JP2574982B2 - Optical fiber coil - Google Patents
Optical fiber coilInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバコイルに係
り、更に詳しく言えば、光ファイバを伝播する光の位相
がファイバの移動、回転等によって変えることを利用し
て、方位、位置を測定する装置に用いる光ファイバコイ
ルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber coil, and more specifically, to measure an azimuth and a position by utilizing the fact that the phase of light propagating in an optical fiber is changed by movement, rotation, etc. of the fiber. The present invention relates to an optical fiber coil used for an apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ジャイロスコープは円形に巻かれた光
ファイバコイルの両端から直線偏光を加え、上記コイル
を伝播した２つの光の干渉光の強度を計測することによ
って、上記光ファイバのコイルの回転角や角速度を検出
するものである。その例はＲ．Ｆ．Cahil et. al. “So
lid-stsate phase-nulling opical gyro (Appl. Opt. V
ol.19、No.18、Sept. 1980、p3054〜3056) に示されて
いる。2. Description of the Related Art An optical gyroscope applies linearly polarized light from both ends of an optical fiber coil wound in a circular shape, and measures the intensity of interference light of two lights transmitted through the coil, thereby obtaining an optical fiber coil. It detects rotation angles and angular velocities. An example is R. F. Cahil et. Al. “So
lid-stsate phase-nulling opical gyro (Appl. Opt.V
ol. 19, No. 18, Sept. 1980, p3054-3056).
【０００３】したがって、光ファイバのコイルを互いに
逆方向に伝播する２方向の光の偏波面は同一平面上にな
ければならない。Therefore, the planes of polarization of the two directions of light that propagate through the coil of the optical fiber in opposite directions must be on the same plane.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来上述のごとき光ジ
ャイロスコープを実現するため、光ファイバとしては断
面が円形の単一モードファイバを使用していた。しかし
ながら、単一モードファイバに直線偏光の光を入射する
と、その出力端における光はその偏光特性がくずれ楕円
偏光になったり、円偏光になったり、また、たとえ直線
偏光であっても偏光面の傾きは一定しない。この原因
は、光ファイバの小さな曲げ、振動などによって容易に
直交伝搬モード間でエネルギー変換を行うためである。
このため２つの出力光の偏波特性は一定でなく時間的に
変動する。この変動は光ファイバジャイロスコープの計
測ノイズとして現われ、測定可能な最小の回転角や角速
度の精度を決定する。そのため、現在、実用できる精度
の光ジャイロスコープは実現されていない。 Conventionally, in order to realize an optical gyroscope as described above, a single mode fiber having a circular cross section has been used as an optical fiber. However, when linearly polarized light is incident on a single mode fiber, the light at the output end loses its polarization characteristics, becomes elliptically polarized light, becomes circularly polarized, and even if it is linearly polarized, the light on the polarization plane The slope is not constant. This is because energy conversion is easily performed between orthogonal propagation modes due to small bending or vibration of the optical fiber.
Therefore, the polarization characteristics of the two output lights are not constant but fluctuate with time. This variation appears as measurement noise in the fiber optic gyroscope and determines the accuracy of the minimum measurable rotation angle and angular velocity. Therefore, the accuracy that can be used at present
Optical gyroscope has not been realized.
【０００５】[0005]
【０００６】したがって、本発明の目的は直交伝搬モー
ド間のエネルギー変換を小さくし、実用に供することが
できるようにした、サグナック効果により回転速度を検
知するための光ファイバコイルを提供することにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide an orthogonal propagation mode.
To reduce the energy conversion between de, for practical use
The rotation speed can be detected by the sagnac effect.
To provide an optical fiber coil for knowledge.
