[其他]導航用固態光學干涉儀

在審

• 申請號: 101985000001230
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1003392B
• 公開（公告）日: 1989-02-22
• 發明（設計）人: 笹山隆生;干保茂;菅家厚;柴田孝則;遠藤晃
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李強;董亦民

在包含由環形光導纖維和與上述光導纖維光學地連接在一起的固態光波導所組成的光路的固態干涉儀中，在制作有上述固態光波導基片的表面上以成對的形式制作出電極，用來產生表面波（ＳＡＷ），上述表面聲波被用來對通過上述固態光波導的光束進行光調制。

本發明涉及一種用光導纖維作光路的干涉儀，具體地講，本發明涉及一種固態干涉儀，其中除光導纖維以外的光路元部件都被固態化了，這種固態干涉儀可用來探測諸如角速度的各種物理量。

干涉儀是用來觀測的光的干涉的。在所謂的雙光束干涉儀（bibeam interferometer）中，從光源發出的一束光被分成兩束分光束。這兩束分光束在通過具有不同狀態的光路之后合成為一束。從兩束分光束之間的干涉可以探測光路的物理變化。這種雙束干涉儀用于各種物理量的精確測量已有很長時間。近年來，光導纖維被用來作為光路。由于整個雙光束干涉儀的體積因此得到減小，近來它們在更廣泛的測量領域中得到了應用。

圖1至圖3顯示了在這種干涉儀中采用光導纖維的幾種方法。

圖1顯示了一種所謂的環式干涉儀（ringinterfer ometer）。光導纖維（以亦簡稱光纖）被繞成環狀（loop shape）形成光纖圈R。從激光源f發出的光束被半反半透的分束鏡BS1分解成兩束分光束。其中一束分光束被引入環狀光纖（optical fiber ring）R的光纖的一個末端，另一束分光束被引入該光纖的另一端。兩束分光束在通過光纖圈R的光纖之后被分光器BS1合成一束。所產生的合成光束被分光器BS2分解以便為探測器D所探測。探測器D包括一個諸如光電二極管的部件。

當包括光纖圈R在內的所有元部件都是處于靜止狀態的時候，被導入光纖圈R的光纖的各個末端的兩束分光束沿著由同一光纖構成的光路傳播，然后被合成在一起被引起向探測器D。由于兩束分光束之間沒有位相差，因此不會產生干涉。

當光纖圈R以角速度Ω轉動時，對于順著角速度Ω的方向沿光纖圈R傳播的光程長度變長了;而對于以逆時針方向沿光纖圈R傳的播另一束分光束來說，光程變短了。相應地，在被分光器BS1合成在一起的兩束分光束之間存在位相差，從而產生了干涉。

因此，通過采用探測器D探測由于干涉引起的光量變化，就可以探測角速度Ω。相應地，環式干涉儀可以用作諸如陀螺儀的儀器。字母P表示一個起偏器。

圖2顯示了一個邁克（Mach）干涉儀）也叫做Mach-Zenda干涉儀）。兩個光纖圈R1和R2包括具有同樣長度的纖光。從激光光源f發出的一束光被分光器BS1分解成兩束分光束。如此分解出的兩束分光束分別被引入光纖圈R1和R1。兩束分光束在沿著光纖圈R1和R2傳播之后被分光器BS2重新合成在一起并被引向探測器D。

當光纖圈R1被維持在光纖圈R2相同的物理狀態時，一束分光束通過光纖圈R1所需要的時間同另一束分光束通過光纖圈R2所需要的時間是完全相同的。因此，由分光器BS2重新合成的兩束分光束之間沒有位相差，因而不產生干涉。

當光纖圈R1和R2的物理狀態有所不同時，光通過這兩個光纖圈所用的時間有所不同。由于這個位相差所導致的干涉被探測器D探測出來。

因此，只要把一個光纖圈，比如光纖圈R2，作為參考光纖圈維持在固定的物理狀態，同時將另一光纖圈R1作為測量光纖圈維持在所要測量的物理量，就可以從其干涉探測物理量。

如果要測量的物理量是電流或磁場，由于法拉弟（Faraday）效應產生的光纖圈R1的折射率變化就會產生干涉。如果要測量的物理量是諸如水下聲音的振動或溫度，由于壓強變化而導致的折射率變化就會產生干涉。在兩種情況下，都可以探測其干涉。

圖3顯示了一種米切爾森（Mechilson）干涉儀。其中從兩個光纖圈R1和R2的末端返回的反射分光速被一個分光器BS重新合成從而產生干涉。如果將光纖圈R1作為探頭并且用位于光纖R1末端的流體作為反射物，就可以測量流體的流動速度。如果用一個振動物體作為反射物，就可以測量其振幅位移或振動模式。如果光纖圈R1的末端有一塊鏡子，就可以采用和使用邁克干涉儀相類似的方法使用本干涉儀，例如測量溫度。