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JPS60218020A - Total single-polarization fiber rotary sensor - Google Patents

Total single-polarization fiber rotary sensor

Info

Publication number
JPS60218020A
JPS60218020A JP59073929A JP7392984A JPS60218020A JP S60218020 A JPS60218020 A JP S60218020A JP 59073929 A JP59073929 A JP 59073929A JP 7392984 A JP7392984 A JP 7392984A JP S60218020 A JPS60218020 A JP S60218020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
polarized
wavelength
birefringent
light
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.)
Granted
Application number
JP59073929A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0371051B2 (en
Inventor
Katsunari Okamoto
勝就 岡本
Kazumasa Takada
和正 高田
Juichi Noda
野田 壽一
Itaru Yokohama
横浜 至
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP59073929A priority Critical patent/JPS60218020A/en
Publication of JPS60218020A publication Critical patent/JPS60218020A/en
Publication of JPH0371051B2 publication Critical patent/JPH0371051B2/ja
Granted 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

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  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce noises originating from disturbance due to mechanical oscillation, etc., by using a fiber type polarizer which uses a birefringent fiber instead of a bulk polarizer and using birefringent fibers for the whole part except a light source and a photodetector. CONSTITUTION:Light from a laser 11 is passed through a half-wavelength plate 13 and polarized wave parallel to the main axis of a 3dB optical coupler 15 is obtained from a birefringent fiber. When linear polarized light which is polarized in the main-axis direction of the fiber 23 is incident, linear polarized light whose incidence power is reduced to half appears at projection-side 23a and 24a. There is no problem when the loss that an (x) polarized wave in propagation mode has is <=1dB/m, and the cutoff wavelength lambdac of the fiber is so designed that lambda/1.7<= lambdac<=1.4, where lambda is the wavelength of the light source. Both (x) and (y) polarized waves in use have such wavelength that they propagates in a fiber coil 18. When the sensor is so designed that the (y) polarized wave does not propagate substantially, the influence of mode coupling in the coil is eliminated and a stable rotary sensor is realized.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、飛翔体あるいはロボットの姿勢制御に用いる
高精度の回転センサに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a highly accurate rotation sensor used for attitude control of a flying object or a robot.

(従来の技術) 複屈折ファイバを用いた従来の光フアイバ回転センサの
構成を図3に示す。図3で、レーザ1からの出射光はレ
ンズ2で平行光にされ、バルク偏光子4で複屈折ファイ
バ7の主軸方向に偏光した直線偏光となジ、レンズ5で
ファイ・ぐに入射される。ファイバに入射された光は、
3dB光結合器6で2等分されファイバコイル7を右回
りに伝搬する光と左回シに伝搬する光に分けられる。フ
ァイバコイルを右回りと左回シに伝搬した光は、3dB
光結合器6で再び合波されレンズ5、偏光子4を通過し
た後、ハーフミラ−3で反射されて光検出器9に入る。
(Prior Art) The configuration of a conventional optical fiber rotation sensor using a birefringent fiber is shown in FIG. In FIG. 3, the light emitted from the laser 1 is collimated by the lens 2, converted into linearly polarized light by the bulk polarizer 4 in the direction of the main axis of the birefringent fiber 7, and then input to the fiber by the lens 5. The light incident on the fiber is
The light is divided into two parts by the 3 dB optical coupler 6 and divided into light propagating clockwise through the fiber coil 7 and light propagating counterclockwise. The light propagated clockwise and counterclockwise through the fiber coil has a 3 dB
After being multiplexed again by the optical coupler 6 and passing through the lens 5 and polarizer 4, it is reflected by the half mirror 3 and enters the photodetector 9.

