(57)【要約】【課題】光ファイバ型光源の出射光の相対強度雑音による光ファイバジャイロ出力雑音を低減する。【解決手段】 励起用光源、ＷＤＭカプラ、ＥＤＦからなる光ファイバ型光源と、光ファイバ型光源からの光を２光束に分岐させて光ファイバコイルに互いに逆向きに周回伝搬させ、光ファイバコイルに入射する２光束の少なくとも一方に位相変調を施して光ファイバコイルからの２光束が再び合波されてなる干渉光の強度を検出して光ファイバコイルの軸回りの回転角速度を表す信号を出力する光ファイバジャイロにおいて、光ファイバ型光源の活性元素をドープした光ファイバと光ファイバコイルとは、同一のコイルボビンの周りに巻回され、少なくとも、それらを巻回されたコイルボビンが、内部の気圧を１／１０気圧以下とされた真空容器に収容される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素をドープした光ファイバに光結合器を介して他の光ファイバ線部から励起光を入射し、前記活性元素の増幅自然放出光を採りだして広波長帯域の大出力光を得る光ファイバ型光源と、光ファイバ型光源からの光を２光束に分岐する光分岐手段と、光分岐手段からの２光束をそれぞれ互いに逆向きに周回伝搬させる光ファイバコイルと、光ファイバコイルに入射する２光束の少なくとも一方に位相変調を施す光変調手段と、光ファイバコイルからの２光束が前記光分岐手段で再び合波されてなる干渉光の強度を検出する受光器とを少なくとも有し、受光器よりの信号を処理して光ファイバコイルの軸回りの回転角速度を表す信号を出力する信号処理回路を備える光ファイバジャイロにおいて、
前記光ファイバ型光源の活性元素をドープした光ファイバと前記光ファイバコイルとは、同一のコイルボビンの周りに巻回され、少なくとも、それらを巻回されたコイルボビンが、内部の気圧を１／１０気圧以下とされた真空容器に収容されていることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一周する光学路に右回り光及び左回り光を通し、光学路の軸心まわりに加わる角速度を右回り光と左回り光との位相差として検出する光ファイバジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に従来の光ファイバ型光源を備えた光ファイバジャイロの構成を示す。
励起用光源（レーザポンプ）１は１．４８μｍ波長の光信号ａを出力し、光ファイバ２１を介してＷＤＭカプラ（波長分割多重方式カプラ）２へ送られる。１．４８μｍ波長の光信号ｃはＷＤＭカプラ２によりＥＤＦ（エルビウム（活性元素）添加ファイバ）３に入力される。ＷＤＭカプラ２により１．４８μｍ波長の光信号が光ファイバ２４を通して光アイソレータ５に伝搬されることが防止される。ＥＤＦ３のドープされたエルビウムイオンはこの光を吸収するので、１．４８μｍ波長の光信号によりポンピングされる。エルビウムは０．５μｍ〜１．５μｍの吸収範囲を有する。ＥＤＦ３のエルビウムはポンプ光の波長及び強さにより約１．５２μｍ〜約１．５８μｍの放出範囲を有している。
ＥＤＦ３から出射した光は光ファイバ２２，２３内を両方向に移動する。一方の光ファイバ２３はその端部に光ターミネータ４を有する。光ターミネータ４はＥＤＦ３及び励起用光源１から光ファイバ内の過度の光ｄ，ｅを吸収し放出する。この吸収、放出はポンプ光がＷＤＭカプラ２及び光ファイバ２１を経て励起用光源１へ反射されることを防止するためであり、この反射を抑制しない場合は励起用光源の出力が悪影響を受け、その結果ＥＤＦ３内でエルビウムから不都合な光信号が最終的に発光される。
ＥＤＦ３から放出されＷＤＭカプラ２へ進む光ｆは光ファイバ２４を介して、アイソレータ５へ進み光ファイバ型光源の出力ｇとなる。
【０００３】
光ファイバ型光源の出力ｇは、光カプラ６を経て光集積回路（変調器）７に送られ、ここで光は偏光され２個のＣＷ光とＣＣＷ光に分割され、ＣＷ光とＣＣＷ光は位相変調され光ファイバコイル８内を対向して伝搬される。ＣＷ光とＣＣＷ光は光ファイバコイル８から戻り合流され、合流した光信号ｉは光カプラ６へ戻り、受光器９に入力され電気信号に変換される。この際、光ファイバコイル８の軸心まわりに角速度Ωが印加されると、この角速度によりいわゆるサニャック効果が生じＣＷ光とＣＣＷ光に位相差Δφが生じる。受光器９により電気信号に変換されたＣＷ光とＣＣＷ光ｊは信号処理回路１０に入力され、位相変調周波数で同期検波することにより、その位相差を検出することにより角速度信号を出力する。
