JP2013096995A - 共振型光ファイバジャイロに存在するエラーを低減するためのシステム及び方法 - Google Patents

共振型光ファイバジャイロに存在するエラーを低減するためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】共振型光ファイバジャイロに存在するエラーを低減するためのシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】代表的共振型光ファイバジャイロは、光ファイバループを有する共振器と、光ビームを発生するように構成された光源と、それら光源及び共振器相互間に結合された強度変調回路とを備えている。その強度変調回路は、光源からの光ビームの強度を変調して、強度変調された信号を共振器に出力するように構成されている。強度変調回路は、上記強度変調信号の高調波であって、共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップする高調波が、所定しきい値未満の振幅を有するような形で、上記強度変調信号を生成するように構成されている。その所定しきい値に満たない振幅は、無視することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振型光ファイバジャイロに存在するエラーを低減するためのシステム及び方法に関する。
[0001]ジャイロスコープ（本明細書では、ジャイロとも呼ばれる）は、回転速度又は回転軸を中心とする角速度の変化を測定するのに用いられてきた。従来の光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）は、基本的には、光源と、ビーム発生装置と、そのビーム発生装置につながった、一定区域を包囲する光ファイバのコイルとを具備している。ビーム発生装置は、そのコイルに、光ファイバのコアに沿って右回り（ＣＷ）及び左回り（ＣＣＷ）に伝搬する各光ビームを送り込む。ＦＯＧの多くは、ガラスを基材とした、中実ガラスコア沿いに光を伝達する光ファイバを利用している。逆行する２本の（例えば、ＣＷとＣＣＷ）ビームは、回転する閉光路の周りを伝搬するときに異なる行路長に遭遇し、それら２つの行路長の差は、上記包囲区域の法線方向の回転速度に比例する。
[0002]従来の共振型ＦＯＧ（ＲＦＯＧ）では、逆行する各光ビームは、典型的には単色性（例えば単一周波数）であり、複数ターンの光ファイバコイルを伝って巡回する。ファイバカプラのようなコイルを通過した光を戻して再度コイルに送り込む（即ち、光を巡回させる）装置を使用すれば、コイルを複数回通過させることができる。ビーム発生装置は、逆行する各光ビームの周波数を変調し且つ／又はシフトさせる。したがって、共振コイルは、複数の共振周波数が観察されることになる。コイルの端から端までのＣＷ行路及びＣＣＷ行路それぞれに対する共振周波数は、建設的干渉条件に基づいており、したがって、コイルを異なる回数通り抜けた光波は全て、コイル内のあらゆる点で建設的に干渉する。このような建設的干渉の結果として、波長λを有する光波は、共振器の一周行路長が波長の整数倍に等しいときに、「共振状態（on resonance）」であると称される。コイルが軸を中心に回転すると、右回りと左回りとで異なる行路長が生じ、したがって、共振器のそれぞれの共振周波数相互間にシフトが生じる。その周波数差がその回転の速度を表しており、例えば回転に起因してシフトした閉光路の共振周波数に整合するようにＣＷビーム及びＣＣＷビームの各周波数を調整することによって、その周波数差を測定することができる。典型的なＲＦＯＧ動作では、共通キャビティ変調で共振を検出するのが有利であると考えられている。というのは、ＣＷ光波及びＣＣＷ光波に誘起バイアス（induced bias）をもたらす変調歪みを、効果的に打ち消すことができるからである。
しかし、共通キャビティ変調を用いると、逆行する後方散乱光波との干渉から基本光波（primary lightwave）を分離することが困難になる。
[0003]一実施形態では、共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）が提供される。本共振型光ファイバジャイロは、光ファイバループを有する共振器と、光ビームを発生するように構成された光源と、それら光源及び共振器相互間に結合された強度変調回路とを備えている。その強度変調回路は、光源からの光ビームの強度を変調して、強度変調された信号を共振器に出力するように構成されている。強度変調回路は、上記強度変調信号の高調波であって、共振器内の逆行する光ビームの基本波（primary wave）とオーバーラップする高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、上記強度変調信号を生成するように構成されている。その所定しきい値に満たない振幅は、無視することができる。
[0004]図面は代表的実施形態を示しているに過ぎず、それゆえ範囲を限定しているものと解すべきでないことは了解されているものとして、付属図面を用いて、他の特異性及び細部を加えながら、本実施形態について説明する。
[0005]共振型光ファイバジャイロを利用したシステムの一実施形態のブロック図である。 [0006]強度変調信号及び対応する高調波の一例を示すグラフである。 [0007]右回りの強度波形例及び左回りの強度波形例を示すグラフである。 [0008]共振型光ファイバジャイロの代表的実施形態のブロック図である。 共振型光ファイバジャイロの代表的実施形態のブロック図である。 [0009]共振型光ファイバジャイロの別の代表的実施形態のブロック図である。 [0010]共振型光ファイバジャイロの別の代表的実施形態のブロック図である。 [0011]共振型光ファイバジャイロの別の代表的実施形態のブロック図である。 [0012]代表的変調回路の一実施形態のブロック図である。 [0013]代表的変調回路の別の実施形態のブロック図である。 [0014]代表的変調回路の別の実施形態のブロック図である。 [0015]代表的共振トラッキングエレクトロニクスの一実施形態のブロック図である。 [0016]共振型光ファイバジャイロに存在する回転検知エラーを低減する方法の一実施形態のフローチャートである。
[0017]記載されている種々の特徴的部分は、慣行に従い、一律の縮尺では描かれておらず、本実施形態に関連する特定の特徴的部分を誇張するように描かれている。
[0018]以下の詳細な説明では、付属図面を参照している。これは詳細な説明の一部を形成するものであり、そこには、説明図として、例示的実施形態が具体的に示されている。しかし、他の実施形態も利用可能であること、ならびに論理的側面、機械的側面、及び電子的側面において変更を加えてもかまわないことは、理解されるべきである。更に、それら絵図及び明細書に提示されている方法は、個々の行為を実施する順序を限定しているものと解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で把握されるべきではない。
[0019]図１は、ＲＦＯＧ１０２を利用したシステム１００の一実施形態のブロック図である。本実施形態において、システム１００はナビゲーションシステムである。但し、当然のことながら、他の実施形態では、共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）１０２を他のシステムで使用することができる。プラットフォーム安定化システム又はポインティングシステムが例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＦＯＧ１０２は、１又は複数のＲＦＯＧ及び１又は複数の線形加速度計を具備した慣性センサユニットの一部として実現される。ＲＦＯＧ１０２は、回転速度を測定すると共に、回転速度を表す信号を処理ユニット１０４に出力する。処理ユニット１０４は、ＲＦＯＧ１０２からの回転速度測定値を使って位置、姿勢、及び角速度といったパラメータを算出する。
[0020]処理ユニット１０４は、いくつかの実施形態において、算出されたそれらのパラメータを使って１又は複数の任意選択のアクチュエータ１０６に出力される制御信号を算出する。例えば、いくつかの実施形態では、ナビゲーションシステム１００は、無人車両に組み込まれている。そのため、アクチュエータ１０６は、車両のタイプに応じて実現される。例えば、アクチュエータ１０６は、無人航空車両では、ウイングフラップ、スラスター（thruster）、等として実現される。
[0021]加えて、いくつかの実施形態では、処理ユニット１０４は、算出されたパラメータを任意選択の表示ユニット１０８に出力する。例えば、いくつかの実施形態では、表示ユニット１０８は、ＲＦＯＧ１０２が設置されている車両の地理的位置、速度、及び／又は姿勢（例えば、ピッチ（pitch）、ロール（roll）、及び／又はヨー（yaw））を表示する。表示ユニット１０８は、任意の適切な表示ユニットとして実現することができる。種々のＣＲＴ、アクティブ型及びパッシブ型のマトリクスＬＣＤ、ならびにプラズマといった表示ユニットが例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。