光検出器9は、光フアイバ内を右回りに伝搬した光と、
左回りに伝搬した光との干渉光強度に比例した光電流を
生ずる。光フアイバ回転センサでは、光ファイバの回転
に応じて、光フアイバ内を左右両回りに伝搬する光の光
路長に差が生じる。この様な現象はSagnac効果と
して知られておりE、J、Po5t″8agnac E
ffect″Rev、ofModern Phyi v
ol 、 39−2. P、475−493 (196
7)K詳細に記述されている。左右両回り光の光路差に
対応して両回り光の間に位相差ψが生ずる。
The photodetector 9 detects the light propagated clockwise in the optical fiber and
Interference with light propagating counterclockwise produces a photocurrent proportional to the intensity of the light. In an optical fiber rotation sensor, a difference occurs in the optical path length of light propagating in both left and right directions within the optical fiber, depending on the rotation of the optical fiber. This phenomenon is known as the Sagnac effect, and E, J, Po5t″8agnac E
ffect”Rev, ofModern Phyi v
ol, 39-2. P, 475-493 (196
7) K is described in detail. A phase difference ψ occurs between the left and right lights corresponding to the optical path difference between the left and right lights.

4πRL ψ=λCΩ (1) ここで、λは真空中の光源の波長、Cは真空中の光速度
、Rは光フアイバコイルの半径、Lは光フアイバコイル
の長さ、Ωは回転角速度である。従って、光検出器から
の光電流出力■は、この位相差ψによって Ioc l +cosψ (2) となる。このため、光電流出力の変化を読み取ることに
より、回転角速度Ωを検出できることになる。ただし、
式(2)の場合には微小回転(ψ<1)の場合に化カニ
がほぼ一定値となり回転検出が不可能となるために、図
1に示す様にPZT振動子8にファイバを巻き付け、P
ZT振動子に交流電圧を加えてファイバ中を伝搬する光
に位相変調を加える。いま、PZTに印加する交流電圧
の角周波数をω□、位相変調度をψmとすると光検出器
の出= 1−cosq cos (ψmcos (ωm
t ))−sin9)sin (Icos (ωm t
))= 1 +cosψ(JO(ψm) + 2J2 
(ψrrL)cos(2ωmt)七・・)+sinψ(
2J、(ψm)sin(ωmt) + −) (31と
なる。ただし、占、Jl、J2はベッセル関数である。
4πRL ψ=λCΩ (1) Here, λ is the wavelength of the light source in vacuum, C is the speed of light in vacuum, R is the radius of the optical fiber coil, L is the length of the optical fiber coil, and Ω is the rotational angular velocity. . Therefore, the photocurrent output ■ from the photodetector becomes Ioc l +cos ψ (2) due to this phase difference ψ. Therefore, the rotational angular velocity Ω can be detected by reading the change in the photocurrent output. however,
In the case of Equation (2), when the rotation is minute (ψ<1), the curve becomes a nearly constant value and rotation detection becomes impossible. Therefore, as shown in FIG. P
An AC voltage is applied to the ZT resonator to add phase modulation to the light propagating through the fiber. Now, if the angular frequency of the AC voltage applied to the PZT is ω□, and the phase modulation degree is ψm, the output of the photodetector = 1-cosq cos (ψmcos (ωm
t ))-sin9)sin (Icos (ωm t
)) = 1 +cosψ(JO(ψm) + 2J2
(ψrrL)cos(2ωmt)7...)+sinψ(
2J, (ψm) sin (ωmt) + −) (31) However, the divination, Jl, and J2 are Bessel functions.

I(t)の各周波数成分の中で、ωmの成分を同期検波
することにより出力 I、 (Ksinψ・2J、(ψm> (41が得られ
る。微少回転ψ〈1の場合式(4)は11″ψ°2J+
 (ψm) f51 となり回転角速度に比例した出力が得られる。
By synchronously detecting the component of ωm among each frequency component of I(t), the output I, (Ksinψ・2J, (ψm> (41) is obtained. In the case of minute rotation ψ<1, equation (4) is 11″ψ°2J+
(ψm) f51 and an output proportional to the rotational angular velocity can be obtained.

従来、図1のファイバコイルおよび3(IB光結合器′
に複屈折ファイバを使用して偏光特性を安定化させた例
はあるが、偏光子はバルク偏光子を用いていた。バルク
偏光子を用いる場合には、図1で示す様にレンズ5を介
して光を一部ファイバから外に出すためにレンズあるい
は偏光子の機械的振動によって軸ずれを生じ易く、軸ず
れによる光出力変動が雑音となって微小回転検出を防げ
パリ、長時間のうちに信号レベルが変動するといった欠
点があった。
Conventionally, the fiber coil and 3 (IB optical coupler') shown in FIG.
Although there are examples of stabilizing polarization characteristics using birefringent fibers, bulk polarizers were used as polarizers. When using a bulk polarizer, as shown in Fig. 1, part of the light is emitted from the fiber through the lens 5, which tends to cause axis misalignment due to mechanical vibration of the lens or polarizer. There were drawbacks such as output fluctuations becoming noise that prevented detection of minute rotations, and the signal level fluctuating over a long period of time.