【０００７】本発明は上記目的を達成するため、２つの
光学的主軸を有する光ファイバを巻いて形成した光ファ
イバコイルにおいて、上記光ファイバのコアの上記各光
学的主軸における屈折率をｎx及びｎy 、上記光ファイバ
コイルの半径をＲ0、上記光ファイバに入射される光の
波長をλとしたとき、｜ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を
満足する半径Ｒ 0 を採用するようにしたものである。[0007] The present invention for achieving the above object, an optical fiber coil formed by winding an optical fiber having two optical principal axis, the refractive index in each of the optical principal axis of the core of the optical fiber n x and n y, radius R 0 of the optical fiber coil, when the wavelength of light incident to the optical fiber lambda, | a> lambda / R the radius R 0 satisfying the relationship 0 | n x -n y It is intended to be adopted .
【０００８】[0008]
【作用】本発明の光ファイバコイルによれば、伝播途中
において偏波面は、光ファイバの曲げや振動などによっ
て伝播モード間でエネルギー変換が小さくなり、安定し
た光ジャイロの動作を行う。 According to the optical fiber coil of the present invention, during propagation
The polarization plane is affected by bending or vibration of the optical fiber.
Energy conversion between propagation modes is small and stable
Perform the operation of the optical gyro.
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【実施例】図１は光ジャイロスコープの原理的構成を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an optical gyroscope.
【００１１】直線偏光の光Ａがレーザ（光源）１より発
し、半透明鏡によって２つのビームＡ1，Ａ2にわかれ、
それぞれ集光レンズ４，５により光ファイバ６の両端
７，８より入射される。光ファイバ６はコイルを形成し
ている。レンズ５で端面８に入射した光Ａ1は光ファイ
バ中を時計と反射方向に進み、光ファイバの他端７より
出射し半透明鏡で反射された光Ａ1′はスクリーン９に
達する。一方レンズ４で光ファイバ端７に入射した光Ａ
zは時計方向に光ファイバ内を送搬しファイバ端８より
出射し鏡３で反射されたＡ2′はスクリーン９に達す
る。この時光ファイバのドラムが角速度ωで回転してい
ると光Ａ1とＡ2にωに比例した位相差を生じる。このた
めスクリーン９上には干渉縞があらわれる。この干渉縞
はωによって生じた位相差によって強度が変化するた
め、逆に強度変化を検出する事で角速度ωが測定でき
る。A linearly polarized light A is emitted from a laser (light source) 1 and split into two beams A 1 and A 2 by a translucent mirror.
The light is incident from both ends 7, 8 of the optical fiber 6 by the condenser lenses 4, 5, respectively. The optical fiber 6 forms a coil. The light A 1 incident on the end face 8 by the lens 5 travels clockwise and reflected in the optical fiber, and the light A 1 ′ emitted from the other end 7 of the optical fiber and reflected by the translucent mirror reaches the screen 9. On the other hand, the light A incident on the optical fiber end 7 by the lens 4
z is conveyed in the optical fiber in the clockwise direction, A 2 ′ emitted from the fiber end 8 and reflected by the mirror 3 reaches the screen 9. At this time, if the optical fiber drum is rotating at an angular velocity ω, a phase difference is generated between the lights A 1 and A 2 in proportion to ω. For this reason, interference fringes appear on the screen 9. Since the intensity of this interference fringe changes due to the phase difference caused by ω, the angular velocity ω can be measured by detecting the change in intensity.
【００１２】ここで、サグナック効果を考慮した計算か
ら、位相差ΔＺは、ΔＺ＝２ωＬ 0 Ｒ／λＣ（ω：角速
度、Ｌ 0 ：ファイバの長さ、Ｒ：ファイバの曲げ半径、
λ：光の波長、Ｃ：光速）となる。スクリーン９上の中
心点で強度変化を検出した場合、光強度Ｉは、Ｉ∝ＣＯ
Ｓ2ΔＺの関係がある。したがって光強度Ｉからωを逆
に求めることができる。[0012] Here, the calculation taking into account the grayed NACK effect, the phase difference ΔZ is, Δ Z = 2ω L 0 R / λC (ω: angular velocity, L 0: length of the fiber, R: fiber bend radius,
λ: wavelength of light, C: speed of light). When an intensity change is detected at the center point on the screen 9, the light intensity I is expressed as I∝CO
There is a relationship of S 2 ΔZ. Therefore, ω can be determined in reverse from the light intensity I.
