JP2668588B2 - 広帯域光ファイバレーザ - Google Patents
広帯域光ファイバレーザInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06795—Fibre lasers with superfluorescent emission, e.g. amplified spontaneous emission sources for fibre laser gyrometers
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/721—Details
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- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
Description
【発明の詳細な説明】 関連出願 この出願は、1989年３月９日に出願された米国特許出
願連続番号第319,241号、1988年12月16日に出願された
米国特許出願連続番号第287,573号、および1988年４月
１日に出願された米国特許連続番号第176,739号（今は
放棄された）からの優先権を主張する。
願連続番号第319,241号、1988年12月16日に出願された
米国特許出願連続番号第287,573号、および1988年４月
１日に出願された米国特許連続番号第176,739号（今は
放棄された）からの優先権を主張する。
発明の背景 発明の分野 この発明はレーザの分野であり、かつより特定的に
は、レージング（lasing）媒体が光ファイバであり、ポ
ンプ光信号でポンピングされ、かつポンプ光信号の波長
と異なる波長を有する出力光信号を発生する、レーザの
分野である。
は、レージング（lasing）媒体が光ファイバであり、ポ
ンプ光信号でポンピングされ、かつポンプ光信号の波長
と異なる波長を有する出力光信号を発生する、レーザの
分野である。
関連技術の説明 光ファイバは増加する数の応用のために用いられてい
る。１つのそのような応用は光ファイバのループを含む
光ファイバ回転センサであり、その中へ２つの光信号が
導入されかつ光ループを回って逆伝播することを引き起
こされる。そのような回転センサは、たとえば、米国特
許第4,410,275号、米国特許第4,456,377号、米国特許第
4,487,330号、米国特許第4,634,282号、および米国特許
第4,637,722号において説明される。そのような回転セ
ンサに対しておよび他の光ファイバ応用に対して、安定
したよく制御された光源を有することが望ましい。
る。１つのそのような応用は光ファイバのループを含む
光ファイバ回転センサであり、その中へ２つの光信号が
導入されかつ光ループを回って逆伝播することを引き起
こされる。そのような回転センサは、たとえば、米国特
許第4,410,275号、米国特許第4,456,377号、米国特許第
4,487,330号、米国特許第4,634,282号、および米国特許
第4,637,722号において説明される。そのような回転セ
ンサに対しておよび他の光ファイバ応用に対して、安定
したよく制御された光源を有することが望ましい。
先行技術のレーザは典型的には光波長の大変狭い帯域
内のレーザから光エネルギ出力を集め、かつ比較的長い
時間コヒーレンス長を有する。加えて、いくつかのレー
ザは波長の範囲にわたって同調可能である。たとえば、
エレクトロニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTERS）1
987年９月24日、Vol.23、No.20、pp.1076−1077、エル
・リーキー（L.Reekie）などの、「Er3+−ドープされた
単一モードファイバレーザのダイオード・レーザ・ポン
ピングの動作（DIODE−LASER−PUMPED OPERATION OF AN
Er3+−DOPED SINGLE−MODE FIBRE LASER）」におい
て、ファイバ長を変えることによるエルビウムドープさ
れたファイバの同調範囲の拡張について報告する。エレ
クトロニクス・レター（ELECTRONICS LETTER）1987年７
月30日、Vol.23、No.16、pp.865−866、シー・エイ・ミ
ラー（C.A.Millar）などの、「870nm波長におけるポン
ピングされたエルビウムドープされたファイバレーザの
低しきい値CW動作（LOW−THRESHOLD CW OPERATION OF A
N ERBIUM−DOPED FIBER LASER PUMPED AT 807nm WAVELE
NGH）」において、約1nm FWHM（半値全幅）の線幅を有
する低しきい値エルビウムドープされた光ファイバレー
ザが説明される。ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・
テクノロジー（JOUNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY）Vol.
LT−4,No.7、1985年７月、pp.956−659、ローレンス・
リーキー（Laurence Reekie）などの、「同調可能単一
モードファイバレーザ（Tunable Single−Mode Fiber L
asers）」において、Nd3+ドープされた単一モードファ
イバレーザの同調特性およびEr3+ドープされた単一モー
ドファイバレーザの同調特性が説明される。エレクトロ
ニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTERS）、Vol.21、N
o.17、1985年８月15日、pp.739−740の、アール・ジェ
イ・メアズ（R.J.Mears）などによる、「ネオジムドー
プされたシリカ単一モードファイバレーザ（NEODYMIUM
−DOPED SILICA SINGLE−MODE FIBRE LASERS）」におい
て、1078nmの波長における2nmのFWHM線幅を有する色素
レーザポンピングされたファイバリング−キャビティレ
ーザが説明される。OFC/IOOC'87、レノ（Reno）、ネバ
ダ（Nevada）、1987年１月21日、インバイテッド・ペー
パー（Invited Paper）WI1,デイビッド・エヌ・パイン
（David N.Payne）の「特殊ファイバおよびそれらの使
用（Special fibers and their uses）」において、80n
mの範囲にわたって同調可能な、大変長い（300メータ）
レーザにおける希土類および遷移金属ドープされた単一
モードファイバの使用が論じられる。
内のレーザから光エネルギ出力を集め、かつ比較的長い
時間コヒーレンス長を有する。加えて、いくつかのレー
ザは波長の範囲にわたって同調可能である。たとえば、
エレクトロニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTERS）1
987年９月24日、Vol.23、No.20、pp.1076−1077、エル
・リーキー（L.Reekie）などの、「Er3+−ドープされた
単一モードファイバレーザのダイオード・レーザ・ポン
ピングの動作（DIODE−LASER−PUMPED OPERATION OF AN
Er3+−DOPED SINGLE−MODE FIBRE LASER）」におい
て、ファイバ長を変えることによるエルビウムドープさ
れたファイバの同調範囲の拡張について報告する。エレ
クトロニクス・レター（ELECTRONICS LETTER）1987年７
月30日、Vol.23、No.16、pp.865−866、シー・エイ・ミ
ラー（C.A.Millar）などの、「870nm波長におけるポン
ピングされたエルビウムドープされたファイバレーザの
低しきい値CW動作（LOW−THRESHOLD CW OPERATION OF A
N ERBIUM−DOPED FIBER LASER PUMPED AT 807nm WAVELE
NGH）」において、約1nm FWHM（半値全幅）の線幅を有
する低しきい値エルビウムドープされた光ファイバレー
ザが説明される。ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・
テクノロジー（JOUNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY）Vol.
LT−4,No.7、1985年７月、pp.956−659、ローレンス・
リーキー（Laurence Reekie）などの、「同調可能単一
モードファイバレーザ（Tunable Single−Mode Fiber L
asers）」において、Nd3+ドープされた単一モードファ
イバレーザの同調特性およびEr3+ドープされた単一モー
ドファイバレーザの同調特性が説明される。エレクトロ
ニクス・レターズ（ELECTRONICS LETTERS）、Vol.21、N
o.17、1985年８月15日、pp.739−740の、アール・ジェ
イ・メアズ（R.J.Mears）などによる、「ネオジムドー
プされたシリカ単一モードファイバレーザ（NEODYMIUM
−DOPED SILICA SINGLE−MODE FIBRE LASERS）」におい
て、1078nmの波長における2nmのFWHM線幅を有する色素
レーザポンピングされたファイバリング−キャビティレ
ーザが説明される。OFC/IOOC'87、レノ（Reno）、ネバ
ダ（Nevada）、1987年１月21日、インバイテッド・ペー
パー（Invited Paper）WI1,デイビッド・エヌ・パイン
（David N.Payne）の「特殊ファイバおよびそれらの使
用（Special fibers and their uses）」において、80n
mの範囲にわたって同調可能な、大変長い（300メータ）
レーザにおける希土類および遷移金属ドープされた単一
モードファイバの使用が論じられる。
或る光ファイバ回転センサなどの、いくつかの応用に
対して短い時間コヒーレンス長を有する広帯域光エネル
ギ源が所望である。光ファイバ回転センサにおける広帯
域光エネルギ源の使用は、たとえば、カー効果によって
引き起こされる位相誤りを減じるということが論証され
た。広帯域光信号はまた、コヒーレント後方錯乱（すな
わちレイリー後方錯乱）によっておよびループ内の偏光
クロス結合によって引き起こされるループ178からの結
合された光信号における位相誤りを減じるために有利に
用いられ得る。たとえば、米国特許第4,773,759号、カ
ナダ特許第1,227,660号、および米国特許出願連続番号
第909,741号を参照されたく、それは1986年９月19日に
出願され、ヨーロッパ出願第87308043.6号に対応し、そ
れらのすべてはこの出願の譲受人に譲渡される。そのよ
うな広帯域光源は、たとえばスーパールミネセント光発
光ダイオード、などを含む。模範的なスーパールミネセ
ントダイオードは、たとえば800から850ナノメートルの
範囲における光波長において比較的広い光線幅（たとえ
ば約15ナノメートル）を有する。しかしながら、所与の
パワー入力に対して、模範的なスーパールミネセントダ
イオードはたとえばレーザと比較するとき十分な量の光
エネルギを供給しない。他方、共振空洞レーザは典型的
には十分な量のパワーを供給するが、しかし比較的狭い
線幅（たとえば５ナノメートルより小さい）を有する。
これまでは共振空洞レーザで得ることができなかった比
較的広い線幅を得る一方で、比較的高いパワー出力のレ
ーザを得ることが望ましい。さらに、典型的なスーパー
ルミネセントダイオードの発光（emission）波長の温度
の安定が多くの応用に対して満足でないことが周知であ
る。発光波長が広い温度範囲にわたって安定することが
また望ましい。
対して短い時間コヒーレンス長を有する広帯域光エネル
ギ源が所望である。光ファイバ回転センサにおける広帯
域光エネルギ源の使用は、たとえば、カー効果によって
引き起こされる位相誤りを減じるということが論証され
た。広帯域光信号はまた、コヒーレント後方錯乱（すな
わちレイリー後方錯乱）によっておよびループ内の偏光
クロス結合によって引き起こされるループ178からの結
合された光信号における位相誤りを減じるために有利に
用いられ得る。たとえば、米国特許第4,773,759号、カ
ナダ特許第1,227,660号、および米国特許出願連続番号
第909,741号を参照されたく、それは1986年９月19日に
出願され、ヨーロッパ出願第87308043.6号に対応し、そ
れらのすべてはこの出願の譲受人に譲渡される。そのよ
うな広帯域光源は、たとえばスーパールミネセント光発
光ダイオード、などを含む。模範的なスーパールミネセ
ントダイオードは、たとえば800から850ナノメートルの
範囲における光波長において比較的広い光線幅（たとえ
ば約15ナノメートル）を有する。しかしながら、所与の
パワー入力に対して、模範的なスーパールミネセントダ
イオードはたとえばレーザと比較するとき十分な量の光
エネルギを供給しない。他方、共振空洞レーザは典型的
には十分な量のパワーを供給するが、しかし比較的狭い
線幅（たとえば５ナノメートルより小さい）を有する。
これまでは共振空洞レーザで得ることができなかった比
較的広い線幅を得る一方で、比較的高いパワー出力のレ
ーザを得ることが望ましい。さらに、典型的なスーパー
ルミネセントダイオードの発光（emission）波長の温度
の安定が多くの応用に対して満足でないことが周知であ
る。発光波長が広い温度範囲にわたって安定することが
また望ましい。
より最近、スナイザー（Snitzer）などへの米国特許
第4,637,025号が、ネオジムなどの選択された活性状態
レーザ材料でドープされたコアを有する光ファイバを含
むスーパー放射光源を説明している。スナイザーなどの
特許における光ファイバは選択された活性状態レーザ材
料の吸収帯域のうちの１つ内の波長を有するレーザ信号
源からの光エネルギでポンピングされる。ポンプ光エネ
ルギは活性状態レーザ材料によって吸収され、かつフォ
トンが活性状態レーザ材料の特性放出（emission）帯域
において放出される。放出された光は活性状態レーザ材
料の放出特性およびファイバの波長依存特性によって決
められた主な波長について分布された波長を有する低コ
ヒーレンス光である。
第4,637,025号が、ネオジムなどの選択された活性状態
レーザ材料でドープされたコアを有する光ファイバを含
むスーパー放射光源を説明している。スナイザーなどの
特許における光ファイバは選択された活性状態レーザ材
料の吸収帯域のうちの１つ内の波長を有するレーザ信号
源からの光エネルギでポンピングされる。ポンプ光エネ
ルギは活性状態レーザ材料によって吸収され、かつフォ
トンが活性状態レーザ材料の特性放出（emission）帯域
において放出される。放出された光は活性状態レーザ材
料の放出特性およびファイバの波長依存特性によって決
められた主な波長について分布された波長を有する低コ
ヒーレンス光である。
スナイザーなどにおいて説明された装置は、スーパー
螢光の原理に頼って光出力を発生する。光ファイバの出
力端は特定的には非反射性であるように構成され、それ
ゆえファイバ内を前方へ進む自然放出された光はファイ
バの出力端から放出される。ファイバの入力端はダイク
ロイック反射体を含んでもよく、それゆえファイバの入
力端に向かって進むいかなる光もファイバの出力端に反
射されて戻り、光出力を増加する。スナイザーなどの特
許は特定的には、「レーザ振動に対して伝導性の状態は
存在せず、それゆえ増幅された自然発光による光発生に
導電性の状態が保たれる」と述べる。こうして、スナイ
ザーなどの特許の教示は、ファイバ内のレーザ振動が出
力信号における不所望の線の狭化をもたらすであろうと
いう従来の知識と一致する。
螢光の原理に頼って光出力を発生する。光ファイバの出
力端は特定的には非反射性であるように構成され、それ
ゆえファイバ内を前方へ進む自然放出された光はファイ
バの出力端から放出される。ファイバの入力端はダイク
ロイック反射体を含んでもよく、それゆえファイバの入
力端に向かって進むいかなる光もファイバの出力端に反
射されて戻り、光出力を増加する。スナイザーなどの特
許は特定的には、「レーザ振動に対して伝導性の状態は
存在せず、それゆえ増幅された自然発光による光発生に
導電性の状態が保たれる」と述べる。こうして、スナイ
ザーなどの特許の教示は、ファイバ内のレーザ振動が出
力信号における不所望の線の狭化をもたらすであろうと
いう従来の知識と一致する。
当業者は光ファイバ光源におけるスーパー螢光の使用
が、振動する光が出力波長における光のさらなる放出を
引き起こす共振空洞レーザにおいて得られるほど高い光
信号出力強度を提供しないであろうことを理解するであ
ろう。しかしながら、共振空洞レーザの使用が広帯域光
源を必要とするそれらの応用に対して不所望に狭い線幅
を有する光出力信号を発生するであろうことが前もって
理解されており、それによって共振空洞レーザを広帯域
光源としての使用に対して不利にする。
が、振動する光が出力波長における光のさらなる放出を
引き起こす共振空洞レーザにおいて得られるほど高い光
信号出力強度を提供しないであろうことを理解するであ
ろう。しかしながら、共振空洞レーザの使用が広帯域光
源を必要とするそれらの応用に対して不所望に狭い線幅
を有する光出力信号を発生するであろうことが前もって
理解されており、それによって共振空洞レーザを広帯域
光源としての使用に対して不利にする。
発明の要約 この発明は、共振レーザ空洞を設けるために好ましく
は光ファイバ構成を用いる広帯域光源を含む。前に知ら
れた共振レーザとは違い、この発明の共振レーザは十分
に広い線幅を有する光出力信号を供給し、それゆえレー
ザは光ファイバ回転センサおよび広帯域光源を必要とす
る他のシステムと組合わせて用いられ得る。この発明は
特定的には、加えられた入力信号に対して類似の強度を
有する他の広帯域源に比較して光出力強度が比較的大き
いということにおいて有利である。加えて、放出波長の
温度の安定性が大きく改良される。
は光ファイバ構成を用いる広帯域光源を含む。前に知ら
れた共振レーザとは違い、この発明の共振レーザは十分
に広い線幅を有する光出力信号を供給し、それゆえレー
ザは光ファイバ回転センサおよび広帯域光源を必要とす
る他のシステムと組合わせて用いられ得る。この発明は
特定的には、加えられた入力信号に対して類似の強度を
有する他の広帯域源に比較して光出力強度が比較的大き
いということにおいて有利である。加えて、放出波長の
温度の安定性が大きく改良される。
この発明は、好ましくは単一モード光ファイバでなる
レージング媒体を有する共振レーザを含む。共振空洞は
レージング媒体へのポンプエネルギの適用に応答して発
光スペクトル内の光を放出する。発光スペクトルはポン
プエネルギの第１の波長における第１の帯域幅およびポ
ンプエネルギの第２の波長における第２の帯域幅を有
し、第２の帯域幅は第１の帯域幅よりもかなり大きい。
共振空洞は少なくとも数千の縦モードを支持するように
サイズを決められており、少なくともそれのいくらかは
第１の帯域幅の外であるがしかし第２の帯域幅の内であ
る波長に対応する。レーザは第２の波長でレージング媒
体をポンピングするために、ポンプエネルギの源、たと
えば、レーザダイオードを含む。好ましい実施例におい
て、ポンプエネルギ波長はレージング媒体の吸収帯域の
ピーク吸収波長と一致しない。
レージング媒体を有する共振レーザを含む。共振空洞は
レージング媒体へのポンプエネルギの適用に応答して発
光スペクトル内の光を放出する。発光スペクトルはポン
プエネルギの第１の波長における第１の帯域幅およびポ
ンプエネルギの第２の波長における第２の帯域幅を有
し、第２の帯域幅は第１の帯域幅よりもかなり大きい。
共振空洞は少なくとも数千の縦モードを支持するように
サイズを決められており、少なくともそれのいくらかは
第１の帯域幅の外であるがしかし第２の帯域幅の内であ
る波長に対応する。レーザは第２の波長でレージング媒
