JPS6283615A - 受動共振型リングレ−ザジヤイロ - Google Patents
受動共振型リングレ−ザジヤイロInfo
- Publication number
- JPS6283615A JPS6283615A JP22576685A JP22576685A JPS6283615A JP S6283615 A JPS6283615 A JP S6283615A JP 22576685 A JP22576685 A JP 22576685A JP 22576685 A JP22576685 A JP 22576685A JP S6283615 A JPS6283615 A JP S6283615A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylindrical body
- ring resonator
- laser
- substrate
- ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G01C19/727—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 using a passive ring resonator
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- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Lasers (AREA)
- Gyroscopes (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、受動共振型リングレーザジャイロに係わり
、小型化がｒｆｆ能で、分解能、諷１更特性に漬れ、か
つ生産性も良好なり／グレーザジャイロに関−する。
、小型化がｒｆｆ能で、分解能、諷１更特性に漬れ、か
つ生産性も良好なり／グレーザジャイロに関−する。
元ファイバを利用したジャイｅ＋としては干渉型と共振
型の２棟がある。共振型ジャイロは元ファイバで構成し
たリング共振器の共振特性の変化から回転角を検出する
もので、リング共振器をなす光ファイバの光路長は１〜
１０ｍで充分であるので装置全体の小型化が可能と云う
特徴があるものの、光ファイバを使うことから温度変化
による特性変化が大きいとい５問題を有している。この
ため、光ファイバを使わずに、基板上にり／グ状の薄膜
導波俗を形成してこれをリング共振器とすることが考え
られるが、このものでは、逆にリング共振器の光路長を
十分に取ることが困難で、検出「ヒが低いと云う問題が
ある。
型の２棟がある。共振型ジャイロは元ファイバで構成し
たリング共振器の共振特性の変化から回転角を検出する
もので、リング共振器をなす光ファイバの光路長は１〜
１０ｍで充分であるので装置全体の小型化が可能と云う
特徴があるものの、光ファイバを使うことから温度変化
による特性変化が大きいとい５問題を有している。この
ため、光ファイバを使わずに、基板上にり／グ状の薄膜
導波俗を形成してこれをリング共振器とすることが考え
られるが、このものでは、逆にリング共振器の光路長を
十分に取ることが困難で、検出「ヒが低いと云う問題が
ある。
そこで、この発明にあっては低膨張性材料からなる円筒
体の局面九位相変Ａ５を口するリング共振器を形成し、
この円筒体の端部に一体的に設けられた円板状の基根に
レーザ、光検知器、偏光子、元カプラーなどの光学素子
を形成することにより、リング共振器の光路長が十分艮
く確保でき、しかも小型化が可能となるようにした。
体の局面九位相変Ａ５を口するリング共振器を形成し、
この円筒体の端部に一体的に設けられた円板状の基根に
レーザ、光検知器、偏光子、元カプラーなどの光学素子
を形成することにより、リング共振器の光路長が十分艮
く確保でき、しかも小型化が可能となるようにした。
以下、図１１ｒＪＪを参照してこの発明の詳細な説明す
る。
る。
図面はこの発明の受動共振型リングレーザジャイロの一
例を示すもので、図中符号１はこの発明に係るジャイロ
である。このリングレーザジャイロｌは、リング共振器
が設けられた円筒体２と、レーザ、光検知器、偏光子、
カプラーなどの光学素子が設けられた円板状の基板３と
から概略構成されている。円筒体２および基板３は、と
もに石英、サファイヤ、セラミックスなどの熱膨張率の
低い低膨張性材料からなり、基板３は円筒体２の端部に
機械的に接合一体化されている。
例を示すもので、図中符号１はこの発明に係るジャイロ
である。このリングレーザジャイロｌは、リング共振器
が設けられた円筒体２と、レーザ、光検知器、偏光子、
カプラーなどの光学素子が設けられた円板状の基板３と
から概略構成されている。円筒体２および基板３は、と
