JPS6239712A - 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Info
- Publication number
- JPS6239712A JPS6239712A JP61188790A JP18879086A JPS6239712A JP S6239712 A JPS6239712 A JP S6239712A JP 61188790 A JP61188790 A JP 61188790A JP 18879086 A JP18879086 A JP 18879086A JP S6239712 A JPS6239712 A JP S6239712A
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- JP
- Japan
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- dispersive element
- mode filter
- birefringent
- mode
- optical fiber
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-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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】
[産業上の利用分野]
この発明は、サグナック効果を利用した光フアイバ干渉
ジャイロスコープに関する。
ジャイロスコープに関する。
[従来の技術]
光ファイバを多重に巻回したコイルを使用し、ビーム分
割装置および結合装置によって単一レーザからの光がそ
の中を両方向に同時に伝播して光検出器に回転に感応す
る出力信号を生じさせることはすでに知られている。そ
のような装置は、文献(例えば5hih Chun L
inおよびThomas Q 。
割装置および結合装置によって単一レーザからの光がそ
の中を両方向に同時に伝播して光検出器に回転に感応す
る出力信号を生じさせることはすでに知られている。そ
のような装置は、文献(例えば5hih Chun L
inおよびThomas Q 。
Q 1allorenziのA ppl ied O
ptics第18巻、第6号、1979年3月15日)
に記載されている。出力信号が組合わせられたとき、干
渉縞パターンが形成され、それは静止した装置では画像
光学系の特性に依存した形状の固定パターンを形成する
。もしも光学系がコイルの軸を中心に回転されるならば
、縞の移動が起り、適当な処理によって回転情報の抽出
が可能である。
ptics第18巻、第6号、1979年3月15日)
に記載されている。出力信号が組合わせられたとき、干
渉縞パターンが形成され、それは静止した装置では画像
光学系の特性に依存した形状の固定パターンを形成する
。もしも光学系がコイルの軸を中心に回転されるならば
、縞の移動が起り、適当な処理によって回転情報の抽出
が可能である。
光学系の具体的構成(例えば動作波長λ、光ファイバ長
等)および監視されるべき回転速度範囲に応じて、単一
の干渉縞または多数の干渉縞で動作する装置が考えられ
る。
等)および監視されるべき回転速度範囲に応じて、単一
の干渉縞または多数の干渉縞で動作する装置が考えられ
る。
光フアイバ光学ジャイロスコープの形態は可逆構造であ
り、それは文献(R,Ulrichによる0ptics
L etters、 No 、 5 (5)
、 1980年5月。
り、それは文献(R,Ulrichによる0ptics
L etters、 No 、 5 (5)
、 1980年5月。
173〜175頁)に記載されている。可逆構造ジトイ
ロスコープの基本的特徴は信号モードフィルタ(空間的
および偏光において)であり、それはサグナック(Sa
gnac )干渉装置の共通人力/出力ポートを形成し
、センサコイルの複屈折における変化によるバイアスド
リフトを抑制する。文献[例えばKinter E、
C,の光ファイバジャイロスコープにおける偏光側@
: Optics L etters。
ロスコープの基本的特徴は信号モードフィルタ(空間的
および偏光において)であり、それはサグナック(Sa
gnac )干渉装置の共通人力/出力ポートを形成し
、センサコイルの複屈折における変化によるバイアスド
リフトを抑制する。文献[例えばKinter E、
C,の光ファイバジャイロスコープにおける偏光側@
: Optics L etters。
No 、 6 (3)、 1981年3月、154〜
15G頁]に示された解析によれば、長いコヒーレンス
