JPH02147908A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、航空機や船舶の慣性航法装置等に用いられる
もので、光ファイバを用いて角速度を検出する能動型構
造の光フアイバジャイロに関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、大越孝敬編著「
光フアイバセンサ」１版（昭６ｌ−７−３０）オーム社
、Ｐ、２１２−２１３に記載されるものがあった。

慣性空間に対する回転角速度を検出するための光ジヤイ
ロには、回転を検出する光ループそのものがレーザ発振
器である能動型構成と、光源がセンシングループの外に
あるサグナックの干渉計等のような受動型構成とがある
。

能動型光ジャイロの特徴は、右回りの光と左回りの光と
の発振周波数差（これをビート周波数という）を検出し
て、そのビート周波数の大きさから回転速度を測定する
方法である。この−構成例を第２図に示す。

第２図は従来のＨｅ　−Ｎ　ｅガスレーザ型リングレー
ザによる能動型光ジャイロの構成図である。

この光ジヤイロは、２枚の反射鏡１．２及び１枚の半透
明鏡３と、３本のＨｅ−Ｎｅガスレーザ管４，５．６と
を三角形に配置した構造であり、右回りの光Ｐ１と左回
りの光Ｐ２が発生できる。

光ジヤイロが静止している状態では、両方の光ＰＬ、Ｐ
２の発振周波数は同一である。ところが、光ジヤイロが
光路を含む平面内で、例えば第２図の矢印で示すように
所定の角速度ωで右回りに回転すると、光路上の同一点
に到達するまでの時間は、右回りに進む光Ｐ１が長く、
左回りに進む光が短い。そのため、両方向の光Ｐ１．．
Ｐ２のレーザ共振器の長さが違ったのと同じことになり
、二つの光ＰＬ、Ｐ２は異なった周波数で発振するよう
になる。この発振周波数の差、つまりビーＩ・周波数Δ
ｆは光ジヤイロが回転する角速度ωに比例する。従って
、半透明鏡３から両方向の光Ｐ１゜Ｐ２を取り出して干
渉させ、そのビート周波数Δｆを測定すれば、角速度ω
を検出することができる。そして角速度ωを時間積分す
ることにより、回転角が求められる。

この種の能動型光ジャイロでは、受動型光ジャイロに比
較して測定感度が高く、飛行機等の飛翔体にも使用され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の光ジヤイロでは、次のような
課題があった。

■　Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ管４，５．６を用いているの
で、発熱量が多く、それによって光ジヤイロの温度変動
が大きくなる。その上、光路媒体がガスであるなめ、屈
折率が変動しやすい。従って、ビート周波数が変動して
測定精度が低下するおそれがあった。

■　Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ管４，５．６を用いているの
で、装置の大型化、高重量化、高消費電力化、及び高コ
スト化という問題もあった。

本発明は前記従来技術が持っていた課題とし、て、測定
精度の低下、大型化、高重量化、高消費電力化及び高コ
スト化の点について解決した光フアイバジャイロを提供
するものである。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するために、請求項１の発明では、能動
型構造の光フアイバジャイロを少なくとも、進行波型光
増幅器及び光フアイバループを有し、単一波長くまたは
多波長）λ１を含む右回りの光と単一波長（または多波
長）λ２を含む左回りの光を発生するリングレーザと、
前記光フアイバループ中における波長λ１とλ２の光を
取り出す第１の光カプラと、前記波長λ１とλ２を合波
する第２の光カプラと、前記第２の光カプラの出力を入
力して前記波長λ１と＾２のそれぞれに対応する周波数
ν１とν２の差（シ１−シ２）を検出するビート周波数
検出器とで、構成したものである。

請求項２の発明では、請求項１．の光フアイバジャイロ
に、前記進行波型光増幅器の温度変動を抑制する温度制
御手段を設けたものである。

（作用） 請求項１の発明によれば、以上のように光フアイバジャ
イロを構成したので、リングレーザは、その信号利得が
ループの伝送損失より大きくなると、レーザ発振し、波
長＾１を有する右回りの光と、波長＾２を有するの左回
りの光とを、光フアイバループ内に発生させる。その波
長λ１．λ２は第１．の光カプラによってループ外に取
り出され、第２の光カプラで合波された後、ビート周波
数検出器に供給される。ビート周波数検出器は波長λ１
とλ２のそれぞれに対応した周波数ν１とν２の差を求
める。この差は角速度に比例するので、光フアイバジャ
イロの角速度が求まる６そして、進行波型光増幅器及び
光フアイバループは、低消費電力、微小温度変動等のた
め、測定精度を向上させると共に、装置の小型、軽量、
低コストを図る働きをする。