[0022]典型的ＲＦＯＧの性能は、光後方反射によって制約される場合がある。例えば、ＣＷビームの一部が後方に反射してＣＣＷビームに進入した場合、その後方反射した部分は、ＣＣＷビームと一緒に検出されることになる。ＣＷビームの後方反射部分から、結果として２タイプのエラーが生じる。１つのタイプは、後方反射ＣＷビームとＣＣＷビームとの間の光干渉の結果である。このタイプは、干渉タイプと呼ばれる。干渉タイプの後方反射エラーの影響に打ち勝つには、図３に示すように、ＣＷビーム及びＣＣＷビームを別々の共振モードで動作させればよい。詳細には、図３は、右回りの強度波形例（ＣＷ）６８及び左回りの強度波形例（ＣＣＷ）７０のグラフである。ＣＷビームを共振器のＣＷ方向の共振周波数に合わせると、ＣＷ強度波形６８に共振部のへこみ７２、７４が現れるのが観察される。これは、様々な縦共振モードで起こる。同様に、ＣＣＷビームを共振器のＣＣＷ方向の共振周波数に合わせると、ＣＣＷ強度波形７０に共振部のへこみ７６、７８が現れるのが観察される。これも、様々な縦共振モードで起こる。これら共振部のへこみ７２、７４、７６、７８の各中心は、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向の様々な縦共振モードにおける共振周波数を表している。隣接するモード相互間の周波数間隔は、フリースペクトルレンジ、ｆＦＳＲである。
[0023]このようにして、２つの共振モードの周波数分離に等しい周波数において、２本のビーム相互間に干渉エラーが生じることになる。周波数分離は、システムの測定周波数帯域よりもかなり高くなっており、したがって、システムの性能に影響を及ぼすことなく、干渉エラーをフィルタで除くことができる。他方のエラーのタイプは強度タイプと呼ばれるものであり、ＣＷビーム及びＣＣＷビーム相互間の周波数分離では除去されない。
[0024]上記ＣＷ共振の線形状の上でＣＷビームが周波数変調されるため、後方反射ＣＷビームには更に強度信号も乗ることになる。ＣＷビーム及びＣＣＷビームが共に同一周波数で変調されると、後方反射ＣＷの強度信号はＣＣＷビームの基本信号（primary signal）と一緒に検出されることになり、結果として、従来のＲＦＯＧに回転検知エラーをもたらす。しかし、本明細書に記載のＲＦＯＧ１０２は、基本信号と後方反射信号とを判別するように構成されている。したがって、ＲＦＯＧ１０２は、前述したように、回転検知エラーのエラー補正が向上するように構成されている。
[0025]例えば、ＲＦＯＧ１０２は、光源１１６と共振器１１２の入力部との間に結合された変調回路１１０を具備している。異なる周波数で各共振器入力ビームを強度変調すれば、基本共振器出力信号と後方反射信号との間の判別が可能になる。しかし、図３に示すように周波数分離と一緒に強度変調を使用すれば、結果として、従来のＲＦＯＧシステムでは識別もされなければ計上もされない潜在的エラーが追加的に生じる。詳細には、強度変調プロセスに関連する高調波歪みに起因して、ＣＷビーム及びＣＣＷビームのエネルギーが、図２に示すように、強度変調周波数によって分離された多くの高調波にわたって拡散する。歪みの１つの発生原因は、一部の強度変調器が、印加電圧と出力光強度との間に二乗余弦（レイズドコサイン）伝達関数を有する光干渉、例えばマッハツェンダー干渉計に基づいているという事実である。強度変調駆動エレクトロニクスの非線形性も含め、他にも歪みの原因がある。後方反射ＣＷエネルギーのかなりの量が、ＣＣＷビームのエネルギーのかなりの部分と周波数的にオーバーラップする場合、干渉タイプのエラーが発生することになる。
[0026]このタイプのエラーは、ＣＷビームとＣＣＷビームとで強度変調周波数を異ならせることで、低減することができる。しかし、ＣＷ共振周波数とＣＣＷ共振周波数とが異なってシフトする一定の回転速度下では、ＣＷ及びＣＣＷの各ビームのいくつかの高調波がオーバーラップすることになる。例えば、回転中に、ＣＷ共振周波数及びＣＣＷ共振周波数は反対方向にシフトすることになり、したがって、ＣＷ及びＣＣＷの各ビームの高調波相互間の関係がシフトすることになる。強度変調の周波数は、ゼロ回転では高調波のオーバーラップが起こらないような形で選択することができるものの（例えば、強度変調の周波数を、強度変調の周波数がフリースペクトルレンジを整数で除したものとならないような形で設定することによって）、ＲＦＯＧが回転すれば、周波数がシフトするために、オーバーラップが生じる可能性がある。
[0027]したがって、変調回路１１０は、振幅が指定しきい値レベル未満の高調波を有する強度変調信号を出力するように構成されている。そのしきい値レベルは、光後方散乱が存在していても、しきい値レベル未満の振幅を有する高調波信号が逆行する同一周波数の信号にほとんど影響を及ぼさないような形で決定される。いくつかの実施形態では、変調１１０での強度変調周波数は、フリースペクトルレンジの周波数から十分な程度に、又はフリースペクトルレンジ周波数複数個分だけ分離されている。１つの実施形態例では、フリースペクトルレンジ周波数は２０ＭＨｚであり、回転時の最大周波数シフトは６００ｋＨｚに定められる。かかる実施形態では、強度変調の周波数は、フリースペクトルレンジの周波数から６００ｋＨｚを超えて離隔するように構成される。上記のように分離距離を選択することで、振幅が小さい高次高調波だけが、逆行する信号の基本波と可能性としてオーバーラップするに過ぎない。したがって、逆行する信号の基本波とオーバーラップする高調波はどれも、振幅はしきい値レベル未満であってほとんど影響を及ぼさない。
[0028]例えば、図２に示すように、強度変調右回り（ＣＷ）信号２０１は、複数の高調波２０５を生成する。同様に、左回り（ＣＣＷ）信号２０３は、複数の高調波２０７を生成する。図２に示す例において、高調波２０５のうちの１つは、ＣＣＷ信号２０３の基本波とオーバーラップしている。前述したように、変調回路１１０から出力される強度変調信号の高調波のうちの逆行する信号の基本波とオーバーラップする高調波は、無視できるほど小さな振幅を有する。例えば、いくつかの実施形態では、強度変調の周波数は、フリースペクトルレンジ（ｆＦＳＲ）の周波数から十分な程度に分離されており、オーバーラップする高調波はどれも、振幅は所定しきい値未満である。フリースペクトルレンジは、隣接するモード相互間の周波数間隔として規定される。隣接共振モードは、図３に関連して、前に説明されている。
[0029]他の実施形態では、変調回路１１０は、変調回路１１０の出力の線形性が向上するように構成される。これについては後で、図４に関連してより詳細に説明する。線形性を向上することによって、どの高調波も振幅が減少し、したがって、逆行する信号の基本波の周波数とオーバーラップする高調波の振幅は、しきい値未満である。
[0030]共振器１１２は、逆行する強度変調信号を、共通キャビティ長変調によって更に変調するように構成される。これについては後で、より詳細に説明する。共振トラッキングエレクトロニクス１１４は、共通キャビティ変調及び変調回路１１０による強度変調に基づき、後方散乱に起因する無用な強度信号を受けつけないように構成される。これについては後で、より詳細に説明する。
[0031]図４は、共振型光ファイバジャイロ４０２の代表的実施形態のブロック図であり、回転検知共振器４１２の各入力部と、該当の光源４１６−１及び４１６−２との間に、強度変調回路４１０−１及び４１０−２を具備している。詳細には、図４に示すように、ＲＦＯＧ４０２は、光源４１６−１と共振器４１２の第１の入力部との間に結合された右回り（ＣＷ）強度変調回路４１０−１を具備している。同様に、ＲＦＯＧ４０２は、光源４１６−２と共振器４１２の第２の入力部との間に結合された左回り（ＣＣＷ）強度変調回路４１０−２を具備している。
[0032]この実施形態において、強度変調回路４１０−１及び４１０−２はそれぞれ、該当の変調信号発生器４３８、補償回路４３４、及び強度変調器４４０を具備している。加えて、図４に示す実施形態では、補償回路４３４は、デジタル式変調回路として実現されている。したがって、この実施形態では、強度変調回路４１０−１及び４１０−２はそれぞれ、該当のデジタル−アナログコンバータ４３６を具備している。但し、強度変調回路４１０をアナログ回路だけで実現する実施形態では、デジタル−アナログコンバータ４３６は含まれないのであり、このことは理解されるべきである。
[0033]第１のレーザ光源４１６−１は、共振器４１２の中を右回り方向に伝搬する周波数変調レーザビームを出力する。これはＣＷレーザビームとも呼ばれる。同様に、第２のレーザ光源４１６−２は、共振器４１２の中を左回り方向に伝搬する周波数変調レーザビームを出力する。これはＣＣＷレーザビームとも呼ばれる。本明細書では、「レーザビーム」、「光波」、及び「光」なる用語は、区別しないで使用されている。同様に、「レーザ光源」及び「光源」なる用語も、本明細書では区別しないで使用されている。