艮の光源に対してはバイアスはモードフィルタによって
弱く抑制されるだけであり、そのため80dBの減衰特
性をもつフィルタでも1’04の程度のバイアスの減少
を生じるに過ぎない。
15G頁]に示された解析によれば、長いコヒーレンス
艮の光源に対してはバイアスはモードフィルタによって
弱く抑制されるだけであり、そのため80dBの減衰特
性をもつフィルタでも1’04の程度のバイアスの減少
を生じるに過ぎない。
本出願人の英国特許出願第8132314号(発明者J
、 S、 Heeks)明mlにはホモダイン光ファイ
バジャイロスコープ用の最少の可逆構造FOGから導出
された位相変調構造が記載されている。それにおいては
、2個の先位相変xgI装置が同期的に切替えられる光
源と共に光フアイバループに対して非対称に配置され、
位相変調と位相バイアスの両者が与えられるようにされ
ている。ジャイロ出力からのフィードバック制御により
、位相拘束ループシステムとして動作することができ、
それにおいては、干渉計出力は特定の値に保持され、回
転速度はループ制御信号から導出される。
、 S、 Heeks)明mlにはホモダイン光ファイ
バジャイロスコープ用の最少の可逆構造FOGから導出
された位相変調構造が記載されている。それにおいては
、2個の先位相変xgI装置が同期的に切替えられる光
源と共に光フアイバループに対して非対称に配置され、
位相変調と位相バイアスの両者が与えられるようにされ
ている。ジャイロ出力からのフィードバック制御により
、位相拘束ループシステムとして動作することができ、
それにおいては、干渉計出力は特定の値に保持され、回
転速度はループ制御信号から導出される。
このシステムの変形は本出願人の英国特許出願第830
1654号明細書に記載され、それはpzt位相変調装
置の特性を改善し、光検出装置が出力に所望のaC動作
を行なわせるようにサンプリングされる。
1654号明細書に記載され、それはpzt位相変調装
置の特性を改善し、光検出装置が出力に所望のaC動作
を行なわせるようにサンプリングされる。
[発明の解決すべき問題点]
この発明の目的は、光ファイバジャイロスコープにおけ
るバイアス抑制を改善することである。
るバイアス抑制を改善することである。
[問題点解決のための手段]
この発明によれば、センサ光導波体と、このセンサ光導
波体に信号を送るための信号源と、サグナック効果を受
けるようにセンサ光導波体から受信された信号を検出す
るように構成された検出器と、送信および受信信号を伝
送するように構成された単一モードフィルタと、送信お
よび受信信号の間の干渉によって生じる不所望な信号を
減少させるように構成された分散素子とを具備している
光ファイバジャイロスコープ等のサグナック効果装置が
提供される。
波体に信号を送るための信号源と、サグナック効果を受
けるようにセンサ光導波体から受信された信号を検出す
るように構成された検出器と、送信および受信信号を伝
送するように構成された単一モードフィルタと、送信お
よび受信信号の間の干渉によって生じる不所望な信号を
減少させるように構成された分散素子とを具備している
光ファイバジャイロスコープ等のサグナック効果装置が
提供される。
[実施例]
添附図面を参照に実施例で説明する。
第1図は前記文献に記載されたような最少の可逆構造光
ファイバジャイロスコープを示しており、それは、光源
Sと、光検出装置りと、偏光子および単一モードフィル
タPと、第1のビーム分割装[881と、第2のビーム
分割装置882と、光フアイバコイルFの形態のセンサ
光導波体とを具備している。光変調装置、偏光をなくす
装置および電子部品のようなその他の部品が必要である
ことは当業者によく知られているが、この発明を理解す
るためにはここでは必要ない。
ファイバジャイロスコープを示しており、それは、光源
Sと、光検出装置りと、偏光子および単一モードフィル
タPと、第1のビーム分割装[881と、第2のビーム
分割装置882と、光フアイバコイルFの形態のセンサ
光導波体とを具備している。光変調装置、偏光をなくす
装置および電子部品のようなその他の部品が必要である
ことは当業者によく知られているが、この発明を理解す
るためにはここでは必要ない。
光aSは固体レーザまたは発光ダイオードでよく、検出
器りはPINダイオードまたはアバランシェ光ダイオー
ドでよい。ビーム分割装置831、882は光フアイバ
結合器または集積された光方向性結合器または集積され
た光学的Y形結合器でよい。偏光子および単一モードフ
ィルタPは単一の装置として構成されると便利であり、
光フアイバ偏光子または集積された偏光子でよい。これ
らの装置は複屈折装置である。
器りはPINダイオードまたはアバランシェ光ダイオー
