JP2002532705A - 同一方向に伝播する、並びに反対方向に伝播する偏光誤差の抑制を変調した光ファイバジャイロスコープ - Google Patents
同一方向に伝播する、並びに反対方向に伝播する偏光誤差の抑制を変調した光ファイバジャイロスコープInfo
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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
- G01C19/721—Details
Abstract
(57)【要約】
偏光誤差を補正する変調機能を有した光ファイバジャイロスコープであり、偏光誤差は主波及び従波のクロスカップリングされた波間の干渉から生じさせることを目的とする。これらの誤差信号は除去することが極めて困難であるが、変調信号が期間に亘って全誤差を最少にする集積光チップに印加可能にされ、相互が区別され、且つ連係した変調信号を検出コイルの対向する入力部に対し与えることにより、各種の偏光誤差が変調信号期間に亘りゼロに平均化できる。
Description
【０００１】 （技術分野） この発明は同一方向に出ない伝播する、並びに反対方向に伝播する偏光誤差の
抑制を変調した光ファイバジャイロスコープに関する。
抑制を変調した光ファイバジャイロスコープに関する。
【０００２】 （背景技術） 代表的な光ファイバジャイロスコープでは、ジャイロスコープによる回転検出
誤差を引き起こす偏光現象が存在する。ある偏光誤差はある偏光状態から別の偏
光状態へ連係されている光により引き起こされる。例えばプロトン交換集積光回
路を有するジャイロスコープの場合、前記の連係は集積光回路が光源及び光ファ
イバ検出ループと結合するときに生じる。この集積光回路の位相変調は、ある偏
光状態を変調器に加えるある信号に対する別の偏光状態の場合と異なるように動
作する。各種の偏光誤差のあるソース及び特性は本発明以前の従来技術において
周知でないものと考えられる。このソース及び特性の識知及びこれに続く解決法
が開示される。
誤差を引き起こす偏光現象が存在する。ある偏光誤差はある偏光状態から別の偏
光状態へ連係されている光により引き起こされる。例えばプロトン交換集積光回
路を有するジャイロスコープの場合、前記の連係は集積光回路が光源及び光ファ
イバ検出ループと結合するときに生じる。この集積光回路の位相変調は、ある偏
光状態を変調器に加えるある信号に対する別の偏光状態の場合と異なるように動
作する。各種の偏光誤差のあるソース及び特性は本発明以前の従来技術において
周知でないものと考えられる。このソース及び特性の識知及びこれに続く解決法
が開示される。
【０００３】 光ファイバジャイロスコープにおける振幅及び強度型偏光誤差を抑制する構成
では微妙な変調信号を使用する。ジャイロスコープの検出ループ内の１つあるい
は複数の位相変調器は偏光子のリジェクト軸に沿って偏光された少量の光に対す
る場合より偏光子のパス軸に沿って偏光された光に対し異なるように作用する。
この状態は集積光回路変調器の場合に存在する。プロトン交換リチウム・ニオベ
ート変調器の場合、残留するリジェクト軸の光は集積光回路を経て別の光路を通
過するので、実質的に位相が変調されない。導波管は光の１偏光を案内するだけ
である。チップを通過する他の偏光状態の光の漏れは位相変調器をバイパスする
散乱される光に起因する。結果として偏光誤差を除去する本発明においては偏波
面保存（ＰＭ）型光ファイバジャイロスコープ及び減偏光（ＳＭ）型光ファイバ
ジャイロスコープの両方に適用される。
では微妙な変調信号を使用する。ジャイロスコープの検出ループ内の１つあるい
は複数の位相変調器は偏光子のリジェクト軸に沿って偏光された少量の光に対す
る場合より偏光子のパス軸に沿って偏光された光に対し異なるように作用する。
この状態は集積光回路変調器の場合に存在する。プロトン交換リチウム・ニオベ
ート変調器の場合、残留するリジェクト軸の光は集積光回路を経て別の光路を通
過するので、実質的に位相が変調されない。導波管は光の１偏光を案内するだけ
である。チップを通過する他の偏光状態の光の漏れは位相変調器をバイパスする
散乱される光に起因する。結果として偏光誤差を除去する本発明においては偏波
面保存（ＰＭ）型光ファイバジャイロスコープ及び減偏光（ＳＭ）型光ファイバ
ジャイロスコープの両方に適用される。
【０００４】 この偏光誤差抑制を得るため複数の実施形態が存在する。一の実施形態はバイ
アス変調により複数の偏光誤差を抑制し、減少化技術により残余の誤差を抑制す
る開ループ信号処理システムである。この技術は１９９４年７月５日に発行され
た「モードカップリング誤差の構成制御」の名称の、ブレーク等による米国特許
第５，３２７，２１３号に開示されている。また１９９４年１２月２７日に発行
され「モードカップリング誤差の構成制御」の名称の、ブレーク等による米国特
許第５，３７７，２８３号に本明細書の参考になる技術事項が開示される。別の
開ループ処理システムはバイアス変調で幾つかの偏光誤差を抑制し、検出ループ
の反対側に配置される第２の位相変調器に供給される特定基準を満足する変調信
号で他の偏光誤差を抑制する。ある特定基準を満足するランプ状波形を有する閉
ループ信号処理システムでは変調信号がループの両側に配置される変調器へ供給
され、またバイアス変調信号はループの片側あるいは両側の変調器へ供給される
。
アス変調により複数の偏光誤差を抑制し、減少化技術により残余の誤差を抑制す
る開ループ信号処理システムである。この技術は１９９４年７月５日に発行され
た「モードカップリング誤差の構成制御」の名称の、ブレーク等による米国特許
第５，３２７，２１３号に開示されている。また１９９４年１２月２７日に発行
され「モードカップリング誤差の構成制御」の名称の、ブレーク等による米国特
許第５，３７７，２８３号に本明細書の参考になる技術事項が開示される。別の
開ループ処理システムはバイアス変調で幾つかの偏光誤差を抑制し、検出ループ
の反対側に配置される第２の位相変調器に供給される特定基準を満足する変調信
号で他の偏光誤差を抑制する。ある特定基準を満足するランプ状波形を有する閉
ループ信号処理システムでは変調信号がループの両側に配置される変調器へ供給
され、またバイアス変調信号はループの片側あるいは両側の変調器へ供給される
。
【０００５】 振幅型及び強度型の偏光誤差を説明するために一般式が開示される。この式は
位相変調器が２個の偏光状態を同一の方法で影響を与えることを含んでいる。こ
の場合ループ内の同一方向に伝播する主波及び疑似波間には無視できる交流干渉
が存在する。主波は好ましい偏光波であり、疑似波即ち従波は拒絶される偏光波
である。これは全ファイバジャイロスコープにおける状態である。顕著な偏光誤
差のすべてがループ内の反対方向に伝播する各種の波間の干渉により生じる。
位相変調器が２個の偏光状態を同一の方法で影響を与えることを含んでいる。こ
の場合ループ内の同一方向に伝播する主波及び疑似波間には無視できる交流干渉
が存在する。主波は好ましい偏光波であり、疑似波即ち従波は拒絶される偏光波
である。これは全ファイバジャイロスコープにおける状態である。顕著な偏光誤
差のすべてがループ内の反対方向に伝播する各種の波間の干渉により生じる。
【０００６】 （発明の開示） 本発明によれば、１あるいはそれ以上の位相変調器が同一の方法で主偏光状態
及び従偏光状態に影響を与えず、同一の方向に伝播する波もジャイロスコープの
復調バンド幅内の交流干渉項を生じる場合の偏光誤差問題が解決される。この場
合結果として４種の振幅偏光誤差及び１種の強度偏光誤差が生じる。異なる種類
の誤差は区別され誤差を除去するために与えられた各種の変調を有する。各種の
誤差干渉に与えられる変調はまた主信号に与えられる変調と異なる。このため変
調技術により誤差を抑制可能であり、良好な信号感度が維持可能になる。
及び従偏光状態に影響を与えず、同一の方向に伝播する波もジャイロスコープの
復調バンド幅内の交流干渉項を生じる場合の偏光誤差問題が解決される。この場
合結果として４種の振幅偏光誤差及び１種の強度偏光誤差が生じる。異なる種類
の誤差は区別され誤差を除去するために与えられた各種の変調を有する。各種の
誤差干渉に与えられる変調はまた主信号に与えられる変調と異なる。このため変
調技術により誤差を抑制可能であり、良好な信号感度が維持可能になる。
