JPS6317572A - 光源波長安定化回路 - Google Patents

光源波長安定化回路

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JPS6317572A
JPS6317572A JP61161459A JP16145986A JPS6317572A JP S6317572 A JPS6317572 A JP S6317572A JP 61161459 A JP61161459 A JP 61161459A JP 16145986 A JP16145986 A JP 16145986A JP S6317572 A JPS6317572 A JP S6317572A
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Japan
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light source
light
optical
wavelength
phase
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JP61161459A
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Kenichi Okada
健一 岡田
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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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】 「従来の技術」 例えば、スパールミネッセントダイオード(SLD)と
よばれている広帯域縦モード半導体光源は、光フアイバ
ジャイロにおいて光ファイバからの後方レイリー散乱、
光フアイバ中におけるカー効果および光フアイバ中にお
ける光の偏光度変動によるジャイロ出力への影響を抑え
るため必要不可欠な光源である。
一般に半導体光源の屈折率及びエネルギバンドギャップ
等は温度によって変化し、その結果、出射光の波長が変
化する。波長の温度係数は、A j! GaAs / 
GaAs系SLDで約460ppm /’C程度はある
光フアイバジャイロにおいて少なくとも一周する光フア
イバループで生じるサグナック効果による位相差ΔφΩ
は、 Cλ ここでR;光フアイバループの半径 L;;ファイバループ長 λ;光源の波長 Ω;入六方角速 度;光速 で表わされる。この+1)式におけるスケールファクタ
にΩ (=4πRL/Cλ)の温度変化量は=□(α、
−αλ)    ・・・(2)Cλ ここでα、;石英光ファイバ長の温度係数(線膨張係数
)  ; 0.3 x 10−”/”cα2;波長の温
度係数約460ppm/℃となり、スケールファクタK
Qは波長の温度変動の影響を直接受ける。スケールファ
クタにΩは、光フアイバジャイロの入出力のスケールフ
ァクタに関連しており、スケールファクタにΩの変動は
、光フアイバジャイロのスケールファクタの変動に対し
、一般に1:lで対応する。ちなみに航空機に搭載の慣
性航法装置(INS)等に使用されるジャイロは、0.
01°/hr以下のドリフト性能とtopps程度以下
のジャイロスケールファクタの安定性が要求される。し
たがって光フアイバジャイロをこの慣性航法装置に適用
する場合、光源の波長変動は、少なくとも10ppI1
)又はそれ以下に抑える必要がある。
単一モード半導体レーザの場合、例えば第9図に示され
るようなファプリペロー干渉計による波長安定化システ
ムを使用し光源波長を安定化している。すなわち単一モ
ード半導体レーザ1)よりの出射光はレンズ12を介し
てファプリペロー干渉計13に入射され、ファプリペロ
ー干渉計13内で二つの高反射鏡14.15間で反射さ
れ、その一部の光は高反射鏡15を通じて外部へ取出さ
れて受光器16に入射され、電気信号に変換される6発
振器17の出力により高反射鏡15に付けられた電歪振
動子1.8が駆動され、高反射鏡15が軸方向に往復変
位される。発振器17の出力により受光器16の出力が
同期検波回路19で同期検波され、その検波出力は積分
器20を通じて温度制御器21へ供給され、温度制御器
21は半導体レーザ1)の波長が一定になるように半導
体レーザ1)の温度を制御する。なお半導体レーザ1)
へ駆動電流を供給する駆動回路22が半導体レーザ1)
に接続されている。
半導体レーザ1)からは例えば第10図Aに示すような
単1波長の光を出射し、この光波長が設定波長と一致す
ると、受光器16の出力に発振器17の変調信号周波数
の偶数次の周波数成分が生じ、 同一周波数成分は生じない。半導体レーザ1)の光波長
が設定値よりずれると変調信号周波数成分が現われ、そ
のずれの方向に応じた極性と、ずれと対応したレベルの
出力が同期検波回路19から得られ、この出力により光
波長が設定値になるように半導体レーザ1)の温度が制
御される。
スパールミネットダイオード(S L D)のような広
帯域縦モード光源では、第10図Bに示すようにスペク
トル幅が広く (10〜2Qns+)、スペクトル分布
の形が対称でなく、かつパワースペクトルの最大ピーク
の波長が明確でなく、又駆動電流によってスペクトル分
布の形が変わるなどの理由で、パワースペクトルの最大
ピーク値に追従するファブリペロ−干渉計安定化システ
ムは、広帯域縦モード光源の波長安定には不適当である
従来このような問題点を解決するため例えば第1)図に
示すような光源波長安定化システムが考えられていた(
H,Chou他、0PTIC5LETTER5Vo1.