(発明の課題) 本発明は、従来のかかる欠点を除去するためにバルク偏
光子の代りに複屈折ファイバを用いたファイバ形偏光子
を使用し、光源および光検出器以外を全部複屈折ファイ
バとすることによって、機械的振動等の外乱による雑音
を低減化したもので、以下図面について詳細に説明する
(Problems to be solved by the invention) In order to eliminate such drawbacks of the conventional technology, the present invention uses a fiber-type polarizer using birefringent fibers instead of a bulk polarizer, and uses birefringent fibers for all components other than the light source and photodetector. By doing so, noise caused by disturbances such as mechanical vibrations is reduced.The drawings will be described in detail below.

(発明の構成および作用) 図1は、本発明の一実施例の図であり、11はレーザ、
12.14はレンズ、13は174波長板である。
(Structure and operation of the invention) FIG. 1 is a diagram of an embodiment of the invention, in which 11 is a laser;
12 and 14 are lenses, and 13 is a 174 wavelength plate.

レーザからの光は1/2波長板によって、複屈折ファイ
バから成る3dB光結合器15の主軸に平行な偏光とな
る。3dB光結合器は、図4に示す様な構造であり複屈
折ファイバ23.24の主軸方向を平行に合わせた後、
ファイバの一部を加熱、延伸して作製したものである。
The light from the laser is polarized by the 1/2 wavelength plate parallel to the main axis of the 3 dB optical coupler 15 made of birefringent fiber. The 3dB optical coupler has a structure as shown in Fig. 4, and after aligning the principal axes of the birefringent fibers 23 and 24 in parallel,
It is made by heating and stretching a part of the fiber.

ファイバ乙の主軸方向に偏光した直線偏光を入射した場
合、出力側の23a、′2Aaには入射パワーのし勺ず
つが直線偏光状態が保持されたまま出射する。加熱、延
伸した部分により直交偏波成分が若干生じるが、クロス
トークは一加dB以下に抑えられている。又、加熱、延
伸による光の過剰損失は1dB以下である。3dB光結
合器15、17.およびファイバコイル18に用いられ
ている複屈折ファイバの断面構造を図5に示す。コア5
の両側にクラッド27と熱膨張係数の異なる応力付与部
がか配置されている。線引き後の冷却過程において、応
力付与部の熱収縮によりコアにはX軸方向とy軸方向で
異なった応力が働き、光弾性効果によってX軸方向とy
軸方向に偏光した光の伝搬定数が異なることになる。X
軸方向およびy軸方向に偏光した光の伝搬定数を各々β
X、βyとするとモード複屈折率Bは B=(βX−βy)/k (61 で与えられる。ただし、k=2π/λである。B〉lX
l0 であれば実用上十分な偏波安定性が達成される。
When linearly polarized light polarized in the direction of the main axis of the fiber B is input, a portion of the input power is output from the output side 23a, '2Aa while maintaining the linearly polarized state. Although some orthogonal polarization components occur due to the heated and stretched portions, crosstalk is suppressed to less than one additional dB. Further, the excessive loss of light due to heating and stretching is 1 dB or less. 3dB optical coupler 15, 17. FIG. 5 shows the cross-sectional structure of the birefringent fiber used in the fiber coil 18. core 5
Stress applying parts having different thermal expansion coefficients from the cladding 27 are arranged on both sides of the cladding 27. During the cooling process after drawing, different stresses act on the core in the X-axis direction and the y-axis direction due to thermal contraction of the stress-applying part, and the
The propagation constants of axially polarized light will be different. X
Let β be the propagation constants of light polarized in the axial direction and the y-axis direction, respectively.
If X and βy, the mode birefringence B is given by B = (βX - βy)/k (61). However, k = 2π/λ.
If l0, practically sufficient polarization stability is achieved.

