KR20000073036A - 위상 민감 검출 방법을 적용한 광섬유 레이저 자이로스코프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전율 측정오차를 줄일 수 있는 위상 민감 검출수단을 구비한 광섬유 레이저 자이로스코프에 관한 것이다. 광섬유 레이저 자이로스코프에서, 이웃한 두 펄스 사이의 시간 간격 측정을 통한 회전율 측정에서 오차 요인이 되었던, 펄스들 사이의 상대적인 세기차에 의한 오차는 위상 변조 신호와 같은 주파수 성분 중에서 위상 변조 신호와 똑같은 위상을 갖는 성분만을 추출하여 검출하는 위상 민감 검출수단을 구비함으로써 제거될 수 있다. 위상 민감 검출수단으로부터의 출력이 회전 각속도에 대하여 선형적으로 비례하는 부가적인 특성을 갖는다. 따라서 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프는 종래의 간섭계형 광섬유 자이로스코프에 비하여 비교적 간단한 신호처리특성을 갖는다.

Description

위상 민감 검출 방법을 적용한 광섬유 레이저 자이로스코프 {Fiber laser gyroscope with phase sensitive detection}

본 발명은 레이저 자이로스코프에 관한 것으로서, 특히 회전율 측정오차를 줄일 수 있는 위상 민감 검출수단을 구비한 광섬유 레이저 자이로스코프에 관한 것이다.

도 1은 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 광섬유 레이저 자이로스코프는, 광증폭기(10)를 중간에 두고 한쪽 끝에는 거울(20)이 부착되어 있고, 다른 쪽 끝에는 방향성 결합기(30)를 통하여 거울의 역할과 회전 감지부 역할을 동시에 하는 광섬유 루프 반사경(40)이 연결된 레이저 공명기 구조를 갖고 있다. 광섬유 루프 반사경(40)에는 위상 변조기(50)가 설치되어 있는데, 이 위상 변조기(50)에 인가되는 함수 발생기(60)의 함수 신호에 의하여 레이저 공명기 내에서 모드록킹(mode-locking)이 발생한다. 따라서, 방향성 결합기(34)를 통하여 나오는 출력이 펄스열(70)의 형태로 나타나는데, 이 펄스열은 회전에 대하여 그 시간 간격이 변화되는 특징을 갖는다.

이러한 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프의 동작은 다음과 같다.

펌핑광(80)이 광증폭기(10)에 입사되면, 이 빛은 광증폭기(10)에 흡수되고 새로운 파장의 빛이 발진하게 된다. 이렇게 발진한 빛은 광섬유 루프 반사경(40)의 방향성 결합기(30)에 입력되어 두 개의 빛으로 나누어진 후 광섬유 루프 반사경(40)을 서로 반대 방향으로 진행한다. 그 다음 두 개의 빛은 상기의 방향성 결합기(30)에 다시 입력되면서 간섭을 일으키게 된다. 이때 간섭되는 두 빛 사이의 위상 차이는 사그냑(Sagnac) 효과에 의하여 회전 각속도에 선형적으로 비례하는 특성을 갖는다. 위상 변조기(50)에 이 레이저 공명기의 종모드 간격에 해당하는 주파수()를 갖는 함수 신호를 가하면, 광섬유 루프 반사경(40)을 서로 반대방향으로 진행하는 두 빛 사이의 위상차가 변조되고, 이에 의하여 레이저 공명기의 종모드들 사이에 모드록킹(locking)이 발생된다.

