JPS62223614A - 光フアイバジヤイロ - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバループを互いに逆方向に伝播する
光の干渉波を検出して、慣性空間に対する回転体の角速
度を検出する光フアイバジャイロに関する。

（従来の技術） 光フアイバジャイロは光源より出る光を分岐し、光ファ
イバループを互いに逆方向に伝播させた後、再び合成し
てＳａｇｎａｃ効果による左右両回り光の位相差を検出
することにより、運拗体の回転角速度を検出するもので
あシ、船舶、航空、車輌等多方面にわたシその利用が期
待され、現在活発に研究が行われている。

従来の位相変調方式光フアイバジャイロの構成例を第４
図に示す。この第４図の構成では、光源（１）の出力光
をシングルモード光ファイバに導入し、光方向性結合器
（２）　、　（４）で分配して光ファイバループ（６）
を互いに逆方向に伝播させたのち光検出器（８）で干渉
光を検出する０光検出器（８）の出力信号は信号処理部
（９）に供給されここで回転角速度が導出される０位相
変調器式光ファイバジャイロでは、位相変調器（７）が
信号発生器ｔｌｌからの周波数信号で駆動され光ファイ
バループ（６）を逆方向に伝播する両光に位相変調がか
けられる。そして、信号処理部（９）によシ干渉光出力
に含まれる位相変調周波数成分を抽出してＳａｇｎａｃ
の位相差を検出するよう構成される０ この第４図に示す方式では、光ファイバの複屈折により
生ずる干渉光の位相誤差を除去するため、光力同性結合
器（２）、　＋４）の間に偏光子（３ンが介挿され光方
向性結合器（２）からの光を直線偏光化して出力する。

また、光方向性結合器（４）と光ファイバループ（６）
の間にデボラライザ（５）が設けられ、パワーが直交２
軸に等しく分配されることにより元ファイバ内を伝播フ
る光の偏波圓質動による感度の劣化が防止されスクール
７アクタが一定にされる。

この構成では、光力向性結合器＋２）、　＋４）、光フ
ァイバループ（６）は共に７ングルモード光フアイバで
構成され、また、位相変調器（７）では王！素子にシン
グルモード尤ファイバが配設され８：電素子の変形をオ
Ｕ用して元ファイバに変形、応力を加え光の位相変調を
行っている。しかしながら、この場会、光が位相変調器
（刀を通過する際、上記変形、応力により光の偏光時性
が変化し出力誤差の要因となっている。また、スケール
ファクタ安定用にデボラライザ（５）が挿入されている
が、従来のデボラジイザ（５）はレンズと無偏光子の組
合わせによって構成されており部品数が多く系が複雑化
するうえ、光ファイバとの接続が難しく光ファイバとの
接続部やレンズ系において、伝播光の損失１反射、さら
には温度変化φ振動等による軸ずれ等のため元ファイバ
ジャイロの性能低下を引き起こしている。

さらに、直交した偏波面を有するふたつの光の一力が、
モード変換によって他方の偏波面に変換されると伝播速
度の違いによる位相差が生じ出力誤差の要因となってい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来のレンズと無偏光子の組み合わせによる
デボラライザのもつ欠点すなわち伝播光の損失９反射、
軸ずれ等による性能低下及びモード変換に基づく光の干
渉により生じる出力誤差を抑制するもので、簡単な構成
でスケール７アクタが安定化された光フアイバジャイロ
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による光フアイバジャイロは、光ファイバループ
を互いに逆方向に伝播する光を出力する分配手段と光フ
ァイバループとの間の経路の一部を、偏波面保存軸が互
いに４５°の角度をなすように結合された所定長さの定
偏波光ファイバにより構成したものである。

（作用） 上記構成により、定偏波光ファイバの出力光は容易にデ
ボラライズされ、４５°の軸合わせのみ行っておけば定
偏波光ファイバと他のファイバとの結合では軸合わせが
不要となるので、伝播光の損失０反射、軸ずれ等による
性能低下のおそれが少ない。

