JPS6326326B2 - - Google Patents
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- JPS6326326B2 JPS6326326B2 JP57172017A JP17201782A JPS6326326B2 JP S6326326 B2 JPS6326326 B2 JP S6326326B2 JP 57172017 A JP57172017 A JP 57172017A JP 17201782 A JP17201782 A JP 17201782A JP S6326326 B2 JPS6326326 B2 JP S6326326B2
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、サグナツク効果を利用したレーザ・
ジヤイロに関し、特にローシヨンプリズムを用い
て光の偏波分離・結合を行うようにした光フアイ
バ・ジヤイロ・システムに関するものである。[Detailed Description of the Invention] Technical Field of the Invention The present invention relates to a laser beam using the Sagnatsk effect.
The present invention relates to a gyroscope, and particularly to an optical fiber gyroscope system that uses a rotation prism to perform polarization separation and combination of light.
従来技術と問題点
光フアイバ・ジヤイロ・システムは、光フアイ
バ中において生じるサグナツク効果を利用して物
体の回転角速度を検出するものであつて、既に知
られている。Prior Art and Problems Optical fiber gyroscope systems are already known, which detect the rotational angular velocity of an object by utilizing the sagnac effect produced in an optical fiber.
第1図は光フアイバ・ジヤイロ・システムの基
本形を示したものである。同図においてレーザ1
の出力光はビームスプリツタ2を経て右回り光3
と左回り光4とを生じ、両光は光フアイバループ
5を伝播してビームスプリツタ6において合波さ
れ、受光器7で検出される。いま第1図の光学系
が矢印の方向に角速度Ωで回転していると、両出
力光間には
△θ=2πRL/λc・Ω
なる位相差を生じる。ここでRは光フアイバルー
プの半径、Lはフアイバ長、λは波長、cは光速
である。これはサグナツク効果として知られてい
るものであり、これによつて光学系が慣性空間に
対して有する回転角速度を知ることができる。 FIG. 1 shows the basic form of an optical fiber gyroscope system. In the same figure, laser 1
The output light passes through beam splitter 2 and becomes clockwise light 3.
and counterclockwise light 4 are generated, both lights propagate through an optical fiber loop 5, are combined in a beam splitter 6, and detected by a light receiver 7. When the optical system shown in Fig. 1 is rotating at an angular velocity Ω in the direction of the arrow, a phase difference of △θ=2πRL/λc·Ω occurs between the two output lights. Here, R is the radius of the optical fiber loop, L is the fiber length, λ is the wavelength, and c is the speed of light. This is known as the Sagnac effect, and it allows us to know the rotational angular velocity that the optical system has with respect to inertial space.
このような光フアイバ・ジヤイロ・システムに
おいて生じる両出力光の位相差を測定して回転角
速度を求めるための方法として、従来種々の方式
が研究され提案されている。しかしながら従来の
方式はいずれも何等かの意味において欠点ないし
問題のあるものであつた。すなわち第1図の基本
形において、フアイバ励振用のレンズの位置を調
整することによつてリング状の干渉縞を得、例え
ばその縞の明るさが最大値と最小値の平均値にな
る位置に受光器を配置することによつて、sin△
θに比例した出力を得るデフオーカス法や、波長
板を用いて左右両回り光が光フアイバ中を直交偏
波で伝播するようにし、電気光学変調器の異方性
を利用してπ/2の位相差バイアスを与えること
によつて、sin△θに比例した出力を得て感度を
最適化する直交偏波法では、左右両回り光路に光
路差があると、その温度変動およびレーザダイオ
ードのスペクトル変動により出力変動が生じると
いう欠点がある。 Various methods have been researched and proposed in the past as methods for determining the rotational angular velocity by measuring the phase difference between the two output lights generated in such an optical fiber gyroscope system. However, all of the conventional methods have had drawbacks or problems in some sense. In other words, in the basic form shown in Figure 1, ring-shaped interference fringes are obtained by adjusting the position of the fiber excitation lens, and the light is received at a position where the brightness of the fringe is the average of the maximum and minimum values, for example. By arranging the vessels, sin△
The defocus method that obtains an output proportional to θ, the use of a wave plate to propagate left and right-handed light in an optical fiber with orthogonal polarization, and the use of the anisotropy of an electro-optic modulator to generate a π/2 In the orthogonal polarization method, which optimizes sensitivity by obtaining an output proportional to sin△θ by applying a phase difference bias, if there is an optical path difference between the left and right optical paths, the temperature fluctuation and the laser diode spectrum will be affected. The disadvantage is that fluctuations cause output fluctuations.
