JP2014098697A - フロントエンドポラライザを有する光ファイバジャイロスコープ - Google Patents
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Abstract
【課題】偏光消光比（ＰＥＲ）を高めた光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）を提供する。
【解決手段】光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）４０は、光源４２から光を受け取るデポラライザ４６と、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）５０と、ＭＩＯＣ５０の出力に連結された感知コイル５２と、デポラライザ４６の出力とＭＩＯＣ５０の入力との間に連結されたポラライザ４８とを含み、ポラライザ４８は、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
【選択図】図４
【解決手段】光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）４０は、光源４２から光を受け取るデポラライザ４６と、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）５０と、ＭＩＯＣ５０の出力に連結された感知コイル５２と、デポラライザ４６の出力とＭＩＯＣ５０の入力との間に連結されたポラライザ４８とを含み、ポラライザ４８は、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
【選択図】図４
Description
（技術分野）
本発明は、一般に、ジャイロスコープに関連し、より具体的には、フロントエンドポラライザを有する光ファイバジャイロスコープに関連する。
本発明は、一般に、ジャイロスコープに関連し、より具体的には、フロントエンドポラライザを有する光ファイバジャイロスコープに関連する。
（背景）
図１に示されているような、干渉計型光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）１０は、光信号を光ファイバ感知コイル２８に提供する光信号光源１２を含む。典型的な光信号光源は、ポンプ光をゲインファイバに提供するレーザーダイオードを含む。ゲインファイバは、ポンプ光を吸収して送達に適した光信号を放出するドーパントを含む。ＦＯＧ１０内で、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）２０は、光ファイバ感知コイル２８に接続される。ＭＩＯＣ２０は、光ファイバ感知コイル２８への光信号入力および光ファイバ感知コイル２８からの光信号入力を処理および制御する場合に使用される構成要素（例えば、ポラライザ２２、位相変調器２６、およびＹカプラー（スプリッタ／コンバイナ２４））を含む。ＦＯＧ１０の出力は、２つの逆に伝播する波間の位相差を決定するために使用され得る強度である。出力の一部は、スプリッタ１６を通して光源１２に戻され、出力の第二の部分は、位相差を測定するためにスプリッタ１６を通して光検出器１４に提供される。コイルの感知軸まわりのコイルの回転速度は、（Ｓａｇｎａｃスケールファクターと呼ばれる）ＦＯＧ１０のスケールファクターでこの位相差を割ることによって得られる。
図１に示されているような、干渉計型光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）１０は、光信号を光ファイバ感知コイル２８に提供する光信号光源１２を含む。典型的な光信号光源は、ポンプ光をゲインファイバに提供するレーザーダイオードを含む。ゲインファイバは、ポンプ光を吸収して送達に適した光信号を放出するドーパントを含む。ＦＯＧ１０内で、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）２０は、光ファイバ感知コイル２８に接続される。ＭＩＯＣ２０は、光ファイバ感知コイル２８への光信号入力および光ファイバ感知コイル２８からの光信号入力を処理および制御する場合に使用される構成要素（例えば、ポラライザ２２、位相変調器２６、およびＹカプラー（スプリッタ／コンバイナ２４））を含む。ＦＯＧ１０の出力は、２つの逆に伝播する波間の位相差を決定するために使用され得る強度である。出力の一部は、スプリッタ１６を通して光源１２に戻され、出力の第二の部分は、位相差を測定するためにスプリッタ１６を通して光検出器１４に提供される。コイルの感知軸まわりのコイルの回転速度は、（Ｓａｇｎａｃスケールファクターと呼ばれる）ＦＯＧ１０のスケールファクターでこの位相差を割ることによって得られる。
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）のスケールファクター安定性は、光源とＭＩＯＣとの間のファイバにおける光の偏光状態における変化によって影響される。ファイバ内の応力における変化は、ファイバによって誘導される光の偏光状態を変化させる。この応力は、起源が機械的または熱的であり得る。偏光状態における任意の変化は、光が初めに源とＭＩＯＣ２０との間の（一部分は単一モードファイバーから作られ、一部分は偏光保持ファイバから作られた）区分を横切り、そして偏光ＭＩＯＣ２０自身を横切る場合に、光の光学フィルタリングによってＦＯＧ１０のスケールファクターを変化させる。この光学フィルタリングは、短期間のスケールファクター不安定、およびスケールファクター繰返し精度の長期間の低下につながり得る。デポラライザ１８（例えば、Ｌｙｏｔデポラライザ）は、光源信号の偏光を解消するために光源１２とＭＩＯＣ２０との間の光路に配置されることにより、光源信号がＦＯＧ１０を通って伝播する場合の偏光状態における変化を防ぎ得る。デポラライザ１８がない場合、ランダムな周囲の摂動は、偏光波長非対称のメカニズムによってスケールファクター安定性を低下させ得る。
しかしながら、ＦＯＧにおける大きい振幅の偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差（単数または複数）の存在は、大部分は、デポラライザによって導入されるクロスカップリングおよび複屈折温度感度によるものとされる。種々のＦＯＧパラメータによるＰＮＲバイアス誤差の重症度および構造は、下記の表１に要約されている。
そのうえ、テストが、ＰＮＲバイアス誤差の重症度および構造がＬｙｏｔデポラライザの長さの強い関数であることを裏付ける。図３は、種々のデポラライザの長さを用いて形成された先行技術製品のジャイロの多くのサンプル組に関する、ＰＮＲバイアス誤差対Ｌｙｏｔデポラライザの長さのグラフである。ＰＮＲバイアス誤差の重症度は、干渉性関数の項γ（Ｌ）における変動によりＬｙｏｔデポラライザの長さに依存する。代替設計を利用しない限り、上述のパラメータの最適化は、非常に制約される。
