JPS63233583A - 光信号の周波数を制御するための装置および方法 - 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】 発明の背景 この発明は一般に光信号源から出力された光の周波数を
制御するための装置および方法に関するものである。こ
の発明は特に、コヒーレント光源から出力された光信号
の周波数を制御するための装置および方法に関するもの
である。

光ファイバへの光フアイバ入力における安定性は光ファ
イバを使用するセンシング・システムの開発および実現
には実際必要である。光センシング・システムは光源と
して半導体ダイオードレーザかまたはスーパールミネセ
ント・ダイオードを使用し得る。光フアイバ回転センサ
は、ファイバで後方散乱から生じるノイズを減じるため
にかつ光学カー効果により引き起こされる誤差を減じる
ために広帯域半導体光源で使用されてきた。センサのス
ケールファクタは光源の波長に依有するので、高精度光
フアイバ回転センサは安定した光源波長を必要とした。

たとえば、航法グレード回転センサは約１／１０’の波
長安定を要する。

スーパールミネセント・ダイオード（ｓｔ、ｆ））のよ
うな広帯域光源または単一モードまたは多数モードレー
ザダイオードのようなより狭い帯域の光源は、光源とし
てサニヤックリング光フアイバ回転センサに適するよう
に、周波数安定を必要とする。

ＳＬＤはコヒーレント後方散乱およびカー効果のせいで
ある不所望の位相誤差を克服するのに十分なスペクトル
線幅を提何する。わずかな線幅は１００万分の（ｐｐｍ
）１０と１００万分の１０００の間であるべきである。

光源スペクトル分布の図心の周波数安定はスケールファ
クタ安定性および線形性要件に適うように数ｐｐｍであ
るべきである。それゆえ、光源幅はスケールファクタ設
計性を高めるためにコヒーレント後方散乱およびカー効
果の制限内で最小にされるべきである。わずかな線幅は
時間にわたる光源スペクトル分布の変化のせいであるス
ケールファクタの不所望の誤差を最小限にするために１
０ないし１１０００ｐｐの範囲の低い部分に近づくべき
である。

構造に従って分類される、少なくとも３グループのレー
ザダイオードが存在する。これらはホモ構造ダイオード
レーザ、単一へテロ構造ダイオードレーザ、および二重
へテロ構造ダイオードレーザである。

最も簡単なダイオードレーザは、１個の半導体物質から
作られるので、ホモ構造レーザと呼ばれる。ホモ構造レ
ーザダイオードは、たとえばｎ型およびｐ型砒化ガリウ
ムの領域を含み得る。ｎ領域からｐ領域へ注入される電
子はレーザ光を放出するために孔または陽電荷キャリア
と結合する。

レーザダイオードはすべて、ｐ型およびｎ型領域の接合
の平面に垂直である、２個の研摩された平行な面を含む
。放出された光は研摩された表面の間の領域にわたり前
後に反射し、その結果接続点を通過するたびごとに増幅
される。

典型的な単一へテロ構造半導体レーザは砒化アルミニウ
ムガリウムの付加的な層を含み、そこでは砒化ガリウム
中のガリウム原子のいくつかがアルミニウム原子によっ
て置換されている。砒化アルミニウムガリウム層は注入
された電子を抑止し、それにより普通ホモ構造ダイオー
ドレーザを用いた場合に起こるよりも高強度のレーザ光
の放出を引き起こす。

典型的な二重へテロ構造半導体レーザは、砒化アルミニ
ウムガリウムの２つの層により分離される砒化ガリウム
の３つの層を含む。ｎ型またはｐ型物質のいずれかを予
め選択することにより、放出されるレーザビームの強度
がさらに増加される。

レーザダイオードから放出される光の波長は動作温度お
よび与えられる注入電流の関数として変化する。光回転
センサで光源としてレーザダイオードを効果的に使用す
るには、公知の波長の出力が必要である。光フアイバ回
転センシングの用途では、周波数安定は約Δｆ／ｆ−１
０’であるべきであり、光源は一定温度で保持されるべ
きである。

光フアイバ回転センサで光源とし使用されるスーパール
ミネセントーダイオードは約１０，０００ｐｐｍの過度
のわずかな線幅を有する。それらはまた約１００時間の
動作耐久時間を有し、約５００μＷまたはそれよりも少
ない光出力を光ファイバへ与える。ＳＬＤは約１０，０
００の周波数安定に対する線幅の比を有し、典型的には
１００ｍＡを超える比較的高い注入電流を要する。その
結果として、短い動作耐久時間と過度の線幅のせいで、
光源を取替えずに数千時間の間確実に動作すべきである
光フアイバ回転センサにはＳＬＤは受入れられない。

単一モードレーザダイオードは、注入電流の変調が出力
されるパワーの同時の振幅および周波数変調を生じると
いう特性を有する。振幅変調は１００％に近い変調の深
さを有する。キロヘルツまたはメガヘルツの速度でのし
きい値より下またはその近くから最高出力までの周期的
ＡＭ変調は２０ＧＨｚを超える連続するスペクトル分布
で出力を生じ得る。２０ＧＨｚを超える出力周波数のチ
ャーブ周波数変調を生じることが可能であり、それは波
長γ−８２０ｎｍで５０ｐｐｍのわずかな線幅に等しい
。適当なスペクトル密度の擬ランダムノイズ源での変調
は、所望のスペクトル分布および線幅で出力を生じ得る
。このように単一モードレーザダイオードは、工ないし
５ｍＷの範囲での光ファイバへのパワー人力、１０，０
００時間を超える長い動作耐久時間、および約１０ない
し１００の範囲にわたって調整可能である、周波数安定
に対する線幅の比を提供するという利点を有する。

多数モードレーザダイオードが、レイジングする縦モー
ドの数に依有する調整可能なわずかな線幅を有する。５
モードレーザに対し、わずかなライン幅はγ−８２０ｎ
ｍで約１１０００ｐｐとなり得て、それは波長変化Δγ
−０，２ｎｍに対応する。キロヘルツまたはメガヘルツ
の速度での注入電流変調はディスクリートな縦モードを
不鮮明にして、１１０００ｐｐのわずかな線幅にわたる
連続的または擬連続的スペクトル分布を生じ得る。

多数モードレーザダイオードは、典型的には約１ないし
１０ｍＷの範囲で光ファイバへ高パワー人力を与え、典
型的には１０，０００時間を超える動作耐久時間を有し
、さらに約１００ないし１゜００の範囲で周波数安定に
対する線幅の比を有する。

光フアイバ内の光の偏光および光の伝搬にいくらか精通
すれば、この発明の理解が容易になるであろう。それゆ
え、ファイバでの光の伝搬および偏光を説明するために
利用される概念の短い説明を提示する。

光ファイバは中心のコアのとそれを包囲するクラッドを
含む。クラッドの屈折率はコアのものよりも大きい。コ
アの直径は非常に小さいので、コアにより嚮導される光
は全内部反射に対する臨界角度よりも小さい角度でコア
ークラッド界面に衝突する。

光波が、光波の周波数に等しい周波数を有する互いに直
交する電場おｉび磁場ベクトルを含む、時間とともに変
化する電磁場により表わされ得ることは周知である。導
波構造を介して伝搬する電磁波は１組のノーマルモード
により説明され得る。

