JP2014032384A - 光キャビティにおける誘導ブリルアン散乱を低減させるための狭帯域反射器 - Google Patents

光キャビティにおける誘導ブリルアン散乱を低減させるための狭帯域反射器 Download PDF

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Abstract

【課題】光ビームの線幅を狭くし雑音変動を低減させるための光ファイバフィルタシステムを提供すること。
【解決手段】光ファイバフィルタシステムは、ファイバ長を設定する、第１の端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、第１の端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを含む。第１の周波数の光ビームがレーザから第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、ファイバブラッググレーティングと反射器との間に第１の周波数で共振キャビティが確立され、一方、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、ファイバブラッググレーティングを透過する。
【選択図】図３

Description

政府ライセンス権
[0001]本発明は、ＤＡＲＰＡによって授与されたＨＲ００１１−０８−Ｃ−００１９に基づく政府支援によって実施された。政府は本発明に一定の権利を有する。
[0002]共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）は、広範囲の用途に使用できる可能性がある。位相雑音が非常に低い狭線幅レーザは、ＲＦＯＧの高性能目標を実現するのに必要な重要な構成要素である。現在利用可能なレーザおよび開発中の潜在的なレーザは、位相雑音要件を満たさない。
米国特許出願第１３／１５０，９７６号
[0003]本出願は、光ビームの線幅を狭くし雑音変動を低減させる光ファイバフィルタシステムに関する。この光ファイバフィルタシステムは、ファイバ長を設定する、第１の端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、第１の端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを含む。第１の周波数の光ビームがレーザから第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、ファイバブラッググレーティングと反射器との間に第１の周波数で共振キャビティが確立され、一方、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、ファイバブラッググレーティングを透過し、それによって入射ビームとブリルアン散乱ビームとの間の相互作用長が短くなり、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）の発生に関するしきい値が大きくなる。
[0004]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0005]本発明による例示的なファイバブラッググレーティングの反射特性のグラフである。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0006]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0007]本発明による光ファイバフィルタを含む共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）の実施形態のブロック図である。 [0008]本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。 [0009]本発明による光ファイバフィルタシステムにおける誘導ブリルアン散乱を低減させる方法の実施形態の流れ図である。
[0010]一般的な慣習に従って、記載された様々な特徴は、縮尺通りには描かれておらず、本発明に関連する特徴を強調するように描かれている。同じ参照符号は、図および本文全体にわたって同じ要素を示す。
[0011]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、一例として本発明を実施することができる特定の例示的な実施形態が示された添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳しく記載されているが、他の実施形態を実現することができ、かつ本発明の範囲から逸脱せずに論理的な変更、機械的な変更、および電気的な変更を施すことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈すべきではない。
[0012]レーザ位相雑音を低減させるために、外部狭線幅光フィルタは、Ｐｏｕｎｄ Ｄｒｅｖｅｒ Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）ループを使用してレーザ中心周波数にロックされる。この受動フィルタリング手法は、ＰＤＨループの帯域幅を超えた周波数での位相雑音の低減を可能にする。ファイバの各端面に広帯域光反射器を有する中実コア光ファイバにおいて狭線幅フィルタリングを実施してファブリーペロー光キャビティを形成すると、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）が発生することによってフィルタの性能が制限される。ＳＢＳは、フィルタの性能を低下させる非線形光学作用である。
[0013]光ファイバには２種類のブリルアン散乱現象がある。第１のブリルアン散乱現象は自発散乱であり、第２のブリルアン散乱現象は誘導散乱である。ブリルアン散乱は、誘導ブリルアン散乱とは異なり、物質中の音波による自発的な光散乱プロセスである。このプロセスが自発的であるのは、光散乱が媒体中の熱的変動によって生じ、入射ビームがその存在下で媒体の誘電特性を変化させないほど弱いからである。それに対して、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）は、入射ビームの電界強度が高く、それによってブリルアン散乱ビームが増幅されたときに生じる。ある入射しきい値パワーを超えると、入射ビームおよびブリルアン散乱ビームは、媒体中で生成された音波に位相が一致したときにファイバの長さにわたって互いにコヒーレントに結合される。この正のフィードバックは、入射ビームからのエネルギーを散乱ビームに結合させる。光ファイバの場合、ブリルアン散乱光は一次入射ビームから約１１ＧＨｚだけ周波数がずれる。光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）に関するしきい値は、入射光パワー、ブリルアン利得係数、および光ファイバ内の入射ビームとブリルアン散乱光ビームとの相互作用長に直接依存する。概して、ＳＢＳを生じさせるには高い光パワーおよび長い相互作用長が必要である。しかし、光キャビティでは、キャビティ内を光ビームが複数回往復することによって相互作用長が長くなるので、キャビティ長が短い場合でもＳＢＳしきい値が小さくなる。したがって、ファブリーペローファイバキャビティ共振器で使用される短いファイバの場合のＳＢＳのしきい値は、短い非共振型ファイバの場合のＳＢＳのしきい値よりも小さい。この理由は、光ファイバの中実コア中を光が複数回往復することによってＳＢＳ相互作用長が長くなることである可能性が非常に高い。ＳＢＳは雑音を増大させ、入射ビームから光パワーを奪い、したがって、一次信号波長でのフィルタによるパワースループットを低減させる。
[0014]高性能共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）は、線幅が狭く（１ＫＨｚ以下）、位相雑音が非常に低いレーザを必要とする。本明細書で説明する光ファイバフィルタシステムは、線幅の狭い１つまたは複数の光ファイバフィルタとＰｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ−Ｈａｌｌ閉ループサーボとの組合せを含み、レーザ雑音を低減させる。線幅の狭い１つまたは複数の光ファイバフィルタは、ＳＢＳの発生を防止し、高性能ＲＦＯＧに必要な線幅が狭く位相雑音が非常に低い光ビームを出力する。線幅が狭く位相雑音が非常に低い光ビームは、ブリルアン散乱（ＢＳ）（すなわち、光ビームの周波数からずれた光ストークスおよび反ストークス）への高い損失を導く光ファイバフィルタ内で共振する標準的な偏向光ビームから生成される。本明細書で説明する光ファイバフィルタの少なくとも一部は、中実コア光ファイバと少なくとも１つの狭帯域幅ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを含み、光ファイバの中実コアのキャビティ内のＢＳモードについての高い損失をもたらす。本明細書では語「光ファイバ」と「ファイバ」は入れ替え可能に使用される。
[0015]ＳＢＳは、光ファイバフィルタの光キャビティ内を伝搬する光ビームによって生成される。光キャビティを本明細書では「ファイバキャビティ」、「フィルタキャビティ」、「ファブリーペローキャビティ」、または「キャビティ」とも呼ぶ。ＳＢＳがキャビティ内で生じた場合、フィルタから出力されるビームは雑音を含み、パワーが低減され、望ましくないブリルアン周波数シフト信号を含む。フィルタキャビティ内部でのＢＳの振動（またはＳＢＳ）の防止は、ＢＳ光パワーの、キャビティ内を再循環する（レーザからの）入射光との相互作用長を短くし、それによってＳＢＳの発生に関する光パワーしきい値を大きくすることによって実現される。本明細書で説明する光ファイバフィルタシステムは、位相雑音を低減させ、光スループット要件を満たすのを可能にし、一方、望ましい入力パワーレベルでのＳＢＳを防止する。ＳＢＳは、フィルタシステムにおける１回のパスで発生するＳＢＳに限定され、単一パスフィルタシステムにおけるＳＢＳの発生に関するしきい値は、フィルタ長が短いので大きくなる。
[0016]この実施形態の一実装形態では、高性能ＲＦＯＧは、角度ランダムウォーク（ＡＲＷ）が１０００マイクロ度／平方根時（１０００μ°／√ｈｒ）以下である。現在利用可能なレーザシステムでは、このＡＲＷ性能レベルを実現する際にはレーザ位相雑音および相対強度雑音（ＲＩＮ）が重要である。本明細書で説明する光ファイバフィルタシステムは、２００ｋＨｚ、すなわち、レーザが高周波数雑音を有するようになる周波数を超える位相変動を妨げ、一方、所望の線幅を実現するためのキャビティ内の低光損失化、挿入損失の非常に低い反射器、スループット光ビームの低挿入損失化、ＳＢＳ作用を低減させるための狭通過帯域、および製造の容易さの各要件を満たす。キャビティ内の低光損失化を実現するには、挿入損失の非常に低い反射器が必要である。直列型ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）はこれらの要件を満たす。ＦＢＧは、紫外線レーザ光の干渉パターンを使用して光ファイバの側面を照射することによって光ファイバのコア上に形成された周期的な屈折率の摂動である。この干渉パターンは通常、位相マスクを使用して形成される。光ファイバ内の周期構造は、ある波長を反射し、他の波長を透過させる波長依存鏡を生成する。有利なことに、ＦＢＧフィルタは、システム内の他の構成要素に容易に接合することができ、この場合の追加的な挿入損失は無視できる程度の損失である。したがって、ＦＢＧフィルタはコストおよび複雑さを低減させる。