次に、図1の中のファイバ形偏光子16について説明す
る。図6は、ファイバ形偏光子に用いた複屈折ファイバ
の断面図である。コアあの比屈折率差Δ=噛チ、コア径
2a=5.4μm、ファイバ外径2b=150.am、
応力付与部の内半径r1= 3.1a、応力付与部のボ
ロン濃度15)7%、TE01モード遮断波長λc= 
0.81μmである。モード複屈折率B=4.1XlO
である。
Next, the fiber polarizer 16 in FIG. 1 will be explained. FIG. 6 is a cross-sectional view of a birefringent fiber used in a fiber polarizer. Core relative refractive index difference Δ = bite, core diameter 2a = 5.4 μm, fiber outer diameter 2b = 150. am,
Inner radius r1 of stress applying part = 3.1a, boron concentration of stress applying part 15) 7%, TE01 mode cutoff wavelength λc =
It is 0.81 μm. Mode birefringence B=4.1XlO
It is.

図7に、この複屈折ファイバを半径R=15cmのボビ
ンに巻いた状態で測定した損失分光特性を示す。図7に
示す様に、波長λユ1.12μm =’ 1384付近
からX偏波の損失が増加しはじめる。これに対してX偏
波の損失はλ” 1.28μm=1.58λ。付近から
増加している。この様な、X、7両偏波の曲げ損失の違
いは以下に述べることに起因している。複屈折ファイバ
中のx、7両偏波の感じる屈折率分布は次式で与えられ
る。
FIG. 7 shows loss spectral characteristics measured with this birefringent fiber wound around a bobbin with a radius R=15 cm. As shown in FIG. 7, the loss of the X polarization starts to increase from around the wavelength λ = 1.12 μm = '1384. On the other hand, the loss of X polarization is λ" 1.28μm = 1.58λ. It increases from around 1.58λ. This difference in bending loss of both X and 7 polarizations is due to the following. The refractive index distribution felt by both the x and 7 polarized waves in the birefringent fiber is given by the following equation.

n<Cr、θ)=n(r、θ)−qσx (r、θ)−
q(σy(r+θ)+σz(r、θ)〕(力n y(r
、θ)=n(r、θ)−qσy(r、θ)−C,(az
(r、θ)+σx (r、θ)、) (8)ここで、n
 (’r、θ)は無応力時の屈折率分布、CI、c2は
光弾性定数、σX、σy、 azは主応力分布である。
n<Cr, θ)=n(r, θ)−qσx (r, θ)−
q(σy(r+θ)+σz(r, θ)](force n y(r
, θ)=n(r, θ)−qσy(r, θ)−C, (az
(r, θ) + σx (r, θ), ) (8) Here, n
('r, θ) is the refractive index distribution without stress, CI, c2 are photoelastic constants, and σX, σy, and az are the principal stress distributions.

布から計算したλ= 1.15μmにおける規格化伝搬
定数である。図8から、X偏波の伝搬定数βy/にはX
偏波よりクラッドの屈折率に近いために、同一の曲げに
対してはX偏波より大きな曲げ損失を受けることが分か
る。コアの比屈折率差Δ、応力付与部の内半径λ、カッ
トオフ波長λ。、曲げ半径R= 2mm =20cm等
の異なる条件の元で種々の複屈折ファイバの曲げによる
XrY両偏波の曲げ損失特性を測定した結果を図9に示
した。斜線で囲まれた領域が測定結果の分布する範囲で
ある。図9より、複屈折ファイバをファイバ形偏光子と
して用いるだめの条件が以下の様に導びかれる。
Normalized propagation constant at λ = 1.15 μm calculated from cloth. From Figure 8, the propagation constant βy/ of the X polarized wave is
It can be seen that because the refractive index of the cladding is closer to that of the polarized wave, the bending loss is greater than that of the X polarized wave for the same bending. The relative refractive index difference Δ of the core, the inner radius λ of the stress applying part, and the cutoff wavelength λ. FIG. 9 shows the results of measuring the bending loss characteristics of both XrY polarized waves by bending various birefringent fibers under different conditions such as bending radius R = 2 mm = 20 cm. The area surrounded by diagonal lines is the range in which the measurement results are distributed. From FIG. 9, the conditions under which a birefringent fiber cannot be used as a fiber polarizer are derived as follows.

