WO2024024032A1 - Fiber optic gyroscope light source device - Google Patents
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- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
Definitions
- the present invention relates to a light source device for an optical fiber gyroscope, and particularly to a light source device for an optical fiber gyroscope for driving an interference type optical fiber gyroscope using an optical fiber coil.
- GNSS Global Navigation Satellite System
- INS Intelligent Navigation System
- a fiber optic gyroscope is known as a sensor used in the INS (for example, Patent Document 1).
- FOG is a rotational angular velocity sensor that utilizes the Sagnac effect of light.
- Optical fiber gyroscopes use an optical fiber coil, have no moving parts, are smaller than conventional mechanical gyroscopes, and have the advantage of being maintenance-free, and are attracting attention.
- the phase difference ⁇ generated according to the rotational angular velocity of the optical fiber gyroscope is obtained by multiplying the angular velocity ⁇ by a scale factor (SF) as a coefficient. That is, the coefficient of the angular velocity ⁇ on the right side of the formula for the phase difference ⁇ expressed below is called a scale factor.
- SF scale factor
- R is the radius of the optical fiber coil
- N is the number of turns of the optical fiber coil
- ⁇ is the wavelength
- c is the speed of light.
- the scale factor corresponds to the ratio of the angular velocity to the output signal, and as can be seen from Equation 1, it is subject to fluctuations in the wavelength ⁇ . If the scale factor is not stable over time, the phase difference will fluctuate even under a constant angular velocity, and the sensor output will also fluctuate. As a result, no matter how high the sensitivity (output signal) is, the Allan deviation, which is an indicator of gyroscope accuracy, gets worse over time. Therefore, it is necessary to increase the stability of the scale factor in order to improve the Allan deviation.
- Patent Document 1 is known as a method for increasing the stability of such a scale factor.
- Patent Document 1 relates to a symmetric wavelength multiplexer, and is a stabilized light source that reduces scale factor errors by reducing spectral asymmetry between orthogonal wavelength axes.
- the stabilized light source disclosed in Patent Document 1 has a good scale factor, when used as a light source for an optical fiber gyroscope, the band of laser light is narrow, and light backscattering and polarization within the optical fiber coil occur. Performance deterioration due to wave coupling, etc. was unavoidable.
- Patent Document 2 by the same applicant as the applicant of the present application is known as a light source device for an optical fiber gyroscope that has a wide band while increasing the stability of the scale factor of the laser beam.
- a light source device for an optical fiber gyroscope is made to have a wider band by increasing the stability of the scale factor, and also to provide light for a multifunctional integrated optical circuit used in an interferometric fiber optic gyroscope.
- RIN was reduced by performing phase modulation at an odd multiple of the fiber coil's natural frequency.
- random fluctuations between frequency components within a wide spectrum due to broadband light source devices cause very strong RIN in optical fiber gyroscopes.
- the noise that causes RIN in an optical fiber gyroscope has not been suppressed in advance on the optical fiber gyroscope light source device side. Therefore, it has been desired to develop a technique for suppressing the RIN of an optical fiber gyroscope by suppressing the RIN on the light source device side for the optical fiber gyroscope.
- the present invention seeks to provide a light source device for an optical fiber gyroscope that can suppress the relative intensity noise of the optical fiber gyroscope even when using a broadband light source that includes relative intensity noise.
- the noise suppression unit uses a beam splitter that splits light emitted from a broadband light source, a photodetector that converts the light split by the beam splitter into an electrical signal, and an electrical signal converted by the photodetector.
- Any device may be used as long as it includes a feedback control section that performs feedback control of the broadband light source.
- the noise suppression unit further includes a filter circuit that extracts an electrical signal corresponding to an odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil from the electrical signal converted by the photodetector.
- the feedback control section may be any device that performs feedback control of the broadband light source using the electrical signal extracted by the filter circuit.
- the noise suppression section further includes a signal splitter that splits the electrical signal converted by the photodetector into a plurality of electrical signals, and the filter circuit splits the electrical signal converted by the signal splitter into a plurality of electrical signals.
- the feedback control section includes a plurality of bandpass filters that extract a plurality of electrical signals each having a frequency that is a different odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil, and the feedback control section extracts a plurality of electrical signals that are extracted by the plurality of bandpass filters.
- the broadband light source may be feedback-controlled using a plurality of electrical signals.
- the noise suppressing section may suppress relative intensity noise at a frequency at least one time and three times the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
- the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention is an interference type light source using an optical fiber coil having a low natural frequency such that the frequency of an odd multiple of the n-th harmonic is lower than the cutoff frequency of the feedback control section. It may also be something that drives a fiber gyroscope.
- the feedback control section may be any type as long as it controls the drive current of the broadband light source.
- the noise suppression section may be composed of an intensity modulator that suppresses frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
- the noise suppression section may be composed of a semiconductor optical amplifier that suppresses frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
- the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention has the advantage that relative intensity noise of an optical fiber gyroscope can be suppressed even if a broadband light source that includes relative intensity noise is used.
- FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining an example of the configuration of a general interference type optical fiber gyroscope driven using the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- FIG. 3 is a schematic block diagram for explaining a specific example of the noise suppression section of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- FIG. 4 is a conceptual graph for explaining how the RIN of the modulation/demodulation frequency of light emitted from a broadband light source is suppressed by the filter circuit of the noise suppression section of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining an example of the configuration of a general interference type optical fiber gyr
- FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining another specific example of the noise suppression section of the light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- FIG. 6 is a diagram for explaining how RIN of a plurality of odd multiple frequencies of light emitted from a broadband light source is suppressed by a plurality of bandpass filters of a noise suppression section of a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention. This is an actual measurement graph.
- FIG. 7 is a sensitivity graph for explaining the suppression effect of RIN on the output of an optical fiber gyroscope by the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic block diagram for explaining still another specific example of the noise suppression section of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention can be used to drive an interference type optical fiber gyroscope using an optical fiber coil.
- the interference type optical fiber gyroscope is not particularly limited to a specific one, and any existing or future developed gyroscope can be applied.
- FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- the optical fiber gyroscope light source device of the present invention includes a broadband light source 10 and a noise suppressor 20. The light whose relative intensity noise has been suppressed by the noise suppressor 20 may be input to the interference type optical fiber gyroscope 1.