【０００７】 （発明を実施するための最良の形態） 光ファイバジャイロスコープ内の振幅型及び強度型偏光誤差を抑制する本発明
においては微妙な変調信号を使用する。図１のジャイロスコープ１０の検出ルー
プ１５内の一つの位相変調器１１あるいは複数の変調器１１、１２は偏光子１６
のリジェクト軸に沿って偏光される少量の光１４の場合とプロトン交換式リチウ
ム・ニオベート（ＬｉＮｂＯ３）集積光回路１６（本来偏光子）のパス軸に沿っ
て偏光される光１３の場合とは異なるように作用する必要がある。このような事
態は実寸ではない図１に示す集積光回路１６内の位相変調器１１、１２に存在す
る。プロトン交換ＬｉＮｂＯ３、位相変調器１１、１２の場合残りのリジェクト
軸光１７は、変調パス軸を通過する光１３とは異なるチップ１６を経た物理的光
路を通過するので、実質的に位相変調されない。導波管１８は光１３の一方の偏
光を案内するだけである。チップ１６を通過する光の他方の偏光状態の漏れは位
相変調器１１、１２をバイパスする散乱された光１７のためによる。光源１９は
集積光回路（ＩＯＣ）１６に対し光１３を与える。ＩＯＣ１６から戻る光はカプ
ラ２１を経て検出器２３へ送られる。検出器１３は戻った光信号３４を電気信号
に変換する。この電気信号は電子回路２６へ送られる。バイアス発生器３５はラ
イン３７上のバイアス変調信号を位相変調器１１及び電子回路２６に対し与える
。電子回路２６の出力はループ１５の回転速度を示しており、速度指示器３６へ
送られる。図２において図１の要素と同一のものには同一の参照番号を付して示
してある。
においては微妙な変調信号を使用する。図１のジャイロスコープ１０の検出ルー
プ１５内の一つの位相変調器１１あるいは複数の変調器１１、１２は偏光子１６
のリジェクト軸に沿って偏光される少量の光１４の場合とプロトン交換式リチウ
ム・ニオベート（ＬｉＮｂＯ３）集積光回路１６（本来偏光子）のパス軸に沿っ
て偏光される光１３の場合とは異なるように作用する必要がある。このような事
態は実寸ではない図１に示す集積光回路１６内の位相変調器１１、１２に存在す
る。プロトン交換ＬｉＮｂＯ３、位相変調器１１、１２の場合残りのリジェクト
軸光１７は、変調パス軸を通過する光１３とは異なるチップ１６を経た物理的光
路を通過するので、実質的に位相変調されない。導波管１８は光１３の一方の偏
光を案内するだけである。チップ１６を通過する光の他方の偏光状態の漏れは位
相変調器１１、１２をバイパスする散乱された光１７のためによる。光源１９は
集積光回路（ＩＯＣ）１６に対し光１３を与える。ＩＯＣ１６から戻る光はカプ
ラ２１を経て検出器２３へ送られる。検出器１３は戻った光信号３４を電気信号
に変換する。この電気信号は電子回路２６へ送られる。バイアス発生器３５はラ
イン３７上のバイアス変調信号を位相変調器１１及び電子回路２６に対し与える
。電子回路２６の出力はループ１５の回転速度を示しており、速度指示器３６へ
送られる。図２において図１の要素と同一のものには同一の参照番号を付して示
してある。
【０００８】 図２においてはループ１５の片側に付設される位相変調器１１を有したプロ
トン交換部ＬｉＮｂＯ３ＩＯＣ１６を備えた開ループ光ファイバジャイロスコー
プ２０の簡略図を示す。ライン３７上のバイアス変調信号φ１を有する発生器２
８は位相変調器１１を駆動する。発生器２８からの基準信号は復調のために開ル
ープ電子回路２６に対し与えられる。ループ１５のこの側は主時計方向（ＣＷ）
光波２２がループに入力する場所である。主反時計方向（ＣＣＷ）光波２４はル
ープ１５の対向側に入る。疑似ＣＷ光波２５及び疑似ＣＣＷ光波２７は偏光子１
６のリジェクト軸を通過し、次にループ１５に入る。更に疑似光波２５、２７は
位相変調器１１により影響されないが、両方の主光波２２、２４は影響される。
光波２４はループに入る際に影響される。主ＣＣＷ光波２４及び疑似ＣＷ光波２
５間の干渉により生じる周知な振幅型誤差信号は主ＣＷ光波２２及び疑似ＣＷ光
波２５間の干渉によって生じる等しく対向する誤差により無効にされる。この偏
光誤差がループの片側の変調により自動的に抑制されるので、疑似ＣＷ光波２５
がインコヒレントに主ＣＷ光波２２及び主ＣＣＷ光波２４と干渉するようにすれ
ばよく、正確且つ確実にする必要がない。疑似ＣＣＷ光波２７が主ＣＷ光波２２
及び主ＣＣＷ光波２４とインコヒレントに干渉するよう疑似ＣＣＷ光波２７を減
少化し偏光誤差を抑制することができる。
トン交換部ＬｉＮｂＯ３ＩＯＣ１６を備えた開ループ光ファイバジャイロスコー
プ２０の簡略図を示す。ライン３７上のバイアス変調信号φ１を有する発生器２
８は位相変調器１１を駆動する。発生器２８からの基準信号は復調のために開ル
ープ電子回路２６に対し与えられる。ループ１５のこの側は主時計方向（ＣＷ）
光波２２がループに入力する場所である。主反時計方向（ＣＣＷ）光波２４はル
ープ１５の対向側に入る。疑似ＣＷ光波２５及び疑似ＣＣＷ光波２７は偏光子１
６のリジェクト軸を通過し、次にループ１５に入る。更に疑似光波２５、２７は
位相変調器１１により影響されないが、両方の主光波２２、２４は影響される。
光波２４はループに入る際に影響される。主ＣＣＷ光波２４及び疑似ＣＷ光波２
５間の干渉により生じる周知な振幅型誤差信号は主ＣＷ光波２２及び疑似ＣＷ光
波２５間の干渉によって生じる等しく対向する誤差により無効にされる。この偏
光誤差がループの片側の変調により自動的に抑制されるので、疑似ＣＷ光波２５
がインコヒレントに主ＣＷ光波２２及び主ＣＣＷ光波２４と干渉するようにすれ
ばよく、正確且つ確実にする必要がない。疑似ＣＣＷ光波２７が主ＣＷ光波２２
及び主ＣＣＷ光波２４とインコヒレントに干渉するよう疑似ＣＣＷ光波２７を減
少化し偏光誤差を抑制することができる。
【０００９】 図３は各発生器２８、２９により駆動されるループ１５の両側に位相変調器１
１、１２を有するＩＯＣ１６を備えた開ループ光ファイバジャイロスコープ３０
の略図である。ライン３７を経て発生器２８からのバイアス変調信号φ１は疑似
ＣＷ光波２５と連係する振幅型誤差を抑制する効果のあるループ１５の片側（即
ち、位相変調器１１）に再び印加される。変調発生器２９からの第２の変調信号
φ２がループ１５のＣＣＷ側の第２の変調器１２に印加されて、主光波２２、２
４と干渉する疑似ＣＣＷ光波２７と連係する振幅型偏光誤差を抑制する。第２の
変調信号φ２はセンサ３０の動作と干渉しない周波数成分を有する。更に第２の
変調信号φ２はｃｏｓφ２＝０の平均値の基準を満足する。ここにφ２は第２の
変調器１２によるＩＯＣ１６の偏光子のパス軸に沿って偏光される光に与えられ
る位相変調であり、φ２は例えば主光波２２、２４と干渉する疑似ＣＣＷ光波２
７と連係した振幅型偏光誤差を抑制する正弦波、三角波あるいはノコギリ波にで
きる。
１、１２を有するＩＯＣ１６を備えた開ループ光ファイバジャイロスコープ３０
の略図である。ライン３７を経て発生器２８からのバイアス変調信号φ１は疑似
ＣＷ光波２５と連係する振幅型誤差を抑制する効果のあるループ１５の片側（即
ち、位相変調器１１）に再び印加される。変調発生器２９からの第２の変調信号
φ２がループ１５のＣＣＷ側の第２の変調器１２に印加されて、主光波２２、２
４と干渉する疑似ＣＣＷ光波２７と連係する振幅型偏光誤差を抑制する。第２の
変調信号φ２はセンサ３０の動作と干渉しない周波数成分を有する。更に第２の
変調信号φ２はｃｏｓφ２＝０の平均値の基準を満足する。ここにφ２は第２の
変調器１２によるＩＯＣ１６の偏光子のパス軸に沿って偏光される光に与えられ
る位相変調であり、φ２は例えば主光波２２、２４と干渉する疑似ＣＣＷ光波２
７と連係した振幅型偏光誤差を抑制する正弦波、三角波あるいはノコギリ波にで
きる。
【００１０】 図４は閉ループ光ファイバジャイロスコープ４０の略図を示す。ＩＯＣ１６は
ループ１５のＣＷ側に位相変調器１１をループのＣＣＷ側には変調器１２を有し
ている。発生器３１から加算器３３を経てライン３８上のバイアス変調信号が位
相変調器１１、１２に印加される。またバイアス変調信号はＩＯＣ１６の変調器
の一のみに印加可能である。加算器３３を経て発生器３２からの閉ループ、ラン
プ状信号φ１、φ２はまた変調器１１、１２に印加される。位相変調器１１に印
加される信号はφ１であり変調器１２に印加される信号はφ２である。閉ループ
信号の振幅は検出器２３からの電気信号により決まる電子回路３９により設定さ