[0034]この実施形態では、第１のレーザ光源４１６−１は、ＣＷスレーブレーザ４１８−１と、ＣＷビームスプリッタ４２０−１とを備えている。ＣＷビームスプリッタ４２０−１は、ＣＷレーザ４１８−１からの光を２本のビームに分岐する。一方のレーザビームは第１の光レーザ４１６−１から出力され、他方はＣＷビームコンバイナ４２２−１に進む。ＣＷビームコンバイナ４２２−１は、ＣＷビームを、参照レーザビームから一部取り出した光と合波する。詳細には、本例のＲＦＯＧ４０２は、参照レーザ４２６を駆動する参照レーザ駆動部４２４を具備している。参照レーザ４２６は、参照レーザビームを生成する。このレーザビームは、参照ビームスプリッタ４２８によって２本のビームに分岐される。参照ビームスプリッタ４２８の一方の出力は、ＣＷビームコンバイナ４２２−１に進み、参照ビームスプリッタ４２８の他方の出力は、第２のレーザ光源４１６−２のＣＣＷビームコンバイナ４２２−２に進む。
[0035]ＣＷビームコンバイナ４２２−１は、ＣＷレーザビームを、参照ビームスプリッタ４２８からの参照レーザビームと、光学的に混合する。そのように光学的に混合することによって、ＣＷビームコンバイナ４２２−１の出力部に強度信号が現れる。その強度信号の周波数は、ＣＷビームと参照レーザビームとの間のビート周波数である。強度信号は、ＣＷ位相同期ループ（ＰＬＬ）前置増幅器（プリアンプ）４３０−１によって電気信号に変換される。その電気信号は、ＣＷ ＰＬＬ４３１−１に入力される。ＣＷ ＰＬＬ４３１−１は、基準周波数ΔｆＣＷによって定められる量だけ周波数をオフセットさせて、ＣＷスレーブレーザ４１８−１を参照レーザ４２６に同期させる。この基準周波数は、共振トラッキングエレクトロニクス４１４によって電子的に発生される。ＣＷ ＰＬＬ４３１−１は、ＣＷレーザ駆動部４３２−１を介してＣＷレーザ周波数を制御し、ＣＷレーザと参照レーザとの間のビート信号を基準周波数ΔｆＣＷに維持する。
[0036]第１のレーザ光源４１６−１から出力されたＣＷビームは、共振器４１２の共振周波数に同期される。共振器ＣＷ共振周波数の中心を決定するために、その共振器４１２の共振周波数は、共通キャビティ信号発生器４１５から取り込んだ信号に基づき、共通キャビティ長変調を使って共振器４１２内で変調される。共通キャビティ長変調は、例えば、共振器ファイバでくるまれた圧電チューブ、又は共振器ミラー上に載置された圧電エレメントによって実施することができる。その共振器ファイバは、逆行する各ビームが同じ変調及び変調エラーに遭遇するような形で変調される。
[0037]ＲＦＯＧ４０２は、共通キャビティ変調を使用することによって、変調器の不完全性に起因する回転検知エラーを低減している。同一の変調器を使用すれば、ＣＷ方向とＣＣＷ方向は共に共振検出エラーが同じである。回転測定結果は、検出されたＣＷ及びＣＣＷの各共振周波数相互間の差であるため、回転測定において、共通のエラーは打ち消し合うことになる（同相信号除去）。
[0038]変調が加えられているため、検知共振器４１２のＣＷ出力は、ＣＷレーザビーム周波数とＣＷ共振周波数の中心周波数との間の周波数差を表す信号である。周波数が変調周波数であるその信号は、ＣＷレーザビーム周波数が共振周波数であるときに、ゼロ振幅を通過することになる。共振トラッキングエレクトロニクス４１４は、変調周波数の共振器ＣＷ出力信号を復調し、ＣＷレーザが共振からずれたときに現れる制御信号、ΔｆＣＷ、を発生する。その制御信号は、ＣＷレーザ４１８−１を共振周波数に同期させるのに使用される。ＣＷ共振トラッキングエレクトロニクス４１４は、基準周波数として使用させるべく、その制御信号ΔｆＣＷをＣＷ ＰＬＬ４３１−１に出力する。共振トラッキングエレクトロニクス４１４は、基準周波数ΔｆＣＷを制御することによって、ＣＷレーザ周波数をＣＷ共振周波数に維持する。
[0039]ＲＦＯＧ４０２は、変調器の不完全性及び後方散乱に起因する回転検知エラーを低減し又は排除するように構成されている。例えば、共通キャビティ変調が加えられているため、ＲＦＯＧ４０２は、共振器内部の光後方反射又は光後方散乱の影響を受け易くなっている。詳細には、後方散乱光は、結果として、強度タイプのエラーを生じさせる可能性がある。この場合、後方散乱波の強度は、基本波とちょうど同じように、共振部のへこみ上でなされる変調作用によって変調される。共振器４１２の手前に強度変調回路４１０−１及び４１０−２を配置することによって、ＣＷ信号及びＣＣＷ信号は、共振器出力光波上にシグネチャー（signature）を配置するように変調される。これによって、後方散乱光に起因する信号及びエラーを、共振トラッキングエレクトロニクス４１４が受けつけないようにすることができる。詳細には、強度変調回路４１０−１及び４１０−２は、特定の周波数で変動する強度を使って光ビームの強度を変調する。その強度変調の周波数は、該当の変調信号発生器４３８が発生する信号によって決まる。加えて、その強度変調の周波数は、共振器４１２での共通キャビティ変調の周波数とは、同調するような関係にはなっていない。
[0040]加えて、この実施形態では、後方散乱エラーを低減すべく、強度変調回路４１０−１及び４１０−２はそれぞれ、該当の補償回路４３４を具備している。例えば、後方散乱エラーは、前述したように、逆行する信号の基本波とオーバーラップする高調波によって誘発される可能性がある。例えば、いくつかの実施形態では、変調器４４０は、二乗余弦伝達関数を有するマッハツェンダー型変調器として実現される。典型的なマッハツェンダー変調器では、光を変調するために、変調信号発生器４３８から変調器４４０に電気的正弦波が印加される。しかし、このようなことを行えば、結果として、高調波が数多く発生することになる。
[0041]この実施形態では、正弦波が補償回路４３４に入力される。この補償回路は、強度変調器４４０の出力の線形性を向上するために、その正弦波を、逆余弦関数を使って事前に歪ませる。但し、他の実施形態では他の変調回路４１０が使用されるのであり、このことは理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態では、変調信号発生器４３８は、変調器４４０に、２＊πに近い強度変調器のピーク間位相振幅をもたらす三角波電圧を印加する。したがって、２＊π付近の振幅を有する三角波を強度変調器４４０に入力することによって、得られる強度変調の高調波歪みが低減される。基本変調周波数よりも高周波側にある強度変調高調波の低減は、強度変調器の光学的位相差における三角波の振幅がどれだけ２＊πに接近して設定されるかによって変わる。かかる実施形態では、補償回路４３４が省略される場合がある。
[0042]図８〜１０を参照して、以下で、種々の実施形態で実現可能な代表的変調回路についてより詳細に説明する。更に、本例の実施形態ではマッハツェンダー型変調器について説明されているが、他の実施形態では他の変調器も使用可能であることを理解されたい。他のタイプの変調器を実現する実施形態では、補償回路４３４が使用される場合がある。補償回路４３４によってもたらされる歪みは、強度変調器４４０として実現される変調器のタイプによって変わる。詳細には、歪みは、変調器４４０の伝達関数に存在する非線形性を補償するように選択される。
[0043]共振トラッキングエレクトロニクス４１４は、和周波数及び差周波数の各共振出力信号を検出するように構成されている。例えば、共振トラッキングエレクトロニクス４１４において、共振器出力信号と無用のノイズとを判別するために、二重復調（double demodulation）法を活用することができる。本例の共振トラッキングエレクトロニクス４１４については、図９を参照して、より詳細に説明する。
[0044]第２のレーザ光源４１６−２は第１のレーザ光源４１６−１と同様に構成されており、共振器４１２の中を左回り方向に伝搬する周波数変調レーザビームを提供する。これはＣＣＷレーザビームとも呼ばれる。そのＣＣＷレーザビームは、前に論じたＣＷレーザビームと同様の態様で、但し参照レーザ周波数とのビート周波数ΔｆＣＣＷを有するように、制御される。回転速度は、２つのビート周波数ΔｆＣＷ及びΔｆＣＣＷ相互間の差をとることによって導かれる。
[0045]前に論じたように、ＣＣＷ方向の共振周波数は、ＣＷ方向で使用される共振周波数とは異なる縦共振モード（例えば、ＣＷ方向の共振周波数から少なくとも縦共振モード１つ分だけ離隔した共振周波数における）に関連する。いくつかの実施形態では、ＣＣＷビームは、ＣＷ方向の共振周波数よりも少なくとも縦共振モード１つ分だけ低いＣＣＷ共振周波数と、ＣＷ方向の共振周波数よりも少なくとも縦共振モード１つ分だけ高いＣＣＷ共振周波数との間で切り替えられる。ＣＣＷビームは、バイアス及び関連するバイアス不安定性（例えば、ＦＳＲが測定の一部であることに起因する）を除去するように切り替えられる。