ドでよい。ビーム分割装置831、882は光フアイバ
結合器または集積された光方向性結合器または集積され
た光学的Y形結合器でよい。偏光子および単一モードフ
ィルタPは単一の装置として構成されると便利であり、
光フアイバ偏光子または集積された偏光子でよい。これ
らの装置は複屈折装置である。
この発明の目的は、センサコイル中の複屈折により光フ
ァイバジャイロスコープ中にバイアスを発生するコヒー
レントでない波の対に対して充分の余裕で光源のコヒー
レント長を越えるような充分の偏光分散を導入すること
である。
ァイバジャイロスコープ中にバイアスを発生するコヒー
レントでない波の対に対して充分の余裕で光源のコヒー
レント長を越えるような充分の偏光分散を導入すること
である。
この発明の第1の実施例は第2図に示されている。第2
図ならびに第3図、第4図において、対応する参照記号
は対応する部分を示している。第2図において複屈折単
一モード光導波体BSMGが偏光子Pに後続して配置さ
れている。
図ならびに第3図、第4図において、対応する参照記号
は対応する部分を示している。第2図において複屈折単
一モード光導波体BSMGが偏光子Pに後続して配置さ
れている。
第3図には、この発明の他の実施例が示されている。こ
の実施例においては複屈折単一モード光導波体BSMG
は偏光子Pに先行して配置されている。第2図および第
3図のいずれの場合においても、複屈折単一モード光導
波体BSMGは複屈折性の高いある長さの光ファイバま
たはニオブ酸リチウムのような複屈折性の基体中のある
長さの集積光導波体で構成することができる。
の実施例においては複屈折単一モード光導波体BSMG
は偏光子Pに先行して配置されている。第2図および第
3図のいずれの場合においても、複屈折単一モード光導
波体BSMGは複屈折性の高いある長さの光ファイバま
たはニオブ酸リチウムのような複屈折性の基体中のある
長さの集積光導波体で構成することができる。
この発明の第3の実施例が第4図に示されている。複屈
折偏光子8Pはその偏光分散が光源のコヒーレント長を
越える充分な長さに作られている。
折偏光子8Pはその偏光分散が光源のコヒーレント長を
越える充分な長さに作られている。
複屈折偏光子BPは第1図の光フアイバジャイロ。
スコープ中に示された偏光子Pに1換されている。
複屈折偏光子BPはある長さの偏光光フフイーバまたは
集積偏光子でよい。
集積偏光子でよい。
以下発生する現象について簡単に説明する。第1図乃至
第4図で説明した実際の光ファイバジャイロスコープに
おいては、モードフィルタは通常単一偏光光ファイバま
たはニオブ酸リチウムの集積光学的チップの一部である
。そのような場合には、フィルタは複屈折性であり、複
屈折性素子で囲まれている。そのモードはフィルタのそ
れと類似している。もしも、複屈折性素子中の分散が光
源のコヒーレンス長を超えたならば、複屈折性バイアス
環の大部分は光源のコヒーレンス関数に比例して減少す
る。残りの項はモードフィルタによって強く抑制され、
それ故、例えば40dBの減衰をもつフィルタは104
だけこれらの項を減少させる。説明のために、フィルタ
と複屈折性素子のアイゲンモード(etc+en mo
de)は同一であると仮定する。2個の偏光モードはX
およびyによって識別される。ここでXはモードフィル
タ(または偏光子)を通過したモードであり、yは減衰
されるモードである。複屈折性素子を通過するモードX
に要する時間はτXであり、モードyに要する時間はτ
Yである。したがって、これらの素子を1回通過した後
、Xおよびyモードは時間ドメインでτX−τYだけ分
離される。今、センサのコイルFのループを回って通過
した後X偏光モードでフィルタに帰還する光について考
える。センサのコイルFとビーム分割装置Bs2におけ
るモード間の結合のために、反時計方向(CCW)と時
計方向(CW)に走行するビームは二つの成分を有し、
その一つはX偏光でモードフィルタの第1の伝送を行な
い、他の一つはy偏光でモードフィルタの伝送を行なう
。したがって(反射や背後散乱を無視して)XIH光中
にモードフィルタ882に帰還するビームには全部で4
Iilの成分がある。これらは以下に列挙されるような
ものである。
第4図で説明した実際の光ファイバジャイロスコープに
おいては、モードフィルタは通常単一偏光光ファイバま
たはニオブ酸リチウムの集積光学的チップの一部である
。そのような場合には、フィルタは複屈折性であり、複
屈折性素子で囲まれている。そのモードはフィルタのそ
れと類似している。もしも、複屈折性素子中の分散が光
源のコヒーレンス長を超えたならば、複屈折性バイアス
環の大部分は光源のコヒーレンス関数に比例して減少す