ノーマルモードは、たとえば光フアイバ導波路のような
導波構造内の電場および磁場がとり得る分布である。こ
の場の分布は構造内のエネルギ分布に直接関連する。

ノーマルモードは一般に、導波構造での周波数および空
間分布に関して波における場の成分を説明する数学的関
数により表わされ得る。導波路のノーマルモードを説明
する特定の関数はその導波路の幾何学的配置に依有する
。嚮導される波が固定された大きさの円形断面を有する
構造に閉込められる光ファイバに対し、成る一定の周波
数および空間分布を有する場のみが極端に減衰せずに伝
　　”搬するであろう。低い減衰で伝搬する場の成分を
有する波はノーマルモードと呼ばれる。単一モードファ
イバは所与の周波数の信号に対し、１つのエネルギの空
間分布、すなわち１つのノーマルモードのみを伝搬する
。

ノーマルモードを説明する際には、その波の伝搬の方向
に関して電場および磁場の方向に言及するのが便利であ
る。電場ベクトルのみが通常光軸と呼ばれる伝搬の方向
に垂直であるならば、その波は横電気（ＴＥ）モードで
ある。磁場ベクトルのみが光軸に対し垂直であるならば
、その波は横磁気（ＴＭ）モードである。電場および磁
場ベクトルの両方が光軸に対し垂直であるならば、その
波は横電磁気（ＴＥＭ）モードである。

どのノーマルモードも場の成分の規定された方向を必要
とはしない。たとえばＴＥモードにおいては、電場は光
軸に対し垂直であるいずれの方向であっても構わない。

電磁波における電場ベクトルの方向はその波の偏波であ
る。一般に波は、所与のモードに対し許容されるすべて
の方向を指し示す電場ベクトルの均一な分布が存在する
ランダムな偏波を有する。波における電場ベクトルのす
べてが１つの特定の方向のみを指し示すならば、その波
は直線偏波している。電場が等しい大きさでかつ位相差
が９０°の２つの互いに直交する電場成分からなるなら
ば、その電場は円偏波しており、その理由は総電場はそ
の波の周波数に等しい角速度で伝搬方向のまわりを回転
するベクトルであるからである。２つの直線偏波が等し
くな（−１すなわち９０°以外の位相差を有するならば
、その波は楕円偏波を有する。一般にいずれの任意の偏
波も、２つの直交する直線偏波、２つの反対方向を向い
た円偏波または直交する長軸を冑する２つの逆回転する
楕円偏波の和で表わされ得る。

光フアイバ導波路のコアおよびクラッド間の境界は、場
の成分に関する成る周知の境界条件が満たされなければ
ならない誘電体の界面である。たとえば、この界面に平
行な電場の成分は連続的でなければならない。単一モー
ド光ファイバは、コアークラッド界面に対し垂直な電場
成分を有する電磁エネルギを伝搬する。ファイバのコア
はクラッドのものよりも大きい屈折率を有しかつ光は臨
界角度に等しいかそれよりも大きい角度で界面に衝突す
るので、本質的にすべての電場は界面における内部反射
によりコア内に留まる。この連続性および内部反射要件
の両方を満足させるために、クラッドにおける半径方向
の電場成分は急速に減少する指数関数でなければならな
い。指数関数的に減少する電場は通常「エバネセント・
フィールド」と呼ばれる。

光信号の速度は光が伝播する媒体の屈折率に依有する。

成る物質は異なる偏光に対し異なる屈折率を有する。２
つの屈折率を有する物質は複屈折であると言われる。単
一モード光ファイバに沿って伝搬する信号の偏光はしば
しばモードと呼ばれる。標準的な単一モードの光ファイ
バは、２つの異なる偏光を有する、同一周波数および空
間分布の２つの波を伝搬するので、２モードフアイバと
みなされ得る。同一ノーマルモードの２つの異なる偏光
成分は、２つの偏光間の速度差を除いて変化せず、複屈
折物質を介して伝搬し得る。

要約すると、いかなる偏光も適当な位相および振幅を有
する２つの円偏波により表わされ得る。

言い換えると、光は電場の楕円状に回転する成分かまた
は垂直をなす直線偏光成分により表わされ得る。

多くの複屈折物質が存在する。それらの構造およびそれ
を介して伝搬する光の配向に依存して、成る結晶は同腹
屈折であり、また成る結晶は直線複屈折である。たとえ
ば石英のような、他の型の結晶は、適当に選択された方
向に伝搬する光波に対し楕円複屈折を生じるように、同
腹屈折および直線複屈折の両方を有し得る。

異なる屈折率を有する２つの物質の層が光学的および周
期的に層形成されるならば、光波の性質は均一な媒体に
おけるものとは異なる。各層の厚さが光の波長と比較し
て十分に小さいときおよび層の数が十分に多いとき、そ
の複合媒体は複屈折である。フオーム複屈折は、その物
質の分子と比べれば大きいがファイバで伝搬される光の
波長と比べると小さい大きさを有する、光学的に等方的
物質の層の整然とした配置に起因する。フオーム複屈折
ファイバを使用する光フアイバ装置は、ジャイロスコー
プ、センサ、周波数シフタおよび通信システムを構成す
る際に有用である。

発明の概要 この発明は、光回転センサで使用されるもののような光
源から出力される光信号の周波数を安定させる際の難点
を克服するための装置および方法を提供する。

この発明に従った、光源から出力される光信号の周波数
を制御するための装置は、光信号を田導しながらその信
号の偏光を維持するための装置を含む。この嚮導装置は
偏光維持光ファイバかまたは光信号の偏光を維持するよ
うな形状にされた、統合された先導波路のいずれであっ
てもよい。この装置は光源から出力された信号の一部を
偏光維持嚮導装置へと導入するための装置と偏光維持嚮
導装置により四環される光信号の位相を変調するための
装置とをさらに含む。偏光維持嚮導装置から出力される
光信号の強度を示す電気信号は、発生されると光源に与
えられ、そこから出力される光信号の周波数を制御する
。

この発明に従った装置は、偏光維持四環装置の主軸に対
し４５°で配向される。偏光軸を有する第１の偏光器を
さらに含み得る。第１の偏光器は偏光維持嚮導装置に予
め定められた偏光の光を与えるように位置決めされる。

偏光維持嚮導装置の主軸に対し４５′で配向される偏光
軸を有する第２の偏光器は、偏光維持嚮導装置から出力
される光信号を受信するように位置決めされる。次にこ
れら信号は光信号を検出するための適当な装置で検出さ
れる。

この発明に従った装置はまた、その検出器に接続される
帯域フィルタをさらに含み得る。この帯域フィルタは予
め定められた変調周波数の出力信号を有するように形成
される。帯域フィルタの出力は同期して検出され、さら
に同期検出器からの誤差信号は光源に与えられ、そのた
め光源は誤差信号の低減を引き起こす周波数を有する光
信号を発生する。

この発明に従った装置は、位相変調器に接続されて変調
周波数で偏光維持嚮導装置により嚮導された光信号の位
相を変調する、ドライバオシレータをさらに含み得る。

光源から出力される光信号の周波数を制御するためのこ
の発明の方法は、光信号を努導しながらその信号の偏光
を維持しかつ光源から出力されるその信号の一部を偏光
維持ファイバへ導入するステップを含む。この方法は偏
光維持嚮導装置により嚮導された光信号の位相を変調し
、かつその偏光維持嚮導装置から出力された光信号の強
度を示す電気信号を発生させることをさらに含む。この
電気信号は誤差信号であり、次に光源に与えられて、そ
こから出力される光信号の周波数を制御する。