[0046]他の実施形態では、図５に示すように、スレーブレーザが３台使用される。ＲＦＯＧ５０２の構成要素は、前に説明したＲＦＯＧ４０２の構成要素と同様である。但し、ＲＦＯＧ５０２は、３台の光源５１６−１、５１６−２、及び５１６−３を具備している。参照光ビームは、参照ビームスプリッタ５２８によって分岐され、光源５１６−１、５１６−２、及び５１６−３の各々に提供される。光源５１６−１は、前に説明した光源４１６−１と同様の右回り信号を提供する。光源５１６−２及び５１６−３はそれぞれ、ビームコンバイナ５４４で合波される左回り信号を提供する。
[0047]詳細には、スレーブ光源５１６−１、５１６−２、及び５１６−３は、参照レーザ５２６に位相が同期されており、周波数オフセットは、スレーブレーザそれぞれ毎に独立した制御が可能となっている。参照レーザ５２６の周波数（ｆｒ）は、スレーブ光源５１６−１、５１６−２、５１６−３が共振器５１２に同期されているときに、スレーブ光源５１６−１、５１６−２、５１６−３と参照レーザ５２６との間のビート周波数が、ジャイロエレクトロニクスの通常の動作限界内に入るような形で、設定される。詳細には、図３に示すように、第１のスレーブ光源５１６−１は、ＣＷ共振周波数ｆＣＷ又はｆ１に合わせられ、第２のスレーブ光源５１６−２は、ＲＦＯＧ５０２のゼロ回転速度におけるＣＷ共振周波数よりも縦モード１つ分だけ低い第１のＣＣＷ共振周波数ｆＣＣＷ，１又はｆ２に合わせられ、第３のスレーブ光源５１６−３は、ＲＦＯＧ５０２のゼロ回転速度におけるＣＷ共振周波数よりも縦モード１つ分だけ高い第２のＣＣＷ共振周波数ｆＣＣＷ，２又はｆ３に合わせられる。
[0048]１つの例では、基準周波数、ｆｒ、は、スレーブ光源５１６−１、５１６−２、５１６−３の周波数よりも高く設定される。この例では、スレーブ光源５１６−１、５１６−２、５１６−３のスレーブビート周波数はそれぞれ、Δｆ１＝ｆｒ−ｆ１、Δｆ２＝ｆｒ−ｆ２、及びΔｆ３＝ｆｒ−ｆ３である。ジャイロデータΔｆ１、Δｆ２、及びΔｆ３を使って、（Δｆ１−Δｆ３）−（Δｆ２−Δｆ１）＝２ΔｆΩを算出することができる。式中、ΔｆΩは回転速度に比例するものであり、Δｆ１−Δｆ３＝ｆＦＳＲ＋ΔｆΩ、且つΔｆ２−Δｆ１＝ｆＦＳＲ−ΔｆΩである。したがって、ＦＳＲを使わずに、且ついかなる関連バイアス及びバイアス不安定性もない状態で、回転測定が実現される。
[0049]他の実施形態では、例えば図６に示すように、参照レーザは使用されない。詳細には、図６に示す本例のＲＦＯＧ６０２は、２台の光源６１６−１及び６１６−２を具備している。光源６１６−１及び６１６−２が参照レーザに同期されないことを除けば、光源６１６−１及び６１６−２はそれぞれ、光源４１６−１及び４１６−２と同様に動作する。ＲＦＯＧ６０２の他の構成要素、例えば変調回路６１０−１及び６１０−２は、図４を参照して前に説明した対応する構成要素と同様に動作する。
[0050]更に別の実施形態では、例えば図７に示すように、光源が１台だけ使用される。図７において、単一の光源７１６は、前に説明した光源４１６−１と同様の光ビームを発生する。しかし、光源７１６は、参照レーザに同期されていない。加えて、光源７１６が発生する光ビームは、ビームスプリッタ７１７によって分岐される。その光ビームの一部は右回り変調回路７１０−１に提供され、一部は周波数シフタ７１９に提供される。その周波数シフタは、その分け与えられた光ビームの周波数をシフトさせる。次いで、その周波数シフト後の光ビームは、左回り変調回路７１０−２に出力される。変調回路７１０−１及び７１０−２はそれぞれ、前に説明した変調回路４１０−１及び４１０−２と同様に動作し、逆行する信号にオーバーラップする高調波の振幅がしきい値未満であって無視できる信号を提供する。ＲＦＯＧ７０２の他の構成要素、例えば共振器７１２及び共振器トラッキングエレクトロニクス７１４は、前に説明したＲＦＯＧ４０２の対応する構成要素と同様に動作する。
[0051]図８は、前に説明したジャイロに用いるための代表的変調回路８１０の一実施形態のブロック図である。本例の変調回路８１０は、強度変調器８４０を具備している。この実施形態では、強度変調器８４０は、マッハツェンダー型強度変調器として実現されている。変調回路８１０は更に、変調発生器８３８及び乗算器８８６も具備している。これらは、この実施形態では、デジタルエレクトロニクス回路として実現されている。そのため、乗算器８８６の出力は、強度変調器８４０に印加される前に、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８３６を経由する。
[0052]この実施形態では、変調発生器８３８は、三角波を発生する。その三角波の振幅は、部分的には、乗算器８８６で三角波発生器の出力に固定乗算値を乗ずることによって決定される。その固定乗算値は、三角波変調が、マッハツェンダー型強度変調器８４０内部に、２つの光波の２＊πピーク間位相差変調をもたらすように設定される。三角波が、光学的位相面で完全な三角波であり、２＊πピーク間振幅及び同一の線形陽性傾斜と陰性傾斜を有する場合、強度変調器８４０は、単に三角波の基本周波数で強度変調を発生するに過ぎず、より高次の高調波は存在しないことになる。換言すれば、高次高調波の振幅はゼロであるため、前述したように、各高次高調波は、しきい値未満の振幅を有する。２＊πピーク間振幅から少しでもずれれば、結果として、高次高調波に強度変調が生じることになる。しかし、前述したように、２＊πピーク間振幅からの小さなずれは、それら高調波がしきい値レベルに満たない振幅を有している限り、許容することができる。
[0053]三角波を発生する１つの方法は、アップ／ダウンカウンタを使用することである。アップ／ダウンカウンタは、その出力が何らかの指定最終計数値に達するまでクロックパルスを積算できるようになされている。最終計数値に達すると、カウンタの動作は、その出力がゼロに達するまでクロックパルス数を逆積算するように切り替えられ、ゼロに達すると、計数動作は積算する方に戻される。クロックパルスが一定の周波数で生じている限り、三角波が昇降する陽性傾斜と陰性傾斜とは、概ね等しくなるであろう。
[0054]図９は、変調回路９１０の別の実施形態のブロック図である。この例でも、変調回路９１０の強度変調器９４０は、マッハツェンダー型変調器を使って実現されている。加えて、変調発生器９３８は、三角波を出力するように構成されている。２＊πピーク間の位相差振幅からのずれは、結果として、強度変調器９４０において高次高調波を発生させるため、三角波電圧振幅は、時間とともにドリフトするおそれがある。所望の振幅からのずれを検出するために、強度変調器９４０の後にビームスプリッタ９８８を配置し、光のほんの一部を分岐して光検出器９９０に入れている。その光検出器信号は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ９９２まで進み、そこでデジタル化され、次いで、復調器９９４に送られる。この復調器は、信号を、強度変調の基本周波数の２倍の周波数で復調する。したがって、２ｆ復調器９９４は、強度変調器９４０がどれだけ２次高調波強度変調を発生しているかを検出する。これは、三角波振幅が所望の振幅からずれていることの指標である。アキュムレータ９９６は、復調器９９４からの出力に基づいて、乗算器９８６への乗算値入力を制御する。したがって、アキュムレータ９９６は、乗算器９８６から強度変調器９４０への三角波出力の振幅が所望の振幅に達するまで、乗算器９８６への乗算値入力を調節する。光検出器９９０、Ａ／Ｄコンバータ９９２、２ｆ復調器９９４、及びアキュムレータ９９６は、所望の三角波振幅を得るように変動を自動的に補正する帰還ループを形成している。加えて、図９に示すように、変調発生器９３８、乗算器９８６、復調器９９４、及びアキュムレータ９９６は、デジタルエレクトロニクスを使って実現されている。但し、他の実施形態ではアナログ回路が使用される場合があるのであって、このことは理解されるべきである。かかる実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ９３６及びＡ／Ｄコンバータ９９２は省略される。
[0055]図１０は、変調回路１０１０の別の例を図示したブロック図である。変調回路１０１０は、強度変調器の非線形性を補正するのに使用される補償回路１０３４を具備している。一部の強度変調器、例えばマッハツェンダー型変調器は、光ビームの強度を制御するのに光干渉に依存している。しかし、光ビームの強度を制御するのに光干渉に依存せず、したがって、駆動電圧と出力強度との間に二乗余弦関係を有しない他のタイプの強度変調器も存在している。多くの場合、かかる変調器も若干の非線形性を有しており、結果として、強度変調の高調波歪みが生じる。
[0056]変調回路１０１０は、正弦波変調発生器１０３８及びデジタル補償回路１０３４を内蔵したデジタル処理エレクトロニクスを具備している。補償回路１０３４の補償機能の一例は、変調発生器１０３８の出力を多項式関数、例えば図１０に示す代表的多項式関数に通すことである。多項式の各係数は、補償回路１０３４によって生成された歪みが、強度変調器１０４０によって生成された歪みを打ち消すような形で、調節されると共に設定される。換言すると、それらの係数は、正弦波発生器出力部から強度変調器出力部までの正味の伝達関数が線形になるような形で設定される。