이러한 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프가 정지상태 및 회전상태에 있을 때 출력되는 펄스열을 오실로스코프로 각각 관측하여 도 2a 및 2b에 나타내었다. 모드록킹된 펄스(100)는 하나의 위상 변조(110) 주기()에 대하여 두 개의 주기적인 펄스로 발생한다. 광섬유 루프 반사경(40)이 정지해 있을 때, 모드록킹된 펄스(100)는 도 2a에 도시한 바와 같이 등간격으로 발생한다. 그러나, 광섬유 루프 반사경(40)이 회전을 하게 되면, 하나의 위상 변조주기에 대하여 발생하는 두 개의 모드록킹된 펄스가 도 2b에 도시한 바와 같이 서로 반대 방향으로 이동하여, 모드록킹된 펄스(100)가 더 이상 등간격이 되지 않는다. 이 때 회전에 대한 상기 두 펄스의 위치 이동 값은 서로 같고, 방향은 반대이다. 이와 같이 서로 반대방향으로 이동하는 두 펄스 사이의 시간 간격은 회전율에 따라 변화되는데, 그 변화값은 다음 수학식 1의 관계를 만족한다.

여기서,은 위상차 변조 주기로서, 상기 함수 신호의 주파수에 대하여의 관계를 갖는다.은 위상차 변조의 깊이이며,은 회전에 의한 사그냑 위상 이동으로서, 광섬유 루프 반사경을 서로 반대방향으로 진행하는 두 빛 사이의 위상차이고, 다음 수학식 2와 같은 관계를 갖는다.

여기서,은 광섬유 회전 감지부인 광섬유 루프 반사경의 광섬유 전체 길이,는 광섬유 루프 반사경의 직경,는 입사된 빛의 파장,는 진공 속에서의 광속도,는 회전 감지부의 회전 각속도를 각각 나타낸다. 즉, 광섬유 회전 감지부가 회전 각속도로 회전하고 있으면, 수학식 2에 의하여 사그냑 위상 이동()이 발생하고, 이에 의해서 수학식 1과 같이 두 펄스 사이의 시간 간격이만큼 변화하게 된다. 그리고 광섬유 회전 감지부의 회전 방향이 반대가 되면,의 부호가 반대가 되고,의 부호도 반대가 된다. 즉, 펄스의 위치이동이 반대가 된다. 따라서 펄스의 시간적인 위치 이동을 시간축 상에서 직접 측정함으로써 회전율을 측정할 수 있게 된다.

종래에는 전기적인 계수기를 이용하여 펄스의 시간적 위치이동에 따른 시간 간격을 시간축 상에서 직접 측정하여 신호처리를 하였다. 전기적인 계수기에서의 시간 간격 측정은 특정 트리거(trigger) 준위를 기준으로 이루어진다. 도 3a에 도시한 바와 같이 펄스 신호의 크기가 정해진 트리거 준위(200) 이상이 되는 순간 계수를 시작하고, 신호의 크기가 트리거 준위 이상이 되는 다음 순간 계수를 중단하면, 그 때까지 계수된 시간이 두 펄스 사이의 시간 간격이 된다. 그런데 상기 방법은 디지털 계수기로 작동되므로 최대 1 계수만큼의 오차가 포함된다.

일반적으로 광섬유 레이저 자이로스코프에서는 두 펄스 사이의 이득 경쟁으로 인하여, 두 펄스의 세기가 일반적으로 서로 다르다. 이와 같이 두 펄스의 세기가 서로 다른 경우, 종래와 같은 시간 간격 측정 방법은 도 3b와 같이만큼의 측정 오차를 유발한다. 따라서 고 정밀도를 갖는 광섬유 레이저 자이로스코프를 위한 신호처리 방법으로서 상기 시간 간격 측정 방법은 부적절하다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 두 펄스 사이의 상대적인 세기차에 의한 오차를 제거하는 신호처리 방법을 사용하는 위상 민감 검출(phase sensitive detection) 수단을 구비함으로써 향상된 성능을 갖는 광섬유 레이저 자이로스코프를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프의 개략적인 구성도;

도 2a 및 2b는 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프가 정지상태 및 회전상태에 있을 때의 출력 펄스 열을 오실로스코프로 각각 관측한 사진들;

도 3a는 종래의 전기적인 계수기를 사용한 시간 간격 측정 방법을 나타내는 그래프;