この方法は偏光維持ファイバに予め定められた偏光の光
を与えることをさらに含み得る。この偏光維持ファイバ
の出力は、選択された偏光のみを有する光信号を与える
ように分析される。選択された偏光を有する信号は検出
される。

この方法は帯域フィルタ装置を検出装置に接続して予め
定められた変調周波数の出力信号を与えることと、同期
検出器装置を帯域フィルタ装置に接続してそこから出力
信号を受信することと、光源が誤差信号の低減を引き起
こす周波数を有する光信号を発生するように、光源に同
期検出器装置からの誤差信号を与えることとをさらに含
み得る。

この方法はまた、ドライバオシレータを位相変調器に接
続して、変調周波数で偏光維持嚮導装置により嚮導され
た光信号の位相を変調するステップをさらに含み得る。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、光信号源１２から出力される波長
を制御するための光源制御器システム１０は、光カプラ
１３、光ファイバ１６、偏光維持ファイバ１７の長さ部
分、偏光器１４、分析器１８、光検出器２０、増幅器２
１、帯域フィルタ２２、同期検出器２４、位相変調器２
５、ドライバオシレータ２６および光源ドライバ２７を
含む。

光源１２は固体レーザダイオードかまたはスーパールミ
ネセント・ダイオード（ＳＬＤ）であることが好ましい
。光源１２からの光はファイバ１６を介して伝搬し、次
にその光の一部をファイバ１１へ結合するカブラ１３に
入力される。ファイバ１１は結合された光を第１４図に
示される回転センシングシステム４０のような装置に嚮
導する。

結合された光は光源の安定化を必要とする他の光システ
ム（示されていない）に嚮導され得る。次にファイバ１
６に留まっている光がファイバ１６と偏光維持ファイバ
１７の接合点２９に伝搬される。ファイバ１６および偏
光維持ファイバ１７は当該技術分野では周知の態様でと
もに当接結合され得る。

偏光維持ファイバ１７に達する前に、光は偏光器１４を
通過し、それはファイバ１７の主軸に対し４５°の角度
で直線偏光されるビームを伝送する。偏光維持ファイバ
１７は後で説明される多様な技術により形成され得る。

偏光維持ファイバは異なる偏光に対してはかなり異なる
屈折率を有する。ファイバ１７に入力される光は両方の
ファイバ軸に沿った偏光成分を有するので、これら偏光
の両方がともに混合せずにファイバ１７で伝搬する。

第１ｊ図を参照すると、光フアイバ回転センサ４０はフ
ァイバ１１に形成されるセンシング・ループＩＩＡを含
む。入力信号はファイバ１１を通り、その光を分割して
左回り（ＣＣＷ）と右回り（ＣＷ）でループ１１Ａを介
して伝搬する光波を生じる光カブラ３０へ伝搬される。

ループ１１Ａを通過した後で、次にその波は光カブラ３
０に衝突する。次に光カプラ３０はその波の部分を結合
し、そのためＣＷ波とＣＣＷ波の重なりがファイバ１１
を通り、結合された波の一部をサニヤック検出器３２に
向ける光カブラ１３へと逆戻りして伝搬されるが、この
サニヤック検出器は適当な光ダイオードであれば何でも
よい。

サニヤック検出器３２の出力は、ループＩＩＡの平面に
対し垂直な線であってもよいそのセンシング軸を中心に
したセンシング・ループＩＩＡの回転速度を示す、電気
信号である。回転の方向へセンシング・ループ１１Ａの
まわりを移動する波は回転の方向と反対に移動する波よ
りも長いループでの移行時間を有する。この移行時間の
差はＣＷ波およびＣＣＷ波で移相として検出される。移
相の量はセンシングループ１１Ａへ入力される光の回転
速度と波長の関数である。スケールファクタは回転速度
を回転センシング・システム４０のパラメータに関連さ
せる。

サニヤック検出器３２の電気出力は、またオシレータ３
６からの信号も受信する加算増幅３４へ入力される。オ
シレータ３６は、センシング中ループ１１Ａで光の位相
を調整するために形成される位相変調器３８を駆動する
。加算増幅器３４の出力は、オシレータ４２へ入力され
る制御信号を発生する第２の増幅器４１へ入力される。

オシレータ４２は、その出力が増幅器４１から出力され
る電圧の関数である、電圧制御されたオシレータであっ
てもよい。オシレータ４２は、センシングループで光の
周波数を調整する周波数シフタ４４を駆動する。第７図
および第８図に関連して下で説明されるセロダイン位相
変調器４６は周波数シフタ４４の代わりに用いられ得る
。そのオシレータはのこぎり波発生器であることが好ま
しい。位相を「０」にするサーボループ４８は、加算増
幅器３４、オシレータ３６、位相変調器３８、増幅器４
１、オシレータ４２および周波数シフタ４４（または位
相変調器４６）を含む。より広いダイナミックレンジを
設けるために、サーボループ４８はセンシング・ループ
１１Ａで光を調整し、センシング・ループの回転により
引き起こされる位相差を「０」にする。その回転速度は
回転嚮導された移相を「０」にするのに必要なオシレー
タ４２の出力を測定することにより決定される。

システム１０の光フアイバ成分はこの発明の動作の方法
の詳細な説明が提示される前に説明される。

第１図のカブラ１３および第１４図のカブラ３０として
単一モードの用途での使用に適する光フアイバ指向性カ
ブラは、１９８０年３月２９日発行の「エレクトロニク
ス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）Ｊ、第２８巻、第２８号、２６０−２６１頁およ
びショー（ＳｈａＷ）等に対し１９８５年１月１５日に
発行され、リーランド争スタンフォード・ジュニア・ユ
ニバーシティの評議委員会（ｔｈｅ　　Ｂｏａｒｄ　　
。

ｆ　　Ｔｒ’ｕｓｔｅｅｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｌｅ
ｌａｎｄ　　５ｔａｎｆｏｒｄ　　Ｊｕｎｉｏｒ　　Ｕ
ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）に譲渡された、米国特許第４゜４
９３．５２８号に記載されている。

第２図ないし第４図に例示されるように、カブラ１３は
それぞれ１対の基板５０および５２に装設される、第１
図の光ファイバ１１および１６を含む。ファイバ１１は
基板５０の光学的に平坦な表面５８に形成される曲面状
の溝５４に装設される。同様に、ファイバ１６は基板５
２の光学的に平坦な表面６０に形成される曲面状の溝５
６に装設される。基板５０およびそこに装設されるファ
イバ１１はカブラハーフ６２を含み、基板５２およびそ
こに装設されるファイバ１６はカブラハーフ６４を含む
。

曲面状の溝５４および５６は各々ファイバ１１および１
６の直径と比べて大きい曲率半径を有するが、それらは
通常実質的に同一である。溝５４および５６の幅はファ
イバの直径よりもわずかに大きく、ファイバ１１および
１６がそれぞれ溝５４および５６の底部の壁により規定
される経路に適合することを可能にする。溝５４および
５６の深さはそれぞれ基板５０および５２の中心での最
小の深さから基板５０および５２の端縁での最大の深さ
まで変化する。溝の深さの変化により、光ファイバ１１
および１６は、それぞれ溝５４および５６に装設される
と、緩やかに基板５０および５２の中心に向かって集束
し、それらの端縁に向かって発散することができる。フ
ァイバ１１および１６の緩やかな曲率はファイバ１１お
よび１６の急な屈曲かそうでなければそれらの方向の突
然の変化の発生を防ぎ、モード摂動による出力損失を回
避する。溝５４および５６は断面が矩形であってもよい
が、Ｕ字形またはＶ字形のような他の断面形状もカブラ
１３を形成する際に使用され得る。