体をポンピングするために、ポンプエネルギの源、たと
えば、レーザダイオードを含む。好ましい実施例におい
て、ポンプエネルギ波長はレージング媒体の吸収帯域の
ピーク吸収波長と一致しない。
この発明の共振レーザは様々な構成で実現されてもよ
い。１つのそのような構成において、共振空洞は、第１
および第２の端部を有し、かつ第１および第２の端部に
近接して位置づけられた、その間の光を反射するための
それぞれ第１および第２のミラーを有する、光ファイバ
によって形成される。ミラーのうちの少なくとも一方が
第２の帯域幅内の波長を有する放出された光に対して部
分的に透過性であり、それゆえ放出された光の一部がミ
ラーを介して通過する。別の構成において、共振空洞が
レージング光ファイバのループによって形成される。多
重化結合器（multiplexing coupler）がループへのおよ
びそれからの光を結合する。ポンプエネルギがループを
回って一度だけ伝播し、かつ放出された光がループを回
って循環し、各循環上で小さな小量の出力を伴う。さら
なる実施例において、共振空洞がレージング光ファイ
バ、および光エネルギの源に結合された第２の光ファイ
バを含む。多重化結合器が第１および第２の端部の間の
位置において第２のファイバをレージングファイバに結
合し、かつポンプエネルギを第２のファイバからレージ
ング光ファイバに結合し、一方、放出された光をレージ
ング光ファイバから第２の光ファイバへ結合する。第１
および第２のミラーはレージング光ファイバの第１およ
び第２の端部にそれぞれ近接して位置づけられ、それゆ
え放出された波長でミラー上にすべての光の入射が実質
上反射される。さらに別の実施例において、共振空洞は
第１および第２のループを形成するレージング光ファイ
バを含み、その間の中間部分を有する。波長選択多重化
結合器がポンプエネルギをレージングファイバに結合す
るために用いられ、それゆえポンプ光がそこを介する複
数の通過なしにレージングファイバを横切る。多重化結
合器の波長選択的特性はレージングファイバの中間部分
を介して放出された光が複数回通過するというようなも
のである。
い。１つのそのような構成において、共振空洞は、第１
および第２の端部を有し、かつ第１および第２の端部に
近接して位置づけられた、その間の光を反射するための
それぞれ第１および第２のミラーを有する、光ファイバ
によって形成される。ミラーのうちの少なくとも一方が
第２の帯域幅内の波長を有する放出された光に対して部
分的に透過性であり、それゆえ放出された光の一部がミ
ラーを介して通過する。別の構成において、共振空洞が
レージング光ファイバのループによって形成される。多
重化結合器（multiplexing coupler）がループへのおよ
びそれからの光を結合する。ポンプエネルギがループを
回って一度だけ伝播し、かつ放出された光がループを回
って循環し、各循環上で小さな小量の出力を伴う。さら
なる実施例において、共振空洞がレージング光ファイ
バ、および光エネルギの源に結合された第２の光ファイ
バを含む。多重化結合器が第１および第２の端部の間の
位置において第２のファイバをレージングファイバに結
合し、かつポンプエネルギを第２のファイバからレージ
ング光ファイバに結合し、一方、放出された光をレージ
ング光ファイバから第２の光ファイバへ結合する。第１
および第２のミラーはレージング光ファイバの第１およ
び第２の端部にそれぞれ近接して位置づけられ、それゆ
え放出された波長でミラー上にすべての光の入射が実質
上反射される。さらに別の実施例において、共振空洞は
第１および第２のループを形成するレージング光ファイ
バを含み、その間の中間部分を有する。波長選択多重化
結合器がポンプエネルギをレージングファイバに結合す
るために用いられ、それゆえポンプ光がそこを介する複
数の通過なしにレージングファイバを横切る。多重化結
合器の波長選択的特性はレージングファイバの中間部分
を介して放出された光が複数回通過するというようなも
のである。
この発明のさらなる実施例に従うと、共振レーザは波
長吸収帯域を有するレーザ材料で形成された光ファイバ
からなる。レーザ材料がポンプ光での光ポンピングに応
答して光を放出する。放出された光の波長は、少なくと
も１つの最小または最大を有する特性曲線に従って吸収
帯域を介するポンプ光の波長で変わる。ポンプ光の源は
最少または最大のうちの１つに対応する波長において光
を発生する。ポンプ光の波長は好ましくは広帯域発光を
発生するようにさらに選択される。
長吸収帯域を有するレーザ材料で形成された光ファイバ
からなる。レーザ材料がポンプ光での光ポンピングに応
答して光を放出する。放出された光の波長は、少なくと
も１つの最小または最大を有する特性曲線に従って吸収
帯域を介するポンプ光の波長で変わる。ポンプ光の源は
最少または最大のうちの１つに対応する波長において光
を発生する。ポンプ光の波長は好ましくは広帯域発光を
発生するようにさらに選択される。
干渉計に広帯域光を供給する方法は、ポンプ波長にお
いてレーザ媒体をポンピングしてレージング媒体が光を
放出することを引き起こすステップを含む。ポンプ波長
が選択された帯域幅を有する非等質的に拡げられた放出
を提供するように選択される。放出の一部はレージング
媒体を介して繰返し通過させられ、ディスクリートな波
長において光の放出を刺激し、それはスペクトルエンベ
ロープを形成する。このスペクトルエンベロープは、ス
ペクトルエンベロープ内で効果的に連続的なスペクトル
を供給するために十分な数のディスクリートな波長で満
たされ、かつ放出が前記干渉計に結合される。
いてレーザ媒体をポンピングしてレージング媒体が光を
放出することを引き起こすステップを含む。ポンプ波長
が選択された帯域幅を有する非等質的に拡げられた放出
を提供するように選択される。放出の一部はレージング
媒体を介して繰返し通過させられ、ディスクリートな波
長において光の放出を刺激し、それはスペクトルエンベ
ロープを形成する。このスペクトルエンベロープは、ス
ペクトルエンベロープ内で効果的に連続的なスペクトル
を供給するために十分な数のディスクリートな波長で満
たされ、かつ放出が前記干渉計に結合される。
この発明のレーザは特定的にはファイバオプティック
センサにおける使用に対して有利である。センサは２つ
の偏光モードを有する光ファイバからなるループを含
み、それの各々は異なる速度において光を伝播し、それ
によってループを横切る光に対する２つのモードのため
の実効（effective）光路長差を提供する。光ファイバ
で形成されるレージング媒体を含むレーザが共振空洞を
含み、それはループに光を供給するように結合される。
光路長差はレーザの共振空洞の長さおよび共振空洞を介
して光によって進まれた光路の屈折率の積よりも小さ
い。レーザは少なくとも数千の縦モードを指示するよう
にサイズを決められる。好ましくは、レーザ放出は平均
波長の第１の範囲において比較的狭くかつ波長の第２の
範囲において比較的広い帯域幅を有し、かつポンプ波長
はレージング媒体が平均波長の第２の範囲内である平均
波長において光を放出することを引き起こすように選択
される。レージング媒体は好ましくはポンプ波長の変化
に実質上感応しない波長の第２の範囲内の平均波長を有
する。
センサにおける使用に対して有利である。センサは２つ
の偏光モードを有する光ファイバからなるループを含
み、それの各々は異なる速度において光を伝播し、それ
によってループを横切る光に対する２つのモードのため
の実効（effective）光路長差を提供する。光ファイバ
で形成されるレージング媒体を含むレーザが共振空洞を
含み、それはループに光を供給するように結合される。
光路長差はレーザの共振空洞の長さおよび共振空洞を介
して光によって進まれた光路の屈折率の積よりも小さ
い。レーザは少なくとも数千の縦モードを指示するよう
にサイズを決められる。好ましくは、レーザ放出は平均
波長の第１の範囲において比較的狭くかつ波長の第２の
範囲において比較的広い帯域幅を有し、かつポンプ波長
はレージング媒体が平均波長の第２の範囲内である平均
波長において光を放出することを引き起こすように選択
される。レージング媒体は好ましくはポンプ波長の変化
に実質上感応しない波長の第２の範囲内の平均波長を有
する。
この発明の１つの実施例において、共振空洞レーザは
空洞内の光の位相および周波数を変調するために空洞内
に位相変調器を含む。共振空洞内の位相変調は、回転セ
ンサから共振空洞レーザへの変調された光フィードバッ
クによって引き起こされるセンスされた回転信号におけ
る誤りを実質上減じるように動作する。ファラデーアイ
ソレータもまた共振空洞レーザおよび回転センサの間の
光路内に有利に挿入されていてもよく、回転センサから
共振空洞レーザへフィードバックされた変調された光エ
ネルギを減衰する。
空洞内の光の位相および周波数を変調するために空洞内
に位相変調器を含む。共振空洞内の位相変調は、回転セ
ンサから共振空洞レーザへの変調された光フィードバッ
クによって引き起こされるセンスされた回転信号におけ
る誤りを実質上減じるように動作する。ファラデーアイ
ソレータもまた共振空洞レーザおよび回転センサの間の
光路内に有利に挿入されていてもよく、回転センサから
共振空洞レーザへフィードバックされた変調された光エ
ネルギを減衰する。
図面の簡単な説明 第１図は、この発明の共振レーザ光源と組合わせて用
いられてもよいような光ファイバ回転センサの概略図で
ある。
いられてもよいような光ファイバ回転センサの概略図で
ある。
第２図はこの発明の共振空洞光ファイバレーザの１つ
の実施例の概略図である。
の実施例の概略図である。
第3a図ないし第3o図は、様々な入力ポンプ波長に対す
る第２図の共振空洞光ファイバレーザによって発生され
る出力スペクトルのグラフ図であり、それはファイバレ
ーザのポンプ可変同調範囲の外の光ポンプ信号でファイ
バレーザがポンピングされるときのスペクトル線幅の拡
大を示す。
る第２図の共振空洞光ファイバレーザによって発生され
る出力スペクトルのグラフ図であり、それはファイバレ
ーザのポンプ可変同調範囲の外の光ポンプ信号でファイ
バレーザがポンピングされるときのスペクトル線幅の拡
大を示す。
第４図はレーザ出力帯域幅ΔλＬ対ポンプ波長λＰの
グラフ図である。
グラフ図である。
第５図はレーザ出力平均波長 対ポンプ波長λＰのグラフ図である。
第６図はエンベロープを含む縦モードを示すレーザ出
力スペクトルエンベロープのグラフ図である。
力スペクトルエンベロープのグラフ図である。
第７図は可視性（visibility）（コヒーレンスの程
度）対この発明のレーザ光ファイバの出力に対する光路
差のグラフ図である。
度）対この発明のレーザ光ファイバの出力に対する光路
差のグラフ図である。
第８図は光ファイバループを含む共振空洞を形成する
ために多重化結合器を用いるこの発明の代替の実施例の
概略図である。
ために多重化結合器を用いるこの発明の代替の実施例の
概略図である。
第９図は１対の端部ミラーと組合わせて多重化結合器
を用いるこの発明の代替の実施例の概略図である。
を用いるこの発明の代替の実施例の概略図である。
第10図は単一光ファイバにおいて共振空洞を形成する
ために１対の多重化結合器を用いるこの発明の代替の実
施例の概略図である。
ために１対の多重化結合器を用いるこの発明の代替の実
施例の概略図である。
第11図は、回転センサが静止するときの第１図に従う
実験的回転センサからの電気出力信号のスペクトル走査
であり、スペクトル走査は、共振空洞レーザが回転セン
サのための広帯域信号源として用いられるときの第１図
の回転センサから第２図の共振空洞レーザへの変調され
た光フィードバック信号の効果を示す。
実験的回転センサからの電気出力信号のスペクトル走査
であり、スペクトル走査は、共振空洞レーザが回転セン
サのための広帯域信号源として用いられるときの第１図
の回転センサから第２図の共振空洞レーザへの変調され
た光フィードバック信号の効果を示す。
第12図は、回転センサが静止しているときおよび信号
源からの光出力が阻止されるときの、第１図の回転セン
サからの電気出力信号のスペクトル走査であり、スペク
トル走査は検出される光エネルギがない状態での電子ド
ライブおよび検出回路によって発生される電子ノイズを
示す。
源からの光出力が阻止されるときの、第１図の回転セン
サからの電気出力信号のスペクトル走査であり、スペク
トル走査は検出される光エネルギがない状態での電子ド
ライブおよび検出回路によって発生される電子ノイズを
示す。
第13図は、ファラデーアイソレータを含むように修正
された第１図の回転センサを示し、かつ位相変調器を空
洞内に含むように修正された第２の共振空洞ファイバレ
ーザを示し、共振空洞ファイバレーザは回転センサに対
して広帯域光入力信号を供給する。
された第１図の回転センサを示し、かつ位相変調器を空
洞内に含むように修正された第２の共振空洞ファイバレ
ーザを示し、共振空洞ファイバレーザは回転センサに対
して広帯域光入力信号を供給する。
第14図は、第13図の回転センサからの電気出力信号の
スペクトル走査であり、レーザの共振空洞内の位相変調
器の動作によって変調された光フィードバック信号の抑
圧によって引き起こされる減じられた電気ノイズレベル
を示す。
スペクトル走査であり、レーザの共振空洞内の位相変調
器の動作によって変調された光フィードバック信号の抑
圧によって引き起こされる減じられた電気ノイズレベル
を示す。
第15図は、共振空洞レーザの共振空洞内の位相変調器
にドライブ信号が与えられず、かつファラデーアイソレ
ータがない状態での、第13図の回転センサの電気出力の
帯形記録であり、回転センサが静止している間の電気出
力信号のランダムノイズおよびドリフトを示す。
にドライブ信号が与えられず、かつファラデーアイソレ
ータがない状態での、第13図の回転センサの電気出力の
帯形記録であり、回転センサが静止している間の電気出
力信号のランダムノイズおよびドリフトを示す。
第16図は、共振空洞内の位相変調器に対してドライブ
信号が与えられかつファラデーアイソレータがない状態
での第13図の回転センサからの電気出力信号の帯形記録
であり、変調された光フィードバックによって引き起さ
れる電気出力信号におけるノイズを減じることにおける
位相変調器の効果を示す。
信号が与えられかつファラデーアイソレータがない状態
での第13図の回転センサからの電気出力信号の帯形記録
であり、変調された光フィードバックによって引き起さ
れる電気出力信号におけるノイズを減じることにおける
位相変調器の効果を示す。
発明の詳細な説明 この発明は、たとえば、光ファイバ回転センサのため
の広帯域光源として特定的に有益な光ファイバ共振レー
ザを含む。この発明のレーザと組合わせて有利に用いら
れ得る模範的な回転センサ100が第１図に示される。回
転センサ100は、矢印で表わされる光入力信号IINを供給
する光源（Ｓ）110を含む。入力信号IINは第１の光ファ
イバ114に結合され、それは好ましくは単一モード複屈
折光ファイバである。第１の光ファイバ114は回転セン
サ100への入力として働く第１の光ファイバセグメント1
20を含む。第１の光ファイバセグメント120は第１の光
方向性結合器（DC）124への伝播経路を提供し、それは
回転センサ100の好ましい実施例において、並列の２つ
のファイバによって構成される。そのような結合器の詳
細は米国特許第4,493,528号、第4,536,058号、4,564,26
2号、および4,601,541号において開示される。当業者に
は集積された光学式結合器もまた用いられてもよいこと
が理解されるであろう。
の広帯域光源として特定的に有益な光ファイバ共振レー
ザを含む。この発明のレーザと組合わせて有利に用いら
れ得る模範的な回転センサ100が第１図に示される。回
転センサ100は、矢印で表わされる光入力信号IINを供給
する光源（Ｓ）110を含む。入力信号IINは第１の光ファ
イバ114に結合され、それは好ましくは単一モード複屈
折光ファイバである。第１の光ファイバ114は回転セン
サ100への入力として働く第１の光ファイバセグメント1
20を含む。第１の光ファイバセグメント120は第１の光
方向性結合器（DC）124への伝播経路を提供し、それは
回転センサ100の好ましい実施例において、並列の２つ
のファイバによって構成される。そのような結合器の詳
細は米国特許第4,493,528号、第4,536,058号、4,564,26
2号、および4,601,541号において開示される。当業者に
は集積された光学式結合器もまた用いられてもよいこと
が理解されるであろう。
参照される特許において述べられるように、第１の光
ファイバセグメント120は第１の方向性結合器124の１つ
のポートへ接続される。第１の方向性結合器124は第２
の光ファイバ128を第１の光ファイバ114と並置すること
によって形成される。第２の光ファイバ128はまた有利
には複屈折単一モード光ファイバである。第２の光ファ
イバ128は第１の方向性結合器124の近接のポートに接続
される第２の光ファイバセグメント132を含む。
ファイバセグメント120は第１の方向性結合器124の１つ
のポートへ接続される。第１の方向性結合器124は第２
の光ファイバ128を第１の光ファイバ114と並置すること
によって形成される。第２の光ファイバ128はまた有利
には複屈折単一モード光ファイバである。第２の光ファ
イバ128は第１の方向性結合器124の近接のポートに接続
される第２の光ファイバセグメント132を含む。
第１の方向性結合器124は２つの付加的なポートを有
し、それの一方は第３の光ファイバセグメント140に接
続され、かつそれの他方は第４の光ファイバセグメント
144に接続される。
し、それの一方は第３の光ファイバセグメント140に接
続され、かつそれの他方は第４の光ファイバセグメント
144に接続される。
回転センサ100の好ましい実施例において、第１の光
ファイバセグメント120内を光源110から第１の方向性結
合器124へ向かって伝播する光エネルギの約50％が第３
の光ファイバセグメント140に直接伝送され、かつ光エ
ネルギの約50％が第４の光ファイバセグメント144に結
合されるように、第１の方向性結合器124が構成され
る。第３の光ファイバセグメント140内を第１の方向性
結合器124に向かって伝播する光エネルギが、第１の光
ファイバセグメント120と第２の光ファイバセグメント1
28との間で実質上等しく分割されるという点において、
第１の方向性結合器124が両方向性であるということを
理解するべきである。
ファイバセグメント120内を光源110から第１の方向性結
合器124へ向かって伝播する光エネルギの約50％が第３
の光ファイバセグメント140に直接伝送され、かつ光エ
ネルギの約50％が第４の光ファイバセグメント144に結
合されるように、第１の方向性結合器124が構成され
る。第３の光ファイバセグメント140内を第１の方向性
結合器124に向かって伝播する光エネルギが、第１の光
ファイバセグメント120と第２の光ファイバセグメント1
28との間で実質上等しく分割されるという点において、
第１の方向性結合器124が両方向性であるということを
理解するべきである。
第４の光ファイバセグメント144は第１の光吸収ター
ミネータ（Ｔ）150によって終端となる。第１の光吸収
ターミネータ150は第４の光ファイバセグメント144から
のそれの上のすべての光エネルギの入射を実質上吸収
し、それゆえ実質上第１の方向性結合器124の方へ戻っ
て光が反射されない。
ミネータ（Ｔ）150によって終端となる。第１の光吸収
ターミネータ150は第４の光ファイバセグメント144から
のそれの上のすべての光エネルギの入射を実質上吸収
し、それゆえ実質上第１の方向性結合器124の方へ戻っ
て光が反射されない。
第３の光ファイバセグメント140は第１の方向性結合
器124から偏光器（Ｐ）160への伝播経路を設ける。当業
者は、偏光器はそれが或る型の位相誤りを減じるという
ことにおいて有利であることを理解するであろう。もし
偏光器が用いられなければ、位相誤りの減少は偏光され