- the broadband light source 10 emits light that includes relative intensity noise (RIN). In the case of a light source that does not include relative intensity noise, there is no need to suppress the relative intensity noise. Therefore, in the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention, if a broadband light source 10 that emits light that includes RIN is used, good. Further, the light emitted by the broadband light source 10 may be a laser beam. Specifically, as the broadband light source 10, for example, an SLD (Super Luminescent Diode) light source can be used.
- SLD Super Luminescent Diode
- the SLD light source is a broadband light source that has the characteristics of a light emitting diode and a semiconductor laser, and has a wide spectrum like a light emitting diode, but emits high output light like a semiconductor laser. Since SLD light sources have excellent coupling with optical fibers, they are also commonly used as light sources for optical fiber gyroscopes.
- the frequency ⁇ of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil is determined for the counterclockwise light and clockwise light that have passed through the optical fiber coil, and the interference light that is recombined. By performing modulation and demodulation with m , it is possible to extract the angular velocity signal.
- the noise suppressor 20 basically suppresses the RIN of the frequency ⁇ m used in this modulation/demodulation, it should be possible to suppress the RIN in the interferometric optical fiber gyroscope 1 as well. A more specific configuration of the noise suppressor 20 will be described later.
- FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining an example of the configuration of a general interference type optical fiber gyroscope driven using the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the interference type optical fiber gyroscope 1 mainly includes an optical circulator 2, a multifunctional integrated optical circuit 3, a phase modulation signal generator 4, a photodetector 5, and a synchronous detector 6.
- An optical fiber coil 7 is connected to the multifunctional integrated optical circuit 3.
- the optical circulator 2 separates the light from the optical fiber gyroscope light source device of the present invention and interference light obtained by recombining the left-handed light and right-handed light that passed through the optical fiber coil 7. That is, the optical circulator 2 outputs the light from the optical fiber gyroscope light source device of the present invention to the multifunctional integrated optical circuit 3 side, and when the interference light returns to the optical circulator 2, it is output to the photodetector 5. It is output to the side.
- light from the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention enters from the left side of the optical circulator 2, and this light is output from the right side of the optical circulator 2.
- the multifunctional integrated optical circuit 3 includes a polarizer 3a, a Y branch/recombiner 3b, a first phase modulator 3c, and a second phase modulator 3d.
- the light from the optical fiber gyroscope light source device of the present invention is incident on the polarizer 3a via the optical circulator 2.
- the polarizer 3a allows only a single polarized light to pass through.
- the Y branch/recombiner 3b branches the incident light from the polarizer 3a, that is, a single polarized light, and makes the split light incident on both ends of the optical fiber coil 7, respectively.
- the light incident on both ends of the optical fiber coil 7 becomes counterclockwise light and clockwise light, respectively.
- the Y branch/recombiner 3b recombines the left-handed light and the right-handed light that have passed through the optical fiber coil 7, and outputs this as interference light to the optical circulator 2.
- the first phase modulator 3c modulates one of the incident lights incident on one end of the optical fiber coil 7. For example, it is sufficient to modulate the incident light that becomes clockwise light.
- the second phase modulator 3d modulates the other incident light that is incident on the other end of the optical fiber coil 7. For example, it is sufficient to modulate the incident light that becomes counterclockwise light.
- the phase modulation signal generator 4 generates a phase modulation signal.
- the phase modulation signal generator 4 outputs a phase modulation signal to the first phase modulator 3c and the second phase modulator 3d of the multifunctional integrated optical circuit 3.
- the phase modulation signal generator 4 multiplies a phase modulation signal so as to modulate the counterclockwise light and clockwise light that have passed through the optical fiber coil at a frequency ⁇ m of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil. It is generated for the functional integrated optical circuit 3.
- the photodetector 5 receives the interference light of the counterclockwise light and the clockwise light that have passed through the optical fiber coil 7 from the optical circulator 2, and detects the light intensity signal of this interference light.
- the synchronous detector 6 demodulates the phase modulated signal from the phase modulated signal generator 4 as a reference signal, and synchronously detects the optical intensity signal detected by the photodetector 5, thereby providing input to the optical fiber coil 7. It outputs an angular velocity detection signal.
- the RIN of the optical fiber gyroscope is suppressed by driving such an interference type optical fiber gyroscope 1 using light with a frequency ⁇ m in which RIN is suppressed by the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention.
- FIG. 3 is a schematic block diagram for explaining a specific example of the noise suppression section of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the noise suppressor 20 of the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention includes a beam splitter 21, a photodetector 22, a feedback controller 23, and a filter circuit 24.
- the beam splitter 21 splits the light emitted from the broadband light source 10. Specifically, the light is divided into light directed toward the interference type optical fiber gyroscope 1 and light directed toward a photodetector 22, which will be described later.
- the photodetector 22 converts the light split by the beam splitter 21 into electrical signals.
- the photodetector 22 receives the light split by the beam splitter 21, that is, the light from the broadband light source 10, and detects the light intensity signal of this light as an electrical signal.
- the feedback control unit 23 performs feedback control of the broadband light source 10 using the electrical signal converted by the photodetector 22. Specifically, the feedback control unit 23 may control the drive current of the broadband light source 10, for example. For example, when an SLD light source is used as the broadband light source 10, there is a strong correlation between drive current and output light intensity of the SLD light source. Therefore, the photodetector 22 detects fluctuations in the light emitted from the SLD light source, and the feedback control section 23 performs feedback control of the drive current of the SLD light source so as to cancel out the fluctuations.
- the filter circuit 24 extracts, from the electrical signal converted by the photodetector 22, an electrical signal corresponding to a frequency that is an odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil 7. That is, when the modulation signal used in the phase modulation signal generator 4 of the optical fiber gyroscope 1 described using FIG . Any bandpass filter that can extract the signal may be used.
- the feedback control unit 23 performs feedback control of the broadband light source 10 using the electrical signal extracted by the filter circuit 24 .
- feedback control is performed using a signal of frequency ⁇ m , so it becomes possible to suppress the influence of noise at frequency ⁇ m .
- feedback control may be performed using, for example, a low-pass filter that passes all signals of frequency ⁇ m or lower.