このように励起光により励起された活性元素からの増幅自然放出光（ＡＳＥ）を広帯域光源として利用する形態は、可干渉性起因の様々な光学雑音を抑圧するため本来的に広帯域光源を要求する光ファイバジャイロの分野において、超高精度用や複数軸ジャイロ用など特に大出力光源を必要とする場合に極めて有用な光源を提供する。
【特許文献１】特表２００２−５１９８６８（図１、図１６、段落０００９〜００１３、００３０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、従来の光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）において、光ファイバ光学系で構成される光ファイバ型光源部が空気振動に対し敏感であり、この振動起因でＦＯＧへの供給光の強度が変化することにより、ＦＯＧ受光器到達光量に相対的強度雑音を生じており、少なくともランダムウォーク・ノイズ１／１０００deg/√Ｈ以下を要求する超高精度レベルのジャイロにおいてはその出力中に無視できない雑音因子を形成していることを発見した。
この空気振動はＥＤＦ自体のほか励起用光源からＷＤＭに至る励起光導入部に印加される信号も影響していると推測される。
なお、一般には通常のＥＤＦ光源（光ファイバ型光源）の利用においてかかる微小な空気振動の影響が問題となるとは考え難く、これは多種に及ぶ光ファイバセンサ類の中でも最微小の光位相差すなわち干渉光変動の検出を要求されるセンサである上記グレードの光ファイバジャイロに固有の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
光ファイバ光学系への空気振動印加を低減する手段として減圧容器内への収納があるが、ジャイロの航空・宇宙用その他の適用のためには光学系の一部に真空容器を利用することは実装上一定の負担となる。
ところで、本出願人は光ファイバジャイロのセンシングコイルを真空容器中に収容することを提案した（特開平７−１２８０７０号公報参照）。
図３、４を参照して先願発明を説明する。
図３（ａ）に示すように光ファイバジャイロは、光源４０と、光源４０から出射された光を第１の光分岐器４１、偏光子４２を介して第２の光分岐器４３により分割し、分割された一方の光を光変調器４４を介して、また他方の光を直接光ファイバコイル４５の両端から供給し、光ファイバコイル４５で生じた干渉光を第１の光分岐器４１を介して光検出器４６で検出する。このような光ファイバジャイロにおいて、図３（ｂ）に示すように少なくとも光ファイバコイル４８をボビン６２に巻回し、基板６０とカバー６１からなる真空容器に収納し、外界に対して熱的に絶縁する。図４（ａ）に光ファイバコイル４５を真空容器内に収納しない場合、図４（ｂ）に真空容器に収納した場合のＦＯＧノイズの評価を示す。光ファイバコイル４５を真空容器に収納した場合にはＦＯＧノイズが低減されていることがわかる。
【０００６】
この先願発明の目的は、光ファイバコイルに対する熱的遮断の作用によってジャイロのいわゆるサーマリー・インデュースト・ドリフトを低減することであった。サーマリー・インデュースト・ドリフトとは、センシング・コイルの中点に関する時間的温度変化の非対称分布に起因して発生する長尺干渉計固有の光位相差であり、ＦＯＧの主要な誤差要因の一つである。
光ファイバコイルの真空容器への収容は実装上の負担であるが、高精度領域を目指す場合断熱によるサーマリー・インデュースト・ドリフト抑圧の効果は大きな意義を有する。
そこで、発明者らは、超高精度用光ファイバジャイロにおいてＥＤＦ光源の空気振動遮断を効率的に実現するために、これを単独でＥＤＦのために行うのとほぼ変らない実装的負担において、センシング・コイルごと真空容器に収容する構成を提案する。
ＥＤＦ自体１０ｍ以上の長さを有するが、実装のコンパクト化のためにも高い曲率で巻回すると損失その他の性能劣化が生じるためにあまり小径に巻回することには耐えられない。一方で高精度用の光ファイバジャイロは、回転角速度と光位相差の関係係数であるサニャック係数を大きく得るために比較的大径に巻回され、その寸法はちょうどＥＤＦの巻回に適するφ６０〜７０ｍｍ程度に一致する。