’(IIY偏波の損失が実用上十分な損失40dB/−
以上を受けるためにはλ/λC≧18,4でなければな
らない。
'(IIY polarization loss is practically sufficient loss 40dB/-
In order to receive the above, λ/λC≧18.4 must be satisfied.

(2)伝搬モードであるX偏波の受ける損失は、1dB
/m以下であればよくλ/2゜≦1.7が条件となる。
(2) The loss suffered by the X polarization, which is the propagation mode, is 1 dB.
/m or less and the condition is λ/2°≦1.7.

従って、複屈折ファイバをファイバ形偏光子として用い
る場合には、ファイバの遮断波長ノPが光源の波長λに
対して λ/1.7<λvくλ/1.4 (9)なる条件を満足
する様に設計しなければならない。
Therefore, when using a birefringent fiber as a fiber-type polarizer, the cutoff wavelength P of the fiber satisfies the condition λ/1.7 < λv and λ/1.4 (9) with respect to the wavelength λ of the light source. must be designed to do so.

図1Oは、図1の全単一偏波ファイバ回転センサに使用
したファイバ形偏光子16の巻き回数Nと消光比の関係
を示したものである。使用した光の波長はλ=1.3μ
mであり式(9)の条件を満足している。測定はファイ
バ形偏光子に円偏光を入射し、出射光をバルク検光子に
通して消光比を測定した。図10に示す様に、曲げ半径
R=10.の場合には、N=6程度で消光比43dBが
得られ、この時のX偏波の過剰損失は0.05dB以下
である。図3の全単一偏波ファイバ回転センサの構成に
おいては、図A、Bで3dB光結合器とファイバ形偏光
子を接続し、C,Dにおいてファイバコイル18と3d
B光結合器17とを接続する。図11に、ファイバコイ
ルの中心軸を東西に向けた時(回転角速度Ω=0)の出
力を示す。
FIG. 1O shows the relationship between the extinction ratio and the number of turns N of the fiber polarizer 16 used in the all-single polarization fiber rotation sensor of FIG. The wavelength of the light used is λ = 1.3μ
m, which satisfies the condition of equation (9). In the measurement, circularly polarized light was incident on a fiber polarizer, and the output light was passed through a bulk analyzer to measure the extinction ratio. As shown in FIG. 10, bending radius R=10. In this case, an extinction ratio of 43 dB is obtained when N=6 or so, and the excess loss of the X polarized wave at this time is 0.05 dB or less. In the configuration of the all-single-polarized fiber rotation sensor shown in FIG. 3, the 3 dB optical coupler and the fiber polarizer are connected in FIGS.
B optical coupler 17 is connected. FIG. 11 shows the output when the central axis of the fiber coil is oriented east-west (rotational angular velocity Ω=0).

雑音による出力の変動は0.5°’lhr以内(ロック
インアンプの時定数T。=切秒)であり、ω分の長時間
にわたってドリフトはな(十分安定な回転センサが実現
出来た。
Fluctuations in the output due to noise were within 0.5°'lhr (time constant T of the lock-in amplifier = cutting seconds), and there was no drift over a long period of ω minutes (a sufficiently stable rotation sensor was realized).

以上の説明では、ファイバコイル18としてx、7両偏
波が伝搬可能な波長で使用している。しかし、ファイバ
コイルとしても、X偏波が事実上伝搬しな〔・様に設計
すればファイバコイル中でのモード結合の影響を除去す
ることが出来るためにより安定なファイバ回転センサを
実現出来る。
In the above description, the fiber coil 18 is used at a wavelength that allows both x and 7 polarized waves to propagate. However, if the fiber coil is designed in such a way that the X-polarized wave will not actually propagate, a more stable fiber rotation sensor can be realized because the influence of mode coupling in the fiber coil can be eliminated.

図12は、図9と同様に種々の複屈折ファイバを用いて
x、X偏波の曲げ損失特性を測定した結果である。図1
2より、ファイバコイルとしてモード結合による悪影響
を極めて小さくし、かつ良好な伝送特性を有する単一偏
波単一モードファイバを得るためには以下の条件を満足
する必要があることが分かる。
Similar to FIG. 9, FIG. 12 shows the results of measuring the bending loss characteristics of x and X polarized waves using various birefringent fibers. Figure 1
2, it can be seen that the following conditions must be satisfied in order to obtain a single-polarized single-mode fiber that extremely minimizes the adverse effects of mode coupling as a fiber coil and has good transmission characteristics.