- FIG. 4 is a conceptual graph for explaining how the RIN of the frequency ⁇ m of light emitted from the broadband light source is suppressed by the filter circuit of the noise suppression unit of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the horizontal axis is frequency and the vertical axis is noise intensity.
- RIN is suppressed around the frequency ⁇ m which is the modulation/demodulation frequency.
- the optical fiber gyroscope 1 modulates and demodulates at the frequency ⁇ m . It seems that the light source device for the optical fiber gyroscope should also perform feedback control using only the signal at the frequency ⁇ m . . However, although the effect is high even with just the frequency ⁇ m , it was discovered for the first time that frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic, such as the frequency 3 ⁇ m and the frequency 5 ⁇ m , also affect the output signal as noise.
- FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining another specific example of the noise suppression section of the light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- the noise suppressor 20 of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention further includes a signal distributor 25 in addition to the configuration shown in FIG.
- the signal distributor 25 divides the electrical signal converted by the photodetector 22 into a plurality of electrical signals.
- the photodetector 22 may be one that divides the electrical signal into three, for example.
- the filter circuit 24 extracts a plurality of electrical signals having frequencies that are different odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil from the plurality of electrical signals divided by the signal splitter 25.
- Any filter consisting of a plurality of band pass filters (BPF) 24a, 24b, and 24c may be used. That is, it is sufficient to prepare a plurality of bandpass filters according to the number of signals distributed by the signal distributor 25.
- the plurality of bandpass filters 24a, 24b, and 24c are capable of extracting signals with a frequency of 1vm , a frequency of 3vm , and a frequency of 5vm , respectively.
- the feedback control unit 23 can feedback the broadband light source 10 using a plurality of electrical signals extracted by a plurality of bandpass filters 24a, 24b, and 24c. Can be controlled. Note that the plurality of odd frequency signals is not necessarily limited to three as in the illustrated example.
- FIG. 6 is a diagram for explaining how RIN of a plurality of odd multiple frequencies of light emitted from a broadband light source is suppressed by a plurality of bandpass filters of a noise suppression section of a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention.
- This is an actual measurement graph.
- the horizontal axis is frequency and the vertical axis is noise intensity.
- This example is an output signal of a light source device for an optical fiber gyroscope when RIN with a frequency of 1 ⁇ m and a frequency of 3 ⁇ m is suppressed.
- the output signal of the optical fiber gyroscope light source device when RIN of frequencies 1v m and 3v m is suppressed is represented by a black line, and the signal output when RIN is not suppressed is represented by a gray line. As shown in the figure, it can be seen that RIN is suppressed around frequencies 1v m and 3v m , which are modulation/demodulation frequencies.
- bandpass filters are used to suppress individual odd-numbered multiples of frequencies
- the present invention is not limited to this, and may be applied to a low-pass filter that passes all signals of multiple odd-numbered frequencies. Feedback control may also be performed using .
- FIG. 7 is a sensitivity graph for explaining the suppression effect of RIN on the output of an optical fiber gyroscope by the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the horizontal axis is the modulation index
- the vertical axis is the sensitivity (ARW (Angle Random Walk).
- ARW Angle Random Walk
- the frequency It can be seen that when the RIN of 1 ⁇ m is suppressed, the ARW is kept very low.Furthermore, when the two RINs of the frequency 1 ⁇ m and the frequency 3 ⁇ m are suppressed, the ARW is kept even lower.
- FIG. 8 is a schematic block diagram for explaining still another specific example of the noise suppression section of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention.
- the noise suppression section 20 of the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention includes a beam splitter 21, a photodetector 22, and a feedback control section 23. That is, the noise suppressor 20 shown in FIG. 8 does not include the filter circuit 24 used in the noise suppressor 20 shown in FIG. 3.
- modulation can be performed without using the filter circuit 24.
- modulation can be performed without using the filter circuit 24.
- the cutoff frequency of the feedback control unit 23 The function is similar to that of a filter circuit, specifically a low-pass filter.
- the noise suppression section is not limited to the illustrated example described above, as long as it can suppress frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
- the noise suppressor 20 in FIG. 1 may be composed of an intensity modulator. That is, the intensity modulator may be of any type as long as it is capable of suppressing the light intensity at a frequency of 1 ⁇ m , for example. Furthermore, it may be possible to suppress the light intensity not only at a frequency of 1v m but also at a frequency of 3v m or a frequency of 5v m .
- the RIN of the modulation/demodulation frequency of light from a broadband light source is suppressed, and the RIN of the optical fiber gyroscope is suppressed. It is possible to suppress it.
- the noise suppression section 20 may be composed of a semiconductor optical amplifier. Similar to the intensity modulator described above, by attenuating light at a specific frequency as described above using a semiconductor optical amplifier, the RIN of the modulation/demodulation frequency of light from a broadband light source is suppressed, and the optical fiber The RIN of the gyroscope can be suppressed.
- the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention by suppressing the RIN of the modulation/demodulation frequency that can be a problem in the optical fiber gyroscope in advance on the light source device side for the optical fiber gyroscope, RIN that may occur in an optical fiber gyroscope can be suppressed. This can improve the short-term stability of the fiber optic gyroscope.
- the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
- Interferometric fiber optic gyroscope 2 Optical circulator 3 Multifunctional integrated optical circuit 3a Polarizer 3b Y branch/recombiner 3c First phase modulator 3d Second phase modulator 4 Phase modulation signal generator 5 Photodetector 6 Synchronization Detector 7 Optical fiber coil 10 Broadband light source 20 Noise suppression section 21 Beam splitter 22 Photodetector 23 Feedback control section 24 Filter circuit 24a, 24b, 24c Band pass filter 25 Signal distributor
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Abstract
Description
本発明は光ファイバジャイロスコープ用光源装置に関し、特に、光ファイバコイルを用いる干渉型光ファイバジャイロスコープを駆動するための光ファイバジャイロスコープ用光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device for an optical fiber gyroscope, and particularly to a light source device for an optical fiber gyroscope for driving an interference type optical fiber gyroscope using an optical fiber coil.