ない光の使用を介して達成されるかもしれず、それは米
国特許第4,529,321号および米国特許第4,634,282号にお
いて説明される。偏光器は多くの異なる実施例に従って
構成されることができ、かつ有利には米国特許第4,386,
822号に従って構成される。偏光器160はさらに第５の光
ファイバセグメント164に接続され、それゆえ第３の光
ファイバセグメント140からの偏光器160への光入射は、
第５の光ファイバセグメント164上の偏光器160からの出
力である。当業者には周知であるように、第１の光ファ
イバ114などの単一モード光ファイバは典型的には第１
および第２の直交偏光モードにおいて光を伝播させる。
偏光器160は、２つの偏光モードのうちの一方（たとえ
ば第２の偏光モード）において光を阻止するように、か
つ他方の偏光モード（たとえば第１の偏光モード）にお
いて伝播する光を伝送するように働き、それゆえ偏光器
160から離れて第５の光ファイバセグメント164内を伝播
する光は実質上第１の偏光モード（すなわち偏光された
光）のみにおける光を含む。
器124から偏光器（Ｐ）160への伝播経路を設ける。当業
者は、偏光器はそれが或る型の位相誤りを減じるという
ことにおいて有利であることを理解するであろう。もし
偏光器が用いられなければ、位相誤りの減少は偏光され
ない光の使用を介して達成されるかもしれず、それは米
国特許第4,529,321号および米国特許第4,634,282号にお
いて説明される。偏光器は多くの異なる実施例に従って
構成されることができ、かつ有利には米国特許第4,386,
822号に従って構成される。偏光器160はさらに第５の光
ファイバセグメント164に接続され、それゆえ第３の光
ファイバセグメント140からの偏光器160への光入射は、
第５の光ファイバセグメント164上の偏光器160からの出
力である。当業者には周知であるように、第１の光ファ
イバ114などの単一モード光ファイバは典型的には第１
および第２の直交偏光モードにおいて光を伝播させる。
偏光器160は、２つの偏光モードのうちの一方（たとえ
ば第２の偏光モード）において光を阻止するように、か
つ他方の偏光モード（たとえば第１の偏光モード）にお
いて伝播する光を伝送するように働き、それゆえ偏光器
160から離れて第５の光ファイバセグメント164内を伝播
する光は実質上第１の偏光モード（すなわち偏光された
光）のみにおける光を含む。
偏光器160からの偏光された光は第５の光ファイバセ
グメント164を介して第２の方向性結合器（DC）170のポ
ートへ伝播する。第２の方向性結合器170は光を第１の
光ファイバ114の第６の光ファイバセグメント174ヘ結合
する。第６の光ファイバセグメント174はループ178に形
成され、それはそのまわりにループが回転させられるべ
き軸に対して一般的に垂直な面内にある。第６の光ファ
イバセグメント174は第２の方向性結合器170の近接ポー
トに戻り、それはこうしてループ178を閉じる。第１の
光ファイバ114は第２の方向性結合器170から延在して第
７の光ファイバセグメント190を形成する。第７の光フ
ァイバセグメント190は第２の光吸収ターミネータ
（Ｔ）194によって終端となり、それは第７の光ファイ
バセグメント190内を伝播する光を吸収し、それゆえそ
れは第２の方向性結合器170の方に戻って反射されな
い。
グメント164を介して第２の方向性結合器（DC）170のポ
ートへ伝播する。第２の方向性結合器170は光を第１の
光ファイバ114の第６の光ファイバセグメント174ヘ結合
する。第６の光ファイバセグメント174はループ178に形
成され、それはそのまわりにループが回転させられるべ
き軸に対して一般的に垂直な面内にある。第６の光ファ
イバセグメント174は第２の方向性結合器170の近接ポー
トに戻り、それはこうしてループ178を閉じる。第１の
光ファイバ114は第２の方向性結合器170から延在して第
７の光ファイバセグメント190を形成する。第７の光フ
ァイバセグメント190は第２の光吸収ターミネータ
（Ｔ）194によって終端となり、それは第７の光ファイ
バセグメント190内を伝播する光を吸収し、それゆえそ
れは第２の方向性結合器170の方に戻って反射されな
い。
第２の方向性結合器170は、上記に論じられた、第１
の方向性結合器124の構成に類似の態度で好ましくは構
成される。第５の光ファイバセグメント164から第２の
方向性結合器170への偏光された光の入射は矢印ICWおよ
びICCWによって示される２つの実質上等しい部分に分割
され、それはそれぞれ時計回りの方向および時計と反対
回り方向でループ178を回って第６の光ファイバセグメ
ント174内を伝播する。２つの逆伝播する光部分ICWおよ
びICCWは第２の方向性結合器170において再結合され、
矢印IOUTによって示されるループ光出力信号を供給す
る。２つの逆伝播する光信号からの結合された光エネル
ギは第５の光ファイバセグメント164に結合されて偏光
器160へ伝播する。結合された光エネルギの一部が第７
の光ファイバセグメント190に結合されて第２の光吸収
ターミネータ194に伝播し、そこでそれは吸収される。
当該技術において周知であるように、第５および第７の
セグメントにおける光出力の比は、それらが第２の方向
性結合器170によって再結合されるときの逆伝播する光
部分の位相関係に依存する。
の方向性結合器124の構成に類似の態度で好ましくは構
成される。第５の光ファイバセグメント164から第２の
方向性結合器170への偏光された光の入射は矢印ICWおよ
びICCWによって示される２つの実質上等しい部分に分割
され、それはそれぞれ時計回りの方向および時計と反対
回り方向でループ178を回って第６の光ファイバセグメ
ント174内を伝播する。２つの逆伝播する光部分ICWおよ
びICCWは第２の方向性結合器170において再結合され、
矢印IOUTによって示されるループ光出力信号を供給す
る。２つの逆伝播する光信号からの結合された光エネル
ギは第５の光ファイバセグメント164に結合されて偏光
器160へ伝播する。結合された光エネルギの一部が第７
の光ファイバセグメント190に結合されて第２の光吸収
ターミネータ194に伝播し、そこでそれは吸収される。
当該技術において周知であるように、第５および第７の
セグメントにおける光出力の比は、それらが第２の方向
性結合器170によって再結合されるときの逆伝播する光
部分の位相関係に依存する。
第２の方向性結合器170から偏光器160に戻って伝播す
る光は再び偏光され、それゆえ第１の偏光モードにおい
て伝播する光のみが偏光器を介して第３の光ファイバセ
グメント140へ伝送される。偏光器160からの偏光された
光は第１の方向性結合器124に伝播し、そこでそれは２
つの実質上等しい部分に設けられ、そのうちの一方は第
２の光ファイバセグメント128に結合され、かつその他
方は第１の光ファイバセグメント120に結合される。第
２の光ファイバセグメント128内の光は、矢印IDETよっ
て表わされ、光検出器（Ｄ）200に伝播し、それは第２
の光ファイバセグメント128内の光エネルギの強度を検
出し、かつこうしてループ178からの結合された光エネ
ルギの強度を検出する。検出器200は線204上に電気出力
信号を供給し、それは検出された強度に応答する。当該
技術において周知であるように、ループ178からの結合
された光エネルギの強度は２つの逆伝播する光信号の相
対的位相に依存し、それは順に部分的にループ178の回
転速度に依存する。
る光は再び偏光され、それゆえ第１の偏光モードにおい
て伝播する光のみが偏光器を介して第３の光ファイバセ
グメント140へ伝送される。偏光器160からの偏光された
光は第１の方向性結合器124に伝播し、そこでそれは２
つの実質上等しい部分に設けられ、そのうちの一方は第
２の光ファイバセグメント128に結合され、かつその他
方は第１の光ファイバセグメント120に結合される。第
２の光ファイバセグメント128内の光は、矢印IDETよっ
て表わされ、光検出器（Ｄ）200に伝播し、それは第２
の光ファイバセグメント128内の光エネルギの強度を検
出し、かつこうしてループ178からの結合された光エネ
ルギの強度を検出する。検出器200は線204上に電気出力
信号を供給し、それは検出された強度に応答する。当該
技術において周知であるように、ループ178からの結合
された光エネルギの強度は２つの逆伝播する光信号の相
対的位相に依存し、それは順に部分的にループ178の回
転速度に依存する。
検出された光強度を回転の大きさおよび角度方向を表
わす出力信号に変換するための様々な装置および技術が
前述の米国特許第4,410,275号、米国特許第4,456,377
号、米国特許第4,487,330号、米国特許第4,634,282号、
および米国特許第4,637,722号において開示される。た
とえば、ドライブおよび検出電子回路ブロック210が示
される。ドライブおよび検出電子回路ブロック210は線2
14上に電気出力信号を供給し、それは位相変調器（Ｍ）
218に結合される。位相変調器218はループ178の中心か
らオフセットする位置において第６の光ファイバセグメ
ント174に結合される。ドライブおよび検出電子回路ブ
ロック210は、２つの逆伝播する光信号ICWおよびICCWの
位相を変調するために選択された特定の周波数で位相変
調器218を駆動する。駆動および検出電子回路ブロック2
10はさらに線204上の光出力信号の電気表現を同期して
（Synchronously）復調するために特定の周波数を用
い、線230上に電気出力信号を供給し、それはループ178
の回転速度を表わす。回転センサの動作の付加的な詳細
が前述の米国特許第4,410,275号、米国特許第4,456,377
号、米国特許第4,487,330号、米国特許第4,634,282号、
および米国特許第4,637,722号において見い出され得
る。第１図に示される回転センサが閉ループ構成にある
一方で、米国特許第4,779,975号において説明されたよ
うな他の構成が用いられてもよいことが理解されるであ
ろう。
わす出力信号に変換するための様々な装置および技術が
前述の米国特許第4,410,275号、米国特許第4,456,377
号、米国特許第4,487,330号、米国特許第4,634,282号、
および米国特許第4,637,722号において開示される。た
とえば、ドライブおよび検出電子回路ブロック210が示
される。ドライブおよび検出電子回路ブロック210は線2
14上に電気出力信号を供給し、それは位相変調器（Ｍ）
218に結合される。位相変調器218はループ178の中心か
らオフセットする位置において第６の光ファイバセグメ
ント174に結合される。ドライブおよび検出電子回路ブ
ロック210は、２つの逆伝播する光信号ICWおよびICCWの
位相を変調するために選択された特定の周波数で位相変
調器218を駆動する。駆動および検出電子回路ブロック2
10はさらに線204上の光出力信号の電気表現を同期して
（Synchronously）復調するために特定の周波数を用
い、線230上に電気出力信号を供給し、それはループ178
の回転速度を表わす。回転センサの動作の付加的な詳細
が前述の米国特許第4,410,275号、米国特許第4,456,377
号、米国特許第4,487,330号、米国特許第4,634,282号、
および米国特許第4,637,722号において見い出され得
る。第１図に示される回転センサが閉ループ構成にある
一方で、米国特許第4,779,975号において説明されたよ
うな他の構成が用いられてもよいことが理解されるであ
ろう。
第２図はこの発明に従って構成される共振空洞レーザ
300の模範的な実施例を示し、それは第１図において光
源110として有利に用いられ得る。示されるように、レ
ーザ300は、ネオジム（Nd）でドープされたシリカグラ
ス光ファイバまたは別の適切な材料で形成された、好ま
しくは単一モード光ファイバである光レーザファイバ31
0を含み、それはポンプ波長でのポンプ光信号に応答し
て放出波長での出力光を発生するためにレーザ動作す
る。たとえば、光ファイバ310は重量で0.1％ないし1.0
％の範囲の濃度のネオジムでドープされてもよい。ここ
に説明された実施例において、好ましい光ファイバ310
は、約１モルパーセンテージP2O5および300p.p.mネオジ
ム（Nd）で同時にドープされた（co−doped）GeO2−SiO
2の従来の電気通信型光ファイバを含む。模範的な光フ
ァイバ310は約３ミクロンのコア半径および約125ミクロ
ンのクラッディング半径を有する。光ファイバ310はメ
ートルあたり約13dBの速度において810ナノメートルの
ピーク吸収波長において光を吸収する。そのような光フ
ァイバ310は、英国のブリティッシュ・テレコム・リサ
ーチ・ラボラトリーズ・オブ・イプスイッチ（British
Tlecom Research Laboratories of Ipswich）によって
製造される。
300の模範的な実施例を示し、それは第１図において光
源110として有利に用いられ得る。示されるように、レ
ーザ300は、ネオジム（Nd）でドープされたシリカグラ
ス光ファイバまたは別の適切な材料で形成された、好ま
しくは単一モード光ファイバである光レーザファイバ31
0を含み、それはポンプ波長でのポンプ光信号に応答し
て放出波長での出力光を発生するためにレーザ動作す
る。たとえば、光ファイバ310は重量で0.1％ないし1.0
％の範囲の濃度のネオジムでドープされてもよい。ここ
に説明された実施例において、好ましい光ファイバ310
は、約１モルパーセンテージP2O5および300p.p.mネオジ
ム（Nd）で同時にドープされた（co−doped）GeO2−SiO
2の従来の電気通信型光ファイバを含む。模範的な光フ
ァイバ310は約３ミクロンのコア半径および約125ミクロ
ンのクラッディング半径を有する。光ファイバ310はメ
ートルあたり約13dBの速度において810ナノメートルの
ピーク吸収波長において光を吸収する。そのような光フ
ァイバ310は、英国のブリティッシュ・テレコム・リサ
ーチ・ラボラトリーズ・オブ・イプスイッチ（British
Tlecom Research Laboratories of Ipswich）によって
製造される。
ネオジムの吸収範囲（たとえば、約790ナノメートル
ないし約850ナノメートル）におけるポンプ波長におい
て光信号でポンピングされるとき、十分な強度におい
て、ネオジムのドーピングは約1050ナノメートルないし
約1080ナノメートルの放出範囲において光を放出し、そ
れは下記により十分に論じられるであろうように、ポン
プ波長およびポンプ強度に依存する。1400ナノメートル
の周囲の波長の範囲における光の付加的な放出があり、
しかしながら、そのような放出は実質上より低い強度を
有する。
ないし約850ナノメートル）におけるポンプ波長におい
て光信号でポンピングされるとき、十分な強度におい
て、ネオジムのドーピングは約1050ナノメートルないし
約1080ナノメートルの放出範囲において光を放出し、そ
れは下記により十分に論じられるであろうように、ポン
プ波長およびポンプ強度に依存する。1400ナノメートル
の周囲の波長の範囲における光の付加的な放出があり、
しかしながら、そのような放出は実質上より低い強度を
有する。
レーザ光ファイバ310は好ましくは１メートルよりも
大きな長さを有し、かつそれは300メートルの大きさか
もしれない。光ファイバ310は第１の端部314および第２
の端部318を有する。第１の端部314に近接の光ファイバ
310の第１の端部部分322は好ましくは第１のキャピラリ
チューブ326内に囲まれ、第１の端部部分322のための支
持を提供しかつ第１の端部部分322の正確な整列のため
の手段を提供する。類似して、第２の端部318に近接の
光ファイバ310の第２の端部部分330は好ましくは第２の
キャピラリチューブ334内に囲まれる。第１端部314およ
び第２端部318は正確に研削されかつ磨かれており、そ
れゆえ第１の端部314および第２の端部318はそれぞれ、
第１の端部部分322および第２の端部部分330の縦軸に実
質上垂直な平らで平面の表現を規定する。好ましい実施
例において、第１のキャピラリチューブ326は光ファイ
バ310の第１の端部314と同時に研削されかつ磨かれ、そ
れゆえ第１のキャピラリチューブ326の端部は第１の端
部314と共面である。類似して、第２のキャピラリチュ
ーブ334は光ファイバ310の第２の端部318と同時に研削
されかつ研摩され、それゆえ第２のキャピラリチューブ
334の端部は第２の端部318と共面である。
大きな長さを有し、かつそれは300メートルの大きさか
もしれない。光ファイバ310は第１の端部314および第２
の端部318を有する。第１の端部314に近接の光ファイバ
310の第１の端部部分322は好ましくは第１のキャピラリ
チューブ326内に囲まれ、第１の端部部分322のための支
持を提供しかつ第１の端部部分322の正確な整列のため
の手段を提供する。類似して、第２の端部318に近接の
光ファイバ310の第２の端部部分330は好ましくは第２の
キャピラリチューブ334内に囲まれる。第１端部314およ
び第２端部318は正確に研削されかつ磨かれており、そ
れゆえ第１の端部314および第２の端部318はそれぞれ、
第１の端部部分322および第２の端部部分330の縦軸に実
質上垂直な平らで平面の表現を規定する。好ましい実施
例において、第１のキャピラリチューブ326は光ファイ
バ310の第１の端部314と同時に研削されかつ磨かれ、そ
れゆえ第１のキャピラリチューブ326の端部は第１の端
部314と共面である。類似して、第２のキャピラリチュ
ーブ334は光ファイバ310の第２の端部318と同時に研削
されかつ研摩され、それゆえ第２のキャピラリチューブ
334の端部は第２の端部318と共面である。
光ファイバ共振レーザ300は光ファイバ310の第１の端
部314に近接して取付けられた第１のミラー340を含む。
第１のミラー340は、好ましくは、ポンプ信号の波長に
対応する、光波長の第１の範囲における反射性を実質上
有さず、かつ、放出された信号の波長に対応する、波長
の第２の範囲における実質上100％の反射性を有するダ
イクロイックミラーである。そのようなダイクロイック
ミラーの構成は当該技術において周知である。ダイクロ
イック第１ミラー340は平坦な反射性表面を好ましくは
有し、かつ第１の端部314に関して取付けられ、それゆ
え第１のミラー340の平坦な反射性表面は第１の端部314
の表面と平行である。こうして、第１のミラー340の平
坦な反射性表面に垂直な線は光ファイバ310の第１の端
部部分322の縦軸と整列する。この発明の１つの実施例
において、第１のキャピラリチューブ326は有利には第
１のミラー340に対する取付表面として用いられて上記
で説明された整列を提供する。第１のミラー340は適切
な接着剤で第１のキャピラリチューブ326に装着されて
もよい。この発明の好ましい実施例において、第１のミ
ラー340は光ファイバ310の第１の端部314上に直接反射
性コーティングを置くことによって製作される。
部314に近接して取付けられた第１のミラー340を含む。
第１のミラー340は、好ましくは、ポンプ信号の波長に
対応する、光波長の第１の範囲における反射性を実質上
有さず、かつ、放出された信号の波長に対応する、波長
の第２の範囲における実質上100％の反射性を有するダ
イクロイックミラーである。そのようなダイクロイック
ミラーの構成は当該技術において周知である。ダイクロ
イック第１ミラー340は平坦な反射性表面を好ましくは
有し、かつ第１の端部314に関して取付けられ、それゆ
え第１のミラー340の平坦な反射性表面は第１の端部314
の表面と平行である。こうして、第１のミラー340の平
坦な反射性表面に垂直な線は光ファイバ310の第１の端
部部分322の縦軸と整列する。この発明の１つの実施例
において、第１のキャピラリチューブ326は有利には第
１のミラー340に対する取付表面として用いられて上記