【００１３】又、この角速度ωをある基準時定から積分
すれば、その期間にコイルの回転した角度が測定でき
る。If the angular velocity ω is integrated from a certain reference time, the angle of rotation of the coil during that period can be measured.
【００１４】なお、図１は説明の都合上、光源１やハー
フミラー２、反射鏡３、レンズ４，５等をコイルの外部
に示しているが、実際にはコイルをまいたドラム内に装
置してコイルと一体となって回転できるように構成され
る。又スクリーン９は受光器で構成され光の干渉輝度を
電気信号として取り出すように構成される。FIG. 1 shows the light source 1, the half mirror 2, the reflecting mirror 3, the lenses 4, 5 and the like outside the coil for the sake of explanation. And it can be rotated integrally with the coil. The screen 9 is constituted by a light receiver, and is configured to take out the interference brightness of light as an electric signal.
【００１５】光ファイバ６は外部擾乱があっても直線偏
光の劣化が小さな光ファイバ（偏波面保存ファイバと呼
ぶ）で構成される。例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すよ
うな非円形断面のクラッド１１又はジャケット１２”を
持つ光ファイバで構成されており、この長軸ｙは、短軸
ｘに対応する光学主軸面に沿って伝播する光の位相速度
差の大きさβx −βy＝Δβが有意の（少なくとも２π／
Δβがコイルの半径よりも小さい）ものである。The optical fiber 6 is composed of an optical fiber (referred to as a polarization-maintaining fiber) whose linear polarization is small even if there is external disturbance. For example, an optical fiber having a clad 11 or a jacket 12 ″ having a non-circular cross section as shown in FIGS. 2A and 2B is formed, and the major axis y is located on the optical principal axis surface corresponding to the minor axis x. the magnitude of the phase velocity difference of the light propagating along β x - β y = Δβ is significant (at least 2 [pi /
Δβ is smaller than the radius of the coil).
【００１６】これらの光ファイバは本願発明者等によっ
て先に開発されたものであり、ジャケットとなる石英管
の内壁にクラッド又は第２のジャケットとなるＢ2Ｏ3を
含むＳｉＯ2層を形成し、さらに、コア又は光ファイバ
となる材質層を化学的気相沈積（ＣＶＤ）法によって形
成し外気より若干減圧しながら中実のロットを作り、こ
れを加熱線引することによって容易に実現できる。These optical fibers have been previously developed by the inventors of the present invention, and are formed by forming a cladding or a SiO 2 layer containing B 2 O 3 serving as a second jacket on the inner wall of a quartz tube serving as a jacket. Further, it can be easily realized by forming a material layer to be a core or an optical fiber by a chemical vapor deposition (CVD) method, forming a solid lot while slightly reducing the pressure from the outside air, and heating and drawing the solid lot.
【００１７】なお、図２において、１２、１２’、１
２”はジャケット、１１、１１’はクラッド、１０、１
０’はコアを形成し、層１０、１２、１１’、１２’は
ＳｉＯ2、層１１はＢ2Ｏ3を含むＳｉＯ2 、層１２”はＢ
2Ｏ3とＧｅＯ2を含むＳｉＯ2、層１０’はＧｅＯ2を含
むＳｉＯ2からなる。In FIG. 2, 12, 12 ', 1
2 ″ is a jacket, 11, 11 ′ are clad, 10, 1
0 'forms a core, the layer 10,12,11', 12 'SiO 2, a layer 12 containing SiO 2, a layer 11 B 2 O 3 "is B
SiO 2 containing 2 O 3 and GeO 2 , and the layer 10 ′ is made of SiO 2 containing GeO 2 .