また音響光学変調器を用いて光フアイバ中で両
回り光間に周波数差△ωを与えたときの受光器面
上での両光間の位相差△θは、nを単一モード光
フアイバの等価屈折率として、
△θ=nL/c・△ω
で与えられ周波数差に比例するので、周波数測定
を行うことによつて位相差を知るレーザ周波数変
化法においては、光フアイバ中での左右両回り光
間に周波数差があると、光フアイバの温度変動に
より出力変動が生じるという欠点がある。 In addition, when a frequency difference △ω is given between the lights in both directions in the optical fiber using an acousto-optic modulator, the phase difference △θ between the two lights on the receiver surface is expressed as follows: The equivalent refractive index is given by △θ=nL/c・△ω and is proportional to the frequency difference. Therefore, in the laser frequency variation method, which determines the phase difference by measuring the frequency, it is necessary to If there is a frequency difference between the circulating lights, there is a drawback that output fluctuations occur due to temperature fluctuations in the optical fiber.
さらにこれら各種の方法およびその他の従来の
方法においては、光フアイバ中での偏波状態の変
動によつて出力が変動する。すなわち一般の単一
モード光フアイバでは直線偏波で励振しても出力
は楕円偏波となり、この状態で両光を干渉させる
と温度などによるフアイバ中での偏波状態変動に
より出力変動が生じるという問題がある。また光
フアイバ中における偏波状態の変動は地磁気の影
響によつても生じることが知られており、これに
よつても出力変動を生じる。 Furthermore, in these various methods and other conventional methods, the output varies due to variations in the state of polarization in the optical fiber. In other words, in a general single mode optical fiber, even if it is excited with a linearly polarized wave, the output will be an elliptically polarized wave, and if the two lights are made to interfere in this state, the output will fluctuate due to changes in the polarization state in the fiber due to temperature etc. There's a problem. It is also known that variations in the state of polarization in optical fibers occur due to the influence of geomagnetism, and this also causes output variations.
またすべての方法において、光源の干渉性が良
好な場合には光フアイバ中およびその他の部分か
らの戻り光が信号光と干渉し、これによつて出力
変動を生じる。 In all methods, if the light source has good coherence, the return light from the optical fiber and other parts will interfere with the signal light, thereby causing output fluctuations.
このように従来の光フアイバ・ジヤイロ・シス
テムはいずれも何等かの欠点ないし問題点を有し
ており、必ずしも理想的なものでなかつた。 As described above, all conventional optical fiber gyroscope systems have some kind of drawback or problem, and are not necessarily ideal.
発明の目的
本発明はこのような従来技術の問題点を解決し
ようとするものであつて、その目的は上述のごと
き従来のシステムにおいて避けることができなか
つた種々の雑音原因を除去して回転角速度の検出
限界を向上させるとともに、高信頼化、高安定化
ならびに低消費電力化を達成することができる光
フアイバ・ジヤイロ・システムを提供することに
ある。Purpose of the Invention The present invention is intended to solve the problems of the prior art, and its purpose is to reduce the rotational angular velocity by eliminating various causes of noise that could not be avoided in the conventional system as described above. An object of the present invention is to provide an optical fiber gyroscope system that can improve the detection limit of the sensor and achieve high reliability, high stability, and low power consumption.
