JP2549885B2 - 光信号除去フィルタ及び該フィルタのリング干渉計への適用 - Google Patents

光信号除去フィルタ及び該フィルタのリング干渉計への適用

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JP2549885B2 JP63058150A JP5815088A JP2549885B2 JP 2549885 B2 JP2549885 B2 JP 2549885B2 JP 63058150 A JP63058150 A JP 63058150A JP 5815088 A JP5815088 A JP 5815088A JP 2549885 B2 JP2549885 B2 JP 2549885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、基本周波数の種々の調波から成る光信号
の、特に偶数周波数を棄却して奇数周波数を保持するの
に使用できる光信号除去フィルタに関する。また本発明
はこの種のフィルタのリング干渉計への適用にも関す
る。
光信号の周波数のフィルタ操作には、関係する技術に
従って標準的な電子的方法によってのみ解決される問題
点がある。
本発明は、電子増幅回路を備えた光学的装置の組合わ
せを取入れることによって確実に偶数周波数を排除する
ために使用され得るフィルタを提供する。
更に特定するとこのフィルタはリング干渉計に適用す
ることもでき、とりわけ干渉計のリング型の導波路のブ
ランチに、干渉計のリングを通過する二つの反対方向に
回転する波の間の位相シフトを高感度で検知できる位相
変調装置を有する干渉計に適用できる。
先行技術の説明 公知の干渉計は、一般的にはレーザーから成る光エネ
ルギー源と、多数の鏡又は巻形の光ファイバーから成る
光学的装置とを主に有しており、この光学的装置は導波
路と、光を分離及び混合するための装置と、検知及び検
知された信号を処理するための装置とを備えている。
この種の干渉計の諸例が、仏国特許出願第2 471 583
号(1979年12月14日付)及び第2 566 133号(1984年6
月14日付)に記述してある。
これらの干渉計では、分離装置から出て、同じ光路に
沿って反対方向に走行する二つの波があることが知られ
ている。
測定されるべき妨害又は大きさは波の位相シフトによ
って表され、二つの波の位相差を測定することが可能で
ある。
小さい位相差を生じる小さい振幅の妨害を測定するた
めに、仏国特許第2 471 583号明細書では、リング内を
伝播する波に交互に+π/2ラジアン及び−π/2ラジアン
の位相変調を与える。
位相変調はファイバーループの一方の端部で生成され
るので、一方の波は変調が生じた時直ぐに変調し、もう
一方の波はファイバー中の伝播時間に等しい遅延を持っ
て変調する。この伝播時間は次の関係 t0=nl/c を満たす(但しnはファイバーの等価屈折率は、lはフ
ァイバーの長さ及びcは真空内での光の速度)。干渉計
の固有周波数は(1/2t0)であって、二つの波が逆位相
でそれぞれ位相シフトする変調周波数を表す。二つの光
波間の位相シフトは従って差s(t)−s(t−t0)に
等しい(但しs(t)は位相変調器に与えられた信
号)。故に、変調信号の半周期をt0とすると、干渉計の
出力での位相シフトは与えられた位相シフトの二倍とな
る。これが、干渉計の機能点を与える勾配を生成するた
めに使用する方法である。
この位相シフトには、測定されるべき効果に因る位相
シフトΔφが加えられる。信号は直接に使用すること
ができ、奇数調波によってもたらされるsinΔφの成
分を測定することができる。しかし排除するのが困難で
ある偶数調波もある。
リング干渉計に適用される本発明のフィルタは偶数調
波を確実に排除できる。
発明の概要 本発明は、パワー変調信号のための伝送チャネルを有
する光信号除去フィルタに関しており、前記フィルタ
は、 −前記変調光信号を受信し且つこの変調光信号の第一部
分及び第二部分を第一出力及び第二出力で発信するビー
ム分離器と、 −その第一端部によってビーム分離器の第一出力に接続
してあり且つ光信号の第一部分を伝送する、第一伝播時
間を有する第一光伝送装置と、 −その第一端部によってビーム分離器の第二出力に接続
してあり且つ光信号の第二部分を伝送する、第二伝播時
間を有する第二光伝送装置と、 −第一光伝送装置の第二端部に接続してある第一光電子
検知器であって、この端部によって伝送される光信号の
第一部分の強度を検知し且つ代わりに出力では第一電気
