JP2007512710A

JP2007512710A - 長周期ブラッグ格子光信号減衰

Info

Publication number: JP2007512710A
Application number: JP2006541290A
Authority: JP
Inventors: パヴラス，ジョージ・エイ
Original assignee: ノースロップグラマンコーポレーション
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: WO2005053120A1; US7233724B2; IL175364A0; IL175364A; EP1685633A1; JP4895818B2; US20050111790A1

Abstract

一例では、装置は、１つ又は複数の光源と、１つ又は複数の光源と光学的に結合される１つ又は複数の長周期ブラッグ格子と、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子と光学的に結合される１つ又は複数の増幅ファイバとを備える。１つ又は複数の光源は、１つ又は複数の励起光信号を１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数に送る。１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の励起光信号を１つ又は複数の増幅ファイバのうちの１つ又は複数に伝送する。１つ又は複数の増幅ファイバのうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の励起光信号のうちの１つ又は複数を吸収し、１つ又は複数の出力信号を送出する。１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の出力信号のうちの１つ又は複数を減衰させる。

Description

本発明は、包括的には光ファイバに関し、特に光信号の減衰に関する。

光学部品、たとえば光ファイバジャイロスコープは、広帯域ファイバソースにより生成された光信号を使用する。後方励起広帯域ファイバソースの一設計では、光源が波長分割多重化（「ＷＤＭ」）ファイバを通し希土類ドープファイバに励起光を送る。希土類ドープファイバは励起光を吸収し、出力信号を送出する。この設計には、波長分割多重化ファイバを使用して、希土類ドープファイバに伝送するために光を伝送することに起因する欠点がある。一例として、波長分割多重化ファイバは、広帯域ファイバソースの製造に相当なコストを付加する。別の例として、波長分割多重化ファイバは、偏光分離等の望ましくない影響を付加する。

前方励起広帯域ファイバソースの一設計では、光源が励起光を希土類ドープファイバに直接送る。前方励起広帯域ファイバソースは、上述した後方励起広帯域ファイバソースの設計の波長分割多重化ファイバを省いている。しかし、光源は、この設計では、出力信号のうちの１つ又は複数を光ファイバジャイロスコープに向けて後方反射するファセット面を備える。出力信号の後方反射は広帯域ファイバソースに振動を発生させ、この振動は光ファイバジャイロスコープの動作を妨害する。

したがって、後方反射の低減を助長する光信号の減衰が必要である。製造コストを削減した光信号の減衰がさらに必要である。

一実施態様では、本発明は装置を含む。この装置は、１つ又は複数の光源と、１つ又は複数の光源に光学的に結合される１つ又は複数の長周期ブラッグ格子と、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子に光学的に結合される１つ又は複数の増幅ファイバとを備える。１つ又は複数の光源は、１つ又は複数の励起光信号を１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数に送る。１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の励起光信号を１つ又は複数の増幅ファイバのうちの１つ又は複数に伝送する。１つ又は複数の増幅ファイバのうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の励起光信号のうちの１つ又は複数を吸収し、１つ又は複数の出力信号を送出する。１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の出力信号のうちの１つ又は複数を減衰させる。

本発明の別の実施態様は方法を含む。広帯域ファイバソースの１つ又は複数の増幅ファイバからの１つ又は複数の出力信号の後方反射の低減が、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子の使用により助長される。

本発明の例示的な実施態様の特徴は、以下の説明、特許請求の範囲、及び添付図面から明らかになるであろう。

図１を参照すると、一例としての装置１００は、ハードウェア部品等の複数の部品を備える。このような部品の多くは、装置１００内で組み合わせたり、分割したりすることができる。

一例では、装置１００は、１つ又は複数の光源１０２、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子１０４、及び光を光学部品１１０に提供する１つ又は複数の増幅ファイバ１０８を備える。さらなる例では、装置１００は１つ又は複数の長周期ブラッグ格子１０６を備える。一例では、光源１０２、長周期ブラッグ格子１０４及び１０６、並びに増幅ファイバ１０８は、たとえば、光ファイバケーブル又は導波路により互いに光学的に結合される。たとえば、光源１０２は長周期ブラッグ格子１０４に光学的に結合され、長周期ブラッグ格子１０４は増幅ファイバ１０８に光学的に結合され、増幅ファイバ１０８は光学部品１１０に光学的に結合される。別の例では、増幅ファイバ１０８は長周期ブラッグ格子１０６に光学的に結合され、長周期ブラッグ格子１０６は光学部品１１０に光学的に結合される。一例では、光源１０２、長周期ブラッグ格子１０４及び１０６、並びに増幅ファイバ１０８は、当業者に理解されるように、融着接続されて光学的に結合される。一例では、光源１０２、長周期ブラッグ格子１０４及び１０６、並びに増幅ファイバ１０８は、広帯域ファイバソース１１２の一部を構成する。