請求項２の温度制御手段は、進行波型光増幅器の温度変
動を抑制してリングレーザの発振周波数を安定化し、測
定精度をより向上させる働きをする。

従って、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す光フアイバジャイロの構
成図である。

この光フアイバジャイロは、例えば半導体素子の両端朋
に反射防止膜をコーティング（被着）する方法で製作さ
れた進行波型光増幅器１０を有し、その光増幅器１０の
入出力端には光フアイバループ２０が接続され、それら
によりリングレーザが構成されている。光フアイバルー
プ２０には、光分岐用の第１の光カプラ２１が挿入され
、その第１の光カプラ２１の出力側には光合波用の第２
の光カプラ２２、さらにその出力側にビート周波数検出
器２３がそれぞれ接続されている。

ここで、第１−の光カプラ２１は、光ファイバループ２
０における波長＾１　（＝Ｃ／ν１、但しＣは光速度、
ν１は周波数）を含む右回りの光ｐＨと、波長λ２　（
−Ｃ／ν２、但しＣは光速度、ν２は周波数）を含む左
回りの光Ｐ１２のうち、波長λ１とλ２の光を取り出す
機能を有している。第２の光カプラ２２は、取り出した
波長λ１とλ２の光を合波する機能を有している。また
、ビート周波数検出器２３は、第２の光カプラ２２の出
力を入力して波長λ１とλ２のそれぞれに対応する周波
数ν１とν２の差（シ１−シ２）、つまりビート周波数
Δｆを検出する機能を有するらので、受光素子等で構成
されている。

第３図は、第１図中の進行波型光増幅器１０の一構成例
を示す図である。

この光増幅器１０は、モジュール化されており、半導体
レーザの両端面に反射防止膜をコーティングした進行波
型光増幅素子１１を有し、その光増幅素子１１が温度制
御手段としての機能を有するベルチェ素子（熱電子冷却
素子）１２上に固定されている。ペルチェ素子１２上に
は、光増幅索子１１の温度を検出するサーミスタ等の温
度センサ１３が固定されている。図示しないが、温度セ
ンサ１３には、その出力に基づきベルチェ素子１２を駆
動制御するための制御回路がモジュール外に接続されて
いる。さらに、光増幅素子１−１の両側には、先端が球
状に加工された先球レンズファイバ２０ａ、２０ｂが配
置され、その先球レンズファイバ２０ａ、２０ｂが半田
１４等でペルチェ素子１−２上に固定されている。先球
レンズファイバ２０ａ、２０ｂは、光フアイバループ２
０と接続されている。

以ヒのように構成される光フアイバジャイロの動作につ
いて説明する。

光フアイバジャイロに電源を投入すると、第３図に示す
光増幅器１０中の光増幅素子１１の両端から光が出射さ
れる。光増幅素子１１の右端から出た光Ｐ１．ｌは、先
球レンズファイバ２０ａ、第１図の光フアイバループ２
０及び光カプラ２１を経由して先球レンズファイバ２０
ｂを通り、効率良・く光増幅索子１１に入射する。右回
り光ｐＨは、この光増幅素子１１を透過する過程で光増
幅され、その光増幅素子１１の右端から放射されて先球
レンズファイバ２０ａに効率良く伝送される。

同様に、光増幅素子１１の左端から出た光ＰＬ２は、先
球レンズファイバ２０ｂ、光フアイバループ２０、第１
の光カプラ２１、及び先球レンズファイバ２０ａを経由
して該光増幅索子１１の右端から入射し、その光増幅素
子１１中で光増幅されて左端から出射される。このよう
に、光増幅器１０は右回りの光ｐＨと左回りの光ＰＬ２
の両方に対して独立に光増幅を行う。

そして、リングレーザの信号利得がループの伝送損失よ
り大きくなると、そのリングレーザがレーザ発振し、波
長λ１　（−Ｃ／ν１）を有する右回りの光と、波長λ
２　（−Ｃ／ν２）を有する左回りの光Ｐ１２とが、光
フアイバループ２０中に発生する。

