JP2002054933A - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏波面保持光ファイバループを有する光ファ
イバジャイロにおいて、簡単な構成によって正確に外部
磁界に対するバイアス磁気感度を除去することを目的と
する。 【解決手段】 光源と、コイル状に巻かれた偏波面保持
光ファイバよりなる光ファイバループと、光源からの光
を光ファイバループを右回りに伝播する右回り光と左回
りに伝播する左回り光に分配し光ファイバループを伝播
した右回り光と左回り光を結合して干渉光を生成する光
分波結合器と、を有し、光源と光ファイバループの間の
光路を伝播する光を直線偏光に変換する偏光子機能を備
えた光ファイバジャイロにおいて、光分波結合器の２本
の光路と光ファイバループの両端の各々は、一方の主軸
が他方の主軸に対して４５度傾斜するように、接続され
ている。
イバジャイロにおいて、簡単な構成によって正確に外部
磁界に対するバイアス磁気感度を除去することを目的と
する。 【解決手段】 光源と、コイル状に巻かれた偏波面保持
光ファイバよりなる光ファイバループと、光源からの光
を光ファイバループを右回りに伝播する右回り光と左回
りに伝播する左回り光に分配し光ファイバループを伝播
した右回り光と左回り光を結合して干渉光を生成する光
分波結合器と、を有し、光源と光ファイバループの間の
光路を伝播する光を直線偏光に変換する偏光子機能を備
えた光ファイバジャイロにおいて、光分波結合器の２本
の光路と光ファイバループの両端の各々は、一方の主軸
が他方の主軸に対して４５度傾斜するように、接続され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光のサグナック効果
によって角速度を検出する光ファイバジャイロに関し、
特に、地磁気等の周囲の磁界に起因するバイアス磁気感
度を除去する技術に関する。
によって角速度を検出する光ファイバジャイロに関し、
特に、地磁気等の周囲の磁界に起因するバイアス磁気感
度を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロは光のサグナック効
果（サニャック効果）を利用して角速度を計測するよう
に構成されており、高い信頼性を有し、装置を小型化で
きる利点を有する。光ファイバジャイロには共振型、干
渉光型等がある。干渉光型の光ファイバジャイロは、光
ファイバを多数回巻いた光ファイバループよりなる1 本
の長い光路を互いに反対方向に光を伝播させ、この２つ
の光の位相差より角速度を求めるように構成されてい
る。
果（サニャック効果）を利用して角速度を計測するよう
に構成されており、高い信頼性を有し、装置を小型化で
きる利点を有する。光ファイバジャイロには共振型、干
渉光型等がある。干渉光型の光ファイバジャイロは、光
ファイバを多数回巻いた光ファイバループよりなる1 本
の長い光路を互いに反対方向に光を伝播させ、この２つ
の光の位相差より角速度を求めるように構成されてい
る。
【０００３】図５を参照して従来の干渉光型の光ファイ
バジャイロのうち位相変調方式の光ファイバジャイロの
例を説明する。本例の光ファイバジャイロは半導体レー
ザ、発光ダイオード等の光源１０１と入射光を電流に変
換する受光器１０２と1 本の光ファイバを複数回巻いて
形成された光ファイバループ１０３と偏光子１０４と光
ファイバを伝播する光を合成し又は分岐するカプラ１０
５とＹ分岐導波路１０６Ａを有する光集積回路１０６と
を有する。
バジャイロのうち位相変調方式の光ファイバジャイロの
例を説明する。本例の光ファイバジャイロは半導体レー
ザ、発光ダイオード等の光源１０１と入射光を電流に変
換する受光器１０２と1 本の光ファイバを複数回巻いて
形成された光ファイバループ１０３と偏光子１０４と光
ファイバを伝播する光を合成し又は分岐するカプラ１０
５とＹ分岐導波路１０６Ａを有する光集積回路１０６と
を有する。
【０００４】光源１０１より出力された光はカプラ１０
５及び偏光子１０４を経由して光集積回路１０６に導か
れる。光集積回路１０６のＹ分岐１０６Ａによって光は
２つに分岐され、光ファイバループ１０３を互いに反対
方向に伝播する。
５及び偏光子１０４を経由して光集積回路１０６に導か
れる。光集積回路１０６のＹ分岐１０６Ａによって光は
２つに分岐され、光ファイバループ１０３を互いに反対
方向に伝播する。
【０００５】光ファイバループ１０３を互いに反対方向
に伝播した光は光集積回路１０６のＹ分岐１０６Ａによ
って合成され、干渉光が生成される。干渉光は再び偏光
子１０４及びカプラ１０５を経由して受光器１０２に導
かれ、受光器１０２によって検出される。
に伝播した光は光集積回路１０６のＹ分岐１０６Ａによ
って合成され、干渉光が生成される。干渉光は再び偏光
子１０４及びカプラ１０５を経由して受光器１０２に導
かれ、受光器１０２によって検出される。
【０００６】光ファイバループ１０３に角速度Ωが加わ
ると、サグナック効果によって、光ファイバループ１０
３を互いに反対方向に伝播する２つの光の間に位相差Δ
φが生ずる。この位相差Δφは角速度Ωに比例し、次の
式によって表される。
ると、サグナック効果によって、光ファイバループ１０
３を互いに反対方向に伝播する２つの光の間に位相差Δ
φが生ずる。この位相差Δφは角速度Ωに比例し、次の
式によって表される。
【０００７】
【数１】Δφ＝（４πＬＲ／λＣ）Ω
【０００８】ここにΩは光ファイバループ１０３の中心
軸線周りの角速度、Ｒは光ファイバループ１０３のルー
プ半径、Ｌは光ファイバループ１０３の長さ、λは光源
１０１から出力される光の波長、Ｃは光速を表す。