[0017]本明細書で説明する光ファイバフィルタの場合、１つまたは２つのファイバブラッググレーティングは、光ファイバフィルタの光キャビティの一方または両方の端面に位置決めされた高反射率狭帯域幅反射器として働く。１つまたは２つのファイバブラッググレーティングは、狭帯域幅反射器として働き、入射光の波長を反射し、一方、反射キャビティからＢＳ光パワーを伝送する。したがって、１つまたは２つのファイバブラッググレーティングは、ファイバキャビティ内のＢＳ光ビームを高損失化し、ＳＢＳがキャビティ内で強化または励起されるのを妨げる。この実施形態の一実装形態では、ファブリーペローキャビティの両端はＦＢＧ反射器を含む。この場合、２つのＦＢＧ反射器は、用途の要件に応じて同じ性能特性を有してもあるいは異なる性能特性を有してもよい。この実施形態の別の実装形態では、ファブリーペローキャビティの一方の端部はＦＢＧ反射器を含み、他方の端部は、反射率が高いファイバの端面に誘電鏡スタックを含む。この後者の場合、誘電鏡スタックの反射率は、用途の要件に応じて狭帯域であっても、または比較的広帯域であってもよい。
[0018]熱的変化または歪み変化を導入することによって、ファイバの屈折率、物理的長さ、または屈折率と物理的長さの両方を変化させることができる。１）ＰＺＴを使用して光ファイバの少なくとも一部を伸ばし、それによって応力による屈折率の変化または物理的経路長の変化を生じさせるか、あるいは２）温度コントローラを使用して光ファイバの少なくとも一部の温度を変化させ、熱による屈折率の変化または物理的長さの変化を生じさせることによって、ファイバの光位相を変化させることができる。光ファイバの屈折率、光ファイバの物理的長さ（またはその両方）を変化させると、キャビティ内の光路長遅延が変化し、したがって、共振ピークが生じる周波数が変化する。ＦＳＲも変化するがこれは二次的効果である。
[0019]有利なことに、本明細書で説明する狭帯域幅ファイバブラッググレーティングは、直交偏光状態がキャビティ内に定在波を形成するのを妨げ、それによって、フィルタへの入力光ビーム中に顕著な量の直交偏光状態が存在するときでも高い偏光消光比を実現する。約３．３ｘ１０−４である光ファイバの複屈折によって、直交偏光状態同士のピーク反射の差は０．３５ｎｍ（４４ＧＨｚ）である。言い換えれば、動作波長または動作周波数において、ファイバブラッググレーティングは、１つの偏光状態を反射する場合、直交偏光状態を透過させる。狭帯域幅光ファイバブラッググレーティングのこの特性は、直交偏光状態の消光比を高くする。
[0020]図１は、本発明による光ファイバフィルタシステム１０３の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０３は、高性能ＲＦＯＧまたは線幅が狭く位相雑音が低い光ビームを必要とする任意の他の用途で使用できる線幅が狭く位相雑音が非常に低い光ビーム３１０を出力する。光ファイバフィルタシステム１０３は、光ファイバフィルタ２２０と、サーキュレータ２３１と、フォトダイオード（ＰＤ）２３５と、共振トラッキング（ＲＴ）サーボ２３７と、位相コントローラ２８１と、光増幅器２０１とを含む。光ファイバフィルタ２２０は、光ファイバ１１９の入力端面２２８にまたはその近くに位置決めされた第１のファイバブラッググレーティング２９１と、光ファイバ１１９の出力端面２２９にまたはその近くに位置決めされた第２のファイバブラッググレーティング２９２とを含む中実コア光ファイバ１１９である。光ファイバフィルタ２２０は、狭帯域幅反射器フィルタ２２０である。入力端面２２８を本明細書では「第１の端面２２８」とも呼ぶ。出力端面２２９を本明細書では「第２の端面２２９」とも呼ぶ。第１の端面２２８は第２の端面２２９に対向する。
[0021]第１のファイバブラッググレーティング２９１は第１の反射率Ｒ１を有し、第２の端面２２９に位置決めされた第２のファイバブラッググレーティング２９２は第２の反射率Ｒ２を有する。この実施形態の一実装形態では、第１の反射率Ｒ１は第２の反射率Ｒ２に等しい。第１のファイバブラッググレーティング２９１および第２のファイバブラッググレーティング２９２は、２つの反射面間（すなわち、第１のファイバブラッググレーティング２９１と第２のファイバブラッググレーティング２９２の間）の複数の反射間の干渉によって透過スペクトルが生成されるファブリーペローエタロンの反射面として働く。ファブリーペローエタロンの透過スペクトルは、反射光の波長の関数である。エタロンの高透過ピークに相当する強め合う干渉は、透過ビーム同士が同相であるときに生じる。
[0022]レーザ１２０から放出された偏光光ビーム３０７が第１の端面２２８または第２の端面２２９の一方に結合されると、長さＬの共振キャビティ（すなわち、長さＬのファブリーペローエタロン）が第１のファイバブラッググレーティング２９１と第２のファイバブラッググレーティング２９２との間に確立される。共振キャビティ長Ｌは概ね、第１の端面２２８および対向する第２の端面２２９によって設定されるファイバ長である。具体的には、第１の周波数ｖ１の光ビームがレーザ１２０から第１の端面２２８または第２の端面２２９の一方に結合されると、第１のファイバブラッググレーティング２９１と第２のファイバブラッググレーティング２９２との間に第１の周波数ｖ１で共振キャビティが確立される。第１の周波数ｖ１からずれたブリルアン散乱光は、第１のファイバブラッググレーティング２９１および第２のファイバブラッググレーティング２９２を透過する。ブリルアン散乱光の反ストークス成分は第１の周波数ｖ１から上方にずれ、ブリルアン散乱光のストークス成分は第１の周波数ｖ１から下方にずれる。ブリルアン散乱光の反ストークス成分およびブリルアン散乱光のストークス成分を本明細書では「第１の周波数ｖ１からずれたブリルアン散乱光」と呼ぶ。シリカファイバの場合、入力光ビームの波長が約１．５５ミクロンであるとき、ストークスシフトおよび反ストークスシフトは約１０ＧＨｚである。
[0023]この実施形態の一実装形態では、長さＬは約１０メートルである。この実施形態の別の実装形態では、長さＬは約５メートルである。他の長さも可能である。本明細書の定義では、端面に位置決めされたファイバブラッググレーティングは、ファイバの端面から形成を開始されるファイバブラッググレーティングである。ファイバブラッググレーティングが周期構造であるとすると、ファイバの端面から形成を開始されるファイバブラッググレーティングは、ファイバの物理的端面と周期的な高屈折率構造内の第１の高屈折率部との間に低屈折率材料の領域を含む。この実施形態の一実装形態では、ファイバブラッググレーティングは、ファイバの端面の近くに形成され、ファイバの物理的端面と周期的な高屈折率構造内の第１の高屈折率部との間に低屈折率材料のより大きい領域を含む。
[0024]レーザ１２０から出力された偏光光ビーム３０７はサーキュレータ２３１に入力される。レーザ１２０が楕円偏光ビームを出力することができ、レーザ１２０とサーキュレータ２３１との間に偏光板が挿入されることを理解されたい。レーザ１２０は、端面発光レーザまたは垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含む半導体レーザであってもよいが、これに限定はしない。他の種類のレーザを光ビーム３０７の光源として使用してもよい。偏光光ビーム３０７は、サーキュレータ２３１から出力され、光ファイバフィルタ２２０に結合される。光ファイバフィルタ２２０に結合された偏光光ビーム３０７の少なくとも一部は、共に光ファイバ１１９内に共振キャビティを形成する第１のファイバブラッググレーティング２９１からの第１の反射Ｒ１および第２のファイバブラッググレーティング２９２からの第２の反射Ｒ２に基づいて光ファイバ１１９内を前後に伝搬する。共振キャビティは、第１のファイバブラッググレーティング２９１と第２のファイバブラッググレーティング２９２との間の距離に基づく有効長Ｌを有する。光ファイバフィルタ２２０の共振キャビティの互いに隣接する透過ピーク間の周波数間隔が、ｃ／（２ｎＬ）にほぼ等しい自由スペクトル領域（ＦＳＲ）であり、この場合、ｃは光の速度であり、ｎは光ファイバの有効屈折率である。この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタ２２０の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は５ＭＨｚである。この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタ２２０の線幅は２００ＭＨｚ程度である。
[0025]光ファイバフィルタ２２０の入力端面２２８から、後方散乱ＢＳ３１１が、光ファイバフィルタ２２０内に反射して戻されることなく、出力される。後方散乱ＢＳ３１１はサーキュレータ２３１の方へ伝搬する。偏光光ビーム３０７のわずかな部分は、入力端面２２８からサーキュレータ２３１内に反射して戻され得る。後方散乱ＢＳ３１１および反射された光ビーム３０７の任意の部分がサーキュレータ２３１からフォトダイオード２３５に向けられる。この実施形態の一実装形態では、サーキュレータ２３１が、サーキュレータ２３１と同様に機能するように構成された複数の光学構成要素と置き換えられる。
[0026]フォトダイオード（ＰＤ）２３５、共振トラッキングサーボ２３７、および位相コントローラ２８１は、フィードバックループを形成して、光ファイバフィルタ２２０の有効長Ｌを調整する。位相コントローラ２８１は、共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成されている。光ファイバフィルタ２２０の共振ピークを調整する必要がある場合、位相コントローラ２８１は、制御信号に基づいて光ファイバ内を伝搬する光ビームの位相を修正するように構成されている。位相コントローラ２８１が光ファイバ１１９内を伝搬する光ビームの位相を調整すると、光ファイバフィルタ２２０のピーク透過波長またはピーク透過周波数が変化する。位相コントローラ２８１は、光ファイバ１１９の少なくとも一部における光ファイバ１１９の屈折率、物理的経路長、またはその両方を調整して共振キャビティを調整する。位相コントローラ２８１は、温度コントローラ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）コントローラ、および／またはファイバ内の光ビームの位相を変化させるのに使用される現在利用可能であるかあるいは将来開発される任意の他の技術である。このように、フォトダイオード２３５、共振トラッキングサーボ２３７、および位相コントローラ２８１は、フィードバックを行うフィードバックループを形成して、光ファイバフィルタ２２０の有効光路長Ｌを調整し（たとえば、屈折率、物理的経路長、またはその両方を調整し）、それによって、光増幅器２０１に出力される光ビーム３１０は、線幅が狭くなり、雑音変動が少なくなる。
