JPS62291514A - 光フアイバ回転センサ - Google Patents
光フアイバ回転センサInfo
- Publication number
- JPS62291514A JPS62291514A JP13480286A JP13480286A JPS62291514A JP S62291514 A JPS62291514 A JP S62291514A JP 13480286 A JP13480286 A JP 13480286A JP 13480286 A JP13480286 A JP 13480286A JP S62291514 A JPS62291514 A JP S62291514A
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- optical fiber
- optical
- fiber
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- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 10
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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】
3、発明の詳細な説明
(産業上の利用分野)
本発明は、小型の光ファイバ回転センサに関するもので
ある。
ある。
(従来の技術)
光ファイバ回転センサはリング状に束ねたファイバの両
端から右廻りと左廻りに光を入射し、この干渉から得ら
れる位相差量から、このリング状ファイバの回転数を測
定するものである。この光ファイバ回転センサを構成す
る光ファイバとしては、高感度化のためコアークラッド
構造より成る通常の単一モードファイバ、あるいはコア
ークラッド一応力付与部構造より成る偏波保持単一モー
ドファイバが使用されており、1k111〜5km長ノ
ファイバを使用し、I X 10−’ rad / s
ec程度の回転数の測定が可能であった(V、Vali
他:Applied 0ptics。
端から右廻りと左廻りに光を入射し、この干渉から得ら
れる位相差量から、このリング状ファイバの回転数を測
定するものである。この光ファイバ回転センサを構成す
る光ファイバとしては、高感度化のためコアークラッド
構造より成る通常の単一モードファイバ、あるいはコア
ークラッド一応力付与部構造より成る偏波保持単一モー
ドファイバが使用されており、1k111〜5km長ノ
ファイバを使用し、I X 10−’ rad / s
ec程度の回転数の測定が可能であった(V、Vali
他:Applied 0ptics。
Vol、15.No、5.pp、1099)。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、これらファイバの場合、コアークラッド
の比屈折率差Δ=(nl−n2)/n工(ここでn4は
コアの屈折率1n2はクラッドの屈折率)は、0.3〜
0.5%程度と小さく、従って曲げ損失が大きくなり易
く、このため、光ファイバ回転センサを構成する光ファ
イバリングの直径を小さくできない欠点があった(特願
昭59−73929)。
の比屈折率差Δ=(nl−n2)/n工(ここでn4は
コアの屈折率1n2はクラッドの屈折率)は、0.3〜
0.5%程度と小さく、従って曲げ損失が大きくなり易
く、このため、光ファイバ回転センサを構成する光ファ
イバリングの直径を小さくできない欠点があった(特願
昭59−73929)。
たとえば、長さ1laa、Δ=0.4%の単一モードフ
ァイバを使用した場合、曲げ損失により、光ファイバリ
ングの光損失は20dB / km以上となり、光ファ
イバ回転センサを構成するのが困難になった。
ァイバを使用した場合、曲げ損失により、光ファイバリ
ングの光損失は20dB / km以上となり、光ファ
イバ回転センサを構成するのが困難になった。
本発明の目的は、こうした問題点を解決し、小径の光フ
ァイバ回転センサを提供することにある。
ァイバ回転センサを提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
上記目的を達成するための本発明の特徴は、回転軸に対
して垂直な面内に置かれた直径Aの光ファイバリング内
を該光ファイバリングの回転方向と同方向に伝搬する光
と該光ファイバリングの回転方向と逆方向に伝搬する光
