA; the 20 side is a non-reflection termination.

無偏光a ice 、ノングルモードファイバ0タヲ伝
播した光は光力向性結合器0力、ノングルモードファイ
バ困を介して光検出器翰に導かれる。光検出器fjは元
信号の干渉6y分を検出し、電気1g号にf換して出力
する。この光検出器(至)の出力信号は信号処理部国で
角速度信号に変換され角速度が検出される。
The unpolarized light propagated through the non-gle mode fiber is guided to the photodetector via the optical directional coupler and the non-gle mode fiber. The photodetector fj detects interference 6y of the original signal, converts it into electric signal 1g, and outputs it. The output signal of this photodetector (to) is converted into an angular velocity signal in a signal processing section, and the angular velocity is detected.

この第1図に示す尤ファイバジャイロで1よ、無偏光化
器時が光力向性結合器Uシと光方向性結合器121の間
に配置される。
In the fiber gyro shown in FIG. 1, a non-polarizer is disposed between the optical directional coupler U and the optical directional coupler 121.

この+J4 B■おいては、無偏光化された光が元ファ
イバルーズ(至)に至る葦での間に光方向性結合器しI
を1回通過するのみであるため、元の無偏光度が低Fす
る度合が少ない。
In this +J4 B■, the unpolarized light is connected to the optical directional coupler between the reeds leading to the original fiber loose (to).
Since the light passes through only once, the degree to which the original degree of non-polarization becomes low F is small.

す7ケυち、無偏光化器t161に導入される光は、偏
光された元であり、光方向性結合器u4の通過の4K 
itf光特性の窯動を受けても影響なく無偏光化される
。そして、無偏光化器+l[iの出力光は、tファイバ
ループ(圓に至るまでに1回元方向性姑合器−1?通過
するがこの回数は第2図の場合より少ないため光の無偏
光度が乱される機会は少ない。これにより、第2図(入
力角速度が零の」局舎)に示すように検出出力のドリフ
ト(実q)は従来の場合(e[)と比較して犬きく低減
きれ微小角速度でも稍度艮< fllll定することが
口J化となる。
In other words, the light introduced into the depolarizer t161 is the original polarized light, and the 4K light that passes through the optical directional coupler u4 is
Even if it is subjected to kiln movement with ITF optical characteristics, the light is made non-polarized without any effect. The output light of the depolarizer +l[i passes through the t-fiber loop (the original directionality combiner -1?) once before reaching the circle, but this number of times is less than in the case of Fig. 2, so the light There is little opportunity for the degree of non-polarization to be disturbed.As a result, as shown in Figure 2 (station building with zero input angular velocity), the drift of the detection output (actual q) is lower than in the conventional case (e[). Even if the angular velocity is extremely small, the consistency is determined to be less than 100%.

なお、無偏光化器:川としては、上記したように定偏波
ファイバで構成されるものでもよくまた複屈折結晶金型
ねたL yotタイプの無偏光子で構成されるものでも
よい0定割波ファイバを利用する場合は光の伝播路全オ
ールファイバ化でき光試の損失が少なく溝我も簡単にな
ろ0複屈折結晶を用いる場合は定偏波ファイバの場合に
必要な軸合わせが4秩であるが若干元菫の損失がある。
The non-polarizer may be made of a constant polarization fiber as described above, or may be made of a non-polarizer of the Lyot type in a birefringent crystal mold. When using a split-wave fiber, the optical propagation path can be made entirely of fibers, resulting in less loss in the optical test and simpler grooves.0 When using a birefringent crystal, the axis alignment required for a polarization-controlled fiber is 4. Although it is Chichi, there is a slight loss of Moto Sumire.

また、光源JOIとして1M元性を有さない九r出力す
る′jt源を用いても勿論よく、この場合は上記したよ
うに無制光化器を配lすることで元ファイバループを伝
播する光の無月光度r上げ一力ドリフト?低減すること
ができる。
Of course, it is also possible to use a 'jt source that does not have 1M elementality and outputs 9 r as the light source JOI, and in this case, as described above, by arranging a light control device, the light is propagated through the original fiber loop. Drift to increase the luminosity r of light? can be reduced.

さらに、光フアイバループ・24)や位相変調api 
’25)に定偏波ファイバを用いると、mi変動tより
減少することがoT化である。
In addition, optical fiber loops 24) and phase modulation API
'25), when a polarization constant fiber is used, the change in mi is reduced by less than t, which is OT.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上で説明したように本発明による光ファイバジャイロ
によれば簡単な構IJlj、で出力ドリフトを抑制する
ことができ測定梢度を向上させることができる。
As explained above, according to the optical fiber gyro according to the present invention, output drift can be suppressed with a simple structure, and measurement precision can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による光ファイバジャイロの一実施例を
説明する図、第2図は本発明による尤ファイバジャイロ
の4性を説明する図、第3図は従来の元ファイバジャイ
ロを説明する図である0 LILJ・・光源、(13,l:’tJ・・光力向性結
合器、四・・無−尤化器、;24J・・元ファイバルー
ズ、■・・位相変調器、1291・・・光・演出器、C
→・・信号処理部。 代理人 弁理士  則 近 憲 佑 同     竹 花 喜久男 行内 絹?図
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the optical fiber gyro according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the four characteristics of the optical fiber gyro according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional original fiber gyro. 0 LILJ...Light source, (13,l:'tJ...Optical force tropic coupler, 4...Non-likelihood generator,; 24J...Original fiber loose, ■...Phase modulator, 1291...・Light/direction device, C
→...Signal processing section. Agent Patent attorney Nori Chika Ken Yudo Take Hana Kikuo Kinu? figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 光を出力する光源と、この光源からの光を分配する第1
の分配手段と、この第1の分配手段の一方の出力光が供
給されこの出力光よりも低い偏光度の光を出力する手段
と、この手段からの光を分配する第2の分配手段と、こ
の第2の分配手段の出力光が供給され光が互いに逆方向
に伝播される光フアイバループと、この光フアイバルー
プを互いに逆方向に伝播した光の干渉光を検出する光検
出器とを具備する光フアイバジヤイロ。
A light source that outputs light and a first light source that distributes the light from this light source.
a distributing means for distributing light from one of the first distributing means, a means for outputting light having a lower degree of polarization than the output light, and a second distributing means for distributing the light from the first distributing means; It includes an optical fiber loop to which the output light of the second distribution means is supplied and the light propagates in opposite directions, and a photodetector that detects interference light of the lights propagated in opposite directions through the optical fiber loop. Hikari Fuaibagairo.
JP60259703A 1985-11-21 1985-11-21 Optical fiber gyro Pending JPS62121311A (en)

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