軸線周りの角速度、Ｒは光ファイバループ１０３のルー
プ半径、Ｌは光ファイバループ１０３の長さ、λは光源
１０１から出力される光の波長、Ｃは光速を表す。
【０００９】光ファイバジャイロは更に、電流電圧変換
器１０７、光集積回路１０６のＹ分岐の一方の分岐に沿
って設けられた位相変調器１０８、信号発生器１０９及
び同期検波器１１０を有する。受光器１０２より出力さ
れた電流は電流電圧変換器１０７に電圧に変換され、電
圧信号として出力される。
器１０７、光集積回路１０６のＹ分岐の一方の分岐に沿
って設けられた位相変調器１０８、信号発生器１０９及
び同期検波器１１０を有する。受光器１０２より出力さ
れた電流は電流電圧変換器１０７に電圧に変換され、電
圧信号として出力される。
【００１０】位相変調器１０８によって光ファイバルー
プ１０３を互いに反対方向に伝播する光は位相変調され
る。光ファイバループ１０３を右回りに伝播する光は、
光ファイバループ１０３を右回りに伝播した後に位相変
調され、光ファイバループ１０３を左回りに伝播する光
は、位相変調された後に光ファイバループ１０３を左周
りに伝播する。位相変調器１０８は信号発生器１０９か
らの基準信号によって作動される。基準信号の角周波数
をωp とすれば、電流電圧変換器１０７の出力電圧Ｖは
次のようになる。
プ１０３を互いに反対方向に伝播する光は位相変調され
る。光ファイバループ１０３を右回りに伝播する光は、
光ファイバループ１０３を右回りに伝播した後に位相変
調され、光ファイバループ１０３を左回りに伝播する光
は、位相変調された後に光ファイバループ１０３を左周
りに伝播する。位相変調器１０８は信号発生器１０９か
らの基準信号によって作動される。基準信号の角周波数
をωp とすれば、電流電圧変換器１０７の出力電圧Ｖは
次のようになる。
【００１１】
【数２】Ｖ＝Ｋ［１＋ｃｏｓΔφ・｛Ｊ0 （ｚ）−２Ｊ
2 （ｚ）ｃｏｓ２ωpt＋・・・｝−ｓｉｎΔφ・｛２Ｊ
1 （ｚ）ｃｏｓωpt−・・・｝］
2 （ｚ）ｃｏｓ２ωpt＋・・・｝−ｓｉｎΔφ・｛２Ｊ
1 （ｚ）ｃｏｓωpt−・・・｝］
【００１２】ここに、ｚは位相変調度、Ｊ0 、Ｊ1 、Ｊ
2 はベッセル関数、Ｋは光強度に比例する定数、ｔは時
間である。
2 はベッセル関数、Ｋは光強度に比例する定数、ｔは時
間である。
【００１３】同期検波器１１０には信号発生器１０９か
ら角周波数をωp の基準信号が供給され、それによって
出力電圧Ｖに含まれる角周波数ｎωptの成分のうち、１
倍波成分ωptが同期検波される。従って同期検波器１１
０では、２ＫＪ1 （ｚ）ｓｉｎΔφが得られる。これよ
り位相差Δφを求め、数１の式より角速度Ωが求められ
る。
ら角周波数をωp の基準信号が供給され、それによって
出力電圧Ｖに含まれる角周波数ｎωptの成分のうち、１
倍波成分ωptが同期検波される。従って同期検波器１１
０では、２ＫＪ1 （ｚ）ｓｉｎΔφが得られる。これよ
り位相差Δφを求め、数１の式より角速度Ωが求められ
る。
【００１４】光ファイバジャイロの誤差として地磁気等
の周囲の磁界に起因した誤差がある。これはバイアス磁
気感度又はドリフト磁気感度とも言われ、光ファイバル
ープを伝播する光に作用する磁気光学ファラデー効果に
起因する。
の周囲の磁界に起因した誤差がある。これはバイアス磁
気感度又はドリフト磁気感度とも言われ、光ファイバル
ープを伝播する光に作用する磁気光学ファラデー効果に
起因する。
【００１５】図６を参照して磁気光学ファラデー効果を
説明する。図示のように、磁気光学ファラデー効果は、
磁界によって直線偏光の偏波面が回転する現象をいう。
偏波面の回転角ζ及び単位光路長当りの回転角即ちファ
ラデー回転角ζ0 は、次の式によって表される。
説明する。図示のように、磁気光学ファラデー効果は、
磁界によって直線偏光の偏波面が回転する現象をいう。
偏波面の回転角ζ及び単位光路長当りの回転角即ちファ
ラデー回転角ζ0 は、次の式によって表される。
【００１６】
【数３】ζ＝ＶＨＬ ζ0 ＝ζ／Ｌ＝ＶＨ
【００１７】Ｖはベルデ定数、Ｈは光軸方向の磁界の強
さ、Ｌは光路長である。図６の出射側の円内の実線の矢
印は入射光の偏波面の方向を示し、破線の矢印は出射光
の偏波面の方向を示す。偏波面の回転方向は図示のよう
に、磁界Ｈの方向とは無関係に、右ねじが光の伝播方向
に進むときの右ねじの回転方向に一致する。
さ、Ｌは光路長である。図６の出射側の円内の実線の矢
印は入射光の偏波面の方向を示し、破線の矢印は出射光
の偏波面の方向を示す。偏波面の回転方向は図示のよう
に、磁界Ｈの方向とは無関係に、右ねじが光の伝播方向
に進むときの右ねじの回転方向に一致する。
【００１８】図７を参照して光ファイバループに作用す
る磁界の影響について説明する。図示のように光ファイ
バループの中心軸線をＺ軸、それに垂直にＸ軸及びＹ軸
をとる。磁気光学ファラデー効果は上述のように、光軸
方向の磁界の強さに比例する。従って光ファイバループ
を伝播する光に生ずる磁気光学ファラデー効果は、光フ
ァイバループの中心軸線方向の磁界よりも光ファイバル
ープの接線方向の磁界に起因する。即ち、光ファイバル
ープを伝播する光に作用する磁気光学ファラデー効果
は、Ｚ軸方向の磁界よりもＸ軸及びＹ軸方向の磁界ＨX
、ＨY に起因する。
る磁界の影響について説明する。図示のように光ファイ
バループの中心軸線をＺ軸、それに垂直にＸ軸及びＹ軸
をとる。磁気光学ファラデー効果は上述のように、光軸
方向の磁界の強さに比例する。従って光ファイバループ
を伝播する光に生ずる磁気光学ファラデー効果は、光フ
ァイバループの中心軸線方向の磁界よりも光ファイバル
ープの接線方向の磁界に起因する。即ち、光ファイバル