本発明は、光ファイバ型光源の活性元素をドープした光ファイバと光ファイバコイルとは同一のコイルボビンの周りに巻回し、それらを巻回されたボビンが内部の気圧を１／１０気圧以下とされた真空容器に収容することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明は、
（１）ＥＤＦ光源への空気振動印加を遮断し、光源光の相対強度雑音によるジャイロ出力雑音を著しく低減する。
（２）上記（１）のための光学部真空容器収容を行うについて、ほぼその同じ実装負担においてサーマリー・インデュースト・ドリフトをもほぼ完全に排除する。
（３）さらに光ファイバコイルを十分の減圧下におくことには特開平７−１２８０７０号公報に記載のジャイロ出力雑音、すなわち熱外乱が誘起するサーマリー・インデュースト・ドリフトと同一原理の過程を介して空気振動誘起で生じる微弱な雑音成分が、顕著に低減される効果がある。この微小雑音は通常は意味を有しないレベルのものであるが、衛星用等の１／１０００deg/√Ｈ以下を目指すグレードにおいてはその抑圧が極めて有意義である。
以上のように（１）のための光学的真空容器収容を行うについて、必要の実装負担を同じままにしてジャイロのために最大の光学的効果を引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
光ファイバジャイロにおいては、サーマリー・インデュースト・ドリフトへの基本的な対策として、ボビンにコイルを構成する光ファイバループの中点から巻き始め、光ファイバの中点に関する対称部位をなるべく同一の環境に揃えて巻回する巻線方法が有用である。
図５を参照して従来の光ファイバコイルの巻線方法（特開平９−５３９４５号公報  参照）を説明する。
光ファイバの中点Ｐをボビン７１のフランジの孔７３より外部に導出し、端末Ｔａ、Ｔｂを巻き始め端とする光ファイバＡ、Ｂがボビン７１に所定の対数（ｎ対）のだけ巻回され、光ファイバコイル７２が作成される。光ファイバＡ、Ｂの巻き終わり端（端末７０ａ、７０ｂ）が融着接続される。光ファイバＡ、Ｂとして連続した線を用い、巻線終了後に中点Ｐで切断して端末Ｔａ、Ｔｂを形成する。
上記巻線方法を実行するために、本発明における光源用のＥＤＦをボビン上に巻回されるセンシングコイル（光ファイバコイル）よりも内側の下層に巻き込んでおく形態は不適切である。すなわち、光ファイバコイルの巻線はＥＤＦの巻線より複雑な工程により作成されるためである。
【０００９】
本発明においては、上記のような巻線を完了した光ファイバコイルと、本発明に係る光ファイバ型光源その他の光学系サブ・アセンブリとを光ファイバ線の融着接続を行って組み上げた後、ＥＤＦ線路部分を光ファイバコイルの外側に重ねて巻き付け固定し、余長部も適宜接着固定する。
光ファイバジャイロでは光源、受光器、光変調器等、その他のコイル以外の各光コンポーネントをボビンの中空部や端面底部に内蔵・収容する実装が有用である。本発明のＥＤＦ光源においても、ＥＤＦをコイル外側表面に巻回する他は、励起用ＬＤ光源、ＷＤＭ、カプラ及びアイソレータなどの光源部用部品も他の光学部品と共にボビン内部に収容され、その全体が真空容器に収容されることで結局光ファイバジャイロの光学部全体が真空容器中に収容される形態が望ましい。
図１に示すように、ＥＤＦの励起用光源１から光ファイバコイル８の外側のＥＤＦ３に至る励起光導入光ファイバ線路も他の余長部処理と共に取付面、コイル外表面、ボビン３２表面に接着材で固定される。カバー３１内部の空間はすべて連通しており、ボビン中空部の光部品を収容する空間等もすべて１／１０気圧以下に減圧されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示す光ファイバジャイロの断面構造を示す図。
【図２】従来の光ファイバ型光源を備えた光ファイバジャイロの構成図。
【図３】従来の熱的に絶縁した光ファイバコイルを備えた光ファイバジャイロの構成、及び断面構造を示す図。
【図４】従来の熱的に絶縁した光ファイバコイルを備えた光ファイバジャイロのノイズ評価を説明する図。
【図５】従来の光ファイバコイルの巻線方法を説明する図。
【符号の説明】
【００１１】
１・・・励起用光源、２・・・ＷＤＭカプラ、３・・・ＥＤＦ、８・・・光ファイバコイル
３０・・・基板、３１・・・カバー、３２・・・ボビン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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