[0027]この実施形態の一実装形態では、位相コントローラ２８１は、光ファイバ１１９上の歪みを調整しファイバを伸ばして応力による屈折率の変化または物理的経路長の変化（あるいはその両方）を生じさせ、それによって光ファイバフィルタ２２０のピーク透過波長またはピーク透過周波数を変化させるように構成されたＰＺＴコントローラ２８１である。この実施形態の別の実装形態では、位相コントローラ２８１は温度コントローラ２８１である。温度コントローラ２８１は、光ファイバ１１９の少なくとも一部の温度を調整しファイバの屈折率を変化させて熱による屈折率の変化または物理的経路長の変化（あるいはその両方）を生じさせ、それによって光ファイバフィルタ２２０のピーク透過波長またはピーク透過周波数を変化させるように構成されている。光ファイバフィルタ２２０の共振キャビティの有効経路長を調整するための他の技術も考えられる。本明細書の定義では、「共振キャビティを調整すること」は、第１の端面と対向する第２の端面によって設定されるファイバ長を有し、かつファイバブラッググレーティング２９１と反射器２９２との間に（所与の周波数で）確立される共振キャビティを形成する光ファイバの有効光路長を変化させることである。
[0028]光ビーム３１０は、低損失で光ファイバフィルタ２２０から出力される。しかし、光ビーム３１０の損失は、光増幅器を使用することによって相殺され得る。この場合、ファイバフィルタからの出力は光増幅器２０１によって増幅される。したがって、レーザ１２０からの光ビーム３０７が第１の端面２２８または第２の端面２２９の一方に結合されると、対向する端面（それぞれ２２９または２２８）からの光出力は、線幅が狭く周波数雑音変動が少ない。光ファイバフィルタシステム１０３内の光ファイバフィルタ２２０は、双方向性であり、ヘルムホルツ相反定理を満たす。したがって、光ファイバフィルタシステム１０３は、光ビーム３０７が第２の端面２２９に入力され、出力ビーム３１０が第１の端面２２８から出力される場合に動作可能である。
[0029]図２は、本発明による例示的なファイバブラッググレーティング２９１および２９２の反射特性のグラフである。この例示的な実施形態では、中心周波数ｆｃ（中心波長はλｃ＝１５５０．１２ｎｍである）を中心とする光パワーの９８％がファイバブラッググレーティング２９１および２９２によって反射される。中心周波数ｆｃから３ＧＨｚを超える周波数だけ離れた範囲内の光パワーの９８％が反射される。１４ＧＨｚ範囲内の光パワーの一部が反射される。反射光の１４ＧＨｚ部分を反射帯域５５０と呼ぶ。反射帯域５５０の周波数範囲外およびこの周波数範囲の近くの光パワーはファイバブラッググレーティング２９１および２９２によって伝送される。ファイバブラッググレーティング２９１および２９２は、中心周波数ｆｃから下方に（すなわち、低周波数側に）７ＧＨｚから２２ＧＨｚまで延びる第１の阻止帯域５５５と、中心周波数ｆｃから上方に（すなわち、高周波数側に）７ＧＨｚから２２ＧＨｚまで延びる第２の阻止帯域５５６とを有する。したがって、１４ＧＨｚ反射帯域５５０の両側に１５ＧＨｚの阻止帯域がある。阻止帯域５５５および５５６内の周波数で反射される光パワーの量は、反射帯域５５０内の反射パワーよりも２０ｄＢを超えて低い。
[0030]この実施形態の一実装形態では、ファイバブラッググレーティング２９１および２９２は他の中心周波数を有する。この実施形態の別の実装形態では、ファイバブラッググレーティング２９１および２９２は阻止帯域５５５および５５６ならびに反射帯域５５０に関して他の周波数範囲を有する。この実施形態のさらに別の実装形態では、阻止帯域５５５（阻止帯域５５６）と反射帯域５５０との阻止の対比は２０ｄＢを超える。この実施形態のさらに別の実装形態では、阻止帯域５５５（阻止帯域５５６）と反射帯域５５０との阻止の対比は１５ｄＢを超える。この実施形態のさらに別の実装形態では、阻止帯域５５５（阻止帯域５５６）と反射帯域５５０との阻止の対比は１０ｄＢを超える。この実施形態のさらに別の実装形態では、ファイバブラッググレーティング２９１とファイバブラッググレーティング２９２の反射特性は互いに異なる。この後者の場合、第１のファイバブラッググレーティング２９１の反射帯域５５０と第２のファイバブラッググレーティング２９２の反射帯域５５０はある程度重複し、この重複は、図１に示す光ファイバフィルタ２２０内で多重反射される偏光光ビーム３０７の周波数の領域内に存在する。
[0031]図３〜図５は、本発明による光ファイバフィルタシステムの実施形態のブロック図である。図３は、本発明による光ファイバフィルタシステム１０４の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０４は、図１の第２のファイバブラッググレーティング２９２が光ファイバ１１９の出力端面２２９上の反射器２９３（反射コーティング２９３または広帯域反射器２９３など）で置き換えられるという点で図１の光ファイバフィルタシステム１０３とは異なる。光ファイバフィルタシステム１０４は、図１の光ファイバフィルタシステム１０３と同様に働き、線幅が狭く位相雑音が非常に低い光ビーム３１０を出力する。具体的には、第１の周波数ｖ１の偏光光ビーム３０７がレーザ１２０から第１の端面２２８または第２の端面２２９の一方に結合されると、ファイバブラッググレーティング２９１と反射器２９３との間に第１の周波数ｖ１で共振キャビティが確立され、一方、第１の周波数からずれたブリルアン散乱光がファイバブラッググレーティング２９１を透過する。ブリルアン散乱光の反ストークス成分は第１の周波数ｖ１から上方にずれ、ブリルアン散乱光のストークス成分は第１の周波数ｖ１から下方にずれる。
[0032]光ファイバフィルタシステム１０４は、光ファイバフィルタ２２１と、サーキュレータ２３１と、フォトダイオード（ＰＤ）２３５と、共振トラッキングサーボ２３７と、位相コントローラ２８１と、光増幅器２０１とを含む。光ファイバフィルタ２２１は狭帯域幅反射器フィルタ２２１である。この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタ２２１の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は５ＭＨｚである。光ファイバフィルタ２２１は、光ファイバ１１９の入力端面２２８にまたはその近くに位置決めされた第１のファイバブラッググレーティング２９１と、光ファイバ１１９の出力端面２２９上の反射器２９３とを含む中実コア光ファイバ１１９である。
[0033]ファイバブラッググレーティング２９１は第１の反射率Ｒ１を有し、第２の端面に位置決めされた反射器２９３は第２の反射率Ｒ２を有する。レーザ１２０からの光ビーム３０７が第１の端面２２８または第２の端面２２９の一方に結合されると、長さＬの共振キャビティがファイバブラッググレーティング２９１と第２の端面２２９に位置決めされた反射器２９３との間に確立される。反射器２９３は、比較的広帯域であり、光ビーム３０７の周波数および光ビーム３０７によって生成されるＢＳの周波数で光を反射する。この実施形態では、光ビーム３０７によって後方散乱されて光ファイバ１１９の出力端面２２９で反射されるいずれのＢＳも、第１のファイバブラッググレーティング２９１の方へ反射され、第１のファイバブラッググレーティング２９１および光ファイバ１１９の入力端面２２８を透過する。
[0034]レーザ１２０から出力された偏光光ビーム３０７はサーキュレータ２３１に入力される。偏光光ビーム３０７は、サーキュレータ２３１から出力され、光ファイバフィルタ２２１に結合される。光ファイバフィルタ２２１に結合された偏光光ビーム３０７の少なくとも一部は、共に光ファイバ１１９内に共振キャビティを形成する第１のファイバブラッググレーティング２９１からの第１の反射Ｒ１および反射器２９３からの第２の反射Ｒ２に基づいて光ファイバ１１９内を前後に伝搬する。共振キャビティは、第１のファイバブラッググレーティング２９１と反射コーティング２９３との間の距離に基づく有効長Ｌを有する。
[0035]光ファイバフィルタシステム１０４内の光ファイバフィルタ２２１は、双方向性であり、ヘルムホルツ相反定理を満たす。したがって、光ファイバフィルタシステム１０４は、光ビーム３０７が第２の端面２２９に入力され、出力ビーム３１０が第１の端面２２８から出力される場合に動作可能である。
[0036]図４Ａは、本発明による光ファイバフィルタシステム１０５の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０５は、第１のフィルタ部１８１と第２のフィルタ部１８２とを含む。第１のフィルタ部１８１および第２のフィルタ部１８２はそれぞれ、関連する光ファイバフィルタ２２０および２２１の光位相を制御するそれぞれのフィードバックループを有する第１の光ファイバフィルタ２２０および第２の光ファイバフィルタ２２１を含む。第１のフィルタ部１８１は、第１の光ファイバフィルタ２２０と、第１のサーキュレータ２３１と、第１のフォトダイオード（ＰＤ）２３５と、第１の共振トラッキングサーボ２３７と、第１の位相コントローラ２８１とを含む。第２のフィルタ部１８２は、第２の光ファイバフィルタ２２１と、第２のサーキュレータ２３２と、第２のフォトダイオード（ＰＤ）２３６と、第２の共振トラッキング（ＲＴ）サーボ２３８と、第２の位相コントローラ２８２とを含む。第２のフィルタ部１８２は、第１のフィルタ部１８１と相まって、光ファイバフィルタシステム１０５から出力される光ビーム上の雑音をさらに低減させる。光ファイバフィルタシステム１０５は、第２の光ファイバフィルタ２２１に光増幅器２０１も含む。
[0037]図４Ａに示すように、光ファイバフィルタシステム１０５の第１の光ファイバフィルタ２２０は、図１の第１の光ファイバフィルタ２２０と同様の構造および機能を有し、第２の光ファイバフィルタ２２１は、図３の光ファイバフィルタ２２１と同様の構造および機能を有する。
[0038]レーザ１２０から出力された偏光光ビーム３０７は第１のサーキュレータ２３１に入力される。偏光光ビーム３０７は、第１のサーキュレータ２３１から出力され、第１の光ファイバフィルタ２２０に結合される。第１の光ファイバフィルタ２２０の入力端面２２８から、後方散乱ＢＳ３１１が、入力端面２２８によって光ファイバフィルタ２２０内に反射して戻されることなく、出力される。後方散乱ＢＳ３１１は第１のサーキュレータ２３１の方へ伝搬する。偏光光ビーム３０７のわずかな部分は、第１のサーキュレータ２３１に反射して戻され得る。後方散乱ＢＳ３１１および反射された光ビーム３０７の任意の部分が第１のサーキュレータ２３１から第１のフォトダイオード２３５に向けられる。