ープを伝播する光に作用する磁気光学ファラデー効果
は、Ｚ軸方向の磁界よりもＸ軸及びＹ軸方向の磁界ＨX
、ＨY に起因する。
【００１９】光ファイバループがＸ軸及びＹ軸方向の磁
界の中に置かれると、磁気光学ファラデー効果によっ
て、光ファイバループを伝播する直線偏光の偏波面が回
転する。それによって光ファイバループを互いに反対方
向に伝播する光の間の相反性が崩れ、前記光の間に位相
差が生じる。この位相差がバイアス磁気感度である。
界の中に置かれると、磁気光学ファラデー効果によっ
て、光ファイバループを伝播する直線偏光の偏波面が回
転する。それによって光ファイバループを互いに反対方
向に伝播する光の間の相反性が崩れ、前記光の間に位相
差が生じる。この位相差がバイアス磁気感度である。
【００２０】磁気光学ファラデー効果によって位相差が
生ずるのは、光ファイバループに捩れが存在するためで
あることが知られている。捩れが一様であれば、光ファ
イバループを右周りに伝播する光に生ずる位相差と光フ
ァイバループを左周りに伝播する光に生ずる位相差は大
きさが同じで極性が反対となり、互いに相殺される。し
かしながら、捩れが２πＲの周期で変化している成分が
ある場合には、その部分にて生じた位相差はその部分と
直径方向反対側の部分によって生じる位相差の極性と同
一となり、バイアス磁気感度が生ずる。
生ずるのは、光ファイバループに捩れが存在するためで
あることが知られている。捩れが一様であれば、光ファ
イバループを右周りに伝播する光に生ずる位相差と光フ
ァイバループを左周りに伝播する光に生ずる位相差は大
きさが同じで極性が反対となり、互いに相殺される。し
かしながら、捩れが２πＲの周期で変化している成分が
ある場合には、その部分にて生じた位相差はその部分と
直径方向反対側の部分によって生じる位相差の極性と同
一となり、バイアス磁気感度が生ずる。
【００２１】図８を参照して偏波面保持（複屈折）光フ
ァイバループに捩れが存在する場合の位相差について説
明する。外部磁界に起因して、光ファイバループを互い
に反対方向に伝播する光の間に生ずる位相差Δψｔは次
の式によって表される。
ァイバループに捩れが存在する場合の位相差について説
明する。外部磁界に起因して、光ファイバループを互い
に反対方向に伝播する光の間に生ずる位相差Δψｔは次
の式によって表される。
【００２２】
【数４】Δψｔ＝（４ζ0 Ｒ／Δβ）・∫ψｔ（θ）ｓ
ｉｎ（θ−θ0 ）ｄθ
ｉｎ（θ−θ0 ）ｄθ
【００２３】ζ0 は数３の式に示すようにファラデー回
転角（＝ＶＨ）、Ｒは光ファイバループのループ半径、
Δβは偏波面保持（複屈折）光ファイバの複屈折率、θ
0 は外部磁界の方位角、θは光ファイバループ上の点Ｐ
の方位角である。ψｔ（θ）は光ファイバループ上の点
Ｐにおける周期が２πＲモードの捩れ率である。数４の
式の右辺の積分は変数θ＝０〜２πｍ（ｍは光ファイバ
ループの巻き数）について行う。
転角（＝ＶＨ）、Ｒは光ファイバループのループ半径、
Δβは偏波面保持（複屈折）光ファイバの複屈折率、θ
0 は外部磁界の方位角、θは光ファイバループ上の点Ｐ
の方位角である。ψｔ（θ）は光ファイバループ上の点
Ｐにおける周期が２πＲモードの捩れ率である。数４の
式の右辺の積分は変数θ＝０〜２πｍ（ｍは光ファイバ
ループの巻き数）について行う。
【００２４】図９を参照して説明する。図９に従来の光
ファイバジャイロのバイアス磁気感度の測定結果を示
す。測定は、光ファイバジャイロの入力軸が鉛直方向に
なるように設定されて、行われた。横軸は時間である
が、最初の２時間は外部磁界として地磁気（約０．５ガ
ウス）、次の２時間は外部磁界として３ガウスの磁界、
次の２時間は外部磁界として６ガウスの磁界、最後の２
時間は外部磁界として再度地磁気を印加したことを示
す。
ファイバジャイロのバイアス磁気感度の測定結果を示
す。測定は、光ファイバジャイロの入力軸が鉛直方向に
なるように設定されて、行われた。横軸は時間である
が、最初の２時間は外部磁界として地磁気（約０．５ガ
ウス）、次の２時間は外部磁界として３ガウスの磁界、
次の２時間は外部磁界として６ガウスの磁界、最後の２
時間は外部磁界として再度地磁気を印加したことを示
す。
【００２５】最初と最後の２時間の測定結果より、地磁
気の影響を無視した場合、北緯３７度付近の地球の自転
角速度は約−９（°／時間）である。バイアス磁気感度
は地球の自転角速度に対する偏差である。３ガウス及び
６ガウスのＸ方向の磁界ＨXを印加すると、バイアス磁
気感度は約＋０．８及び＋１．５（°／時間）となる。
３ガウス及び６ガウスのＹ方向の磁界ＨY を印加する
と、バイアス磁気感度は約−０．５及び−０．８（°／
時間）となる。
気の影響を無視した場合、北緯３７度付近の地球の自転
角速度は約−９（°／時間）である。バイアス磁気感度
は地球の自転角速度に対する偏差である。３ガウス及び
６ガウスのＸ方向の磁界ＨXを印加すると、バイアス磁
気感度は約＋０．８及び＋１．５（°／時間）となる。
３ガウス及び６ガウスのＹ方向の磁界ＨY を印加する
と、バイアス磁気感度は約−０．５及び−０．８（°／
時間）となる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバジャイロに
おけるバイアス磁気感度の除去方法及び装置の従来例と
して例えば特願平６−１３９１３及び特願平７−２１４
４３９に記載されたものがある。特願平６−１３９１３
に記載された例では、光ファイバループに光ファイバよ
りなる補償器を接続し、光ファイバループの捩れに起因
する位相差を相殺するように、この補償器の光ファイバ
を捩じる。また特願平７−２１４４３９に記載された例