発生した波長λ１とλ２の光は、゛第１−の光カプラ２
１により取り出され、第２の光カプラ２２で合波された
後、ビート周波数検出器２３へ供給される。ビート周波
数検出器２３では、波長λ１とλ２にそれぞれ対応する
周波数ν１とν２の差（シ１−シ２）を求め、そのビー
ト周波数Δｆを出力する。

光フアイバジャイロが静止している状態では、右回りの
光ｐＨの波長λ１と左回りの光ＰＬ２の波長λ２とが等
しいため、二つの光ｐＨとＰ１２のビート周波数Δｆは
検出されない。ところが、光フアイバジャイロが、例え
ば第１図の矢印で示すように、角速度ωで右回りに回転
すると、ザブナック（Ｓａｇｎａｃ　）効果により、発
振波長λ１とλ２とが異なってくる。角角度ωの大きさ
とビート周波数Δｆ（−シ１−シ２）には比例関係が成
立するため、ビート周波数検出器２３でビート周波数Δ
ｆを検出すれば、角速度ωを知ることができる。また、
角速度ωを時間積分することにより、回転角が求められ
る。

本実施例では、次のような利点を有している。

＜　ａ　＞　　光増幅器として進行波型光増幅器１０を
用いているので、従来のガスレーザを用いたものに比べ
て、消費電力が少なくて済み、発熱量が少ないことから
、光増幅器１０自体の温度変動が非常に小さい。その上
、小型、軽量、及び低コストという利点もある。

（ｂ）　　導光路として光フアイバループ２０を用いて
いるので、従来のものに比べて、温度変動や、機械的な
振動による光路長の変動が非常に少ないため、高い測定
精度が得られる。

（ｃ）　　ペリチエ素子１２を用いて光増幅素子１１の
温度変動を０．００１℃程度に容易に制御することがで
き、それによってビート周波数Δｆの変動をより小さく
して測定精度をより向上させることができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、進行波型光
増幅器１０を第３図以外のもので構成したり、その進行
波型光増幅器１０内に設けられたペルチェ素子１２に代
えて、他の温度制御手段を設ける等、種々の変形が可能
である。また、上記実施例では、単一の波長λ１．λ２
で説明したが、それらが多波長であっても、ビート周波
数検出器２３で周波数差（シ１−シ２）をとるので、右
回りの光と左回りの光の波長か相殺されるため、上記実
施例とほぼ同様の作用、効果が得られる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、
進行波型光増幅器と光フアイバループとでリングレーザ
を構成したので、消費電力が少なくて済み、発熱量が少
ないので、温度変動が非常に小さくなる。その上、導光
路として光フアイバループを用いているので、温度変動
や、機械的な振動による光路長の変動も非常に少ない。

従って、小型、軽量、低消費電力、低コストで測定精度
の高い能動型光ジャイロが得られる。

また、請求項２の発明では、温度制御手段を設Ｈたので
、進行波型光増幅器の温度変動が小さくなってリングレ
ーザの発振周波数が安定化し、測定精度がより向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光フアイバジャイロの構
成図、第２図は従来の光ジヤイロの構成図、第３図は第
１図中の進行波型光増幅器の構成図である。 １０・・・・・・進行波型光増幅器、１１・・・・・・
光増幅素子、１２・・・・・・ペルチェ素子、１３・・
・・・・温度センサ、２０・・・・・・光フアイバルー
プ、２１．２２・・・・・・第１．第２の光カプラ、２
３・・・・・・ビート周波数検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 　１．進行波型光増幅器及び光ファイバループを有し、
   波長λ１を含む右回りの光と波長λ２を含む左回りの光
   とを発生するリングレーザと、 前記光フアイバループ中における波長λ１とλ２の光を
   取り出す第１の光カプラと、 前記波長λ１とλ２を合波する第２の光カプラと、 前記第２の光カプラの出力を入力して前記波長λ１とλ
   ２のそれぞれに対応する周波数ν１とν２の差（ν１−
   ν２）を検出するビート周波数検出器とを、 備えたことを特徴とする光ファイバジャイロ。
2. 　２．請求項１記載の光フアイバジャイロにおいて、前
   記進行波型光増幅器の温度変動を抑制する温度制御手段
   を設けた光フアイバジャイロ。