도 3b는 두 펄스 사이의 세기차가 존재할 때, 종래의 전기적인 계수기를 사용한 시간 간격 측정 시에 발생하는 오차를 설명하기 위한 그래프;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 레이저 자이로스코프의 개략적인 구성도;

도 5는 이웃한 두 펄스 사이의 세기차가 광섬유 레이저 자이로스코프의 출력에 미치는 영향을 측정하기 위한 실험 장치도;

도 6a 및 6b는 도 5의 실험장치가 정지한 상태에서 두 펄스 사이의 세기차를 변화시켰을 때 얻어지는 광섬유 레이저 자이로스코프 출력의 변화를, 신호처리기로 시간 간격 측정 장치를 사용한 경우와 위상 민감 검출기를 사용한 경우 각각에 대하여 나타낸 그래프들;

도 7은 광섬유 루프 반사경의 회전율 변화에 따른 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프의 출력 변화를 나타낸 그래프;

도 8a는 시간 간격 측정 방법을 갖는 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프의 출력 안정도를 나타내는 그래프; 및

도 8b는 위상 민감 검출 방법을 갖는 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프의 출력 안정도를 나타내는 그래프이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프는, 양단 반사체의 일단이 광섬유 루프 반사경으로, 타단이 거울로 이루어지며, 내부에 광 증폭수단 및 이를 펌핑하는 수단을 가지는 레이저 공명기와; 상기 광섬유 루프 반사경에 위치하면서, 광 펄스열을 발생시키기 위한 위상 변조 수단과; 상기 레이저 공명기의 광학적인 펄스열을 검출하고, 전기적인 신호로 변환시키기 위한 수단과; 상기 변환된 전기신호로부터 상기 위상변조 신호의 주파수와 같거나 그 정수배인 주파수를 가지는 동시에 상기 위상변조 신호와 동일한 위상 관계에 있는 성분을 추출하여 이로부터 상기 광섬유 루프 반사경을 서로 반대방향으로 지나는 두 빛 사이의 위상차를 검출하는 위상 민감 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 위상 민감 검출수단이 상기 변환된 전기신호로부터 상기 위상변조 신호의 주파수와 같은 주파수 성분만을 뽑아낼 수 있는 것이 더 바람직하며, 이 경우, 더욱 바람직하기로는 상기 전기적인 신호로부터 직류 성분을 함께 뽑아낼 수도 있다.

본 발명의 자이로스코프에서, 상기 광섬유 루프 반사경을 포함한 모든 광섬유를 단일모드 광섬유 또는 단일 모드 편광 유지 광섬유로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 위상 변조 수단으로 광섬유 위상 변조기, 또는 방향성 결합기와 위상 변조기가 하나로 합쳐진 소자, 또는 방향성 결합기와 위상 변조기 그리고 편광기가 하나로 합쳐진 소자인 집적 광학 소자를 사용할 수 있다.

위상변조 수단에서 발생시키는 변조신호는, 그 주파수가 상기 레이저 공명기의 종모드 간격으로부터 +/- 10% 이내의 차이를 갖는 주파수이거나 상기 주파수의 정수배이며, 상기 위상 변조신호의 파형이 정현파 또는 삼각파인 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는, 상기 위상 변조신호의 주파수가 상기 레이저 공명기의 종모드 간격과 같거나 그 정수배이다.

한편, 상기 광증폭기가 희토류 첨가 광섬유 광증폭기, 반도체 광증폭기, 한쪽 면이 무반사 코팅된 반도체 광증폭기로 구성된 증폭기 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하며, 특히 희토류 첨가 광섬유 광증폭기를 사용할 경우, 어븀 첨가 광섬유 광증폭기를 사용하는 것이 좋다.