【００１８】光源（レーザ）１からの直線偏波面は上述
の光ファイバで構成されたコイルの両入力端面の同一光
学的主軸に加えられる。図３はその光入力部の様子を示
すもので、図１と同一の番号を付す部分は同一の機能、
構成を持つ部分である。The linearly polarized plane from the light source (laser) 1 is applied to the same optical principal axis of both input end faces of the coil constituted by the above-mentioned optical fiber. Figure 3 is the one that shows the state of the light input portion, the portion denoted by the same numbers as in FIG. 1 is the same function,
It is a part that has a configuration.
【００１９】レーザ１からの光はｙ方向の直線偏光波で
ある。この光は半分はハーフミラー２、レンズ４を介し
て光コイルの一方の端部７に加えられるが、この場合、
光ファイバの光学主軸ｙ（又はｘ、図面ではｙ軸の場合
を示しているがｘでも良い）と上記レーザからの直線偏
波面と一致するように結合させる。実際にはハーフミラ
ーとファイバ入力端７の間に１／２波長板を挿入し調整
する。又レーザ１からの直線偏波光の他の半分はハーフ
ミラー２で反射され、反射ミラー３、レンズ５を介して
光ファイバコイルの他の入力端８に結合させるが、この
場合入力端７での結合が光学主軸ｙと一致させるように
した場合は入力端８の結合も光学主軸ｙとなるように同
一の光学主軸に結合するように構成されている。The light from the laser 1 is a linearly polarized wave in the y direction. One half of this light is applied to one end 7 of the optical coil via the half mirror 2 and the lens 4.
The optical fiber is coupled so as to coincide with the optical principal axis y (or x, the case of the y axis is shown in the drawing, but may be the x axis) and the linear polarization plane from the laser. In practice, a half-wave plate is inserted between the half mirror and the fiber input end 7 for adjustment. The other half of the linearly polarized light from the laser 1 is reflected by the half mirror 2 and coupled to the other input end 8 of the optical fiber coil via the reflection mirror 3 and the lens 5. When the coupling is made to coincide with the optical principal axis y, the coupling of the input end 8 is also connected to the same optical principal axis so as to be the optical principal axis y.
【００２０】このようにすると両ファイバ入力端より入
射した光Ａ1，Ａ2は光ファイバの同じ光主軸を通る事に
なり、回転が生じていない時の全光路長は等しくなる。In this way, the lights A 1 and A 2 incident from both fiber input ends pass through the same main optical axis of the optical fiber, and the total optical path length when no rotation occurs is equal.
【００２１】上記光学主軸は図２のような断面構造の光
ファイバにおいては、ジャケットやクラッドにおいて形
成される楕円形状の長軸、短軸と一致する。In the optical fiber having the cross-sectional structure as shown in FIG. 2, the optical principal axis coincides with the major axis and the minor axis of the elliptical shape formed in the jacket and the clad.
【００２２】そして、各主軸ｘ、ｙ方向における光ファ
イバのコア部の屈折率をｎx、ｎy、光の波長をλとすれ
ば、λ／（ｎx−ｎy）＝２π／Δβ＝Ｌで定義されるビ
ート長Ｌが小さい程外部擾乱の影響が少ないので、光フ
ァイバとしては、ｎx−ｎy（歪複屈折）の大きなものが
良いが、コイルの半径（曲げ）との関係より少なくとも
｜ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0であると、直交する基本モード
間のエネルギー変換が小さくなることが判明した。 [0022] Each main shaft x, the refractive indices n x of the core portion of the optical fiber in the y-direction, n y, if the wavelength of light λ, λ / (n x -n y) = 2π / Δβ = B defined by L
Since little influence of the external disturbance as over preparative length L is small, the optical fiber, but n x -n y large is good (Ibitsufuku refraction), at least from the relationship between the radius of the coil (bending) | n x -n y | If it is> λ / R 0, energy conversion between the fundamental mode that decreases were found to be orthogonal.