[0039]第１のフォトダイオード（ＰＤ）２３５、第１の共振トラッキングサーボ２３７、および第１の位相コントローラ２８１は、フィードバックループを形成して、第１の光ファイバフィルタ２２０の第１の有効共振キャビティ長Ｌ１を調整する。第１の共振キャビティ長Ｌ１は概ね、第１の端面２２８およびその対向する第２の端面２２９によって設定されるファイバ長である。第１の光ファイバフィルタ２２０の共振ピークを調整する必要がある場合、第１の位相コントローラ２８１は、第１の光ファイバ１１９内を伝搬する光の位相を調整するように構成されている。この実施形態の一実装形態では、第１の位相コントローラ２８１は、第１の光ファイバ１１９上の歪みを調整して第１の光ファイバフィルタ２２０の光路を（それによってその位相を）変化させるように構成された第１のＰＺＴコントローラ２８１である。この実施形態の別の実装形態では、第１の位相コントローラ２８１は、第１の光ファイバ１１９の温度を調整して第１の光ファイバフィルタ２２０の屈折率、物理的経路長、またはその両方を変化させる（それによって位相を変化させる）ように構成された第１の温度コントローラ２８１である。第１の光ファイバフィルタ２２０のキャビティの有効長Ｌ１を調整するための他の技法も考えられる。
[0040]第１のフィルタ部１８１から出力された光ビーム３１０は第２のサーキュレータ２３２に入力される。光ビーム３１０は、第２のサーキュレータ２３２から出力され、第２の光ファイバフィルタ２２１に結合される。このように、第２の光ファイバフィルタ２２１は、第１の光ファイバフィルタ２２０から出力された偏光光ビーム３１０を第２のサーキュレータ２３２を介して入力させる。第２の光ファイバフィルタ２２０の入力面２２８から、後方散乱ＢＳ３１２が、入力端面２２８によって光ファイバフィルタ２２０内に反射して戻されることなく、出力される。後方散乱ＢＳ３１２は第２のサーキュレータ２３２の方へ伝搬する。偏光光ビーム３１０のわずかな部分は、第２のサーキュレータ２３２に反射して戻され得る。後方散乱ＢＳ３１２および反射された光ビーム３１０の任意の部分が第２のサーキュレータ２３２から第２のフォトダイオード２３６に向けられる。
[0041]第２のフォトダイオード（ＰＤ）２３６、第２の共振トラッキングサーボ２３８、および第２の位相コントローラ２８２は、フィードバックループを形成して、第２の光ファイバフィルタ２２１の第２の有効共振キャビティ長Ｌ２を調整する。第２の共振キャビティ長Ｌ２は概ね、第１の端面２２８およびその対向する第２の端面２２９によって設定されるファイバ長である。第２の光ファイバフィルタ２２１の共振ピークを調整する必要がある場合、第２の位相コントローラ２８２は、第２の光ファイバフィルタ２２１内を伝搬する光の位相を調整するように構成されている。
[0042]この実施形態の一実装形態では、第２の位相コントローラ２８２は、第２の光ファイバフィルタ２２１上の歪みを調整して第２の光ファイバフィルタ２２１の光路を（それによってその位相を）変化させるように構成された第２のＰＺＴコントローラ２８２である。この実施形態の別の実装形態では、第２の位相コントローラ２８２は、第２の光ファイバフィルタ２２１の温度を調整して第２の光ファイバフィルタ２２１の屈折率、物理的経路長、またはその両方を変化させる（それによって位相を変化させる）ように構成された第２の温度コントローラ２８２である。第２の光ファイバフィルタ２２１のキャビティの有効長Ｌ２を調整するための他の技法も考えられる。
[0043]第１のフィルタ部１８１および第２のフィルタ部１８２を透過した光ビーム３１３は光増幅器２０１によって増幅される。この実施形態の一実装形態では、光ビームをレーザ１２０から光増幅器２０１に送る３つ以上のフィルタ部がある。
[0044]図４Ｂは、本発明による光ファイバフィルタシステム１０５’の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０５’は第１のフィルタ部１８１’と第２のフィルタ部１８２とを含む。図４Ｂは、図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５と機能が同様である。図４Ｂは、図３に示すように第１のフィルタ部１８１’が光ファイバフィルタ２２１を含むという点で図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５の構造とは異なる。
[0045]図４Ｃは、本発明による光ファイバフィルタシステム１０５’’の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０５’’は第１のフィルタ部１８１’と第２のフィルタ部１８２’とを含む。図４Ｃは、図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５と機能が同様である。図４Ｃは、図３に示すように第１のフィルタ部１８１’が光ファイバフィルタ２２１を含み、かつ図１に示すように第２のフィルタ部１８２’が光ファイバフィルタ２２０を含むという点で図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５の構造とは異なる。
[0046]図４Ｄは、本発明による光ファイバフィルタシステム１０５’’’の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０５’’’は第１のフィルタ部１８１と第２のフィルタ部１８２’とを含む。図４Ｄは、図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５と機能が同様である。図４Ｄは、図１に示すように第２のフィルタ部１８２’が光ファイバフィルタ２２０を含むという点で図４Ａの光ファイバフィルタシステム１０５の構造とは異なる。図４Ａ〜図４Ｄそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０５、１０５’、１０５’’、および１０５’’’は、レーザ１２０のレーザ線幅をさらに狭くし、第２の光ファイバフィルタ２２０または２２１から出力される光ビーム３１３上の周波数雑音変動をさらに低減させるように働く。具体的には、第２のフィルタ部は、第１のフィルタ部によって狭くされたレーザ１２０の線幅をさらに狭くし、第１のフィルタ部によって低減されたレーザ周波数雑音変動をさらに低減させる。
[0047]図５Ａは、本発明による光ファイバフィルタシステム１０６の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム１０６は第１のフィルタ部１８１と第２のフィルタ部１８３とを含む。第１のフィルタ部１８１および第２のフィルタ部１８３はそれぞれ、関連する光ファイバフィルタ２２０および２２２の光位相を制御するそれぞれのフィードバックループを有する第１の光ファイバフィルタ２２０および第２の光ファイバフィルタ２２２を含む。第１のフィルタ部１８１は、上記に図４Ａを参照して説明した第１のフィルタ部１８１の構造および機能を有する。
[0048]第２のフィルタ部１８３は、狭帯域幅反射器フィルタ２２２である光ファイバフィルタ２２２を含む。この実施形態の一実装形態では、この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタ２２２の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は５ＭＨｚである。光ファイバフィルタ２２２は、中空コア光フィルタ１１８の第１の端面２２８における第１の広帯域反射器２９４と中空コア光フィルタ１１８の第２の端面２２９における第２の広帯域反射器２９３とを有する。中空コア光ファイバ１１８は、ＳＢＳしきい値が非常に高いので、この用途で対象となるパワーレベルではＳＢＳを発生させない。中空コア光ファイバ１１８は、２０１１年６月１日に出願され、参照により本明細書にその全体が組み込まれる米国特許出願第１３／１５０，９７６号に記載された中空コア光ファイバフィルタと同様の構造を有する。
[0049]この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタシステム１０６は、第２の光ファイバフィルタ２２２の出力部に位置決めされた光増幅器２０１も含む。第１のフィルタ部１８１および第２のフィルタ部１８３は、上記に図４Ａを参照して説明したように働く。
[0050]図５Ｂは、本発明による光ファイバフィルタシステム３０５の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタシステム３０５はフィルタ部１８４を含む。フィルタ部１８４は、光アイソレータ２３４と、光フィルタ３２０と、タップカプラ２３３と、フォトダイオード（ＰＤ）２３５と、共振トラッキングサーボ２３７と、位相コントローラ２８１とを含む。この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタシステム３０５は複数のフィルタ部１８４を含む。「光フィルタ３２０」を本明細書では「光ファイバフィルタ３２０」とも呼ぶ。
[0051]図５Ｂに示すように、光アイソレータ２３４は（光ビーム３０７’としての）レーザ１２０からの偏光光ビーム３０７を光フィルタ３２０の入力端面に向け、一方光フィルタ３２０からレーザ１２０へのフィードバックを妨げる。光フィルタ３２０を形成する光ファイバの第２の端面から出力された光ビーム３１０は、タップカプラ２３３に入力される。
[0052]光フィルタ３２０は、上記に図１、図３、図４Ａ〜図４Ｄ、および図５Ａを参照して説明した光ファイバフィルタ２２０、２２１、または２２２と同様の構造および機能を有する。この実施形態の一実装形態では、光フィルタ３２０は２つ以上の光ファイバフィルタ２２０、２２１、および／または２２２を含む。この実施形態の別の実装形態では、２つ以上のフィルタ部１８４が直列に構成されている。
[0053]フォトダイオード２３５は、タップカプラ２３３から光ビームの第１の部分３１０’を入力する。光ビーム３１０の第２の部分３１０’’が光ファイバフィルタシステム１８４から出力される。この実施形態の一実装形態では、光ファイバフィルタシステム１８４から出力された光が、図１、図３、および図４Ａ〜図４Ｄに示す光増幅器２０１などの光増幅器に入力される。共振トラッキングサーボ２３７は、フォトダイオード２３５から信号を入力し、制御信号を位相コントローラ２８１に出力するように通信可能に結合される。位相コントローラ２８１は、共振トラッキングサーボ２８１から制御信号を入力し、制御信号に基づいて光フィルタ３２０の光ファイバ内の光ビーム３０７’の位相を修正するように構成されている。位相は、温度、歪み、またはそれらの組合せのいずれかによって制御され得る。このように、フォトダイオード２３５、共振トラッキングサーボ２３７、および位相コントローラ２８１は、フィードバックループを形成して光ファイバフィルタ３２０の有効光路長Ｌを調整し、光ファイバフィルタシステム１８４から出力される光ビーム３１０’’は、線幅が狭く雑音変動が少ない。