(at X偏波の損失がX偏波の損失より204伽以上
の十分大きくなるための条件はλ/λC≧1.4である
(The condition for the loss of at

(bl 伝搬モードであるX偏波の受げる過剰損失が1
dB/b以下であるための条件はλ/2゜≧1.65で
ある。
(bl The excess loss suffered by the X polarization, which is the propagation mode, is 1
The condition for being below dB/b is λ/2°≧1.65.

従って、ファイバ回転センサのファイバコイルとして外
乱によるモード結合の影響を極めて小さくする単一偏波
単一モードファイバとしては、光源の波長λに対してT
&モードの遮断波長J2をλ/1.65<〕3)<λ/
1.4 QO)なる条件を満足する様に設計しなげれば
ならない。
Therefore, as a fiber coil of a fiber rotation sensor, a single-polarized single-mode fiber that minimizes the influence of mode coupling due to external disturbances has a T
& mode cutoff wavelength J2 is λ/1.65<]3)<λ/
1.4 QO) must be designed to satisfy the following conditions.

ファイバ形偏光子に用いる複屈折ファイバとの設計値の
ちがいは、用いるファイバの長さの差によっている。フ
ァイバ形偏光子は、ファイバコイルに比較して、短尺の
ファイバで形成するために(1)。
The difference in design value from the birefringent fiber used in the fiber polarizer depends on the difference in length of the fiber used. Fiber-type polarizers are made of shorter fibers than fiber coils (1).

(2)の条件より(9)式のような設計値を用いる。Based on the condition (2), design values such as equation (9) are used.

図13に、本実施例の他の一例であるファイバコイル路
に事実上X偏波のみが伝搬可能な単一偏波単一モードフ
ァイバを用いた全単一偏波ファイバ回転センサを示す。
FIG. 13 shows another example of this embodiment, which is an all-single-polarized fiber rotation sensor using a single-polarized single-mode fiber in which only the X-polarized wave can actually propagate in the fiber coil path.

ファイバコイル路に用いている複屈折ファイバの断面構
造は図6に示すものと同様である。図14に上記複屈折
ファイバを半径R””15(mのボビンに巻いた状態で
測定したクロストークと消光比の波長依存性を示す。T
E。、モードの遮断板長12’ = 0.86 ImL
である。クロストークはX軸方向に直線偏光を入射した
時のX偏波の発生量、消光比は円偏光を入射して出射側
でX偏波に対するX偏波の量を測定したものである。図
14から、λ=1.3μm(λ/A’c’ = 1.5
1 )のときクロストーク−41,5dB、消光比42
dBが得られており、X偏波が事実上伝搬していないこ
とが分かる。図15に、ファイバコイルの中心軸を東西
に向けた時(回転角速度Ω=0)の出力を示す。雑音に
よる出力の変動は081°lhr以内(時定数’i:’
c =4)Sec )であり、10時間の長期間にわた
ってドリフトはなく十分安定な回転センサが実現できた
The cross-sectional structure of the birefringent fiber used in the fiber coil path is similar to that shown in FIG. Figure 14 shows the wavelength dependence of the crosstalk and extinction ratio measured with the above birefringent fiber wound around a bobbin with a radius R''15 (m).
E. , mode cutoff plate length 12' = 0.86 ImL
It is. Crosstalk is the amount of X-polarized waves generated when linearly polarized light is incident in the X-axis direction, and extinction ratio is the amount of X-polarized waves generated relative to the X-polarized waves on the output side when circularly polarized light is incident. From FIG. 14, λ=1.3 μm (λ/A'c' = 1.5
1) Crosstalk -41.5dB, extinction ratio 42
dB is obtained, and it can be seen that the X polarized wave is not actually propagating. FIG. 15 shows the output when the central axis of the fiber coil is oriented east-west (rotational angular velocity Ω=0). The output fluctuation due to noise is within 081°lhr (time constant 'i:'
c = 4) Sec), and a sufficiently stable rotation sensor with no drift over a long period of 10 hours was realized.