で説明された整列を提供する。第１のミラー340は適切
な接着剤で第１のキャピラリチューブ326に装着されて
もよい。この発明の好ましい実施例において、第１のミ
ラー340は光ファイバ310の第１の端部314上に直接反射
性コーティングを置くことによって製作される。
光ファイバ共振レーザ300は光ファイバ310の第２の端
部318に近接して取付けられる第２のダイクロイックミ
ラー350を含む。第２のミラー340は好ましくは波長の第
１の範囲内の光を実質上反射しない。第２のミラー340
は波長の第２の範囲に関して部分的に反射性のミラーで
ある。たとえば、第２の範囲の波長に対する第２のミラ
ーの反射性は有利には90％ないし95％の範囲であるよう
に選択される。そのような部分的に反射性のミラーの構
成は当該技術において周知である。部分的に反射性の第
２のミラー350は好ましくは平坦な反射性表面を有しか
つ第２の端部318に関して取付けられ、それゆえ第２の
ミラー350の平坦な反射性表面は第２の端部318の表面と
平行である。こうして、第２のミラー350の平坦な反射
性表面に対して垂直な線は光ファイバ310の第２の端部
部分330の縦軸と整列させられる。第２のキャピラリチ
ューブ334は有利には第２のミラー350に対する取付表面
として用いられて上記で説明された整列を提供する。こ
の発明の１つの実施例において、第２のミラー350は適
切な接着剤で第２のキャピラリチューブ334に装着され
てもよい。好ましい実施例において、第２のミラー350
は光ファイバ310の第２の端部318上に反射性コーティン
グを置くことによって製作される。
部318に近接して取付けられる第２のダイクロイックミ
ラー350を含む。第２のミラー340は好ましくは波長の第
１の範囲内の光を実質上反射しない。第２のミラー340
は波長の第２の範囲に関して部分的に反射性のミラーで
ある。たとえば、第２の範囲の波長に対する第２のミラ
ーの反射性は有利には90％ないし95％の範囲であるよう
に選択される。そのような部分的に反射性のミラーの構
成は当該技術において周知である。部分的に反射性の第
２のミラー350は好ましくは平坦な反射性表面を有しか
つ第２の端部318に関して取付けられ、それゆえ第２の
ミラー350の平坦な反射性表面は第２の端部318の表面と
平行である。こうして、第２のミラー350の平坦な反射
性表面に対して垂直な線は光ファイバ310の第２の端部
部分330の縦軸と整列させられる。第２のキャピラリチ
ューブ334は有利には第２のミラー350に対する取付表面
として用いられて上記で説明された整列を提供する。こ
の発明の１つの実施例において、第２のミラー350は適
切な接着剤で第２のキャピラリチューブ334に装着され
てもよい。好ましい実施例において、第２のミラー350
は光ファイバ310の第２の端部318上に反射性コーティン
グを置くことによって製作される。
光ファイバ共振レーザ300はたとえば好ましくはレー
ザダイオード（LD）である光ポンプ源360をさらに含
む。光ポンプ源360は波長λＰにおける、矢印364で表わ
される、ポンプ光信号を発生し、それは光ファイバ310
のネオジムドーピングの吸収範囲における第１の波長の
うちの選択された１つに対応する。第１の波長の選択さ
れた１つの選択はここで説明される発明のエレメントで
あり、かつ下記により十分に論じられるであろう。
ザダイオード（LD）である光ポンプ源360をさらに含
む。光ポンプ源360は波長λＰにおける、矢印364で表わ
される、ポンプ光信号を発生し、それは光ファイバ310
のネオジムドーピングの吸収範囲における第１の波長の
うちの選択された１つに対応する。第１の波長の選択さ
れた１つの選択はここで説明される発明のエレメントで
あり、かつ下記により十分に論じられるであろう。
光ポンプ源360は、第１のダイクロイックミラー340お
よび光ファイバ310の第１の端部部分322の縦軸に関して
整列させられ、それゆえポンプ光信号364は実質上反射
または屈折なしに第１のダイクロイックミラー340を介
して通過し、かつ第１の端部314を介して光ファイバ310
の第１の端部部分322内へ導入される。ポンプ光信号364
は、第２図に示されるように、第１のレンズ366によっ
て光ファイバ310の第１の端部部分322の縦軸上に焦点を
合わされてもよい。その代わりには、第１の端部314上
に直接置かれた第１のミラー340を有する好ましい実施
例において、第１の端部314はポンプ源360の出力に近接
して位置づけられ得る（たとえば、反射性コーティング
の引っかきを避けるためにその間に小さなスペースを有
してポンプ源出力を第１の端部314に突き合わせ結合す
ることによって）。
よび光ファイバ310の第１の端部部分322の縦軸に関して
整列させられ、それゆえポンプ光信号364は実質上反射
または屈折なしに第１のダイクロイックミラー340を介
して通過し、かつ第１の端部314を介して光ファイバ310
の第１の端部部分322内へ導入される。ポンプ光信号364
は、第２図に示されるように、第１のレンズ366によっ
て光ファイバ310の第１の端部部分322の縦軸上に焦点を
合わされてもよい。その代わりには、第１の端部314上
に直接置かれた第１のミラー340を有する好ましい実施
例において、第１の端部314はポンプ源360の出力に近接
して位置づけられ得る（たとえば、反射性コーティング
の引っかきを避けるためにその間に小さなスペースを有
してポンプ源出力を第１の端部314に突き合わせ結合す
ることによって）。
第１の端部部分322内に導入されたポンプ光信号364は
第２の端部318に向かって光ファイバ310内を伝播する。
ポンプ光信号364が第２の端部318に向かって伝播するに
つれて、ポンプ光信号364の光エネルギが光ファイバ310
のネオジムドーピングイオンによって吸収され、イオン
が状態を変えることを引き起こす。イオンが緩和する
（すなわち、それらの元の安定した状態に戻る）とき、
フォトンがポンプ波長よりも長い放出波長で放出され
る。この放出効果は当該技術において周知であり、かつ
十分な強度のポンプ光信号でネオジムドープされたファ
イバをポンピングすることによってスーパー螢光広帯域
源を発生することを有利にするために用いられてきた
し、それは低時間コヒーレンスを有する出力信号を供給
するようにランダムな態様で自然放出を引き起こす。た
とえば、米国特許第4,637,025号を参照されたい。その
ようなスーパー螢光広帯域源は、放出された光が光ファ
イバの第２の端部を直接出て通過するか、またはせいぜ
い、第１の端部において反射させられかつそれからさら
なる反射なしに第２の端部から出て通過するように特定
的に構成される。こうして、そのようなスーパー螢光広
帯域源は共振空洞レーザと同じ態様では動作しない。
第２の端部318に向かって光ファイバ310内を伝播する。
ポンプ光信号364が第２の端部318に向かって伝播するに
つれて、ポンプ光信号364の光エネルギが光ファイバ310
のネオジムドーピングイオンによって吸収され、イオン
が状態を変えることを引き起こす。イオンが緩和する
（すなわち、それらの元の安定した状態に戻る）とき、
フォトンがポンプ波長よりも長い放出波長で放出され
る。この放出効果は当該技術において周知であり、かつ
十分な強度のポンプ光信号でネオジムドープされたファ
イバをポンピングすることによってスーパー螢光広帯域
源を発生することを有利にするために用いられてきた
し、それは低時間コヒーレンスを有する出力信号を供給
するようにランダムな態様で自然放出を引き起こす。た
とえば、米国特許第4,637,025号を参照されたい。その
ようなスーパー螢光広帯域源は、放出された光が光ファ
イバの第２の端部を直接出て通過するか、またはせいぜ
い、第１の端部において反射させられかつそれからさら
なる反射なしに第２の端部から出て通過するように特定
的に構成される。こうして、そのようなスーパー螢光広
帯域源は共振空洞レーザと同じ態様では動作しない。
この発明において、自然放出された光が最初は光ファ
イバ310の第１の端部314に向かって向けられ、かつこう
して第１のダイクロイックミラー340に向けられ、それ
が第２の端部318に向けてかつこうして第２のダイクロ
イックミラー350に向かって戻って反射されるであろ
う。この反射された光は、最初第２の端部318に向けら
れた自然放出された光とともに、部分的反射性第２ダイ
クロイックミラー350によって部分的に反射されるであ
ろう。換言すれば、第２のダイクロイックミラー350に
向かって伝播する光の約90ないし95％が第１の端部314
に向かって戻って反射されるであろう。第２のダイクロ
イックミラー350に向かって伝播する光の他の５ないし1
0％は第２のダイクロイックミラー350を介して伝送さ
れ、かつ矢印370によって表わされる波長λＬにおける
レーザ出力信号として共振レーザ300から放出されるで
あろう。１つの実施例において、レーザ出力信号370
が、光ファイバ310の第２の端部部分330の縦軸と整列す
る第２のレンズ372によって第１図の光ファイバ114の入
力端部部分120の入力端部上に焦点を合わせられる。そ
の代わりには、この発明の好ましい実施例において、そ
こでは第２のミラー350が第２の端部318上に反射性コー
ティングを置くことによって製作され、第２の端部318
が光ファイバ114の入力端部部分120の入力端部に突き合
わせ結合され得る。
イバ310の第１の端部314に向かって向けられ、かつこう
して第１のダイクロイックミラー340に向けられ、それ
が第２の端部318に向けてかつこうして第２のダイクロ
イックミラー350に向かって戻って反射されるであろ
う。この反射された光は、最初第２の端部318に向けら
れた自然放出された光とともに、部分的反射性第２ダイ
クロイックミラー350によって部分的に反射されるであ
ろう。換言すれば、第２のダイクロイックミラー350に
向かって伝播する光の約90ないし95％が第１の端部314
に向かって戻って反射されるであろう。第２のダイクロ
イックミラー350に向かって伝播する光の他の５ないし1
0％は第２のダイクロイックミラー350を介して伝送さ
れ、かつ矢印370によって表わされる波長λＬにおける
レーザ出力信号として共振レーザ300から放出されるで
あろう。１つの実施例において、レーザ出力信号370
が、光ファイバ310の第２の端部部分330の縦軸と整列す
る第２のレンズ372によって第１図の光ファイバ114の入
力端部部分120の入力端部上に焦点を合わせられる。そ
の代わりには、この発明の好ましい実施例において、そ
こでは第２のミラー350が第２の端部318上に反射性コー
ティングを置くことによって製作され、第２の端部318
が光ファイバ114の入力端部部分120の入力端部に突き合
わせ結合され得る。
第１の端部314の方へ戻って反射される光は再び第１
このダイクロイックミラー340によって反射され、それ
ゆえそれはもう一度第２の端部318の方へ伝播するであ
ろう。この同じプロセスが光ポンプ源360からのポンプ
光信号364の連続入力に応答してネオジムドーピングイ
オンによって自然放出された付加的な光に対して繰返さ
れるであろう。こうして、第１のダイクロイックミラー
340、第２のダイクロイックミラー350およびその間の光
ファイバ310が空洞を規定し、その中でレーザ光が振動
する。空洞内で振動するレーザ光はネオジムイオンから
の付加的なフォトンの放出を刺激しかつこうして放出さ
れたレーザ光の強度を増加する。
このダイクロイックミラー340によって反射され、それ
ゆえそれはもう一度第２の端部318の方へ伝播するであ
ろう。この同じプロセスが光ポンプ源360からのポンプ
光信号364の連続入力に応答してネオジムドーピングイ
オンによって自然放出された付加的な光に対して繰返さ
れるであろう。こうして、第１のダイクロイックミラー
340、第２のダイクロイックミラー350およびその間の光
ファイバ310が空洞を規定し、その中でレーザ光が振動
する。空洞内で振動するレーザ光はネオジムイオンから
の付加的なフォトンの放出を刺激しかつこうして放出さ
れたレーザ光の強度を増加する。
第２図の上記に説明された構成に類似の構成がこれま
で共振空洞レーザを提供するために用いられてきた。し
かしながら、そのような共振空洞レーザが狭い線幅を有
するレーザ出力信号を供給することが先に教示された。
簡潔には、空洞内で振動するレーザ光は、往復光経路長
（たとえば、第２図の２つのミラーの間の空洞の長さの
２倍）が放出された光の波長の倍数であるとき共振する
であろう。こうして、共振波長における付加的なフォト
ンの優先的発生があるであろう。たとえば、そのような
構成は、800ないし815ナノメートルの範囲における光ポ
ンプ信号でポンピングされるとき、２ないし６ナノメー
トルの範囲における線幅を有するレーザ出力信号を発生
するために用いられ得る。この範囲は、ネオジムドープ
されたシリカファイバのポンプ可変同調範囲と呼ばれ、
1054ないし1072ナノメートルの範囲におけるレーザ出力
信号に対応する。この範囲内で、レーザ出力波長λＬの
範囲は光ポンプ波長λＰが増加するにつれて増加するで
あろうし、一方レーザ出力の狭い線幅は比較的一定のま
まである。
で共振空洞レーザを提供するために用いられてきた。し
かしながら、そのような共振空洞レーザが狭い線幅を有
するレーザ出力信号を供給することが先に教示された。
簡潔には、空洞内で振動するレーザ光は、往復光経路長
（たとえば、第２図の２つのミラーの間の空洞の長さの
２倍）が放出された光の波長の倍数であるとき共振する
であろう。こうして、共振波長における付加的なフォト
ンの優先的発生があるであろう。たとえば、そのような
構成は、800ないし815ナノメートルの範囲における光ポ
ンプ信号でポンピングされるとき、２ないし６ナノメー
トルの範囲における線幅を有するレーザ出力信号を発生
するために用いられ得る。この範囲は、ネオジムドープ
されたシリカファイバのポンプ可変同調範囲と呼ばれ、
1054ないし1072ナノメートルの範囲におけるレーザ出力
信号に対応する。この範囲内で、レーザ出力波長λＬの
範囲は光ポンプ波長λＰが増加するにつれて増加するで
あろうし、一方レーザ出力の狭い線幅は比較的一定のま
まである。
レーザファイバ310のポンプ可変同調範囲の十分に外
側であるポンプ波長λＰでネオジムドープされたシリカ
ファイバ310に光ポンプ信号が与えられるとき、こうし
てネオジムドーピングイオンのレージング動作によって
発生された光出力信号370は驚くほど広い線幅を有する
ことを出願人は見い出した。たとえば、光ファイバ310
が約815ナノメートルないし約825ナノメートルの範囲内
の波長λＰを有する光ポンプ信号364でポンピングされ
るとき、レーザ出力信号370の波長λＬは、ポンプ光信
号の波長のこの815ないし825ナノメートルの範囲にわた
って（over）著しく変わらない広い範囲の波長を含む。
たとえば、約18ないし19ナノメートルの半値全幅（FWH
M）の測定された線幅とともに、約1055ナノメートルな
いし約1075ナノメートルの波長の範囲をレーザ出力信号
370は含む。線幅に関するこの同じ拡大効果がポンプ可
変同調範囲より下のポンプ光信号364の波長において見
い出された。たとえば、約794ナノメートルのポンプ波
長λＰにおいて、レーザ出力信号370の線幅が、約1053
ナノメートルないし約1068ナノメートルである波長の範
囲とともに、約15ナノメートルであると測定された。下
記に論じられる理由のために、光ポンプ波長λＰは好ま
しくは約822ナノメートルであるように選択される。
側であるポンプ波長λＰでネオジムドープされたシリカ
ファイバ310に光ポンプ信号が与えられるとき、こうし
てネオジムドーピングイオンのレージング動作によって
発生された光出力信号370は驚くほど広い線幅を有する
ことを出願人は見い出した。たとえば、光ファイバ310
が約815ナノメートルないし約825ナノメートルの範囲内
の波長λＰを有する光ポンプ信号364でポンピングされ
るとき、レーザ出力信号370の波長λＬは、ポンプ光信
号の波長のこの815ないし825ナノメートルの範囲にわた
って（over）著しく変わらない広い範囲の波長を含む。
たとえば、約18ないし19ナノメートルの半値全幅（FWH
M）の測定された線幅とともに、約1055ナノメートルな
いし約1075ナノメートルの波長の範囲をレーザ出力信号
370は含む。線幅に関するこの同じ拡大効果がポンプ可
変同調範囲より下のポンプ光信号364の波長において見
い出された。たとえば、約794ナノメートルのポンプ波
長λＰにおいて、レーザ出力信号370の線幅が、約1053
ナノメートルないし約1068ナノメートルである波長の範
囲とともに、約15ナノメートルであると測定された。下
記に論じられる理由のために、光ポンプ波長λＰは好ま
しくは約822ナノメートルであるように選択される。
レーザ出力放出スペクトルのグラフである第3a図ない
し第3o図を参照することによって前述のことが視覚化さ
れ得る。これらのグラフは光ポンプ信号364の15の異な
る波長λＰに対するレーザ出力信号370において測定さ
れたパワー対レーザ出力信号370の波長λＬを示す。ポ
ンプ波長は793ナノメートルから約831ナノメートルに位
置する。各グラフにおける水平目盛りはナノメートルで
の出力波長λＬであり、かつ垂直目盛りは出力パワーで
ある。垂直目盛りの単位は示されず、なぜならば出力パ
ワーは絶パワーに対して目盛り決めされていない光検出
器で測定されたからである。こうして、垂直目盛り上の
単位は任意の単位であり、それゆえ各入力波長λＰごと
のパワー出力が比較され得る。
し第3o図を参照することによって前述のことが視覚化さ
れ得る。これらのグラフは光ポンプ信号364の15の異な
る波長λＰに対するレーザ出力信号370において測定さ
れたパワー対レーザ出力信号370の波長λＬを示す。ポ
ンプ波長は793ナノメートルから約831ナノメートルに位
置する。各グラフにおける水平目盛りはナノメートルで
の出力波長λＬであり、かつ垂直目盛りは出力パワーで
ある。垂直目盛りの単位は示されず、なぜならば出力パ
ワーは絶パワーに対して目盛り決めされていない光検出
器で測定されたからである。こうして、垂直目盛り上の
単位は任意の単位であり、それゆえ各入力波長λＰごと
のパワー出力が比較され得る。
第3d図ないし第3h図はそれぞれ、約801.1ナノメート
ル、803.9ナノメートル、806.5ナノメートル、809.2ナ
ノメートルおよび811.9ナノメートルの入力ポンプ波長
λＰに対するレーザ出力スペクトルを表わす。入力ポン
プ波長のこの範囲は一般的に光レーザのポンプ可変同調
範囲と呼ばれる。入力ポンプ波長λＰが増加するにつれ
て、出力波長スペクトルの平均波長が増加することが理
解される。同時に、半値で（すなわち半値全幅（FWH
M））測定された、スペクトルの光帯域幅は範囲にわた
って（たとえば範囲にわたる約５ないし８ナノメート
ル）比較的狭いままである。
ル、803.9ナノメートル、806.5ナノメートル、809.2ナ
ノメートルおよび811.9ナノメートルの入力ポンプ波長
λＰに対するレーザ出力スペクトルを表わす。入力ポン
プ波長のこの範囲は一般的に光レーザのポンプ可変同調
範囲と呼ばれる。入力ポンプ波長λＰが増加するにつれ
て、出力波長スペクトルの平均波長が増加することが理
解される。同時に、半値で（すなわち半値全幅（FWH
M））測定された、スペクトルの光帯域幅は範囲にわた
って（たとえば範囲にわたる約５ないし８ナノメート
ル）比較的狭いままである。
ポンプ可変同調範囲の上および下の波長において、レ
ーザ出力スペクトルが拡大し始めることが理解され得
る。こうして、ポンプ可変同調範囲の各端部において上
方および下方の広帯域領域がある。たとえば、798.9ナ
ノメートルの光ポンプ波長λＰに対するレーザ出力スペ
クトルを表わす第3c図において、光帯域幅はFWHM測定さ
れたとき約15ナノメートルへ拡大された。ポンプ波長λ
Ｐが第3b図および第3a図に示されるようにそれぞれ795.