れる。検出器２３はＩＯＣ１６を経てループ１５から戻る光を入力する。ファイ
バのループ巻きと平行な平面に対し垂直な軸を中心にループ１５が回転する結果
、主光波２２、２４間に位相シフトが生じる。位相シフトされた主光波間の干渉
は検出され信号として電子回路３９、ランプ発生器３２及び変調器１１、１２へ
送られる。回転中このフィードバック信号により主光波２２、２４が互いに逆位
相にされる。このフィードバック信号量はループ１５の回転速度を示す。一方検
出器２３における光の干渉は特に疑似波の結果である。従って電子回路３９、ラ
ンプ発生器３２及び変調器１１、１２への信号は誤差を生じその結果回転速度の
指示が不正確になる。この不正確な指示は偏光のクロスカップリング（連係接続
）のためである。
ループ１５のＣＷ側に位相変調器１１をループのＣＣＷ側には変調器１２を有し
ている。発生器３１から加算器３３を経てライン３８上のバイアス変調信号が位
相変調器１１、１２に印加される。またバイアス変調信号はＩＯＣ１６の変調器
の一のみに印加可能である。加算器３３を経て発生器３２からの閉ループ、ラン
プ状信号φ１、φ２はまた変調器１１、１２に印加される。位相変調器１１に印
加される信号はφ１であり変調器１２に印加される信号はφ２である。閉ループ
信号の振幅は検出器２３からの電気信号により決まる電子回路３９により設定さ
れる。検出器２３はＩＯＣ１６を経てループ１５から戻る光を入力する。ファイ
バのループ巻きと平行な平面に対し垂直な軸を中心にループ１５が回転する結果
、主光波２２、２４間に位相シフトが生じる。位相シフトされた主光波間の干渉
は検出され信号として電子回路３９、ランプ発生器３２及び変調器１１、１２へ
送られる。回転中このフィードバック信号により主光波２２、２４が互いに逆位
相にされる。このフィードバック信号量はループ１５の回転速度を示す。一方検
出器２３における光の干渉は特に疑似波の結果である。従って電子回路３９、ラ
ンプ発生器３２及び変調器１１、１２への信号は誤差を生じその結果回転速度の
指示が不正確になる。この不正確な指示は偏光のクロスカップリング（連係接続
）のためである。
【００１１】 バイアス変調信号及び閉ループ信号の波形はディジタル的なステップからなり
、各ステップの期間はループ１５の周囲の光の遷移時間に等しい。信号φ１及び
φ２は時間関数であり以下の基準を満足する。
、各ステップの期間はループ１５の周囲の光の遷移時間に等しい。信号φ１及び
φ２は時間関数であり以下の基準を満足する。
【００１２】
【００１３】 ここにｗｈｅｒｅΦｍ＝Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ＋τ）＋Φ２（ｔ＋τ）−Φ２
（ｔ）は反対方向に伝播する主光波間の変調器により与えられる全位相差変調で
あり、ψ及びγは任意の位相角である。Ｅ｛｝は外囲した波形の平均（あるいは
予想）値を示す。平均時間はループ閉鎖の１周期である。
（ｔ）は反対方向に伝播する主光波間の変調器により与えられる全位相差変調で
あり、ψ及びγは任意の位相角である。Ｅ｛｝は外囲した波形の平均（あるいは
予想）値を示す。平均時間はループ閉鎖の１周期である。
【００１４】 システム４０の１実施形態は４ステップデュアルランプ波形である閉ループ波
形を有する。閉ループ信号に対する別のシステムは変調器１１、１２に夫々印加
される別個のセロダイン波形であるデュアルセロダインシステムである。別のシ
ステムはある種の閉ループ信号を使用し次に上述した基準を満足する干渉しない
周波数成分からなる波形を加えることである。
形を有する。閉ループ信号に対する別のシステムは変調器１１、１２に夫々印加
される別個のセロダイン波形であるデュアルセロダインシステムである。別のシ
ステムはある種の閉ループ信号を使用し次に上述した基準を満足する干渉しない
周波数成分からなる波形を加えることである。
【００１５】 一般に、偏光誤差を抑制する変調技術は以下の基準を有している。
【００１６】
【００１７】 ここに、添え字「ｘ」「ｙ」はチップ１６の両側の光のｘ及びｙ（主及び疑似
）軸で伝播する光に供給される位相変調信号を示すためにし加された。
）軸で伝播する光に供給される位相変調信号を示すためにし加された。
【００１８】 更に詳述するに同一方向に伝播する偏光誤差を使用して反対方向に伝播する偏
光誤差が無効にされる。この方法は、位相変調により主及び疑似偏光路が異なる
ように影響されるときに可能である。ここで満足すべき基準は以下の通りである
。
光誤差が無効にされる。この方法は、位相変調により主及び疑似偏光路が異なる
ように影響されるときに可能である。ここで満足すべき基準は以下の通りである
。
【００１９】
【００２０】 る。図５は位相変調器１１に対するφ１ｘ（ｔ）及びφ１ｙ（ｔ）の入力及び変
調器１２に対する入力φ２ｘ（ｔ）及びφ２ｙ（ｔ）を示す。
調器１２に対する入力φ２ｘ（ｔ）及びφ２ｙ（ｔ）を示す。
【００２１】
【００２２】 ここに、φ１ｘ＝変調器１１によるｘ（パス）偏光された成分に印加される位
相変調信号 φ２ｘ＝変調器１２によるｘ（パス）偏光された成分に印加される位相変調信
号 φ１ｙ＝変調器１１によるｙ（リジェクト）偏光された成分に印加される位相
変調信号 φ２ｙ＝変調器１２によるｙ（リジェクト）偏光された成分に印加される位相
変調信号 τ＝伝播遅延時間 κ＝偏光独立ロス及び位相シフト用のロスを含む定数 ε１＝集積回路１６の変調器１１側の偏光消光比 ε２＝集積回路１６の変調器１２側の偏光消光比 ジョーンズ行列 Ａ＝検出コイル１５内のファイバ長に亘ってｘ（パス）偏光軸での時計方向波
２２の量変化 Ｂ＝ｘ（パス）偏光軸における時計方向波２２に対し検出コイル１５のファイ
バ長に亘りクロスカップリングされたｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向波２５
の光量 Ｃ＝ｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向波２５に対し検出コイル１５のファイ
バ長に亘りクロスカップリングされたｘ（パス）偏光軸の時計方向波２２の光量 Ｄ＝検出コイル１５のファイバ長にわたりｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向
波２５の光量である。
相変調信号 φ２ｘ＝変調器１２によるｘ（パス）偏光された成分に印加される位相変調信
号 φ１ｙ＝変調器１１によるｙ（リジェクト）偏光された成分に印加される位相
変調信号 φ２ｙ＝変調器１２によるｙ（リジェクト）偏光された成分に印加される位相
変調信号 τ＝伝播遅延時間 κ＝偏光独立ロス及び位相シフト用のロスを含む定数 ε１＝集積回路１６の変調器１１側の偏光消光比 ε２＝集積回路１６の変調器１２側の偏光消光比 ジョーンズ行列 Ａ＝検出コイル１５内のファイバ長に亘ってｘ（パス）偏光軸での時計方向波
２２の量変化 Ｂ＝ｘ（パス）偏光軸における時計方向波２２に対し検出コイル１５のファイ
バ長に亘りクロスカップリングされたｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向波２５
の光量 Ｃ＝ｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向波２５に対し検出コイル１５のファイ
バ長に亘りクロスカップリングされたｘ（パス）偏光軸の時計方向波２２の光量 Ｄ＝検出コイル１５のファイバ長にわたりｙ（リジェクト）偏光軸の時計方向
波２５の光量である。
【００２３】
【００２４】 以下のようである。
【００２５】
【００２６】 まれ、Ｌは検出ループファイバの長さ、Ｄはループの直径、λは光波長、ｃは光
速、及びΩは回転速度である。
速、及びΩは回転速度である。
【００２７】
【００２８】 ここにＩｏｕｔはループを出る光の強度である。
【００２９】 り見いだすことができる。
【００３０】
【００３１】 最初の誤差項、誤差１は以下の通りである。
【００３２】
【００３３】 ここにマーク＊の項はＣＷ主ビームとＣＷ疑似ビーム（あるいは複数のビーム
）との間の干渉による。両方の偏光モードの変調が同一、即ちφ１ｘ＝φ１ｙで
ある場合、誤差は変調されず変調バンド幅の外である。
）との間の干渉による。両方の偏光モードの変調が同一、即ちφ１ｘ＝φ１ｙで
ある場合、誤差は変調されず変調バンド幅の外である。