クロスカップリングを最小化するため、およびＬｙｏｔデポラライザと関連付けられた干渉性関数の最小値を選択するために要求されるパラメータは、低下した偏光解消性能をもたらし、これは、容認不可能な選択肢である。追加の例は、ＭＩＯＣである。ＭＩＯＣの偏光消光比（ＰＥＲ）を意味ある量だけ高めるために要求される設計および製造努力は、現代の集積光学チップの製造およびテストの技術制限により、高価である。技術水準（ＳｏＡ）を高めるために、他の設計考慮をそのままにＰＮＲ感度パラメータを操作することが可能な代替ＦＯＧ構成を推進することが必要である。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、光ファイバジャイロスコープ。
（項目２）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目に記載のＦＯＧ。
（項目３）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目４）
前記インラインファイバポラライザからの出力区間の長さは、前記ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証する最適化された長さであるように選択されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目５）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目６）
前記単一偏光ファイバの長さは、脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目７）
前記デポラライザは、Ｌｙｏｔデポラライザである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目８）
前記Ｌｙｏｔデポラライザは、１つ以上のノンファイバ構成要素から形成されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目９）
前記Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１０）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１１）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るＬｙｏｔデポラライザであって、該Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、Ｌｙｏｔデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高め、該ポラライザの長さは、該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証するように選択されている、光ファイバジャイロスコープ。
（項目１２）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１３）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１４）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１５）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１６）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）を形成する方法であって、該方法は、
感知コイルを多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）の出力にピグテール結合することと、
該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉偏光非相反（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を保証するように光路長を最適化する長さを有するポラライザを選択することと、
該ポラライザの第二の端を該ＭＩＯＣの入力にピグテール結合することであって、該ポラライザは、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、ことと、
該ポラライザの第一の端を第二の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素に接合することと、
直交する透過軸が互いから実質的に４５°の角度で配置された状態で、第一の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素を該第二のＰＭファイバ要素に接合することにより、Ｌｙｏｔデポラライザを形成することと、
該第一のＰＭファイバ要素を光スプリッタに接合することであって、該光スプリッタは、光源からの光を提供し、かつ、光検出器に提供される戻る光を受け取る、ことと
を含む、方法。
（項目１７）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、光ファイバジャイロスコープ。
（項目２）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目に記載のＦＯＧ。
（項目３）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目４）
前記インラインファイバポラライザからの出力区間の長さは、前記ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証する最適化された長さであるように選択されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目５）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目６）
前記単一偏光ファイバの長さは、脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目７）
前記デポラライザは、Ｌｙｏｔデポラライザである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目８）
