JPS63150615A - 光共振器 - Google Patents

光共振器

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Publication number
JPS63150615A
JPS63150615A JP29666486A JP29666486A JPS63150615A JP S63150615 A JPS63150615 A JP S63150615A JP 29666486 A JP29666486 A JP 29666486A JP 29666486 A JP29666486 A JP 29666486A JP S63150615 A JPS63150615 A JP S63150615A
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JP
Japan
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optical
resonator
stable
substrate
optical resonator
Prior art date
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Pending
Application number
JP29666486A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsumi Iwatsuki
勝美 岩月
Seiji Nakagawa
清司 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP29666486A priority Critical patent/JPS63150615A/ja
Publication of JPS63150615A publication Critical patent/JPS63150615A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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
    • G01C19/727Gyrometers 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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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式ジャイロスコープに用いるセンシング
ループに好適な光共振器に関するものである。
〔従来の技術〕
光学式ジャイロスコープのうちセンシングループに光共
振器を用いるものは、従来の光フアイバージャイロに比
べ烏感度であるため、センシングループを短尺化できる
利点を有する。
この特徴は、光学系全体の小型化につながる。
しかも、光学系に工夫を凝らすことにより、広いダイナ
ミックレンジを確保することができる可能性をもってい
る。センシングループに光共振器を用いた光学式ジャイ
ロスコープは、このような優れた特徴を有するものの、
その研究は緒に就いたばかりであり、雑音要因に関する
理論検討と若干の実験結果が有るのみである。
fjS4図は、光フアイバージャイロの基本構成を示す
図であって、41は光源、42.43は光検出器、44
は光ファイバー、4S++方向桁結合器を表わしてりす
る。
本ジャイロの光共振器としては、光フアイバーカップラ
ーと光ファイバーを組み合わせたものや、光導波路でそ
れを構成したものがあるが、この図では、光ファイバー
をそれに用いたものを示している。
この系が慣性空間にたいして回転すると、サグナック 
(Sagnac)効果により光共振器を両回りに伝搬す
る光は絶′N量が同じで符号が異なる位相変化を受ける
。この位相変化を適当な電気系で処理することで回転検
出を行なう。本質的には、両回り尤のうちどちらか一方
に伝搬する光のみを利用するだけで回転検出は可能であ
る。
しかし、文節には、本ノヤイロに加わる温度変動や8!
械振動をモニターし、キャンセルするため両回り光を用
いることが不可欠である(サグナック効果については、
例えば[大越孝敬者“光ファイバセンサ″:オーム社刊
」参照)。
ところで、ノヤイロスコーブには、6桁にも及ぶ広いグ
イナミックレンジが要求される。この要求は、光検出器
より得られたサグナック効果による位相変化を電気系フ
ィードバックループで光学系に戻し、その位相変化を打
ち消す零位法の導入により解決される。その代表的な光
学系をf55図に示す。
この系の動作を次に説明する。
光源51を出射した光は、ビームスプリッタ52により
二分される。ビームスプリッタ52を透過および反射し
た光は音響光学変調器(以下AOMともいう)53およ
びAOM54により周波数ptQで周波数変調をうけた
後、さらに AOM55 .56で周波数シフトを受け
、ビームスプリ2り57.58により反射され光リング
共振器60に導かれる。該光リング共振器60を出射し
た光は、それぞれ光検出器61.62により 電気信号
に変換される。
らし、両回り光が常に共振状態にあるならば、光検出器
61.62から得られる 電気的交流信号は、共振点に