信号を発信する検知器と、 −第二光伝送装置の第二端部に接続してある第二光電子
検知器であって、この端部によって伝送される光信号の
第二部分の強度を検知し且つ代わりに出力では第二電気
信号を発信する検知器と、 −第一電気信号を受信する第一入力、第二電気信号を受
信する第二入力及び受信した二つの電気信号間の差を表
す信号を発信する出力を備えた差動増幅器とを備えてい
る。
また本発明は、 −光源と、 −二つの端部を有する干渉計導波路と、 −二つの光波のための干渉光検知器と、 −導波路の端部を光源及び光検知器に光学的に接続する
光分離及び混合装置と、 −導波路と係合し且つ導波路を通る光波に作用する電気
制御光位相シフティング装置と、 −光波が光源から出て干渉計導波路を通過するのに要す
る時間に等しい周期を持った電気信号を発信する光位相
シフティング装置の制御のための発振器とを備えたリン
グ干渉計であって、前記干渉光検知器が、二つの伝送装
置の伝播時間での差を、光波が光源から出て干渉計導波
路を通過するのに要する時間に等しくするフィルタを有
する干渉計にも関する。
具体例 初めに第1図を参照して本発明のフィルタの具体例を
説明する。
このフィルタは光信号S(t)を伝送する光導路3を
有する。ビーム分離器4はこの光信号を受信して、それ
を二つの部分に分離する。この分離器は二つの出口を有
しており、そこには二つの導路5及び6が接続してあ
る。各光導路を通して、分離器は光信号S(t)の一部
に位相当する光波を伝送する。つまり光導路(5)は波
S(t5)を伝送し、且つ光導路(6)は波S(t6)を伝
送する。光導路5又は6のいずれか一方は、それが伝送
する光波に遅延t1を与えるために使用され得る装置を備
えている。例えば第1図の具体例では光導路5及び6は
光ファイバーで作製してあって、この遅延T1を生じさせ
るために、光ファイバー5は光ファイバー6よりも長く
してある。ファイバー5の余分な長さが遅延ラインを構
成し、その遅延時間T1はファイバー間の長さの差に依存
する。
例えば信号S(t)が第1図の値2t0の周期を有する
曲線S(t)によって表される形である場合には、遅延
t1は、光導路5及び6による伝送の後に二つの光波が半
周期だけ遅延しているようになるべきである。導路によ
って与えられる遅延t1はt0に等しいべきである。
各光導路5及び6には光検知器7及び8を接続してあ
る。これらの光検知器は、導路5及び6によって伝送さ
れる光波S(t5)及びS(t6)の強度を検知し、引換え
にそれらが受信した光波と同じ形の電気信号を発信す
る。これらの電気信号は差動増幅器9の入力90及び91に
与えられる。つまり差動増幅器9は、第2図の曲線S
(t5)及びS(t6)によって表される形の二つの電気信
号を受信する。
増幅器9はこれらの入力90及び91の両方で受信する二
つの信号間の位相差を受容する。その出力92で増幅器9
は信号S(t92)を発信して、同様に入力信号に影響を
与えてパワーピークを排除する。
二つの光波に分離された後で入力光信号S(t)は、
もう一方の波に対して逆位相である半周期だけタイムシ
フトされた波と共に光検知器に伝送される。差動増幅器
は検知される信号間の差を受入れる。この差引きがピー
クを排除する。このことは、この種のピークは前置増幅
器を飽和するという欠点を有することが公知であるので
有効である。
この種のフィタは、(2n)/(2 t1)(nはゼロ以上
の全ての数)の奇数周波数を棄却し、(2n+1)/(2
t1)の奇数周波数を通す。
二つの光検知器を一つの同じ基板の上に作製すること
もできる。この基板は、例えば約0.8から0.85マイクロ
メートルの光波長に対してはシリコンで作製することが
できる。一つの同じ基板上に二つの光検知器を共通の棄
却モードで製造することは、不要な電気信号の排除を容
易にする。
第2図は、ほぼ矩形の信号S(t)による操作を示す
が、その理由はこの種の操作が理解も説明も簡単である
からである。しかし同じフィルタは正弦モードにおいて
も作用し、偶数調波を排除するのに使用することもでき
る。
この種のフィルタの最大の長所は、標準的な電気帯域
フィルタとは違って位相シフトを導入しないことであ
る。
このフィルタは、実質的にゼロ近傍の信号を得るため
に標準的な位相変調方法を使用するファイバーリング干
渉計に完全に適している。周波数fに対して、位相変調
はコイルの端部に与えられ、奇数周波数(2n+1)fを
検知することが必要である。
このフィルタ操作は偶数周波数を排除するので、復調