前記Ｌｙｏｔデポラライザは、１つ以上のノンファイバ構成要素から形成されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目９）
前記Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１０）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１１）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るＬｙｏｔデポラライザであって、該Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、Ｌｙｏｔデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高め、該ポラライザの長さは、該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証するように選択されている、光ファイバジャイロスコープ。
（項目１２）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１３）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１４）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１５）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載のＦＯＧ。
（項目１６）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）を形成する方法であって、該方法は、
感知コイルを多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）の出力にピグテール結合することと、
該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉偏光非相反（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を保証するように光路長を最適化する長さを有するポラライザを選択することと、
該ポラライザの第二の端を該ＭＩＯＣの入力にピグテール結合することであって、該ポラライザは、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、ことと、
該ポラライザの第一の端を第二の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素に接合することと、
直交する透過軸が互いから実質的に４５°の角度で配置された状態で、第一の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素を該第二のＰＭファイバ要素に接合することにより、Ｌｙｏｔデポラライザを形成することと、
該第一のＰＭファイバ要素を光スプリッタに接合することであって、該光スプリッタは、光源からの光を提供し、かつ、光検出器に提供される戻る光を受け取る、ことと
を含む、方法。
（項目１７）
前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）が、提供される。ＦＯＧは、光源から光を受け取るデポラライザと、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルとを含む。ＦＯＧはまた、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザを含む。ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）が、提供される。ＦＯＧは、光源から光を受け取るデポラライザと、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルとを含む。ＦＯＧはまた、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザを含む。ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
（概要）
本発明の一実施形態において、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）が、提供される。ＦＯＧは、光源から光を受け取るデポラライザと、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルとを含む。ＦＯＧはまた、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザを含む。ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
本発明の一実施形態において、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）が、提供される。ＦＯＧは、光源から光を受け取るデポラライザと、多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルとを含む。ＦＯＧはまた、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザを含む。ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
本発明の別の実施形態に従って、光源から光を受け取るＬｙｏｔデポラライザを含むＦＯＧが、提供される。Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから４５°の角度で接合される。ＦＯＧはまた、ＭＩＯＣと、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結されたＰＭファイバピグテールを有する偏光構成要素とを含む。偏光構成要素の入力ＰＭファイバは、Ｌｙｏｔデポラライザの第二のＰＭファイバ区分を兼ね得る。ＭＩＯＣに入る偏光構成要素ピグテールの出力ＰＭファイバの長さは、ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択される。偏光構成要素はまた、ＦＯＧのＰＥＲを高める。