一例では、光源１０２は励起ダイオードレーザ、たとえばインジウム・ガリウム・ヒ素（「ＩｎＧａＡｓ」）レーザダイオードを含む。一例では、光源１０２の前面ファセットは、光信号を反射する表面を備える。一例では、光源１０２は、電気を光、たとえば１つ又は複数の励起光信号１１４に変換する。一例では、励起光信号１１４は、実質上同じ励起波長λ_Ｐを含む。

長周期ブラッグ格子１０４及び１０６は、光学コア及び光学コアを被覆するクラッディングを備える。たとえば、光学コアはクラッディングよりも高い屈折率を有して、光学コア内の光の内部全反射を向上させる。長周期ブラッグ格子１０４及び１０６は、対応する波長減衰範囲を有する。たとえば、長周期ブラッグ格子１０４の光学コアは、波長減衰範囲内の波長を有する光信号をクラッディングに結合して、光信号を減衰させる。一例では、長周期ブラッグ格子１０４及び１０６は、当業者に理解されるように、光信号を２０デシベル減衰させる。

一例では、長周期ブラッグ格子１０４及び／又は１０６の波長減衰範囲は、複数の波長減衰サブ範囲を含む。たとえば、長周期ブラッグ格子１０４は複数の長周期ブラッグ格子により表される。複数の長周期ブラッグ格子は、複数の波長減衰サブ範囲を有する。複数の長周期ブラッグ格子は光学的に直列に接続されて、長周期ブラッグ格子１０４の波長減衰範囲を提供する。

一例では、波長減衰サブ範囲が互い違いにずらされて波長減衰範囲を網羅する。たとえば、波長減衰サブ範囲のうちいずれも重複しない（すなわち、０）。別の例では、波長減衰サブ範囲のうちの１つ又は複数は、隣接する波長減衰サブ範囲の一部と重複する。たとえば、第１の長周期ブラッグ格子が波長減衰範囲の下部６０％を提供し、第２の長周期ブラッグ格子が波長減衰範囲の上部６０％を提供し、第１及び第２の波長減衰範囲の中間の２０％は、第１及び第２の長周期ブラッグ格子が重なり合う。

一例では、増幅ファイバ１０８は希土類ドープファイバ、たとえばエルビウムドープファイバ又はネオジムドープファイバを含む。増幅ファイバ１０８は、１つ又は複数の光信号を受信して吸収し、増幅自然放出により複数の出力信号、たとえば出力信号１１６及び１１８を送出する。一例では、増幅ファイバ１０８は、出力信号１１６を長周期ブラッグ格子１０４に向ける。さらなる例では、増幅ファイバ１０８は、出力信号１１８を光学部品１１０に向ける。出力信号１１６及び１１８は、実質上同じ信号波長λ_Ｓを有する。波長λ_Ｐ及び波長λ_Ｓは、当業者に理解されるように異なる波長を含む。

一例では、光学部品１１０は、光ファイバジャイロスコープを含む。光学部品１１０は、波長λ_Ｓの１つ又は複数の光信号を用いて、たとえば回転の大きさを決定する処理を行う。光学部品１１０は、１つ又は複数の光信号を広帯域ファイバソース１１２に向けて戻す。たとえば、光学部品１１０は、１つ又は複数の出力信号１１８を用いて回転の大きさを決定する。

装置１００の典型的な動作について、説明を目的として例示的に記述する。光源１０２は、波長λ_Ｐの１つ又は複数の励起光信号１１４を生成し、励起光信号１１４を長周期ブラッグ格子１０４に向けて送る。長周期ブラッグ格子１０４の波長減衰範囲は波長λ_Ｐを除き、長周期ブラッグ格子１０４は、励起光信号１１４を増幅ファイバ１０８に送る。