7および793.0の波長に対して減少されるとき、光帯域幅
はポンプ可変同調領域における帯域幅よりも大きいまま
である。
ーザ出力スペクトルが拡大し始めることが理解され得
る。こうして、ポンプ可変同調範囲の各端部において上
方および下方の広帯域領域がある。たとえば、798.9ナ
ノメートルの光ポンプ波長λＰに対するレーザ出力スペ
クトルを表わす第3c図において、光帯域幅はFWHM測定さ
れたとき約15ナノメートルへ拡大された。ポンプ波長λ
Ｐが第3b図および第3a図に示されるようにそれぞれ795.
7および793.0の波長に対して減少されるとき、光帯域幅
はポンプ可変同調領域における帯域幅よりも大きいまま
である。
同じ態様において、第3i図ないし第3o図は光ファイバ
レーザ300のポンプ可変同調範囲より上のポンプ波長に
対応する出力スペクトルを示す。出力スペクトル帯域幅
が約16ないし18ナノメートルへ拡大しかつポンプ波長λ
Ｐが増加されるとき比較的一定のままであることが理解
され得る。さらに、帯域幅はレーザ光ファイバ310のポ
ンプ可変同調領域における帯域幅よりも実質上大きい。
レーザ300のポンプ可変同調範囲より上のポンプ波長に
対応する出力スペクトルを示す。出力スペクトル帯域幅
が約16ないし18ナノメートルへ拡大しかつポンプ波長λ
Ｐが増加されるとき比較的一定のままであることが理解
され得る。さらに、帯域幅はレーザ光ファイバ310のポ
ンプ可変同調領域における帯域幅よりも実質上大きい。
出力スペクトルの大きさ（magnitude）が上方および
より低い広帯域領域の両方において（それぞれ第3a図な
いし第3c図および第3i図ないし第3o図によって示され
る）ポンプ可変同調領域（第3d図ないし第3h図によって
示される）においてよりも低いことが観察されるであろ
う。大きさのこの減少は、ネオジムレージング媒体のピ
ーク吸収波長と一致しないポンプ波長によって広帯域領
域が特徴づけられるという事実の結果である。しかしな
がら、大きさは妥当な出力パワーを供給するのに十分大
きい。さらに、実務において、レージングファイバの長
さまたはドーパント濃度を増加することによって減少さ
れた吸収を補うことが可能である。有利には、大きさは
約820ないし830ナノメートルの範囲において妥当に一定
であり、かつこうして、この範囲内のポンプ波長変化に
実質上感応しない。
より低い広帯域領域の両方において（それぞれ第3a図な
いし第3c図および第3i図ないし第3o図によって示され
る）ポンプ可変同調領域（第3d図ないし第3h図によって
示される）においてよりも低いことが観察されるであろ
う。大きさのこの減少は、ネオジムレージング媒体のピ
ーク吸収波長と一致しないポンプ波長によって広帯域領
域が特徴づけられるという事実の結果である。しかしな
がら、大きさは妥当な出力パワーを供給するのに十分大
きい。さらに、実務において、レージングファイバの長
さまたはドーパント濃度を増加することによって減少さ
れた吸収を補うことが可能である。有利には、大きさは
約820ないし830ナノメートルの範囲において妥当に一定
であり、かつこうして、この範囲内のポンプ波長変化に
実質上感応しない。
この発明の好ましい実施例において、上記で説明され
た拡大は、レーザファイバ310のポンプ可変同調範囲内
のポンプ波長と相関の放出帯域幅よりも少なくとも50％
大きい放出帯域幅をもたらす。スペクトル帯域幅の拡大
は、レージング材料のローカルピーク吸収波長の実質上
上または実質上下である波長λＰを有する光ポンプ信号
364でポンピングされるとき起こる。この拡大は光ファ
イバ310のシリカガラス内のネオジムイオンのサイト依
存のポンピングに帰され得る。ネオジムイオン内のエネ
ルギレベルの間の遷移は、シリカガラス内でネオジムイ
オンに対して使用可能である多数の原子サイト（site）
の結果として強く非均質的に拡大される。（たとえば、
フィジカル・レビュー・Ｂ（PHYSICAL REVIEW B）、Vo
l.18、No.10、1978年11月15日、pp.5799−5811、シィ・
ブレッチャー（C.Brecher）などの、「酸化物およびフ
ッ化物ガラスにおけるNd3+の線狭化スペクトルおよびサ
イト依存遷移確率（Line−narrowed spectra and site
−dependent transition probabilities of Nd3+ in ox
ide and fluoride glasses）」を参照されたい。）サイ
ト依存ポンピングは或るサイト内に存する（また特定の
波長の周囲で放出する）イオンが特定の波長における狭
帯域ポンピングによって優先的に励起されることを含
む。この依存は、スペクトルの詳細と同様に、それゆ
え、光ファイバ310のコア内に存在する同時ドーパント
の性質および濃度に依存すると予測される。より広い放
出は多重Nd3+サイトの励起に帰すると考えられる。こう
して、ポンプ波長λＰがネオジムレージング材料の810
ナノメートルの吸収帯域の中心から離れてあるとき、よ
り幅の広い放出が起こる。そのような状態の下で、同じ
帯域または近接の吸収帯域（たとえばNd3+の810ナノメ
ートルおよび870ナノメートルの吸収帯域）のいずれか
に属するサイト依存吸収テールを介して、またはネオジ
ムの上方レーザレベルの間の交差緩和（relaxation）を
介して複数Nd3+サイトの励起が起こる。
た拡大は、レーザファイバ310のポンプ可変同調範囲内
のポンプ波長と相関の放出帯域幅よりも少なくとも50％
大きい放出帯域幅をもたらす。スペクトル帯域幅の拡大
は、レージング材料のローカルピーク吸収波長の実質上
上または実質上下である波長λＰを有する光ポンプ信号
364でポンピングされるとき起こる。この拡大は光ファ
イバ310のシリカガラス内のネオジムイオンのサイト依
存のポンピングに帰され得る。ネオジムイオン内のエネ
ルギレベルの間の遷移は、シリカガラス内でネオジムイ
オンに対して使用可能である多数の原子サイト（site）
の結果として強く非均質的に拡大される。（たとえば、
フィジカル・レビュー・Ｂ（PHYSICAL REVIEW B）、Vo
l.18、No.10、1978年11月15日、pp.5799−5811、シィ・
ブレッチャー（C.Brecher）などの、「酸化物およびフ
ッ化物ガラスにおけるNd3+の線狭化スペクトルおよびサ
イト依存遷移確率（Line−narrowed spectra and site
−dependent transition probabilities of Nd3+ in ox
ide and fluoride glasses）」を参照されたい。）サイ
ト依存ポンピングは或るサイト内に存する（また特定の
波長の周囲で放出する）イオンが特定の波長における狭
帯域ポンピングによって優先的に励起されることを含
む。この依存は、スペクトルの詳細と同様に、それゆ
え、光ファイバ310のコア内に存在する同時ドーパント
の性質および濃度に依存すると予測される。より広い放
出は多重Nd3+サイトの励起に帰すると考えられる。こう
して、ポンプ波長λＰがネオジムレージング材料の810
ナノメートルの吸収帯域の中心から離れてあるとき、よ
り幅の広い放出が起こる。そのような状態の下で、同じ
帯域または近接の吸収帯域（たとえばNd3+の810ナノメ
ートルおよび870ナノメートルの吸収帯域）のいずれか
に属するサイト依存吸収テールを介して、またはネオジ
ムの上方レーザレベルの間の交差緩和（relaxation）を
介して複数Nd3+サイトの励起が起こる。
以上のことは第４図および第５図において要約され、
それは第3a図ないし第3o図から派生し、かつそれぞれレ
ーザ出力帯域幅およびレーザ出力平均波長をポンプ波長
λＰの関数として表わす。ここに用いられたように、平
均波長 が以下のように規定される： そこでＩ（λ）は特定の波長における強度であり、かつ
２つの積分はスペクトル帯域幅にわたってとられる。
それは第3a図ないし第3o図から派生し、かつそれぞれレ
ーザ出力帯域幅およびレーザ出力平均波長をポンプ波長
λＰの関数として表わす。ここに用いられたように、平
均波長 が以下のように規定される： そこでＩ（λ）は特定の波長における強度であり、かつ
２つの積分はスペクトル帯域幅にわたってとられる。
第４図において、入力ポンプ波長λＰに対する約800
ないし810ナノメートルのポンプ可変同調範囲におい
て、レーザ出力帯域幅ΔλＬは比較的小さい（たとえ
ば、約６ないし８ナノメートル）ということが理解され
得る。ΔλＬはそれから、ポンプ波長がポンプ可変同調
範囲を越えて増加するにつれて約16ないし20ナノメート
ルに急速に増加する。類似して、出力帯域幅ΔλＬはポ
ンプ波長λＰがポンプ可変同調範囲の下に減少するにつ
れて増加する。
ないし810ナノメートルのポンプ可変同調範囲におい
て、レーザ出力帯域幅ΔλＬは比較的小さい（たとえ
ば、約６ないし８ナノメートル）ということが理解され
得る。ΔλＬはそれから、ポンプ波長がポンプ可変同調
範囲を越えて増加するにつれて約16ないし20ナノメート
ルに急速に増加する。類似して、出力帯域幅ΔλＬはポ
ンプ波長λＰがポンプ可変同調範囲の下に減少するにつ
れて増加する。
第５図において、レーザ出力波長λＬの平均波長 が約801ないし812ナノメートルからポンプ可変同調範囲
内でおおよそ直線的に増加し、かつ約814ナノメートル
の対応するポンプ波長λＰにおいて約1067ナノメートル
の最大平均波長に達することが理解される。その後、レ
ーザ出力平均波長 が約822ナノメートルの対応するポンプ波長λＰにおい
て約1065ナノメートルの局部最小値Ｍに減少する。
内でおおよそ直線的に増加し、かつ約814ナノメートル
の対応するポンプ波長λＰにおいて約1067ナノメートル
の最大平均波長に達することが理解される。その後、レ
ーザ出力平均波長 が約822ナノメートルの対応するポンプ波長λＰにおい
て約1065ナノメートルの局部最小値Ｍに減少する。
レーザ出力スペクトルに対する平均波長 および帯域幅ΔλＬは822ナノメートル周辺の光ファイ
バレーザ300のポンプ可変同調範囲の上の広帯域領域に
おいて実質上両方が一定であることが、第４図および第
５図において理解され得る。こうして、822ナノメート
ル周辺の入力ポンプ波長λＰにおける小さな変化は平均
波長 または帯域幅ΔλＬのいずれにもほとんど影響を及ぼさ
ない。光ポンプ波長λＰは好ましくはポンプ波長λＰに
おける変動に実質上感応しない出力平均波長 および帯域幅λＬを供給するように選択されるべきであ
り、かつこうして、好ましい実施例において、ポンプ波
長λＰは約822ナノメートルであるように選択される。
バレーザ300のポンプ可変同調範囲の上の広帯域領域に
おいて実質上両方が一定であることが、第４図および第
５図において理解され得る。こうして、822ナノメート
ル周辺の入力ポンプ波長λＰにおける小さな変化は平均
波長 または帯域幅ΔλＬのいずれにもほとんど影響を及ぼさ
ない。光ポンプ波長λＰは好ましくはポンプ波長λＰに
おける変動に実質上感応しない出力平均波長 および帯域幅λＬを供給するように選択されるべきであ
り、かつこうして、好ましい実施例において、ポンプ波
長λＰは約822ナノメートルであるように選択される。
ポンプ波長λＰにおけるより小さい変化に関する出力
波長λＬの相対的な安定は、第１図と関連の上記に説明
されたファイバオプティック回転センサのための光エネ
ルギ源に対する安定動作波長を供給するために有利であ
る。第２図に従って構成される光ファイバレーザ300の
波長安定は、約822ナノメートルの入力ポンプ波長で局
部平均波長最小Ｍ（第５図）についてレーザが動作され
るとき、℃あたり10p.p.m.よりも良いと推定された。こ
れは典型的なスーパールミネセントダイオードの安定よ
りも著しくより良く、それは℃あたり300ないし400p.p.
mの範囲にありがちであり、かつまた℃あたり300p.p.m
であると考えられる典型的ダイオードレーザ源の安定よ
りもより良い。こうして、第２図の光ファイバレーザ30
0ははレーザダイオードなどであってもよい光ポンプ源3
60でポンピングされ、それは温度での波長における相対
的に大きい変化を有するが、約822ナノメートルのポン
プ波長λＰでの平均放出波長内の最小での光ファイバレ
ーザ300の動作は℃あたり約10p.p.mへ温度依存を効果的
に減じる。
波長λＬの相対的な安定は、第１図と関連の上記に説明
されたファイバオプティック回転センサのための光エネ
ルギ源に対する安定動作波長を供給するために有利であ
る。第２図に従って構成される光ファイバレーザ300の
波長安定は、約822ナノメートルの入力ポンプ波長で局
部平均波長最小Ｍ（第５図）についてレーザが動作され
るとき、℃あたり10p.p.m.よりも良いと推定された。こ
れは典型的なスーパールミネセントダイオードの安定よ
りも著しくより良く、それは℃あたり300ないし400p.p.