との実効的光路長差が光ファイバの回転角速度に比例す
ることを利用して、光ファイバの置かれた系の回転角速
度を検出する光ファイバ回転センサにおいて、光ファイ
バリングを構成する光ファイバのコア部とクラッド部の
比屈折率差Δが1%以上である光ファイバ回転センサに
ある。
して垂直な面内に置かれた直径Aの光ファイバリング内
を該光ファイバリングの回転方向と同方向に伝搬する光
と該光ファイバリングの回転方向と逆方向に伝搬する光
との実効的光路長差が光ファイバの回転角速度に比例す
ることを利用して、光ファイバの置かれた系の回転角速
度を検出する光ファイバ回転センサにおいて、光ファイ
バリングを構成する光ファイバのコア部とクラッド部の
比屈折率差Δが1%以上である光ファイバ回転センサに
ある。
(作用)
本発明は、光ファイバ回転センサを構成する光ファイバ
として、比屈折率差Δを1%以上とした単一モードファ
イバを使用することを主要な特徴としたものであり、こ
の結果、光ファイバリングの直径Aを5am以下にでき
るものである。第1図は単一モードファイバの曲げ損失
と比屈折率差の関係を示したものである。第1図は、規
格化周波数Vを2.0とし、曲げ半径を5mとして、1
■巻き付けた場合の損失である。本発明で、比屈折率差
Δを1%以上とした単一モードファイバの場合、曲げ損
失は、0.2%〜0.5%の従来のファイバに比べて、
2桁以上小さく、この結果、光ファイバリングの直径A
を極めて小さくできるものである。
として、比屈折率差Δを1%以上とした単一モードファ
イバを使用することを主要な特徴としたものであり、こ
の結果、光ファイバリングの直径Aを5am以下にでき
るものである。第1図は単一モードファイバの曲げ損失
と比屈折率差の関係を示したものである。第1図は、規
格化周波数Vを2.0とし、曲げ半径を5mとして、1
■巻き付けた場合の損失である。本発明で、比屈折率差
Δを1%以上とした単一モードファイバの場合、曲げ損
失は、0.2%〜0.5%の従来のファイバに比べて、
2桁以上小さく、この結果、光ファイバリングの直径A
を極めて小さくできるものである。
即ち、従来、直径A=15■〜20】であったものを5
■以下とできる点で、従来技術とは本質的に異なるもの
である。
■以下とできる点で、従来技術とは本質的に異なるもの
である。
また、もちろん、Δ=1%以上で、偏波保持性を有する
単一モードファイバを使用することも可能である。
単一モードファイバを使用することも可能である。
(実施例)
第2図は、比屈折率差Δ=1%以上の偏波保持光ファイ
バを用いた光ファイバ回転センサの構成図である。第2
図で、レーザ1からの出射光はレンズ2で平行光にされ
、バルク偏光子4で、Δ=1%以上の偏波保持光ファイ
バの主軸方向に偏光した直径偏光となり、レンズ5でフ
ァイバに入射される。ファイバに入射された光は、3d
B光結合器6で2等分され光ファイバリング7を右回り
に伝搬する光と左回りに伝搬する光に分けられる。
バを用いた光ファイバ回転センサの構成図である。第2
図で、レーザ1からの出射光はレンズ2で平行光にされ
、バルク偏光子4で、Δ=1%以上の偏波保持光ファイ
バの主軸方向に偏光した直径偏光となり、レンズ5でフ
ァイバに入射される。ファイバに入射された光は、3d
B光結合器6で2等分され光ファイバリング7を右回り
に伝搬する光と左回りに伝搬する光に分けられる。
ファイバリングを右回りと左回りに伝搬した光は、3d
B光結合器6で再び合波され、レンズ5.偏光子4を通
過した後ハーフミラ−3で反射され光検出器9に入る。
B光結合器6で再び合波され、レンズ5.偏光子4を通
過した後ハーフミラ−3で反射され光検出器9に入る。
光検出器9は、光ファイバ内を右回りに伝搬した光と、
左回りに伝搬した光との干渉光強度に比例した光電流を
生じる。光ファイバ回転センサでは、光ファイバリング
の回転に応じて、光ファイバリング内を左回りに伝搬す
る光と右回りに伝搬する光とで光路長に差が生じる。し
たがって、光路差に応じて、位相差ψが生じ2 πAL λ C と表わされる。(1)式で、λは真空中の光の波長。
左回りに伝搬した光との干渉光強度に比例した光電流を
生じる。光ファイバ回転センサでは、光ファイバリング
の回転に応じて、光ファイバリング内を左回りに伝搬す
る光と右回りに伝搬する光とで光路長に差が生じる。し
たがって、光路差に応じて、位相差ψが生じ2 πAL λ C と表わされる。(1)式で、λは真空中の光の波長。
Cは真空中の光速塵、Aは光ファイバリング7の直径、