では、光ファイバループの捩れに起因する位相差を相殺
するように、光ファイバループの端部を捩じる。
おけるバイアス磁気感度の除去方法及び装置の従来例と
して例えば特願平６−１３９１３及び特願平７−２１４
４３９に記載されたものがある。特願平６−１３９１３
に記載された例では、光ファイバループに光ファイバよ
りなる補償器を接続し、光ファイバループの捩れに起因
する位相差を相殺するように、この補償器の光ファイバ
を捩じる。また特願平７−２１４４３９に記載された例
では、光ファイバループの捩れに起因する位相差を相殺
するように、光ファイバループの端部を捩じる。
【００２７】しかしながら、従来の装置及び方法では、
３次元の外部磁界に起因する位相差を完全に相殺するの
は困難であった。また、補償器の光ファイバや光ファイ
バループの光ファイバ端を捩じることによって位相差を
相殺するため、その調節が困難である。
３次元の外部磁界に起因する位相差を完全に相殺するの
は困難であった。また、補償器の光ファイバや光ファイ
バループの光ファイバ端を捩じることによって位相差を
相殺するため、その調節が困難である。
【００２８】更に、従来の装置及び方法では、光ファイ
バジャイロの製造時にバイアス磁気感度がゼロであって
も、光ファイバループの捩れが経時的に変化した場合
に、位相差が生ずる。
バジャイロの製造時にバイアス磁気感度がゼロであって
も、光ファイバループの捩れが経時的に変化した場合
に、位相差が生ずる。
【００２９】従って本発明の目的は、簡単に構成によっ
て正確に外部磁界に対するバイアス磁気感度を除去する
ことを目的とする。
て正確に外部磁界に対するバイアス磁気感度を除去する
ことを目的とする。
【００３０】本発明の目的は、光ファイバループの捩れ
が経時的に変化しても、バイアス磁気感度を除去するこ
とができることである。
が経時的に変化しても、バイアス磁気感度を除去するこ
とができることである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】本発明によると、光源
と、コイル状に巻かれた偏波面保持光ファイバよりなる
光ファイバループと、上記光源からの光を上記光ファイ
バループを右回りに伝播する右回り光と左回りに伝播す
る左回り光に分配し上記光ファイバループを伝播した右
回り光と左回り光を結合して干渉光を生成する光分波結
合器と、を有し、上記光源と上記光ファイバループの間
の光路を伝播する光を直線偏光に変換する偏光子機能を
備えた光ファイバジャイロにおいて、上記光分波結合器
の２本の光路と上記光ファイバループの両端の各々は、
一方の主軸が他方の主軸に対して４５度傾斜するよう
に、接続されている。
と、コイル状に巻かれた偏波面保持光ファイバよりなる
光ファイバループと、上記光源からの光を上記光ファイ
バループを右回りに伝播する右回り光と左回りに伝播す
る左回り光に分配し上記光ファイバループを伝播した右
回り光と左回り光を結合して干渉光を生成する光分波結
合器と、を有し、上記光源と上記光ファイバループの間
の光路を伝播する光を直線偏光に変換する偏光子機能を
備えた光ファイバジャイロにおいて、上記光分波結合器
の２本の光路と上記光ファイバループの両端の各々は、
一方の主軸が他方の主軸に対して４５度傾斜するよう
に、接続されている。
【００３２】光ファイバループを右周りに伝播する光及
び左周りに伝播する光はそれぞれ主軸を伝播する光と副
軸を伝播する光の２つに分かれる。主軸を伝播する光と
副軸を伝播する光は非干渉性であり、干渉光を生成しな
い。主軸を伝播する右回り光及び左周り光によって構成
されるセンシングループを第１のローカルジャイロと称
し、副軸を伝播する右回り光及び左周り光によって構成
されるセンシングループを第２のローカルジャイロと称
する。
び左周りに伝播する光はそれぞれ主軸を伝播する光と副
軸を伝播する光の２つに分かれる。主軸を伝播する光と
副軸を伝播する光は非干渉性であり、干渉光を生成しな
い。主軸を伝播する右回り光及び左周り光によって構成
されるセンシングループを第１のローカルジャイロと称
し、副軸を伝播する右回り光及び左周り光によって構成
されるセンシングループを第２のローカルジャイロと称
する。
【００３３】光ファイバジャイロの出力は、第１のロー
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力の
和である。本例では、光分波結合器の２本の光路と光フ
ァイバループの接続部にて主軸が互いに４５度傾斜して
接続されているから、第１のローカルジャイロの出力と
第２のローカルジャイロの出力は互いに等しい。第１の
ローカルジャイロのバイアス磁気感度と第２のローカル
ジャイロのバイアス磁気感度は大きさが等しく極性が反
対であるから、互いにキャンセルする。従って光ファイ
バジャイロの出力にバイアス磁気感度が生ずることはな
い。
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力の
和である。本例では、光分波結合器の２本の光路と光フ
ァイバループの接続部にて主軸が互いに４５度傾斜して
接続されているから、第１のローカルジャイロの出力と
第２のローカルジャイロの出力は互いに等しい。第１の
ローカルジャイロのバイアス磁気感度と第２のローカル
ジャイロのバイアス磁気感度は大きさが等しく極性が反
対であるから、互いにキャンセルする。従って光ファイ
バジャイロの出力にバイアス磁気感度が生ずることはな
い。
【００３４】更に本発明によると、上記光分波結合器は
光導波路によって構成された光集積回路のＹ分岐であ
る。上記偏光子機能は上記光集積回路の偏光子機能であ
る。