発明の実施例
第2図は本発明の光フアイバ・ジヤイロ・シス
テムの一実施例の構成を示す図である。同図にお
いて、11は光源であるレーザダイオード、12
は出力モニタ端子、、13はレンズ、14はレー
ザダイオード11の出力光から直線偏光のみを抽
出するグラントムプソンプリズム、15は、レン
ズ、16はλ/4位相板、17は入出力光フアイ
バ、18はレンズ、19は円偏波光を異常光と常
光とに分離しまた逆の結合を行うローシヨンプリ
ズム、20はレンズ、21は定偏波光フアイバル
ープ、22,23はフアイバループ21の両端
部、24,25は光方向性結合器、26は出力モ
ニタ端子、27はλ/4位相板、28は光検知
器、29は位相差出力端子である。Embodiment of the Invention FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the optical fiber gyroscope system of the present invention. In the figure, 11 is a laser diode which is a light source, and 12 is a laser diode which is a light source.
is an output monitor terminal, 13 is a lens, 14 is a Glan-Thompson prism that extracts only linearly polarized light from the output light of the laser diode 11, 15 is a lens, 16 is a λ/4 phase plate, 17 is an input/output optical fiber, 18 is a lens; 19 is a rotation prism that separates circularly polarized light into extraordinary light and ordinary light; and reversely combines the circularly polarized light; 20 is a lens; 21 is a constant polarization optical fiber loop; 22 and 23 are both ends of the fiber loop 21. , 24 and 25 are optical directional couplers, 26 is an output monitor terminal, 27 is a λ/4 phase plate, 28 is a photodetector, and 29 is a phase difference output terminal.
第2図において、レーザダイオード11の出力
光はレンズ13を経てグラントムプソンプリズム
14に入力され、直線偏光成分を抽出される。こ
れは一般にレーザダイオード11の発生光は直線
偏光であるが、他の偏光成分を多少含むことを避
けられない。そこでグラントムプソンプリズム1
4を通すことによつて不要偏光成分を除去するも
のであり、これによつて不要偏光成分を例えば
60dB程度減衰させることができる。なおモニタ
端子12の出力によつてこの際におけるレーザダ
イオード11の出力レベルを監視することができ
る。 In FIG. 2, the output light of the laser diode 11 is input to the Glan-Thompson prism 14 through the lens 13, and the linearly polarized light component is extracted. This is because, although the light generated by the laser diode 11 is generally linearly polarized light, it inevitably contains some other polarized light components. So Grant Thompson Prism 1
4 to remove unnecessary polarized light components, for example.
It can attenuate about 60dB. Note that the output level of the laser diode 11 at this time can be monitored by the output of the monitor terminal 12.
グラントムプソンプリズム14の出力光はレン
ズ15を経てλ/4位相板16に加えられて、円
偏光に変換される。位相板16には上述のように
完全な直線偏光が加えられているので、その出力
光として完全な円偏光が得られる。位相板16の
出力は光フアイバ17を経てレンズ18に加えら
れ、レンズ18を経てローシヨンプリズム19に
入力される。光フアイバ17上の光の一部は光方
向性結合器24を経て端子26に取り出され、こ
れによつてローシヨンプリズム19に対する入力
光レベルを監視することができるようになつてい
る。ローシヨンプリズム19は入力円偏光を異常
光と常光とに分離し、分離された異常光と常光は
レンズ20を経てそれぞれ端部22,23に入射
されて、定偏波光フアイバループ21にそれぞれ
右回り光と左回り光を生じる。定偏波光フアイバ
ループ21は一種類の偏光のみを伝送する定偏波
光フアイバをループ状に形成してなり、その両端
部22,23はそれぞれの端面においてその偏波
面が直交するごとく保持されていて、それぞれ異
常光と常光とを選択的に入出射することができる
ようになつている。 The output light from the Glan-Thompson prism 14 is applied to a λ/4 phase plate 16 via a lens 15, where it is converted into circularly polarized light. Since completely linearly polarized light is applied to the phase plate 16 as described above, completely circularly polarized light is obtained as its output light. The output of the phase plate 16 is applied to a lens 18 via an optical fiber 17, and then input to a rotation prism 19 via the lens 18. A portion of the light on the optical fiber 17 is taken out to a terminal 26 through an optical directional coupler 24, so that the input light level to the rotation prism 19 can be monitored. The rotation prism 19 separates the input circularly polarized light into extraordinary light and ordinary light, and the separated extraordinary light and ordinary light pass through the lens 20 and enter the end portions 22 and 23, respectively, and enter the fixed polarization optical fiber loop 21, respectively. Generates a rotating light and a counterclockwise light. The constant polarization optical fiber loop 21 is formed by forming a constant polarization optical fiber into a loop shape that transmits only one type of polarized light, and its both ends 22 and 23 are held such that the planes of polarization are perpendicular to each other at the respective end faces. , are capable of selectively inputting and outputting extraordinary light and ordinary light, respectively.