本発明の別の実施形態に従って、光源から光を受け取るＬｙｏｔデポラライザを含むＦＯＧが、提供される。Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから４５°の角度で接合される。ＦＯＧはまた、ＭＩＯＣと、ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、デポラライザの出力とＭＩＯＣの入力との間に連結された偏光ファイバとを含む。偏光ファイバの長さは、ＦＯＧと関連付けられた脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択される。偏光ファイバはまた、ＦＯＧのＰＥＲを高める。
本発明のさらに別の実施形態に従って、ＦＯＧを形成する方法が、提供される。方法は、感知コイルを多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）の出力にピグテール結合することと、ＦＯＧと関連付けられたＰＮＲバイアス誤差が脱干渉であることを保証するように光路長を最適化する長さを有するポラライザを選択することと、ポラライザの第二の端をＭＩＯＣの入力にピグテール結合することとを含み、ポラライザは、ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。方法は、ポラライザの第一の端を第二の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素に接合することと、直交する透過軸が互いから実質的に４５°の角度で配置された状態で、第一の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素を第二のＰＭファイバ要素に接合することにより、Ｌｙｏｔデポラライザを形成することと、第一のＰＭファイバ要素を光スプリッタに接合することとをさらに含み、光スプリッタは、光源からの光を提供し、かつ、光検出器に提供される戻る光を受け取る。
（詳細な説明）
本発明は、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）において、後続のポラライザを有するデポラライザ（例えば、Ｌｙｏｔデポラライザ）を用いることに関連し、そのポラライザは、光源（例えば、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）または広帯域ファイバ源（ＢＦＳ））と多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）との間にある。ポラライザは、デポラライザおよび他のフロントエンド構成要素によって導入されるクロスカップリングおよび複屈折温度感度が大部分の原因である、ファイバジャイロにおける大きな振幅の偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差の存在を軽減する。従って、本発明の局面に従って、第二のポラライザが、デポラライザに直接ピグテール結合されることにより、フロントエンドクロスカップリングに関連したシステムの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
本発明は、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）において、後続のポラライザを有するデポラライザ（例えば、Ｌｙｏｔデポラライザ）を用いることに関連し、そのポラライザは、光源（例えば、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）または広帯域ファイバ源（ＢＦＳ））と多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）との間にある。ポラライザは、デポラライザおよび他のフロントエンド構成要素によって導入されるクロスカップリングおよび複屈折温度感度が大部分の原因である、ファイバジャイロにおける大きな振幅の偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差の存在を軽減する。従って、本発明の局面に従って、第二のポラライザが、デポラライザに直接ピグテール結合されることにより、フロントエンドクロスカップリングに関連したシステムの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める。
そのうえ、第二のポラライザの慎重な配置は、ファイバの自由区分を可能にし、そのファイバの自由区分は、ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択され得る。この追加の自由度は、ＰＮＲバイアス誤差をさらに減少させ得る。干渉性は、光路長の関数としての信号の干渉の割合である。従って、クロスカップリングおよび複屈折温度感度によって導入されるＰＮＲバイアス誤差が、出力において脱干渉であることを保証するために、第二のポラライザは、干渉性関数の最小値である長さを選択するように長さを調整される得る。第二のポラライザは、ＰＭピグテール結合型インラインポラライザ、または偏光ファイバの区分の形態をなし得る。偏光ファイバの使用は、より小さな構成要素のフットプリントおよび設計の複雑さの減少の追加の利益を有する。減少させられた設計の複雑さは、偏光要素の全体がファイバから成るという事実によるものとされ、これは、誤ったクロスカップリングを導入することの可能性を最小にする。
どちらの場合も、フロントエンドカップリングによる予測されたＰＮＲバイアス抑制は、第二のポラライザのＰＥＲの平方根に比例すると予期される。商業上利用可能なインライン光ファイバポラライザおよび偏光ファイバは、ＰＮＲ振幅の減少の１０倍に対応する−２０ｄＢよりも大きい減衰比を達成することが可能である。Ｌｙｏｔデポラライザの実験は、ジャイロフロントエンドのＰＭファイバ長さの慎重な選択は、２０の追加のＰＮＲの減少を実現するために、最適化され得ると結論付けた。全体で、この構成による予期されたＰＮＲバイアス誤差の減少は、約２桁であると予期される。
図４は、本発明の実施形態に従って、ＦＯＧ４０の機能ブロック線図を図示している。ＦＯＧ４０は、図１において図示された光源１２とスプリッタ１６と光検出器１４との配列に類似した光源／スプリッタ／光検出器配列４２を含む。光源は、低度の干渉性を有する広帯域光源であり得る。光源／スプリッタ／光検出器配列４２は、ピグテールを介して単一モード（ＳＭ）ファイバ４４に連結される。接合連結は、Ｘによって示される一方、ピグテール連結は、破線の箱によって示される。光源／スプリッタ／光検出器配列４２の光検出器は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な半導体デバイスであり得る。光検出器は、単一モード（ＳＭ）ファイバに連結され得る。ＳＭファイバ４４および光検出器に連結されたＳＭファイバは、光スプリッタに接合され、光スプリッタは、光源に接続される追加の端を含む両方向の融着型テーパファイバカプラーであり得る。光源／スプリッタ／光検出器配列４２の光スプリッタはまた、ＳＭファイバ４４を通してＬｙｏｔデポラライザ４６に連結される。