10.tIkL12. Dec、 1985.612〜
614 、文献1)。
第1)図において波長が安定している基準光源としての
He −Neレーザ24からの光は、ビームスプリンタ
25によってマイケルソン干渉計26に入射される。マ
イケルソン干渉計26に入射された光は、まずビームス
プリッタ27で二分され、固定の全反射鏡29と可動反
射鏡31とに入射されそれぞれで反射された後、再びビ
ームスプリフタ27で結合され干渉する。この干渉光は
、波長分離ビームスプリッタ32によって選択反射され
、波長フィルタ33を通った後、受光器34に到達する
。受光器34で光電変換された信号は、同期検波回路3
5においてマイケルソン干渉計26の可動反射鏡31を
駆動している周波数f、の信号で同期検波された後、そ
の検波出力はサーボ回路36に供給される。サーボ回路
36は、同期検波回路35からの出力(誤差信号)が零
となるよう電歪振動子37への印加電圧を制御する。電
歪振動子37により可動反射鏡31が前後に変位される
。すなわち、マイケルソン干渉計26の固定反射鏡、可
動反射鏡間の光路差が零ではないある一定値を持った位
置ΔL0になるようビームスプリッタ27と可動反射鏡
31との間の距離が自動調整される。
一方広帯域縦モード光源38よりの出射光は光ファイバ
39に入射され、これよりレンズ41で平行光にされた
後、ビームスプリンタ25を通りマイケルソン干渉計2
6に入射される。マイケルソン干渉計26に入射された
光は、まずビームスプリンタ27で二分され、固定反射
鏡29と可動反射鏡31とでそれぞれ反射された後、再
びビームスプリ、り27で結合され、干渉する。その干
渉光は、波長分離ビームスプリッタ32によって選択透
過され、受光器42に到達する。
受光器42で光電変換された信号は、同期検波回路43
によってマイケルソン干渉計26の可動反射鏡31を駆
動している周波数f、%の信号で同期検波され、その検
波出力はサーボ回路44に供給される。サーボ回路44
は、同期検波回路43からの出力誤差信号が零となるよ
うに広帯域縦モード光源38の駆動電流を調整する。
すなわち前記He −Neレーザ24の干渉計26によ
る第1の閉ループによって一定値に制御されたマイケル
ソン干渉計26の光路差ΔL0において広帯域縦モード
光a38による干渉計26の位相2π 差 Δφ(=□ΔLO)が2mπ又は(2mλ +1・)π(m=1.2.3・・・)となるよう、広帯
域縦モード光源の波長λが、駆動電流を変えて調整され
る。
このようにして、波長の安定したHe −Neレーザ2
4を基準として広帯域縦モード光源38の波長が一定に
自動調整される。ちなみに前記文献1によれば、広帯域
縦モード光源38としてのSLDの波長は、1 ppm
より小さい安定度に保つことができると述べている。な
お第1)図において発振器45から周波数 I、の信号
が同期検波回路35.43、サーボ回路36へ供給され
ている。
「発明が解決しようとする問題点」 ジャイロは、航空機、ロケット、衛星等の姿勢制御、慣
性航法システム、誘導航法システム等に使用されるもの
で、小型軽量及び高信顧性が要求される。光フアイバジ
ャイロで必要な広帯域縦モード光源の波長の安定化は従
来においては先に述べたように波長の安定な基準の光源
としてHe −Neレーザを使用するため外観が大きく
、かつHe −Neレーザ駆動のために高電圧を使用す
るため小型、軽量化が困難である。
「問題点を解決するめたの手段」 この発明によれば光源からの光は第1光分配結合器によ
り2分配され、その2分配された各先は端面がそれぞれ
反射面とされた長さが異なる第1゜第2光ファイバに入
射され、その各端面より反射され、上記第1光分配結合
器に戻って互に結合干渉した干渉光は受光器により電気
信号に変換され、その変換出力から光波長変動と対応し
た制御信号が変動検出手段で検出され、その制御信号が
光源波長制御手段へ供給されて光源波長が、その変動を
打消すように制御される。この光源波長の制御は光源の
温度を制御し、又は光源の駆動電流を制御して行う。
更に、第1.第2光ファイバは温度的に一体とされ、こ
のため互に融着された融着ファイバを用いることができ
る。変動検出手段としては受光器の出力と基準値とを比