また、定偏波光ファイバからの偏波面が直交した光は時
間軸上で重複しないよう離間されるのでモード変換にょ
シ偏波面が変わっても出力誤差の要因とはならない。

（実施例） 以下本発明による光フアイバジャイロの一実施例な第１
図乃至第３図を参照して説明する。

第１図は本発明による光フアイバジャイロの一実施例の
構成を説明する図である。

光源（１，）はスペクトル幅が広いとともに指向性が良
くシングルモード光７アイバへの結合効率の高い光源、
たとえばスーパールミネッセント・ダイオード（ＩＬＤ
）が用いられる。スペクトル幅の広い光源を使用する理
由は伝播光のスペクトル幅が広い程、光フアイバ内のレ
イリー散乱による戻υ光と信号光との干渉にょる出力雑
音、およびカー効果による出力ドリフトを低減できるか
らである。光源（１１からの光は光力同性結合器（２）
により２分され、−刀は偏光子（３）に結合し、他力は
無反射終端となる。偏光子（３）により直線偏光化され
た光は光方向性結合器（４）Ｋより再び２分され、それ
ぞれシングルモード光ファイバで構成される光ファイバ
ループ（６）を互いに逆方向に伝播すると共に位相変調
器（力により信号発生器（１（Ｉからの信号筒反数に対
応した周期的な位相変調を受け、光検出器（８）面上で
干渉し、信号処理部（９）で角速度信号に変換される０
第１図の構成では従来必要とされたデボ２ライザを省略
し、かわりに定偏波光ファイバαυ、　Ｕａを端部（Ｐ
）においてその主軸が互いに４５の角度をなすように接
続することで無偏光化の機能を持たせ。

系の簡略化を図っている。すなわち、第２図において、
圧電素子（７）に光ファイバを巻回した部位人では、光
フアイバ伝播光に位相変調を加えるが、使用ファイバな
定偏波光ファイバ住υとしているため光フアイバ内で起
こるモード変換が、７ングルモ一ド光フアイバ使用時に
比べ起こりの一端四は光方向性結合器（４）からのシン
グルモード光ファイバと結合される。また、部位Ｂも・
定偏阪光ファイバα２で構成し、一端（Ｑを光ファイバ
ループ（６）と結合するとともに他端［Ｐ）を部位人の
定偏波光ファイバａυに対し、その偏波（３）保存軸（
Ｘｓ　）、　（ｙ鵞）が偏波面保存軸（ｘｔ　）、　（
ｙｔ　）とは４５°回転した角度で接続する０この場合
、後述するように定偏波光７アイパαυの長さく１１）
と定偏波光７アイノ劃４の長さく１１）は、それぞれ偏
波分散（１）が光源（１）の出力光のコヒーレンス時間
（位相と波長が損った光が持続する時間）（１）よりも
大きくなるような長さで、かつノ１　〉２１ｚまたは１
．〉２１．となるように設定される０これにより、部位
Ａを伝播する光の一光状態の如何にかかわらず部位Ｂを
通過した光は無偏光となる０ 同様に部位Ｂから部位人へ逆方向に伝播した光も無偏光
となる０ 第３図は、定偏波光フアイバ内で発生する偏波分ａｔｔ
）と光源出力のコヒーレンス時間（１）との関係を説明
する図である０吠態（８１）、Ｃ８２＞。

（Ｓ３）はそれぞれ定偏波光ファイバ内を伝播する光の
ようすを時系列的に示すもので、状態（Ｓｌ）は、等振
幅で偏波面が直交したふたつの光（ＸＩ）、（Ｙｌ　）
が同相にある状態を示す。この状態（ｓｌ）は、例えば
定偏波光ファイバにふたつの光（Ｘｌ　）、　　（Ｙｌ
　）が入射された直後の状態すなわち定偏波光ファイバ
の入射端部ではこのふたつの光の位相が一致しているこ
とを示す。なお、ふたつの光（ＸＩ　）、　（Ｙｌ　）
のコヒーレンス時間（１）は状態（８１）、　（８ｚ）
。