[0054]図６は、本発明による光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９を含む共振型光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）の実施形態のブロック図である。光ファイバフィルタ（ＯＦＦ）１０７、１０８、および１０９は、増幅器２０１を含まない図１、図３、図４、および図５のそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０３、１０４、１０５、および１０６のいずれか１つである。図１、図３、図４、および図５のそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０３、１０４、１０５、および１０６の増幅器２０１は、図６の光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９に関連する増幅器２０１、２０２、および２０３として示され、ＲＩＮフィードバックシステムがＲＦＯＧシステム１０においてどのように動作するかを示している。光ファイバフィルタ１０７を本明細書では第１の光ファイバフィルタ１０７と呼ぶ。光ファイバフィルタ１０８を本明細書では第２の光ファイバフィルタ１０８と呼ぶ。光ファイバフィルタ１０９を本明細書では第３の光ファイバフィルタ１０９と呼ぶ。
[0055]ＲＦＯＧシステム１０を本明細書ではＲＦＯＧ１０と呼ぶ。ＲＦＯＧシステム１０は高性能ジャイロシステムである。ＲＦＯＧ１０は、周波数が安定化されたマスターレーザ２００と、３つのスレーブレーザ１２１、１２２、および１２３と、３つのそれぞれの光ファイバフィルタ（ＯＦＦ）１０７、１０８、および１０９と、３つの増幅器２０１、２０２、および２０３と、ファイバ共振器コイル２４０とを含む。３つのスレーブレーザ１２１、１２２、および１２３は、図１および図３のレーザ１２０と同等であり、それぞれ偏光光ビーム３０７−１、３０７−２、３０７−３を光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９に供給する。スレーブレーザ１２１、１２２、および１２３は、図２の反射スペクトル応答に示されている反射帯域５５０内の周波数ｆ１、ｆ２、およびｆ３で発光する。偏光光ビーム３０７−１、３０７−２、３０７−３によって生成されるＢＳは、図２の反射スペクトル応答に示されている阻止帯域５５５および５５６の範囲内である。
[0056]第１の共振器コイル２４０は、ジャイロスコープ内にファイバリング共振キャビティを形成する光ファイバリング共振器である。ファイバ共振器コイル２４０を本明細書では「ファイバループ２４０」および「センシング共振器２４０」とも呼ぶ。ファイバループ２４０は、少なくとも２つの光ビームが互いに逆伝搬する光ファイバである。ファイバループ２４０からの出力を使用してＲＦＯＧ１０の回転速度が求められる。この実施形態の一実装形態において、ＲＦＯＧ内には光ファイバフィルタ１０７および１０８の２つだけと、それぞれのスレーブレーザ１２１および１２２の２つだけが存在する。光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９は、図１Ａ、図１Ｂ、図２、または図３にそれぞれ示す例示的な光ファイバフィルタ１００、１０３、１０１、または１０２であってもよい。この実施形態の別の実装形態では、マスターレーザ２００および３つのスレーブレーザ１２１、１２２、および１２３は半導体レーザダイオードである。各レーザの周波数雑音は、光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９を使用することによって低減される。
[0057]周波数が安定化されたマスターレーザ２００は、参照光ビーム３０８を放出する。参照光ビーム３０８は位相雑音が少ない（たとえば、１Ｈｚ／√Ｈｚよりも少ない）。ビーム３０８は、共振トラッキングサーボ２５１によって求められる周波数間隔を用いてスレーブレーザ１２１、１２２、および１２３をマスターレーザ２００にロックするのに位相同期ループ（ＰＬＬ）２５０（本明細書では「マルチレーザ周波数制御回路２５０」とも呼ぶ）によって使用されるマスターレーザとスレーブレーザとの間の無線周波数（ＲＦ）うなり信号を生成するのに使用される。このようなうなり信号は、共振トラッキングサーボ２５１からフィードバックを受け取るマルチレーザ周波数制御回路２５０によって、スレーブレーザ１２１、１２２、および１２３の光ビームの周波数を厳密に制御するために使用される。
[0058]図６に示すように、スレーブレーザ１２１は、参照光ビーム３０８−１にロックされ、それによってスレーブレーザ１２１は、第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲで発光する。この場合、ｆはマスターレーザ２００の中心周波数、すなわちマスターレーザの周波数またはマスターレーザの周波数に一定のオフセット周波数を加えた周波数である。Δｆは、回転速度によって中心周波数ｆからずれた周波数であり、ＦＳＲは、センシング共振器２４０の自由スペクトル領域である。自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は、センシング共振器２４０の互いに隣接する共振ピーク間の周波数間隔である。スレーブレーザ１２２は参照光ビーム３０８−２にロックされ、それによってスレーブレーザ１２２は第２の周波数ｆ２＝ｆで発光する。スレーブレーザ１２３は参照光ビーム３０８−３にロックされ、それによってスレーブレーザ１２３は第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲで発光する。
[0059]光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９は、スレーブレーザ１２１、１２２、および１２３から放出されたそれぞれの出力光ビーム３０７−１、３０７−２、および３０７−３がそれぞれの光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９に結合されるように構成されている。光ファイバフィルタ１０７、１０８、および１０９はそれぞれ、低雑音コヒーレント光ビーム３１０−１、３１０−２、および３１０−３を出力する。低雑音コヒーレント光ビーム３１０−１、３１０−２、および３１０−３はそれぞれの増幅器２０１、２０２、および２０３に結合される。当技術分野で知られているように、光ビームの周波数雑音が少なくなると、光ビームのコヒーレンスが高くなる。
[0060]ファイバ共振器コイル２４０（ファイバループ２４０）は、概略的に２４１で表された第１のコイル端面と概略的に２４２で表された第２のコイル端面とを有する光ファイバである。光ファイバフィルタ１０７および１０９から出力された低雑音コヒーレント光ビーム３１０−１および３１０−３は、それぞれの増幅器２０１および２０３を介してファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合される。光ファイバフィルタ１０８から出力された低雑音コヒーレント光ビーム３１０−２は、増幅器２０２を介してファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合される。
[0061]第１のスレーブレーザ１２１から放出された光ビーム３０７−１は、第１の光ファイバフィルタ１０７の入力端面２２８に結合される。第１の低雑音コヒーレント光ビーム３１０−１は、第１の光ファイバフィルタ１０７の出力端面２２９から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（増幅器２０１、ならびに鏡２７１、ビームスプリッタ２７２（１〜２）、およびレンズ２７０−１を含む光学素子を介して）結合される。当業者には理解されるように光学素子の他の結合構成も可能である。第１のコイル端面２４１でファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−１の部分は、ファイバ共振器コイル２４０内を逆時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する。
[0062]第２のスレーブレーザ１２２から放出された光ビーム３０７−２は、第２の光ファイバフィルタ１０８の第１の端面２２８に結合される。第２の低雑音コヒーレント光ビーム３１０−２は、第２の光ファイバフィルタ１０８の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に（増幅器２０２、ならびにビームスプリッタ２７２−３およびレンズ２７０−２を含む光学素子を介して）結合される。第２のコイル端面２４２でファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−２の部分は、ファイバ共振器コイル２４０内を時計回り（ＣＷ）方向に伝搬する。
[0063]第３のスレーブレーザ１３１から放出された光ビーム３０７−３は、第３の光ファイバフィルタ１０９の第１の端面２２８に結合される。第３の低雑音コヒーレント光ビーム３１０−３は、第３の光ファイバフィルタ１０９の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（増幅器２０３、ならびにビームスプリッタ２７２（１〜２）およびレンズ２７０−１を含む光学素子を介して）結合される。第１のコイル端面２４１でファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−３の部分は、ファイバ共振器コイル２４０内を逆時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する。この実施形態の一実装形態では、レンズ２７０（１〜２）はボールレンズである。
[0064]ファイバ共振器コイル２４０に結合された光は、レンズ２７０−１および２７０−２ならびにビームスプリッタ２７２−２、２７２−５、および２７２−４を通過することによってファイバ共振器コイル２４０内を複数回循環する。時計回り（ＣＷ）方向に伝搬する光の一部（たとえば、１〜２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ１ＣＷ）２６１内に反射される。逆時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する光の一部（たとえば、１〜２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ２ＣＣＷ）２６２内に反射される。検出器２６１および２６２で検出された光パワーの量を示す情報が、信号として共振トラッキングサーボ２５１およびＤＣパワーサーボ２５４に送られる。共振トラッキングサーボ２５１は、マルチレーザ周波数制御回路２５０に信号を送り、マルチレーザ周波数制御回路２５０がスレーブレーザ１２１、１２２、および１２３の光ビームの周波数を必要に応じてセンシング共振器２４０の共振ピークに調整する。ＤＣパワーサーボ２５４は、加算回路（Σ）２８１に信号を送り、光ファイバフィルタ１０８から出力される光ビーム３１０−２のパワーを調整する。この調整は、ＣＷ方向およびＣＣＷ方向におけるパワーのバランスをとり、それによって光Ｋｅｒｒ効果によって生じるキャビティ長差を最小限に抑えるために行われる。
