JPH0682259A - Optical fiber coil - Google Patents
Optical fiber coilInfo
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- JPH0682259A JPH0682259A JP5061600A JP6160093A JPH0682259A JP H0682259 A JPH0682259 A JP H0682259A JP 5061600 A JP5061600 A JP 5061600A JP 6160093 A JP6160093 A JP 6160093A JP H0682259 A JPH0682259 A JP H0682259A
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Abstract
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 measuring the azimuth and position by utilizing the fact that the phase of light propagating through the optical fiber is changed by the movement, rotation, etc. of the fiber. The present invention relates to an optical fiber coil used in a device.
【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 circle, and measures the intensity of interference light of two lights propagating through the coil to measure the intensity of the optical fiber coil. The rotation angle and the angular velocity are detected. 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 polarization planes of the light in the two directions propagating in opposite directions in the coil of the optical fiber 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交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
度を決定する。In order to realize the 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 its output end has its polarization characteristics broken and becomes elliptically polarized light, circularly polarized light, or even if linearly polarized light The slope is not constant. This is because energy is easily exchanged between the orthogonal propagation modes due to small bending and vibration of the optical fiber.
Therefore, the polarization characteristics of the two output lights are not constant and change with time. This fluctuation appears as measurement noise of the optical fiber gyroscope and determines the minimum measurable rotation angle and angular velocity.
【０００５】また従来の光ファイバは光学的主軸が光フ
ァイバの曲げ等で変動するため入射端より入れた光と他
の入射端より入れた光とが同一の光路を取って伝搬して
いるとは保証出来ない。この事は、右廻りの光と左廻り
の光が同一光路長という条件を満たさず、角速度ωの絶
対値を求めるのが難しくなる。そのため、現在、実用で
きる光ジャイロスコープは実現されていない。Further, in the conventional optical fiber, since the optical principal axis changes due to bending of the optical fiber, etc., it is assumed that the light entering from the incident end and the light entering from other incident ends propagate along the same optical path. Cannot be guaranteed. This means that the right-handed light and the left-handed light do not satisfy the condition that they have the same optical path length, and it becomes difficult to obtain the absolute value of the angular velocity ω. Therefore, a practical optical gyroscope has not been realized at present.
【０００６】したがって、本発明の目的は方位、位置を
測定する装置を実用に供するようにするための光ファイ
バコイルを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber coil for putting an apparatus for measuring azimuth and position into practical use.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】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の関係を満足するようにしたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber coil formed by winding an optical fiber having two optical principal axes, in which each of the optical principal axes of the core of the optical fiber is Refractive indices n x and n y
When the radius of the optical fiber coil is R 0 and the wavelength of the light incident on the optical fiber is λ, then | n x −n y |> λ
The relationship of / R 0 is satisfied.
【０００８】[0008]
【作用】本発明の光ファイバコイルによれば、光ファイ
バのコイルを右廻りおよび左廻りする直線偏光が同一の
光学主軸を伝播するため、伝播する光の光路長が常に一
定となり、これを用いた光ジャイロスコープは安定した
動作をする。According to the optical fiber coil of the present invention, since the linearly polarized light rotating clockwise and counterclockwise in the coil of the optical fiber propagates through the same optical principal axis, the optical path length of the propagating light is always constant. The old optical gyroscope operates stably.
【０００９】又、光ファイバの直交する２つの光学的主
軸における位相速度が異なるときは、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など行なわず、安定した光ジャ
イロの動作を行なう。When the phase velocities of the two optical principal axes orthogonal to each other of the optical fiber are different, the plane of polarization is stable during the propagation without energy conversion between the propagation modes due to bending or vibration of the optical fiber. Performs optical gyro operation.
【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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the principle 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 is split into two beams A 1 and A 2 by a semitransparent mirror.
The light is incident from both ends 7 and 8 of the optical fiber 6 by the condenser lenses 4 and 5, respectively. The optical fiber 6 forms a coil. The light A 1 that has entered the end face 8 through the lens 5 travels in the optical fiber in a clockwise and reflective direction, and the light A 1 ′ emitted from the other end 7 of the optical fiber and reflected by the semitransparent 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, is emitted from the fiber end 8, and A 2 ′ reflected by the mirror 3 reaches the screen 9. At this time, when the drum of the optical fiber rotates at the angular velocity ω, a phase difference proportional to ω is generated between the lights A 1 and A 2 . Therefore, 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、サブナック効果を考慮した計算か
ら、位相差ΔＺは、Ｚ＝２ωＬＲ／λＣ（ω：角速度、
Ｌ：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∝ＣＯＳ2Δ
Ｚ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。From the calculation considering the subnack effect, the phase difference ΔZ is Z = 2ωLR / λC (ω: angular velocity,
L is the length of the fiber, R is the bending radius of the fiber, λ is the wavelength of light, and C is the speed of light. When the intensity change is detected at the center point on the screen 9, the light intensity I is I∝COS 2 Δ
There is a Z relationship. Therefore, ω can be obtained from the light intensity I in reverse.
