JP2007163486A - 共振器ジャイロ内の光源を安定化させるシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共振器ジャイロは、第1の入力光を生成するように構成された第1の光源12と、第2の入力光を生成するように構成された第2の光源14と、第1および第2の光源に結合された共振器25と、共振器に結合された共振検出回路と、共振検出回路および第1および第2の光源に結合されたコントローラ35、36とを備える。共振検出回路は、共振器の各逆伝播方向について共振周波数を検出する。コントローラは、第1の入力光を時計回り共振周波数に同調し、第2の入力光を、時計回り共振周波数から離れた少なくとも1つの縦方向共振モードである反時計回り共振周波数に同調する。共振周波数間の差は、共振器ジャイロの回転速度に比例する。
【選択図】図1
Description
上式で、ループ利得は振幅(例えば電圧利得)によるものであり、Sfは、自走中のレーザの非制御周波数雑音スペクトル密度である。Sfは、以下の式によってローレンツ型レーザ線形の半値全幅(FWHM)周波数Δνに関係付けることができる。
式1と式2を組み合わせることにより、以下が得られる。
ループ利得は周波数の関数である。サーボ35、36用の単一の積分器またはアキュムレータを含むループなどの1次ループでは、周波数の減少に対してループ利得が約20dB/decade増加し、対応する周波数雑音が周波数の減少と共に減少する。ループ利得が十分に高く、制御される周波数雑音が小さいレベルにまで低減されており、したがってその周波数帯ではARWに寄与しない、低周波数の周波数帯を選択することができる。共振追跡ループ30、32に関する可能な設計基準は、低周波数雑音の周波数帯を、共振器ジャイロ50を使用する特定の応用例にとって望ましい周波数帯に整合させることである。ほとんどのナビゲーション応用例にとって望ましい周波数帯は比較的低い(例えば約1Hz未満)。こうした応用例では、制御される周波数雑音が小さくなるように、ループ利得が十分高くなるべきである。
Δf2=fcw−fccw,2=fFSR+ΔfΩ
2つのうなり周波数の差を取ることにより、
Δf2−Δf1=2ΔfΩ
FSRや関連する偏りおよび偏り不安定性なしに回転測定値が得られる。
12、14 可同調光源
16、18 光検出器
20、22 ミラー
24 中空コア光ファイバコイル
25 共振器
26、28 ビームスプリッタ
30、32 共振追跡ループ
34、38 共振検出器
35、36 サーボ
40 再循環器
50 共振器ジャイロ
52 多周波数レーザ源(MFLS)アセンブリ
54 中空コア共振器(HCR)アセンブリ
56 共振追跡電子(RTE)システム
60 MFLS光学系サブアセンブリ
62 共振器結合光学系
64 共振器
66 共振追跡回路
80 マスタレーザ
82、84 スレーブレーザ
88、90、92、94、96、98、100 光カップラ
102、104、106 駆動回路
108 レーザ電流駆動
110、120 光検出器
112、122 直接デジタルシンセサイザ(DDS)
118、128 レーザ電流駆動
130 マスタ追跡副回路
132、180 スレーブ追跡副回路
134、136 A/D変換器
142、160、162 波発生器
183、184 マルチプレクサ
185、187 レジスタ
Claims (10)
- 第1の周波数を有する第1の入力光を生成するように構成された第1の光源(12)と、
第2の周波数を有する第2の入力光を生成するように構成された第2の光源(14)と、
前記第1および第2の光源に結合され、第1および第2の逆伝播方向を有し、中空コアを有する光ファイバコイルを備え、前記第1および第2の入力光に基づく光を前記中空コアを通じて前記第1および第2の逆伝播方向に循環させるように構成された共振器(25)と、
前記共振器に結合され、前記第1および第2の逆伝播方向のそれぞれについて共振周波数を検出するように構成された共振検出回路と、
前記共振検出回路および前記第1および第2の光源に結合され、前記第1の周波数を前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数に同調し、前記第2の周波数を前記第2の逆伝播方向の前記共振周波数に同調するように構成され、前記第1および第2の逆伝播方向の前記共振周波数の差が共振器ジャイロの回転速度に比例する、コントローラ(35、36)と、
を備える共振器ジャイロ。 - 前記共振器は、
前記第1の入力光の一部に基づく第1の循環光を前記中空コアを通じて前記第1の逆伝播方向に循環させ、
前記第2の入力光の一部に基づく第2の循環光を前記中空コアを通じて前記第2の逆伝播方向に循環させるようにさらに構成され、
前記共振検出回路は、
前記第1の循環光からの光をサンプリングするように構成された第1の光検出器(18)と、
前記第2の循環光からの光をサンプリングするように構成された第2の光検出器(16)と、
前記第1の光検出器に結合され、前記第1の逆伝播方向の共振中心を検出するように構成された第1の共振検出回路と、
前記第2の光検出器に結合され、前記第2の逆伝播方向の共振中心を検出するように構成された第2の共振検出回路とを備え、
前記コントローラは、
前記第1の共振検出回路に結合された入力を有し、前記第1の光源に結合された出力を有する第1サーボ(36)と、