mの範囲にありがちであり、かつまた℃あたり300p.p.m
であると考えられる典型的ダイオードレーザ源の安定よ
りもより良い。こうして、第２図の光ファイバレーザ30
0ははレーザダイオードなどであってもよい光ポンプ源3
60でポンピングされ、それは温度での波長における相対
的に大きい変化を有するが、約822ナノメートルのポン
プ波長λＰでの平均放出波長内の最小での光ファイバレ
ーザ300の動作は℃あたり約10p.p.mへ温度依存を効果的
に減じる。
この発明の光ファイバレーザは、スーパールミネセン
トダイオードなどの以前の周知の広帯域源を越える他の
利点を有する。スーパールミネセントダイオードと相関
の問題のうちの１つは光エネルギ出力が良好に向けられ
ないことである。こうして、スーパールミネセントダイ
オードからの光出力の大きなパーセンテージを捕捉しか
つそれを回転センサなどへの入力として供給することが
難しい。対照をなして、第２図の光ファイバレーザ300
からの光出力は高度に方向性であり、かつ光ファイバレ
ーザ300から放出される実質上すべての光がたとえば第
１図の回転センサ100への入力として供給され得る。
トダイオードなどの以前の周知の広帯域源を越える他の
利点を有する。スーパールミネセントダイオードと相関
の問題のうちの１つは光エネルギ出力が良好に向けられ
ないことである。こうして、スーパールミネセントダイ
オードからの光出力の大きなパーセンテージを捕捉しか
つそれを回転センサなどへの入力として供給することが
難しい。対照をなして、第２図の光ファイバレーザ300
からの光出力は高度に方向性であり、かつ光ファイバレ
ーザ300から放出される実質上すべての光がたとえば第
１図の回転センサ100への入力として供給され得る。
第２図の光ファイバレーザ300はまた、米国特許第4,6
37,025号において説明されるレーザなどのスーパー螢光
ファイバレーザを越える利点を有する。この発明の共振
空洞はレージング効果が、スーパー螢光レーザに対して
起こるよりも著しく低い吸収された入力ポンプパワーし
きい値において起こることを可能とする。こうして、所
与の吸収された入力ポンプパワーに対して発光された光
出力パワーは類似のレージングファイバを用いるスーパ
ー螢光レーザに対するよりも著しく大きい。
37,025号において説明されるレーザなどのスーパー螢光
ファイバレーザを越える利点を有する。この発明の共振
空洞はレージング効果が、スーパー螢光レーザに対して
起こるよりも著しく低い吸収された入力ポンプパワーし
きい値において起こることを可能とする。こうして、所
与の吸収された入力ポンプパワーに対して発光された光
出力パワーは類似のレージングファイバを用いるスーパ
ー螢光レーザに対するよりも著しく大きい。
上記でスペクトル帯域幅として説明されたけれども、
放出されたレーザ光のスペクトルは人がスーパー螢光レ
ーザなどで見ることを予期するであろう連続スペクトル
ではないことが理解されるべきである。むしろ、放出ス
ペクトルは第１および第２のミラー340および350によっ
て形成されるレーザファイバ空洞において共振する大き
な複数個の波長を有するエンベロープを含む。共振波長
の各々は光ファイバレーザ300の縦モードに対応する。
縦モードの各々は人が共振空洞レーザに関して予期する
ような大変狭い線幅を有し、かつ個々の波長はともに第
3a図ないし第3o図において示されるスペクトルエンベロ
ープを提供する。適切な広帯域出力を供給するために、
スペクトルエンベロープは比較的広い帯域幅を有するべ
きのみではなく、しかしまた多くの密スペースのモード
を含むべきである。この密モードスペーシング（spacin
g）はこの発明において、最小少なくとも数千のモード
および好ましくは数万のモードを支持するようにファイ
バレーザ300の共振空洞のサイズを決めることによって
達成される。
放出されたレーザ光のスペクトルは人がスーパー螢光レ
ーザなどで見ることを予期するであろう連続スペクトル
ではないことが理解されるべきである。むしろ、放出ス
ペクトルは第１および第２のミラー340および350によっ
て形成されるレーザファイバ空洞において共振する大き
な複数個の波長を有するエンベロープを含む。共振波長
の各々は光ファイバレーザ300の縦モードに対応する。
縦モードの各々は人が共振空洞レーザに関して予期する
ような大変狭い線幅を有し、かつ個々の波長はともに第
3a図ないし第3o図において示されるスペクトルエンベロ
ープを提供する。適切な広帯域出力を供給するために、
スペクトルエンベロープは比較的広い帯域幅を有するべ
きのみではなく、しかしまた多くの密スペースのモード
を含むべきである。この密モードスペーシング（spacin
g）はこの発明において、最小少なくとも数千のモード
および好ましくは数万のモードを支持するようにファイ
バレーザ300の共振空洞のサイズを決めることによって
達成される。
以上のことは第６図においてグラフ的に表わされ、そ
こにおいて複数個の個々の縦モード400が1056ナノメー
トルおよび1076ナノメートルの間の波長の範囲で示され
る。比較的小さな数の個々のモードが第６図において示
されるけれども、好ましい実施例が示される範囲内に5
0,000を越える個々のモードを有することが推定され
る。個々のモードは第3i図ないし第3o図に示されるスペ
クトル帯域幅に一般的に対応するスペクトル帯域幅エン
ベロープ410（破線で示される）をともに形成する。モ
ードの間のスペーシング（ΔλＬ）は２つの隣接の波長
に従って様々であろうし、かつ、たとえば、10-4ないし
10-3ナノメートルの範囲内であってもよい。
こにおいて複数個の個々の縦モード400が1056ナノメー
トルおよび1076ナノメートルの間の波長の範囲で示され
る。比較的小さな数の個々のモードが第６図において示
されるけれども、好ましい実施例が示される範囲内に5
0,000を越える個々のモードを有することが推定され
る。個々のモードは第3i図ないし第3o図に示されるスペ
クトル帯域幅に一般的に対応するスペクトル帯域幅エン
ベロープ410（破線で示される）をともに形成する。モ
ードの間のスペーシング（ΔλＬ）は２つの隣接の波長
に従って様々であろうし、かつ、たとえば、10-4ないし
10-3ナノメートルの範囲内であってもよい。
第１図の回転センサ100において用いられるような、
光ファイバは、異なる屈折率を有する２つの直交の偏光
モードにおいて光を伝播する。２つの偏光モードは、そ
れぞれ、ここではPXおよびPYと呼ばれ、ループ178を横
切る光に対する２つの異なる伝播経路を提供する。偏光
モードPXにおいてループ178を回って１つの方向に進む
光は実効距離nXLSを進むであろうし、そこにおいてnXは
PX偏光モードに対する屈折率であり、かつLSは回転セン
サ100のループ178内の光ファイバ114の長さである。ル
ープの長さLSは方向性結合器170の中心から、ループ178
を回って、かつ方向性結合器170の中心に戻って測定さ
れる。結合器170の「中心（center）」という用語は、
結合器170を形成する導波管が並列されて結合を提供す
る点を意味する。
光ファイバは、異なる屈折率を有する２つの直交の偏光
モードにおいて光を伝播する。２つの偏光モードは、そ
れぞれ、ここではPXおよびPYと呼ばれ、ループ178を横
切る光に対する２つの異なる伝播経路を提供する。偏光
モードPXにおいてループ178を回って１つの方向に進む
光は実効距離nXLSを進むであろうし、そこにおいてnXは
PX偏光モードに対する屈折率であり、かつLSは回転セン
サ100のループ178内の光ファイバ114の長さである。ル
ープの長さLSは方向性結合器170の中心から、ループ178
を回って、かつ方向性結合器170の中心に戻って測定さ
れる。結合器170の「中心（center）」という用語は、
結合器170を形成する導波管が並列されて結合を提供す
る点を意味する。
２つの偏光モードの他方（すなわち、PY）内をループ
178を回って同じ方向に進む光は実効距離nYLSを進むで
あろうし、そこにおいてnYはPY偏光モードに対する光フ
ァイバ114の屈折率である。２つの偏光モードにおいて
光エネルギが進む伝播経路における違いのために、２つ
の偏光モードの他方における光に関して一方の偏光モー
ドにおける光エネルギの間に経路長差があるであろう。
光路差 はnXLS−nYLSに等しく、または： 模範的な光ファイバ回転センサ100において、光路差 は約50ないし100センチメートルである。
178を回って同じ方向に進む光は実効距離nYLSを進むで
あろうし、そこにおいてnYはPY偏光モードに対する光フ
ァイバ114の屈折率である。２つの偏光モードにおいて
光エネルギが進む伝播経路における違いのために、２つ
の偏光モードの他方における光に関して一方の偏光モー
ドにおける光エネルギの間に経路長差があるであろう。
光路差 はnXLS−nYLSに等しく、または： 模範的な光ファイバ回転センサ100において、光路差 は約50ないし100センチメートルである。
第１図の回転センサなどの、光センサは、ファイバル
ープ内の２つの偏光モードのうちの一方から２つの偏光
モードのうちの他方への光エネルギの結合によって引き
起こされる或る誤りを受けやすいことが見い出された。
いくらかのこれらの誤りを減じるために、ループ178に
対する光路差 より少ない大きさのオーダであるコヒーレンス長を有す
る光源110を用いることが有利であると見い出された。
（たとえば、米国特許第4,634,282号を参照された
い。）ファイバレーザ300からのレーザ出力信号370は狭
い線幅を有する複数個の個々のモードを含むけれども、
ファイバレーザ300はこの要件に合うように十分短いコ
ヒーレンス長を有する実効広帯域出力を提供する。
ープ内の２つの偏光モードのうちの一方から２つの偏光
モードのうちの他方への光エネルギの結合によって引き
起こされる或る誤りを受けやすいことが見い出された。
いくらかのこれらの誤りを減じるために、ループ178に
対する光路差 より少ない大きさのオーダであるコヒーレンス長を有す
る光源110を用いることが有利であると見い出された。
（たとえば、米国特許第4,634,282号を参照された
い。）ファイバレーザ300からのレーザ出力信号370は狭
い線幅を有する複数個の個々のモードを含むけれども、
ファイバレーザ300はこの要件に合うように十分短いコ
ヒーレンス長を有する実効広帯域出力を提供する。
レーザ300のコヒーレント特性が第７図に示され、そ
れは第２図の光ファイバレーザ300のコヒーレンス機能
（function）の図である。可視性（すなわち、コヒーレ
ンスの程度）が光路差の関数としてプロットされる。第
７図に示されるように、スペクトルエンベロープを含む
個々のモードは０の差動経路長に対する第１のコヒーレ
ンスピーク420を有するコヒーレンス関数（function）
を発生する。第１のコヒーレンスピーク420の幅WC（す
なわち、半値におけるピークの全幅）はレーザ放出エン
ベロープのスペクトル帯域幅に依存する。第２図の実施
例において、コヒーレンス幅WCは数10ミクロンのオーダ
である。
れは第２図の光ファイバレーザ300のコヒーレンス機能
（function）の図である。可視性（すなわち、コヒーレ
ンスの程度）が光路差の関数としてプロットされる。第
７図に示されるように、スペクトルエンベロープを含む
個々のモードは０の差動経路長に対する第１のコヒーレ
ンスピーク420を有するコヒーレンス関数（function）
を発生する。第１のコヒーレンスピーク420の幅WC（す
なわち、半値におけるピークの全幅）はレーザ放出エン
ベロープのスペクトル帯域幅に依存する。第２図の実施
例において、コヒーレンス幅WCは数10ミクロンのオーダ
である。
第７図のコヒーレンス関数は、経路差がnLRに等しい
とき第２のコヒーレンスピーク430を有し、そこでLRは
ファイバレーザ300の共振空洞の長さであり、かつｎは
レーザ空洞を介して光によって進まれる光経路の屈折率
である（たとえば、レーザ放出波長での第２図の光レー
ザファイバ310によって形成される光路）。ここに用い
られるように、「共振空洞の長さ」という用語は、レー
ザ空洞を介して進まれる往復距離であると規定され、そ
れは、第２図の実施例において、第１のミラー340およ
び第２のミラー350の間の距離の２倍に等しい。コヒー
レンス関数ピークの間の距離は放出エンベロープにおけ
る個々のモードの間のスペーシングと逆に変化し、かつ
この距離はこの後コヒーレンスピークスペーシングと呼
ばれるであろう。コヒーレンスピークスペーシングはコ
ヒーレンスピーク幅WCの少なくとも数千倍であることが
有利であり、かつ、好ましい実施例において、コヒーレ
ンスピークスペーシングはコヒーレンスピーク幅の数万
倍のオーダである。コヒーレンス関数はこのコヒーレン
スピークスペーシングによって直列的に間隔をおいて配
置されたさらなるコヒーレンスピーク（図示せず）を有
する。約１メートルの２つのミラーの間の長さを有す
る、第２図の実施例において、コヒーレンスピークスペ
ーシングは２メートルよりも大きいであろう。第２のお
よび続くコヒーレンスピークはファイバレーザが共振空
洞レーザであるという事実によって生じる。これらの付
加的なピークはスーパー螢光レーザまたはスーパールミ
ネセントダイオードに対しては存在しないことが当業者
には理解されるであろう。
とき第２のコヒーレンスピーク430を有し、そこでLRは
ファイバレーザ300の共振空洞の長さであり、かつｎは
レーザ空洞を介して光によって進まれる光経路の屈折率
である（たとえば、レーザ放出波長での第２図の光レー
ザファイバ310によって形成される光路）。ここに用い
られるように、「共振空洞の長さ」という用語は、レー
ザ空洞を介して進まれる往復距離であると規定され、そ
れは、第２図の実施例において、第１のミラー340およ
び第２のミラー350の間の距離の２倍に等しい。コヒー
レンス関数ピークの間の距離は放出エンベロープにおけ
る個々のモードの間のスペーシングと逆に変化し、かつ
この距離はこの後コヒーレンスピークスペーシングと呼
ばれるであろう。コヒーレンスピークスペーシングはコ
ヒーレンスピーク幅WCの少なくとも数千倍であることが
有利であり、かつ、好ましい実施例において、コヒーレ
ンスピークスペーシングはコヒーレンスピーク幅の数万
倍のオーダである。コヒーレンス関数はこのコヒーレン
スピークスペーシングによって直列的に間隔をおいて配
置されたさらなるコヒーレンスピーク（図示せず）を有
する。約１メートルの２つのミラーの間の長さを有す
る、第２図の実施例において、コヒーレンスピークスペ
ーシングは２メートルよりも大きいであろう。第２のお
よび続くコヒーレンスピークはファイバレーザが共振空
洞レーザであるという事実によって生じる。これらの付
加的なピークはスーパー螢光レーザまたはスーパールミ
ネセントダイオードに対しては存在しないことが当業者
には理解されるであろう。
交差結合された偏光コンポーネント上の第２のコヒー
レンスピーク430と相関の所望でないコヒーレンス効果
を避けるために、ループ178に対する光路差 はファイバレーザ300のコヒーレンスピークスペーシン
グよりも小さいように選択されるべきである（すなわ
ち、nLR以下）。したがって、第２図のファイバレーザ
源300によって発生される第１図の回転センサ100におい
て伝播する光信号は第１のコヒーレンスピーク420のみ
を「見る」であろうし、かつ第２のコヒーレンスピーク
430またはいかなる次のコヒーレンスピークも「見な
い」であろう。こうして、回転センサ100の動作に関す
る限りにおいて、第１のコヒーレンスピーク420の幅WC
は光ファイバレーザ300のコヒーレンス長である。この
場合、光ファイバレーザ300は回転センサ100へレーザ出
力信号を供給し、エンベロープ410は個々のモード400を
含むけれどもそれはスペクトルエンベロープ410内で効
果的に連続するスペクトルを有する。第２図の模範的な
光ファイバレーザ300において、コヒーレンスピークス
ペーシングnLRは２メートルよりも大きく、かつこうし
て第１図の回転センサに対する50ないし100センチメー
トルの よりも実質上大きい。
レンスピーク430と相関の所望でないコヒーレンス効果
を避けるために、ループ178に対する光路差 はファイバレーザ300のコヒーレンスピークスペーシン
グよりも小さいように選択されるべきである（すなわ
ち、nLR以下）。したがって、第２図のファイバレーザ
源300によって発生される第１図の回転センサ100におい
て伝播する光信号は第１のコヒーレンスピーク420のみ
を「見る」であろうし、かつ第２のコヒーレンスピーク
430またはいかなる次のコヒーレンスピークも「見な
い」であろう。こうして、回転センサ100の動作に関す
る限りにおいて、第１のコヒーレンスピーク420の幅WC
は光ファイバレーザ300のコヒーレンス長である。この
場合、光ファイバレーザ300は回転センサ100へレーザ出
力信号を供給し、エンベロープ410は個々のモード400を
含むけれどもそれはスペクトルエンベロープ410内で効
果的に連続するスペクトルを有する。第２図の模範的な
光ファイバレーザ300において、コヒーレンスピークス
ペーシングnLRは２メートルよりも大きく、かつこうし
て第１図の回転センサに対する50ないし100センチメー
トルの よりも実質上大きい。
コヒーレンス関数に関する付加的な情報のために、エ
ス・エゼキエル（S.Ezekiel）などの、エディタ、スプ
リンガ・バーラグ（Springer−Verlag）、1982（ISBN3
−540−11791−１および０−387−11791−１）、pp.237
−244、「ファイバ・オプティック回転センサおよび関
連技術（Fiber−Optic Rotation Sensors and Related
Technologies）」の、アール・イー・エプワース（R.E.
Epworth）、「光ファイバセンサにおいて用いられる様
々な半導体光源の時間コヒーレンス（The Temporal Col
erence of Various Semiconductor Light Sources Used
in Optical Fibre Sensors）」を参照されたい。
ス・エゼキエル（S.Ezekiel）などの、エディタ、スプ
リンガ・バーラグ（Springer−Verlag）、1982（ISBN3
−540−11791−１および０−387−11791−１）、pp.237
−244、「ファイバ・オプティック回転センサおよび関
連技術（Fiber−Optic Rotation Sensors and Related
Technologies）」の、アール・イー・エプワース（R.E.