Ｌｙｏｔデポラライザ４６は、第一の区間Ｌ１と第二の区間Ｌ２とを含む。Ｌｙｏｔデポラライザ４６は、２つの高複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され得、その２つの高複屈折偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから４５°の角度で接合される。あるいは、Ｌｙｏｔデポラライザ４６は、２つのＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバから形成されることにより、複屈折温度感度をさらに減少させ得る。さらに、Ｌｙｏｔデポラライザ４６は、ノンファイバ構成要素から形成され得るか、またはＬｙｏｔデポラライザ４６は、混合モードのＬｙｏｔタイプデポラライザであり得、混合モードのＬｙｏｔタイプデポラライザは、ファイバおよびノンファイバ構成要素の組み合わせ（例えば、実質的な複屈折特性を示す結晶基板材料を用いること）によって生成されるＬｙｏｔ効果を利用する。
ＰＭピグテール結合型インラインポラライザ４８は、Ｌｙｏｔデポラライザ４６とＭＩＯＣ５０の入力との間に連結される。本発明の局面において、インラインファイバポラライザ４８の入力区間は、Ｌｙｏｔデポラライザ４６の第二の区間Ｌ２を兼ね、その入力区間の長さは、Ｌｙｏｔ設計によって決定される。インラインファイバポラライザ４８の出力区間Ｌ３は、ＭＩＯＣ５０に直接ピグテール結合され、出力区間Ｌ３の長さは、ＰＮＲバイアス誤差を最小にするために必要な場合、変えられ得る。ＭＩＯＣ５０の出力は、コイル５２の対向する端にピグテール結合される。コイル５２は、ＭＩＯＣ５０に連結するため、および光源４２からの光を受け取るための第一および第二の端を有する感知コイルであり、光源４２からの光は、ＭＩＯＣ５０によって分割され、かつ、コイル５２の対向する端に提供されている。感知コイルは、偏光保持ファイバから作られ得る。
ＭＩＯＣ５０は、複屈折結晶基板または導波路を有する数多くの商業上利用可能な光学回路デバイスのうちの任意のものを含み得る。ＭＩＯＣ５０は、集積光導波路に適したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）材料または他の任意の非等方性材料の結晶基板または導波路に形成され得、ＭＩＯＣ５０は、３つのポートを有するハウジングを有し、３つのポートは、内部導波路カプラー／ビームスプリッタ（例えば、ハウジング内に配置されたＹタイプ導波路カプラーおよび位相変調器）への外部接続部を提供する。
図５は、本発明の別の実施形態に従って、ＦＯＧ７０の機能ブロック線図を図示している。ＦＯＧ７０は、光源／スプリッタ／光検出器配列７２を含む。光源／スプリッタ／光検出器配列７２の光源は、図４において説明されたように、低度の干渉性を有する広帯域光源であり得る。光源／スプリッタ／光検出器配列７２の光検出器は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な半導体デバイスであり得る。光検出器は、単一モード（ＳＭ）ファイバに連結され得る。ＳＭファイバ７４および光検出器に連結されたＳＭファイバはまた、光スプリッタに接合され、光スプリッタは、光源に接続される追加の端を含む両方向の融着型テーパファイバカプラーであり得る。ＳＭファイバ７４はまた、Ｌｙｏｔデポラライザ７６に接合される。接合連結は、Ｘによって示される一方、ピグテール連結は、破線の箱によって示される。Ｌｙｏｔデポラライザ７６は、第一の区間Ｌ１と第二の区間Ｌ２とを含む。Ｌｙｏｔデポラライザ７６は、図４に関連して以前に説明されたように、２つの高複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成されるか、２つのＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバであることにより複屈折温度感度をさらに減少させるか、ノンファイバ構成要素から形成されるか、またはファイバおよびノンファイバ構成要素の組み合わせであり得る。
単一偏光ファイバＬ３ ７８は、Ｌｙｏｔデポラライザ７６とＭＩＯＣ８０の入力との間に連結される。単一偏光ファイバ７８の第一の端は、Ｌｙｏｔデポラライザ７６の第二の区間Ｌ２の端に接合され得、単一偏光ファイバ７８の第二の端は、ＭＩＯＣ８０の入力にピグテール結合され得る。本発明の局面において、偏光ファイバ７８の長さは、ＦＯＧ７０の脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を調整するように選択される。ＭＩＯＣ８０の出力は、コイル８２の対向する端にピグテール結合される。コイル８２は、ＭＩＯＣ８０に連結するため、および光源７２からの光を受け取るための第一および第二の端を有する感知コイルであり、光源７２からの光は、ＭＩＯＣ８０によって分割され、かつ、コイル８２の対向する端に提供されている。感知コイル８２は、偏光保持ファイバから作られ得る。
上記に説明された前述の構造上および機能上の特徴を考慮すると、例示の方法論が、図６を参照してよりよく認識される。説明を簡単にする目的のために、図６の方法論は、連続的に実行するように示されかつ説明されるが、他の例において、いくつかの動作が、本明細書中に示されかつ説明されたものとは異なる順序で、かつ／または同時に発生し得るので、本発明は、図示された順序に制限されないことが理解されかつ認識される。
図６は、本発明の実施形態に従って、ＦＯＧを形成する方法１００のフロー線図を図示している。方法１００は、１０２で始まり、１０２において、感知コイルの第一および第二の端は、それぞれＭＩＯＣの第一および第二の出力端にピグテール結合される。１０４において、ＦＯＧと関連付けられた脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化する長さを有するポラライザが、選択される。１０６において、ポラライザの第二の端は、ＭＩＯＣへの入力の端にピグテール結合される。１０８において、ポラライザの第一の端は、第二のＰＭファイバ要素に接合される。１１０において、第一のＰＭファイバ要素は、第一のＰＭファイバ要素に対して４５°の角度で第二のＰＭファイバ要素に接合される。１１２において、第一のＰＭファイバ要素は、光スプリッタに連結され、光スプリッタは、光源からの光を提供し、かつ、光検出器に提供される戻る光を受け取る。ポラライザは、ＰＮＲバイアス誤差を軽減し、ポラライザは、ＦＯＧのＰＥＲを高める。ポラライザは、インラインポラライザまたは単一偏光ファイバであり得る。