なお第２図ないし第４図を参照すると、基板５０および
５２の中心では、満５４および５６の深さはファイバ１
１および１６の直径よりも小さい。

基板５０および５２の端縁では、溝５４および５６の深
さは少なくともファイバの直径と同じぐらいであること
が好ましい。光フアイバ物質はラッピングのようないず
れの適当な方法によってもファイバ１１および１６の各
々から除去され、基板５０および５２の直面する表面５
８および６０と共面をなす楕円形の平面状表面をファイ
バ１１および１６で形成する。この楕円形表面は直面す
る関係で並置され、ファイバ１１および１６の各々によ
り伝搬される光のエバネセント・フィールドが他のファ
イバと相互作用する相互作用領域６６を形成する。除去
される光フアイバ物質の量は基板５０および５２の端縁
近くでの「０」からそれらの中心における最大量まで徐
々に増加する。

第２図および第３図で示されるように、光フアイバ物質
をテーパ状除去することにより、ファイバ１１および１
６が緩やかに集束および発散することが可能になり、そ
れは相互作用領域６６での後方反射および過度の光エネ
ルギの損失を回避するのに有利である。

光は相互作用領域６６でのエバネセント・フィールド結
合によりファイバ１１および１６の間で伝送される。光
ファイバ１１は中心のコア６８とそれを包囲するクラッ
ド７０を含む。ファイバ１６は、それぞれ実質的にコア
６８およびクラッド７０と同一であるコア７２およびク
ラッド７４を有する。コア６８はクラッド７０のものよ
りも大きい屈折率を有し、さらにコア６８の直径はコア
６８内で伝搬する光がコアークラッド界面で内部反射す
るようなものである。光ファイバ１１により嚮導される
光エネルギの大半はそのコア６８に閉込められる。しか
しながら、ファイバ６８の波動方程式を解き、周知の境
界条件を適用することにより、エネルギ分布は主にコア
６８にあるけれども、クラッドの中へ延在する部分を含
み、ファイバの中心からの半径が増加すると指数関数的
に減少することが示される。ファイバ６８内のエネルギ
分布の指数関数的に減少する部分は一般にエバネセント
・フィールドと呼ばれる。ファイバ１１により最初に伝
搬される光エネルギのエバネセント・フィールドがファ
イバ１６内へ十分な距離を延ばすならば、エネルギはフ
ァイバ１１からファイバ１６へと結合するであろう。

適当なエバネセント・フィールド結合を確実にするため
に、ファイバ１１および１６から除去される物質の量は
、ファイバ１１および１６のコア間の間隔が予め定めら
れた臨界区域内になるように、注意深く制御されなけれ
ばならない。エバネセント・フィールドはクラッド内へ
短い距離を延ばし、ファイバコアの外で距離とともに大
きさが急速に減じられる。このように、十分な光フアイ
バ物質が除去されて、２つのファイバ１１および１６に
より伝搬される波のエバネセント・フィールド間の重な
りを可能とすべきである。わずかな物質しか除去されな
ければ、コアは十分に近接せず、エバネント◆フィール
ドが嚮導された波の所望の相互作用を引き起こすことが
できず、それゆえ不充分な結合が生じるであろう。

あまりに多くの物質を除去するとファイバの伝搬特性が
変わり、モード摂動のせいでファイバからの光エネルギ
の損失を生じる。しかしながら、ファイバ１１および１
６のコア間の間隔が臨界区域内にあるときには、各ファ
イバ１１および１６は他方からかなりの部分のエバネセ
ントΦフィールドエネルギを受取り、それほどのエネル
ギ損失なしに良好な結合を達成する。臨界区域はファイ
バ１１および１６のエバネセント・フィールドが十分に
重なって、各コアが他のコアにより嚮導される光のエバ
ネセント・フィールド内にある、良好なエバネセント・
フィールド結合を与える領域を含む。単一モードフィイ
バにより嚮導されるＨ　　′Ｅ１１モードのような弱く
四環されたモードに対しては、ファイバコアが露出され
たときにモード摂動が起こると思われる。それゆえ臨界
区域は、エバネンセトフィールドが十分に重なって実質
的なモード摂動により嚮導される出力損失をもたらさず
に結合を引き起こすようにする、コア間隔である。

特定のカブラに対する臨界区域の程度はファイバのパラ
メータやカブラの幾何学的配置ような多数の要因に依有
する。臨界区域はステップインデックスプロファイルを
有する単一モードファイバに対してはかなり狭くてもよ
い。ファイバ１１および１６の中心から中心までの間隔
は典型的には２ないし３コア直径より小さい。

第２図のカブラ１３（ｔ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび
１３Ｄと表示された４個のポートを含む。

ポート１３Ａおよび１３Ｂは、それぞれカブラ１３の左
側と右側にあるが、ファイバ１１に対応する。ポート１
３Ｃおよび１３Ｄは同様にファイバ１６に対応する。説
明するために、光信号入力はファイバ１１を介してポー
ト１３Ａに与えられると仮定される。この信号はカブラ
１３を通過し、ファイバ１１および１６の間の結合の量
に依存してポート１３Ｂまたは１３Ｄのいずれか一方ま
たはその両方で出力される。「結合定数」は全出力パワ
ーに対する結合されたパワーの比と定義される。上の具
体例では、結合定数はポート１３Ｂおよび１３Ｄで出力
されたパワーの和により除算された、ポート１３Ｄで出
力されたパワーの比である。この比はしばしば「結合効
率」と呼ばれ、典型的にはパーセントで表わされる。そ
れゆえ、「結合定数」という語がここで使用されるとき
には、対応する結合効率は結合定数の１００倍に等しい
ことが理解されるべきである。

エバネセント・フィールドの重なりの領域の大きさを制
御するためにファイバ１１および１６の直面している表
面をオフセットすることにより、カブラ１３は同調され
て「０」とｒｌ、ＯＪの間のいずれの所望の値にでも結
合定数を調整し得る。

同調は基板５０および５２を互いに関して横方向または
縦方向にスライドさせることにより達成され得る。

ファイバ１１および１６の一方から他方へ交差結合され
る光はπ／２の移相を受けるが、交差結合されずにカブ
ラ１３を真直ぐに通過する光は移相されない。たとえば
、カブラ１３が０．５の結合定数を有し、光信号がポー
ト１３Ａに入力されるならば、ポート１３Ｂおよび１３
Ｄでの出力は等しい大きさであるが、ポート１３Ｄでの
出力はポート１３Ｂでの出力に関連してπ／２だけ移相
されるであろう。

ここで説明される偏光器１４および１８は、ベルブ（Ｂ
ｅｒｇｈ）に与えられかつリーランド・スタンフォード
・ジュニアΦユニバーシティ評議委員会に譲渡された、
米国特許第４，３８６，８２２号に開示された偏光器と
本質的に同一であり得る。

第１１図および第１２図を参照すると、偏光器１４は、
好ましくは石英ブロックから形成され、そこに曲面状の
溝１６４を有する基板１６２を含む半分のカブラ１６０
を含む。光ファイバ１６の長さ部分は溝１６４に固定さ
れる。基板１６０の一部はファイバ１６のクラッドの中
まで研削されている。研削および研摩動作によりクラッ
ドの一部が除去されて相互領域１６６が形成される。複
屈折結晶１７０の光学的に平坦な表面１６５は基板１６
０の表面１７０に装設される。相互作用領域では、ファ
イバ１６で伝搬する光のエバネセント・フィールドは複
屈折結晶１６８と相互作用する。