[0065]ＲＦＯＧ１０の各実施形態は、入力光ビーム３１０（１〜３）の強度雑音あるいは不要な強度変調または振幅変調を低減させる構成要素を含む。たとえば、この実施形態の一実装形態では、入力光ビーム３１０（１〜３）はそれぞれの増幅器２０１〜２０３の出力部における強度変調器を通過する。図６では、ＲＦＯＧ１０を見やすくするように強度変調器および関連する相対強度雑音（ＲＩＮ）フィードバックシステムは示されていない。２０１１年６月１日に出願され、参照により本明細書にその全体が組み込まれる、上記で参照した米国特許出願第１３／１５０，９７６号には、強度変調器およびＲＩＮフィードバックシステムの機能が記載されている。
[0066]図７は、本発明による光ファイバフィルタシステム２０５の実施形態のブロック図である。この実施形態では、光増幅器２０１の後に追加のフィルタを設け、自然放射増幅（ＡＳＥ）による位相雑音を低減させる。図７に示すように、光ファイバフィルタシステム２０５は、光ファイバフィルタシステム１０５と、中空コア光ファイバフィルタ２０６と、ビームスプリッタ２７３と、フォトダイオード（ＰＤ）２６３と、相対強度雑音（ＲＩＮ）サーボ２３９とを含む。光ファイバフィルタシステム１０５から出力された光ビーム３１３は、中空コア光ファイバフィルタ２０６に入力される。中空コア光ファイバフィルタ２０６の出力光の一部は、ビームスプリッタ２７３によってフォトダイオード２６３に向けられる。フォトダイオード２６３の出力はＲＩＮサーボ２５４に出力され、ＲＩＮサーボ２５４は、出力されて光増幅器２０１を制御するポンプ電流変調信号を生成する。このように、光ビームは、用途の必要に応じて強度変調される。この実施形態の一実装形態では、中空コア光ファイバフィルタ２０６は線幅が１ＭＨｚよりも広い。当業者には本明細書を読んだときに理解できるように、図７に示す光ファイバフィルタシステム１０５は本明細書で説明する光ファイバフィルタシステムの他の実施形態のいずれか（たとえば、図１、図３、および図５Ａのそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０３、１０４、または１０６）で置き換えられてもよい。
[0067]図８は、本発明による光ファイバフィルタにおける誘導ブリルアン散乱を低減させるための方法８００の実施形態の流れ図である。この方法は、図１、図３、図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｂ、および図７のそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０３、１０４、１０５’、１０５’’、１０５’’’、１０６、３０５、および２０５の各実施形態における光ファイバフィルタのうちの任意の１つに適用できる。
[0068]ブロック８０２において、第１の周波数の偏光光ビームが光ファイバフィルタの入力端面に入力される。この光ファイバフィルタは、入力端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、入力端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを含む。この光ファイバフィルタは、図１、図３、図４Ａ〜図４Ｄ、図５、および図７のそれぞれの光ファイバフィルタシステム１０３、１０４、１０５、１０５’、１０５’’、１０５’’’、１０６、および２０５の各実施形態に示されている光ファイバフィルタのうちの１つである。
[0069]ブロック８０４において、光ファイバフィルタの入力端面への偏光光ビームの入力に基づいてファイバブラッググレーティングと反射器との間に第１の周波数で共振キャビティが確立される。入力端面と第２の端面は、概ね共振キャビティの長さに等しいファイバ長を設定する。光ファイバフィルタシステムが２つ以上の光ファイバフィルタを含む場合、各光ファイバフィルタに共振キャビティが確立される。
[0070]ブロック８０６において、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱（ＢＳ）光が、光ファイバフィルタの入力端面への偏光光ビームの入力に基づいてファイバブラッググレーティングを透過する。このように、ＢＳが光ファイバフィルタ内を複数回にわたって伝搬することはなく、光ファイバフィルタから出力される光ビーム上の雑音が低減される。光ファイバフィルタシステムが２つの光ファイバフィルタを含む場合、各光ファイバ内の第１の周波数からずれたＢＳ光が、一方または両方の光ファイバ内の一方または両方のファイバブラッググレーティングを透過する。
[0071]ブロック８０８において、フィードバックを行い光ファイバの少なくとも一部内の光ファイバの屈折率、物理的経路長、またはそれらの両方を調整して共振キャビティを調整する。１）光ファイバの少なくとも一部の屈折率、および２）光ファイバの少なくとも一部の物理的経路長の少なくとも一方を変化させることによって、共振キャビティの有効長が変化する。光ファイバフィルタシステムが２つの光ファイバフィルタを含む場合、フィードバックは一方または両方の光ファイバに与えられる。
[0072]この実施形態の一実装形態では、ファイバブラッググレーティングはが約５〜２０センチメートルである。この実施形態の別の実装形態では、ファイバブラッググレーティングは最高で１０ワットＣＷの光パワーを取り扱うことができる。この実施形態の別の実装形態では、ファイバブラッググレーティングは、ヒートシンクを備え、最高で１００ワットＣＷの光パワーを取り扱うことができる。この実施形態のさらに別の実装形態では、光ファイバフィルタ内で使用される光ファイバは、大型のコアファイバである（直径が約１０〜１２マイクロメートル）。この実施形態のさらに別の実装形態では、光ファイバフィルタにおいて使用される光ファイバはシリカファイバである。
例示的実施形態
[0073]例１は、光ビームの線幅を狭くし雑音変動を低減させるための光ファイバフィルタシステムであって、ファイバ長を設定する、第１の端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、第１の端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを備え、第１の周波数の光ビームがレーザから第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、ファイバブラッググレーティングと反射器との間に第１の周波数で共振キャビティが確立され、一方、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、ファイバブラッググレーティングを透過する光ファイバフィルタシステムを含む。
[0074]例２において、例１の光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームが第１の端面に結合するように構成され、第１の端面が入力端面であることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、フォトダイオードと、レーザからの光ビームを入力端面の方へ向け、光ファイバの入力端面からの光ビームをフォトダイオードに向けるためのサーキュレータと、フォトダイオードからの信号を入力し、制御信号を位相コントローラに出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボとをさらに備え、この位相コントローラが、共振トラッキングサーボから制御信号を入力し、制御信号に基づいて光ファイバ内の光ビームの位相を修正するように構成されている。
[0075]例３において、例１の光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームが第１の端面に結合するように構成され、第１の端面が入力端面であることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームを入力端面に向けるための光アイソレータと、光ファイバの第２の端面から出力された光ビームを入力するためのタップカプラと、タップカプラからの光ビームの第１の部分を入力するためのフォトダイオードであって、光ビームの第２の部分が光ファイバフィルタシステムから出力される、フォトダイオードと、フォトダイオードから信号を入力し、制御信号を位相コントローラに出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボとをさらに備え、この位相コントローラが、共振トラッキングサーボから制御信号を入力し、制御信号に基づいて光ファイバ内の光ビームの位相を修正するように構成されている。
[0076]例４において、例１〜例３のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、ファイバブラッググレーティングが第１のファイバブラッググレーティングであり、反射器が第２のファイバブラッググレーティングであり、光ビームがレーザから第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、第１の周波数の共振キャビティが、第１のファイバブラッググレーティングと第２のファイバブラッググレーティングとの間に確立され、一方、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、第１のファイバブラッググレーティングおよび第２のファイバブラッググレーティングを透過することを任意に含んでもよい。
[0077]例５において、例１〜例４のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームが第１の端面に結合するように構成され、第１の端面が入力端面であることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、フォトダイオードと、レーザからの光ビームを入力端面に向け、光ファイバの入力端面からの光ビームをフォトダイオードに向けるためのサーキュレータと、フォトダイオードから信号を入力し、制御信号を位相コントローラに出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボとをさらに備え、この位相コントローラが、共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、制御信号に基づいて光ファイバ上の歪みを調整するように構成されている。