【００３４】 ２番目の誤差項、誤差２は以下の通りである。
【００３５】
【００３６】 マーク＊の項はＣＣＷ主ビームとＣＷ疑似ビーム（あるいは複数のビーム）と
の間の干渉による。この誤差は２種の振幅型偏光誤差の一方である。
の間の干渉による。この誤差は２種の振幅型偏光誤差の一方である。
【００３７】 ３番目の誤差項、誤差３は以下のとおりである。
【００３８】
【００３９】 マーク＊の項はＣＷ主ビーム及びＣＣＷ疑似ビーム（あるいは複数のビーム）
間の干渉による。この誤差は２種の主振幅型偏光誤差の他方である。
間の干渉による。この誤差は２種の主振幅型偏光誤差の他方である。
【００４０】 ４番目の誤差項、誤差３は以下の通りである。
【００４１】
【００４２】 マーク＊の項ＣＣＷ主ビームとＣＷ疑似ビーム（あるいは複数のビーム）との
間の干渉による。最初の誤差の場合のようにφ２ｘ＝φ２ｙであるとき複屈折変
調が存在しなければ、この誤差は要素である。
間の干渉による。最初の誤差の場合のようにφ２ｘ＝φ２ｙであるとき複屈折変
調が存在しなければ、この誤差は要素である。
【００４３】 誤差１と誤差２の和はゼロに設定可能である。
【００４４】 ここで、κ２ＡＢ＊ＥｉｎｘＥｉｎｙ≡ＲｅｊΨ と定義される。 誤差１＝ ２∈１Ｒｃｏｓ［φ１ｘ（ｔ）−φ１ｙ（ｔ）＋Ψ］ 誤差２＝２∈１Ｒｃｏｓ［φ２ｘ（ｔ）−φ１ｙ（ｔ）＋φ１ｘ（ｔ＋τ）−
φ２ｘ（ｔ＋τ）＋φＲ＋Ψ］
φ２ｘ（ｔ＋τ）＋φＲ＋Ψ］
【００４５】 変調波形が正しく選択されると、誤差１は誤差２を無効にできる。
【００４６】 一般基準は以下のものを含む。
【００４７】
【００４８】 ここでＤｓは復調信号であり、ＲＮはゼロ結果である。
【００４９】 且つここにφＲは通常極めて小さいので誤差２から除去される。
【００５０】 （プロトン交換ＩＯＣの場合）φｙ＝０で簡略化され以下の通りになる。
【００５１】
【００５２】 次に φｍ（ｔ）≡φ１ｘ（ｔ）−φ１ｘ（ｔ＋τ）＋φ２ｘ（ｔ＋τ）−φ
２ｘ（ｔ）と定義される。
２ｘ（ｔ）と定義される。
【００５３】 φｍ（ｔ）は干渉計の主ビームに与えられる全位相バイアスである。
【００５４】 以下の式を満足すると誤差１＋誤差２はゼロに等しい。
【００５５】
【００５６】 次いで信号復調Ｄｓはローパスフィルタ後のｓｉｎ〔φｍ（ｔ）〕の乗算で表
現できる場合が多い。
現できる場合が多い。
【００５７】
【００５８】 ここに＜＞は時間平均を示しΨは変化可能である。Ψが変化できるとすると、
要件は以下の通りになる。
要件は以下の通りになる。
【００５９】
【００６０】 ここでなされる複数の視点は、φ１ｘ（ｔ）がディザリングされ全ての項それ
ぞれをゼロに平均する、同一の方向に伝播する誤差が反対方向に伝播する誤差を
無効にし、個々の項がゼロに平均化されず加算される。
ぞれをゼロに平均する、同一の方向に伝播する誤差が反対方向に伝播する誤差を
無効にし、個々の項がゼロに平均化されず加算される。
【００６１】 通りである。
【００６２】 ＜ｓｉｎ［φｍ（ｔ）］ｃｏｓ［φ１ｘ（ｔ）］＋ｓｉｎ［φ１ｘ（ｔ
）］＞＝０ ＜ｓｉｎ［φｍ（ｔ）］ｓｉｎ［φ１ｘ（ｔ）］−ｃｏｓ［φ１ｘ（ｔ
）］＞＝０
）］＞＝０ ＜ｓｉｎ［φｍ（ｔ）］ｓｉｎ［φ１ｘ（ｔ）］−ｃｏｓ［φ１ｘ（ｔ
）］＞＝０
【００６３】 次に誤差３、４の和はゼロとみなせる。
【００６４】 κ２ＡＣ＊ＥｉｎｘＥｉｎｙ≡Ｓｅｊγと定義すると、
【００６５】 誤差３＝２∈２Ｓｃｏｓ［φ１ｘ（ｔ）−φ１ｘ（ｔ＋τ）＋φ２ｘ（ｔ＋τ
）−φ２ｙ（ｔ）−φＲ＋γ］ 誤差４＝２∈２Ｓｃｏｓ［φ２ｘ（ｔ）−φ２ｙ（ｔ）＋γ］
）−φ２ｙ（ｔ）−φＲ＋γ］ 誤差４＝２∈２Ｓｃｏｓ［φ２ｘ（ｔ）−φ２ｙ（ｔ）＋γ］
【００６６】 誤差無効のための一般基準は以下の通りである。
【００６７】
【００６８】 またφＲは通常極めて小さいので除去される。φｙ＝０とφｍ（ｔ）定義を用
いて簡略化できる。以下の式が満足されると誤差３、４の和はゼロになる。
いて簡略化できる。以下の式が満足されると誤差３、４の和はゼロになる。
【００６９】
【００７０】 またｓｉｎ〔φｍ（ｔ）〕及びローパスフィルタリングを用いて復調する場合
、以下の式が満足されると、誤差３、４の和はゼロに等しくなる。
、以下の式が満足されると、誤差３、４の和はゼロに等しくなる。
【００７１】 これは一般γ式でありγなしの以下の２式となる。
【００７２】 また同じ論点を上述のように行うことができる。
【００７３】 りとなる。
【００７４】
【００７５】 図６ａ、図６ｂ、図６ｃはそれぞれデュアルランプ閉ループ光ファイバジャイ
ロスコープの波形５９、６０、６１を示す。波形５９はＩｏｕｔ対φｍ（ｔ）の
干渉図形である。φ１ｘに含まれるバイアス変調信号６１は図５のジャイロスコ
ープ４２の変調器１１に印加される。デュアルランプ信号６０はφ１ｘとφ２ｘ
とにスプリットされ、夫々変調器１１、１２に送られる。波形６０の次元６２は
πである。次元５１はτである。この入力構成はプッシュプル動作する。バイア
ス変調６１は適正周波数であり方形波である。以下の表は２ステップデュアルラ
ンプシステムの各種の信号を示す。
ロスコープの波形５９、６０、６１を示す。波形５９はＩｏｕｔ対φｍ（ｔ）の
干渉図形である。φ１ｘに含まれるバイアス変調信号６１は図５のジャイロスコ
ープ４２の変調器１１に印加される。デュアルランプ信号６０はφ１ｘとφ２ｘ
とにスプリットされ、夫々変調器１１、１２に送られる。波形６０の次元６２は
πである。次元５１はτである。この入力構成はプッシュプル動作する。バイア
ス変調６１は適正周波数であり方形波である。以下の表は２ステップデュアルラ
ンプシステムの各種の信号を示す。
【００７６】
【００７７】 上述から２ステップデュアルランプの場合の誤差１、２の和に対し基準が検査
される。
される。
【００７８】
【００７９】 両項が√２／４に平均化される。これら誤差は無効にされない。
【００８０】
【００８１】 従ってこの基準は誤差１、２に対し満足される。上述からゼロに等しい誤差３
、４に対する基準が検査される。
、４に対する基準が検査される。
【００８２】
【００８３】 最期の誤差は無効にされない。
【００８４】
【００８５】 この誤差は無効にされない。結論として２ステップデュアルランプはプッシュ
プル構成の上述した基準を満足しない。
プル構成の上述した基準を満足しない。
【００８６】 図７ａ、図７ｂ、図７ｃは４ステップデュアルランプ閉ループジャイロスコー
プの波形６３、６４、６５をそれぞれ示す。波形６３はＩｏｕｔ対φｍ（ｔ）の
干渉図形である。φ１ｘに含まれるバイアス変調信号６５は図５の変調器１１に
印加される。デュアルランプ信号６４はφ１ｘとφ１ｘとにスプリットされ、そ
れぞれ変調器１１、１２へ送られる。波形６４の次元６６はπである。次元６７
はτである。これはプッシュプル動作である。バイアス変調は適正周波数の方形
波６５である。以下の表は４ステップデュアルランプシステムの各種信号を示す
。
プの波形６３、６４、６５をそれぞれ示す。波形６３はＩｏｕｔ対φｍ（ｔ）の
干渉図形である。φ１ｘに含まれるバイアス変調信号６５は図５の変調器１１に
印加される。デュアルランプ信号６４はφ１ｘとφ１ｘとにスプリットされ、そ
れぞれ変調器１１、１２へ送られる。波形６４の次元６６はπである。次元６７
はτである。これはプッシュプル動作である。バイアス変調は適正周波数の方形
波６５である。以下の表は４ステップデュアルランプシステムの各種信号を示す
。
【００８７】
【００８８】 ゼロに等しい誤差１、２の和に対する基準は４ステップデュアルランプに対し
検査される。
検査される。
【００８９】
【００９０】 誤差１、２はそれぞれゼロに等しい。
【００９１】 ゼロに等しい誤差３、４に対する基準は４ステップデュアルランプに対し検査
される。
される。
【００９２】
【００９３】 誤差３、４はそれぞれゼロである。４ステップデュアルランプは全部で４個の
誤差がそれぞれ（π／２バイアス変調深さで）ゼロに変調される場合である。
誤差がそれぞれ（π／２バイアス変調深さで）ゼロに変調される場合である。
【００９４】 開ループ動作は変調器１１と関連すると考えられる。バイアス変調は変調器１
１に印加されるφ１に含まれる。バイアス変調は適正周波数である。
１に印加されるφ１に含まれる。バイアス変調は適正周波数である。
【００９５】