ファイバ１６が単一モードファイバであるならば、伝搬
される唯一のモードは電場および磁場の方向がファイバ
１６を介する波の伝搬の方向に対しほぼ垂直であるもの
である。

結晶１６８は、結晶−ファイバ界面に対し垂直に偏光さ
れ光に対して結晶１６８の屈折率がファイバ１６の屈折
率よりも小さくなるように配置される。それゆえ、結晶
−ファイバ界面に対し垂直な偏光で光フアイバ１６内を
伝搬する光は結晶−ファイバ界面での内部反射のせいで
光ファイバ１６に留まる傾向ある。結晶−ファイバ界面
に平行な偏光に対する結晶１６８の屈折率は光ファイバ
１６の屈折率よりも大きくなるように選択され、そのた
め結晶−ファイバ界面に平行に偏光される光は光ファイ
バ１６から複屈折結晶１６８へと結合する。

第１３図を参照すると、システム１０での使用に適する
偏光器１４はクラッド上で平坦にされた領域１７１に隣
接する、ＣａＦ２のような誘電体バッファの層１７０を
含む。金属層１７２はバッファ層１７０上に設置される
。不所望の偏光は、平坦にされた領域１７１を通り越し
たファイバ１６で伝搬しようとするが、減衰される。所
望の偏光は実質的に減衰されずに通過する。

この発明で使用され得る位相変調器２２０は第５図およ
び第６図に示されている。ファイバ１７は１対の圧電変
換器２２２および２２４の間で保持される。圧電変換器
２２２および２２４はファイバ１７に時間とともに変化
する圧縮を付与する。

偏光維持ファイバ１７は２つの起こり得る直線偏光に対
し異なる屈折率を有する。伝搬の速度はｖ　−ｃ　／　
ｎであるので、２つの偏光はファーストウェーブおよび
スローウェーブとして特徴づけられ得る。この２つの波
は位相変調器２２０で保持されるファイバ１７の一部を
通過する際に異なる時間遅延を経験する。

圧電変換器２２２は圧電物質２３０の両側に装設される
１対の電極２２６および２２８を含む。

圧電変換器２２４は好ましくは圧電変換器２２２と同一
であり、圧電物質２３６の両側に装設される１対の電極
２３２および２３４を含む。オシレータ２３８は電極２
２６．２２８．２３２および２３４に接続され、オシレ
ータ２３８から圧電物質２３０および２３６にかかる電
圧を印加する。

これら電圧は変換器２２２および２２４にファイバ１７
を圧縮させる。ファイバ１１を圧搾すると、ファイバ１
７の長さが変わることによってファーストウェーブおよ
びスローウェーブの移行時間が変化する。

第７Ａ図および第７Ｂ図を参照すると、位相変調器２５
．３８および４４は各々、ニオブ酸リチウムのような電
気光学的活物質の基板２３上に形成される先導波路１９
を含み得る。１対の電極２４０および２４２が導波路１
９の両側で基板に取付けられる。電極２５および２７は
アルミニウムの蒸着により基板２３上に形成され得る。

先導波路１９は、まず基板２３上にチタンのストリップ
を生成し、次にそれを加熱してチタンを基板２３中へと
追い込むことにより、基板２３に形成され得る。結果と
して生じる導波路１９は第８図に示されるような、一般
には半円形の断面を有する。

第７図および第１４図を参照すると、ファイバセンシシ
グコイル１１Ａは第７図に示されるような光導波路１９
の両側に当接結合される２つの端部３３および３５を有
するように切断されなけばならない。

電極にかかる電圧の印加は電気光学的効果の装置により
先導波路１９の屈折率を変える。導波路１９を介する光
波の移行時間は、真空での光の速度により除算される、
導波路の長さとその屈折率の積である。このように、先
導波路１９の屈折率を変えることによりそれを通る光信
号の移行時間が変わる。光波を含む電磁場の正弦波の性
質のせいで、移行時間の変化は波の位相の変化であると
思われる。

偏光維持ファイバは異なる偏光に対してはかなり異なる
屈折率を有する。ファイバ１７へ入力される光は両方の
ファイバ軸に沿った偏光成分を有するので、これら偏光
の両方ともがともに混合せずにファイバで伝搬する。偏
光維持ファイバ１７は後で説明される多様な技術により
形成され得る。

ファイバ１７での光の速度はｖ　ｍ　ｃ　／　ｎで、Ｃ
は真空での光の速度でありかつｎは検討中の特定の偏光
に対するファイバの屈折率であるので、この２つの偏光
はファイバで異なる速度を有する。

スローウェーブはｖｓ−ｃ／ｎｌの速度を有し、ファー
ストウェーブはｖｐ−ｃ／ｎ２の速度を有し、ここでは
ｎ２　＜ｎｌである。ファイバ１７は直線偏光された光
の入力を互いに直交するファーストウェーブとスローウ
ェーブの重なりのせいで楕円偏波された波へと変換する
。

成る型の偏光維持ファイバは第９図に示されるような層
状のコア２５０およびそれを包囲するクラッド２５２を
有する。コア２５０は異なる偏波の波に対し異なる屈折
率を有し、そのためコアの伝搬定数は偏波に依有する。

クラッド２５２は両方のコア屈折率よりも小さい屈折率
を有する。より大きな屈折率を有する物質から２つの非
類似の誘電体間の界面に入射する光は、入射角が臨界角
よりも小さければ内部反射されるであろう。それゆえ、
偏光維持ファイバは両方の偏光の光を膏導する。コアの
伝搬定数が２つの偏光に対し異なるかまたは非縮退であ
るので、エネルギはそれらの間で容易には結合しない。

それゆえ、第９図の偏光維持ファイバにより伝搬される
光は偏光の変化を経験しない。

複屈折特性を有するコアは特定の屈折率および厚さを有
するように層の物質を適当に選択することにより合成さ
れ得る。第９図を参照すると、コア２００は第１の物質
の層２５３ないし２５５および第１の物質とは異なる屈
折率を有する第２の物質の層２５６および２５７からな
る。コア２５０は２つの物質の多くの層を含み得るが、
例示および説明の便宜上５つの層２５３ないし２５７の
みが示されている。

コア２５０は大抵の光ファイバにおけるのと同様、断面
が円形であるように示されている。コア２５０およびク
ラッド２５２を含む物質は、２軸およびｙ軸に沿った偏
光に対するコア屈折率がクラッド２５２の屈折率よりも
大きいように選択される。それゆえ、第１図のフオーム
ファイバ１７に入力される２方向に沿って偏波される波
は２方向に偏波されたままである。

普通の光ファイバと異なり、フオーム複屈折単一モード
ファイバ１７はそこで伝搬する波の偏光状態を維持する
。ファイバ１７では、２つの偏光に対する屈折率間の差
はかなり大きく、そのため２つの直交する偏波を有する
波の伝搬定数間に実質的な差が存在する。伝搬定数間の
差は偏光状態間の縮退を除去し、一方の偏波の波が普通
の状態で他の偏波に結合することを防ぐ。波の間のエネ
ルギ結合は、それらの波が本質的に同一速度であること
を必要とする。その速度が異なるならば、２つの状態の
間には感知できる結合は存在しない。