（Ｓ３）にかかわらず一定である。定偏波光ファイバに
おいてＸ面の光とＹ面の光では伝播速度が異なるため、
両光が定偏波光７アイバ内をいくらか伝播した状態（Ｓ
２）では、例えは元（Ｘ２）が光（Ｙ２）よりも時間（
ｔ′）だけ進んだ状態すなわち偏波分散（ｔ′）が生じ
る。定偏波光ファイバからとの状態（Ｓ２）の光が出力
され例えはシングルモード光ファイバに伝播されると、
シングルモード光ファイバ内ではモード変換により例え
ば光（Ｘ２）の偏光面がＸ面からＹ面に変換され光（Ｘ
２’）が生じ、こ゛の光（Ｘ２’）と光（Ｙ２）とが干
渉する０定偏波光フアイバの長さが、この状態（Ｓ２）
のようにふたつの光が時間軸で十分離間せず重複する部
分を生じるような長さしかない場合、一方向に進む元自
身で干渉が生じてしまい出力誤差の景因となる。

しかしながら、定偏波光ファイバの飯さが、状態（Ｓ３
）すなわち光（Ｘｓ）と光（Ｙｌ）とが時間軸で重複し
ないだけ離間した偏波分散（１）を生じるような長さで
あると、もし−刀の光の偏光面が変換されたとしても他
方の光とは非コヒーレントな関係となるので干渉成分は
零に平均化され出力誤差は生じない。第２図に示す定偏
波光７アイバｑυ、住りの長さくノ５）（Ａ’ｔ）それ
ぞれは、この状態（Ｓ３）のような偏波分散（１）が生
じるような蔑さに設定されるｏ！Ａ！ＩＩＭには、光の
コヒーレント長Ｌ（＝ＣＸＴ、Ｃは光速、Ｔはコヒーレ
ンス時間）が光源に応じて−λ２ 義的にＬ＝　　　（λは光源のスペクトラムの中子ゴ 心波長、Δλは光源のスペクトラムの半値１１１＆）で
求められ、定偏波光ファイバの仕様のひとつであるビー
ト長（偏波面が直交したふたつの光に２にの位相差が生
じるのに必要なファイバの長さ）ｌが決まっていること
から、定偏波光ファイバαυ、ａシの長Ｇ　＜、ｌｓ　
）、　（１！　）は、それぞＬす れｌｈ、ｌｓ＞、を満たすように設定される。このとき
、１ｘ＝ｌ＊であれば端部（Ｐ）通過後の光の偏波のし
刀によっては、−力の定偏波光ファイバで生じた偏波分
散が他方の定偏波光７アイバによって相殺される場合も
あるので、この点を考慮して長さ（１１）、　（ｌｚ　
）は１１〉２１＊　　またはｌｘ　＞ｚｌｔに設定され
る。　これによシ定偏波光ファイバＵυ、（１４の長さ
Ｃ１ｔ　）、（ｌ雪）部分を伝播した光には必ず光源出
力のコヒーレンス時間＋Ｔｌよりも大なる偏波分散１１
）が生じ実用上有効なものとなる。

定偏波光ファイバ２本を互いの偏波面保存軸が４５°の
角度をなすように結合した場合伝播光が無偏光化される
ことについては、例えば電子通信学会技術研究報告０Ｑ
Ｅ８３−４２（儒学□技報Ｖｏｌ　　８３Ｎ０．９０　
ＰＰ　、７３−７８．　　社団法人電子通信学会１９８
３年７月２６日発行）にも記載されている。