Epworth）、「光ファイバセンサにおいて用いられる様
々な半導体光源の時間コヒーレンス（The Temporal Col
erence of Various Semiconductor Light Sources Used
in Optical Fibre Sensors）」を参照されたい。
代替の実施例 第２図と関連して上記に説明されたけれども、この発
明の光ファイバレーザが他の実施例に従って構成され得
ることを理解するべきである。たとえば、第８図は、多
重化結合器520を用いることによってレージング光ファ
イバ510で共振空洞が形成される代替の光ファイバレー
ザ500を示す。１つの好ましい多重化結合器520は米国特
許第4,556,279号において説明される。レージング光フ
ァイバ510は、第２図の実施例に関連して上記で説明さ
れたような光ファイバであることが好ましい。
明の光ファイバレーザが他の実施例に従って構成され得
ることを理解するべきである。たとえば、第８図は、多
重化結合器520を用いることによってレージング光ファ
イバ510で共振空洞が形成される代替の光ファイバレー
ザ500を示す。１つの好ましい多重化結合器520は米国特
許第4,556,279号において説明される。レージング光フ
ァイバ510は、第２図の実施例に関連して上記で説明さ
れたような光ファイバであることが好ましい。
関連の特許において説明されるように、好ましい多重
化結合器520は４つのポートＡ、Ｂ、ＣおよびＤを提供
するように２つのファイバを並列することによって形成
される。ポートＡおよびＢはレージングファイバ510の
第１の光ファイバ結合器セグメント522によって結合器5
20内で直接接続され、それゆえ結合器のポートＡに入る
光は第１の光ファイバ結合器セグメント522を介して伝
播し、かつポートＢを介して出る。同じ態様で、ポート
ＣおよびＤはレージングファイバ510の第２の光ファイ
バ結合器セグメント524によって結合器520内で接続さ
れ、それゆえポートＣに入る光は第２の光ファイバ結合
器セグメント524を介して伝播し、かつポートＤを介し
て出る。
化結合器520は４つのポートＡ、Ｂ、ＣおよびＤを提供
するように２つのファイバを並列することによって形成
される。ポートＡおよびＢはレージングファイバ510の
第１の光ファイバ結合器セグメント522によって結合器5
20内で直接接続され、それゆえ結合器のポートＡに入る
光は第１の光ファイバ結合器セグメント522を介して伝
播し、かつポートＢを介して出る。同じ態様で、ポート
ＣおよびＤはレージングファイバ510の第２の光ファイ
バ結合器セグメント524によって結合器520内で接続さ
れ、それゆえポートＣに入る光は第２の光ファイバ結合
器セグメント524を介して伝播し、かつポートＤを介し
て出る。
第１および第２の光ファイバ結合器セグメント522お
よび524は多重化結合器520内で並置され、それゆえポー
トＡに入る光の部分は係合器520内で結合されるであろ
うし、かつポートＢよりもポートＤを介して出るであろ
う。類似して、ポートＤに入る光の部分は結合器520内
で結合されるであろうし、かつポートＤよりもポートＢ
を出るであろう。多重化結合器520において、ポートＡ
からポートＤへ結合されるのパーセンテージおよびポー
トＣからポートＢに結合される光のパーセンテージは調
節されることができ、それゆえそれは、米国特許第4,55
6,279号において説明されるように波長依存である。た
とえば、第８図の実施例において、多重化結合器520は
有利に構成されて、1050ナノメートルないし1070ナノメ
ートルの範囲内の光波長を有する光の約90ないし95％を
ポートＡからポートＤへおよびポートＣからポートＤへ
結合する。同時に、多重化結合器520は800ないし830ナ
ノメートルの範囲内の光波長を有する光の実質上より小
さなパーセンテージ（好ましくは、０または０パーセン
トに近い）を結合するように構成される。
よび524は多重化結合器520内で並置され、それゆえポー
トＡに入る光の部分は係合器520内で結合されるであろ
うし、かつポートＢよりもポートＤを介して出るであろ
う。類似して、ポートＤに入る光の部分は結合器520内
で結合されるであろうし、かつポートＤよりもポートＢ
を出るであろう。多重化結合器520において、ポートＡ
からポートＤへ結合されるのパーセンテージおよびポー
トＣからポートＢに結合される光のパーセンテージは調
節されることができ、それゆえそれは、米国特許第4,55
6,279号において説明されるように波長依存である。た
とえば、第８図の実施例において、多重化結合器520は
有利に構成されて、1050ナノメートルないし1070ナノメ
ートルの範囲内の光波長を有する光の約90ないし95％を
ポートＡからポートＤへおよびポートＣからポートＤへ
結合する。同時に、多重化結合器520は800ないし830ナ
ノメートルの範囲内の光波長を有する光の実質上より小
さなパーセンテージ（好ましくは、０または０パーセン
トに近い）を結合するように構成される。
光ファイバ510は第１の端部530を含み、その中へ入力
ポンプ光信号532が光ポンプ源534から、好ましくは合焦
レンズ536を介して導入される。光ポンプ源534は有利に
はレーザダイオードなどであり、それは前と同じに、約
822ナノメートルのポンプ波長λＰを供給する。光ファ
イバ510の入力セグメント540は第１の端部530を多重化
結合器520のポートＡと相互接続する。光ファイバ510は
第１の光ファイバ結合器セグメント522としてポートＡ
およびポートＢの間で多重化結合器520を介して続く。
光ファイバ510はループセグメント542を含み、それはポ
ートＢをポートＣと相互接合する。光ファイバ510は多
重化結合器520を介してポートＣとポートＤとの間を第
２の光ファイバセグメント結合器セグメント524として
続く。光ファイバ510はポートＤから出力セグメント544
として延在する。
ポンプ光信号532が光ポンプ源534から、好ましくは合焦
レンズ536を介して導入される。光ポンプ源534は有利に
はレーザダイオードなどであり、それは前と同じに、約
822ナノメートルのポンプ波長λＰを供給する。光ファ
イバ510の入力セグメント540は第１の端部530を多重化
結合器520のポートＡと相互接続する。光ファイバ510は
第１の光ファイバ結合器セグメント522としてポートＡ
およびポートＢの間で多重化結合器520を介して続く。
光ファイバ510はループセグメント542を含み、それはポ
ートＢをポートＣと相互接合する。光ファイバ510は多
重化結合器520を介してポートＣとポートＤとの間を第
２の光ファイバセグメント結合器セグメント524として
続く。光ファイバ510はポートＤから出力セグメント544
として延在する。
入力ポンプ光信号532は光ファイバ510の入力端部530
から入力端部セグメント540を介して多重化結合器520の
ポートＡへ伝播する。入力ポンプ信号は約822ナノメー
トルの波長を有するので、もしあったとしても、大変少
ない入力ポンプ信号が第１の結合器ストランド522から
第２の結合器ストランド524へ結合される。こうして、
実質上すべての入力ポンプ信号が多重化結合器520を出
てポートＢを介しかつループセグメント542に入る。入
力ポンプ信号がループセグメント542を回って伝播する
とき、それはレージング光ファイバ510をポンピング
し、それは上記において第２図と関連して論じられたよ
うに、約1055ないし1075ナノメートルの波長範囲の光を
放出する。放出された光は同じ波長範囲の付加的な光の
放出を刺激する。放出された光およびいかなる吸収され
ないポンプ光も多重化結合器520のポートＣへ伝播し、
かつ第２の結合器セグメント524へ入る。ポンプ光波長
での結合のパーセンテージは大変小さいので、実質上す
べての残留ポンプ光が第２の結合器セグメント524内に
残り、かつポートＤを介して多重化結合器520を出る。
他方、1055ないし1075ナノメートルの波長範囲のレーザ
光の約90ないし95％が第２の結合器セグメント524から
第１の結合器セグメント522へ結合され、かつポートＢ
を介して出てループセグメント542内を伝播する。レー
ザ光の係合されない５ないし10％はポートＤを介して出
て、かつレーザ出力信号550として出力端部セグメント5
44を介して出力される。レーザ出力信号550は適切な手
段（たとえば突き合わせ結合）によって第１図の光ファ
イバ回転センサ100の入力に結合されることができ、回
転センサのための広帯域源を提供する。この実施例は、
レーザ500の出力端部セグメント544が、たとえば、回転
センサ100の入力端部部分120に直接継がれることができ
る点において、特定的に有利である。
から入力端部セグメント540を介して多重化結合器520の
ポートＡへ伝播する。入力ポンプ信号は約822ナノメー
トルの波長を有するので、もしあったとしても、大変少
ない入力ポンプ信号が第１の結合器ストランド522から
第２の結合器ストランド524へ結合される。こうして、
実質上すべての入力ポンプ信号が多重化結合器520を出
てポートＢを介しかつループセグメント542に入る。入
力ポンプ信号がループセグメント542を回って伝播する
とき、それはレージング光ファイバ510をポンピング
し、それは上記において第２図と関連して論じられたよ
うに、約1055ないし1075ナノメートルの波長範囲の光を
放出する。放出された光は同じ波長範囲の付加的な光の
放出を刺激する。放出された光およびいかなる吸収され
ないポンプ光も多重化結合器520のポートＣへ伝播し、
かつ第２の結合器セグメント524へ入る。ポンプ光波長
での結合のパーセンテージは大変小さいので、実質上す
べての残留ポンプ光が第２の結合器セグメント524内に
残り、かつポートＤを介して多重化結合器520を出る。
他方、1055ないし1075ナノメートルの波長範囲のレーザ
光の約90ないし95％が第２の結合器セグメント524から
第１の結合器セグメント522へ結合され、かつポートＢ
を介して出てループセグメント542内を伝播する。レー
ザ光の係合されない５ないし10％はポートＤを介して出
て、かつレーザ出力信号550として出力端部セグメント5
44を介して出力される。レーザ出力信号550は適切な手
段（たとえば突き合わせ結合）によって第１図の光ファ
イバ回転センサ100の入力に結合されることができ、回
転センサのための広帯域源を提供する。この実施例は、
レーザ500の出力端部セグメント544が、たとえば、回転
センサ100の入力端部部分120に直接継がれることができ
る点において、特定的に有利である。
ループセグメント542に戻って結合される放出された
レーザ光の部分は、上記に論じられたように、広帯域ス
ペクトルエンベロープ内の波長での付加的なレーザ光の
放出を刺激する。ループセグメント542の長さは共振空
洞の長さを規定し、それは共振空洞レーザ500のどの特
定の縦モードがループセグメント542内の再循環によっ
て補強されるかを決める。ループセグメント542の長さ
はループセグメント542を回って多重化結合器520内の第
１の結合器ストランド522の中心から第２の結合器スト
ランド524の並列された中心へ戻る光経路の長さとして
規定される。
レーザ光の部分は、上記に論じられたように、広帯域ス
ペクトルエンベロープ内の波長での付加的なレーザ光の
放出を刺激する。ループセグメント542の長さは共振空
洞の長さを規定し、それは共振空洞レーザ500のどの特
定の縦モードがループセグメント542内の再循環によっ
て補強されるかを決める。ループセグメント542の長さ
はループセグメント542を回って多重化結合器520内の第
１の結合器ストランド522の中心から第２の結合器スト
ランド524の並列された中心へ戻る光経路の長さとして
規定される。
実質上すべての入力ポンプエネルギがループセグメン
ト542内で吸収されることが所望であると理解するべき
である。こうして、光ファイバ510の入力端部セグメン
ト540は実質上すべてのポンプエネルギがループセグメ
ント542において吸収されるように十分短いべきであ
る。代替の実施例（示さず）において、入力セグメント
540、第１の結合器ストランド522、第２の結合器ストラ
ンド524および出力セグメント544は非レージング光ファ
イバを含み得て、それゆえもしあったとしても大変少な
いポンプエネルギが実施例のそれらの部分によって吸収
される。代替の実施例において、ループセグメント542
が従来の継ぎ方法によって、多重化結合器520のポート
ＢおよびポートＣに近接して第１の結合器ストランド52
2および第２の結合器ストランド524に継がれ、それゆえ
ループセグメントのみがレージング光ファイバ510を含
む。こうして、非レージングファイバから構成される従
来の多重化結合器がこの代替の実施例のために用いられ
得る。
ト542内で吸収されることが所望であると理解するべき
である。こうして、光ファイバ510の入力端部セグメン
ト540は実質上すべてのポンプエネルギがループセグメ
ント542において吸収されるように十分短いべきであ
る。代替の実施例（示さず）において、入力セグメント
540、第１の結合器ストランド522、第２の結合器ストラ
ンド524および出力セグメント544は非レージング光ファ
イバを含み得て、それゆえもしあったとしても大変少な
いポンプエネルギが実施例のそれらの部分によって吸収
される。代替の実施例において、ループセグメント542
が従来の継ぎ方法によって、多重化結合器520のポート
ＢおよびポートＣに近接して第１の結合器ストランド52
2および第２の結合器ストランド524に継がれ、それゆえ
ループセグメントのみがレージング光ファイバ510を含
む。こうして、非レージングファイバから構成される従
来の多重化結合器がこの代替の実施例のために用いられ
得る。
第９図はこの発明に従って構成された光ファイバレー
ザ600の代替の実施例を開示する。前に説明されたよう
なレージング光ファイバ610をレーザ600が含む。加え
て、レーザ600は下記に説明されるであろうような、入
力および出力接続を提供するために用いられる非レージ
ング光ファイバ614を含む。レージング光ファイバ610お
よび非レージング光ファイバ614は第８図に関連して説
明されたように多重化結合器620内に並列される。非レ
ージング光ファイバ614は第１の端部630を有し、その中
にポンプ光信号634がポンプ源638から導入され、それは
有利には約822ナノメートルで動作するレーザダイオー
ドまたは他の光エネルギ源である。ポンプ光信号634は
合焦レンズ640によって非レージング光ファイバ614の第
１の端部630上に焦点合わせをされ得る。好ましい実施
例において、第１の端部630は適切なポンプ源638の光フ
ァイバ出力に突き合わせ結合され、それは光ファイバ出
力を供給する。非レージング光ファイバ614の入力端部
部分644は第１の端部630を多重化結合器620のポートＡ
と相互接続する。非レージング光ファイバ614の結合器
部分648は多重化結合器620のポートＡをポートＢとかつ
こうして非レージング光ファイバ614の出力端部部分650
へ相互接続する。出力端部部分650は多重化結合器620の
ポートＢを非レージング光ファイバ614の第２の端部654
と相互接続する。第２の端部654は第１図の回転センサ1
00の入力端部へ有利には突き合わせ結合される。
ザ600の代替の実施例を開示する。前に説明されたよう
なレージング光ファイバ610をレーザ600が含む。加え
て、レーザ600は下記に説明されるであろうような、入
力および出力接続を提供するために用いられる非レージ
ング光ファイバ614を含む。レージング光ファイバ610お
よび非レージング光ファイバ614は第８図に関連して説
明されたように多重化結合器620内に並列される。非レ
ージング光ファイバ614は第１の端部630を有し、その中
にポンプ光信号634がポンプ源638から導入され、それは
有利には約822ナノメートルで動作するレーザダイオー
ドまたは他の光エネルギ源である。ポンプ光信号634は
合焦レンズ640によって非レージング光ファイバ614の第
１の端部630上に焦点合わせをされ得る。好ましい実施
例において、第１の端部630は適切なポンプ源638の光フ
ァイバ出力に突き合わせ結合され、それは光ファイバ出
力を供給する。非レージング光ファイバ614の入力端部
部分644は第１の端部630を多重化結合器620のポートＡ
と相互接続する。非レージング光ファイバ614の結合器
部分648は多重化結合器620のポートＡをポートＢとかつ
こうして非レージング光ファイバ614の出力端部部分650
へ相互接続する。出力端部部分650は多重化結合器620の
ポートＢを非レージング光ファイバ614の第２の端部654
と相互接続する。第２の端部654は第１図の回転センサ1
00の入力端部へ有利には突き合わせ結合される。
多重化結合器620内で、非レージング光ファイバ614の
結合器部分648はレージング光ファイバ610の結合器部分
660と並列にされる。レージング光ファイバ610の結合器
部分660は多重化結合器620のポートＣおよびポートＤを
相互接続する。多重化結合器620のポートＣはレージン
グ光ファイバ610の第１の短い空洞セグメント670に接続
され、それは第１の端部672で終端とされる。上記で第
２図と関連して説明されたように、第１のミラー674が
第１の端部672に近接して位置づけられかつ整列され、
それゆえ第１の端部672を出る光は第１の端部672内へ戻
って反射され、多重化結合器620のポートＣへ戻って伝
播する。第１の端部部分676は第１の端部672に近接して
規定される。好ましくは、第１の端部部分676は第１の
キャピラリチューブ678などによって支持される。第１
のミラー674は、第２図に関連して上記で説明されたよ
うに、第１のキャピラリチューブに固定されることがで
き、または、好ましくは、反射性コーティングを置くこ
とによって第１の端部672上へ製作される。
結合器部分648はレージング光ファイバ610の結合器部分
660と並列にされる。レージング光ファイバ610の結合器
部分660は多重化結合器620のポートＣおよびポートＤを
相互接続する。多重化結合器620のポートＣはレージン
グ光ファイバ610の第１の短い空洞セグメント670に接続
され、それは第１の端部672で終端とされる。上記で第
２図と関連して説明されたように、第１のミラー674が
第１の端部672に近接して位置づけられかつ整列され、
それゆえ第１の端部672を出る光は第１の端部672内へ戻
って反射され、多重化結合器620のポートＣへ戻って伝
播する。第１の端部部分676は第１の端部672に近接して
規定される。好ましくは、第１の端部部分676は第１の
キャピラリチューブ678などによって支持される。第１
のミラー674は、第２図に関連して上記で説明されたよ
うに、第１のキャピラリチューブに固定されることがで
き、または、好ましくは、反射性コーティングを置くこ
とによって第１の端部672上へ製作される。
同じ態様で、多重化結合器620のポートＤはレージン
グ光ファイバ610の第２より長いレージングセグメント6
80に接続される。第２のレージングセグメント680は第
２のミラー684と整列させられた第２の端部682によって
終端とされる。その整列は第２の端部部分686を第２の
キャピラリチューブ内に支持しかつ第２のミラー684を
第２のキャピラリチューブ688へ固定することによって
達成され得る。その代わりには、好ましい実施例におい
て、第２のミラー684が反射性コーティングを第２の端
部682上へ直接置くことによって形成される。
グ光ファイバ610の第２より長いレージングセグメント6
80に接続される。第２のレージングセグメント680は第