第１０図を参照すると、第９図に示されるような偏光維
持ファイバ１７を製造する方法は、まず異なる屈折率を
有する物質の交互の層２６８および２６９の積み重ね２
６６を形成することを含む。

積み重ね２６６は本質的にモノリシックなブロックを形
成するように加熱される。このブロックは次に連続する
ダイスを介して引張られ、またそうでなければ当該技術
分野で周知の方法により引き伸ばされ、コア２５０とし
ての使用に適する値までその大きさを減じ得る。引張る
前に、円形断面を有するコアを作るためにそのブロック
が研削されて円筒を形成し得る。コア２５０の両方の屈
折率よりも小さい屈折率を有するクラッドは、バルク二
酸化シリコン５ｉ０２をコア上へと溶融させたり、５ｉ
０２の管状物質をコア上へ当てるような、いくつかの標
準的な技術のいずれかによって、または気体混合物から
の５ｉ０２の反応生成によりそこへ付加され得る。

積み重ね２６６では、ＧｅＯ２は高屈折率成分として、
５ｉ０２は低屈折率成分として使用され得る。シリカと
ゲルマニアの両方は、それらの低損失および物理的両用
性のせいで、事実上すべての単一モードファイバおよび
多数モードファイバで使用される。適当なわずかな厚さ
で不均等に結合されて、それらは両方の偏光に対するそ
の屈折率が溶融されたシリカによりクラツディングされ
るのに十分な大きさでコア２５０を形成する。

定評のある光学製造技術が純粋バルク５ｉ０２から５ｉ
０２のプレートを製造するために使用され得る。ＧｅＯ
２成分はあまりに薄いので、機械的製造技術によっては
形成され得ないかもしれない。ＧｅＯ２層は５ｔ０２基
板へＧｅＯ２膜をスパッタリングすることにより形成さ
れ得る。ＧｅＯ２層はまた、Ｇｅの層でＳｔＯ，を被覆
し、さらにそれを管状の炉で酸化してＧｅＯ□にするこ
とにより形成され得る。

偏光維持ファイバ１７としての使用に適する他の型の高
複屈折ファイバは次の米国特許に開示されている。すな
わち、「偏光保持単一モード光導波路」に対するバガバ
チューラ（Ｂｈａｇａｖａｔ　ｕ　１　ａ）等に１９８
５年１０月２９日に発行された米国特許第４，５４９，
７８１号、「高複屈折ファイバを製造する方法」に対し
ブライベル（Ｐｌｅｉｂｅｌ）等に１９８５年７月１６
日に発行された米国特許第４，５２９，４２６号、「導
波路および導波路を製造する方法」に対しヒユーバー（
Ｈｕｂｅｒ）等に１９８４年４月１４日に発行された米
国特許第４，４６５，３３６号、および偏光保存光ファ
イバを作る方法」に対しバーキー（Ｂｅｒｋｅｙ）に１
９８５年１２月３１日に発行された米国特許第４．５６
１，８７１号である。゛ 第１図を参照すると、偏光維持ファイバ１７は一方の偏
光成分に対し他方に対するよりも小さい屈折率を有する
。ファイバ１７での光の速度はＶｍ　ｃ　／　ｎで、Ｃ
は真空での光の速度でありかつｎは検討中の特定の偏光
に対するファイバの屈折率であるので、これら２つの偏
光は偏光維持ファイバ１７で異なる速度を有する。スロ
ーウェーブは速度ｖｓｍｃ／ｎ、を有し、ファーストウ
ェーブは速度ｖ４：ｍｃ／ｎ２を有し、ここではｎ２　
＞ｎ、である。偏光維持ファイバ１７は直交するファー
ストウェーブとスローウェーブの重なりのせいで直線偏
光された光の入力を楕円偏波された波に変換する。

位相変調器で圧電変換器を駆動する基準信号が変調周波
数ωＰで正弦波状であるならば、ファーストウェーブと
スローウェーブの間の時間遅延τは次のように書かれ得
る。

τ　＝　　τ０＋ΔτＣｏｇ　Ｑ）ｐτ　　　　　　　
　（１）ω？τ−２πｍでｍが整数ならば、時間遅延は
最大かまたは最小である。時５間遅延のイクスカーショ
ン（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）は出力強度を変える。

偏光維持ファイバ１７を介して移動した後で、光は分析
器１８に入射する。分析器１８は上で説明された光フア
イバ偏光装置のいずれかに類似する光フアイバ偏光器を
含み得て、すなわちそれは当該技術分野では周知である
、バルク光学偏光器であってもよい。

分析器１８に入力される光信号は次のように書かれ得る
。

Ｉ＝（１＋ｃｏｓ頭）　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（２）ここではωは光周波数であり、τはファイ
バ１６の長さ部分にわたる速い偏光と遅い偏光の間の時
間遅延である。位相変調器２５はファーストウェーブと
スローウェーブの相関的な位相の変調を生じる。ドライ
バオシレータ２６は周波数ωＰを有する交流源として働
き、位相変調器２５を駆動する。

位相変調器２５が動作しているときには、検出器２０か
ら出力される電流は次のように書かれ得る。

ｉ　−（１’十ｃｏｓ［ｏｙｃ＋φｐｃｏｓａｃ４ｗｔ
ｌ）　　　　　　　　　　　　（３）次にこの出力電流
は帯域フィルタを介して送られ、それは圧搾器周波数ω
Ｐを通過させる。次に帯域フィルタから出力される信号
が同期検出器すなわちロックイン増幅器に入力され、そ
れは圧搾器ドライバから基準信号を受信する。復調後に
は、信号は Ｓｌ　−５ｉｎｃｏｄ１（φｐ）　　　　　　　　　　
　　（４）であり、ここではＪ、は第１のオーダのベッ
セル関数である。この信号Ｓ１は光源１２にフィードバ
ックされ、所望の値に向かう光源周波数を出すために使
用される。

第１５図は単一モードレーザダイオードのスペクトル分
布を例示する。位相変調器は曲線ＩＡ（ω）とＩａ　　
（ω）の間のスペクトル分布関数！（ω）をシフトする
。周波数ω、およびωＢは第１５図に示される２つのス
ペクトル分布の図心を表わす。光源スペクトル分布の図
心は、Ｄがセンシング・ループの直径であり、ｎがファ
イバの屈折率であり、γが光の波長であり、ｆが光の周
波数でありさらにＣが光の自由空間速度である、閉ルー
プジャイロのスケールファクタＳ＝Ｄ／（ｎγ）−ｆＤ
／（ｎｃ）を与える平均波長すなわち周波数を表わす。

光源が安定化しなければ、スペクトル分布の図心のシフ
トは量ΔＳ／Ｓ−Δｆ／ｆだけスケールファクタの変化
を引き起こす。この発明に従った光源安定化システムを
用いると、スペクトル分布の図心のシフトは基準干渉計
の出力を変える。次に基準干渉計の出力は空間分布の図
心のシフトに対する修正を始める信号を与えるように処
理される。

第１６図はスケールファクタの安定化を光路差の関数で
例示している。最適修正は、スケールファクタのシフト
を表わす曲線が光路差を表わす線と交差するときに達成
される。この交差は、光路差がＬ　ｃ　／　４よりもわ
ずかに少ないときに起こる。

基準干渉計のスケールファクタを安定させる性能は、基
準干渉計のアームの光路差、センシング・ループの回転
速度、空間分布の形状、およびサニヤックループの長さ
部分の関数である。スケールファクタの線形性はスペク
トルの形状の複雑な関数であり、スペクトル分布幅の幅
でほぼ線形に低下する。