フアイバループ21における右回り光と左回り
光とは、それぞれ端部23,22からレンズ20
を経てローシヨンプリズム19に入射し、ローシ
ヨンプリズム19において再び合波されて円偏光
を生じる。ローシヨンプリズム19の出力はレン
ズ18を経て光フアイバ17に戻り光方向性結合
器25を経て取り出され、λ/4位相板27に加
えられることによつて一方の偏光のみがπ/2位
相がずれる。λ/4位相板27の出力は光検知器
28に加えられて電気的出力に変換され、端子2
9から取り出される。 The clockwise light and counterclockwise light in the fiber loop 21 are transmitted from the ends 23 and 22 to the lens 20, respectively.
The light then enters the Rotion prism 19, where it is multiplexed again to generate circularly polarized light. The output of the rotation prism 19 passes through the lens 18, returns to the optical fiber 17, is taken out via the optical directional coupler 25, and is applied to the λ/4 phase plate 27, so that only one polarized light has a π/2 phase. It shifts. The output of the λ/4 phase plate 27 is applied to the photodetector 28 and converted into an electrical output, and the output is sent to the terminal 2.
taken out from 9.
いま第2図の光学系が慣性空間に対して静止し
ているときは、フアイバループ21において両回
り光の間に位相差は発生しない。従つてローシヨ
ンプリズム19の合波出力光によるλ/4位相板
27の出力における両偏光の位相差はπ/2であ
つて合成出力は0であり、従つて光検知器28を
経て端子29に生じる電気出力は0である。 When the optical system shown in FIG. 2 is stationary with respect to inertial space, no phase difference occurs between the two-way beams in the fiber loop 21. Therefore, the phase difference between the two polarized lights in the output of the λ/4 phase plate 27 due to the combined output light of the Rotion prism 19 is π/2, and the combined output is 0. The electrical output produced at is 0.
第2図は光学系が慣性空間に対して回転角速度
を有する場合には、第1図について説明したよう
に両回り光間に位相差を生じて、λ/4位相板2
7の出力における両偏光間の位相差はπ/2では
なく、従つて光検知器28は位相差のπ/2から
の偏差角θに対して、cosθに比例した大きさの電
気出力を発生する。λ/4位相板27は、このよ
うに両偏波光の一方のみをπ/2移相して、フア
イバループ21中における両回り光の位相差に対
して、ほぼ直線的に変化する出力を得るために用
いられている。 FIG. 2 shows that when the optical system has a rotational angular velocity with respect to inertial space, a phase difference occurs between the two directions of light as explained in FIG. 1, and the λ/4 phase plate 2
The phase difference between the two polarized lights at the output of 7 is not π/2, so the photodetector 28 generates an electrical output proportional to cos θ for the deviation angle θ of the phase difference from π/2. do. The λ/4 phase plate 27 thus shifts the phase of only one of the polarized lights by π/2 to obtain an output that changes almost linearly with respect to the phase difference between the two polarized lights in the fiber loop 21. It is used for.
第3図は第2図の実施例中における入出力光フ
アイバ17、レンズ18、ローシヨンプリズム1
9、レンズ20、および定偏波光フアイバループ
21の具体的構成例を示している。同図において
は、第2図におけると同じ部分を同じ番号によつ
て表しており、31,32はローシヨンプリズム
19の両端面、33はその機械軸である。 FIG. 3 shows the input/output optical fiber 17, lens 18, and rotation prism 1 in the embodiment shown in FIG.
9, a lens 20, and a polarization-constant optical fiber loop 21. In this figure, the same parts as in FIG. 2 are represented by the same numbers, 31 and 32 are both end surfaces of the rotation prism 19, and 33 is its mechanical axis.