る。残りの項はモードフィルタによって強く抑制され、
それ故、例えば40dBの減衰をもつフィルタは104
だけこれらの項を減少させる。説明のために、フィルタ
と複屈折性素子のアイゲンモード(etc+en mo
de)は同一であると仮定する。2個の偏光モードはX
およびyによって識別される。ここでXはモードフィル
タ(または偏光子)を通過したモードであり、yは減衰
されるモードである。複屈折性素子を通過するモードX
に要する時間はτXであり、モードyに要する時間はτ
Yである。したがって、これらの素子を1回通過した後
、Xおよびyモードは時間ドメインでτX−τYだけ分
離される。今、センサのコイルFのループを回って通過
した後X偏光モードでフィルタに帰還する光について考
える。センサのコイルFとビーム分割装置Bs2におけ
るモード間の結合のために、反時計方向(CCW)と時
計方向(CW)に走行するビームは二つの成分を有し、
その一つはX偏光でモードフィルタの第1の伝送を行な
い、他の一つはy偏光でモードフィルタの伝送を行なう
。したがって(反射や背後散乱を無視して)XIH光中
にモードフィルタ882に帰還するビームには全部で4
Iilの成分がある。これらは以下に列挙されるような
ものである。
モードフィルタの 伝播方向 ビーム番号簿1の通
過中のモード X CW 1x
ccw 2V CW
3V CCW 4以下、
これらの成分の結合の結果について検討する。ビーム1
と2の干渉は好ましいジャイロ出力を与え、可逆性によ
ってバイアスからの影響を受けない。ビーム2と3およ
び1と4の干渉は文献(R,1,FredriCkおよ
びR、LJ Ir1chの論文“不完全なポーラライザ
ー/デボーラライザーによるファイバジャイロの位相エ
ラー塊界″:E Iectronics L ett
ers20 (8) 、 1984年4月12日、3
30〜332頁)に特定されたような゛1次′′支配を
形成する。しかしながら、ビーム1と2はビーム3と4
に対してて×−τYだけ遅延され、それ故干渉項はγ(
τX−τy)に減少する。ここでγは光源コヒーレント
関数である。ビーム3と4とは非可逆対であり、それは
チーコヒーレントではなく、両者共にモードフィルタに
よって減衰されるから、複屈折バイアスに対する支配は
振幅減衰比において2次的なオーダーである。
過中のモード X CW 1x
ccw 2V CW
3V CCW 4以下、
これらの成分の結合の結果について検討する。ビーム1
と2の干渉は好ましいジャイロ出力を与え、可逆性によ
ってバイアスからの影響を受けない。ビーム2と3およ
び1と4の干渉は文献(R,1,FredriCkおよ
びR、LJ Ir1chの論文“不完全なポーラライザ
ー/デボーラライザーによるファイバジャイロの位相エ
ラー塊界″:E Iectronics L ett
ers20 (8) 、 1984年4月12日、3
30〜332頁)に特定されたような゛1次′′支配を
形成する。しかしながら、ビーム1と2はビーム3と4
に対してて×−τYだけ遅延され、それ故干渉項はγ(
τX−τy)に減少する。ここでγは光源コヒーレント
関数である。ビーム3と4とは非可逆対であり、それは
チーコヒーレントではなく、両者共にモードフィルタに
よって減衰されるから、複屈折バイアスに対する支配は
振幅減衰比において2次的なオーダーである。
同様の結論は、これらが少なくとも一度モードフィルタ
によって減衰されることを除いてはy(!!光で帰還す
るビームについても引出されることができ、複屈折バイ
アスに対してて2次的な、またはずっと少ない程度の支
配を与えるに過ぎない。
によって減衰されることを除いてはy(!!光で帰還す
るビームについても引出されることができ、複屈折バイ
アスに対してて2次的な、またはずっと少ない程度の支
配を与えるに過ぎない。
したがって、複屈折バイアスに対する支配はモードフィ
ルタの減衰において2次的か、或いはコヒーレント関数
によって抑制されるかのいずれかである。
ルタの減衰において2次的か、或いはコヒーレント関数
によって抑制されるかのいずれかである。
また、上記の簡単化した説明は、フィルタのアイゲンモ
ードおよび複屈折素子が同一であると仮定しない正式の
数学的な解析によってもigできる。
ードおよび複屈折素子が同一であると仮定しない正式の
数学的な解析によってもigできる。
この発明は、光ファイバジャイロスコープ以外のサグナ
ック環か装置に適用することもできる。
ック環か装置に適用することもできる。
第1図は従来文献に発表されている最少可逆構造光ファ
イバジャイロスコープの簡単化したブロック図であり、
第2図、第3図および第4図はそれぞれこの発明の異な