第１４図の光フアイバ回転センサで使用され得るいくつ
かの型の光周波数シフタが存在する。第１７図は光波へ
の周波数シフタの効果を例示している。角速度ｆで回転
している２分の１波長板４００に入射する円偏波入力光
を考えてみられたい。

入力波は周波数ｆ、を有するように示されている。

この波は正の２方向に移動し、等しい大きさでかつ９０
°位相のずれたｙ軸およびｙ軸に沿った偏光ベクトルを
有する。それゆえ、偏光ベクトルは伝搬の方向を向いて
見られると、角速度ｆｏで２軸を中心に右回りの方向へ
回転するように見える。

２分の１波長板４００は偏光ベクトルと同じ方向に回転
し、そのため出力波は入力周波数ｆｌ）から周波数シフ
トされ、ｆｏ＋２ｆの周波数を有するようになる。

第１８図は、周波数シフタ４４が単側波帯抑圧搬送波位
相シフタとして動作されるときの、その周波数シフタ４
４から出力される起こり得る周波数をグラフ式に表わし
ている。入力周波数がｆ。

ならば、入力ビームの偏光の方向に周波数ｆで２分の１
波長板を回転させることにより、ｆｏ＋２ｆの出力が生
じられる。円偏波入力波の偏波の方向と反対に周波数ｆ
で２分に１波長板４００を回転させることにより、ｆＯ
−２ｆの出力周波数が生じられる。回転周波数ｆを制御
することにより、４分の１波長板の出力周波数が（ｆｏ
±２ｆｌＩｌαＸ）で、ｆ　　ｍａｘが２分の１波長板
４００の最大回転周波数である範囲を有することが可能
になる。

周波数シフタ４４の出力振幅は次のとおりである。

φ（ｔ）−Ａｅｘｐ［１（ｆｏ＋２ｆ）ｔｌ＋Ｂｅｘｐ
［ｉｆ、）ｔｌ　　　　（５）出力波の強度は振幅の二
乗であり、次のものにより与えられる。

Ｉ＝ｌφ（１１２（６’） １　　　−　　　　Ａ２＋８２＋２ＡＢＣＯ５（２ｆｌ
ン　　　　　　　（７）係数Ａは普通はＢよりはるかに
大きく、Ｂ２は無視できる。

第１４図の光フアイバ回転センサ３４で使用され得る周
波数シフタ構造は第２０図に示されている。周波数シフ
タ４４は石英から形成され得るブロック４２３とアルミ
ニウムのような金属から形成されるウェッジ４２４の間
で保持される光ファイバ１１の長さ部分４２２を含み得
る。たとえば、Ｃｒ−Ａｕを含む金属層はウェッジ４２
４の表面４２７上に形成され、さらにたとえば、ＰＺＴ
から形成される変換器４３０は金属ブロック４２４に装
設される。変換器４３０は適当なオシレータ（示されて
いない）により駆動されて、ファイバで角θで音波を出
し得る。

ファイバー１は、単一モードファイバであるので、単一
伝搬モードの２つの互いに直交する偏光を支持する。フ
ァイバは複屈折であり、ファイバの電場の異なる方向に
対しては異なる屈折率を有するので、２つの偏光が存在
する。この２つの偏豐 光は、一方の偏光から他方へのエネルギ伝達がないよう
に、通常結合されない。ファイバに課される空間的に周
期的な応カバターンは２つの偏光間に結合を嚮導し、そ
れらの間の出力伝達をもたらす。応カバターンの空間周
期がファイバのビートの長さに等しいときのみ出力伝達
は累積的であることがわかっている。

第１９図を参照すると、光ファイバのビートの長さはＬ
Ｂ−λ／Δｎであり、ここではΔｎは２つの偏光に対す
る屈折率の差でありかつλは光の波長である。応カバタ
ーンは、その応力が複屈折の主軸に対し４５°で向けら
れれば、２つの偏光の結合を引き起こす際には最も有効
であることがわかっている。

変換器４３０は移動する音波の装置によりファイバ部分
４２２に動く応カバターンを形成する。

この応カバターンがファイバに沿って動くならば、一方
の偏光から他方へ結合される光は結合領域の動きのせい
で動く応カバターンの周波数に等しい量だけ周波数がシ
フトされる。言及する便宜上、一方の偏光は「スロー」
と呼ばれ、他方の偏光は「ファースト」と呼ばれる。誘
電体媒体での光波の速度は誘電体媒体の屈折率により除
算された光の自由空間速度、すなわちＶ　Ｗ　Ｃ／　ｎ
である。それゆえ、複屈折媒体では屈折率がより大きい
偏光がスローウェーブであり、屈折率がより小さい偏光
がファーストウェーブであることがわかるであろう。

第１９図および第２０図を参照すると、波長λαの平面
音響波頭はファイバ部分４２２に入射する。位相整合は
、音波の伝搬の方向のビートの長さＬｂの成分が音響波
長に等しいときに起こる。

それゆえに、第１９図および第２０図からし６　ｓｉｎ
θ■λａであることがわかる。先の等式から音響波長を
除去するために波の速度、周波数および波長間の周知の
関係を用いると、音響周波数はｆ　ｍｖ／　（ＬＢ　ｓ
　ｉ　ｎθ）と与えられ、そこではＶはファイバでの音
波速度である。

音波とファイバにより伝搬される２つの光の偏光の間の
相互作用の特殊な性質は周波数−波の数の図を用いて表
示され得る。第２１図を参照すると、音波がファイバ１
１の光と同じ方向に移動するならば、ファーストモード
で偏光されかつ周波数ωををする光はスローモードに結
合し、結果として生じる波は周波数ω＋ωａを有し、そ
こではωａは音波周波数である。スローモードで伝搬す
る光はファーストモードに結合し、周波数がω−ωαに
シフトする。

第２２図に示されるように、音波がファイバ１１の光の
方向と反対方向に伝搬するならば、このシステムの周波
数シフト特性は逆転する。具体的に言うと、ファースト
モードで伝搬する光は周波数のω−ωａへの変化を伴っ
てスローモードに結合し、さらにスローモードで伝搬す
る光は周波数のω＋ωαへの変化を伴ってファーストモ
ードに結合する。

それゆえ、１つの偏光の光のみがそこに周期的な動く応
カバターンを有するファイバ１１の一部に衝突するなら
ば、第２０図に示されるような周波数シフタ４２０は単
側波帯周波数シフタである。

実際、選択された偏光は、ジャイロスコープに含まれる
偏光器の限られた消光比および他の要因のせいで、わず
かな量の搬送波周波数と反対の周波数シフトを有する側
波帯を有し得る。

第２３図を参照すると、回転センサ３４に含まれ得る周
波数シフタ４５０は溝が付けられた基板４５２に装設さ
れるファイバ１１の長さ部分を含む。電極４５４はファ
イバ１１の下の溝４５６に装設される。ファイバクラッ
ド４６０の一部は研削されて、コア４６２の近くに相互
作用領域４６１を形成する。電気光学的活物質から形成
される相互作用物質４６４は、クラッドが除去されたフ
ァイバの領域上に装設される。１対の電極４６６および
４６８は相互作用物質の両端部に装設され、電極４７０
は電極４５４と一般に平行に整列する相互作用物質に装
設される。オシレータ４７２は電極４７０に電圧を供給
する。位相シフタ４７４はオシレータ出力を受信し、移
相し、次に移相された信号を電極４６８に与える。電極
４６６および４５６は接地される。