상기 거울과 광섬유 루프 반사경 사이에 편광기를 위치시키는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는, 광증폭기와 광섬유 루프 반사경 사이에 위치시키며, 이 편광기는 광섬유 편광기 또는 방향성 결합기와 위상 변조기 그리고 편광기가 하나로 합쳐진 집적 광학 소자로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 거울은 평면 거울 또는 브래그(Bragg) 격자를 포함한 광 파장 선택성을 갖는 거울인 것이 바람직하다. 상기 레이저 공명기의 광학적인 출력 신호를 뽑아내기 위하여 상기 거울과 광섬유 루프 반사경 사이에 방향성 결합기가 삽입될 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 레이저 자이로스코프의 개략도로서, 도 1의 종래의 광섬유 레이저 자이로스코프에서 신호처리부가 록인 앰프(locking-in amplifier) 등을 이용한 위상 민감 검출기로 대체된 구성을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 광섬유 레이저 자이로스코프도 도 1에 도시된 것과 마찬가지로, 광증폭기(310)를 중간에 두고 한쪽 끝에는 거울(320)이 부착되어 있고, 다른 쪽 끝에는 방향성 결합기(330)를 통하여 거울의 역할과 회전 감지부 역할을 동시에 하는 광섬유 루프 반사경(340)이 연결된 레이저 공명기 구조를 갖고 있으며 전체 레이저 공명기는 광섬유(300)로 구성된다. 함수 발생기(360)의 함수 신호를 광섬유 루프 반사경(340)에 위치한 위상 변조기(350)에 인가함으로써, 모드록킹이 발생되도록 하여 출력이 펄스열의 형태가 되도록 한다.

펌핑광(370)이 광증폭기(310)에 입사되면, 그 빛은 광증폭기(310)에 흡수되고 새로운 파장의 빛이 발진하게 된다. 본 실시예에서 광증폭기(310)로는 어븀 첨가 광섬유 광증폭기를 사용하였다.

펌핑광(380)을 광증폭기(310)에 입사시키는 방법은 여러 가지가 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 파장 분할 다중 결합기(WDM; Wavelength Division Multiplexer, 332)를 사용하여 펌핑광(380)을 입사시키는 방법이 있으며, 그 외에 거울(320)을 이색성(dichroic) 거울로 선택하여 이를 통해 입사시키는 방법도 있다.

한편, 거울(320)과 광섬유 루프 반사경(340) 사이의 어디에 파장 분할 다중 결합기(332)를 위치시켜도 무방하나, 바람직하게는 광증폭기(310)와 광섬유 루프 반사경(340) 사이에 위치시킨다. 이렇게 발진한 빛은 광섬유 루프 반사경(340)의 방향성 결합기(330)에 입력되며, 두 개의 빛으로 나누어진 후 광섬유 루프 반사경(340)을 서로 반대방향으로 진행한다. 그 다음, 두 개의 빛은 방향성 결합기(330)에서 다시 합쳐져 간섭을 일으키게 된다. 이때 간섭되는 두 빛 사이의 위상 차이는 사그냑 효과에 의하여 회전 각속도에 선형적으로 비례하는 특성을 갖는다. 위상 변조기(350)에 레이저 공명기의 종모드 간격에 해당하는 주파수()를 갖는 함수 신호를 가하면, 상기 광섬유 루프 반사경(340)을 서로 반대방향으로 지나는 두 빛 사이의 위상차가 변조되고, 이에 의하여 레이저 공명기의 종모드들 사이에 모드록킹이 발생된다.

이러한 구성까지는 본 실시예와 도 1에 도시된 종래 기술은 큰 차이가 없다. 그러나, 본 실시예에서는 모드록킹된 펄스열을 검출하기 위해 다른 방향성 결합기(334)를 삽입하고, 방향성 결합기(334)에 연결된 광검출기(380)를 통하여 펄스열을 전기적인 신호로 변환한다. 본 실시예에서는 방향성 결합기(334)를 광증폭기(310)와 거울(320) 사이에 위치시켰지만, 광증폭기(310)와 방향성 결합기(330) 사이에 위치시켜도 좋다. 또한, 광검출기(380)는 방향성 결합기(334)의 두 출력단 중 어느 하나 또는 모두를 이용하여 위치시켜도 무방하다. 그 다음, 위상 민감 검출기(390)를 사용하여, 변환된 전기적인 신호로부터 위상 변조 신호와 동일한 주파수를 가질 뿐 아니라 동일한 위상 관계에 있는 성분을 검출한다.