対rる共振特性の対称性のため、それぞれl]+qの偶
数倍の周波数成分のみとなる。 ロックインアンプ63
 .64により1)+Q成分を同期検波し、その成分を
誤差信号として、左回り光に関してはピエゾ素子に、右
回り尤に関しては差動アンプ65によりロックインアン
プ63.64の出力の差動成分をAOM56にフィード
バックする。このフィードバックループの働きにより、
両回り光は常に共振状態に固定される。この光ノヤイロ
が慣性空間に対して回転し、両回り尤にサグナック効果
による位相変化が生じると、この変化を打ち消すように
上述したフィードバックループが働く。
サグナック効果による位相変化は、両回り光に対して差
動的に加わるが、温度、8!械的変動は同相的に加わる
ため、AOM56にフィードバックされる量を検出すれ
ば、サグナック位相のみを測定することが可能となる。
以上が、従来の光ノヤイロで考案された広いグイナミソ
クレンノを確保できる回転検出用の信号の処理方法であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の系において、外乱、例えば温度、t9i械的変動
がドリフト的に一方向に本ノヤイロに加わると、上記光
−電気フィードパックループはそのドリフトに追従でき
なくなり、やがてそのダイナミックレンジ外に飛び出し
、フィードバックゲインが低下する。このため安定な回
転検出が得られなくなる。定常的な安定性を上記フィー
ドバックループに期待するには外6LのQ59を次に示
す条件におさえなければならない。
ただし、ΔT、λい n、L、Fは、それぞれセンシン
グループに加わる温度変動、光源の波長、光ファイバの
屈折率、センシングループの長さ、および光源のスペク
トル幅を:/jil!シた光共振器のフィネスである。
代表的な光シ゛ヤイ口のパラメータとして、λo=1μ
m、n=1.5、 L=1m、  F=iooを(1)
式に代入すると、 ΔT<3X10−3   [”C]  ・・・・・・ 
(2)なる条件が得られる。同様な検討を行なうと、光
源の発振周波数にも極めて厳しい安定性を要求すること
となる。すなわち、 を得る、ただし、ΔfS(!Oはそれぞれ光源の発振周
波数ゆらぎ、および真空中の光速である。
上記の典型値上りΔrを求めると、 Δf <2.8    [kHz]  ・・・・・・・
・・・・・(4)となる。
同様にして、機械振動に対しても次に示す条件が得られ
る。
ただし、Δ1は、機械振動により変化したセンシングル
ープ長である。上記の典型値上りΔ1を求めると、 Δ1 < 2 X 10−’  −[m]  ・・・・
・・・・・・・・(6)となる、これら (2)式、(
4)式、(6)式で示される値は実用上極めて厳しいも
のであり、なんらかの対策を施す必要がある。
以上の結果から大のことが結論される。光ジヤイロに加
わるドリフト的外乱、すなわち、センシングループの温
度変動や機械振動あるいは光源の発振周波数ゆらぎ等の
ドリフト的外乱は、リング共振器を両回りに伝搬する光
を用いただけでは十分に除去することが不可能である。
従来の光ジヤイロでは、この点に関する対策がなされで
いなかったため、安定した回転検出を行なうことは不可
能に近かった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、光ノヤイロ
に加わるドリフト的外乱の影響を除去し、その回転出力
の安定化を計るためのセンシングループに好適な光共振
器を提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、上述の目的は、前記特許請求の範囲1
こ記載した手段により達成される。
すなわち、本発明は特定の長さを有する共振器素子を温
度特性の安定な部材で掩覆した構造の光共振器であって
、当該共振器素子を外部環境の温度変動の影響を受けな
いように防御することができるものである。
〔実施例〕
i@1図は、本発明による光共振器の構成の第1の実施
例を示す図であって、リング共振器のタイプであり、1
1は比較的厚みのある溶融石英基盤、12はリッジ型導
波路、13はり7ノ型導波路12に比べて低い屈折率を
持つと同時に、該り7ノ型導波路12に比べ安定な温度
特性をもつ材料で形成された掩覆材である。この材料と
しては例えば溶融石英があげられる。
以上の説明のように本実施例は温度安定度の極めて優れ
た溶融石英の基盤11の上にリッジ型導波路12を形成
し、さらに、その上に掩覆材13をコーティングしてい
る。温度変動がこの共振器に加わり、共振器長が変化し
ても掩覆材13によりその変化が打ち消される。
また、溶融石英基盤11に厚みがあるため、機械変動の
影響を受けにくくなる。このように構成されたリング共
振器は安定なので第4図に示したような簡単な構成の光
ジヤイロのセンシングループに用いることで、安定した
回転出力を得ることができる。また溶融石英基盤11お
よび掩覆材13の両側にベルチェ素子を付すれば、さら
に温度特性を改善できる。
第2図は、本発明による光共振器の構成の第2の実施例
を説明する図であって、やはり、リング共振器のタイプ
であり、21は単一モード尤ファイバーカップラ、22
は単一モード光ファイバー、23は溶i1!!百英ブa
ツクである。21および22によりリング共振器を構成
する。
この共振器を溶融石英で完全に固めてブロック化してし