較器で比較し、その差出力を上記制御信号とするものを
用いることができる。
あるいは変動検出手段は第1.第2光ファイバを伝搬す
る光を位相変調する位相変調手段と、受光器の出力中の
上記位相変調にともなう基本波又はその高次調波を同期
検波して上記制御信号を出力する同期検波回路とより構
成することができる。
位相変調手段としては融着ファイバを、その第1、第2
光ファイバ重ね方向が半径方向になるように巻き、その
巻き径を伸縮させて、第1.第2光ファイバを伝搬する
光の位相を変調する手段とすることができ、あるいは融
着ファイバを、その第1.第2光ファイバ重ね方向に交
番湾曲運動させて第1.第2光ファイバを伝播する光の
位相を変調する。または融着ファイバの端面部分に交番
の温度変化を与えて第1.第2光ファイバを伝搬する光
の位相を変調するようにしてもよい。
更に変動検出手段としては、光源の温度又は駆動電流を
交番変化させるなどにより光源波長を交番変化させて、
その光源からの光を周波数変調する周波数変調手段と、
受光器の出力中の、上記周波数変調手段による光周波数
変調にともなう基本波又はその高次調波を同期検波して
上記制御信号を出力する同期検波回路とより構成するこ
とができる。
「第1実施例」 第1図はこの発明の実施例を示す。
光源3Bは、例えば広帯域縦モードを持ったスパールミ
ネッセントダイオード(SLD)のようなものである。
光源38からの光は、マイケルソン干渉計46の入力端
(光ファイバ)に入射される。マイケルソン干渉計46
に入射された光は、光分配結合器47によって部分され
、光ファイバ48と49とにそれぞれ伝搬され、その各
光ファイバ48.49の端面51.52でそれぞれ反射
される。端面51,52は、それぞれ効率よく反射する
ように例えばアルミニウムを蒸着し、反射膜を施こして
もよい。
端面51,52でそれぞれ反射した光は、再び光分配結
合器47で結合され、干渉し、その干渉光は受光器53
に到達する。ここでマイケルソン干渉計46の光ファイ
バ48.49の各長さをLl、Lxとすると、マイケル
ソン干渉計46の光路差ΔLは、L IL tで表わさ
れ、その結果干渉計46の位相差Δφは、 2πn Δφ= −(Ll −Lz )    ・・・(3)λ n;光ファイバの屈折率 λ;光源38の波長 となる、一方干渉光の強度■は、位相差Δφに対し、 1=Io  (1+cos  Δφ)        
・・・(4)■。;平均光量 で表わされる。
干渉光の強度■は、受光器53において光電変換され、
比較器54において基準電源55からの基準信号と比較
される。ここで、基準電源55からの基準信号が、マイ
ケルソン干渉計46の位相差Δφかに/2 (4m+1
)(m=0.1.2−)における前記光電変換信号と等
しく設定されていたとする。但し光路差ΔL (−Ll
 −L、 ) 、光ファイバの屈折率n及び平均光量I
0は一定と仮定する。
今ここで上記状態から何らかの原因で光源38の温度が
上昇し、そのため光源38の発光波長が大きくなったと
すると(3)式よりマイケルソン干渉計46の位相差Δ
φは、π/2(4m+1)より小さくなり、その結果干
渉光の強度■は、大きくなり、したがってその光電変換
信号も大きくなる。
その結果比較器54は、負の誤差信号を出力する。
比較器54からの負の誤差信号は、積分器56で負に増
加する方向に積分されて、温度制御器57に供給される
。温度制御器57は、光源38の温度を制御する回路で
、入力電圧に対し正の特性を持たせてあり、積分器56
からの負に増加する電圧を受けて光源38の温度を下げ
る。その結果光源38の発光波長は、小さくなる。
このようにしてこの系は、積分器56の入力電圧が零に
なるところ、すなわち位相差Δφがπ/2(4m+1)
のところで平衡するようになり、光源38の波長λを一
定に保つことができる。
所で(3)式において温度によって変化するパラメータ
は、光源38の波長λのみでなく、光ファイバの屈折率
n、及びマイケルソン干渉計46の各技、つまり光ファ
イバ48.49の光路長Ll。
Lオがある。光ファイバに石英を使った場合の屈折率n
の温度係数は3 X 10−’/’C程度であるため必
要に応じ周囲の温度を監視していれば温度補正が可能で