近年の自動制御、自律航法の急速な発展に伴い、移動体の現在位置の精度向上に関する要求が年々高まっている。自律航法技術としては、GNSS(Global Navigation Satellite System:全球測位衛星システム)やINS(Inertial Navigation System:慣性航法)が知られている。 With the rapid development of automatic control and autonomous navigation in recent years, the demand for improving the accuracy of the current location of moving objects is increasing year by year. As autonomous navigation technologies, GNSS (Global Navigation Satellite System) and INS (Inertial Navigation System) are known.
ここで、INSに用いられるセンサとして、光ファイバジャイロスコープ(FOG:Fiber optic gyroscope)が知られている(例えば特許文献1)。FOGは、光のサニャック効果を利用した回転角速度センサである。光ファイバジャイロスコープは、光ファイバコイルを用いるものであり運動部分がなく、従来の機械式ジャイロに比べて小型でありメンテナンスフリーであるといった利点を有し注目されている。 Here, a fiber optic gyroscope (FOG) is known as a sensor used in the INS (for example, Patent Document 1). FOG is a rotational angular velocity sensor that utilizes the Sagnac effect of light. Optical fiber gyroscopes use an optical fiber coil, have no moving parts, are smaller than conventional mechanical gyroscopes, and have the advantage of being maintenance-free, and are attracting attention.
光ファイバジャイロスコープの回転角速度に応じて発生する位相差ΔΦは、角速度Ωにスケールファクタ(SF)を係数として乗じて求められる。即ち、以下に表される位相差ΔΦの数式の右辺の角速度Ωの係数をスケールファクタと呼んでいる。
スケールファクタは、角速度と出力信号の比に相当するものであり、数1からも分かるように、波長λの変動を受けるものである。スケールファクタが時間的に安定しないと、一定角速度下においても位相差が揺らいでしまい、センサ出力も揺らぐことになる。結果的に、感度(出力信号)がいくら高くても、ジャイロスコープの精度の指標となるアラン偏差が長期的になるほど悪くなってしまう。したがってアラン偏差を向上させるためにスケールファクタの安定度を高める必要がある。
The scale factor corresponds to the ratio of the angular velocity to the output signal, and as can be seen from
このようなスケールファクタの安定度を高めるものとして、特許文献1が知られている。特許文献1は、対称波長マルチプレクサに関するものであり、波長の直交軸間のスペクトルの非対称性を軽減することで、スケールファクタエラーを軽減させた安定化光源である。しかしながら、特許文献1のような安定化光源は、スケールファクタは良好なものの、光ファイバジャイロスコープの光源として用いた場合には、レーザ光の帯域が狭く、光ファイバコイル内の光後方散乱や偏波結合等による性能劣化は避けられなかった。
このような光ファイバコイル内の光後方散乱や偏波結合等を避けるためには、広帯域のレーザ光を用いれば良い。レーザ光のスケールファクタの安定度を高めた上で広帯域化した光ファイバジャイロスコープ用光源装置として、本願出願人と同一出願人による特許文献2が知られている。
In order to avoid such light backscattering and polarization coupling within the optical fiber coil, a broadband laser beam may be used.
ここで、光ファイバジャイロスコープ用光源装置からのレーザ光を広帯域化すると、異なる周波数の光が互いに干渉することで強度に時間的な揺らぎが生ずる。この強度の揺らぎを強度雑音というが、単位周波数あたりの強度雑音を平均光パワーで割ったものは、相対強度雑音(RIN(Relative Intensity Noise))と呼ばれている。特許文献2では、光ファイバジャイロスコープ用光源装置側ではなく、干渉型光ファイバジャイロスコープ側で用いられる多機能集積光回路に対して、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍で位相変調することで、RINを低減している。
Here, when the laser light from the light source device for an optical fiber gyroscope is made to have a wide band, light of different frequencies interfere with each other, causing temporal fluctuations in intensity. This intensity fluctuation is called intensity noise, and the intensity noise per unit frequency divided by the average optical power is called relative intensity noise (RIN). In
上述の通り、特許文献2では、光ファイバジャイロスコープ用光源装置においてスケールファクタの安定度を高めた上で広帯域化すると共に、干渉型光ファイバジャイロスコープで用いられる多機能集積光回路に対して光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍で位相変調することで、RINを低減していた。一方、光源装置の広帯域化による広いスペクトル内の周波数成分間のランダムな揺らぎは、光ファイバジャイロスコープにおいて非常に強いRINを引き起こす。しかしながら、光ファイバジャイロスコープにおいてRINを引き起こす雑音を光ファイバジャイロスコープ用光源装置側で予め抑圧することは、これまで行われてこなかった。このため、光ファイバジャイロスコープ用光源装置側でRINを抑圧することで光ファイバジャイロスコープのRINを抑圧する技術の開発が望まれていた。
As mentioned above, in
本発明は、斯かる実情に鑑み、相対強度雑音が含まれる広帯域光源を用いても光ファイバジャイロスコープの相対強度雑音を抑圧可能な光ファイバジャイロスコープ用光源装置を提供しようとするものである。 In view of these circumstances, the present invention seeks to provide a light source device for an optical fiber gyroscope that can suppress the relative intensity noise of the optical fiber gyroscope even when using a broadband light source that includes relative intensity noise.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による光ファイバジャイロスコープ用光源装置は、相対強度雑音が含まれる光を発する広帯域光源と、広帯域光源から発せられる光の相対強度雑音に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波(n=1,2,3・・・)の奇数倍の周波数の相対強度雑音を抑圧する雑音抑圧部と、を具備するものである。 In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, the light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention includes a broadband light source that emits light that includes relative intensity noise, and a light source that emits light that includes relative intensity noise. , a noise suppression unit that suppresses relative intensity noise of frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic (n=1, 2, 3, . . . ) of the natural frequency of the optical fiber coil.
ここで、雑音抑圧部は、広帯域光源から発せられる光を分割するビームスプリッタと、ビームスプリッタにより分割される光を電気信号に変換する光検出器と、光検出器により変換される電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を具備するものであれば良い。 Here, the noise suppression unit uses a beam splitter that splits light emitted from a broadband light source, a photodetector that converts the light split by the beam splitter into an electrical signal, and an electrical signal converted by the photodetector. Any device may be used as long as it includes a feedback control section that performs feedback control of the broadband light source.