る実施例のブロック図である。゛ S・・・光源、D・・・光検出器、P・・・偏光子およ
びモードフィルタ、BSl 、BS2・・・ビーム分割
装置、F・・・光フアイバコイル、BSMG・・・複屈
折単一モード光導波体。
イバジャイロスコープの簡単化したブロック図であり、
第2図、第3図および第4図はそれぞれこの発明の異な
る実施例のブロック図である。゛ S・・・光源、D・・・光検出器、P・・・偏光子およ
びモードフィルタ、BSl 、BS2・・・ビーム分割
装置、F・・・光フアイバコイル、BSMG・・・複屈
折単一モード光導波体。
Claims (6)
- (1)センサ光導波体と、 このセンサ光導波体に信号を送るための信号源と、 サグナック効果を受けるようにセンサ光導波体から受信
された信号を検出するように構成された検出器と、 送信および受信信号を伝送するように構成された単一モ
ードフィルタと、 送信および受信信号の間の干渉によつて生じる不所望な
信号を減少させるように構成された分散素子とを具備し
ていることを特徴とする光ファイバジャイロスコープの
如きサグナック効果装置。 - (2)分散素子が複屈折であり、偏光分散が光源のコヒ
ーレンス長に匹敵するか、それ以上である特許請求の範
囲第1項記載の装置。 - (3)分散素子がモードフィルタとセンサ光導波体との
間に位置している特許請求の範囲第2項記載の装置。 - (4)分散素子がモードフィルタと、光源および検出器
との間に位置している特許請求の範囲第2項記載の装置
。 - (5)モードフィルタが分散素子と合体して分散素子と
して動作するように構成されている特許請求の範囲第2
項記載の装置。 - (6)分散素子が複屈折単一モード光導波体を具備して
いる特許請求の範囲1項乃至第5項のいずれか1項記載
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB8520347A GB2179140B (en) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | Sagnac effect device |
GB8520347 | 1985-08-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6239712A true JPS6239712A (ja) | 1987-02-20 |
JPH0781866B2 JPH0781866B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=10583756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61188790A Expired - Lifetime JPH0781866B2 (ja) | 1985-08-14 | 1986-08-13 | 光フアイバジヤイロスコ−プ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0781866B2 (ja) |
DE (1) | DE3626714A1 (ja) |
FR (1) | FR2586293A1 (ja) |
GB (1) | GB2179140B (ja) |
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DE3115804A1 (de) * | 1981-04-18 | 1982-11-04 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "ringinterferometer" |
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1985
- 1985-08-14 GB GB8520347A patent/GB2179140B/en not_active Expired
-
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- 1986-08-07 DE DE19863626714 patent/DE3626714A1/de not_active Ceased
- 1986-08-11 FR FR8611569A patent/FR2586293A1/fr not_active Withdrawn
- 1986-08-13 JP JP61188790A patent/JPH0781866B2/ja not_active Expired - Lifetime
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