[0057]図１１は、前に説明したＲＦＯＧに用いるための代表的共振トラッキングエレクトロニクス（ＲＴＥ）１１１４の一実施形態のブロック図である。共振トラッキングエレクトロニクス１１１４は、デジタルシグナルプロセッサ１１５０と、ＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−１と、ＣＷアナログ−デジタルコンバータ１１４８−１と、ＣＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−２と、ＣＣＷアナログ−デジタルコンバータ１１４８−２とを備えている。ＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−１及びＣＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−２は共に、該当のフォトダイオード、例えば図４に示すＣＷフォトダイオード４４２−１又はＣＣＷフォトダイオード４４２−２からの出力に信号調節を施す。例えば、ＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−１及びＣＣＷアナログシグナルコンディショナ１１４６−２は、エレクトロニクスを飽和させずに更なるアナログ利得を与えられるように無用の信号をフィルタ処理すること、及び該当のアナログ−デジタルコンバータ１１４８−１及び１１４８−２でデジタル化する前にアンチエイリアシングのためのフィルタ処理を行うことを含むことができる。
[0058]別の実施形態では、中間周波数（ＩＦ）段があって、そこで、フォトダイオード（例えば、ＣＷフォトダイオード４４２−１又はＣＣＷフォトダイオード４４２−２）の出力が、該当のアナログ−デジタルコンバータによってデジタル化される前に、中間周波数にダウンコンバートされる。１つの実施態様では、ＣＷアナログ信号コンディショナ１１４６−１及びＣＣＷアナログ信号コンディショナ１１４６−２それぞれにおいてダウンコンバージョンが行われる。アナログ−デジタルコンバータ１１４８−１及び１１４８−２が該当の信号をデジタル化した後、それらデジタル化信号は、デジタルシグナルプロセッサ１１５０に入力される。デジタルシグナルプロセッサ１１５０は、例えば、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）チップ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はマイクロプロセッサとして実現することができる。
[0059]デジタルシグナルプロセッサ１１５０は、デジタル信号を処理する。詳細には、ＣＷ信号は、ＣＷ復調器１１５４−１において、周波数が例えば前に説明した変調回路４１０−１のようなＣＷ変調回路によって施される強度変調の周波数である参照信号を使って復調される。これにより、回転情報と回転検知エラーとの間の判別が可能になる。ＣＷ復調器１１５４−１によって回転検知エラーが判別、即ち遮断された後、ＣＷ復調器１１５４−１から出力される復調信号には、ＣＷ共通キャビティ（Ｃ．Ｃ．）復調器１１５６−１において、２回目の復調が施される。ＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１は、周波数が共通キャビティ変調周波数、ｆｍ、である参照信号を使って、ＣＷ復調器１１５４−１の出力を復調する。
[0060]ＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１の出力は、ＣＷ光源、例えば光源４１６−１が共振状態であるのか、それとも非共振状態であるのかを表している。共振状態は、特定の光ビームが波長の整数倍に等しい一周行路長を有していることを指す。同様に、光ビームは、その一周行路長が同じ整数倍波長に等しくない場合に、非共振状態である。全ビームが概ね共振状態である場合に、回転速度情報を確定することができる。一実施形態において、もしＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１の出力がゼロであれば、ＣＷ光源は共振状態である。もしＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１の出力がゼロ以外の値を有していれば、ＣＷ光源は非共振状態である。ゼロでない出力はエラー信号と呼ばれており、光ビームを共振状態に調節するために、制御ループで使用することができる。これについては、後で詳述する。
[0061]ＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１の出力は、第１のＣＷアキュムレータ１１５８−１において積分される。アキュムレータ１１５８−１の出力は、ＣＷ加算器１１６０−１及び第２のＣＷアキュムレータ１１６２−１に結合されている。参照レーザを利用する実施形態では、第２のＣＷアキュムレータ１１６２−１は、参照レーザ駆動部を駆動するのに使用されるデジタル−アナログコンバータ１１６４−１に結合される。詳細には、アキュムレータ１１６２−１は、全レーザ及びエレクトロニクスを正常な動作範囲に保つように、参照レーザ周波数を制御する。例えば、アキュムレータ１１６２−１は、参照レーザとスレーブレーザとの間のビート周波数がエレクトロニクスの動作範囲を超えないように、参照レーザ周波数を制御して、第１のＣＷアキュムレータ１１５８−１の時間平均値をゼロ付近に保つ。
[0062]ＣＷ加算器１１６０−１は、第１のＣＷアキュムレータ１１５８−１の出力をＣＷ定数１１６６と合算する。一実施形態では、ＣＷ定数１１６６は、ＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器１１５６−１の出力がゼロのときにＣＷ光源を概ね共振状態で動作させる公称値である。ＣＷ加算器１１６０−１の出力は、第１の減算器１１６８の第２の入力部及び第２の減算器１１７０の第１の入力部に結合されると共に、基準周波数としてＣＷダイレクトデジタルシンセサイザチップ１１７２−１（ＤＤＳ）に結合されている。ＣＷ ＤＤＳ１１７２−１の出力は、新たなΔｆ０である。これは、ＣＷ光源を共振状態に制御すべく、エラー信号から算出される。これは、基準信号として、ＣＷ ＰＬＬ、例えばＣＷ ＰＬＬ４３０−１に供給される。
[0063]デジタルシグナルプロセッサ１１５０は、右回り信号と同様の態様で、左回り信号を処理する。図１１に示す特定の実施形態において、デジタルシグナルプロセッサ１１５０は、前述したように、ＣＷ信号モードよりも少なくとも共振モード１つ分だけ高周波側にある成分（ＣＣＷ１信号と呼ばれる）、及びＣＷ信号モードよりも少なくとも共振モード１つ分だけ低周波側にある成分（ＣＣＷ２信号と呼ばれる）を有するＣＣＷ信号を処理するように構成されている。
[0064]このように、ＣＣＷ１復調器１１５４−２及びＣＣＷ２復調器１１５４−３は、前に説明したものと同様のプロセスを使いながら、この例ではロックイン検出を使って異なる信号間の判別を行っている。加えて、ＣＣＷ１復調器１１５４−２はＣＣＷ２信号を除去するものであり、残りのＣＣＷ１信号は、前に論じたＣＷ信号と同様に、ＣＣＷ１復調器１１５４−２〜加算器１１６０−２で更に処理される。同様に、ＣＣＷ２復調器１１５４−３はＣＣＷ１信号を除去するものであり、残りのＣＣＷ２信号は、ＣＷ信号と同様に、ＣＣＷ２復調器１１５４−３〜加算器１１６０−３で更に処理される。
[0065]更に、ＣＣＷ１ ＤＤＳ１１７２−２及びＣＣＷ２ ＤＤＳ１１７２−３の出力は、それぞれΔｆ１及びΔｆ２である。これらは、ＣＣＷビームを共振状態にするために、基準信号としてＣＣＷ光源、例えばＣＣＷ１ ＰＬＬ４３１−２に供給される。ＣＣＷ１加算器１１６０−２の出力は第２の減算器１１７０の第２の入力部に結合され、ＣＣＷ２加算器１１６０−３の出力は第１の減算器１１６８の第１の入力部に結合されている。
[0066]一実施形態では、減算器１１６８は減算器１１７４の第１の入力部に結合され、減算器１１７０は減算器１１７４の第２の入力部に結合される。減算器１１６８〜１１７４は、式２ΔｆΩ＝（Δｆ１−Δｆ３）−（Δｆ１−Δｆ２）を計算するように機能する。この場合、減算器１１７４の出力は実質的にΔｆΩの２倍に等しく、ΔｆΩは回転速度に比例する。