上記に説明されたものは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で、構成要素または方法論のあり得るすべての組み合わせを説明することは、不可能であるが、当業者は、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が、可能であることを認識する。従って、本発明は、すべてのそのような交替、改変、および変更を包含することを意図され、すべてのそのような交替、改変、および変更は、添付の特許請求の範囲を含む本願の範囲内にある。
４２ 光源／スプリッタ／光検出器配列
４４ 単一モード（ＳＭ）ファイバ
４６ Ｌｙｏｔデポラライザ
４８ インラインファイバポラライザ
５０ ＭＩＯＣ
５２ コイル
４４ 単一モード（ＳＭ）ファイバ
４６ Ｌｙｏｔデポラライザ
４８ インラインファイバポラライザ
５０ ＭＩＯＣ
５２ コイル
Claims (20)
- 光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、光ファイバジャイロスコープ。 - 前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、請求項１に記載のＦＯＧ。
- 前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、請求項２に記載のＦＯＧ。
- 前記インラインファイバポラライザからの出力区間の長さは、前記ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証する最適化された長さであるように選択されている、請求項２に記載のＦＯＧ。
- 前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、請求項１に記載のＦＯＧ。
- 前記単一偏光ファイバの長さは、脱干渉ＰＮＲバイアス誤差を保証するように光路長を最適化するように選択されている、請求項５に記載のＦＯＧ。
- 前記デポラライザは、Ｌｙｏｔデポラライザである、請求項１に記載のＦＯＧ。
- 前記Ｌｙｏｔデポラライザは、１つ以上のノンファイバ構成要素から形成されている、請求項７に記載のＦＯＧ。
- 前記Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、請求項７に記載のＦＯＧ。
- ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、請求項９に記載のＦＯＧ。
- 光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）であって、該光ファイバジャイロスコープは、
光源から光を受け取るＬｙｏｔデポラライザであって、該Ｌｙｏｔデポラライザは、２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素から形成され、該２つの偏光保持ファイバ要素の直交する透過軸は、互いから実質的に４５°の角度で接合されている、Ｌｙｏｔデポラライザと、
多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）と、
該ＭＩＯＣの出力に連結された感知コイルと、
該デポラライザの出力と該ＭＩＯＣの入力との間に連結されたポラライザと
を含み、該ポラライザは、偏光非相反（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を軽減し、かつ、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高め、該ポラライザの長さは、該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ）ＰＮＲバイアス誤差を保証するように選択されている、光ファイバジャイロスコープ。 - 前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、請求項１１に記載のＦＯＧ。
- 前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、請求項１２に記載のＦＯＧ。
- 前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、請求項１１に記載のＦＯＧ。
- ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載のＦＯＧ。
- 光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）を形成する方法であって、該方法は、
感知コイルを多機能集積光学チップ（ＭＩＯＣ）の出力にピグテール結合することと、
該ＦＯＧと関連付けられた脱干渉偏光非相反（ｄｅｃｏｈｅｒｅｎｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ、ＰＮＲ）バイアス誤差を保証するように光路長を最適化する長さを有するポラライザを選択することと、
該ポラライザの第二の端を該ＭＩＯＣの入力にピグテール結合することであって、該ポラライザは、該ＦＯＧの偏光消光比（ＰＥＲ）を高める、ことと、
該ポラライザの第一の端を第二の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素に接合することと、
直交する透過軸が互いから実質的に４５°の角度で配置された状態で、第一の偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素を該第二のＰＭファイバ要素に接合することにより、Ｌｙｏｔデポラライザを形成することと、
該第一のＰＭファイバ要素を光スプリッタに接合することであって、該光スプリッタは、光源からの光を提供し、かつ、光検出器に提供される戻る光を受け取る、ことと
を含む、方法。 - 前記ポラライザは、インラインファイバポラライザである、請求項１６に記載の方法。
- 前記インラインファイバポラライザへの入力区間は、前記デポラライザの第二の区間を兼ねている、請求項１７に記載の方法。
- 前記ポラライザは、単一偏光ファイバである、請求項１６に記載の方法。
- ＰＭファイバ要素は、複屈折（ＨＢ）偏光保持（ＰＭ）ファイバ要素とＨＢフォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ要素とのうちの少なくとも１つである、請求項１６に記載の方法。
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