【００２３】[0023]
【効果】本発明により、伝播モード間でエネルギー変換
の小さい光ファイバコイルを得る得ることができる。According to the present invention, it is possible to obtain an optical fiber coil having low energy conversion between propagation modes.
【図１】本発明の光ファイバコイルが適用される光ジャ
イロスコープの一般的構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a general configuration of an optical gyroscope to which an optical fiber coil of the present invention is applied.
【図２】本発明の光ファイバコイルに使用される光ファ
イバの断面図。FIG. 2 is a sectional view of an optical fiber used in the optical fiber coil of the present invention.
【図３】本発明の光ファイバコイルを用いた光ジャイロ
スコープの光源と光ファイバコイルの形合の動作説明の
ための図。FIG. 3 is a view for explaining an operation of a light source and an optical fiber coil of an optical gyroscope using the optical fiber coil of the present invention.
１…レーザ、２…ハーフミラー、３…反射鏡、４，５…
レンズ、６…光ファイバ、７，８…端面、９…スクリー
ン（受光器）。1 ... laser, 2 ... half mirror, 3 ... reflecting mirror, 4,5 ...
Lens 6, optical fiber 7, 8, end face 9, screen (light receiver).
フロントページの続き (72)発明者 菅沼 庸雄 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−93010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−130044（ＪＰ，Ａ) 英国公開2046470（ＧＢ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．33 （1978）ｐ．814〜816，ｐ．699〜701Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Suganuma 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-55-93010 (JP, A) JP-A-54-130044 (JP) JP, A) British publication 2046470 (GB, A) Appl. Phys. Lett. 33 (1978) p. 814-816, p. 699-701
Claims (1)
いて形成し、サグナック効果により回転角速度を検知す
るための光ファイバコイルにおいて、上記光ファイバは
断面形状が円形のコアと、上記コアの２つの光学的主軸
に沿って伝搬する光の位相速度差の大きさを有意のもの
とするための部材と、上記コアと上記部材の間に設けら
れ上記コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドと
を備え、且つ上記光ファイバのコアの上記各光学的主軸
における屈折率をｎx及びｎy、上記光ファイバコイルの
半径をＲ0、上記光ファイバに入射される光の波長をλ
としたとき、 ｜ｎx−ｎy｜＞λ／Ｒ0の関係を満足する
半径Ｒ 0 を有する光ファイバコイル。An optical fiber having two optical main axes is wound and formed, and a rotational angular velocity is detected by a Sagnac effect.
In the optical fiber coil for the above, the optical fiber is
A core having a circular cross section, and two optical principal axes of the core
Significant magnitude of phase velocity difference of light propagating along
And a member provided between the core and the member.
And a clad having a refractive index lower than that of the core.
The provided, and the optical fiber of the core of each optical refractive index in the spindle n x and n y, radius R 0 of the optical fiber coil, the wavelength of light incident on the optical fiber λ
When and was, | is satisfied> λ / relationship of R 0 | n x -n y
An optical fiber coil having a radius R0 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5061600A JP2574982B2 (en) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | Optical fiber coil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5061600A JP2574982B2 (en) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | Optical fiber coil |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2295337A Division JPH0617797B2 (en) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | Optical gyroscope |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7321431A Division JPH08233583A (en) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | Optical fiber coil |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682259A JPH0682259A (en) | 1994-03-22 |
| JP2574982B2 true JP2574982B2 (en) | 1997-01-22 |
Family
ID=13175822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5061600A Expired - Lifetime JP2574982B2 (en) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | Optical fiber coil |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574982B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2046470A (en) | 1979-03-21 | 1980-11-12 | Siemens Ag | Optical interferometers |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP5061600A patent/JP2574982B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2046470A (en) | 1979-03-21 | 1980-11-12 | Siemens Ag | Optical interferometers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３３（１９７８）ｐ．８１４〜８１６，ｐ．６９９〜７０１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0682259A (en) | 1994-03-22 |
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