第3図において、ローシヨンプリズム19は端
面31,32に同一の傾角α1を有している。入力
光フアイバ17はその光軸がローシヨンプリズム
19の機械軸33と平行でかつこれから距離hに
配置され、出射端面に傾角θpを有する。球レン
ズ18は、光フアイバ17とローシヨンプリズム
19の中間にあつて、機械軸33上端面31から
距離11に中心Oを有している。また出力光フア
イバ22,23は、ローシヨンプリズム19の等
価光分岐点Mを通る機械軸に平行な軸に平行にこ
れからそれぞれ距離hに配置され、入射端面にそ
れぞれ傾角θp,―θpを有する。光フアイバ22,
23は定偏波光フアイバループ21の両端部をな
し、その偏波面は前述のように直交するように配
置されている。球レンズ20はローシヨンプリズ
ム19と両光フアイバ22,23との中間にあつ
て、ローシヨンプリズム19の等価光分岐点を通
る機械軸に平行な軸上、等価光分岐点から距離1
1に中心O′を有する。いま、ローシヨンプリズム
19の傾角α1,入力光フアイバ17の出射角θ0,
出力光フアイバ22,23の入射角をθr,両レン
ズの焦点距離をFとしたとき、これらが次の関係
によつて定められるものとする。 In FIG. 3, the rotion prism 19 has end faces 31 and 32 having the same inclination angle α 1 . The input optical fiber 17 has an optical axis parallel to the mechanical axis 33 of the rotation prism 19 and is disposed at a distance h from the mechanical axis 33, and has an inclination angle θp at the output end face. The ball lens 18 is located between the optical fiber 17 and the rotation prism 19 and has a center O at a distance 1 1 from the upper end surface 31 of the mechanical axis 33 . Further, the output optical fibers 22 and 23 are arranged parallel to an axis parallel to the mechanical axis passing through the equivalent optical branch point M of the rotary prism 19 at a distance h from the axis, and have inclination angles θp and -θp at their incident end faces, respectively. optical fiber 22,
23 constitutes both ends of the constant polarization optical fiber loop 21, and the planes of polarization thereof are arranged to be orthogonal as described above. The ball lens 20 is located between the rowsion prism 19 and both optical fibers 22 and 23, on an axis parallel to the mechanical axis passing through the equivalent light branch point of the rowsion prism 19, and at a distance of 1 from the equivalent light branch point.
It has a center O' at 1 . Now, the inclination angle α 1 of the rotation prism 19, the output angle θ 0 of the input optical fiber 17,
Assuming that the incident angle of the output optical fibers 22 and 23 is θr, and the focal length of both lenses is F, these are determined by the following relationship.
α1=(+ne/ne+np−2)・δ
θo=θr
=sin-1(nc/na・sinθp)−θp
θo=θr=(11−F)h/F2
但し
neは異常光に対するローシヨンプリズムの屈折
率
npは常光に対するローシヨンプリズムの屈折率
δはローシヨンプリズムにおける異常光および
常光に対する分離角
ncは入出力光フアイバコア部の屈折率
naは空気の屈折率
このようにしたとき、光フアイバ17から出射
角θoをもつて出射した光は異常光と常光とに分
離し、それぞれ入射角θrをもつて光フアイバ2
2,23に入射してそれぞれ右回り光、左回り光
となつてフアイバループ21中を伝送され、それ
ぞれ光フアイバ23,22から出射角θrをもつて
出射して再び合波されて光フアイバ17に入射角
θrをもつて入射して元の方向に戻るが、この際に
おける入出射角は上述の関係からすべて等しく、
入出力の対称性が完全に保たれる。第3図に示さ
れた光偏波分離・合成システムについては、同一
出願人によつて既に出願されている。 α 1 = (+n e /n e +n p -2)・δ θo=θr = sin -1 (n c /n a・sinθp)−θp θo=θr=(1 1 −F)h/F 2where n e is the refractive index of the Roschill prism for extraordinary light n p is the refractive index of the Roschill prism for ordinary light δ is the separation angle of the Roschill prism for extraordinary light and ordinary light n c is the refractive index of the input/output optical fiber core n a is the air When this is done, the light emitted from the optical fiber 17 with an output angle θo is separated into extraordinary light and ordinary light, and the light is emitted from the optical fiber 2 with an incident angle θr.
2 and 23, respectively, and are transmitted through the fiber loop 21 as clockwise and counterclockwise lights, respectively, and exit from the optical fibers 23 and 22 with an output angle θr, and are combined again and sent to the optical fiber 17. The incident angle is θr and returns to the original direction, but the incident and exit angles at this time are all equal from the above relationship,
The symmetry of input and output is completely maintained. The optical polarization separation/synthesis system shown in FIG. 3 has already been filed by the same applicant.