あるが、マイケルソン干渉計の各光ファイバ長L+、L
zについては、温度係数としての線膨張係数α、は、0
.3 X 10−’/’Cと非常に小さい、10〜20
n−のバンド幅を持った広帯域縦モード光源を使用した
場合、可干渉距離は、30〜80μ論程度であり、マイ
ケルソン干渉計46の光路差ΔLとしては可干渉距離以
内が好ましし1.そこでここでは、ΔLを10μ−とす
ると、このΔLに対し光ファイバ長Ll、L!が10’
〜10s近く長いため、わずかな光フアイバ間の温度差
が、光路差ΔLの重大な変動をまねくおそれがある。以
下に温度差と光路差との関係式を示す。
光路差ΔLの温度変動ΔL′ Δt、’−L+(1+αLTI)  Lx(1+αLT
2)=mi、+−L、+α、L、T、−αLL、T。
ここでΔL (”Ll  Li)<Ll、Lxとすると
L+≧L8寓りとなり ΔL””Ll  Lx+α、・L (T+  Tz)=
ΔL+α、・L・ΔT     ・・・(5)ここでT
+ 、Tt  ;各光ファイバ(Ll 、Lx )の温
度 となる。
一方光路差ΔLからそのシフト量(比率)Rはで表わさ
れる。(3)式より光源波長の安定性を10ppm以内
に抑えようとすると光路差ΔLの安定度は、少なくとも
3pp1)以下には抑えたい、光路差ΔLをa pl)
m以内に抑えようとすると、光ファイバ48.49の温
度差ΔTは、(6)式よりα、・L となり、これに次のデータをあてはめると、ΔL=10
μm L=10cm R=3x、l O−’ (3pp+w )αL =0.
3 X 10−h/ ℃ ΔT = 0.001℃となる。この温度差は、1Oc
Ilの光ファイバ48.49を接近させただけでは達成
することが不可能に近い。そこで例えば第2図に示した
ように二本の光ファイバ48.49を融着し、融着ファ
イバ60とし、その一部を加熱延伸し、両方の光ファイ
バ48.49のコア48a。
49aの径を細くすると共に互に接近させることにより
、マイケルソン干渉計46の光分配結合器47とする。
このようにするとマイケルソン干渉計46の光ファイバ
48と49との温度分布は同じになり、光路差ΔLは、
温度変動に対し安定に保持することができるようになる
しかし厳密には、光路差ΔL自身が温度係数を持ってい
るが、これは0.3 X 10−’/’C程度であり必
要に応じ、周囲温度を監視して温度補正を行えば問題と
はならない。この温度補正は比較的簡単である。
二本の光ファイバ48.49の配列は、光分配結合器4
7を作製する場合において重要になる。
第2図中のA−A断面を第3図Aに示す。これはシング
ルモード光ファイバの場合で、光フアイバ配列について
特に考慮する必要はないが、応力付与形偏波面保存光フ
ァイバの場合、光分配結合器において漏話(クロストー
ク)に対する性能を高めるため、第3図B−Dに示すよ
うな配列とすることが好ましい。更に外部からのストレ
スの影響を緩和するために第3図已に示すように融着し
た光ファイバ60に被覆59を施してもよい。
第1図で示した構成例では、干渉光の強度■の光電変換
信号をそのまま基準電源55からの基準信号と比較して
いるため平均光量1.の変動の影響を直接受ける。第1
図では、光源38からの光パワを一定に保つために、光
源38からの出射光の一部をフォトディテクタ61で検
出し、その検出出力を自動光量安定装置62へ供給して
光源38に流れる電流を制御している。受光器53に到
達する平均光量■。は、フォトディテクタ61と光源3
8との光結合係数、光源38とマイケルソン干渉計46
の入力用ファイバとの光結合効率及びフォトディテクタ
61の暗電流等の温度変動で変化し、光源波長λの安定
性に悪影響を及ぼす。
「第2実施例」 そこで第4図に第1図と対応する部分に同一符号を付け
て示すように融着ファイバ6oを円筒状の電歪振動子6
4に巻きつけた位相変調器65をマイケルソン干渉計4
6に配置し、電歪振動子64に発振器66より周波数f
、の交流電圧を加えると、電歪振動子64は、半径方向
に振動し、その結果融着ファイバ60の両方の光ファイ
バ48.49は伸縮する。この場合、融着光ファイバ6
0は、第5図に示すように光ファイバ48が外側、光フ
ァイバ49が内側となるように巻きつけであるため、内