Lは光ファイバの長さ、Ωは回転角速度である。従って
、光検出器9からの光電流出力■は、この位相差によっ
て、 I ccl +cos ψ ・・・・・・
(2)となる。このため、光電流出力の変化を読み取る
ことによって、回転角速度Ωを検出できることとなる。
Lは光ファイバの長さ、Ωは回転角速度である。従って
、光検出器9からの光電流出力■は、この位相差によっ
て、 I ccl +cos ψ ・・・・・・
(2)となる。このため、光電流出力の変化を読み取る
ことによって、回転角速度Ωを検出できることとなる。
ただし、(2)式で、微小回転(ψ(1)の場合、co
s ψの差が小さくなり、はぼ一定値となり、検出が難
しくなる。第2図の8のPZT振動子は。
s ψの差が小さくなり、はぼ一定値となり、検出が難
しくなる。第2図の8のPZT振動子は。
該PZT振動子8に巻きつけられたファイバ中を伝搬す
る光に位相変調を加え、これによってψが小さい場合の
検出感度を高める役割を果すものである。
る光に位相変調を加え、これによってψが小さい場合の
検出感度を高める役割を果すものである。
たとえば、第2図の実施例で、該光ファイバリングとし
て、Δ=1%偏波保持ファイバを用いた場合、該リング
の直径Aを5■とじ、光ファイバの長さL=1000m
としても、曲げ損失は0.1dB/−以下であり、検出
可能な最小回転角速度ΔΩは10−@rad/see、
また出力変動は0.1@/hr以内であった。また、Δ
=2%のファイバを用いた場合には、該リング直径Aを
31以下とすることが出来、ΔΩは10−’rad/s
ee程度であった。一方Δ=0.5%のファイバを用い
た場合にはリング直径A=5cmでは曲げ損失が大きく
なり、上記回転角速度の測定は困難であった。
て、Δ=1%偏波保持ファイバを用いた場合、該リング
の直径Aを5■とじ、光ファイバの長さL=1000m
としても、曲げ損失は0.1dB/−以下であり、検出
可能な最小回転角速度ΔΩは10−@rad/see、
また出力変動は0.1@/hr以内であった。また、Δ
=2%のファイバを用いた場合には、該リング直径Aを
31以下とすることが出来、ΔΩは10−’rad/s
ee程度であった。一方Δ=0.5%のファイバを用い
た場合にはリング直径A=5cmでは曲げ損失が大きく
なり、上記回転角速度の測定は困難であった。
また、第2図で、光源1.レンズ2.・・・等の光学素
子をファイバリング7の内部に構成すれば、光ファイバ
回転センサの全体寸法をリング直径A以下にできるもの
である。
子をファイバリング7の内部に構成すれば、光ファイバ
回転センサの全体寸法をリング直径A以下にできるもの
である。
また、第2図の実施例では、いわゆるバルク形の光ファ
イバ回転センサを示したが、ハーフミラ−3や偏光子4
等をファイバ形素子を置き替えたファイバ形光ファイバ
回転センサを構成することもできる。また、光学素子を
すべて、1つの基板上に構成した光IC型を利用すれば
、さらに小型化が可能であり、直径31以下あるいは直
径1as以下のファイバリング内に光学素子を構成し、
光ファイバ回転センサの全体の寸法を3anあるいは1
■以下にできる。
イバ回転センサを示したが、ハーフミラ−3や偏光子4
等をファイバ形素子を置き替えたファイバ形光ファイバ
回転センサを構成することもできる。また、光学素子を
すべて、1つの基板上に構成した光IC型を利用すれば
、さらに小型化が可能であり、直径31以下あるいは直
径1as以下のファイバリング内に光学素子を構成し、
光ファイバ回転センサの全体の寸法を3anあるいは1
■以下にできる。
さらに、本発明ではΔが大きいため、コア径は小さくな
り、したがってファイバの外径も通常の125μmより
小さく、40μIw〜80μm程度にすることができる
。このため、ファイバリングにした場合の巻き上げ寸法
を小さくできるものである。
り、したがってファイバの外径も通常の125μmより
小さく、40μIw〜80μm程度にすることができる
。このため、ファイバリングにした場合の巻き上げ寸法
を小さくできるものである。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明では、比屈折率差Δ=1%
以上の光ファイバを光ファイバリングとして使用するこ
とによって、光ファイバリングの直径を5am以下とす
ることができるため、極めて小型の光ファイバ回転セン
サを提供できる利点がある。また、本発明では比屈折率
差りが大きいため、光ファイバリングの直径を小さくし