【００９６】 ゼロに等しい誤差１、２の和に対する上述からの基準が検査される。
【００９７】
【００９８】 これは奇数関数である。
【００９９】
【０１００】 ここで同一方向に伝播する誤差１は反対方向に伝播する誤差２を無効にする。
【０１０１】 ゼロに等しい誤差３、４に対する上述の基準が検査される。
【０１０２】
【０１０３】 これは奇数関数である。
【０１０４】
【０１０５】 和において誤差３はゼロに等しくないが、誤差４はゼロに等しい。従って誤差
３をガンマトリムする必要がある。
３をガンマトリムする必要がある。
【０１０６】 次の例は変調器１２に印加される搬送波抑制を有する開ループ構成であり、φ
１は変調器１１に印加される適正周波数のバイアス変調を含む。低い周波数の搬
送波抑制信号は変調器１２に印加されるφ２信号に含まれる。ここに、
１は変調器１１に印加される適正周波数のバイアス変調を含む。低い周波数の搬
送波抑制信号は変調器１２に印加されるφ２信号に含まれる。ここに、
【０１０７】 、すべてのΨ及びγに対し⇒＜ｃｏｓ（φ１＋γ）ｃｏｓ（φ２＋Ψ）＞＝０で
ある。
ある。
【０１０８】 ゼロに等しい誤差１、２に対する上述からの基準が検査され、変調器１１を利
用する先行の開ループ例と同じ理由のためゼロに等しいことが判明した。
用する先行の開ループ例と同じ理由のためゼロに等しいことが判明した。
【０１０９】 ゼロに等しい誤差３、４の和に対する上述からの基準が検査される。
【０１１０】 φ２がφ１と非同期なので、 φ２がφ１と非同期なので、
【０１１１】 誤差３、４の和がゼロに等しいことが分かる。
【０１１２】 本発明によればセロダイン（あるいはディジタル位相ステップを用いる）また
はデュアルランプを用いる開ループ及び閉ループ光ファイバジャイロスコープシ
ステム内で偏光誤差抑制が最適に実現される。（４ステップデュアルランプの最
適実施形態はここに説明以外に説明される。）上述したように光ファイバジャイ
ロスコープは偏光誤差を有する。偏光誤差は振幅型あるいは強度型として分類可
能である。振幅型偏光誤差はクロスカップリングされた波と主波の干渉に関連す
る。クロスカップリングされた波は疑似波あるいは従波と呼ばれる。主波は変調
信号のパス軸を経て伝達される。従波は変調信号のリジェクト軸で伝達される。
強度型偏光誤差はクロスカップリングされた２波の干渉に関連する。更に誤差の
分類は図８に関連して行うことができる。ＩＯＣ４１の側Ａと関連する振幅型偏
光誤差が存在する。これらの誤差は点ｋ１、ｋ２でクロスカップリングされた波
と主波との間の干渉に関連する。誤差１は同一方向に伝播する波に関連し、誤差
２は反対方向に伝播する波に関連する。またＩＯＣ４１の側Ｂと連係する振幅型
偏光誤差が存在する。この誤差は点ｋ１、ｋ３でクロスカップリングされる波と
主波との間の干渉に関連する。誤差３は反対方向に伝播する波と関連する。誤差
４は同一方向に伝播する波と関連する。最期に誤差５として示される強度型偏光
誤差が存在する。誤差５は点ｋ２、ｋ３でクロスカップリングされる２波間の干
渉と関連し、この両波はジャイロスコープループ内に配置される。誤差１、２、
３、４、５はまたそれぞれ１、２、３、４、５の偏光誤差とも呼ばれる。
はデュアルランプを用いる開ループ及び閉ループ光ファイバジャイロスコープシ
ステム内で偏光誤差抑制が最適に実現される。（４ステップデュアルランプの最
適実施形態はここに説明以外に説明される。）上述したように光ファイバジャイ
ロスコープは偏光誤差を有する。偏光誤差は振幅型あるいは強度型として分類可
能である。振幅型偏光誤差はクロスカップリングされた波と主波の干渉に関連す
る。クロスカップリングされた波は疑似波あるいは従波と呼ばれる。主波は変調
信号のパス軸を経て伝達される。従波は変調信号のリジェクト軸で伝達される。
強度型偏光誤差はクロスカップリングされた２波の干渉に関連する。更に誤差の
分類は図８に関連して行うことができる。ＩＯＣ４１の側Ａと関連する振幅型偏
光誤差が存在する。これらの誤差は点ｋ１、ｋ２でクロスカップリングされた波
と主波との間の干渉に関連する。誤差１は同一方向に伝播する波に関連し、誤差
２は反対方向に伝播する波に関連する。またＩＯＣ４１の側Ｂと連係する振幅型
偏光誤差が存在する。この誤差は点ｋ１、ｋ３でクロスカップリングされる波と
主波との間の干渉に関連する。誤差３は反対方向に伝播する波と関連する。誤差
４は同一方向に伝播する波と関連する。最期に誤差５として示される強度型偏光
誤差が存在する。誤差５は点ｋ２、ｋ３でクロスカップリングされる２波間の干
渉と関連し、この両波はジャイロスコープループ内に配置される。誤差１、２、
３、４、５はまたそれぞれ１、２、３、４、５の偏光誤差とも呼ばれる。
【０１１３】 偏光誤差を抑制あるいは無効にするためセロダインループ閉鎖の最適実施形態
が存在する。バイアス変調信号がＩＯＣ４５の変調器１１に印加され、図９ｂの
セロダイン信号４３が図９ａの変調器１２に印加される。図９ｂは２π、４π、
．．．、ｎπラジアンでの位相変調のピーク対ピーク振幅５５を有するセロダイ
ンループ閉鎖信号４３、ｌｃ（ｔ）を示す。ここにｎは整数である。ループ閉鎖
信号は偏光誤差の抑制のための基準を満足する。この基準は＜ｃｏｓ（ｌｃ（ｔ
））＞＝０である。この実施形態が最適であるということは当業者には周知とは
言えない。信号４３は代えてディジタル位相ステップ信号（即ちディジタル化さ
れたセロダイン信号）にできる。
が存在する。バイアス変調信号がＩＯＣ４５の変調器１１に印加され、図９ｂの
セロダイン信号４３が図９ａの変調器１２に印加される。図９ｂは２π、４π、
．．．、ｎπラジアンでの位相変調のピーク対ピーク振幅５５を有するセロダイ
ンループ閉鎖信号４３、ｌｃ（ｔ）を示す。ここにｎは整数である。ループ閉鎖
信号は偏光誤差の抑制のための基準を満足する。この基準は＜ｃｏｓ（ｌｃ（ｔ
））＞＝０である。この実施形態が最適であるということは当業者には周知とは
言えない。信号４３は代えてディジタル位相ステップ信号（即ちディジタル化さ
れたセロダイン信号）にできる。
【０１１４】 誤差１、２は振幅が等しいが、符号が逆なのでＡ側の振幅偏光誤差は自己無効
を受ける。Ｂ側の振幅偏光誤差は非ゼロ速度でループ閉鎖により抑制される。強
度誤差は非ゼロ速度でループ閉鎖により抑制される。１つのクラスの誤差を形成
する側Ａ（あるいはＢ）と関連する多くの誤差が存在する。この変調技術はすべ
ての誤差（クラス）を抑制する。
を受ける。Ｂ側の振幅偏光誤差は非ゼロ速度でループ閉鎖により抑制される。強
度誤差は非ゼロ速度でループ閉鎖により抑制される。１つのクラスの誤差を形成
する側Ａ（あるいはＢ）と関連する多くの誤差が存在する。この変調技術はすべ
ての誤差（クラス）を抑制する。
【０１１５】 以下に誤差抑制変調でセロダインループ閉鎖の第１の最適実施形態を開示する
。セロダインループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）は変調器１１へ印加され、誤差抑制変調
ｅｓ（ｔ）は変調器１２へ印加される。バイアス変調は両側に印加可能である。
偏光誤差抑制の条件＜ｃｏｓ（ｅｓ（ｔ））＞＝０を満足する多数の波形が存在
する。波形４６、４７、４８はそれぞれ図９ｃ、図９ｄ、図９ｅに示される。誤
差抑制波形は低い周波数あるいは検出ループ１５の適正周波数の偶数倍に近い周
波数にする必要がある。適正あるいは固有周波数は１／２τに等しく、ここにτ
はループ遷移時間である。
。セロダインループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）は変調器１１へ印加され、誤差抑制変調
ｅｓ（ｔ）は変調器１２へ印加される。バイアス変調は両側に印加可能である。
偏光誤差抑制の条件＜ｃｏｓ（ｅｓ（ｔ））＞＝０を満足する多数の波形が存在
する。波形４６、４７、４８はそれぞれ図９ｃ、図９ｄ、図９ｅに示される。誤
差抑制波形は低い周波数あるいは検出ループ１５の適正周波数の偶数倍に近い周
波数にする必要がある。適正あるいは固有周波数は１／２τに等しく、ここにτ
はループ遷移時間である。
【０１１６】 以下の説明において誤差抑制波形の周波数は低い（適正周波数より実質的に低
い）とする。ループ閉鎖により低い周波数での誤差抑制変調波形ｅｓ（ｔ）の形
状が再構築される。従って誤差抑制変調はＩＯＣ４５の側Ａ、Ｂの両方の変調器