光導波路によって構成された光集積回路のＹ分岐であ
る。上記偏光子機能は上記光集積回路の偏光子機能であ
る。
【００３５】
【発明の実施の態様】図１を参照して本発明の光ファイ
バジャイロの例を説明する。本例の光ファイバジャイロ
はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、半導
体レーザ、発光ダイオード等の光源１０１と入射光を電
流に変換する受光器１０２と1 本の光ファイバを複数回
巻いて形成された光ファイバループ１０３と偏光子１０
４と光ファイバを伝播する光を合成し又は分岐するカプ
ラ１０５とＹ分岐導波路１０６Ａを有する光集積回路１
０６とを有する。光ファイバループ１０３は偏波面保持
（複屈折）光ファイバよりなる。
バジャイロの例を説明する。本例の光ファイバジャイロ
はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、半導
体レーザ、発光ダイオード等の光源１０１と入射光を電
流に変換する受光器１０２と1 本の光ファイバを複数回
巻いて形成された光ファイバループ１０３と偏光子１０
４と光ファイバを伝播する光を合成し又は分岐するカプ
ラ１０５とＹ分岐導波路１０６Ａを有する光集積回路１
０６とを有する。光ファイバループ１０３は偏波面保持
（複屈折）光ファイバよりなる。
【００３６】本例の光ファイバジャイロは図５に示した
従来の光ファイバジャイロと比較して、光集積回路１０
６からの２本の光ファイバ端１０６Ａ、１０６Ｂと光フ
ァイバループ１０３からの２本の光ファイバ端１０３
Ａ、１０３Ｂとの接続部Ａ、Ｂの構成が異なり、それ以
外の構成は同様であってよい。
従来の光ファイバジャイロと比較して、光集積回路１０
６からの２本の光ファイバ端１０６Ａ、１０６Ｂと光フ
ァイバループ１０３からの２本の光ファイバ端１０３
Ａ、１０３Ｂとの接続部Ａ、Ｂの構成が異なり、それ以
外の構成は同様であってよい。
【００３７】図２を参照して接続部Ａ、Ｂを説明する。
図２には光集積回路１０６の２本の光ファイバ端１０６
Ａ、１０６Ｂの一方１０６Ａと光ファイバループ１０３
の２本の光ファイバ端１０３Ａ、１０３Ｂの一方１０３
Ａの接続部Ａを示す。他方の接続部Ｂの構造は同様であ
り、その説明は省略する。図示のように、光集積回路１
０６の光ファイバ端１０６Ａの主軸と光ファイバループ
１０３の光ファイバ端１０３Ａの主軸は互いに他に対し
て所定の角度αだけ傾斜している。この傾斜角αは約４
５度であってよい。
図２には光集積回路１０６の２本の光ファイバ端１０６
Ａ、１０６Ｂの一方１０６Ａと光ファイバループ１０３
の２本の光ファイバ端１０３Ａ、１０３Ｂの一方１０３
Ａの接続部Ａを示す。他方の接続部Ｂの構造は同様であ
り、その説明は省略する。図示のように、光集積回路１
０６の光ファイバ端１０６Ａの主軸と光ファイバループ
１０３の光ファイバ端１０３Ａの主軸は互いに他に対し
て所定の角度αだけ傾斜している。この傾斜角αは約４
５度であってよい。
【００３８】光ファイバループを構成する偏波面保持
（複屈折）光ファイバは光軸方向の軸線に関して非軸対
称な構造を有し、その断面は互いに直交する２つの主軸
を有する。この２つの主軸では屈折率分布が異なり、従
って、光の伝播定数が異なる。ここでは、光の伝播定数
が大きい軸をＦＡＳＴ軸又は主軸と称し伝播定数が小さ
い軸をＳＬＯＷ軸又は副軸と称することとする。偏波面
保持（複屈折）光ファイバでは、主軸と副軸とでは、光
の伝播定数の差が大きく、両者を伝播する２つの光モー
ドの間にモード結合が生じない。即ち、入射端において
光ファイバの固有の偏波方向に一致する直線偏光を入射
させると出射端までその偏波状態が保持される。
（複屈折）光ファイバは光軸方向の軸線に関して非軸対
称な構造を有し、その断面は互いに直交する２つの主軸
を有する。この２つの主軸では屈折率分布が異なり、従
って、光の伝播定数が異なる。ここでは、光の伝播定数
が大きい軸をＦＡＳＴ軸又は主軸と称し伝播定数が小さ
い軸をＳＬＯＷ軸又は副軸と称することとする。偏波面
保持（複屈折）光ファイバでは、主軸と副軸とでは、光
の伝播定数の差が大きく、両者を伝播する２つの光モー
ドの間にモード結合が生じない。即ち、入射端において
光ファイバの固有の偏波方向に一致する直線偏光を入射
させると出射端までその偏波状態が保持される。
【００３９】再び図１を参照する。接続部Ａ、Ｂを経由
した２つの光はそれぞれ主軸を伝播する光と副軸を伝播
する光の２つに分かれる。主軸を伝播する光と副軸を伝
播する光は非干渉性であり、干渉光を生成しない。主軸
を伝播する右回り光及び左周り光によって構成されるセ
ンシングループを第１のローカルジャイロと称し、副軸
を伝播する右回り光及び左周り光によって構成されるセ
ンシングループを第２のローカルジャイロと称する。
した２つの光はそれぞれ主軸を伝播する光と副軸を伝播
する光の２つに分かれる。主軸を伝播する光と副軸を伝
播する光は非干渉性であり、干渉光を生成しない。主軸
を伝播する右回り光及び左周り光によって構成されるセ
ンシングループを第１のローカルジャイロと称し、副軸
を伝播する右回り光及び左周り光によって構成されるセ
ンシングループを第２のローカルジャイロと称する。
【００４０】光ファイバジャイロの出力は、第１のロー
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力の
和である。本例では、接続部Ａ、Ｂにて主軸及び副軸が
互いに４５度傾斜して接続されているから、第１のロー
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力は