ても曲げ損失が大きくならないため、光ファイバ長を長
くでき、したがって、小径リングであるにもかかわらず
検出感度を高めることができる利点がある。
以上の光ファイバを光ファイバリングとして使用するこ
とによって、光ファイバリングの直径を5am以下とす
ることができるため、極めて小型の光ファイバ回転セン
サを提供できる利点がある。また、本発明では比屈折率
差りが大きいため、光ファイバリングの直径を小さくし
ても曲げ損失が大きくならないため、光ファイバ長を長
くでき、したがって、小径リングであるにもかかわらず
検出感度を高めることができる利点がある。
また、本発明の光ファイバ回転センサは極めて小型であ
るため、自動車、小型飛行体、その他、小型、軽量が要
求される分野に広範囲な適用が可能である利点がある。
るため、自動車、小型飛行体、その他、小型、軽量が要
求される分野に広範囲な適用が可能である利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は曲げ損失と比屈折率差Δnの関係、第2図は光
ファイバ回転センサの構成例である。 1・・・レーザ光源、 2,5.10・・・レン
ズ。 3・・・ハーフミラ−16・・・3dB光結合器、7・
・・621%以上の偏波保持光ファイバリング、8・・
・PZT振動子、 9・・・光検出器。
ファイバ回転センサの構成例である。 1・・・レーザ光源、 2,5.10・・・レン
ズ。 3・・・ハーフミラ−16・・・3dB光結合器、7・
・・621%以上の偏波保持光ファイバリング、8・・
・PZT振動子、 9・・・光検出器。
Claims (2)
- (1)回転軸に対して垂直な面内に置かれた直径Aの光
ファイバリング内を該ファイバリングの回転方向と同方
向に伝搬する光と該光ファイバリングの回転方向と逆方
向に伝搬する光との実効的光路長差が光ファイバの回転
角速度に比例することを利用して、光ファイバの置かれ
た系の回転角速度を検出する光ファイバ回転センサにお
いて、光ファイバリングを構成する光ファイバのコア部
とクラッド部の比屈折率差Δが1%以上であることを特
徴とする光ファイバ回転センサ。 - (2)光ファイバリングの直径Aが5cm以下であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光ファイバ
回転センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13480286A JPS62291514A (ja) | 1986-06-12 | 1986-06-12 | 光フアイバ回転センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13480286A JPS62291514A (ja) | 1986-06-12 | 1986-06-12 | 光フアイバ回転センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62291514A true JPS62291514A (ja) | 1987-12-18 |
Family
ID=15136869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13480286A Pending JPS62291514A (ja) | 1986-06-12 | 1986-06-12 | 光フアイバ回転センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62291514A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005208025A (ja) * | 2003-04-11 | 2005-08-04 | Totoku Electric Co Ltd | 光ファイバコイル式センサ及び光ファイバ |
-
1986
- 1986-06-12 JP JP13480286A patent/JPS62291514A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005208025A (ja) * | 2003-04-11 | 2005-08-04 | Totoku Electric Co Ltd | 光ファイバコイル式センサ及び光ファイバ |
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