[0067]図１２は、共振型光ファイバジャイロに存在する回転検知エラーを低減する方法１２００の一実施形態のフローチャートである。ブロック１２０２において、光ビームが発生される。例えば、前に説明した光源等の光源は、光ビームを発生することができる。加えて、その光源は、前述したように、いくつかの実施形態では、参照レーザに同期されたスレーブ光源とすることができる。発生された光ビームは、ブロック１２０４において、強度変調光ビームを生成するために強度が変調される。詳細には、光ビームの強度は、強度変調光ビームの１又は複数の高次高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で変調される。そのしきい値は、前述したように、しきい値に満たない振幅が逆行する光ビームにほとんど影響を与えないような形で決定される。加えて、本明細書では、「高次高調波」なる用語は、ゼロ回転時又は回転中に、逆行する光ビームと可能性としてオーバーラップする高調波を指す。
[0068]いくつかの実施形態では、光ビームの強度は、前述したように、共振器の隣接する共振モード相互間のフリースペクトルレンジの周波数から分離された周波数で変調される。詳細には、強度変調周波数とフリースペクトルレンジ周波数との間の分離距離は、上記１又は複数の高次高調波の振幅がしきい値未満になるような形で選択される。
[0069]他の実施形態では、光ビームの強度を変調することは、所定周波数の変調信号を発生することと、その変調信号を歪ませることと、その歪んだ変調信号に基づいてその光ビームの強度を変調することとを含んでいる。変調信号の歪みは、歪んだ変調信号が光ビームの変調に存在する別の非線形性を補償するような形で選択される。他の実施形態では、光ビームの強度を変調することは、三角波変調信号を発生することと、その三角波変調信号に乗算値を乗算することとを含んでいる。次いで、光ビームの強度は、その乗算後の三角波変調信号に基づいて変調される。
[0070]ブロック１２０６において、強度変調光ビームは、共振器の中を伝って第１の方向に伝搬させられる。共振器の中を伝搬するときに、しきい値未満の振幅を有する上記１又は複数の高次高調波しか、共振器の中を第２の反対方向に伝搬している光ビームの基本波の周波数とオーバーラップしない。したがって、上記１又は複数の高次高調波が逆行する光ビームに及ぼす影響は、無視することができる。加えて、強度変調光ビームを伝搬させることは、いくつかの実施形態では、前述したように、共通キャビティ長変調を使って強度変調光ビームを変調することを含んでいる。単一光ビームに即して方法１２００を説明してきたが、前述したように、方法１２００は、共振器の中を伝搬する光ビームそれぞれ毎に実現してもかまわないことを理解されたい。
[0071]実施例
例１は、光ファイバループを有する共振器と、光ビームを発生するように構成された光源と、それら光源及び共振器相互間に結合された強度変調回路であって、光源からの光ビームの強度を変調して、強度変調された信号を共振器に出力するように構成された強度変調回路と、を備えた共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）を具備している。この場合、その強度変調回路は、共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップするその強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、その強度変調信号を生成するように構成されており、その所定しきい値に満たない振幅は、無視することができる。
[0072]例２は、例１の共振型光ファイバジャイロ、但し上記光源は第１の周波数が上記共振器の第１の共振周波数に合わされている第１の光源であり、上記強度変調回路は第１の強度変調回路である共振型光ファイバジャイロであって、更に、第１の光ビームの第１の周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ高周波側にある共振器の共振周波数に合わされた第２の周波数を有する第２の光ビームを発生するように構成された第２の光源と、その第２の光源と共振器との間に結合された第２の強度変調回路であって、その第２の光ビームを変調して第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、第１の光ビームの第１の周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ低周波側にある共振器の共振周波数に合わされた第３の周波数を有する第３の光ビームを発生するように構成された第３の光源と、その第３の光源と共振器との間に結合された第３の強度変調回路であって、その第３の光ビームを変調して第３の強度変調信号を出力するように構成された第３の強度変調回路と、第２の強度変調信号と第３の強度変調信号とを合波するように構成されたビームコンバイナであって、その合波後の強度変調信号を共振器に出力するように構成されたビームコンバイナと、を備えたＲＦＯＧを具備している。この場合、第１の強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、合波強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路及び第３の強度変調回路はそれぞれ、第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２及び第３の各強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、該当の第２の強度変調信号及び第３の強度変調信号を生成するように構成されている。
[0073]例３は、例１の共振型光ファイバジャイロ、但し上記光源は第１の光源であり、上記強度変調回路は第１の強度変調回路である共振型光ファイバジャイロであって、更に、第２の周波数の第２の光ビームを発生するように構成された第２の光源であって、その第２の光ビームの周波数を、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ高周波側にある上記共振器の共振周波数と、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ低周波側にある上記共振器の共振周波数との間で切り替えるように構成された第２の光源と、その第２の光源と共振器との間に結合された第２の強度変調回路であって、その第２の光ビームを変調して第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、を備えたＲＦＯＧを具備している。この場合、第１の強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、第２の強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路は、第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２の強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、第２の強度変調信号を生成するように構成されている。
[0074]例４は、例１の共振型光ファイバジャイロであって、更に、上記光源と上記強度変調回路との間に結合されたビームスプリッタであって、上記光ビームの第１の部分を強度変調回路に出力するように構成されたビームスプリッタと、そのビームスプリッタがそこに上記光ビームの第２の部分を出力するように構成されている、そのビームスプリッタに結合された周波数シフタであって、上記光ビームのその第２の部分の周波数をシフトさせて第２の光ビームを生成するように構成された周波数シフタと、その周波数シフタに結合され、且つその第２の光ビームの強度を変調して上記共振器に第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、を備えたＲＦＯＧを具備している。この場合、上記強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、第２の強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路は、共振器内の第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２の強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、第２の強度変調信号を生成するように構成されている。
[0075]例５は、例１〜４のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロあって、参照光ビームを生成するように構成された参照レーザ発生器を更に備えた共振型光ファイバジャイロを具備している。この場合、上記光源は、光ビームをその参照光ビームに同期させるように構成されたスレーブ光源である。