【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。Also, if this angular velocity ω is integrated from a certain reference time, the angle of rotation of the coil can be measured during that period.
【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。For convenience of explanation, 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. However, in reality, the device is provided in a drum having a coil. It is configured so that it can rotate together with the coil. Further, the screen 9 is composed of a light receiver and is configured to extract the interference luminance 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βx〜βy＝Δβが有意（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) in which linearly polarized light is less deteriorated even when there is an external disturbance. For example, it is composed of an optical fiber having a clad 11 or a jacket 12 ″ having a non-circular cross section as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), and the major axis y is the optical principal axis surface corresponding to the minor axis x. The phase velocity difference β x to β y = Δβ of light propagating along is significant (at least 2π / 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 application, and a SiO 2 layer containing B 2 O 3 serving as a clad or a second jacket is formed 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, making a solid lot while slightly reducing the pressure from the outside air, and heating and drawing the 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Ｂ2
Ｏ3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 'is a clad, 10, 1
0'forms a core, layers 10, 12, 11 ', 12' are SiO 2 , layer 11 contains B 2 O 3 SiO 2 layer 12 'is B 2
SiO 2 containing O 3 and GeO 2 , and the layer 10 ′ is composed 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伝、
構成を持つ部分である。The plane of linear polarization from the light source (laser) 1 is applied to the same optical principal axis of both input end faces of the coil composed of the above-mentioned optical fiber. FIG. 3 shows the state of the optical input part, and the parts with the same numbers as in FIG.
This is the part that has the structure.
【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. Half of this light is applied to one end 7 of the optical coil through the half mirror 2 and the lens 4, but in this case,
The optical principal axis y of the optical fiber (or x, the case of the y-axis is shown in the drawing, but it may be x) is coupled so as to coincide with the plane of linear polarization from the laser. Actually, a ½ wavelength 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 is coupled to the other input end 8 of the optical fiber coil through the reflection mirror 3 and the lens 5, but in this case, at the input end 7. When the coupling is made to coincide with the optical principal axis y, the coupling of the input end 8 is also configured to be coupled 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 optical main axis of the optical fiber, and the total optical path length when rotation does not occur becomes 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 minor axis of the elliptical shape formed in the jacket or 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の関係があり、この
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｜ｎ
x−ｎy｜＞λ／Ｒ0であることが望ましい。ここでＲ0は
コイルの半径を示す。この理由は、｜ｎx−ｎy｜＜λ／
Ｒ0の場合、直交する基本モード間でエネルギー変換が
生ずるからである。[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 lambda, of λ / n x -n y = 2π / Δβ = L There is a relation, and the smaller L is, the less the influence of external disturbance is. Therefore, an optical fiber having a large n x −n y (strain birefringence) is preferable, but at least a relation with the radius (bending) of the coil is used. | N
it is desirable that a> λ / R 0 | x -n y. Here, R 0 represents the radius of the coil. The reason for this is, | n x -n y | < λ /
This is because in the case of R 0 , energy conversion occurs between the orthogonal fundamental modes.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明により、伝播モード間でエネルギ
ー変換の生じない光ファイバコイルを得ることができ
る。According to the present invention, an optical fiber coil in which energy conversion does not occur between propagation modes can be obtained.
【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 diagram for explaining the operation of the shape of the light source and the optical fiber coil of the 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).
Claims (1)
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入としたとき、｜ｎx−ｎy｜
＞λ／Ｒ0の関係を満足するようにした光ファイバコイ
ル。1. An optical fiber coil formed by winding an optical fiber having two optical principal axes, wherein the cores of the optical fiber have refractive indices n x and n y at each of the optical principal axes, respectively. Assuming that the radius is R 0 and the wavelength of light incident on the optical fiber is “| n x −n y |
An optical fiber coil satisfying the relation of> λ / R 0 .
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 true JPH0682259A (en) | 1994-03-22 |
| JP2574982B2 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) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2911129A1 (en) | 1979-03-21 | 1980-10-16 | Siemens Ag | RING INTERFEROMETER WITH A SINGLE-MODE LIGHT-WAVE GUIDE WINDED TO A COIL |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP5061600A patent/JP2574982B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| APPL. PHYS. LETT.\\\9700586=1978 * |
| APPL. PHYS. LETT.\\\9700587=1978 * |
| OPTICS LETTERS\\\9700585=1979 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2574982B2 (en) | 1997-01-22 |
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