前記第2の共振検出回路に結合された入力を有し、前記第2の光源に結合された出力を有する第2サーボ(35)とを備える、
請求項1に記載の共振器ジャイロ。 - 前記第1の入力光は第1の変調周波数を有し、前記第2の入力光は第2の変調周波数を有し、
第1の単位利得周波数を有し、前記第1の変調周波数が前記第1の単位利得周波数よりも少なくとも4倍大きい、前記第1の光源に基づいた第1の追跡ループ(32)と、
第2の単位利得周波数を有し、前記第2変調周波数が、前記第2単位利得周波数よりも少なくとも4倍大きい、前記第2の光源に基づいた第2の追跡ループ(30)と、をさらに備える、請求項1に記載の共振器ジャイロ。 - 前記コントローラは、
前記第1の逆伝播方向に伝播する前記共振器内の第1の循環光を、前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数の第1の共振中心にロックし、
前記第2の逆伝播方向に伝播する前記共振器内の第2の循環光を、前記第2の逆伝播方向の前記共振周波数の第2の共振中心にロックするようにさらに構成され、前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数は、共振器ジャイロのゼロ回転速度で前記第2の逆伝播方向の前記共振周波数から離れた少なくとも1つの縦モードである、請求項1に記載の共振器ジャイロ。 - 前記コントローラは、
前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数よりも低い少なくとも1つの縦モードと、前記第2の逆伝播方向の前記共振周波数よりも高い少なくとも1つの縦モードとの間で前記第2の逆伝播方向の前記共振周波数を切り換えるようにさらに構成される、請求項1に記載の共振器ジャイロ。 - 第3周波数を有する第3の入力光を生成するように構成された第3の光源(84)をさらに備え、
前記共振器は、前記第3の入力光に基づく第3の循環光を前記第2の逆伝播方向に循環させるようにさらに構成され、
前記コントローラは第3の光源に結合され、
前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数よりも低い少なくとも1つの縦モードである前記第2の逆伝播方向の第1の共振周波数に前記第2の周波数を同調し、
前記第1の逆伝播方向の前記共振周波数よりも高い少なくとも1つの縦モードである前記第2の逆伝播方向の第2の共振周波数に前記第3周波数を同調するようにさらに構成され、周波数差が共振器ジャイロの回転速度に比例する、請求項1に記載の共振器ジャイロ。 - 第1の入力光ビームを共振器ジャイロの第1の縦方向共振モード上にある時計回り共振周波数にロックするステップ(205)と、
第2の入力光ビームを、前記第1の縦方向共振モードから離れた第2の縦方向共振モード上にある、共振器ジャイロの第1の反時計回り共振周波数にロックするステップ(210)、
前記第1の入力光ビームと第2の入力光ビームの間の、前記回転速度に比例する周波数差を決定するステップ(215)と
を含む、共振器ジャイロの回転速度を決定する方法。 - 前記決定するステップの前に、共振器ジャイロのループ単位利得周波数の少なくとも4倍より大きい周波数で前記第1および第2の入力光ビームを変調するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 第1の縦方向共振モードよりも低い1つの縦方向共振モードと、第1の縦方向共振モードよりも高い1つの縦方向共振モードの間で前記第2の縦方向共振モードを切り換えるステップと、
前記第2の縦方向共振モードが前記第1の縦方向共振モードよりも低い1つの縦方向共振モードであるとき、前記時計回り共振周波数と前記第1の反時計回り共振周波数の間の第1の周波数偏移を決定するステップと、
前記第2の縦方向共振モードが前記第1の縦方向共振モードよりも高い1つの縦方向共振モードであるとき、前記時計回り共振周波数と前記第1の反時計回り共振周波数の間の第2の周波数偏移を決定するステップと、
前記第2の周波数偏移から前記第1の周波数偏移を引いて、前記周波数差の2倍に比例する出力を生成するステップと、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 第3の入力光ビームを共振器ジャイロの第2反時計回り共振周波数にロックするステップと、前記第2反時計回り共振周波数は、前記第1の縦方向共振モードよりも高い少なくとも1つの縦方向共振モードであり、前記第1の反時計回り共振周波数は、第1の縦方向共振モードよりも低い少なくとも1つの縦方向共振モードであり、
前記時計回り共振周波数と前記第1の反時計回り共振周波数の間の第1の周波数偏移を決定するステップと、
前記時計回り共振周波数と前記第2反時計回り共振周波数の間の第2の周波数偏移を決定するステップと、
前記第2の周波数偏移から前記第1の周波数偏移を引いて、前記共振器ジャイロの回転による周波数差の2倍に比例する出力を生成するステップと、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。
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