互いに等しい。第１のローカルジャイロと第２のローカ
ルジャイロでは、バイアス磁気感度、即ち、外部磁界に
起因する位相差の大きさが等しく極性が反対である。従
って両者は互いにキャンセルする。従って光ファイバジ
ャイロの出力にバイアス磁気感度が生ずることはない。
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力の
和である。本例では、接続部Ａ、Ｂにて主軸及び副軸が
互いに４５度傾斜して接続されているから、第１のロー
カルジャイロの出力と第２のローカルジャイロの出力は
互いに等しい。第１のローカルジャイロと第２のローカ
ルジャイロでは、バイアス磁気感度、即ち、外部磁界に
起因する位相差の大きさが等しく極性が反対である。従
って両者は互いにキャンセルする。従って光ファイバジ
ャイロの出力にバイアス磁気感度が生ずることはない。
【００４１】図３を参照して２つのローカルジャイロ間
のバイアス磁気感度について詳細に説明する。図３Ａ及
び図３Ｂは同一の偏波面保持（複屈折）光ファイバを同
一方向に伝播する２つの直線偏光の偏波面を示す。図３
Ａは、第１のローカルジャイロの偏波面（矢印が付され
た軸）が偏波面保持（複屈折）光ファイバの主軸（Ｆ
軸）に一致した状態を示し、図３Ｂは、第２のローカル
ジャイロの偏波面（矢印が付された軸）が偏波面保持
（複屈折）光ファイバの副軸（Ｓ軸）に一致した状態を
示す。主軸（Ｆ軸）と副軸（Ｓ軸）は９０度異なるた
め、２つの直線偏光の偏光面は互いに９０度異なる。
のバイアス磁気感度について詳細に説明する。図３Ａ及
び図３Ｂは同一の偏波面保持（複屈折）光ファイバを同
一方向に伝播する２つの直線偏光の偏波面を示す。図３
Ａは、第１のローカルジャイロの偏波面（矢印が付され
た軸）が偏波面保持（複屈折）光ファイバの主軸（Ｆ
軸）に一致した状態を示し、図３Ｂは、第２のローカル
ジャイロの偏波面（矢印が付された軸）が偏波面保持
（複屈折）光ファイバの副軸（Ｓ軸）に一致した状態を
示す。主軸（Ｆ軸）と副軸（Ｓ軸）は９０度異なるた
め、２つの直線偏光の偏光面は互いに９０度異なる。
【００４２】捩じり誘起の主軸（ｔ−Ｆ軸）及び副軸
（ｔ−Ｓ軸）は偏波面保持（複屈折）光ファイバの主軸
（Ｆ軸）及び副軸（Ｓ軸）に対して、それぞれ所定の捩
じり角βＡ及びβＢだけ光軸周りに回転している。しか
しながら、２つの捩じり角は互いに等しいため、捩じり
誘起の主軸（ｔ−Ｆ軸）と副軸（ｔ−Ｓ軸）は互いに９
０度異なる。
（ｔ−Ｓ軸）は偏波面保持（複屈折）光ファイバの主軸
（Ｆ軸）及び副軸（Ｓ軸）に対して、それぞれ所定の捩
じり角βＡ及びβＢだけ光軸周りに回転している。しか
しながら、２つの捩じり角は互いに等しいため、捩じり
誘起の主軸（ｔ−Ｆ軸）と副軸（ｔ−Ｓ軸）は互いに９
０度異なる。
【００４３】主軸と副軸における実効複屈折軸の変動の
態様は同一であるが、実効複屈折率の増減の極性のみが
反転している。光ファイバループの主軸を伝播する右回
り光と左周り光の間の生ずる位相差誤差は数４の式のΔ
ψｔによって表されるとすると、光ファイバループの副
軸を伝播する右回り光と左周り光の間の生ずる位相差誤
差は、数４の式のΔβの符号が反対となるため、−Δψ
ｔとなる。即ち２つのローカルジャイロの位相差誤差
は、互いに符号が反対で絶対値が等しい。従って、干渉
光では位相差誤差は相殺される。
態様は同一であるが、実効複屈折率の増減の極性のみが
反転している。光ファイバループの主軸を伝播する右回
り光と左周り光の間の生ずる位相差誤差は数４の式のΔ
ψｔによって表されるとすると、光ファイバループの副
軸を伝播する右回り光と左周り光の間の生ずる位相差誤
差は、数４の式のΔβの符号が反対となるため、−Δψ
ｔとなる。即ち２つのローカルジャイロの位相差誤差
は、互いに符号が反対で絶対値が等しい。従って、干渉
光では位相差誤差は相殺される。
【００４４】本例では偏波面保持（複屈折）光ファイバ
からなる光ファイバループに２πＲ周期の捩れが存在し
ても、外部磁界に起因する位相差は現れない。
からなる光ファイバループに２πＲ周期の捩れが存在し
ても、外部磁界に起因する位相差は現れない。
【００４５】上述の議論では、主軸の光伝播損失と副軸
の光伝播損失が同一であることを前提としている。しか
しながら、実際の光ファイバループでは、主軸の光伝播
損失と副軸の光伝播損失は同一ではない。しかしなが
ら、主軸と副軸の光伝播損失の差は測定可能である。主
軸の光伝播損失と副軸の光伝播損失を予め測定し、両者
の比の値より、接続部Ａ、Ｂにおける主軸の傾斜角αを
決めることができる。
の光伝播損失が同一であることを前提としている。しか
しながら、実際の光ファイバループでは、主軸の光伝播
損失と副軸の光伝播損失は同一ではない。しかしなが
ら、主軸と副軸の光伝播損失の差は測定可能である。主
軸の光伝播損失と副軸の光伝播損失を予め測定し、両者
の比の値より、接続部Ａ、Ｂにおける主軸の傾斜角αを
決めることができる。
【００４６】
【数５】√（ＦＬ／ＳＬ）＝ｔａｎα
【００４７】ここに、ＦＬ及びＳＬはそれぞれ主軸及び
副軸の光伝播損失である。αは接続部Ａ、Ｂにおける主
軸の傾斜角である。
副軸の光伝播損失である。αは接続部Ａ、Ｂにおける主
軸の傾斜角である。
【００４８】図４に本発明の光ファイバジャイロのバイ
アス磁気感度の変化の例を示す。測定方法は図９の場合
と同様である。即ち、測定は、光ファイバジャイロの入
力軸が鉛直方向になるように設定されて、行われた。横
軸は時間であるが、最初の２時間は外部磁界として地磁
気、次の２時間は外部磁界として３ガウスの磁界、次の
２時間は外部磁界として６ガウスの磁界、最後の２時間
は外部磁界として再度地磁気を印加したことを示す。