もに石英、サファイヤ、セラミックスなどの熱膨張率の
低い低膨張性材料からなり、基板３は円筒体２の端部に
機械的に接合一体化されている。
円筒体２の外周面には、リング共振器となる石英ガラス
などから作成された薄膜導波路４が巻回されて形成され
ている。この薄膜導波路４には種々の形式のものが用い
られ、円筒体２の外周面上にホトリソ技術により高屈折
率のコア部を形成した蒸眉形、この蒸溜形のコア部上に
クラッド部を形成した埋込形、円筒体外周面にガラス膜
を形成し、このガラス膜上に薄い帯状のストリップを形
成したマイクロストリップ形、マイクロストリップ形の
変型であるリッジ形、イオン交換法、イオンマイグレー
ション法によって外周面上のガラス膜中にイオンを拡散
させた拡散影あるいは薄膜レンズ形などが適宜使用され
る。？４俟導波路４０代りにシングルモード光ファイバ
を巻き付けてリング共振器とすることもできるが、メタ
ルコートファイバなどの温度特性の良好なものを選択す
べきである。リング共振器の光路長は１０ｍ以上とする
ことが分解能の点で好ましい。
などから作成された薄膜導波路４が巻回されて形成され
ている。この薄膜導波路４には種々の形式のものが用い
られ、円筒体２の外周面上にホトリソ技術により高屈折
率のコア部を形成した蒸眉形、この蒸溜形のコア部上に
クラッド部を形成した埋込形、円筒体外周面にガラス膜
を形成し、このガラス膜上に薄い帯状のストリップを形
成したマイクロストリップ形、マイクロストリップ形の
変型であるリッジ形、イオン交換法、イオンマイグレー
ション法によって外周面上のガラス膜中にイオンを拡散
させた拡散影あるいは薄膜レンズ形などが適宜使用され
る。？４俟導波路４０代りにシングルモード光ファイバ
を巻き付けてリング共振器とすることもできるが、メタ
ルコートファイバなどの温度特性の良好なものを選択す
べきである。リング共振器の光路長は１０ｍ以上とする
ことが分解能の点で好ましい。
また、円筒体２上のり／グ共振器をなす薄膜導波路４の
ほぼ中間位置に、ＬｉＮｂＯ３，ＰＬＺＴなどの電気光
学効果を有する結晶性材料からなる位相変調５５が設け
られている。この位相に調５５は、リング共振器内に導
波されるレーザ光を位相変調し、位相スキャンするため
のものである。位相変調器５に電気光学材料からなる素
子を用いる場合には、これら材料に′＃Ｉｔ極等を形成
したのち、チップ状に切り出し、これを円筒体２に形成
した凹部に埋め込む方法や円筒体２外周面に結晶層を生
長させ、その上にＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ などから
なる導波路をスパッタ法、・ンにより形成し、さらＫｔ
極をスパッタ法などで形成する方法が適用できる。
ほぼ中間位置に、ＬｉＮｂＯ３，ＰＬＺＴなどの電気光
学効果を有する結晶性材料からなる位相変調５５が設け
られている。この位相に調５５は、リング共振器内に導
波されるレーザ光を位相変調し、位相スキャンするため
のものである。位相変調器５に電気光学材料からなる素
子を用いる場合には、これら材料に′＃Ｉｔ極等を形成
したのち、チップ状に切り出し、これを円筒体２に形成
した凹部に埋め込む方法や円筒体２外周面に結晶層を生
長させ、その上にＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ などから
なる導波路をスパッタ法、・ンにより形成し、さらＫｔ
極をスパッタ法などで形成する方法が適用できる。
一方、基板３上には、光源としてのレーザダイオード６
が設けられている。これは、基板３を所定の形状にエツ
チングして凹部を形成し、この凹部にチップ状の半導体
レーザダイオードを埋め込むことにより設けられる。ま
た、基板３」−には光検知器として２１ｉｌ！ｌＩのホ
トダイオード７．７が設けられている。このものも基板
３をエツチングし°Ｃ凹部を形成し、ここにチップ状の
シリコンホトダイオードやアバランシェホトダイオード
を埋め込むことにより形成できる。
が設けられている。これは、基板３を所定の形状にエツ
チングして凹部を形成し、この凹部にチップ状の半導体
レーザダイオードを埋め込むことにより設けられる。ま
た、基板３」−には光検知器として２１ｉｌ！ｌＩのホ
トダイオード７．７が設けられている。このものも基板
３をエツチングし°Ｃ凹部を形成し、ここにチップ状の
シリコンホトダイオードやアバランシェホトダイオード
を埋め込むことにより形成できる。
また、基＆３上には、薄膜導波路８が形成されている。
この薄膜導波路８は、レーザダイオード６からのレーザ
光をリング共振器に送り、かつリング共振器からのレー
ザ光をホトダイオード６゜６に送るためのもので、全体
がほぼループ状となっている。この導波路８は、レーザ
ダイオード６からのレーザ光が図示しない方向注力プラ