(発明の効果) 以上説明した通り、本発明においては光源と光検出器以
外はすべて複屈折ファイバを用いているために機械的振
動等の外乱の影響を受けず長時間にわたって安定で高感
度な回転センサを実現出来るという利点がある。
(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, everything except the light source and photodetector uses birefringent fibers, so it is stable and highly sensitive for a long time without being affected by disturbances such as mechanical vibrations. This has the advantage that a rotation sensor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図1は本発明による全単一偏波ファイバ回転センサの1
実施例を示す図、図2は式(2)であられされる光検出
器の出力を示す図、図3は従来の複屈折ファイバを用い
たファイバ回転センサの構成図、図4は複屈折ファイバ
を用いた3dB光結合器の模式図、図5は3 d’B光
結合器および光フアイバコイルに用いられている複屈折
ファイバの断面図、図6はファイバ形偏光子に用いてい
る複屈折ファイバの断面図、図7は図6に示すファイバ
のx、7両偏波の曲げによる損失波長特性、図8は図6
に示すファイバの光弾性効果を考慮した屈折率分布を示
す図、図9は第6図に示すファイバ構造のコアの屈折率
差、応力付与部の位置、カットオフ波長の異なる種々の
複屈折ファイバを曲げ半径R=10mm〜20cmに曲
げた時の曲げ損失特性を示す図、図10は、図6に示す
ファイバを曲げ半径R=toffiに曲げた時の、曲げ
回数と消光比あるいは曲げ損失特性を示す図、図11は
、図3に示す全単一偏波ファイバ回転センサの感度特性
、図12は、図6に示すファイバ構造のコアの屈折率差
、応力付与部の位置、カットオフ波長の異なる種々の複
屈折ファイバを曲げ半径R= 10cm−20crrL
に曲げた時の曲げ損失特性を示す図、図13は、本発明
の全単一偏波ファイバ回転センサの一実施例、図14は
、図6に示す複屈折ファイバのクロストークと消光比の
波長特性を示す図、図15は、図13に示す全単一偏波
ファイバ回転センサの感度特性を示す図である。 1・・・レーザ光源、’ 2.5.1.0・・・レンズ
、3・・・ハーフミラ−16・・・3dB光結合器、7
・・・複屈折ファイバコイル、 8・・・PZT振動子、 9・・・光検出器、11・・
・レーザ光源、 12,14,20,21.・・・レン
ズ、13・・・l波長板、 15.17・・・複屈折ファイバ3dB光結合器、16
・・・ファイバ形偏光子、 18・・・偏波保持ファイバコイル、 19・・・PZT振動子、 22・・・光検出器、23
.24.・・・複屈折ファイバ、5・・・コア、26・
・・応力付与部、 n・・・クラッド、四・・・コア、
 29・・・応力付与部、(至)・・・クラッド、 関・・・単一偏波単一モードファイバコイル。 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 第7図 第8図 00rl 、 4ilr 第9図 第11図 υ Ig りV リ 製 晴間t(骨)第12図 9 し ← 第13図 × 田 (421にυ 第14図 浅 最 Om) 八/〜
FIG. 1 shows an example of an all-single polarization fiber rotation sensor according to the present invention.
2 is a diagram showing the output of a photodetector calculated by equation (2), FIG. 3 is a block diagram of a fiber rotation sensor using a conventional birefringent fiber, and FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fiber rotation sensor using a conventional birefringent fiber. Figure 5 is a cross-sectional view of the birefringent fiber used in the 3 d'B optical coupler and optical fiber coil, and Figure 6 is the birefringent fiber used in the fiber polarizer. A cross-sectional view of the fiber, Fig. 7 shows the loss wavelength characteristics due to bending of both x and 7 polarizations of the fiber shown in Fig. 6, and Fig. 8 shows the loss wavelength characteristics of the fiber shown in Fig. 6.
Figure 9 shows the refractive index distribution of the fiber in consideration of the photoelastic effect shown in Figure 6. Figure 9 shows various birefringent fibers with different core refractive index differences, stress applying part positions, and cutoff wavelengths of the fiber structure shown in Figure 6. Figure 10 shows the number of bends and extinction ratio or bending loss characteristics when the fiber shown in Figure 6 is bent to a bending radius R = toffi. FIG. 11 shows the sensitivity characteristics of the all-single-polarization fiber rotation sensor shown in FIG. 3, and FIG. 12 shows the refractive index difference of the core of the fiber structure shown in FIG. 6, the position of the stress applying part, and the cutoff wavelength. Bending radius R = 10cm-20crrL of various birefringent fibers with different
FIG. 13 is an example of the all-single polarization fiber rotation sensor of the present invention, and FIG. 14 is a diagram showing the crosstalk and extinction ratio of the birefringent fiber shown in FIG. 6. FIG. 15, a diagram showing wavelength characteristics, is a diagram showing sensitivity characteristics of the all-single polarization fiber rotation sensor shown in FIG. 13. 1...Laser light source, '2.5.1.0...Lens, 3...Half mirror-16...3dB optical coupler, 7
... Birefringent fiber coil, 8... PZT resonator, 9... Photodetector, 11...
- Laser light source, 12, 14, 20, 21. ... Lens, 13...L wave plate, 15.17... Birefringent fiber 3dB optical coupler, 16
...Fiber type polarizer, 18...Polarization maintaining fiber coil, 19...PZT resonator, 22... Photodetector, 23
.. 24. ...Birefringent fiber, 5...core, 26.
...Stress applying part, n...Clad, four...Core,
29...Stress applying part, (to)...Clad, Seki...Single polarization single mode fiber coil. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Patent agent Megumi Yamamoto - Fig. 7 Fig. 8 00rl, 4ilr Fig. 9 Fig. 11 υ Ig Ri V Ri Haruma t (bone) Fig. 12 Fig. 9 Figure 13 × Field (421 to υ Figure 14 shallowest Om) 8/~