이 광섬유 레이저 자이로스코프의 동작 원리는 다음과 같다.

광섬유 레이저 자이로스코프에서 모드록킹된 펄스열 형태의 출력은, 주파수 영역에서 보면, 위상 변조기에 인가되는 함수 신호 주파수()의 정수배가 되는 주파수 성분들, 즉 고조파 성분들로만 이루어져 있다. 주기인 함수 신호가 광섬유 회전 감지부 내에 위치한 위상 변조기에 인가되었을 때, 자이로스코프가 회전하는 경우, 이웃한 두 펄스 사이의 시간 간격은가 된다. 이때의는 수학식 1에 나타난 바와 같다. 상기 두 펄스가만큼의 세기차를 갖는다고 가정하면, 광섬유 레이저 자이로스코프의 모드록킹된 펄스열 출력,는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,는 규격화된 두 펄스 사이의 세기차고, n은 정수이다.는 펄스 하나의 순간적인 세기의 외형으로, 여기서 두 이웃한 펄스의 순간적인 세기의 외형은 같다고 가정하였다. 수학식 3에서는 주기을 갖는 주기적인 함수이므로, 펄스열가 가지는 주파수 성분들은 퓨리에(Fourier) 급수 전개에 의하여 위상 변조 주파수()의 고조파 성분들로만 이루어진다. 이 때, 각각의 고조파 성분들은 수학식 2에 나타난 바와 같이 회전에 의한 사그냑 위상 이동,에 대하여 다음 수학식 4 및 5와 같은 관계를 갖는다.

여기서, 계수은 순간적인 펄스 세기의 외형에 따라 달라지는 상수로서, 다음 수학식 6을 만족한다.

과은 각각 n차 고조파(n-th harmonic) 성분의 진폭으로,은 n차 고조파 성분의 진폭 중에서 위상 변조기에 인가되는 함수 신호와 똑같은 위상 관계에 있는 성분을 나타내는 것으로, 이를 동일 위상(in-phase) 성분이라고 한다.은 n차 고조파 성분의 진폭 중에서 위상 변조기에 인가되는 함수 신호에 대하여 90도 위상차를 갖는 성분으로 이를 90도 위상(quadrature-phase) 성분이라고 한다.은 위상차 변조 깊이이다. 수학식 4 내지 6에서 상기의 두 펄스는 한 변조 주기() 내에만 존재하는 것으로 가정하였고, 수학식 4 및 5를 얻는 과정에서에 대해서는 수학식 1을 사용하였다. 수학식 4 및 5를 참조하면,에 의한 영향은에만 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서, 위상 민감 검출기를 사용하여,만을 측정함으로써, 두 펄스 사이의 세기차에 의한 오차를 제거할 수 있다. 이웃한 두 펄스 사이의 시간 간격 변화를 시간축 상에서 직접 측정하는 방법과 비교하여, 이러한 위상 민감 검출 방법은 규격화된 두 펄스 사이의 세기차,에 의한 영향이 제거되는 장점을 갖는다. 이 중에서도 특히, 1차 고조파 성분의 진폭인은 수학식 7을 만족하므로, 회전에 의한 사그냑 위상 이동에 대하여 선형적으로 비례하는 특징을 갖는다.