側の光ファイバ49と外側の光ファイバ48とは、伸縮
長が異なり、結果としてマイケルソン干渉計46に、電
歪振動子64に印加する周波数f、の信号で光位相変調
P(1)が加わる。その結果、干渉光の強度■は、 ■=Io(1+cos(Δφ+p(t)))ここでP 
(t) =φwax−sin ω、t1=1゜(1+c
osΔφ(J6(X) +2Jz(x)cos2ω、t
+・・・+2Jz+m(x)cos2mω、t+・・・
)+sinΔφ(2J+ (x)sin  ωat+2
J3(x)sin3ω、t+−+2Jzs−+(x)s
in(2m  l)ω1It)L・・・(7) ここでJ、;n次のベッセル関数(n=0. 1゜2・
・・) x (=φ+wax) i最大位相偏移ω、(−2πf
、);位相変調角周波数となる。
(7)式から明らかなように干渉光の強度■には、co
sΔφに比例する項とsinΔφに比例する項が含まれ
ている。第4図において、受光器53によって光電変換
された信号を同期検波回路67において発振器66の出
力で同期検波し、sinΔφに比例する成分の内、変調
周波数f、と同一成分■1を取り出している。■1は次
式で表わされる。
V+= INK J+(x)sinΔφ     ・(
81に;電気回路の利得(金兄電変換利得)次に同期検
波回路67の出力v1は、積分器56で積分され温度制
御器57に供給される。温度制御器57は、積分器56
の出力を受けて同期検波回路67の出力v1が零すなわ
ち位相差Δφがmπ(0,1,2・・・)になるように
光tA3日の温度を制御する。
今ここで光138の温度が何らかの原因で上昇し波長が
大きくなったとすると、マイケルソン干渉計46の位相
差Δφは、平衡点であるmπ(0゜1.2.3・・・)
に対し小さくなる((3)式参照)。
その結果同期検波回路67の出力■1は、(8)式から
平衡点のmπのmの値が偶数次の時は負の電圧をmが奇
数次の時は正の電圧を出力する。
今mの値が偶数次の場合、正の誤差信号は、積分器56
で正の方向に増加する方向に積分され、温度制御器57
に供給される。温度制御器57は、光源38の温度を制
御する回路で入力電圧に対し負の特性を持たせてあり、
積分器56からの正に増加する電圧を受けて光a138
の温度を下げる方向に働くように系が構成しであるため
、光源波長λを安定に保つことができる。
一方mの値が奇数次の場合は、どこかの回路捲性を反転
してやればよい、上述の場合平衡点がv1=0であるた
め光rA3日の光量、光電変換効率、受光器53の暗電
流等の変動の影響を受けず、光源38の波長を安定に保
つことができる。
一方sinΔφに比例する成分は、位相変調周波数の一
次成分のみならず、奇数次の高調波にも含まれておりこ
れらも利用することができる。又cosΔφ成分も(7
)式に示すように位相変調周波数f、の偶数次の高調波
に含まれており、これらの信号を同期検波して取り出し
、波長λの安定のための制御信号として使用することも
可能である。
第4図は、融着した2本のファイバを円筒上の電歪振動
子64に巻きつけた例を示したが、融着した光ファイバ
60を第5図Aに示すように曲げることによって光路差
を生じさせても同様に利用できる。
「第3実施例」 第6図は、第4図に示した構成において位相変調器65
の代りに、融着した光ファイバ60の先端部分に交番の
熱変化を与えることにより光路差を変化させ結果として
マイケルソン干渉計46の位相差に光位相変調を与えよ
うとしたものである。
つまり発振器66の出力を温度制御回路68を介して温
度素子69に供給し、温度素子69による発熱を融着フ
ァイバ60の端部に与える。このようにマイケルソン干
渉計46の先端に熱変化ΔT(t)(=ΔTmax s
inω、1)を与えるとその時の位相変化P(t)は、 λ αL ;石英光ファイバの線膨張係数 0.3 x l O−”7℃ α7 ;石英光ファイバの屈折率の温度係数3 X I
 O−’/’C 4Z、  ・ΔTmax 1sinω、1λ ・・・(9) となり、マイケルソン干渉計46に光位相変調を与える
ことができ、その結果マイケルソン干渉計46の干渉光
の強度は、第4図に示した構成の場合と同じ<(7)式
で示される。したがってこの第6図に示した構成におい