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)回転軸に対して垂直な面内に置かれた光フアイバ
内を、ファイバの回転方向と同方向に伝搬する光とファ
イバの回転方向と逆方向に伝搬する光との実効的光路長
差が光ファイバの回転角速度に比例することを利用して
光ファイバの置かれた系の回転角速度を検出するファイ
バ回転センサにおいて、回転を検出する光フアイバコイ
ル、3dB光結合器、及び偏光子がすべてコアに非軸対
称な応力を印加する構造の複屈折ファイバより成り、上
記の偏光子として用いる複屈折ファイバノTEo1モー
ドの遮断波長λTが、光源の波長λに対してλハ、7く
ノr)<λ/1.4 なる条件を満足することを特徴とする全単一偏波ファイ
バ回転センサ。
(1) Effective optical path length of light propagating in the same direction as the fiber rotation direction and light propagating in the opposite direction to the fiber rotation direction in an optical fiber placed in a plane perpendicular to the rotation axis In a fiber rotation sensor that detects the rotational angular velocity of a system in which an optical fiber is placed using the fact that the difference is proportional to the rotational angular velocity of the optical fiber, an optical fiber coil that detects rotation, a 3dB optical coupler, and a polarizer are used. The cutoff wavelength λT of the TEo1 mode of the birefringent fiber used as the polarizer is 7 times longer than the wavelength λ of the light source. ) < λ/1.4.
(2)回転を検出する光フアイバコイルとして用いる複
屈折ファイバのTEoIモードの遮断波長源)が、光源
の波長λに対して、 λ/ 1.65 <席)くλ/1.4 なる条件を満足することを特徴とする特許請求範囲第1
項記載の全単一偏波ファイバ回転センサ。
(2) The condition that the TEoI mode cutoff wavelength source of the birefringent fiber used as the optical fiber coil for detecting rotation is λ/1.65 and λ/1.4 with respect to the wavelength λ of the light source. Claim 1 characterized in that it satisfies
All single-polarized fiber rotation sensor as described in Section.
JP59073929A 1984-04-14 1984-04-14 Total single-polarization fiber rotary sensor Granted JPS60218020A (en)

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JPH0371051B2 JPH0371051B2 (en) 1991-11-11

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62239012A (en) * 1986-04-11 1987-10-19 Agency Of Ind Science & Technol Optical fiber gyro
JP2007085758A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Mitsubishi Electric Corp Lidar device

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JP2007085758A (en) * 2005-09-20 2007-04-05 Mitsubishi Electric Corp Lidar device

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