まう。これはPt51の実施例に比べて、ファイバを完
全に固めてしまうので、共振器に加わる温度お上び機械
変動の影響を溶融石英ブロック23で吸収し緩和するこ
とができる。
このように構成されたリング共振器をfjS4図に示し
た光ジヤイロのセンシングループに用いることで、安定
した回転出力を得ることができる。
この場合でも、石英ブロック23の全体をベルチェ素子
で包むようにすれば、さらに良好な温度特性が得られる
第3図は、本発明による光共振器の構成の第3の実施例
を説明する図であって、31は光IC化、あるいはマイ
クaオブテイクスで一体化された光ノヤイロ、32は溶
融石英ブロック、33はベルチェ素子である。
光ジヤイロ31を溶融石英ブロック32でサンドイッチ
上に挾むことで、光ジヤイロ全体に加わる温度、機械変
動の影響を緩和することがでさる。さらに、上記の構造
をベルチェ索子33で挾み温度制御する。
本構成をとることにより、一層安定な回転検出が可能と
なる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、光ジヤイロに加
わるドリフト的外乱の影響を除去し、その回転出力の安
定化を図るためのセンシングループに好適な光共振器を
容易に得ることが可能となる。
そして、本発明のような安定な特性の光共振器をセンシ
ングループに用いることにより、箇潔な構造の光フアイ
バージャイロが構成できる。
このようなノヤイロスコープは、小型かつ高感度である
ため、人工衛星、航空機、自動車、ロボットなどの誘導
装置として幅広く応用されることが期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光共!M器の第1の実施例を示す
図、fjS2図は本発明による光共振器の第2の実施例
を示す図、f53図は本発明による光共振器の153の
実施例を示す図、第4図は光フアイバージャイロの基本
構成を示す図、第5図は広いグイナミックレンジを得る
ことができる従来の光ノヤイロの動作を説明するための
図である。 11 ・・・・・・溶融石英基盤、  12 ・・・・
・・ リッジ型導波路、  13 ・・・・・・掩覆材
、 21 ・・・・・・単一モード光ファイバーカップ
ラ、  22・・・・・・ 単一モード光ファイバー、
  23.32・・・・・・溶融石英ブロック、  3
1 ・・・・・・光IC化あるいはマイクロオプティク
スで一体化された光ンヤイロ、   33 ・・・・・
・ ベルチェ素子、41.51  ・・・・・・光源、
   42  、43  。 61.62  ・・・・・・光検出器、  4・t・・
・・・・尤ファイバー、   45 ・・・・・・方向
性結合器、52  、57  、58  ・・・・・・
 ビームスプリフタ、53〜56 ・・・・・・音響光
学変調器、  59 ・・・・・・ ピエゾ素子、  
60 ・・・・・・光リング共振器、63  、64 
 ・・・・・・ ロックインアンプ、  65・・・・
・・差動アンプ 代理人 弁理士  本  間     崇第 l 図 第2 図 第3図 悴4図 第5図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)特定の長さを有する共振器素子を温度特性の安定
    な部材で掩覆した構造であることを特徴とする光共振器
  2. (2)温度特性の安定な部材の材質が溶融石英である特
    許請求の範囲第(1)項記載の光共振器。
  3. (3)温度特性の安定な部材は共振器素子を掩覆した温
    度特性の安定な部材に更にペルチェ素子を添着せしめた
    構造である特許請求の範囲第1項(1)項または第(2
    )項記載の光共振器。
  4. (4)共振器素子としてリッジ導波路を用いる特許請求
    の範囲第(1)項〜第(3)項記載の光共振器。
  5. (5)共振器素子として光フアイバーを用いる特許請求
    の範囲第(1)項〜第(3)項記載の光共振器。
JP29666486A 1986-12-15 1986-12-15 光共振器 Pending JPS63150615A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02216010A (ja) * 1989-02-15 1990-08-28 Japan Aviation Electron Ind Ltd 光干渉角速度計
WO1994018728A1 (en) * 1993-02-11 1994-08-18 Honeywell Inc. A technique for making ultrastable ring resonators and lasers
US6082372A (en) * 1998-06-19 2000-07-04 Katsushika Co., Ltd. Dispenser container for rod-like cosmetic
JP2008089594A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Honeywell Internatl Inc 光学式共振器ジャイロスコープ、および共振非対称誤差を低減するための方法

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