本発明の光フアイバ・ジヤイロ・システムは、
第3図に示された光偏波分離・合成システムを使
用することによつて、従来の光フアイバ・ジヤイ
ロ・システムにおいて問題となつていた雑音要因
が除去される。すなわち第3図から明らかなよう
に、入力光フアイバ17から見てフアイバループ
21における右回り光と左回り光に対する光路差
は全く存在せず、従つて両回り光間の光路差に基
づく出力変動が生じない。 The fiber optic gyroscope system of the present invention includes:
By using the optical polarization separation/synthesis system shown in FIG. 3, the noise factors that have been problematic in conventional fiber optic gyroscope systems are eliminated. That is, as is clear from FIG. 3, there is no optical path difference between the clockwise light and the counterclockwise light in the fiber loop 21 when viewed from the input optical fiber 17, and therefore the output fluctuation is based on the optical path difference between the two directions. does not occur.
またフアイバループ21における右回り光と左
回り光とは、同一の入力光から分離した異常光と
常光とからなるものであつて同一周波数を有し、
従つて両回り光間の周波数差に基づく出力変動が
生じない。 Further, the clockwise light and the counterclockwise light in the fiber loop 21 are composed of extraordinary light and ordinary light separated from the same input light, and have the same frequency.
Therefore, no output fluctuation occurs due to the frequency difference between the two directions of light.
また第3図における光フアイバ17,22,2
3の入出射端面およびローシヨンプリズム19の
入出射端面はすべて光路に対して垂直でなく、従
つてこれらの面におけるリターンロスは十分小さ
く保たれていて、戻り光と入力光との干渉に基づ
く出力変動が生じない。 Also, the optical fibers 17, 22, 2 in FIG.
The input/output end faces of No. 3 and the input/output end faces of the lowsion prism 19 are not perpendicular to the optical path, so the return loss on these surfaces is kept sufficiently small, and is based on the interference between the returned light and the input light. No output fluctuation occurs.
さらに第3図におけるフアイバループ21には
定偏波光フアイバが用いられており、従つてフア
イバループ中において温度変動や地磁気の影響等
があつても偏波状態の変動がないので、光フアイ
バ中の偏波状態変動に基づく出力変動が生じな
い。 Furthermore, a constant polarization optical fiber is used for the fiber loop 21 in FIG. No output fluctuation occurs due to polarization state fluctuation.
本発明の光フアイバ・ジヤイロ・システムにお
いては、これらの原因に基づくすべての雑音要因
が除去される結果、回転角速度の検出限界を従来
のシステムに比べて著しく向上させることが可能
となる。 In the optical fiber gyroscope system of the present invention, all noise factors based on these causes are removed, and as a result, the detection limit of rotational angular velocity can be significantly improved compared to conventional systems.
また第3図に示された光偏波分離・合成システ
ムにおいて光フアイバ17,22,23はローシ
ヨンプリズム19に対して一定の位置に、かつ互
いに平行に保持される必要があるが、このような
光フアイバの保持は、シリコン基板上に周知の方
法でエツチングによつて設けたV字形溝に収容し
て固定することによつて容易に行うことができ、
固定後における位置変化の恐れもなく装置構成お
よび性能の安定度と信頼性を著しく高くすること
ができる。 Furthermore, in the optical polarization separation/synthesis system shown in FIG. The optical fiber can be easily held by fixing it in a V-shaped groove etched on a silicon substrate by a well-known method.
There is no fear of positional changes after fixation, and the stability and reliability of the device configuration and performance can be significantly increased.
また従来のレーザ周波数変化法の場合、左右両
回り光間に周波数差を与えるために光変調を行う
ことが必要となり、そのため消費電力が増大する
が、本発明のシステムではその必要がないため、
消費電力を小さく保つことができる。 In addition, in the case of the conventional laser frequency variation method, it is necessary to perform optical modulation to give a frequency difference between the left and right beams, which increases power consumption, but in the system of the present invention, this is not necessary.
Power consumption can be kept low.