１１、１２にそれぞれ印加される。この構成の例外は図９ｅの方形波４８に用い
る場合であり、この波はπ／２の変調深さ５８（即ちａ）における方形波バイア
ス変調のループ閉鎖に対し不可視であるが、偏光誤差を抑制し得る。方形波４８
は（２ｉ＋１）π／２のピーク振幅５８を有し、ここでｉは０、１、２、．．．
に等しい整数である。バイアス変調が一方の側Ａ（変調器１１）に印加されると
き、誤差１、２は振幅が等しいが符号が異なるので、この側と関連する振幅偏光
誤差は自己無効とされる。ＩＯＣ４５のＢ側（変調器１２）における振幅偏光誤
差は変調器１２に印加される誤差抑制変調ｅｓ（ｔ）により抑制される。同様に
バイアス変調が側Ｂに印加されると、この側に関連する振幅偏光誤差は自己無効
とされ、側Ａと関連する誤差はループ閉鎖により再構築される波形ｅｓ（ｔ）に
よって抑制される。強度偏光誤差は非ゼロ回転速度に対し抑制される。方形波の
場合強度誤差はゼロ回転速度を含むすべての回転速度で抑制される。
い）とする。ループ閉鎖により低い周波数での誤差抑制変調波形ｅｓ（ｔ）の形
状が再構築される。従って誤差抑制変調はＩＯＣ４５の側Ａ、Ｂの両方の変調器
１１、１２にそれぞれ印加される。この構成の例外は図９ｅの方形波４８に用い
る場合であり、この波はπ／２の変調深さ５８（即ちａ）における方形波バイア
ス変調のループ閉鎖に対し不可視であるが、偏光誤差を抑制し得る。方形波４８
は（２ｉ＋１）π／２のピーク振幅５８を有し、ここでｉは０、１、２、．．．
に等しい整数である。バイアス変調が一方の側Ａ（変調器１１）に印加されると
き、誤差１、２は振幅が等しいが符号が異なるので、この側と関連する振幅偏光
誤差は自己無効とされる。ＩＯＣ４５のＢ側（変調器１２）における振幅偏光誤
差は変調器１２に印加される誤差抑制変調ｅｓ（ｔ）により抑制される。同様に
バイアス変調が側Ｂに印加されると、この側に関連する振幅偏光誤差は自己無効
とされ、側Ａと関連する誤差はループ閉鎖により再構築される波形ｅｓ（ｔ）に
よって抑制される。強度偏光誤差は非ゼロ回転速度に対し抑制される。方形波の
場合強度誤差はゼロ回転速度を含むすべての回転速度で抑制される。
【０１１７】 以下に誤差抑制変調でセロダインループ閉鎖の、第２の最適の実施形態を開示
する。バイアス変調は変調器１１及びセロダインループ閉鎖ｌｃ（ｔ）に印加さ
れ、誤差抑制信号は図９ａのＩＯＣ４５の変調器１２に印加される。この実施形
態では誤差抑制波形が閉ループ内で誤差抑制変調ｅｓ（ｔ）として合成され、式
＜ｃｏｓ（ｅｓ（ｔ））＞＝０を満足する形態を取ることができる。最適波形の
例が図９ｃ、図９ｄに示される。波形４６のピーク変調深さは約２．４ラジアン
であり、この場合この深さ５６（即ちａ）のベッセル関数Ｊｏは２．４０４８３
ラジアンでありＪｏ（ａ）＝０である。ベッセル関数の他のゼロ点は５．５２及
び８．６５ラジアンである。図９ｄのピーク対ピーク振幅５７はｎ２πラジアン
であり、ここにｎは整数である。誤差抑制変調信号及びセロダインループ閉鎖信
号の両方は側Ｂの電極に印加され、次に示す偏光誤差抑制基準を満足する。
する。バイアス変調は変調器１１及びセロダインループ閉鎖ｌｃ（ｔ）に印加さ
れ、誤差抑制信号は図９ａのＩＯＣ４５の変調器１２に印加される。この実施形
態では誤差抑制波形が閉ループ内で誤差抑制変調ｅｓ（ｔ）として合成され、式
＜ｃｏｓ（ｅｓ（ｔ））＞＝０を満足する形態を取ることができる。最適波形の
例が図９ｃ、図９ｄに示される。波形４６のピーク変調深さは約２．４ラジアン
であり、この場合この深さ５６（即ちａ）のベッセル関数Ｊｏは２．４０４８３
ラジアンでありＪｏ（ａ）＝０である。ベッセル関数の他のゼロ点は５．５２及
び８．６５ラジアンである。図９ｄのピーク対ピーク振幅５７はｎ２πラジアン
であり、ここにｎは整数である。誤差抑制変調信号及びセロダインループ閉鎖信
号の両方は側Ｂの電極に印加され、次に示す偏光誤差抑制基準を満足する。
【０１１８】
【０１１９】 ＩＯＣ４５のＡ側で生じる振幅偏光誤差は自己無効にされる。ＩＯＣのＢ側で
生じる振幅偏光誤差は非ゼロ回転速度でのループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）により、及
びゼロ回転速度を含むすべての回転速度での誤差抑制変調信号ｅｓ（ｔ）により
抑制される。強度偏光誤差は非ゼロ及びでのループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）により、
及びゼロ回転速度を含むすべての回転速度での誤差抑制変調信号ｅｓ（ｔ）によ
り抑制される。上記はセロダインあるいはディジタル位相ステップ技術のループ
閉鎖の好ましい実施形態を開示する。三角波形４７は偏光誤差の抑制に加え後方
散乱誤差の抑制する。
生じる振幅偏光誤差は非ゼロ回転速度でのループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）により、及
びゼロ回転速度を含むすべての回転速度での誤差抑制変調信号ｅｓ（ｔ）により
抑制される。強度偏光誤差は非ゼロ及びでのループ閉鎖信号ｌｃ（ｔ）により、
及びゼロ回転速度を含むすべての回転速度での誤差抑制変調信号ｅｓ（ｔ）によ
り抑制される。上記はセロダインあるいはディジタル位相ステップ技術のループ
閉鎖の好ましい実施形態を開示する。三角波形４７は偏光誤差の抑制に加え後方
散乱誤差の抑制する。
【０１２０】 プッシュプル構成のセロダインループ閉鎖の最適の実施形態が図１０ａに示さ
れる。バイアス変調信号及びセロダイン信号ｌｃ（ｔ）はＩＯＣ５０の変調器１
１、１２に印加される。４πリセット４９を有するセロダイン波形５３はは誤差
抑制変調として作用する。振幅誤差の抑制はｎ４πの次元５９を有するリセット
４９に対し生じ、強度誤差の抑制はｎ２π及びｎ４πリセットに対し生じ、こ として定義され、強度誤差に対しては ＜ｃｏｓ（ｌｃ（ｔ））＞＝０として定
義される。従って振幅及び強度偏光誤差のすべては非ゼロ回転速度でｎ４πの次
元５９のリセット４９を有するセロダイン波形５３により抑制される。
れる。バイアス変調信号及びセロダイン信号ｌｃ（ｔ）はＩＯＣ５０の変調器１
１、１２に印加される。４πリセット４９を有するセロダイン波形５３はは誤差
抑制変調として作用する。振幅誤差の抑制はｎ４πの次元５９を有するリセット
４９に対し生じ、強度誤差の抑制はｎ２π及びｎ４πリセットに対し生じ、こ として定義され、強度誤差に対しては ＜ｃｏｓ（ｌｃ（ｔ））＞＝０として定
義される。従って振幅及び強度偏光誤差のすべては非ゼロ回転速度でｎ４πの次
元５９のリセット４９を有するセロダイン波形５３により抑制される。
【０１２１】 誤差抑制変調を有する図１０ａのプッシュプル構成内のセロダインループ閉鎖
の別の最適な実施形態がここに説明される。バイアス変調、セロダインループ閉
鎖信号ｌｃ（ｔ）５３及び誤差抑制信号の形状が図９ｃ、図９ｄに４６、４７と
して示され、ＩＯＣ５０の変調器１１、１２に印加される。一般にバイアス変調
は矩形はである必要はない。形状４６、４７の波形は閉ループ内で合成される。
振幅誤差に対する誤差抑制要件は次の通りである。
の別の最適な実施形態がここに説明される。バイアス変調、セロダインループ閉
鎖信号ｌｃ（ｔ）５３及び誤差抑制信号の形状が図９ｃ、図９ｄに４６、４７と
して示され、ＩＯＣ５０の変調器１１、１２に印加される。一般にバイアス変調
は矩形はである必要はない。形状４６、４７の波形は閉ループ内で合成される。
振幅誤差に対する誤差抑制要件は次の通りである。
【０１２２】
【０１２３】 強度誤差に対する誤差抑制要件は＜ｃｏｓ（ｌｃ（ｔ））＞＝０及び＜ｃｏｓ
（ｅｓ（ｔ））＞＝０である。上述した式の一部は複数の解、例えば、＜ｃｏｓ
（ｅｓ（ｔ））＞＝０を有し、ここにｅｓ（ｔ）は２π、４π、．．．、ｎ２π
のピーク対ピーク振幅５７に対する三角形は符号４７であり、ｎは１、２、３、
．．．の整数である。
（ｅｓ（ｔ））＞＝０である。上述した式の一部は複数の解、例えば、＜ｃｏｓ
（ｅｓ（ｔ））＞＝０を有し、ここにｅｓ（ｔ）は２π、４π、．．．、ｎ２π
のピーク対ピーク振幅５７に対する三角形は符号４７であり、ｎは１、２、３、
．．．の整数である。
【０１２４】 振幅及び強度偏光誤差はすべてＩＯＣ５０構成に対し非ゼロ回転速度での４π
リセットを有するセロダイン波形５３（図１０ｂの）により抑制される。これら