また、雑音抑圧部は、さらに、光検出器により変換される電気信号に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の奇数倍の周波数に対応する電気信号を抽出する、フィルタ回路を具備し、フィードバック制御部は、フィルタ回路により抽出される電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御する、ものであれば良い。 The noise suppression unit further includes a filter circuit that extracts an electrical signal corresponding to an odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil from the electrical signal converted by the photodetector. The feedback control section may be any device that performs feedback control of the broadband light source using the electrical signal extracted by the filter circuit.
また、雑音抑圧部は、さらに、光検出器により変換される電気信号を複数の電気信号に分割する信号分配器を有し、フィルタ回路は、信号分配器により分割される複数の電気信号に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の異なる奇数倍の周波数をそれぞれ有する複数の電気信号を抽出する複数のバンドパスフィルタからなり、フィードバック制御部は、複数のバンドパスフィルタにより抽出される複数の電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御する、ものであっても良い。 The noise suppression section further includes a signal splitter that splits the electrical signal converted by the photodetector into a plurality of electrical signals, and the filter circuit splits the electrical signal converted by the signal splitter into a plurality of electrical signals. The feedback control section includes a plurality of bandpass filters that extract a plurality of electrical signals each having a frequency that is a different odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil, and the feedback control section extracts a plurality of electrical signals that are extracted by the plurality of bandpass filters. The broadband light source may be feedback-controlled using a plurality of electrical signals.
また、雑音抑圧部は、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の少なくとも1倍の周波数及び3倍の周波数の相対強度雑音を抑圧するものであれば良い。 Further, the noise suppressing section may suppress relative intensity noise at a frequency at least one time and three times the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
また、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置は、フィードバック制御部のカットオフ周波数よりもn次高調波の奇数倍の周波数が低くなるような、固有周波数が低い光ファイバコイルを用いる干渉型光ファイバジャイロスコープを駆動するものであっても良い。 Further, the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention is an interference type light source using an optical fiber coil having a low natural frequency such that the frequency of an odd multiple of the n-th harmonic is lower than the cutoff frequency of the feedback control section. It may also be something that drives a fiber gyroscope.
また、フィードバック制御部は、広帯域光源の駆動電流を制御するものであれば良い。 Further, the feedback control section may be any type as long as it controls the drive current of the broadband light source.
また、雑音抑圧部は、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の奇数倍の周波数を抑圧する強度変調器からなるものであっても良い。 Furthermore, the noise suppression section may be composed of an intensity modulator that suppresses frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
また、雑音抑圧部は、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の奇数倍の周波数を抑圧する半導体光増幅器からなるものであっても良い。 Furthermore, the noise suppression section may be composed of a semiconductor optical amplifier that suppresses frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil.
本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置には、相対強度雑音が含まれる広帯域光源を用いても光ファイバジャイロスコープの相対強度雑音を抑圧可能であるという利点がある。 The light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention has the advantage that relative intensity noise of an optical fiber gyroscope can be suppressed even if a broadband light source that includes relative intensity noise is used.
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置は、光ファイバコイルを用いる干渉型光ファイバジャイロスコープを駆動するために用いることが可能なものである。干渉型光ファイバジャイロスコープについては特に特定のものには限定されず、既存の又は今後開発されるべく如何なるものでも適用可能である。図1は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置を説明するための概略ブロック図である。図示の通り、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置は、広帯域光源10と、雑音抑圧部20とから構成されている。雑音抑圧部20により相対強度雑音が抑圧された光が、干渉型光ファイバジャイロスコープ1に入力されれば良い。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to illustrated examples. The light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention can be used to drive an interference type optical fiber gyroscope using an optical fiber coil. The interference type optical fiber gyroscope is not particularly limited to a specific one, and any existing or future developed gyroscope can be applied. FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention. As shown in the figure, the optical fiber gyroscope light source device of the present invention includes a
広帯域光源10は、相対強度雑音(RIN(Relative Intensity Noise))が含まれる光を発するものである。相対強度雑音が含まれない光源の場合には、相対強度雑音を抑圧する必要がないため、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置では、RINが含まれる光を発する広帯域光源10が用いられれば良い。また、広帯域光源10の発する光は、レーザ光であれば良い。具体的には、広帯域光源10としては、例えばSLD(Super Luminescent Diode)光源を用いることができる。SLD光源は、発光ダイオードと半導体レーザの2つの特性を持つ広帯域光源であり、発光ダイオードのように幅広いスペクトルを持ちながら、半導体レーザのように高出力の光を発するものである。SLD光源は光ファイバとの結合に優れるものであるため、光ファイバジャイロスコープ用の光源としても一般的に用いられるものである。