発明の効果
以上説明したように本発明の光フアイバ・ジヤ
イロ・システムによれば、回転角速度の検出限界
を向上することができるとともに、装置および性
能の高安定化と高信頼化を図ることができ、さら
に低消費電力なので極めて有利である。Effects of the Invention As explained above, according to the optical fiber gyro system of the present invention, it is possible to improve the detection limit of rotational angular velocity, and to achieve high stability and reliability of the device and performance. Furthermore, it is extremely advantageous due to its low power consumption.
第1図は光フアイバ・ジヤイロ・システムの基
本形の構成を示す図、第2図は本発明の光フアイ
バ・ジヤイロ・システムの一実施例の構成を示す
図、第3図は本発明の光フアイバ・ジヤイロ・シ
ステムにおける光偏波分離・合成システムの一構
成例を示す図である。
1……レーザ、2……ビームスプリツタ、3…
…右回り光、4……左回り光、5……光フアイバ
ループ、6……ビームスプリツタ、7……受光
器、11……レーザダイオード、12……出力モ
ニタ端子、13……レンズ、14……グラントム
プソンプリズム、15……レンズ、16……λ/
4位相板、17……光フアイバ、18……レン
ズ、19……ローシヨンプリズム、20……レン
ズ、21……定偏波光フアイバループ、22,2
3……フアイバループ21の両端部、24,25
……光方向性結合器、26……出力モニタ端子、
27……λ/4位相板、28……光検知器、29
……位相差出力端子。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an optical fiber wiring system, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the optical fiber wiring system of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the optical fiber wiring system of the present invention. - It is a diagram showing an example of the configuration of an optical polarization separation/synthesis system in a gyro system. 1...Laser, 2...Beam splitter, 3...
...Clockwise light, 4...Counterclockwise light, 5...Optical fiber loop, 6...Beam splitter, 7...Photo receiver, 11...Laser diode, 12...Output monitor terminal, 13...Lens, 14...Grand Thompson prism, 15...lens, 16...λ/
4 phase plate, 17... optical fiber, 18... lens, 19... rotation prism, 20... lens, 21... constant polarization optical fiber loop, 22,2
3...Both ends of the fiber loop 21, 24, 25
...Optical directional coupler, 26...Output monitor terminal,
27...λ/4 phase plate, 28... Photodetector, 29
...Phase difference output terminal.
Claims (1)
出力側に結合され出力端に傾角α1を有する光フア
イバと、該光フアイバの光軸から距離hでかつこ
れと平行に機械軸を有し入出射端面に同一の傾角
α1を有するローシヨンプリズムと、該ローシヨン
プリズムと前記光フアイバの中間にあつて機械軸
上ローシヨンプリズムの入射端面から距離11に
中心を有する焦点距離Fの第1のレンズと、ルー
プ状に形成された定偏波光フアイバからなり、そ
の両端部が前記ローシヨンプリズムの等価光分岐
点を通る機械軸に平行な軸からそれぞれ距離hに
平行に配置されかつ両端面がそれぞれ傾角θp―
θpを有するとともにその偏光面が両端面におい
て互いに直交するように配置されている定偏波光
フアイバループと、該定偏波光フアイバループと
前記ローシヨンプリズムの中間にあつて前記ロー
シヨンプリズムの等価光分岐点を通る機械軸と平
行な軸上等価光分岐点から距離11に中心を有す
る焦点距離Fの第2のレンズと、前記光フアイバ
に結合されて前記ローシヨンプリズムから戻つた
伝送光を取り出す光方向性結合器と、該光方向性
結合器の出力光の強度を検出する光検知器とを具
え、前記ローシヨンプリズムの傾角α1,前記光フ
アイバの入出射角θo、定偏波光フアイバループ
の両端部における入出射角θrおよび両レンズの焦
点距離Fの間に α1=(+ne/ne+np−2)・δ θo=θr =sin-1(nc/na・sinθp)−θp θo=θr=(11−F)h/F2 但し neは異常光に対するローシヨンプリズムの屈折
率 npは常光に対するローシヨンプリズムの屈折率 δはローシヨンプリズムにおける異常光および
常光に対する分離角 ncは入出力光フアイバコア部の屈折率 naは空気の屈折率 の関係を有せしめたことを特徴とする光フアイ
バ・ジヤイロ・システム 2 前記光源装置が半導体レーザと、該半導体レ
ーザの発生光から単一の偏波光のみを抽出するグ
ラントムプソンプリズムと、該グラントムプソン
プリズムの出力光を円偏光に変換する1/4波長位
相板とからなることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の光フアイバ・ジヤイロ・システム。 3 前記光検知器が光路中に1/4波長位相板を含
み、入力光中における異常光と常光との位相差の
π/2からの偏差角の余弦に比例した出力を生じ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項記載の光フアイバ・ジヤイロ・システム。[Claims] 1. A light source device that generates circularly polarized light, an optical fiber coupled to the output side of the light source device and having an inclination angle α 1 at the output end, and a distance h from the optical axis of the optical fiber and A rostion prism having parallel mechanical axes and the same inclination angle α 1 on the entrance and exit end faces, and a rostion prism located between the rostion prism and the optical fiber and at a distance of 1 1 from the entrance end face of the rostion prism on the mechanical axis. It consists of a first lens having a focal length F at the center and a constant polarization optical fiber formed in a loop shape, each end of which is at a distance from an axis parallel to the mechanical axis passing through the equivalent optical branch point of the Rotion prism. h, and both end faces have an inclination angle θp-