段階の入力増振器を駆動する信号の範囲を周波数fに限
定するために非常に有効である。
第3図には本発明のフィルタのリング干渉器への適用
を示す。
レーザーソースSは平行な光線ビーム1を生成し、光
線1は、例えば干渉計のリング2に光学的に接続してあ
るストリップ又は半透明な鏡Mを備えた分離装置に伝送
される。このリング2は例えば巻形の単モード光ファイ
バーを用いて作製することができる。なぜならば測定の
感度は巻数に比例する長さの光路の使用を通して増大す
るからである。このリング2は、混合装置としても作用
し且つ出力ブランチ3を規定する分離装置Mにループし
て戻っている。つまりリングにはそこを通過する二つの
波があって、一方は時計回り(方向2)に、もう一方は
反時計回り(方向1)にと反対方向に伝播する。
これらの二つの波は分離ストリップMで再結合され
る。この再結合の結果は出力ブランチ3に見られる。こ
のブランチ3は第1図について記述したのと同じように
フィルタに接続してあり、即ち、ビーム分離器4、導波
路5及び6、光検知器7及び8並びに差動増幅器9もま
たブランチ3に接続してあるのを第3図に示す。
リング内を反対方向に伝播する二つの波の間の位相差
をΔφとし、出力アーム3で測定することができる出
力光パワーをPsとする。『非相反』妨害が存在しないと
Δφはゼロである。
リング干渉計を使用するジャイロメーターの非限定的
な例を挙げるならば、非相反妨害はジャイロメーターの
回転によって生起されるであろう。位相差はゼロではな
くなり、Δφ=αΩとなる(但しΩは回転速度及びα
=K(L/λC)(kはジャイロメーターの形状に依存す
る定数、Lは光路長、λはレーザーソースSによって放
出される光の波長及びCは真空内での光の速度))。回
転速度が大きくなる時には、係数は一定であるので位
相差Δφは同じ比率で増大する。光パワーPsは余弦関
係 Ps=P1s+P2s+2P1sP2sCos(Δφ) に従って変化する(但しP1sは方向1についての成分、P
2sは方向2についての成分である)。cosΔφに依存
することで、(回転しない)遊び位置では感度ゼロとな
る。sinΔφに依存させるためには系を斜めの位置に
置く必要がある。
この為には、仏国特許出願第2 471 583号に指摘され
ているように、相互効果を遊びにする位相変調器をリン
グ2の波の経路に導入する。この変調器φ(第3図)
は、それを通る波に位相変化φ(t)を生じるように励
起される。この変化は周期的であってその周期は2t
0(但しt0は波がリングを通過するのに要する時間)で
ある。
反対方向に循環する各波は、 φ(t)=φ(t+2t0) を有する変調器を通過する際にこの位相シフトがなさ
れ、すると位相差は Δφ′=Δφ+φ(t)−φ(t−t0) となる。
与えられた位相シフト信号は矩形の相反位相シフト信
号であるのが有利である。
次いでブランチ3で第2図に示す形の干渉信号S
(t)を得る。
妨害がない場合には、方向1及び方向2に運動する二
つの波は回路φによる以外には位相シフトせず、信号S
(t)は半周期t0毎に等しいレベルを有する。それに反
して位相シフトΔφがある場合には第2図に示すように
信号S(t)の半周期毎にレベルは異なる。
本発明では、導波路6と導波路5の関係によって与え
られる遅延は、二つの波、S(t5)及びS(t6)を逆位
相にする。つまり遅延t1は半周期t0に等しい。この半周
期t0は上記のように波がリングを通過するのに要する時
間に等しいので、遅延t1またこの通過時間に等しいはず
である。
導波路5及び6に光ファイバーを使用する具体例で、
本発明では光ファイバー5は、干渉計リング2を形成す
るファイバーの長さに等しい長さのリング(又は光ファ
イバーコイル)を有する。この時更にファイバー5が干
渉計リングと同じ材料で作製してある場合には、ファイ
バー5によって与えられる遅延t1は波が干渉計リングを
通過するのに要する時間、即ち半周期t0に全く等しい。
例えば200メートルの干渉計リングに対して(即ちフ
ァイバー5も200メートルの長さである)、遅延は1μ
sであって、変調周波数は500kHzである。
この種の適用においては、干渉計リングのファイバー
2が偏光性を維持する単モードファイバーを有するのが
適当であるが、ファイバー5がそうである必要はない。
ファイバー5については、通過帯域がこれらの操作周波
数で充分であるので多重モードにすることもできる。
更に、偶数調波の棄却の品質はフィルタの二つの光学
的チャネル(5及び6)の釣合いに等価であり、比率10