The
雑音抑圧部20は、広帯域光源10から発せられる光のRINを抑圧するものである。より具体的には、雑音抑圧部20は、広帯域光源10から発せられる光のRINに対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波(n=1,2,3・・・)の奇数倍の周波数のRINを抑圧すれば良い。干渉型光ファイバジャイロスコープ1では、光ファイバコイルを通過した左回り光と右回り光、及びそれらを再結合した干渉光に対して、それぞれ光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の周波数νmで変調及び復調を施すことで、角速度信号を取り出すことができるようにしている。したがって、雑音抑圧部20では、基本的にはこの変調・復調の際に用いられる周波数νmのRINを抑圧すれば干渉型光ファイバジャイロスコープ1におけるRINも抑圧できるはずである。雑音抑圧部20のより具体的な構成については後述する。
The
このように周波数νmのRINが抑圧された光が、干渉型光ファイバジャイロスコープ1に入力される。ここで、干渉型光ファイバジャイロスコープ1の一般的な構成について説明する。図2は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置を用いて駆動される一般的な干渉型光ファイバジャイロスコープの構成の一例を説明するための概略ブロック図である。干渉型光ファイバジャイロスコープ1は、光サーキュレータ2と、多機能集積光回路3と、位相変調信号発生器4と、光検出器5と、同期検波器6とから主に構成されている。そして、多機能集積光回路3に光ファイバコイル7が接続されている。
The light with the RIN of frequency ν m suppressed in this manner is input to the interference type
光サーキュレータ2は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置からの光と、光ファイバコイル7を通過した左回り光と右回り光とを再結合した干渉光と、を分離するものである。即ち、光サーキュレータ2は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置からの光を、多機能集積光回路3側に出力すると共に、干渉光が光サーキュレータ2に戻ってくると、光検出器5側に出力するものである。図面上、光サーキュレータ2の左側からは、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置からの光が入射され、光サーキュレータ2の右側からこの光が出力される。そして、光ファイバコイル7を通過した左回り光と右回り光とを再結合した干渉光が戻ってくると、光サーキュレータ2の右側に入射され、下側の後述の光検出器5に出力される。
The
多機能集積光回路3は、偏光子3aと、Y分岐・再結合器3bと、第1位相変調器3cと、第2位相変調器3dとからなる。偏光子3aは、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置からの光が、光サーキュレータ2を介して入射されるものである。そして、偏光子3aは、単一の偏光のみを通過させる。Y分岐・再結合器3bは、偏光子3aからの入射光、即ち、単一の偏光を分岐して、光ファイバコイル7の両端にそれぞれ入射する。光ファイバコイル7の両端に入射された光は、それぞれ左回り光と右回り光となる。そして、Y分岐・再結合器3bは、光ファイバコイル7を通過した左回り光と右回り光とを再結合し、これを干渉光として光サーキュレータ2へ出力する。第1位相変調器3cは、光ファイバコイル7の一端に入射される一方の入射光を変調するものである。例えば、右回り光となる入射光を変調すれば良い。また、第2位相変調器3dは、光ファイバコイル7の他端に入射される他方の入射光を変調するものである。例えば、左回り光となる入射光を変調すれば良い。
The multifunctional integrated
位相変調信号発生器4は、位相変調信号を生成するものである。位相変調信号発生器4は、多機能集積光回路3の第1位相変調器3c及び第2位相変調器3dに対して、位相変調信号を出力する。位相変調信号発生器4は、光ファイバコイルを通過した左回り光と右回り光に対して光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の周波数νmで変調するように、位相変調信号を多機能集積光回路3に対して生成する。
The phase
光検出器5は、光ファイバコイル7を通過した左回り光と右回り光との干渉光が光サーキュレータ2から入射され、この干渉光の光強度信号を検出するものである。
The
同期検波器6は、位相変調信号発生器4からの位相変調信号を参照信号として用いて復調し、光検出器5により検出される光強度信号を同期検波することで、光ファイバコイル7に対する入力角速度の検出信号を出力するものである。
The
本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置による周波数νmのRINを抑圧した光を用いて、このような干渉型光ファイバジャイロスコープ1を駆動することで、光ファイバジャイロスコープのRINが抑圧される。
The RIN of the optical fiber gyroscope is suppressed by driving such an interference type
次に、雑音抑圧部20の具体例について説明する。図3は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部の具体例を説明するための概略ブロック図である。図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部20は、ビームスプリッタ21と、光検出器22と、フィードバック制御部23と、フィルタ回路24とから構成されている。
Next, a specific example of the
ビームスプリッタ21は、広帯域光源10から発せられる光を分割するものである。具体的には、干渉型光ファイバジャイロスコープ1へ向かう光と後述の光検出器22へ向かう光に分割するものである。
The
光検出器22は、ビームスプリッタ21により分割される光を電気信号に変換するものである。光検出器22は、ビームスプリッタ21により分割される光、即ち、広帯域光源10からの光が入射され、この光の光強度信号を電気信号として検出するものである。
The
フィードバック制御部23は、光検出器22により変換される電気信号を用いて広帯域光源10をフィードバック制御するものである。具体的には、フィードバック制御部23は、例えば広帯域光源10の駆動電流を制御すれば良い。広帯域光源10として、例えばSLD光源を用いた場合、SLD光源は駆動電流と出力光強度に強い相関がある。したがって、SLD光源から発せられる光の変動を光検出器22で検出し、フィードバック制御部23では変動を打ち消すようにSLD光源の駆動電流をフィードバック制御すれば良い。
The
フィルタ回路24は、光検出器22により変換される電気信号に対して、光ファイバコイル7の固有周波数のn次高調波の奇数倍の周波数に対応する電気信号を抽出するものである。即ち、図2を用いて説明した光ファイバジャイロスコープ1の位相変調信号発生器4で用いた変調信号として、例えば変調・復調周波数νmを用いた場合には、フィルタ回路24は、周波数νmの信号を抽出可能なバンドパスフィルタであれば良い。
The
フィードバック制御部23は、フィルタ回路24により抽出される電気信号を用いて広帯域光源10をフィードバック制御する。これにより、周波数νmの信号を用いてフィードバック制御することになるため、周波数νmにおける雑音の影響を抑圧することが可能となる。その結果、広帯域光源10から発せられる光の周波数νmのRINを抑圧することが可能となる。なお、周波数νmの信号が抑圧できれば良いので、例えば周波数νm以下の信号をすべて通すローパスフィルタを用いてフィードバック制御しても良い。
The
図4は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部のフィルタ回路により広帯域光源から発せられる光の周波数νmのRINが抑圧された様子を説明するための概念グラフである。図中、横軸が周波数であり、縦軸が雑音強度である。図示の通り、変調・復調周波数である周波数νmを中心にRINが抑圧されていることが分かる。このように変調・復調周波数のRINが抑圧された光を用いて光ファイバジャイロスコープ1を駆動すれば、光ファイバジャイロスコープ1のRINを抑圧することが可能となる。
FIG. 4 is a conceptual graph for explaining how the RIN of the frequency ν m of light emitted from the broadband light source is suppressed by the filter circuit of the noise suppression unit of the optical fiber gyroscope light source device of the present invention. In the figure, the horizontal axis is frequency and the vertical axis is noise intensity. As shown in the figure, it can be seen that RIN is suppressed around the frequency ν m which is the modulation/demodulation frequency. By driving the
ここで、一見すると、光ファイバジャイロスコープ1では周波数νmで変調・復調しているため、光ファイバジャイロスコープ用光源装置でも周波数νmの信号のみを用いてフィードバック制御すれば良いように思われる。しかしながら、周波数νmのみでも効果は高いものの、さらに周波数3νmや周波数5νmといった、n次高調波の奇数倍の周波数についても雑音として出力信号に影響することを、今回初めて発見した。即ち、周波数1νmだけでなく、周波数3νmや周波数5νmといった、n次高調波の奇数倍の周波数の信号を用いてフィードバック制御することで、より効果が高いことが分かった。周波数1νmの場合よりも、さらに周波数3νmといった複数の奇数倍の周波数の信号を用いた場合のほうが、より短期安定度を改善できる。