アス磁気感度の変化の例を示す。測定方法は図９の場合
と同様である。即ち、測定は、光ファイバジャイロの入
力軸が鉛直方向になるように設定されて、行われた。横
軸は時間であるが、最初の２時間は外部磁界として地磁
気、次の２時間は外部磁界として３ガウスの磁界、次の
２時間は外部磁界として６ガウスの磁界、最後の２時間
は外部磁界として再度地磁気を印加したことを示す。
【００４９】図４Ａに示す本発明の光ファイバジャイロ
のバイアス磁気感度の測定結果を説明する。最初及び最
後の２時間の測定結果より、地磁気の影響を無視した場
合、北緯３７度付近の地球の自転角速度は約−８．９１
（°／時間）である。バイアス磁気感度は地球の自転角
速度に対する偏差である。３ガウス及び６ガウスのＸ方
向の磁界ＨX を印加すると、バイアス磁気感度はそれぞ
れ約−０．１及び−０．１７（°／時間）となる。
のバイアス磁気感度の測定結果を説明する。最初及び最
後の２時間の測定結果より、地磁気の影響を無視した場
合、北緯３７度付近の地球の自転角速度は約−８．９１
（°／時間）である。バイアス磁気感度は地球の自転角
速度に対する偏差である。３ガウス及び６ガウスのＸ方
向の磁界ＨX を印加すると、バイアス磁気感度はそれぞ
れ約−０．１及び−０．１７（°／時間）となる。
【００５０】図４Ｂに示す本発明の光ファイバジャイロ
のバイアス磁気感度の測定結果を説明する。最初及び最
後の２時間の測定結果より、地磁気の影響を無視した場
合、北緯３７度付近の地球の自転角速度は約−８．９０
５（°／時間）である。３ガウス及び６ガウスのＹ方向
の磁界ＨY を印加すると、バイアス磁気感度はそれぞれ
約＋０．００２及び＋０．００５（°／時間）となる。
のバイアス磁気感度の測定結果を説明する。最初及び最
後の２時間の測定結果より、地磁気の影響を無視した場
合、北緯３７度付近の地球の自転角速度は約−８．９０
５（°／時間）である。３ガウス及び６ガウスのＹ方向
の磁界ＨY を印加すると、バイアス磁気感度はそれぞれ
約＋０．００２及び＋０．００５（°／時間）となる。
【００５１】本発明の光ファイバジャイロのバイアス磁
気感度の測定結果を図９に示した従来の光ファイバジャ
イロのバイアス磁気感度の測定結果と比較して説明す
る。図９Ａと図４Ａを比較すると明らかなように、３ガ
ウス及び６ガウスのＸ方向の磁界ＨX を光ファイバルー
プに印加した場合、本発明では、従来例に比べて、バイ
アス磁気感度が１／７〜１／８に減少している。図９Ｂ
と図４Ｂを比較すると明らかなように、３ガウス及び６
ガウスのＹ方向の磁界ＨY を光ファイバループに印加し
た場合、本発明では、従来例に比べて、バイアス磁気感
度が１／１６０〜１／２５０に減少している。即ち、本
例の光ファイバジャイロでは従来の光ファイバジャイロ
に比べてバイアス磁気感度が著しく減少する。
気感度の測定結果を図９に示した従来の光ファイバジャ
イロのバイアス磁気感度の測定結果と比較して説明す
る。図９Ａと図４Ａを比較すると明らかなように、３ガ
ウス及び６ガウスのＸ方向の磁界ＨX を光ファイバルー
プに印加した場合、本発明では、従来例に比べて、バイ
アス磁気感度が１／７〜１／８に減少している。図９Ｂ
と図４Ｂを比較すると明らかなように、３ガウス及び６
ガウスのＹ方向の磁界ＨY を光ファイバループに印加し
た場合、本発明では、従来例に比べて、バイアス磁気感
度が１／１６０〜１／２５０に減少している。即ち、本
例の光ファイバジャイロでは従来の光ファイバジャイロ
に比べてバイアス磁気感度が著しく減少する。
【００５２】以上本発明の例について説明したが、本発
明は上述の例に限定されることなく、特許請求の範囲に
記載された発明の範囲にて様々な変形、修正等が可能で
あることは当業者にとって理解されよう。
明は上述の例に限定されることなく、特許請求の範囲に
記載された発明の範囲にて様々な変形、修正等が可能で
あることは当業者にとって理解されよう。
【００５３】
【発明の効果】本発明によると、簡単な構成によって光
ファイバジャイロにおけるバイアス磁気感度を除去する
ことができる利点がある。
ファイバジャイロにおけるバイアス磁気感度を除去する
ことができる利点がある。
【００５４】本発明によると、偏波面保持（複屈折）光
ファイバに誘起される捩れ複屈折率の対称性を利用する
ため、原理的には磁気バイアス感度を完全に除去するこ
とができる利点がある。
ファイバに誘起される捩れ複屈折率の対称性を利用する
ため、原理的には磁気バイアス感度を完全に除去するこ
とができる利点がある。
【図１】本発明の光ファイバジャイロの例を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図２】本発明の光ファイバジャイロの主要部を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図３】本発明の光ファイバジャイロにおけるバイアス
磁気感度を説明するための説明図である。
磁気感度を説明するための説明図である。
【図４】本発明の光ファイバジャイロのバイアス磁気感
度の測定結果を説明するための説明図である。
度の測定結果を説明するための説明図である。
【図５】従来の光ファイバジャイロの例を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図６】磁気光学ファラデー効果を説明するための説明
図である。
図である。
【図７】光ファイバループに作用する周囲の磁界の影響
を説明するための説明図である。
を説明するための説明図である。
【図８】従来の光ファイバジャイロのバイアス磁気感度
を説明するための説明図である。
を説明するための説明図である。