[0078]例６において、例１〜例５のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、光ファイバが、第１のファイバ長を有する第１の光ファイバであり、共振キャビティが第１の共振キャビティであることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、第２のファイバ長を設定する、第１の端面および対向する第２の端面を有する第２の光ファイバと、第３の反射率を有し、第２の光ファイバの第１の端面に位置決めされた第３のファイバブラッググレーティングと、第４の反射率を有し、第２の光ファイバの第２の端面に位置決めされた第２の反射器とをさらに備え、第１の光ファイバからの光ビームが第２の光ファイバの第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、第３のファイバブラッググレーティングと第２の反射器との間に第１の周波数で第２の共振キャビティが確立され、第２の光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、第３のファイバブラッググレーティングを透過する。
[0079]例７において、例１〜例６のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームが第１の光ファイバの第１の端面に結合するように構成され、第１の端面が第１の入力端面であり、第１の光ファイバからの光ビームが、第２の光ファイバの第１の端面に結合するように構成され、第２の光ファイバの第１の端面が第２の入力端面であることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、第１のフォトダイオードと、レーザからの光ビームを第１の入力端面に向け、第１の入力端面からの光ビームを第１のフォトダイオードに向けるための第１のサーキュレータと、第１のフォトダイオードから信号を入力し、制御信号を第１の位相コントローラに出力するように通信可能に結合された第１の共振トラッキングサーボであって、この第１の位相コントローラが、第１の共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、かつ制御信号に基づいて第１の光ファイバ上の圧力を調整するように構成されている、第１の共振トラッキングサーボと、第２のフォトダイオードと、第１の光ファイバの出力端面からの光ビームを第２の入力端面に向け、第２の入力端面からの光ビームを第２のフォトダイオードに向けるための第２のサーキュレータと、第２のフォトダイオードから信号を入力し、制御信号を第２の位相コントローラに出力するように通信可能に結合された第２の共振トラッキングサーボであって、この第２の位相コントローラが、第２の共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、かつ制御信号に基づいて第２の光ファイバ上の歪みを調整するように構成されている、第２の共振トラッキングサーボとをさらに備える。
[0080]例８において、例１〜例６のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、第２の反射器が、第２の光ファイバの第２の端面に位置決めされた第４のファイバブラッググレーティングであり、第１の光ファイバからの光ビームが、第２の光ファイバの第１の端面または第２の端面の一方に結合されるときに、第２の共振キャビティが、第３のファイバブラッググレーティングと第４のファイバブラッググレーティングとの間に第１の周波数で確立され、一方、第２の光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光はまた、第４のブラッググレーティングを透過することを任意に含んでもよい。
[0081]例９において、例１〜例６および例８のいずれかの光ファイバフィルタシステムは、レーザからの光ビームが第１の光ファイバの第１の端面に結合するように構成され、第１の端面が第１の入力端面であり、第１の光ファイバからの光ビームが第２の光ファイバの第１の端面に結合するように構成され、第２の光ファイバの第１の端面が第２の入力端面であることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、第１のフォトダイオードと、レーザからの光ビームを第１の入力端面に向け、第１の入力端面からの光ビームを第１のフォトダイオードに向けるための第１のサーキュレータと、第１のフォトダイオードから信号を入力し、制御信号を第１の位相コントローラに出力するように通信可能に結合された第１の共振トラッキングサーボであって、この第１の位相コントローラが、第１の共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、かつ制御信号に基づいて第１の光ファイバ上の歪みを調整するように構成されている、第１の共振トラッキングサーボと、第２のフォトダイオードと、第１の光ファイバの出力端面からの光ビームを第２の入力端面に向け、第２の入力端面からの光ビームを第２のフォトダイオードに向けるための第２のサーキュレータと、第２のフォトダイオードから信号を入力し、制御信号を第２の位相コントローラに出力するように通信可能に結合された第２の共振トラッキングサーボであって、この第２の位相コントローラが、第２の共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、かつ制御信号に基づいて第２の光ファイバ上の歪みを調整するように構成されている、第２の共振トラッキングサーボとをさらに備える。
[0082]例１０は、光ファイバフィルタシステム内の誘導ブリルアン散乱を低減させる方法を含み、この方法は、光ファイバフィルタの入力端面に第１の周波数の偏光光ビームを入力することを含み、この光ファイバフィルタは、ファイバ長を設定する、第１の端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、第１の端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを備え、方法は、入力に基づいてファイバブラッググレーティングと反射器との間に第１の周波数で共振キャビティを確立すること、および入力に基づいて、光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光をファイバブラッググレーティングを通じて透過させることをさらに含む。
[0083]例１１において、例１０の方法は、フィードバックを行い光ファイバの少なくとも一部における光ファイバの屈折率および物理的経路長の少なくとも一方を調整して共振キャビティを調整することを任意にさらに含んでもよい。
[0084]例１２において、例１０または例１１の方法は、光ファイバが第１のファイバ長を有する第１の光ファイバであり、ファイバブラッググレーティングが第１のファイバブラッググレーティングであり、反射器が第１の反射器であり、共振キャビティが第１の共振キャビティであり、光ファイバフィルタが第１の光ファイバフィルタであることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、第２のファイバ長を設定する、第２の入力端面および対向する端面を有する第２の光ファイバと、第２の入力端面に位置決めされた、第３の反射率を有する第２のファイバブラッググレーティングと、第２のファイバの対向する端面に位置決めされた、第４の反射率を有する第２の反射器とを備える第２の光ファイバフィルタをさらに備え、この方法は、第１の光ファイバの第２の端面から放出された第１の周波数の光を第２の光ファイバの第２の入力端面に結合することと、結合に基づいて第２のファイバブラッググレーティングと第２の反射器との間に第１の周波数で第２の共振キャビティを確立することと、結合に基づいて、第２の光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光を第２のファイバブラッググレーティングを通じて透過させることをさらに含む。
[0085]例１３において、例１０〜例１２のいずれかの方法は、フィードバックを行い第１の光ファイバの少なくとも一部における第１の光ファイバの屈折率および物理的経路長の少なくとも一方を調整して第１の共振キャビティを調整することと、フィードバックを行い第２の光ファイバの屈折率および物理的経路長の少なくとも一方を調整して第２の共振キャビティを調整することとを任意にさらに含んでもよい。
[0086]例１４において、例１０〜例１３のいずれかの方法は、光ファイバが第１のファイバ長を有する第１の光ファイバであり、ファイバブラッググレーティングが第１のファイバブラッググレーティングであり、反射器が第２のファイバブラッググレーティングであり、共振キャビティが第１の共振キャビティであり、光ファイバフィルタが第１の光ファイバフィルタであることを任意に含んでもよく、この光ファイバフィルタシステムは、第２のファイバ長を設定する、第２の入力端面および対向する端面を有する第２の光ファイバと、第２の入力端面に位置決めされた、第３の反射率を有する第３のファイバブラッググレーティングと、第２のファイバの対向する端面に位置決めされた、第４の反射率を有する第２の反射器とを備える第２の光ファイバフィルタをさらに備え、この方法は、第１の光ファイバの第２の端面から放出された第１の周波数の光を第２の光ファイバの第２の入力端面に結合することと、結合に基づいて第３のファイバブラッググレーティングと第２の反射器との間に第１の周波数で第２の共振キャビティを確立することと、結合に基づいて、第２の光ファイバ内の第１の周波数からずれたブリルアン散乱光を第３のファイバブラッググレーティングを通じて透過させることをさらに含む。
[0087]例１５において、例１０〜例１４のいずれかの方法は、フィードバックを行い第１の光ファイバの少なくとも一部における第１の光ファイバの屈折率および物理的経路長の少なくとも一方を調整して第１のファイバブラッググレーティングと第２のファイバブラッググレーティングとの間に確立される第１の共振キャビティを調整することと、フィードバックを行い第２の光ファイバの少なくとも一部における第２の光ファイバの屈折率および物理的経路長の少なくとも一方を調整して第３のファイバブラッググレーティングと第２の反射器との間に確立される第２の共振キャビティを調整することとを任意にさらに含んでもよい。
[0088]例１６は、共振型光ファイバジャイロを含み、この共振型光ファイバジャイロは、参照光ビームを放出する周波数が安定化されたマスターレーザと、参照光ビームがそれぞれの少なくとも２つのスレーブレーザを制御するように構成された少なくとも２つのスレーブレーザと、それぞれの少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムに少なくとも２つのスレーブレーザから放出された光ビームが結合するように構成され、それぞれの光ファイバフィルタシステムから低雑音狭線幅の光ビームが出力される、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムと、第１のコイル端面および第２のコイル端面を有するファイバ共振器コイルとを備え、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムのうちの１つから出力された光ビームはファイバ共振器コイルの第１のコイル端面に結合され、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムのうちの別の１つから出力された光ビームはファイバ共振器コイルの第２のコイル端面に結合される。