[0076]例６は、例１〜５のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、上記共振器の隣接する共振モード相互間のフリースペクトルレンジの周波数から分離された周波数であって、共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップする上記強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で選択された分離距離だけ分離された周波数で、上記光ビームの強度を変調するように構成されたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0077]例７は、例１〜５のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、所定周波数で信号を発生するように構成された変調信号発生器と、その変調信号発生器から出力された信号を歪ませるように構成された補償回路と、その補償回路に結合された強度変調器であって、その補償回路から出力されるその歪んだ信号に基づいて、第１の光源からの光ビームの強度を変調するように構成された強度変調器と、を備えたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0078]例８は、例１〜５のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、三角波信号を発生するように構成された変調信号発生器と、その変調信号発生器に結合され、且つその三角波に乗算値を乗算するように構成された乗算器と、その乗算器に結合され、且つその乗算器から出力された三角波に基づいて、第１の光源からの光ビームの強度を変調するように構成された強度変調器と、を備えたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0079]例９は、回転速度を測定するように構成された共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）と、その共振型光ファイバジャイロに結合され、且つその共振型光ファイバジャイロによって測定された回転速度に基づいて計算を実施するように構成された処理ユニットと、を備えたシステムを具備している。この場合、上記共振型光ファイバジャイロは、光ファイバループを有する共振器と、光ビームを発生するように構成された光源と、それら光源及び共振器相互間に結合された強度変調回路であって、光源からの光ビームの強度を変調して、強度変調された信号を共振器に出力するように構成された強度変調回路と、を具備しており、その強度変調回路は、共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップするその強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、その強度変調信号を生成するように構成されており、その所定しきい値に満たない振幅は、無視することができる。
[0080]例１０は、例９の共振型光ファイバジャイロ、但し上記光源は第１の光源であり、上記強度変調回路は第１の強度変調回路である共振型光ファイバジャイロであって、更に、第２の周波数の第２の光ビームを、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ高周波側にある上記共振器の共振周波数で発生するように構成された第２の光源と、その第２の光源と共振器との間に結合された第２の強度変調回路であって、その第２の光ビームを変調して第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、第３の周波数の第３の光ビームを、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ低周波側にある共振器の共振周波数で発生するように構成された第３の光源と、その第３の光源と共振器との間に結合された第３の強度変調回路であって、その第３の光ビームを変調して第３の強度変調信号を出力するように構成された第３の強度変調回路と、第２の強度変調信号と第３の強度変調信号とを合波するように構成されたビームコンバイナであって、その合波後の強度変調信号を共振器に出力するように構成されたビームコンバイナと、を備えたＲＦＯＧを具備している。この場合、第１の強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、合波強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路及び第３の強度変調回路はそれぞれ、第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２及び第３の各強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、該当の第２の強度変調信号及び第３の強度変調信を生成するように構成されている。
[0081]例１１は、例９の共振型光ファイバジャイロ、但し上記光源は第１の光源であり、上記強度変調回路は第１の強度変調回路である共振型光ファイバジャイロであって、更に、第２の周波数の第２の光ビームを発生するように構成された第２の光源であって、その第２の光ビーム周波数を、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ高周波側にある共振周波数と、第１の光ビームの周波数よりも少なくともフリースペクトルレンジ１つ分だけ低周波側にある共振周波数との間で切り替えるように構成された第２の光源と、その第２の光源と上記共振器との間に結合された第２の強度変調回路であって、その第２の光ビームを変調して第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、を備えたＲＦＯＧを具備している。この場合、第１の強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、第２の強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路は、第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２の強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、第２の強度変調信号を生成するように構成されている。
[0082]例１２は、例９の共振型光ファイバジャイロであって、更に、上記光源と上記強度変調回路との間に結合されたビームスプリッタであって、上記光ビームの第１の部分を強度変調回路に出力するように構成されたビームスプリッタと、そのビームスプリッタがそこに上記光ビームの第２の部分を出力するように構成されている、そのビームスプリッタに結合された周波数シフタであって、上記光ビームのその第２の部分の周波数をシフトさせて第２の光ビームを生成するように構成された周波数シフタと、その周波数シフタに結合され、且つその第２の光ビームの強度を変調して上記共振器に第２の強度変調信号を出力するように構成された第２の強度変調回路と、を備えた共振型光ファイバジャイロを具備している。この場合、上記強度変調信号は共振器の中を第１の方向に伝搬し、第２の強度変調信号は共振器の中を第２の方向に伝搬し、第２の強度変調回路は、共振器内の第１の強度変調信号の基本波とオーバーラップする第２の強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、第２の強度変調信号を生成するように構成されている。
[0083]例１３は、例９〜１２のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロあって、参照光ビームを生成するように構成された参照レーザ発生器を更に備えた共振型光ファイバジャイロを具備している。この場合、上記光源は、上記光ビームをその参照光ビームに同期させるように構成されたスレーブ光源である。
[0084]例１４は、例９〜１３のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、上記共振器の隣接する共振モード相互間のフリースペクトルレンジの周波数から分離された周波数であって、共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップする上記強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で選択された周波数分離距離だけ分離された周波数で、上記光ビームの強度を変調するように構成されたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0085]例１５は、例９〜１３のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、所定周波数で信号を発生するように構成された変調信号発生器と、その変調信号発生器から出力された信号を歪ませるように構成された補償回路と、その補償回路に結合された強度変調器であって、その補償回路から出力されるその歪んだ信号に基づいて、第１の光源からの光ビームの強度を変調するように構成された強度変調器と、を備えたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0086]例１６は、例９〜１３のうちのいずれかの共振型光ファイバジャイロであって、上記強度変調回路は、三角波信号を発生するように構成された変調信号発生器と、その変調信号発生器に結合され、且つその三角波に乗算値を乗算するように構成された乗算器と、その乗算器に結合され、且つその乗算器から出力された三角波に基づいて、第１の光源からの光ビームの強度を変調するように構成された強度変調器と、を備えたものである、共振型光ファイバジャイロを具備している。