【図９】従来の光ファイバジャイロのバイアス磁気感度
の測定結果を説明するための説明図である。
の測定結果を説明するための説明図である。
１０１・・・ 光源、 １０２・・・ 受光器、 １０３・・・ 光
ファイバループ、 １０４・・・ 偏光子、 １０５・・・ カ
プラ、 １０６・・・ 光集積回路、 １０７・・・電流電圧
変換器、 １０９・・・ 信号発生器、 １１０・・・ 同期検
波器、
ファイバループ、 １０４・・・ 偏光子、 １０５・・・ カ
プラ、 １０６・・・ 光集積回路、 １０７・・・電流電圧
変換器、 １０９・・・ 信号発生器、 １１０・・・ 同期検
波器、
Claims (3)
- 【請求項１】光源と、コイル状に巻かれた偏波面保持光
ファイバよりなる光ファイバループと、上記光源からの
光を上記光ファイバループを右回りに伝播する右回り光
と左回りに伝播する左回り光に分配し上記光ファイバル
ープを伝播した右回り光と左回り光を結合して干渉光を
生成する光分波結合器と、を有し、上記光源と上記光フ
ァイバループの間の光路を伝播する光を直線偏光に変換
する偏光子機能を備えた光ファイバジャイロにおいて、
上記光分波結合器の２本の光路と上記光ファイバループ
の両端の各々は、一方の主軸が他方の主軸に対して４５
度傾斜するように、接続されていることを特徴とする光
ファイバジャイロ。 - 【請求項２】上記光分波結合器は光導波路によって構成
された光集積回路のＹ分岐であることを特徴とする請求
項１記載の光ファイバジャイロ。 - 【請求項３】上記偏光子機能は上記光集積回路の偏光子
機能であることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ
ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000245808A JP2002054933A (ja) | 2000-08-14 | 2000-08-14 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000245808A JP2002054933A (ja) | 2000-08-14 | 2000-08-14 | 光ファイバジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002054933A true JP2002054933A (ja) | 2002-02-20 |
Family
ID=18736261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000245808A Pending JP2002054933A (ja) | 2000-08-14 | 2000-08-14 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002054933A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010078591A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Honeywell Internatl Inc | バイアスが低減した光ファイバジャイロスコープ |
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| CN111076715A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种基于60um光纤的光纤陀螺***及光纤熔接方法 |
| CN111964662A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-20 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种光电一体式小型双轴光纤陀螺 |
| DE112011105177B4 (de) | 2011-04-22 | 2022-06-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Bremsanlage |
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-
2000
- 2000-08-14 JP JP2000245808A patent/JP2002054933A/ja active Pending
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| CN111076715A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种基于60um光纤的光纤陀螺***及光纤熔接方法 |
| CN111076715B (zh) * | 2019-12-05 | 2022-11-25 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种基于60um光纤的光纤陀螺***及光纤熔接方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070704 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091216 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091222 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100511 |