At first glance, since the
このように複数の奇数倍の周波数の信号を用いる具体例について説明する。図5は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部の他の具体例を説明するための概略ブロック図である。図中、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部20は、図3の構成に対して、さらに信号分配器25を有している。信号分配器25は、光検出器22により変換される電気信号を複数の電気信号に分割するものである。図示例のように、光検出器22は、例えば3つに電気信号を分割するものであれば良い。
A specific example of using signals of a plurality of odd-numbered frequencies in this way will be described. FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining another specific example of the noise suppression section of the light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention. In the figure, parts with the same reference numerals as in FIG. 3 represent the same parts. As shown in the figure, the
そして、フィルタ回路24は、信号分配器25により分割される複数の電気信号に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の異なる奇数倍の周波数をそれぞれ有する複数の電気信号を抽出する複数のバンドパスフィルタ(BPF)24a,24b,24cからなるものであれば良い。即ち、信号分配器25の分配数に応じて複数のバンドパスフィルタを用意すれば良い。複数のバンドパスフィルタ24a,24b,24cは、それぞれ周波数1νmと周波数3νmと周波数5νmの信号を抽出可能なものである。
Then, the
このような構成の信号分配器25及びフィルタ回路24を用いることで、フィードバック制御部23では、複数のバンドパスフィルタ24a,24b,24cにより抽出される複数の電気信号を用いて広帯域光源10をフィードバック制御できる。なお、複数の奇数倍の周波数の信号は必ずしも図示例のように3つには限定されない。
By using the
図6は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部の複数のバンドパスフィルタにより広帯域光源から発せられる光の複数の奇数倍の周波数のRINが抑圧された様子を説明するための実測グラフである。図中、横軸が周波数であり、縦軸が雑音強度である。この例は、周波数1νmと周波数3νmのRINを抑圧した場合の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の出力信号である。また、周波数1νmと周波数3νmのRINを抑圧した場合の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の出力信号を黒線で表し、RINを抑圧していない場合の信号出力をグレー線で表した。図示の通り、変調・復調周波数である周波数1νmと周波数3νmを中心にRINが抑圧されていることが分かる。 FIG. 6 is a diagram for explaining how RIN of a plurality of odd multiple frequencies of light emitted from a broadband light source is suppressed by a plurality of bandpass filters of a noise suppression section of a light source device for an optical fiber gyroscope according to the present invention. This is an actual measurement graph. In the figure, the horizontal axis is frequency and the vertical axis is noise intensity. This example is an output signal of a light source device for an optical fiber gyroscope when RIN with a frequency of 1 ν m and a frequency of 3 ν m is suppressed. Further, the output signal of the optical fiber gyroscope light source device when RIN of frequencies 1v m and 3v m is suppressed is represented by a black line, and the signal output when RIN is not suppressed is represented by a gray line. As shown in the figure, it can be seen that RIN is suppressed around frequencies 1v m and 3v m , which are modulation/demodulation frequencies.
なお、個々の複数の奇数倍の周波数をそれぞれ抑圧するためにバンドパスフィルタを用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の奇数倍の周波数の信号をすべて通すローパスフィルタを用いてフィードバック制御しても良い。 Although an example has been described in which bandpass filters are used to suppress individual odd-numbered multiples of frequencies, the present invention is not limited to this, and may be applied to a low-pass filter that passes all signals of multiple odd-numbered frequencies. Feedback control may also be performed using .
図7は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置による光ファイバジャイロスコープの出力に対するRINの抑圧効果について説明するための感度グラフである。図中、横軸が変調指数であり、縦軸が感度(ARW(Angle Random Walk)である。図示の通り、光ファイバジャイロスコープ用光源装置においてRINの抑圧を行わなかった場合に比べて、周波数1νmのRINを抑圧した場合にARWが非常に低く抑えられていることが分かる。さらに、周波数1νmと周波数3νmの2つのRINを抑圧した場合には、よりARWが低く抑えられていることが分かる。さらにまた、周波数1νmと周波数3νmと周波数5νmの3つのRINを抑圧した場合にも、2つのRINを抑圧した場合と比べてよりARWが低く抑えられていることが分かる。さらに高周波の奇数倍の周波数のRINを抑圧すれば、よりARWが低く抑えられる。但し、図7によれば、雑音抑圧部における費用対効果の面からは、周波数1νmと周波数3νm、即ち、少なくとも1倍の周波数及び3倍の周波数のRINを抑圧するのが必要十分であり最も効率が良いことが分かる。 FIG. 7 is a sensitivity graph for explaining the suppression effect of RIN on the output of an optical fiber gyroscope by the optical fiber gyroscope light source device of the present invention. In the figure, the horizontal axis is the modulation index, and the vertical axis is the sensitivity (ARW (Angle Random Walk). As shown in the figure, the frequency It can be seen that when the RIN of 1ν m is suppressed, the ARW is kept very low.Furthermore, when the two RINs of the frequency 1ν m and the frequency 3ν m are suppressed, the ARW is kept even lower. Furthermore, it can be seen that even when three RINs of frequency 1ν m , frequency 3ν m , and frequency 5ν m are suppressed, the ARW is suppressed lower than when two RINs are suppressed. Furthermore, by suppressing RIN at frequencies that are odd multiples of the high frequency, ARW can be further suppressed.However , according to FIG. That is, it can be seen that it is necessary and sufficient to suppress the RIN of at least one frequency and three times the frequency, and is most efficient.