ても前記と同様の制御で光[3Bの波長λを安定に保つ
ことができる。
「第4実施例」 第7図は、光源38の周囲温度を交番に変化させ、光源
38の波長を変調する光源波長安定化回路の実施例を示
す図である。光源38よりの光は、光アイソレータ72
を介して光分配結合器73に入射され、これより偏光子
74を通じて干渉計46に入射される。光分配結合器7
3よりの光は受光器53に入射され、その電気出力は同
期検波回路67で同期検波されて差動増幅器75へ供給
される。差動増幅器75は、非反転入力側に供給された
発振器66からの変調用信号と同期検波回路67からの
出力との誤差信号を積分器56に供給する。積分器56
は、誤差信号を積分し、その出力を温度制御器57に供
給する。温度制御器57は、差動増幅器75からの誤差
信号が零となるよう光a3Sの周囲温度を制御し、光源
38の波長を制御する。光′a38の光の波長は、注入
電流を変えても変ることができるため温度制御器57の
代わりに、光源3日の注入電流を制御できるように構成
した注入電流制御回路を使ってもよい。
以上より発振器66からの変調用信号 Vs(−に、sinωat)と同期検波回路67からの
出力Va (KasinΔφ)は等しくなる。即ちKm
 sin a’+mt=Ka sin Δφとなり、K
sin  Δφ=       sinω、tに−、K
a  ;振幅 ω、(−2πf、);変調角周波数 ここで位相変調度(K、/に4>が小さいとすると K。
Δ φ −sin  ω、1           ・
・・α〔となりマイケルソン干渉計46の位相差Δφを
、変調周波数f、で変調することができる。
又十分位相変調度を上げたい場合、第7図において点線
で示したリニアライザ76を同期検波回路67と差動増
幅器75との間に配置すると、位相差Δφの位相変調は
01式と同じ式になり、正弦法に近い位相変調を加える
ことができる。αω式に示される位相差Δφの位相変調
は、(3)式に示され2πn る Δφ=□ΔLにおいて光源波長λをλ 変化して達成される。
光アイソレータ72は、マイケルソン干渉計46からの
戻り光が光源38に戻り光源38の光パワースペクトラ
ム、光強度等に悪影響を与えるのを防止するため、前記
戻り光が光源38へ戻るのを防止する役目をする0通常
、光の位相を情報の媒体として使用する場合、使用する
光ファイバは、伝搬モードと直交モードとのクロストー
クを減らすため偏波面保存光ファイバが使用される。
第3図のA−A断面に示した偏波面保存光ファイバの配
列は、マイケルソン干渉計の技ファイバ48.49に使
用する融着した光ファイバの一部を加熱延伸して作製す
る光分配結合器47において、伝搬モードと直交モード
との間のクロストークを小さくする最も良い配列であり
、第3図に示したような応力付部58をもつサイドピッ
ド形偏波面保存光ファイバだけでな(、楕円ジャケット
形、楕円クランド形等の偏波面保存光ファイバについて
も、偏波面の主軸を合せて実施することが重要となる。
第7図中の偏光子74は、マイケルソン干渉形46に一
つのモードの偏光のみ入射し、かつマイケルソン干渉計
46からの戻り光の内、前記入射光と同一の偏光の光の
み通すもので、伝搬モードに ドの光同志の干渉による光検出誤差を防止するために用
いられる。したがって光アイソレータ72、偏光子74
及び偏波面保存光ファイバは、光源波長安定化回路の性
能向上をはかる上で重要な素子となる。
なお、第7図において光分配結合器73の分配光をフォ
トディテクタ87で受光し、その光のレベルを検出し、
この検出出力をスイッチ88でフォトディテクタ61の
出力と切替えて光量安定化回路62へ供給し、出力光の
レベルを安定化してもよい。
「応用例」 第8図は、この発明の光源波長安定化回路の一実施例を
光フアイバジャイロに採用した例を示す。
この例は、光a!38からの光を光分配結合器77で一
部分岐し、第6図で示した光源波長安定化回路に入射し
、光源38の波長の安定化をはかっている。第6図と異
なることは、光源波長安定化回路からの戻り光が光分配
結合器77を介し受光器7B及び光源3Bへ入射するの
を防止するために配置した光アイソレータ72と光分配