[0087]例１７は、共振型光ファイバジャイロに存在する回転検知エラーを低減する方法であって、光ビームを発生するステップと、その光ビームの強度を変調して、振幅が所定しきい値未満の１又は複数の高次高調波を有する強度変調光ビームを生成するステップと、その強度変調光ビームを共振器の中に通して第１の方向に伝搬させるステップと、を含んで構成される方法を含んでいる。この場合、所定しきい値未満の振幅を有する上記１又は複数の高次高調波だけが、共振器の中を通って第１の方向とは反対の第２の方向に伝搬する光ビームの基本波の周波数とオーバーラップする。
[0088]例１８は、例１７の方法であって、上記光ビームの強度を変調するステップは、上記共振器の隣接する共振モード相互間のフリースペクトルレンジの周波数から分離された周波数であって、第２の方向に伝搬する光ビームの基本波とオーバーラップする上記強度変調信号の上記１又は複数の高次高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で選択された分離距離だけ分離された周波数で、上記光ビームの強度を変調するステップを含んで構成されるものである、方法を含んでいる。
[0089]例１９は、例１７の方法であって、上記光ビームの強度を変調するステップは、所定周波数で変調信号を発生するステップと、その変調信号を歪ませるステップと、その歪んだ変調信号に基づいて、上記光ビームの強度を変調するステップと、を含んで構成されるものである、方法を含んでいる。この場合、その歪んだ変調信号は、光ビームの変調に存在する非線形性を補償する。
[0090]例２０は、例１７の方法であって、上記光ビームの強度を変調するステップは、三角波変調信号を発生するステップと、その三角波変調信号に乗算値を乗算するステップと、その乗算後の三角波変調信号に基づいて上記光ビームの強度を変調するステップと、を含んで構成されるものである、方法を含んでいる。
[0091]本明細書では、具体的な実施形態について図示すると共に説明してきたが、当業者であれば当然のことながら、同じ目的を達成するように考慮されたいかなる構成も、提示したそれら具体的実施形態の代わりに用いることができる。したがって、明白に意図しているように、本発明は、請求項及びその均等物によってのみ限定される。
１００ システム
１０２ 光ファイバジャイロ
１０４ 処理ユニット
１０６ アクチュエータ
１０８ 表示ユニット
１１０ 変調回路
１１２ 共振器
１１４ 共振トラッキングエレクトロニクス
１１６ 光源
２０１ ＣＷビーム
２０３ ＣＣＷビーム１
４１０ 強度変調回路
４１２ 回転検知共振器
４１４ 共振トラッキングエレクトロニクス
４１５ 共通キャビティ変調発生器
４１６ 光源
４１８−１ ＣＷスレーブレーザ
４１８−２ ＣＣＷスレーブレーザ
４２０−１ ＣＷビームスプリッタ
４２０−２ ＣＣＷビームスプリッタ
４２２−１ ＣＷビームコンバイナ
４２２−２ ＣＣＷビームコンバイナ
４２４ 参照レーザ駆動部
４２６ 参照レーザ
４２８ 参照ビームスプリッタ
４３０−１ ＣＷ ＰＬＬプリアンプ
４３０−２ ＣＣＷ ＰＬＬプリアンプ
４３１−１ ＣＷ ＰＬＬ
４３１−２ ＣＣＷ ＰＬＬ
４３１−２ ＣＣＷレーザ駆動部
４３２−１ ＣＷレーザ駆動部
４３４−１ 補償回路
４３４−２ 補償回路
４３６−１ Ｄ／Ａコンバータ
４３６−２ Ｄ／Ａコンバータ
４３８−１ 変調発生器
４３８−２ 変調発生器
４４０−１ ＣＷ強度変調器
４４０−２ ＣＣＷ強度変調器
４４２−１ ＣＷ ＰＤ
４４２−２ ＣＣＷ ＰＤ
５０２ ＲＦＯＧ
５１０−１ 変調回路
５１０−２ 変調回路
５１０−３ 変調回路
５１２ 回転検知共振器
５１４ 共振トラッキングエレクトロニクス
５１５ 共通キャビティ変調発生器
５１６−１ ＣＷ光源
５１６−２ ＣＣＷ１光源
５１６−３ ＣＣＷ２光源
５２４ 参照レーザ駆動部
５２６ 参照レーザ
５２８ 参照ビームスプリッタ
５４２−１ ＣＷ ＰＤ
５４２−２ ＣＣＷ ＰＤ
５４４ ビームコンバイナ
６０２ ＲＦＯＧ
６１０−１ ＣＷ変調回路
６１０−２ ＣＣＷ変調回路
６１２ 共振器
６１４ ＲＴＥ
６１５ 共通キャビティ変調発生器
６１６−１ ＣＷ光源
６１６−２ ＣＣＷ光源
６４２−１ ＣＷ ＰＤ
６４２−２ ＣＣＷ ＰＤ
７０２ ＲＦＯＧ
７１０−１ ＣＷ変調回路
７１０−２ ＣＣＷ変調回路
７１２ 共振器
７１４ ＲＴＥ
７１５ 共通キャビティ変調発生器
７１６ 光源
７１７ ビームスプリッタ
７１９ 周波数シフタ
７４２−１ ＣＷ ＰＤ
７４２−２ ＣＣＷ ＰＤ
８１０ 変調回路
８３６ Ｄ／Ａコンバータ
８３８ 三角波発生器
８４０ 強度変調器
８８６ 乗算器
９１０ 変調回路
９３６ Ｄ／Ａコンバータ
９３８ 三角波発生器
９４０ 強度変調器
９８６ 乗算器
９８８ ビームスプリッタ
９９０ 光検出器
９９２ Ａ／Ｄコンバータ
９９４ ２ｆ復調器
９９６ アキュムレータ
１０１０ 変調回路
１０３４ 補償回路
１０３６ Ｄ／Ａコンバータ
１０３８ 正弦波発生器
１０４０ 強度変調器
１１１４ 共振トラッキングエレクトロニクス
１１４６−１ ＣＷアナログ信号コンディショナ
１１４６−２ ＣＣＷアナログ信号コンディショナ
１１４８−１ ＣＷ Ａ／Ｄコンバータ
１１４８−２ ＣＣＷ Ａ／Ｄコンバータ
１１５０ デジタルシグナルプロセッサ
１１５４−１ ＣＷ復調器
１１５４−２ ＣＣＷ１復調器
１１５４−３ ＣＣＷ２復調器
１１５６−１ ＣＷ Ｃ．Ｃ．復調器
１１５６−２ ＣＣＷ１ Ｃ．Ｃ．復調器
１１５６−３ ＣＣＷ２ Ｃ．Ｃ．復調器
１１５８−１ ＣＷアキュムレータ
１１５８−２ ＣＣＷ１アキュムレータ
１１５８−３ ＣＣＷ２アキュムレータ
１１６０−１ ＣＷ加算器
１１６０−２ ＣＣＷ１加算器
１１６０−３ ＣＣＷ２加算器
１１６２−１ ＣＷアキュムレータ
１１６４−１ ＤＡＣ
１１６６ ＣＷ定数
１１６７ ＣＣＷ１定数
１１６９ ＣＣＷ１定数
１１７２−１ ＣＷ加算器
１１７２−２ ＣＣＷ１ ＤＤＳ
１１７２−３ ＣＣＷ２ ＤＤＳ
１１７６ Ｉ／Ｏ

Claims (3)

  1. 光ファイバループを有する共振器（１１２）と、
    光ビームを発生するように構成された光源（１１６）と、
    前記光源（１１６）と前記共振器（１１２）との間に結合された強度変調回路（１１０）であって、前記光源（１１６）からの前記光ビームの強度を変調して、強度変調された信号を前記共振器（１１２）に出力するように構成された強度変調回路（１１０）と
    を備えた共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）（１０２）であって、
    前記強度変調回路（１１０）は、前記共振器内の逆行する光ビームの基本波とオーバーラップする前記強度変調信号の高調波が所定しきい値未満の振幅を有するような形で、前記強度変調信号を生成するように構成されたものであり、前記所定しきい値に満たない振幅は無視できるものである、共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）（１０２）。
  2. 前記強度変調回路（１１０）は、前記共振器の隣接する共振モード相互間のフリースペクトルレンジの周波数から分離距離だけ分離された周波数で、前記光ビームの強度を変調するように構成されたものであり、前記分離距離は、前記共振器内の前記逆行する光ビームの前記基本波とオーバーラップする前記強度変調信号の前記高調波が前記所定しきい値未満の振幅を有するような形で選択されたものである、請求項１に記載の共振型光ファイバジャイロ（１０２）。
  3. 共振型光ファイバジャイロに存在する回転検知エラーを低減する方法（１２００）であって、
    光ビームを発生するステップ（１２０２）と、
    前記光ビームの強度を変調して、振幅が所定しきい値未満の１又は複数の高次高調波を有する強度変調光ビームを生成するステップ（１２０４）と、
    前記強度変調光ビームを共振器の中に通して第１の方向に伝搬させるステップであって、所定しきい値未満の振幅を有する前記１又は複数の高次高調波だけが、前記共振器を通って前記第１の方向とは反対の第２の方向に伝搬する光ビームの基本波の周波数とオーバーラップするステップ（１２０６）と
    を含む方法（１２００）。
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