次に、雑音抑圧部20の他の具体例について説明する。図8は、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部のさらに他の具体例を説明するための概略ブロック図である。図中、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置の雑音抑圧部20は、ビームスプリッタ21と、光検出器22と、フィードバック制御部23とから構成されている。即ち、図8に示される雑音抑圧部20は、図3に示した雑音抑圧部20で使用していたフィルタ回路24が無いものである。本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置を用いて、固有周波数が低い光ファイバコイル7を用いる干渉型光ファイバジャイロスコープ1を駆動するようにした場合には、フィルタ回路24を用いなくても変調・復調周波数のRINを抑圧できる場合がある。例えば、上述のフィードバック制御部23のカットオフ周波数よりもn次高調波の奇数倍の周波数が低くなるような、固有周波数が低い光ファイバコイルを用いる場合には、フィードバック制御部23のカットオフ周波数がフィルタ回路、具体的にはローパスフィルタと同じような働きとなる。即ち、フィードバック制御部23のカットオフ周波数よりも周波数1νmが低い場合には、フィードバック制御によりカットオフ周波数よりも低い周波数1νmを含むRINが抑圧されることになる。なお、複数のRINを抑圧する場合には、フィードバック制御部23のカットオフ周波数よりも例えば周波数3νmが低い場合には、周波数1νmと周波数3νmを含むRINがすべて抑圧されることになる。
Next, another specific example of the
さらに、雑音抑圧部は、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の奇数倍の周波数を抑圧することができるものであれば、上述の図示例には限定されない。例えば、図1の雑音抑圧部20は、強度変調器からなるものであっても良い。即ち、強度変調器は、例えば周波数1νmの光強度を抑圧可能なものであれば良い。また、周波数1νmだけでなく、周波数3νmや周波数5νmの光強度を抑圧可能なものであっても良い。強度変調器を用いて上述のような特定の周波数の光強度を抑圧することで、上述と同様に、広帯域光源からの光の変調・復調周波数のRINが抑圧され、光ファイバジャイロスコープのRINを抑圧することが可能となる。
Furthermore, the noise suppression section is not limited to the illustrated example described above, as long as it can suppress frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil. For example, the
さらにまた、雑音抑圧部20は、半導体光増幅器からなるものであっても良い。上述の強度変調器と同様、半導体光増幅器により上述のような特定の周波数の光を減衰させることで、上述と同様に、広帯域光源からの光の変調・復調周波数のRINが抑圧され、光ファイバジャイロスコープのRINが抑圧することが可能となる。
Furthermore, the
このように、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置によれば、光ファイバジャイロスコープで問題となり得る変調・復調周波数のRINを予め光ファイバジャイロスコープ用光源装置側で抑圧しておくことで、光ファイバジャイロスコープにおいて発生し得るRINを抑圧できる。これにより、光ファイバジャイロスコープの短期安定度を改善することができる。 As described above, according to the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention, by suppressing the RIN of the modulation/demodulation frequency that can be a problem in the optical fiber gyroscope in advance on the light source device side for the optical fiber gyroscope, RIN that may occur in an optical fiber gyroscope can be suppressed. This can improve the short-term stability of the fiber optic gyroscope.
なお、本発明の光ファイバジャイロスコープ用光源装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the light source device for an optical fiber gyroscope of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 干渉型光ファイバジャイロスコープ
2 光サーキュレータ
3 多機能集積光回路
3a 偏光子
3b Y分岐・再結合器
3c 第1位相変調器
3d 第2位相変調器
4 位相変調信号発生器
5 光検出器
6 同期検波器
7 光ファイバコイル
10 広帯域光源
20 雑音抑圧部
21 ビームスプリッタ
22 光検出器
23 フィードバック制御部
24 フィルタ回路
24a,24b,24c バンドパスフィルタ
25 信号分配器
1 Interferometric fiber
Claims (9)
相対強度雑音が含まれる光を発する広帯域光源と、
前記広帯域光源から発せられる光の相対強度雑音に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波(n=1,2,3・・・)の奇数倍の周波数の相対強度雑音を抑圧する雑音抑圧部と、
を具備することを特徴とする光ファイバジャイロスコープ用光源装置。 A light source device for an optical fiber gyroscope for driving an interference type optical fiber gyroscope using an optical fiber coil, the light source device for an optical fiber gyroscope includes:
a broadband light source that emits light with relative intensity noise;
suppressing relative intensity noise of frequencies that are odd multiples of the n-th harmonic (n=1, 2, 3...) of the natural frequency of the optical fiber coil with respect to the relative intensity noise of light emitted from the broadband light source; a noise suppression section;
A light source device for an optical fiber gyroscope, comprising:
前記広帯域光源から発せられる光を分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分割される光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器により変換される電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を具備することを特徴とする光ファイバジャイロスコープ用光源装置。 In the light source device for an optical fiber gyroscope according to claim 1, the noise suppressor comprises:
a beam splitter that splits light emitted from the broadband light source;
a photodetector that converts the light split by the beam splitter into an electrical signal;
a feedback control unit that performs feedback control of the broadband light source using the electrical signal converted by the photodetector;
A light source device for an optical fiber gyroscope, comprising:
前記フィードバック制御部は、フィルタ回路により抽出される電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御する、
ことを特徴とする光ファイバジャイロスコープ用光源装置。 3. The light source device for an optical fiber gyroscope according to claim 2, wherein the noise suppressing section further comprises, for the electric signal converted by the photodetector, an odd number multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil. Equipped with a filter circuit that extracts an electrical signal corresponding to the frequency of
The feedback control unit feedback-controls the broadband light source using the electrical signal extracted by the filter circuit.
A light source device for an optical fiber gyroscope, characterized in that:
前記フィルタ回路は、信号分配器により分割される複数の電気信号に対して、光ファイバコイルの固有周波数のn次高調波の異なる奇数倍の周波数をそれぞれ有する複数の電気信号を抽出する複数のバンドパスフィルタからなり、
前記フィードバック制御部は、複数のバンドパスフィルタにより抽出される複数の電気信号を用いて広帯域光源をフィードバック制御する、
ことを特徴とする光ファイバジャイロスコープ用光源装置。 4. The light source device for an optical fiber gyroscope according to claim 3, wherein the noise suppression section further includes a signal splitter that divides the electrical signal converted by the photodetector into a plurality of electrical signals.
The filter circuit extracts a plurality of electrical signals each having a frequency that is a different odd multiple of the n-th harmonic of the natural frequency of the optical fiber coil from the plurality of electrical signals divided by the signal splitter. Consists of a pass filter,
The feedback control unit performs feedback control of the broadband light source using a plurality of electrical signals extracted by a plurality of bandpass filters.
A light source device for an optical fiber gyroscope, characterized in that:
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