の誤差はまた誤差抑制変調信号に対し波形を適切に選択される場合、すべての回
転速度での誤差抑制変調により抑制できる。誤差抑制波形は振幅あるいは強度偏
光誤差を抑制するように選択される。ある波形（例えば、三角波若しくは矩形波
）は同時に両方の種類の偏光誤差を抑制可能である。正弦波波形４６の場合振幅
偏光誤差の抑制は振幅５６（即ちａ）に対し生じ、この場合Ｊｏ（ａ）＝０であ
りａに対し２．４、５．５２、８．６５等の値を与える。三角波の波形４７の場
合、振幅誤差及び強度誤差の両方ｎ４πのピーク対ピーク振幅５７に対し抑制さ
れる。
リセットを有するセロダイン波形５３（図１０ｂの）により抑制される。これら
の誤差はまた誤差抑制変調信号に対し波形を適切に選択される場合、すべての回
転速度での誤差抑制変調により抑制できる。誤差抑制波形は振幅あるいは強度偏
光誤差を抑制するように選択される。ある波形（例えば、三角波若しくは矩形波
）は同時に両方の種類の偏光誤差を抑制可能である。正弦波波形４６の場合振幅
偏光誤差の抑制は振幅５６（即ちａ）に対し生じ、この場合Ｊｏ（ａ）＝０であ
りａに対し２．４、５．５２、８．６５等の値を与える。三角波の波形４７の場
合、振幅誤差及び強度誤差の両方ｎ４πのピーク対ピーク振幅５７に対し抑制さ
れる。
【０１２５】 ４ステップを有する図７ｂのようなデュアルランプ波形は図１０ａのＩＯＣ５
０の構成に使用可能である。＜ｃｏｓφ２（ｔ）／２＞＝０なら振幅誤差を除去
するため他の波形も使用でき、＜ｃｏｓφ２（ｔ）＝０＞なら強度誤差を除去す
るために他の波形も使用可能であり、ここでφ２はＩＯＣ５０の変調器内への抑
制波形である。
０の構成に使用可能である。＜ｃｏｓφ２（ｔ）／２＞＝０なら振幅誤差を除去
するため他の波形も使用でき、＜ｃｏｓφ２（ｔ）＝０＞なら強度誤差を除去す
るために他の波形も使用可能であり、ここでφ２はＩＯＣ５０の変調器内への抑
制波形である。
【０１２６】 図１１ａはバイアス変調信号及びループ閉鎖信号の両方がＩＯＣ５２のＡ側に
入力されるＩＯＣ５２を示す。バイアス変調信号は変調器１１ａに入力され、ル
ープ閉鎖信号は変調器１１ｂに入力される。これらの両信号は代わりに加算器３
３によって加算され図１１ｂに示すＩＯＣ７９の変調器１１に入力可能である。
抑制波形発生器８０からの搬送波抑制信号はそれぞれ図１１ａ、図１１ｂのＩＯ
Ｃ５２、７９の側Ｂの変調器１２に入力される。抑制信号波形の特性は図５のＩ
ＯＣ５０の変調器１２に入力される抑制信号の波形の特性と同一である。
入力されるＩＯＣ５２を示す。バイアス変調信号は変調器１１ａに入力され、ル
ープ閉鎖信号は変調器１１ｂに入力される。これらの両信号は代わりに加算器３
３によって加算され図１１ｂに示すＩＯＣ７９の変調器１１に入力可能である。
抑制波形発生器８０からの搬送波抑制信号はそれぞれ図１１ａ、図１１ｂのＩＯ
Ｃ５２、７９の側Ｂの変調器１２に入力される。抑制信号波形の特性は図５のＩ
ＯＣ５０の変調器１２に入力される抑制信号の波形の特性と同一である。
【０１２７】 図１３は各信号をそれぞれ変調器１１の各電極に与えることにより、複数の信
号発生器（例えば、第１及び第２の変調信号発生器８１、８２）からの信号が加
算あるいは差動の方法で一の変調器１１に印加される構成が示される。
号発生器（例えば、第１及び第２の変調信号発生器８１、８２）からの信号が加
算あるいは差動の方法で一の変調器１１に印加される構成が示される。
【０１２８】 上述したように減少化関係には、ＰＭジャイロスコープ内のスプライス間のＰ
Ｍファイバの長さを調整すること、あるいはＳＭジャイロスコープの１あるいは
複数の減偏光子のスプライスを調整することが含まれ、減関係は高原のコヒーレ
ンス関数に左右される。コヒーレンス関数はオート関係の関数である。時間的コ
ヒーレンス関数は干渉波の縞の可視性を決定する。光の遅延は検出器での２波が
関連付けされないように調整される。バイアス変調が複数の誤差を抑制するため
に使用される場合、減関係は残りの誤差を抑制するために使用される。減関係は
主波及びクロスカップリングされた波が互いに干渉することを防止する。図１２
ａはＰＭファイバスプライス６８を有するＰＭジャイロスコープ４４を示す。ス
プライス６８とＩＯＣの長さとの間のＰＭファイバの長さすべては必要な減関係
を与えるように調整される。
Ｍファイバの長さを調整すること、あるいはＳＭジャイロスコープの１あるいは
複数の減偏光子のスプライスを調整することが含まれ、減関係は高原のコヒーレ
ンス関数に左右される。コヒーレンス関数はオート関係の関数である。時間的コ
ヒーレンス関数は干渉波の縞の可視性を決定する。光の遅延は検出器での２波が
関連付けされないように調整される。バイアス変調が複数の誤差を抑制するため
に使用される場合、減関係は残りの誤差を抑制するために使用される。減関係は
主波及びクロスカップリングされた波が互いに干渉することを防止する。図１２
ａはＰＭファイバスプライス６８を有するＰＭジャイロスコープ４４を示す。ス
プライス６８とＩＯＣの長さとの間のＰＭファイバの長さすべては必要な減関係
を与えるように調整される。
【０１２９】 図１２ｂはスプライス７２を有するＳＭ（減偏光された）ジャイロスコープ５
４を示す。ＰＭファイバの特定の長さ７４、７６は減偏光子である。ジャイロス
コープ５４は単一の減偏光子７４または７６のみで設計可能である。スプライス
７２間のＰＭファイバの長さのすべて及びＩＯＣの長さは必要な減少化関係を与
えるように調整される。
４を示す。ＰＭファイバの特定の長さ７４、７６は減偏光子である。ジャイロス
コープ５４は単一の減偏光子７４または７６のみで設計可能である。スプライス
７２間のＰＭファイバの長さのすべて及びＩＯＣの長さは必要な減少化関係を与
えるように調整される。
【図１】 図１は各光路を有する光スプリッタ及び変調器を含む集積光回路（ＩＯＣ）を
備えた光ファイバジャイロスコープを示す。
備えた光ファイバジャイロスコープを示す。
【図２】 図２は異なる変調器構成を有するＩＯＣを備えた光ファイバジャイロスコープ
を示す。
を示す。
【図３】 図３は異なる変調器構成を有するＩＯＣを備えた光ファイバジャイロスコープ
を示す。
を示す。
【図４】 図４は異なる変調器構成を有するＩＯＣを備えた光ファイバジャイロスコープ
を示す。
を示す。
【図５】 図５は異なる変調器構成を有するＩＯＣを備えた光ファイバジャイロスコープ
を示す。
を示す。
【図６ａ】 図６ａは２ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
の干渉図形である。
の干渉図形である。
【図６ｂ】 図６ｂは２ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
のバイアス変調信号を示す。
のバイアス変調信号を示す。
【図６ｃ】 図６ｃは２ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
の波形を示す。
の波形を示す。
【図７ａ】 図７ａは４ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
の干渉図形である。
の干渉図形である。
【図７ｂ】 図７ｂは４ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
のバイアス変調信号を示す。
のバイアス変調信号を示す。
【図７ｃ】 図７ｃは４ステップ、デュアルランプ、閉ループ光ファイバジャイロスコープ
の波形を示す。
の波形を示す。
【図８】 図８は誤差分類のための光スプリッタを有するＩＯＣの図である。
【図９ａ】 図９ａは図８のＩＯＣの変調器のレイアウトである。
【図９ｂ】 図９ｂはセロダインループ閉鎖信号である。
【図９ｃ】 図９ｃは偏光誤差抑制波形の一例である。
【図９ｄ】 図９ｄは偏光誤差抑制波形の別の一例である。
【図９ｅ】 図９ｅはπ／２方形波バイアス変調のループ閉鎖に対し不可視の偏光誤差抑制
波形である。
波形である。
【図１０ａ】 図１０ａはＩＯＣの変調器プッシュプル構成を示す。
【図１０ｂ】 図１０ｂはプッシュプル構成の振幅及び強度偏光誤差の両方を抑制するセロダ
イン波形を示す。
イン波形を示す。
【図１１ａ】 図１１ａは両バイアス変調信号を一方の側へ及び誤差抑制信号を他方の側へ入
力するＩＯＣ構成を示す。
力するＩＯＣ構成を示す。
【図１１ｂ】 図１１ｂは両バイアス変調信号を一方の側へ及び誤差抑制信号を他方の側へ入