ーで２つに分岐され、これが別の方向注力プラーで古び
合流され、この方向性カプラーを介して２つの端子部９
，９に４波されるように、またリング共振器からのレー
ザ光が２つの方向性カプラーを経てホトダイオードに４
波されるように形成されている。これらの方向性カプラ
ーは導波路を２本平行に光結合可能な距離に接近させて
形成した薄ｊ戻導波路形のものが好士しく、基板３上、
てホ） ＩＪソ技術により直接形成してもよいし、別に
作成したチップ状素子を基板３にマウントしてもよい。
光をリング共振器に送り、かつリング共振器からのレー
ザ光をホトダイオード６゜６に送るためのもので、全体
がほぼループ状となっている。この導波路８は、レーザ
ダイオード６からのレーザ光が図示しない方向注力プラ
ーで２つに分岐され、これが別の方向注力プラーで古び
合流され、この方向性カプラーを介して２つの端子部９
，９に４波されるように、またリング共振器からのレー
ザ光が２つの方向性カプラーを経てホトダイオードに４
波されるように形成されている。これらの方向性カプラ
ーは導波路を２本平行に光結合可能な距離に接近させて
形成した薄ｊ戻導波路形のものが好士しく、基板３上、
てホ） ＩＪソ技術により直接形成してもよいし、別に
作成したチップ状素子を基板３にマウントしてもよい。
上記薄膜導波路８およびカプラーの導波路は、リング共
振器を構成するγ４展導波路４と同様の形式のもは偏光
子１０．１０が形成されている。この調光子１０は２７
１波路８のコア部分にアルミニウムなどの厚み１０μｍ
程度の金Ｗ４膜を形成することにより得られたものであ
る。
振器を構成するγ４展導波路４と同様の形式のもは偏光
子１０．１０が形成されている。この調光子１０は２７
１波路８のコア部分にアルミニウムなどの厚み１０μｍ
程度の金Ｗ４膜を形成することにより得られたものであ
る。
さらに、基板３上の２つの端子ＶＡ９． ９とリング共
振器をなすｉ↓模膜導波路４両端部とはそれぞれシング
ルモード光ファイバ１１．１１でｆ！ｊ、シｔされてい
る。
振器をなすｉ↓模膜導波路４両端部とはそれぞれシング
ルモード光ファイバ１１．１１でｆ！ｊ、シｔされてい
る。
また、レーザダイオード６には、図示しない外部電源か
らレーザ発振のだめの電力が供給され、一方のホトダイ
オード７からの出力は位相調節器１２に入力される。位
相調節器１２からの出力（１号は発振器１３に送られ、
ここで発振周波の位相が制御された変調信号が位相変調
器５に送られるようになっている。
らレーザ発振のだめの電力が供給され、一方のホトダイ
オード７からの出力は位相調節器１２に入力される。位
相調節器１２からの出力（１号は発振器１３に送られ、
ここで発振周波の位相が制御された変調信号が位相変調
器５に送られるようになっている。
なお、リング共振器にシングルモード光ファイバを用い
た場合には、その画先端部を直接基＆３上の端子部９，
９に接続すればよい。また、この実施例では、基板３の
レーザダイオード６等を設けた側を外側に配しているが
、これに限られず内側に配してもよく、二の方がレーザ
ダイオード６等の主要部品が円筒体２内に隠され保護さ
れるので好ましい。
た場合には、その画先端部を直接基＆３上の端子部９，
９に接続すればよい。また、この実施例では、基板３の
レーザダイオード６等を設けた側を外側に配しているが
、これに限られず内側に配してもよく、二の方がレーザ
ダイオード６等の主要部品が円筒体２内に隠され保護さ
れるので好ましい。
このような構成のリングレーザジャイロ１にあっては、
リング共振器をなす導波路４娶低膨張性材料の円筒体２
周面に設けたので、ｊｆ、路長な十分長（とれ、分解能
が良くなるとともに温度変化による特ＧＫ化が小さく、
温度特性が良好となる。
リング共振器をなす導波路４娶低膨張性材料の円筒体２
周面に設けたので、ｊｆ、路長な十分長（とれ、分解能
が良くなるとともに温度変化による特ＧＫ化が小さく、
温度特性が良好となる。
また、レーザダイオード６やホトダイオード７゜７など
の光学素子を平板上の基板３上に配するようにしたので
、通常のホトリソ技術、薄膜形成技術を用いて比較的容
易に製作できる。さらに、装置全体を１つのＭ底円筒体
にまとめることができるので、小型化が可能である。
の光学素子を平板上の基板３上に配するようにしたので
、通常のホトリソ技術、薄膜形成技術を用いて比較的容
易に製作できる。さらに、装置全体を１つのＭ底円筒体
にまとめることができるので、小型化が可能である。
（実施例１）
肉厚１．５ ａｍ％外径５０止、長さ１００朋の石英製
円筒体の外局面に電界イオン拡散法によって拡散型Ｎ膜
導波路４を設けた。コア部の径は約５μｍであり、コア
部のピッチは１００μｍとし、全党路長を１５０ｍとし
た。コア部の比屈折率差は０５％であった。この４彼路
鳴の中間位置にはＬｉＮｂ、）３よりなる位相変調器５