増幅ファイバ１０８は、励起光信号１１４のうちの１つ又は複数を吸収する。増幅自然放出により、増幅ファイバ１０８は、複数の出力信号、たとえば出力信号１１６及び１１８を送出する。増幅ファイバ１０８は、出力信号１１６を長周期ブラッグ格子１０４に向け、出力信号１１８を、長周期ブラッグ格子１０６を通して光学部品１１０に向ける。

長周期ブラッグ格子１０４の波長減衰範囲は、出力信号１１６の信号波長λ_Ｓを含む。長周期ブラッグ格子１０４は出力信号１１６を減衰させ、１つ又は複数の出力信号１２２を生成する。光源１０２の前面ファセットは、当業者に理解されるように、出力信号１２２のうちの１つ又は複数、たとえば出力信号１２４を長周期ブラッグ格子１０４に向けて後方反射させる。

長周期ブラッグ格子１０４は、出力信号１１６を減衰させて、長周期ブラッグ格子１０４の前面ファセットに入射する出力信号１１６の後方反射の低減を助長する。長周期ブラッグ格子１０４は出力信号１２４を減衰させ、１つ又は複数の出力信号１２６を生成する。長周期ブラッグ格子１０４は、当業者に理解されるように、出力信号１１６及び１２４を減衰させて、出力信号１１６の振動の低減を助長する。

一例では、長周期ブラッグ格子１０６の波長減衰範囲は、波長λ_Ｓを除き、長周期ブラッグ格子１０６は、当業者に理解されるように出力信号１１８を光学部品１１０に送る。光学部品１１０は出力信号１１８を用いて作業を行い、出力信号１１８のうちの１つ又は複数、たとえば１つ又は複数の出力信号１３０を広帯域ファイバソース１１２に戻す。長周期ブラッグ格子１０４は、出力信号１１６と同類の出力信号１３０を減衰させる。

一例では、増幅ファイバ１０８は、励起光信号１１４の１つ又は複数の残留信号１３２を伝送する。一例では、長周期ブラッグ格子１０６の波長減衰範囲は、波長λ_Ｐを含む。長周期ブラッグ格子１０６は残留信号１３２を減衰させ、１つ又は複数の残留信号１３４を生成する。光学部品１１０が光ファイバジャイロスコープを含む場合、長周期ブラッグ格子１０６は残留信号１３２を減衰させて、光ファイバジャイロスコープのスケールファクタ線形性誤差の低減を助長する。

図２を参照すると、別の例として装置１００は、１つ又は複数の光源１０２、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子１０４及び１０６、１つ又は複数の増幅ファイバ１０８、１つ又は複数の光学部品２０２、並びに光学部品１１０に光を提供する１つ又は複数の光カプラ２０４を備える。一例での光学部品２０２は、多機能集積光チップ及び光ファイバ又は導波路の１つ又は複数の部分を備える。光学部品２０２は、長周期ブラッグ格子１０６からの光信号を方向転換して長周期ブラッグ格子１０６に戻す。光カプラ２０４は、長周期ブラッグ格子１０６からの光信号を方向転換して光学部品１１０に向ける。

光源１０２は、図１と同様に励起光信号１１４を生成する。増幅ファイバ１０８は励起光信号１１４のうちの１つ又は複数を吸収し、出力信号１１８を送出する。増幅ファイバ１０８は、残留信号１３２を長周期ブラッグ格子１０６に送る。長周期ブラッグ格子１０６は、出力信号１１８を光学部品２０２に送る。光学部品２０２は、出力信号１１８を方向転換して、光カプラ２０４に向けて長周期ブラッグ格子１０６に戻す。光カプラ２０４は、出力信号１１８を方向転換して光学部品１１０に向ける。

長周期ブラッグ格子１０６は残留信号１３２を減衰させ、１つ又は複数の残留信号１３４を生成する。光学部品１１０が光ファイバジャイロスコープを含む場合、長周期ブラッグ格子１０６は残留信号１３２を減衰させて、光ファイバジャイロスコープのスケールファクタ線形性誤差の低減を助長する。光学部品２０２は、残留信号１３４を方向転換して、光カプラ２０４に向けて長周期ブラッグ格子１０６に戻す。長周期ブラッグ格子１０６は残留信号１３４を減衰させ、残留信号２０８を生成する。光カプラ２０４は、残留信号２０８を方向転換して光学部品１１０に向ける。