-2〜10-3にすることが可能である。
最後に、同じ基板上に設置してあり且つ共通モード棄
却で接続してある二つの検知器D1及びD2を使用すること
は、外部の電界、特に変調電界によって生じる不要な電
気信号の排除を助ける。基本周波数伝送f及び遅延ライ
ンLの長さの積は100MHz.m.の範囲にある。更にこのフ
ィルタな勾配位相での操作を維持したり、仏国特許第2
566 133号に記述してあるように後退を2πに制御する
ためにも使用できる。
上記説明は単なる例であって、本発明の主旨を越えず
とも他に交替できることは明らかである。特に信号のデ
ィジタル値及び形は説明のためのものにすぎない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフィルタの具体例を示し、第2図は第
1図のフィルタの作用を示すグラフの具体例、第3図は
本発明によるフィルタを使用するリング干渉計の具体
例、第4図は第3図の干渉計の作用を示す曲線である。 S……レーザーソース、S(t)……光信号、Δφ……
位相シフト、1,3,5,6……光導路、2……リング、4…
…ビーム分離器、7,8……光検知器、9……差動増幅
器、90,91……差動増幅器の入力、92……差動増幅器の
出力。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パワー変調光信号のための伝送チャネルを
    有する光信号除去フィルタであって、 −前記変調光信号を受信し且つこの変調光信号の第一部
    分及び第二部分を第一出力及び第二出力で発信するビー
    ム分離器と、 −その第一端部によってビーム分離器の第一出力に接続
    してあり且つ光信号の第一部分を伝送する、第一伝播時
    間を有する第一光伝送装置と、 −その第一端部によってビーム分離器の第二出力に接続
    してあり且つ光信号の第二部分を伝送する、第二伝播時
    間を有する第二光伝送装置と、 −第一光伝送装置の第二端部に接続してある第一光電子
    検知器であって、この端部によって伝送される光信号の
    第一部分の強度を検知し且つ代わりに出力では第一電気
    信号を発信する検知器と、 −第二光伝送装置の第二端部に接続してある第二光電子
    検知器であって、この端部によって伝送される光信号の
    第二部分の強度を検知し且つ代わりに出力では第二電気
    信号を発信する検知器と、 −第一電気信号を受信する第一入力、第二電気信号を受
    信する第二入力及び受信した二つの電気信号間の差を表
    す信号を発信する出力を備えた差動増幅器とを備えた除
    去フィルタ。
  2. 【請求項2】第一光伝送装置が第一光ファイバーを有し
    ており、且つ第二光伝送装置が第二光ファイバを有して
    いる特許請求の範囲第1項に記載の除去フィルタ。
  3. 【請求項3】第一光ファイバーの長さが第二光ファイバ
    ーの長さと異なる特許請求の範囲第2項に記載の除去フ
    ィルタ。
  4. 【請求項4】第一検知器及び第二検知器が同じ基板に集
    積してある特許請求の範囲第1項に記載の除去フィル
    タ。
  5. 【請求項5】−光源と、 −二つの端部を有する干渉計導波路と、 −二つの光波のための干渉光検知器と、 −導波路の端部を光源及び光検知器に光学的に接続する
    光分離及び混合装置と、 −導波路と係合し且つ導波路を通る光波に作用する電気
    制御光位相シフティング装置と、 −光波が光源から出て干渉計導波路を通過するのに要す
    る時間に等しい周期を持った電気信号を発信する光位相
    シフティング装置の制御のための発振器とを備えたリン
    グ干渉計であって、前記干渉光検知器が、二つの伝送装
    置の伝播時間での差を、光波が光源から出て干渉計導波
    路を通過するのに要する時間に等しくするフィルタを有
    する干渉計。
  6. 【請求項6】二つの伝送装置並びに干渉計の導波路が光
    ファイバーであり、同じ性質であって、上記二つのファ
    イバーの長さの差が干渉計の導波路の長さに等しい特許
    請求の範囲第5項に記載のリング干渉計。
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DE3862515D1 (de) 1991-05-29
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