を設＆ｉ−た。
円筒体の外局面に電界イオン拡散法によって拡散型Ｎ膜
導波路４を設けた。コア部の径は約５μｍであり、コア
部のピッチは１００μｍとし、全党路長を１５０ｍとし
た。コア部の比屈折率差は０５％であった。この４彼路
鳴の中間位置にはＬｉＮｂ、）３よりなる位相変調器５
を設＆ｉ−た。
一方、石英製の外径４７１Ｌ厚さ１間の基板３を用意し
、この上にガラススート堆積法によってガラス厚膜を形
成し、この上にＴ １０ｚ ドー７′５ｉ０２ガラスか
らなる薄膜導波路８を形成した。この薄膜導波路８０寸
法は４μｍＸ４μｍで、シングルモードタイプであり、
導波路８の形成と同時に必要な方向性カプラーも形成し
た。さらに、レーザダイオード６には、分布帰還微ダブ
ルへテロ構造の彼４ｉ ０．８５μｍものをマウントシ
、ホトダイオード７．７としては７リコ／ＰＩＮダイオ
ードをマウントした。また、偏光子となる導波路８の部
分に長さ２ ｍ＊ Ｖｃわたって厚さ１０ｐｍ程度にア
ルミニウムを蒸宥して偏光子１０．１０とした。
、この上にガラススート堆積法によってガラス厚膜を形
成し、この上にＴ １０ｚ ドー７′５ｉ０２ガラスか
らなる薄膜導波路８を形成した。この薄膜導波路８０寸
法は４μｍＸ４μｍで、シングルモードタイプであり、
導波路８の形成と同時に必要な方向性カプラーも形成し
た。さらに、レーザダイオード６には、分布帰還微ダブ
ルへテロ構造の彼４ｉ ０．８５μｍものをマウントシ
、ホトダイオード７．７としては７リコ／ＰＩＮダイオ
ードをマウントした。また、偏光子となる導波路８の部
分に長さ２ ｍ＊ Ｖｃわたって厚さ１０ｐｍ程度にア
ルミニウムを蒸宥して偏光子１０．１０とした。
基板３の端子部９，９と円筒体３の拡散ｊ１導暎噂波路
４とは、コア径５μｍのシングルモード）Ｙ：、ファイ
バで接続した。
４とは、コア径５μｍのシングルモード）Ｙ：、ファイ
バで接続した。
このり／グレーザジャイロ１の〕没小１突出回転カ速度
は１０−７ラジアン／秒であり、−６０”Ｃ〜１２０°
Ｃの温度範囲で特性に変化を月１２められなかった。
は１０−７ラジアン／秒であり、−６０”Ｃ〜１２０°
Ｃの温度範囲で特性に変化を月１２められなかった。
（実施例２）
肉厚１．５朋、外性５０間、長さ２Ｄ關の石英製円筒体
２の外周ｌに、コア径５μｍ１外住１２５μ７ｎ、コー
ト径２００μｒｎのシングルモードファイバな密盾巻き
し、巻幅１５羽でファイバ長１０ｍのり／グ共振器を形
成した。このファイバの中間位置にＰＬＺＴからなる位
相変調器５をｅ、けた。この位相ｆ調器５は、他の小基
板上に反６性スパッタによりＰＬＺＴを結晶させて誘′
ル体４阪路を形成し、この上にＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏｓを
バッファーノーとしてさらにアルミニウムを寛イ執とし
て蒸着せしめ、これを円筒体２周面にマウントして形成
した。基板３には実施例１と同様のものを用い、その端
子部に先のシングルモード光ファイバを接続した。
２の外周ｌに、コア径５μｍ１外住１２５μ７ｎ、コー
ト径２００μｒｎのシングルモードファイバな密盾巻き
し、巻幅１５羽でファイバ長１０ｍのり／グ共振器を形
成した。このファイバの中間位置にＰＬＺＴからなる位
相変調器５をｅ、けた。この位相ｆ調器５は、他の小基
板上に反６性スパッタによりＰＬＺＴを結晶させて誘′
ル体４阪路を形成し、この上にＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏｓを
バッファーノーとしてさらにアルミニウムを寛イ執とし
て蒸着せしめ、これを円筒体２周面にマウントして形成
した。基板３には実施例１と同様のものを用い、その端
子部に先のシングルモード光ファイバを接続した。
このリングレーザジャイロ１の最小逆出回転速度は１０
−７７７７７秒であり、−１０°Ｃ〜６０°Ｃの温度範
囲で安定であった。
−７７７７７秒であり、−１０°Ｃ〜６０°Ｃの温度範
囲で安定であった。
以上説明したように、この発明の受動共金型リングレー
ザジャイロは、低膨張性材料からなる円筒体の周■に位
相変調器を有するり／グ共振器を形成し、この円筒体の
端部に一体的に設けられた円板状基板上にレーザ、光検
知器等の光学素子を形成したものであるので、リング共
振器の光路長を十分長くとれ、分解能が良好であり、低
膨張性材料からなる円筒体にリング共振器を形成したの
で温度特性が安定であり、信頼性に富み、装置全体を小
型化することができるなどの利点を有するものである。
ザジャイロは、低膨張性材料からなる円筒体の周■に位
相変調器を有するり／グ共振器を形成し、この円筒体の
端部に一体的に設けられた円板状基板上にレーザ、光検
知器等の光学素子を形成したものであるので、リング共