本明細書において説明したステップ又は動作は単なる例示である。本発明の精神から逸脱することなく、これらステップ又は動作に対する多くの変形があり得る。たとえば、ステップは異なる順序で行うことができ、又はステップの追加、削除、又は変更が可能である。

本発明の例示的な実施態様を図示し本明細書において詳細に説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内で各種変更、追加、置換等を行うことができることを当業者は理解しよう。

１つ又は複数の光源、１つ又は複数の長周期ブラッグ格子、１つ又は複数の増幅ファイバ、及び互いに光学的に結合される１つ又は複数の光学部品を備える装置の例示的な一実施態様を表す図である。１つ又は複数の光カプラ及び１つ又は複数の光サーキュレータをさらに備える、図１の装置の例示的な別の実施態様を表す図である。

Claims

１つ又は複数の光源と、
該１つ又は複数の光源に光学的に結合される１つ又は複数の長周期ブラッグ格子と、
該１つ又は複数の長周期ブラッグ格子に光学的に結合される１つ又は複数の増幅ファイバと
を備える装置であって、
前記１つ又は複数の光源のうちの１つ又は複数は、１つ又は複数の励起光信号を前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数に送り、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の励起光信号を前記１つ又は複数の増幅ファイバのうちの１つ又は複数に伝送し、
前記１つ又は複数の増幅ファイバのうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の励起光信号のうちの１つ又は複数を吸収し、１つ又は複数の出力信号を送出し、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の出力信号のうちの１つ又は複数を減衰させる、装置。
前記１つ又は複数の励起光信号は、実質上同じ第１の波長を有し、前記１つ又は複数の出力信号は、実質上同じ第２の波長を有し、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記実質上同じ第１の波長を除き、前記実質上同じ第２の波長を含む１つ又は複数の波長減衰範囲を有し、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の励起光信号を前記１つ又は複数の増幅ファイバのうちの前記１つ又は複数に送り、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数を減衰させる、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の波長減衰範囲は、複数の波長減衰サブ範囲を含み、該複数の波長減衰サブ範囲は、重複する０以上の波長減衰サブ範囲を含む、請求項２記載の装置。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子は、第１の長周期ブラッグ格子及び第２の長周期ブラッグ格子を含み、前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記第１の長周期ブラッグ格子を含み、前記第２の長周期ブラッグ格子を除き、
前記第１の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数を減衰させ、
前記１つ又は複数の増幅ファイバのうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の励起光信号を受信し、１つ又は複数の残留信号を前記第２の長周期ブラッグ格子に送り、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の残留信号のうちの１つ又は複数を減衰させる、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の出力信号は、１つ又は複数の第１の出力信号及び１つ又は複数の第２の出力信号を含み、
前記１つ又は複数の増幅ファイバのうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の第１の出力信号を前記第１の長周期ブラッグ格子に向け、前記１つ又は複数の第２の出力信号を前記第２の長周期ブラッグ格子に向け、
前記第１の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第１の出力信号を減衰させ、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第２の出力信号を光学部品に送る、請求項４記載の装置。
前記１つ又は複数の第１の出力信号及び前記１つ又は複数の第２の出力信号は、実質上同じ第１の波長を有し、前記１つ又は複数の励起光信号及び前記１つ又は複数の残留信号は、実質上同じ第２の波長を有し、
前記第１の長周期ブラッグ格子は、
第１のクラッディングと、
該第１のクラッディングに取り囲まれる第１のコアであって、前記１つ又は複数の第１の出力信号のうちの１つ又は複数を前記第１のクラッディングに結合して、前記１つ又は複数の第１の出力信号のうちの前記１つ又は複数を減衰させる、第１のコアと、
前記実質上同じ第１の波長を含み、前記実質上同じ第２の波長を除く、第１の波長減衰範囲と
を備え、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、
第２のクラッディングと、
該第２のクラッディングに取り囲まれる第２のコアであって、前記１つ又は複数の残留信号のうちの１つ又は複数を前記第２のクラッディングに結合して、前記１つ又は複数の残留信号のうちの前記１つ又は複数を減衰させる、第２のコアと、
前記実質上同じ第１の波長を除き、前記実質上同じ第２の波長を含む、第２の波長減衰範囲と
を備える、請求項５記載の装置。
前記第１の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第１の出力信号を減衰させて、該１つ又は複数の第１の出力信号の後方反射の低減を助長する、請求項６記載の装置。