上記した構成によれば、位相変調器（７）を構成する光
７アイパに定偏波光ファイバ住υを用いるため、位相変
調器（力の変形時に光フアイバ内で生ずるモード変換を
抑え、偏波状態変動による出力誤差を低減することが可
能である。また、定偏波光ファイバａυ、（ｌｚをその
偏波面保存軸が互いに４５°の角度をなすように接続す
るだけでパワーが直交２軸に等分配されデボラライザの
機能をもたすことができるため、部品点数が多く複雑化
した従来に比べ簡単化された構成でスケール７アクタの
安定化が図れる。また、この構成では定偏波光７アイバ
住υ、α４に導入される光の偏光状態Ｋかかわらず無偏
光が得られるため、定偏波光ファイバ住υ、αりと他の
元ファイバとの結合溝部（ＱＩＲＪでの軸合わせが不要
であり、結合不完全による伝播光の損失９反射、軸ずれ
等による性能低下のおそれも少ない。さらに、定偏波光
ファイバ吐υ、（Ｌ４それぞれは、偏波分散が光源出力
のコヒーレンス時間よりも大きくなるだけの長さに設定
されるので、モード変換によって生じる出力誤差も低減
される。

また、系全体がオールファイバ化されるため温度・ａｍ
等による位置ずれの影響を受けにくく、耐環境性も向上
される。

なお、定偏波光ファイバαυの長さくＡ’り部分の一部
を位相変調器（７）に必ずしも巻回する必要はなく、他
の光ファイバを巻回したのち定偏波光ファイバの長さく
ｌｘ　）及び（１２）部分を設けるようにしてもよい。

また、光ファイバループ（６）を形成するファイバはシ
ングルモード光ファイバでなく他の光ファイバでもよく
、定偏波光ファイバを利用すると位相変調器（７）から
光ファイバループ（６）マでを定偏波ファイバで構成す
ることもでき、この場合は伝播光の偏光状態がより安定
になるので出力誤差の低減効果もより大きなものとなる
。

ざらに、定偏波光ファイバαυの兼さく１１）部分と定
偏波光ファイバ（１りの長さｔｌｘ　）部分とが結合さ
れる構成を光ファイバループ（６）の−万端部と位相変
調器（７）との間かまたは光方向性結合器（４）と光フ
ァイバループ（６）の他方端部との間に設けると、その
出力光は、モード変換等伝播光の偏光状態が変動し易い
位相変調器（７）（王１１素子）の影響を受けずに光フ
ァイバループ（６）を伝播するので、入力角速度に正確
に対応した光路差が生じひいては正錨な角速度測定が期
待できる０ なお、位相変調器（力は第２図に例示されるものに限定
されるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による元ファイバジャイロに
よれば、伝播光の損失０反射、光軸のずれ等による性能
低下及びモード変換に基づき生じる出力誤差を抑制する
ことができ、簡単な構成でスケールファクタの安定化が
はかれるとともに耐環境性も向上することができ実用上
の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光フアイバジャイロの一実施例
を説明する構成概略図、第２図は、第１図に示される定
偏波光ファイバの接続部を説明する図、第３図は、偏波
分散とコヒーレンス時間との関係を説明する図、第４図
は、従来の光フアイバジャイロを説明する構成概略図で
ある。 ｍ・・・光源、ｆ２）、　（４）・・・光方向性結合器
、（３）・・・偏光子、（６）・・・光７アイバループ
、（７）・・・位相変調器、（８）・°°光検出器、α
Ｏ，Ｕａ・・・定偏波光ファイバ。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 茫を図 ε 輩２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 偏光された光を出力する光出力手段と、この光出力手段
   の出力光を分配する分配手段と、この分配手段で分配さ
   れた各出力が互いに逆方向まわりに伝播される光ファイ
   バループと、この光ファイバループと前記分配手段との
   間に配置され光を位相変調する変調手段と、前記分配手
   段から前記光ファイバループに至る経路に設けられそれ
   ぞれの偏光面保存軸が互いに４５°の角度をなすように
   結合された定偏波光ファイバと、前記光ファイバループ
   を互いに逆方向まわりに伝播した光の干渉光を検出する
   検出手段とを具備する光ファイバジャイロ。