a constant polarization optical fiber loop having θp and arranged so that its polarization planes are orthogonal to each other at both end faces, and an equivalent light of the rotation prism located between the constant polarization optical fiber loop and the rotation prism. a second lens of focal length F, centered at a distance 1 1 from the axially equivalent light branch point parallel to the mechanical axis passing through the branch point, and coupled to the optical fiber to transmit the transmitted light back from the Rotion prism; It comprises an optical directional coupler to take out, and a photodetector to detect the intensity of the output light of the optical directional coupler, and the inclination angle α 1 of the rotation prism, the input/output angle θo of the optical fiber, and the constant polarization light. Between the entrance and exit angles θr at both ends of the fiber loop and the focal lengths F of both lenses, α 1 = (+n e /n e +n p −2)・δ θo=θr = sin −1 (n c /n a・sinθp) −θp θo=θr=(1 1 −F) h/F 2 where n e is the refractive index of the Rochon prism for extraordinary light n p is the refractive index of the Rochion prism for ordinary light δ is the extraordinary light in the Rochion prism and the separation angle n c with respect to ordinary light has a relationship with the refractive index n a of the input/output optical fiber core portion and the refractive index of air. A patent characterized in that it consists of a Glan-Thompson prism that extracts only a single polarized light from the light generated by a semiconductor laser, and a quarter-wavelength phase plate that converts the output light of the Glan-Thompson prism into circularly polarized light. An optical fiber gyroscope system according to claim 1. 3. The photodetector includes a 1/4 wavelength phase plate in the optical path, and produces an output proportional to the cosine of the deviation angle from π/2 of the phase difference between the extraordinary light and the ordinary light in the input light. An optical fiber gyroscope system according to claim 1 or 2.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57172017A JPS5960311A (en) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | Optical fiber gyro system |
CA000437093A CA1238970A (en) | 1982-09-28 | 1983-09-20 | Fiber-optic gyro |
EP83305763A EP0107373B1 (en) | 1982-09-28 | 1983-09-27 | Fibre optic gyroscope |
DE8383305763T DE3382205D1 (en) | 1982-09-28 | 1983-09-27 | CIRCULAR WITH OPTICAL THREAD. |
KR8304554A KR870001832B1 (en) | 1982-09-28 | 1983-09-28 | Fiber-optic gyro |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57172017A JPS5960311A (en) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | Optical fiber gyro system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5960311A JPS5960311A (en) | 1984-04-06 |
JPS6326326B2 true JPS6326326B2 (en) | 1988-05-30 |
Family
ID=15933976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57172017A Granted JPS5960311A (en) | 1982-09-28 | 1982-09-30 | Optical fiber gyro system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5960311A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7522102B2 (en) * | 2004-12-16 | 2009-04-21 | The Boeing Company | Antenna beam steering |
-
1982
- 1982-09-30 JP JP57172017A patent/JPS5960311A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5960311A (en) | 1984-04-06 |
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