結合器73及び偏光子74を第7図の場合と同様に配置
したことである。これらの部品は、この発明の他の実施
例についても同様に配置することが可能であり又取り外
すこともできる。これらの判断は、波長安定に対する要
求条件により判断される。
光B3Bよりの光は光分配結合器77を経て偏光子79
で特定の偏向成分のみが取出され、光分配結合器81を
経て角速度検出用光フアイバループ82の両端にそれぞ
れ分配入射される。その一方に入射される光は位相変調
器83で発振器84からの信号により光位相変調される
。光フアイバループ82を互いに逆まわりして光分配結
合器8工に戻った光は互いに干渉し、その干渉光は光分
配結合器77により分岐され、受光器78に到達する。
この場合の干渉光の強度I0は、1o=C(1+cos
ΔφΩ(Jo (x) + 2Jz (x) cos2
 ωJ ’+ −+2Jza(x)cos2o+ω′t
+・・・)+sinΔφΩ(2J + (x) s i
nωt′+ (2J 3 (x) s in3ωt′+
−”2Jz+n−+(x)sin(2m−1)ωt’+
・ ))・・・αυ となる。
ここでC:定数 J、l :1次のベッセル関数(n=0.1゜2.3.
・・・) x : 2 As1nπj0τ A:変調指数 τ:光ファイバループ82を通る光の伝搬時間 fo :位相変調器83の駆動周波数 t’:t−τ/2 Qll弐から明らかなように干渉光の強度I0には、c
osΔφΩに比例する項と、sinΔφΩりこ比例する
項とが含まれている。この干渉光の強度I0の光電変換
信号を、同期検波回路85において位相変調器83の駆
動周波数Joの信号で同期検波すると、その出力v1は V+−に、J+(x)sinΔφQ      −02
となり、端子86に出力される。ここでΔφΩは、光フ
アイバループ82で生じるサグナンク位相シフトで Cλ で示される。従って(2)式から同期検波回路85の出
力■1を計測すれば、光フアイバループ82に入力され
た角速度ΩΦ値を知ることができる。0口式において光
源波長λは、先にも述べた通り温度によって大きく変わ
る(約460ppm / ’C)。
したがって従来から光源波長λの安定化が要求されてい
た。この発明によれば前述に示したように光源38の安
定化が可能となり、光源波長λの温度変動の問題は、解
消される。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば光源波長安定のため
に波長の安定したHe −Neレーザのような基準光源
を使用しなくてもよく、構成が簡単であるため、小型、
軽量化がはかれ信頼性の向上がはかりやすい。
この発明の光源波長安定化回路を光フアイバジャイロに
適用した場合、光源波長λをパラメータにもつジャイロ
出力のスケールファクタを安定に保つことができ、光フ
アイバジャイロの高精度化がはかれる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例を示すブロック図、第2
図は融着ファイバの例を示す平面図、第3図は融着ファ
イバの各種例を示す断面図、第4図はこの発明の第2実
施例を示すブロック図、第5図は第4図中の位相変調器
65の部分の詳細を示す平面図、第5図Aは融着ファイ
バを交番弯曲運動させる状態を示す図、第6図はこの発
明の第3実施例を示すブロック図、第7図はこの発明の
第4実施例を示すブロック図、第8図はこの発明の光源
波長安定化回路の一例を備えた光フアイバジャイロの例
を示すブロック図、第9図は従来の単一モード半導体レ
ーザに対する波長安定化回路を示すブロック図、第10
図Aは単一モード半導体レーザのスペクトラムを示す図
、第1O図Bは広帯域縦モード光源のスペクトラムを示
す図、第1)図は従来の広帯域縦モード光源に対する波
長安定化回路を示すブロック図である。 特許出願人  日本航空電子工業株式会社代   理 
  人   草  野       卓呵 ご 8 「←r・・ オ 2 Z オ 3 図 ABCD       E 才 5 Z す 士 5 図 A 6゜ 十 97 才1o 図 A 浪長(nm)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源からの光を二分配する第1光分配結合器と、 その第1光分配結合器により分配された各光がそれぞれ