相互作用物質４６４にオシレータ信号を与えると、電気
光学的効果に従ってその屈折率が変化する。相互作用物
質４６４での屈折率のこれらの変化はファイバ１１の実
効屈折率の変化を引き起こす。これら変化はオシレータ
信号の周波数で振動性である。光の速度はＶ　Ｗ　Ｃ／
　ｎで、ｎはファイバの屈折率であるので、屈折率の変
化は周波数シフタ４５０の光信号の速度を変調する。こ
れら速度変調は光の周波数の変調と思われる。

この発明は特定の実施例に関連して説明されてきたけれ
ども、これら実施例が具体的な好ましい実施例であるこ
とおよび前掲の特許請求の範囲に規定されるようなこの
発明の範囲から逸脱することなしに修正がなされ得るこ
とが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従った周波数制御システムの概略図
である。 第２図は第１図の二重光フアイバジャイロスコープに含
まれ得る光カブラの断面図である。 第３図は第２図の線３−３に沿って破断された断面図で
ある。 第４図は第２図および第３図の光フアイバエバネセント
・フィールドカプラに含まれる光ファイバの一部での楕
円形表面を示す斜視図である。 第５図は第１図の周波数制御システムで位相変調器とし
て機能し得るファイバ圧搾器の側面図である。 第６図は第５図のファイバ圧搾器の斜視図である。 第７Ａ図は第１図の周波数制御システムに含まれ得る第
２の型の位相変調器の斜視図である。 第７Ｂ図は第７Ａ図の位相変調器の平面図である。 第８図は第７図の位相変調器の端面図である。 第９図は第１図の周波数制御回路に含まれ得る偏光維持
ファイバの断面図である。 第１０図は第９図の偏光維持ファイバを形成するために
使用され得る誘電体の交互の層の積み重ねの正面図であ
る。 第１１図は第１図の周波数制御回路に含まれ得る偏光器
の断面図である。 第１２図は第１１図の線１２−１２に沿って破断された
断面図である。 第１３図は第１図のシステムに含まれ得る第２の型の偏
光器を例示する図である。 第１４図は第１図の周波数制御システムを含む光フアイ
バ回転センシングシステムを例示する図である。 第１５図は第１図および第１４図のシステムで光源を含
み得るレーザダイオードのスペクトル分布をグラフ式に
例示する図である。 第１６図は第１図の周波数制御システムで２つの偏光の
光路差の関数で第１４図の光フアイバ回転センサのスケ
ールファクタの安定化をグラフ式に例示した図である。 第１７図および第１８図は光波への周波数シフタの効果
を例示する図である。 第１９図は光ファイバに衝突する音響波頭を例示する図
である。 第２０図は第１４図の光フアイバ回転センサに含まれ得
る音響光学周波数シフタの構造を例示する図である。 第２１図および第２２図は第２０図の音響光学周波数シ
フタの光信号への効果を例示する図である。 第２３図は第１４図の光フアイバ回転センサに含まれ得
る周波数シックの第２の構造を例示する図である。 図において、１２は光信号源、１３は光カブラ、１４は
偏光器、１６は光ファイバ、１７は偏光維持ファイバ、
１８は分析器、２０は光検出器、２１は増幅器、２２は
帯域フィルタ、２４は同期検出器、２５は位相変調器、
２６はドライバオシレータ、２７は光源ドライバである
。 特許出願人　リットン・システムズ・インコ−■（ω） ＦＩＧ、　　１６ 先豚ｔ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源１０から出力される光信号の周波数を制御す
   るための装置であって、 光信号を嚮導しながらそれの偏光を維持するための装置
   （１４、１７、１８）と、 光源（１２）から出力される信号の一部を偏光維持嚮導
   装置へと導入するための装置（１３、１６）と、 偏光維持嚮導装置により嚮導される光信号の位相を変調
   するための装置（２５）と、 偏光維持嚮導装置から出力される光信号の強度を示す電
   気信号を生じるための装置（２０）と、光源に電気信号
   を与えて、そこから出力される光信号の周波数を制御す
   るための装置（２１、２２、２４、２７）とを特徴とす
   る、装置。
2. （２）偏光維持嚮導装置の主軸に対し４５°で配向され
   る偏光軸を有する第１の偏光器（１４）を含み、第１の
   偏光器が偏光維持嚮導装置に予め定められた偏光の光を
   与えるように位置決めされ、偏光維持嚮導装置の主軸に
   対し４５°で配向される偏光軸を有する第２の偏光器（
   １８）を含み、第２の偏光器が偏光維持嚮導装置から出
   力される光信号を受信するように位置決めされ、さらに
   第２の偏光器から出力される光信号を検出するための装
   置（２０）を含む、請求項１に記載の装置。
3. （３）検出装置（２０）に接続される帯域フィルタ（２
   ２）装置をさらに含み、帯域フィルタ（２２）が予め定
   められた変調周波数の出力信号を有するように形成され
   、 帯域フィルタ装置（２２）に接続されてそこから出力信
   号を受信する同期検出器装置（２４）と、光源が誤差信
   号の低減を引き起こす周波数を有する光信号を生じるよ
   うに、光源に同期検出器装置（２４）からの誤差信号を
   与えるための装置（２７）とをさらに含む、請求項２に
   記載の装置。
4. （４）位相変調器（２５）に接続されて、変調周波数で
   偏光維持嚮導装置（１４、１７、１８）により嚮導され
   る光信号の位相を変調するドライバオシレータ（２６）
   をさらに含む、請求項３に記載の装置。
5. （５）偏光維持嚮導装置（１４、１７、１８）が１対の
   主軸を有する偏光維持光ファイバ（１７）の長さ部分を
   含む、請求項１に記載の装置。
6. （６）光源から出力される光信号の周波数を制御するた
   めの方法であって、 光信号を嚮導しながらそれの偏光を維持するステップと
   、 光源から出力される信号の一部を偏光維持嚮導装置へ導
   入するステップと、 偏光維持嚮導装置により嚮導される光信号の位相を変調
   するステップと、 偏光維持嚮導装置から出力される光信号の強度を示す電
   気信号を発生するステップと、 光源に電気信号を与え、そこから出力される光信号の周
   波数を制御するステップとを特徴とする、方法。
7. （７）偏光維持嚮導装置へ予め定められた偏光の光を与
   えるステップと、 偏光維持嚮導装置の出力を分析して、選択された偏光の
   みを有する光信号を与えるステップと、選択された偏光
   を有する光信号を検出するステップとをさらに含む、請
   求項６に記載の方法。
8. （８）検出装置に帯域フィルタ装置を接続して、予め定
   められた変調周波数の出力信号を与えるステップと、 帯域フィルタ装置に同期検出器装置を接続してそこから
   出力信号を受信するステップと、光源が誤差信号の低減
   を引き起こす周波数を有する光信号を発生するように、
   光源に同期検出器装置からの誤差信号を与えるステップ
   とをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. （９）位相変調器にドライバオシレータを接続して、変
   調周波数で偏光維持嚮導装置により嚮導される光信号の
   位相を変調するステップをさらに含む、請求項７に記載
   の方法。
10. （１０）偏光維持嚮導装置を形成して、１対の主軸を有
    する偏光維持光ファイバの長さ部分を含むステップをさ
    らに含む、請求項６に記載の方法。