[0089]例１７において、図１６の共振型光ファイバジャイロは、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムが、ファイバ長を設定する、入力端面および対向する第２の端面を有する光ファイバと、入力端面に位置決めされた、第１の反射率を有するファイバブラッググレーティングと、第２の端面に位置決めされた、第２の反射率を有する反射器とを備え、少なくとも２つのスレーブレーザからそれぞれの少なくとも２つの周波数で放出された光ビームが少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムの光ファイバの入力端面に結合されるときに、ファイバブラッググレーティングと反射器との間にそれぞれの少なくとも２つの周波数でそれぞれの共振キャビティが確立され、一方、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムのそれぞれの少なくとも２つの光ファイバ内のそれぞれの少なくとも２つの周波数からずれたブリルアン散乱光が、それぞれの少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムのファイバブラッググレーティングを透過することを任意に含んでもよい。
[0090]例１８において、図１６または図１７の共振型光ファイバジャイロは、少なくとも２つのスレーブレーザから放出された光ビームが少なくとも２つの入力端面に結合するように構成され、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムは、フォトダイオードと、少なくとも２つのスレーブレーザの１つから放出された光ビームを入力端面の方へ向け、光ファイバの入力端面からの光ビームをフォトダイオードに向けるためのサーキュレータと、フォトダイオードからの信号を入力し、制御信号を位相コントローラに出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボであって、この位相コントローラが、共振トラッキングサーボから制御信号を入力するように構成され、かつ制御信号に基づいて光ファイバ上の歪みを調整するように構成されている、共振トラッキングサーボとをさらに備えることを任意に含んでもよい。
[0091]例１９において、図１６〜図１８のいずれかの共振型光ファイバジャイロは、第３のスレーブレーザから放出された光ビームが第３の光ファイバフィルタシステムの入力端面に結合され、第３の光ファイバフィルタシステムの第２の端面から出力された第３の低雑音コヒーレント光ビームが、ファイバ共振器コイルの第１のコイル端面に結合されることを任意に含んでもよい。
[0092]例２０において、図１６〜図１９のいずれかの共振型光ファイバジャイロは、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムの光ファイバが第１のファイバ長を有する第１の光ファイバであり、ファイバブラッググレーティングが第１のファイバブラッググレーティングであり、反射器が第１の反射器であり、共振キャビティが第１の共振キャビティであることを任意に含んでもよく、この少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムは、第２のファイバ長を設定する、入力端面および対向する第２の端面を有する第２の光ファイバと、第３の反射率を有し、第２の光ファイバの入力端面に位置決めされた第２のファイバブラッググレーティングと、第４の反射率を有し、第２の光ファイバの第２の端面に位置決めされた第２の反射器とをさらに備え、少なくとも２つの第１の光ファイバの少なくとも２つの第２の端面からそれぞれの少なくとも２つの周波数で放出された光ビームが、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムの少なくとも２つの第２の光ファイバの入力端面に結合されるときに、第２のファイバブラッググレーティングと第２の反射器との間にそれぞれの少なくとも２つの周波数で少なくとも２つの第２の共振キャビティが確立され、一方、少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムのそれぞれの少なくとも２つの第２の光ファイバ内のそれぞれの少なくとも２つの周波数からずれたブリルアン散乱光が、それぞれの少なくとも２つの光ファイバフィルタシステムの第２のファイバブラッググレーティングを透過する。
[0093]本明細書では特定の実施形態について図示し説明したが、当業者には、同じ目的を実現するために考案された任意の構成で図示の特定の実施形態を置き換えてもよいことが了解されよう。本出願は、本発明のあらゆる適応形態または変形形態を対象とするものである。したがって、本発明は明らかに、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。
１０ ＲＦＯＧ、ＲＦＯＧシステム
１００、１０１、１０２、１０３ 光ファイバフィルタ
１０３、１０４、１０５、１０６ 光ファイバフィルタシステム
光ファイバフィルタシステム
１０５’、１０５’’、１０５’’’ 光ファイバフィルタシステム
１０７、１０８、１０９ 光ファイバフィルタ
１１４ 第２の端面
１１８ 中空コア光ファイバ
１１９ 光ファイバ
１２０ レーザ
１２１、１２２、１２３ スレーブレーザ
１３１ 第３のスレーブレーザ
１８１ 第１のフィルタ部
１８１’ 第１のフィルタ部
１８２ 第２のフィルタ部
１８２’ 第２のフィルタ部
１８３ 第２のフィルタ部
１８４ フィルタ部
２００ マスターレーザ
２０１、２０２、２０３ 光増幅器
２０５ 光ファイバフィルタ
２０６ 中空コア光ファイバフィルタ
２２０ 光ファイバフィルタ
２２１ 光ファイバフィルタ、狭帯域幅反射器フィルタ
２２２ 第２の光ファイバフィルタ
２２８ 入力端面、第１の端面
２２９ 出力端面、第２の端面
２３１ サーキュレータ
２３２ 第2のサーキュレータ
２３３ タップカプラ
２３４ 光アイソレータ
２３５ フォトダイオード
２３６ 第２のフォトダイオード
２３７ 共振トラッキングサーボ
２３８ 第２の共振トラッキングサーボ
２３９ 相対強度雑音サーボ
２４０ ファイバ共振器コイル、センシング共振器、ファイバループ
２４１ 第１のコイル端面
２４２ 第２のコイル端面
２５０ 位相同期ループ
２５１ 共振トラッキングサーボ
２５４ ＤＣパワーサーボ
２６１ 検出器
２６２ 検出器
２６３ フォトダイオード
２７０−１、２７０−２ レンズ
２７１ 鏡
２７２−１、２７２−２、２７２−３、２７２−４、２７２−５ ビームスプリッタ
２７３ ビームスプリッタ
２８１ 位相コントローラ、第１の位相コントローラ、第１のＰＺＴコントローラ、第１の温度コントローラ
２８２ 第２の位相コントローラ、第２のＰＺＴコントローラ、第２の温度コントローラ
２９１ 第１のファイバブラッググレーティング
２９２ 第２のファイバブラッググレーティング
２９３ 反射器
２９４ 第１の広帯域反射器
３０５ 光ファイバフィルタシステム
３０７ 偏光光ビーム
３０７−１、３０７−２、３０７−３ 偏光光ビーム
３０７’ 光ビーム
３０８ 参照光ビーム
３１０ 光ビーム
３１０−１、３１０−２、３１０−３ 光ビーム
３１０’ 光ビームの第１の部分
３１０’’ 光ビームの第２の部分
３１１ 後方散乱ＢＳ
３１３ 光ビーム
３２０ 光フィルタ
３２０’’ 光フィルタ
５５０ 反射帯域
５５５ 第１の阻止帯域
５５６ 第２の阻止帯域
ｆｃ 中心周波数
ｆ１、ｆ２、ｆ３ 周波数
Δｆ オフセット周波数
ｆ 中心周波数
Ｌ 有効長
Ｒ１ 第１の反射率
Ｒ２ 第２の反射率
ｖ１ 第１の周波数
ｖ２ 第２の周波数

Claims (3)

  1. 光ビーム（３０７）の線幅を狭くし雑音変動を低減させるための光ファイバフィルタシステム（１０３）であって、
    ファイバ長を設定する、第１の端面（２２８）および対向する第２の端面（２２９）を有する光ファイバ（１１９）と、
    前記第１の端面に位置決めされた、第１の反射率Ｒ１を有するファイバブラッググレーティング（２９１）と、
    前記第２の端面に位置決めされた、第２の反射率Ｒ２を有する反射器（２９１）とを備え、第１の周波数の前記光ビームがレーザ（１２０）から前記第１の端面または前記第２の端面の一方に結合されるときに、前記ファイバブラッググレーティングと前記反射器との間に前記第１の周波数で共振キャビティが確立され、一方、前記光ファイバ内の前記第１の周波数からずれたブリルアン散乱光が、前記ファイバブラッググレーティングを透過する、
    光ファイバフィルタシステム。
  2. 請求項１に記載の光ファイバフィルタシステム（１０３）において、前記レーザ（１２０）からの前記光ビーム（３０７）が前記第１の端面（２２８）に結合するように構成され、前記第１の端面が入力端面であり、前記光ファイバフィルタシステムが、
    フォトダイオード（２３５）と、
    前記レーザからの前記光ビーム（３０７）を前記入力端面に向け、前記光ファイバの前記入力端面からの光ビームを前記フォトダイオードに向けるためのサーキュレータ（２３１）と、
    前記フォトダイオードからの信号を入力し、制御信号を位相コントローラ（２８１）に出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボ（２３７）とをさらに備え、
    前記位相コントローラ（２８１）が前記共振トラッキングサーボから前記制御信号を入力し、前記制御信号に基づいて前記光ファイバ（１１９）内の前記光ビームの位相を修正するように構成されている、
    光ファイバフィルタシステム。
  3. 請求項１に記載の光ファイバフィルタシステム（３０５）において、前記レーザ（１２０）からの前記光ビーム（３０７）が前記第１の端面（２２８）に結合するように構成され、前記第１の端面が入力端面であり、前記光ファイバフィルタシステムが、
    前記レーザからの前記光ビームを前記入力端面（２２８）に向けるための光アイソレータ（２３４）と、
    前記光ファイバ（１１９）の前記２の端面（２２９）から出力された前記光ビーム（３１０）を入力するためのタップカプラ（２３３）と、
    前記タップカプラからの前記光ビームの第１の部分（３１０’）を入力するためのフォトダイオード（２３５）であって、前記光ビームの第２の部分（３１０’’）が前記光ファイバフィルタシステムから出力される、フォトダイオード（２３５）と、
    前記フォトダイオードから信号を入力し、制御信号を位相コントローラ（２８１）に出力するように通信可能に結合された共振トラッキングサーボ（２３７）とをさらに備え、
    前記位相コントローラが、前記共振トラッキングサーボから前記制御信号を入力し、前記制御信号に基づいて前記光ファイバ内の前記光ビームの位相を修正するように構成されている、
    光ファイバフィルタシステム。
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