    入射され、端面がそれぞれ反射面とされ、かつ長さが異
    なる第1、第2光ファイバと、これら第1、第2光ファ
    イバの各端面より反射され、上記第1光分配結合器に戻
    って互いに結合干渉した干渉光を電気信号に変換する受
    光器と、その受光器の出力より波長変動と対応した制御
    信号を検出する変動検出手段と、 その変動検出手段の制御信号により上記光源の光波長を
    これがほぼ一定になるように制御する光源波長制御手段
    とを具備する光源波長安定化回路。
  2. (2)上記第1、第2光ファイバは互いに融着一体化さ
    れた融着ファイバであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の光源波長安定化回路。
  3. (3)上記第1光分配結合器は、融着された上記第1、
    第2光ファイバの一部が加熱延伸作製されたものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光源波長
    安定化回路。
  4. (4)上記変動検出手段は上記受光器の出力と基準電源
    の基準値とを比較し、その差に応じた出力を上記制御信
    号として出力する比較器であることを特徴とする特許請
    求の範囲第2項及び第3項記載の光源波長安定化回路。
  5. (5)上記変動検出手段は上記第1、第2光ファイバを
    伝搬する光を位相変調する位相変調手段と、上記受光器
    の出力中の上記位相変調手段の光位相変調にともなう基
    本波又はその高次周波を同期検波して上記制御信号を出
    力する同期検出回路とよりなることを特徴とする特許請
    求の範囲第2項及び第3項記載の光源波長安定化回路。
  6. (6)上記位相変調手段は上記融着ファイバを、その第
    1、第2光ファイバ重ね方向が半径方向になるように巻
    き、その巻き径を伸縮させて、上記第1、第2光ファイ
    バを伝搬する光の位相を変調する位相変調手段であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光源波長安
    定化回路。
  7. (7)上記位相変調手段は、上記融着ファイバを、その
    第1、第2光ファイバ重ね方向に交番湾曲運動させてそ
    の第1、第2光ファイバを伝搬する光の位相を変調する
    位相変調手段であることを特徴とする特許請求の範囲第
    5項記載の光源波長安定化回路。
  8. (8)上記位相変調手段は上記融着ファイバの端面部分
    に交番の温度変化を与えて上記第1、第2光ファイバを
    伝搬する光の位相を変調する位相変調手段であることを
    特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光源波長安定化
    回路。
  9. (9)上記変動検出手段は上記光源波長を交番変化させ
    てその光源からの光を周波数変調する周波数変調手段と
    、上記受光器の出力中の、上記周波数変調手段による光
    周波数変調にともなう基本波又はその高次調波を同期検
    波して上記制御信号を出力する同期検波回路とよりなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項及び第3項記載
    の光源波長安定化回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999020003A1 (de) * 1997-10-15 1999-04-22 Robert Bosch Gmbh Optischer sender mit einer modulierbaren wellenlängenstabilen laserquelle
JP2008312440A (ja) * 2006-08-21 2008-12-25 Seiko Epson Corp 単相ブラシレスモータ

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