前記光学部品と組み合わせて用いられ、
前記光学部品は、前記１つ又は複数の第２の出力信号を前記第２の長周期ブラッグ格子から受信し、前記１つ又は複数の第２の出力信号のうちの１つ又は複数を前記第２の長周期ブラッグ格子に戻し、
前記第１の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第２の出力信号のうちの前記１つ又は複数の減衰により、前記１つ又は複数の第２の出力信号の後方反射の低減を助長する、請求項７記載の装置。
前記光学部品と組み合わせて用いられ、該光学部品は光ファイバジャイロスコープを含む、請求項５記載の装置。
前記光ファイバジャイロスコープは、スケールファクタ線形性誤差を含み、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の残留信号を減衰させて、前記光ファイバジャイロスコープの前記スケールファクタ線形性誤差の低減を助長する、請求項９記載の装置。
前記１つ又は複数の残留信号は、１つ又は複数の第１の残留信号を含み、前記第１の光学部品は、前記１つ又は複数の第２の残留信号及び前記１つ又は複数の第２の出力信号を方向転換して、再び前記第２の長周期ブラッグ格子に通し、該装置は、
前記第２の長周期ブラッグ格子に光学的に結合される第１の光学部品をさらに備え、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第１の残留信号を受信し、前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第１の残留信号のうちの１つ又は複数を減衰させて、１つ又は複数の第２の残留信号を生成し、
前記第２の長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の第２の残留信号のうちの１つ又は複数をさらに減衰させ、前記１つ又は複数の第２の出力信号を第２の光学部品に送る、請求項４記載の装置。
前記第２の長周期ブラッグ格子に結合される光カプラをさらに備え、該光カプラは、前記１つ又は複数の第２の出力信号を前記第２の光学部品に向ける、請求項１１記載の装置。
前記１つ又は複数の光源、前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子、及び前記１つ又は複数の増幅ファイバは、広帯域ファイバソースの一部を構成する、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の増幅ファイバは、１つ又は複数のエルビウムドープファイバを含む、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の光源は、１つ又は複数の励起ダイオードレーザを含む、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子は、融着接続長周期ブラッグ格子を含み、該融着接続長周期ブラッグ格子は、前記１つ又は複数の光源と前記１つ又は複数の増幅ファイバとの間に配置される、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、クラッディング及び該クラッディングに取り囲まれる光学コアを備え、
前記光学コアは、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数を前記クラッディングに結合して、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数を減衰させる、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数の減衰により、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数の後方反射の低減を助長する、請求項１記載の装置。
前記１つ又は複数の光源のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の出力信号のうちの前記１つ又は複数の前記後方反射を生じさせるとともに、１つ又は複数の後方反射信号を生成し、前記１つ又は複数の光源のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の後方反射信号を前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子に向け、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの前記１つ又は複数は、前記１つ又は複数の後方反射信号を減衰させて、前記１つ又は複数の出力信号の振動の低減を助長する、請求項１８記載の装置。
１つ又は複数の長周期ブラッグ格子の使用により、広帯域ファイバソースの１つ又は複数の増幅ファイバからの１つ又は複数の出力信号の後方反射の低減を助長するステップを含む方法。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子の使用により、広帯域ファイバソースの１つ又は複数の増幅ファイバからの１つ又は複数の出力信号の後方反射の低減を助長するステップは、
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子のうちの１つ又は複数の使用により、前記１つ又は複数の出力信号のうちの１つ又は複数を減衰させるステップを含む、請求項２０記載の方法。
前記１つ又は複数の長周期ブラッグ格子は、第１の長周期ブラッグ格子及び第２の長周期ブラッグ格子を含み、該方法は、
前記第２の長周期ブラッグ格子の使用により、光ファイバジャイロスコープのスケールファクタ線形性誤差の低減を助長するステップをさらに含み、前記光ファイバジャイロスコープは、前記１つ又は複数の出力信号のうちの１つ又は複数を使用する、請求項２１記載の方法。
前記光ファイバジャイロスコープのスケールファクタ線形性誤差の低減を助長するステップは、
前記広帯域ファイバソースの光源からの１つ又は複数の残留信号を減衰させるステップを含む、請求項２２記載の方法。