力するＩＯＣ構成を示す。
力するＩＯＣ構成を示す。
【図１２ａ】 図１２ａはＰＭジャイロスコープの減関係法を示す。
【図１２ｂ】 図１２ｂはＳＭジャイロスコープの減関係法を示す。
【図１３】 図１３は１変調器と接続される複数の変調信号発生器を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランジ，チヤールズ エイチ． アメリカ合衆国 アリゾナ州 85310，グ レンデイル，ダブリユウ． アラメダ 4611 (72)発明者 ストランドジヨード，リー ケイ． アメリカ合衆国 ミネソタ州 55331，ト ンカ ベイ，ヒル クレスト ドライブ 35 Ｆターム(参考） 2F105 BB03 DE01 DE06 DE12 DE13 DE14 DE21 DE23 DE27 DE28 DF07 DF10
Claims (2)
- 【請求項１】 光源と、光源と連結されパス軸及びリジェクト軸を有する偏
光子と、光源と連結された第１のポートを有するスプリッタと、スプリッタの第
３のポートに接続される第２の端部と第２のポートに接続される第１の端部とを
有する検出ループと、スプリッタの第２のポートの近傍の第１の変調器と、第１
の変調器と接続される第１の信号発生器とを備え、光源は偏光子に対し光を与え
、偏光子のパス軸を通過する光はパス偏光状態を有し、リジェクト軸を通過する
光はリジェクト偏光状態を有し、第１の変調器はパス偏光状態の光を変更し、ス
プリッタは第１の端部で第２のポートを出て検出ループ内に入る第１の主波と第
２の端部で第３のポートを出て検出ループ内に入る第２の従波とに光をスプリッ
トし、検出ループの第２の端部を出て第３のポートに入りスプリッタに入る第１
の従波と検出ループの第１の端部を出て第２のポートに入りスプリッタに入る第
２の従波とを合成し、スプリッタの第１のポートから合成した波を出力し、第１
及び第２の従波はパス偏光状態を有し、主波の一部のクロスカップリングにより
リジェクト偏光状態を有する従波が得られ、振幅型偏光誤差が光ファイバジャイ
ロスコープ内に生じ、各振幅型の偏光誤差は主波及び従波間の干渉により発生さ
れ、第１の信号発生器からの第１の変調信号がいくつかの振幅型偏光誤差を抑制
してなる偏光誤差抑制を有する光ファイバジャイロスコープ。 - 【請求項２】 ビーム光を与える工程と、偏光子でビーム光を偏光する工程
と、ビーム光を第１及び第２の主光波にスプリットする工程と、光ファイバ検出
ループ内に第１及び第２の主光波を入力する工程と、変調器における共通周期τ
を有する第１及び第２の主光波を変調する工程とを包有してなり、第１及び第２
の主光波は光ファイバ検出ループ内を反対方向に伝播し、第１及び第２の主光波
の平均はｓｉｎ（ψｍ）［ｃｏｓ（ψ１−ψｍ＋Ψ）＋ｃｏｓ（ψ１＋Ψ）］＝
０ 及び ｓｉｎ（ψｍ）［ｃｏｓ（ψ２＋ψｍ＋γ）＋ｃｏｓ（ψ２＋γ）］＝０ で示され、 ここに ψｍ＝ψ１（ｌ）−ψ１（ｔ＋τ）＋ψ２（ｔ＋τ）−ψ２（ｔ） 及
びψとγは任意の位相角度である光ファイバジャイロスコープ内の偏光誤差を減
少させる方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/215,581 | 1998-12-17 | ||
| US09/215,581 US6175410B1 (en) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Fiber optic gyroscope having modulated suppression of co-propagating and counter-propagating polarization errors |
| PCT/US1999/026517 WO2000036375A1 (en) | 1998-12-17 | 1999-11-09 | Polarization error suspension in fiber optic gyroscopes |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002532705A true JP2002532705A (ja) | 2002-10-02 |
| JP2002532705A5 JP2002532705A5 (ja) | 2005-08-18 |
| JP4052801B2 JP4052801B2 (ja) | 2008-02-27 |
Family
ID=22803545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000588571A Expired - Fee Related JP4052801B2 (ja) | 1998-12-17 | 1999-11-09 | 偏光誤差を抑制した光ファイバ・ジャイロスコープ及びその方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6175410B1 (ja) |
| EP (1) | EP1149271B1 (ja) |
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| JP2011039049A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Honeywell Internatl Inc | 高感度及び低バイアスに最適化された入力ビーム変調を有する共振器光ジャイロスコープ |
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| US6765678B2 (en) * | 2002-01-08 | 2004-07-20 | Honeywell International Inc. | Relative intensity noise controller with maximum gain at frequencies at or above the bias modulation frequency or with second order feedback for fiber light sources |
| US6778279B2 (en) * | 2002-02-19 | 2004-08-17 | Honeywell International, Inc. | Inline sagnac fiber optic sensor with modulation adjustment |
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| US8947671B2 (en) | 2013-02-22 | 2015-02-03 | Honeywell International Inc. | Method and system for detecting optical ring resonator resonance frequencies and free spectral range to reduce the number of lasers in a resonator fiber optic gyroscope |
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-
1999
- 1999-11-09 DE DE69931815T patent/DE69931815T2/de not_active Expired - Lifetime
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- 1999-11-09 JP JP2000588571A patent/JP4052801B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-09 WO PCT/US1999/026517 patent/WO2000036375A1/en active IP Right Grant
- 1999-11-09 EP EP99962730A patent/EP1149271B1/en not_active Expired - Lifetime
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