따라서, 위상 민감 검출기를 사용하여만을 검출함으로써, 두 펄스 사이의 세기차에 무관하면서, 회전에 의한 사그냑 위상 이동, 즉 회전율에 대하여 선형적으로 비례하는 출력을 얻을 수 있다. 출력이 사그냑 위상 이동에 대하여 정현파 형태의 비례관계를 갖는 종래의 간섭계형 광섬유 자이로스코프와 비교할 때, 상기와 같이 출력이 사그냑 위상 이동에 대하여 선형적으로 비례하는 특징은 광섬유 레이저 자이로스코프에 커다란 장점을 부여한다.

한편, 전체 광 펄스 세기의 변화는의 변화로 나타나고, 그 영향은 모든에 대하여 동일하므로,과 직류 성분인/2를 함께 측정하고,값을/2 값으로 나누어줌으로써, 광 펄스 세기의 시간적인 변화에도 무관한 출력을 얻을 수 있다. 단 레이저에서 자발 방출광의 세기가 레이저 광의 세기에 비해 무시할 수 있을 만큼 작아야 한다.

도 5는 이웃한 두 펄스 사이의 상대적인 세기차가 자이로스코프의 출력에 미치는 영향을 측정하기 위한 실험 장치도이다. 상기 두 펄스의 상대적인 세기차를 변화시키기 위하여, 도 4와 동일한 구성에서 진폭 변조기(410)를 광검출기(420) 앞단에 삽입하였다. 위상 변조기(430)에 가하는 함수 신호와 동일한 주파수를 갖는 함수 발생기(440)의 함수 신호를 진폭 변조기(410)에 가함으로써, 두 펄스 사이의 상대적인 세기차를 변화시켰다. 정지 상태에서 두 펄스 사이의 세기차를 변화시켰을 때 얻어지는 광섬유 레이저 자이로스코프 출력의 변화를, 신호처리기(450)로 i) 시간 간격 측정 장치를 사용한 경우와 ii) 위상 민감 검출기를 사용한 경우 각각에 대하여 나타낸 것이 도 6a 및 6b이다. 신호처리기(450)로 시간 간격 측정 장치를 사용한 경우는 도 6a에서와 같이 두 펄스 사이의 세기차가 변화함에 따라 출력이 함께 변하는 것을 관찰할 수 있다. 반면에 신호처리기(450)로 위상 민감 검출기를 사용한 경우는 수학식 7로부터 예측된 바와 같이 도 6b에서처럼 상기 위상 변조기(430)에 인가되는 함수 신호와 동일한 주파수를 가지면서 동일 위상 관계에 있는 성분()은 두 펄스 사이의 세기차가 변하여도 일정하게 유지되었고, 90도 위상 관계에 있는 성분()만이 두 펄스 사이의 세기차가 변화함에 따라 함께 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 위상 민감 검출기를 사용하여만을 측정함으로써 두 펄스 사이의 세기차에 무관한 안정적인 출력을 얻을 수 있다.

도 7은 상기 위상 민감 검출 방법을 갖는 광섬유 레이저 자이로스코프의 회전율 변화에 대한 출력값의 변화를 측정한 것으로,값은 이론적으로 예측한 것처럼 회전율에 대하여 선형적인 비례 관계를 보인다. 도 7에서 점선으로 나타낸 정현파형(sine function)은 종래의 간섭계형 광섬유 자이로스코프의 경우 얻어지는 특성으로, 도 7은 선형적인 출력 특성을 갖는 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프가 종래의 간섭계형 광섬유 자이로스코프보다 향상된 특성을 가짐을 보여준다.