振器の光路長を十分長くとれ、分解能が良好であり、低
膨張性材料からなる円筒体にリング共振器を形成したの
で温度特性が安定であり、信頼性に富み、装置全体を小
型化することができるなどの利点を有するものである。
図面はこの発明の受動共握型り／グレーザジャイロの一
例を示す概略構成図である。 １・・・・・・リングレーザジャイロ、２・・・・・・
円筒体、３・・・・・・基板、４・・・・・・薄膜導波
路、５・・・・・・位相変調器、６・・・・・・レーザ
ダイオード、７・・・・・・ホトダイオード、８・・・
・・・薄膜導波路、１０・・・・・・偏光子。
例を示す概略構成図である。 １・・・・・・リングレーザジャイロ、２・・・・・・
円筒体、３・・・・・・基板、４・・・・・・薄膜導波
路、５・・・・・・位相変調器、６・・・・・・レーザ
ダイオード、７・・・・・・ホトダイオード、８・・・
・・・薄膜導波路、１０・・・・・・偏光子。
Claims (1)
- 低膨張性材料からなる円筒体の周面に位相変調器を有す
るリング共振器を形成し、この円筒体の端部に一体的に
設けられた円板状基板上に光源となるレーザ、光検知器
、偏光子、光カプラーなどの光学素子を形成したことを
特徴とする受動共振型リングレーザジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22576685A JPS6283615A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 受動共振型リングレ−ザジヤイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22576685A JPS6283615A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 受動共振型リングレ−ザジヤイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6283615A true JPS6283615A (ja) | 1987-04-17 |
Family
ID=16834468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22576685A Pending JPS6283615A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | 受動共振型リングレ−ザジヤイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6283615A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464283A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-10 | Nippon Denso Co | Optical integrated circuit device |
| JPH02216010A (ja) * | 1989-02-15 | 1990-08-28 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
| JPH04265816A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-09-22 | Hughes Aircraft Co | 集積光学ジャイロスコープセンサ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5654312A (en) * | 1979-09-20 | 1981-05-14 | Northrop Corp | Thin film laser gyro |
| JPS5694680A (en) * | 1979-12-14 | 1981-07-31 | Thomson Csf | Method and device for modulating phase |
| US4514088A (en) * | 1983-04-01 | 1985-04-30 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Single-coupler guided-wave passive resonant-ring optical-gyro instrument |
-
1985
- 1985-10-09 JP JP22576685A patent/JPS6283615A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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