도 8a 및 8b는 도 5의 신호처리기(450)로 시간 간격 측정 장치를 사용한 경우와 위상 민감 검출기를 사용한 경우 각각에 대한 상기 광섬유 레이저 자이로스코프(도 4) 출력의 안정성을 알아보기 위해 이를 장시간 측정한 그래프들이다. 도 8a의 결과보다 도 8b의 결과가 드리프트(drift), 단기 잡음, 오프셋(offset) 모두에서 훨씬 향상된 것을 볼 수 있다. 드리프트는 약 13 deg/hr에서 약 0.8 deg/hr로 크게 감소하였고, 단기 잡음은 약 0.05에서 약 0.018로 감소되었다. 즉 신호처리기(450)로 시간 간격 측정 장치를 사용하는 대신 위상 민감 검출기를 사용함으로써 광섬유 레이저 자이로스코프의 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 위상 민감 검출 방법이 적용된 본 발명의 광섬유 레이저 자이로스코프는 두 펄스 사이의 세기차에 의한 에러를 제거할 수 있어, 회전율 측정에 있어서 오차를 줄일 수 있다. 또한 출력이 회전율에 대하여 선형적으로 비례하는 특징을 가지므로 종래의 간섭계형 광섬유 자이로스코프에 비하여 신호처리가 간단하다는 장점을 갖는다.

Claims (13)

1. 양단 반사체의 일단이 광섬유 루프 반사경으로, 타단이 거울로 이루어지며, 내부에 광 증폭수단 및 이를 펌핑하는 수단을 가지는 레이저 공명기와;

   상기 광섬유 루프 반사경에 위치하면서, 광 펄스열을 발생시키기 위한 위상 변조 수단과;

   상기 레이저 공명기의 광학적인 펄스열을 검출하고, 전기적인 신호로 변환시키기 위한 수단과;

   상기 변환된 전기신호로부터 상기 위상변조 신호의 주파수와 같거나 그 정수배인 주파수를 가지는 동시에 상기 위상변조 신호와 동일한 위상 관계에 있는 성분을 추출하여 이로부터 상기 광섬유 루프 반사경을 서로 반대방향으로 지나는 두 빛 사이의 위상차를 검출하는 위상 민감 검출수단을 구비하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
2. 제1항에 있어서, 상기 위상 민감 검출수단이 상기 변환된 전기신호로부터 상기 위상변조 신호의 주파수와 같은 주파수 성분만을 뽑아낼 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
3. 제2항에 있어서, 상기 위상 민감 검출수단이 상기 전기적인 신호로부터 직류 성분을 함께 뽑아낼 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 루프 반사경을 포함한 모든 광섬유가 단일모드 광섬유 또는 단일 모드 편광 유지 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 위상 변조 수단이 광섬유 위상 변조기, 방향성 결합기와 위상변조기가 하나로 합쳐진 집적 광학 소자, 또는 방향성 결합기와 위상 변조기와 편광기가 하나로 합쳐진 집적 광학 소자로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 위상 변조신호의 주파수가 상기 레이저 공명기의 종모드 간격으로부터 +/- 10% 이내의 차이를 갖는 주파수이거나 상기 주파수의 정수배이며, 상기 위상 변조신호의 파형이 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 위상 변조신호의 주파수가 상기 레이저 공명기의 종모드 간격과 같거나 그 정수배이며, 상기 위상 변조신호의 파형이 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광증폭기가 희토류 첨가 광섬유 광증폭기, 반도체 광증폭기, 한쪽 면이 무반사 코팅된 반도체 광증폭기로 구성된 증폭기 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 거울과 광섬유 루프 반사경 사이에 편광기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
10. 제9항에 있어서, 상기 편광기가 광섬유 편광기, 또는 방향성 결합기와 위상변조기와 편광기가 하나로 합쳐진 집적 광학 소자로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
11. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 거울이 평면 거울 또는 브래그 격자를 포함한 광 파장 선택성을 갖는 거울인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
12. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 공명기의 광학적인 출력 신호를 뽑아내기 위하여 상기 거울과 광섬유 루프 반사경 사이에 방향성 결합기를 삽입한 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프.
13. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 광섬유 루프 반사경을 서로 반대방향으로 진행하는 두 빛 사이의 위상차가로 주어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 자이로스코프 (단,는 비례상수,은 상기 위상 민감 검출수단으로부터의 출력).