２のミラー684と整列させられた第２の端部682によって
終端とされる。その整列は第２の端部部分686を第２の
キャピラリチューブ内に支持しかつ第２のミラー684を
第２のキャピラリチューブ688へ固定することによって
達成され得る。その代わりには、好ましい実施例におい
て、第２のミラー684が反射性コーティングを第２の端
部682上へ直接置くことによって形成される。
第９図の実施例において、第１のミラー674および第
２のミラー684が好ましくは1055ないし1075ナノメート
ルの波長範囲内で実質上100％反射性であり、それゆえ
第１の端部672または第２の端部682のいずれかから出て
くる光の実質上すべてがそれぞれの端部内へ戻って反射
される。好ましくは、第２のミラー684は約822ナノメー
トルのポンプ波長において実質上100％非反射性（すな
わち透過性）である。また好ましくは、822ナノメート
ルのポンプ波長での光エネルギの約100％が非レージン
グ光ファイバ614の結合器部分648からレージング光ファ
イバ610の結合器部分660へ結合されるように、多重化結
合器620が構成される。多重化結合器620はまた、たとえ
ば、1055ないし1075ナノメートルの範囲における波長を
有する光エネルギの約５ないし10％がレージング光ファ
イバ610の結合器部分660から非レージング光ファイバ61
4の結合器部分648へ結合されるように構成される。
２のミラー684が好ましくは1055ないし1075ナノメート
ルの波長範囲内で実質上100％反射性であり、それゆえ
第１の端部672または第２の端部682のいずれかから出て
くる光の実質上すべてがそれぞれの端部内へ戻って反射
される。好ましくは、第２のミラー684は約822ナノメー
トルのポンプ波長において実質上100％非反射性（すな
わち透過性）である。また好ましくは、822ナノメート
ルのポンプ波長での光エネルギの約100％が非レージン
グ光ファイバ614の結合器部分648からレージング光ファ
イバ610の結合器部分660へ結合されるように、多重化結
合器620が構成される。多重化結合器620はまた、たとえ
ば、1055ないし1075ナノメートルの範囲における波長を
有する光エネルギの約５ないし10％がレージング光ファ
イバ610の結合器部分660から非レージング光ファイバ61
4の結合器部分648へ結合されるように構成される。
動作において、入力ポンプ信号634が非レージング光
ファイバ614の入力端部634から多重化結合器620のポー
トＡへ伝播し、そこにおいて光エネルギの約100％が多
重化結合器620のポートＤに結合される。結合されたポ
ンプ光は長い第２のレージングセグメント680を介して
第２の端部682へ伝播し、そこでそれは好ましくは第２
のミラー684を介して出る。ポンプ信号はレージング光
ファイバ610においてレージング媒体をポンピングし、
かつ1055ないし1075ナノメートルのレージング波長にお
ける光エネルギの放出を引き起こす。レーザ光エネルギ
の約90ないし95％がレージング光ファイバ610内に残る
が、それはなぜらならば多重化結合器620の多重化動作
および第１のミラー674および第２のミラー684の反射の
ためである。多重化結合器620のポートＣから多重化結
合器620のポートＢに結合されるレーザ光エネルギの５
ないし10％がレーザ出力信号690として非レージング光
ファイバ614の第２の端部654を介して出力される。多重
化結合器620のポートＤから多重化結合器620のポートＡ
へ結合されたレーザ光信号の部分は非レージング光ファ
イバ614の第１の端部630を介して失われる。
ファイバ614の入力端部634から多重化結合器620のポー
トＡへ伝播し、そこにおいて光エネルギの約100％が多
重化結合器620のポートＤに結合される。結合されたポ
ンプ光は長い第２のレージングセグメント680を介して
第２の端部682へ伝播し、そこでそれは好ましくは第２
のミラー684を介して出る。ポンプ信号はレージング光
ファイバ610においてレージング媒体をポンピングし、
かつ1055ないし1075ナノメートルのレージング波長にお
ける光エネルギの放出を引き起こす。レーザ光エネルギ
の約90ないし95％がレージング光ファイバ610内に残る
が、それはなぜらならば多重化結合器620の多重化動作
および第１のミラー674および第２のミラー684の反射の
ためである。多重化結合器620のポートＣから多重化結
合器620のポートＢに結合されるレーザ光エネルギの５
ないし10％がレーザ出力信号690として非レージング光
ファイバ614の第２の端部654を介して出力される。多重
化結合器620のポートＤから多重化結合器620のポートＡ
へ結合されたレーザ光信号の部分は非レージング光ファ
イバ614の第１の端部630を介して失われる。
第９図の実施例において、第２のレージングセグメン
ト680の部分がレージング動作することがただ必要であ
る。より短い光ファイバセグメンド670が非レージング
光ファイバから構成され得る。こうして、代替の実施例
において（示さず）、多重化結合器620が従来の態様で
非レージングファイバから全体的に構成され、かつ第２
のレージングセグメント680は多重化結合器620のポート
Ｄから延在する非レージングファイバに継がれる。第１
の光ファイバセグメント670は多重化結合器620のポート
Ｃから延在する非レージングファイバ上に継がれること
ができ、またはさらなる代替例として、第１のミラー67
4が非レージングファイバ上に製作されるかまたはそれ
に近接して取付けられてもよい。
ト680の部分がレージング動作することがただ必要であ
る。より短い光ファイバセグメンド670が非レージング
光ファイバから構成され得る。こうして、代替の実施例
において（示さず）、多重化結合器620が従来の態様で
非レージングファイバから全体的に構成され、かつ第２
のレージングセグメント680は多重化結合器620のポート
Ｄから延在する非レージングファイバに継がれる。第１
の光ファイバセグメント670は多重化結合器620のポート
Ｃから延在する非レージングファイバ上に継がれること
ができ、またはさらなる代替例として、第１のミラー67
4が非レージングファイバ上に製作されるかまたはそれ
に近接して取付けられてもよい。
第10図は、上記に説明されたような単一光レージング
ファイバ910を組入れる光レーザファイバ900のさらなる
代替の実施例を示す。第10図の実施例はさらに第１の多
重化結合器914および第２の多重化結合器918を含み、そ
れらは好ましくは上記で参照された米国特許第4,556,27
9号に従って構成される。２つの結合器の結合パーセン
テージは、２つの結合器が800ないし840ナノメートルの
範囲における波長を有する光の約０％を結合するように
調節されるのが好ましい。第１の多重化結合器914が105
0ないし1080ナノメートルの範囲内の波長を有する光の
約50％を結合するように構成される。第２の多重化結合
器は1050ないし1080ナノメートルの範囲内の波長を有す
る光の50％より少ないもの（たとえば、45ないし48％）
を結合するように構成される。
ファイバ910を組入れる光レーザファイバ900のさらなる
代替の実施例を示す。第10図の実施例はさらに第１の多
重化結合器914および第２の多重化結合器918を含み、そ
れらは好ましくは上記で参照された米国特許第4,556,27
9号に従って構成される。２つの結合器の結合パーセン
テージは、２つの結合器が800ないし840ナノメートルの
範囲における波長を有する光の約０％を結合するように
調節されるのが好ましい。第１の多重化結合器914が105
0ないし1080ナノメートルの範囲内の波長を有する光の
約50％を結合するように構成される。第２の多重化結合
器は1050ないし1080ナノメートルの範囲内の波長を有す
る光の50％より少ないもの（たとえば、45ないし48％）
を結合するように構成される。
レージング光ファイバ910は入力端部920を有する。レ
ージング光ファイバ910の入力端部部分924は入力端部92
0を第１の多重化結合器914のポートＡと相互接続する。
第１の多重化結合器914の第１の結合器部分930はポート
Ａを第１の多重化結合器914のポートＢと相互接続す
る。第１の多重化結合器914の第１の結合器部分930は、
ポートＣをポートＤと相互接続する第２の結合器部分93
4と並列にされる。レージング光ファイバ910の第１のル
ープ部分940は第１の多重化結合器914のポートＢを第１
の多重化結合器914のポートＤと相互接続し、それゆえ
ポートＢから放出された光は第１のループ部分940を回
って伝播し、かつポートＤに入る。
ージング光ファイバ910の入力端部部分924は入力端部92
0を第１の多重化結合器914のポートＡと相互接続する。
第１の多重化結合器914の第１の結合器部分930はポート
Ａを第１の多重化結合器914のポートＢと相互接続す
る。第１の多重化結合器914の第１の結合器部分930は、
ポートＣをポートＤと相互接続する第２の結合器部分93
4と並列にされる。レージング光ファイバ910の第１のル
ープ部分940は第１の多重化結合器914のポートＢを第１
の多重化結合器914のポートＤと相互接続し、それゆえ
ポートＢから放出された光は第１のループ部分940を回
って伝播し、かつポートＤに入る。
第１の多重化結合器914のポートＣはレージング光フ
ァイバ910の中間部分950を介して第２の多重化結合器91
8のポートＡへ接続される。第２の多重化結合器918のポ
ートＡは、第２の結合器部分958と並列される第１の結
合器部分954によって第２の多重化結合器918のポートＢ
へ接続される。第２の結合器部分958は第２の多重化結
合器918のポートＣおよびポートＤを相互接続する。第
２の多重化結合器918のポートＢおよびポートＤはレー
ジング光ファイバ910の第２のループ部分960によって相
互接続される。出力端部部分964は第２の多重化結合器9
18のポートＣを出力端部968と相互接続する。
ァイバ910の中間部分950を介して第２の多重化結合器91
8のポートＡへ接続される。第２の多重化結合器918のポ
ートＡは、第２の結合器部分958と並列される第１の結
合器部分954によって第２の多重化結合器918のポートＢ
へ接続される。第２の結合器部分958は第２の多重化結
合器918のポートＣおよびポートＤを相互接続する。第
２の多重化結合器918のポートＢおよびポートＤはレー
ジング光ファイバ910の第２のループ部分960によって相
互接続される。出力端部部分964は第２の多重化結合器9
18のポートＣを出力端部968と相互接続する。
第10図の光ファイバレーザ900は光ポンプ源970をさら
に含み、それはレージング光ファイバ910に対する広帯
域ポンピング範囲における波長を有するポンプ信号974
を供給する。上記で説明されたレージング光ファイバに
対して、ポンプ波長は好ましくは約822ナノメートルで
ある。ポンプ信号974は合焦レンズ978または他の適切な
手段によって入力端部920に結合される。たとえば、入
力端部920は適切なポンプ源の出力に突き合わせ結合さ
れるかまたは継がれ得る。ポンプ信号は入力端部部分92
4を介して第１の多重化結合器914のポートＡに伝播す
る。ポンプ信号の実質上０％が結合されるので、実質上
すべてのポンプ信号が第１の多重化結合器914のポート
Ｂから出て、かつ第１のループ部分940を回って伝播
し、かつ第１の多重化結合器914のポートＤに入る。再
び、実質上結合は起こらず、かつポンプ信号は第１の多
重化結合器914のポートＣから出て中間ファイバ部分950
を介して第２の多重化結合器918のポートＡへ伝播す
る。ポンプ信号が第２の多重化結合器918のポートＢか
ら出てかつ第２のループ部分960をまわり、第２の多重
化結合器918のポートＤに伝播する。ポンプ信号が第２
の多重化結合器918のポートＣから出てかつ出力端部部
分964を介してレージング光ファイバ910の出力端部968
へ伝播する。ポンプ信号が上記で説明された光ファイバ
部分を介して伝播すると、それはレージング材料によっ
て吸収され、かつ出力端部968から出る光ポンプエネル
ギの強度は入力端部920へのポンプ信号入力の強度より
も実質上小さい。ポンプ光エネルギがファイバ部分によ
って設けられる伝播経路を介して一度だけ伝播すること
が理解される。
に含み、それはレージング光ファイバ910に対する広帯
域ポンピング範囲における波長を有するポンプ信号974
を供給する。上記で説明されたレージング光ファイバに
対して、ポンプ波長は好ましくは約822ナノメートルで
ある。ポンプ信号974は合焦レンズ978または他の適切な
手段によって入力端部920に結合される。たとえば、入
力端部920は適切なポンプ源の出力に突き合わせ結合さ
れるかまたは継がれ得る。ポンプ信号は入力端部部分92
4を介して第１の多重化結合器914のポートＡに伝播す
る。ポンプ信号の実質上０％が結合されるので、実質上
すべてのポンプ信号が第１の多重化結合器914のポート
Ｂから出て、かつ第１のループ部分940を回って伝播
し、かつ第１の多重化結合器914のポートＤに入る。再
び、実質上結合は起こらず、かつポンプ信号は第１の多
重化結合器914のポートＣから出て中間ファイバ部分950
を介して第２の多重化結合器918のポートＡへ伝播す
る。ポンプ信号が第２の多重化結合器918のポートＢか
ら出てかつ第２のループ部分960をまわり、第２の多重
化結合器918のポートＤに伝播する。ポンプ信号が第２
の多重化結合器918のポートＣから出てかつ出力端部部
分964を介してレージング光ファイバ910の出力端部968
へ伝播する。ポンプ信号が上記で説明された光ファイバ
部分を介して伝播すると、それはレージング材料によっ
て吸収され、かつ出力端部968から出る光ポンプエネル
ギの強度は入力端部920へのポンプ信号入力の強度より
も実質上小さい。ポンプ光エネルギがファイバ部分によ
って設けられる伝播経路を介して一度だけ伝播すること
が理解される。
上記で論じられたように、吸収されたポンプ信号はレ
ーザ波長において光エネルギの放出を引き起こす（たと
えば、ここに説明されたレージング材料に対して1055な
いし1075ナノメートルの範囲において）。こうして発生
されたレージング光エネルギは上記で説明されたファイ
バ部分内を伝播する。伝播経路を介して一度だけ伝播す
るポンプ光エネルギと違い、レーザ光エネルギは第１お
よび第２の多重化結合器914および918の動作によって中
間ファイバ部分950において再循環する。空洞の合計長
さは中間部分950および第１および第２のループ部分940
および960のうちの１つによって規定される。
ーザ波長において光エネルギの放出を引き起こす（たと
えば、ここに説明されたレージング材料に対して1055な
いし1075ナノメートルの範囲において）。こうして発生
されたレージング光エネルギは上記で説明されたファイ
バ部分内を伝播する。伝播経路を介して一度だけ伝播す
るポンプ光エネルギと違い、レーザ光エネルギは第１お
よび第２の多重化結合器914および918の動作によって中
間ファイバ部分950において再循環する。空洞の合計長
さは中間部分950および第１および第２のループ部分940
および960のうちの１つによって規定される。
第１の多重化結合器914および第２の多重化結合器918
が、中間ファイバ部分950内を伝播する光に関してミラ
ーとして動作することが当業者には理解されるであろ
う。たとえば、第１の多重化結合器914のポートＣへ中
間ファイバ部分950から入る光は第１のループ部分940に
おける時計と反対回りの伝播のためにポートＤへ、かつ
第１のループ部分940を回る時計回りの伝播のためにポ
ートＢへ結合されるであろう。２つの逆伝播する光信号
がそれぞれポートＢおよびポートＤに戻るであろうし、
そこでそれらは結合される。光信号の間の周知の位相関
係のために、実質上すべての光がポートＣに結合される
であろうし、かつ中間ファイバ部分970を介して再び伝
播するであろう。こうして、第１の多重化結合器914は
第２図における第１のミラー340に対応して実質上100％
反射性ミラーとして働く。第２の多重化結合器918は50
％より少ない結合を有するように構成されるので、第２
の多重加結合器918のポートＡから第２のループ部分960
内へ結合される光の100％より少ないものがポートＡに
戻ってかつこうして中間ファイバ部分950に戻って結合
されるであろう。光の小さな部分が第２の多重化結合器
918のポートＣへ結合されるであろうし、かつ出力端部
部分964を介して出力端部968へ伝播するであろうしかつ
レーザ出力信号980として供給される。レーザ出力信号9
80は、第１図の回転センサ100などの、回転センサなど
への広帯域レーザ入力信号として有利には供給される。
出力端部968は回転センサの入力へ突き合わせ結合され
るかまたは継がれ得る。先の実施例のように、この実施
例に対する共振空洞の長さはレーザ光が進む往復距離、
すなわち、ループ940、960の結合された長さに中間部分
950の長さの２倍を加えたものに等しい。
が、中間ファイバ部分950内を伝播する光に関してミラ
ーとして動作することが当業者には理解されるであろ
う。たとえば、第１の多重化結合器914のポートＣへ中
間ファイバ部分950から入る光は第１のループ部分940に
おける時計と反対回りの伝播のためにポートＤへ、かつ
第１のループ部分940を回る時計回りの伝播のためにポ
ートＢへ結合されるであろう。２つの逆伝播する光信号
がそれぞれポートＢおよびポートＤに戻るであろうし、
そこでそれらは結合される。光信号の間の周知の位相関
係のために、実質上すべての光がポートＣに結合される
であろうし、かつ中間ファイバ部分970を介して再び伝
播するであろう。こうして、第１の多重化結合器914は
第２図における第１のミラー340に対応して実質上100％
反射性ミラーとして働く。第２の多重化結合器918は50
％より少ない結合を有するように構成されるので、第２
の多重加結合器918のポートＡから第２のループ部分960
内へ結合される光の100％より少ないものがポートＡに
戻ってかつこうして中間ファイバ部分950に戻って結合
されるであろう。光の小さな部分が第２の多重化結合器
918のポートＣへ結合されるであろうし、かつ出力端部
部分964を介して出力端部968へ伝播するであろうしかつ
レーザ出力信号980として供給される。レーザ出力信号9
80は、第１図の回転センサ100などの、回転センサなど
への広帯域レーザ入力信号として有利には供給される。
出力端部968は回転センサの入力へ突き合わせ結合され
るかまたは継がれ得る。先の実施例のように、この実施
例に対する共振空洞の長さはレーザ光が進む往復距離、
すなわち、ループ940、960の結合された長さに中間部分
950の長さの２倍を加えたものに等しい。
反射器として結合器を用いる類似のレーザ構成に関す
る付加的な詳細が、たとえば、アプライド・オプティク
ス（APPLIED OPTICS）、Vol.28、No.11、1987年６月１
日、pp.2197−2201の、イアン・ディー・ミラー（Iain
D.Miller）など、「オールファイバ反射器を用いるNd3+
−ドープされたCWファイバレーザ（A Nd3+−doped cw f
iber laser using all−fiber reflectors）」において
見い出される。
る付加的な詳細が、たとえば、アプライド・オプティク
ス（APPLIED OPTICS）、Vol.28、No.11、1987年６月１
日、pp.2197−2201の、イアン・ディー・ミラー（Iain
D.Miller）など、「オールファイバ反射器を用いるNd3+
−ドープされたCWファイバレーザ（A Nd3+−doped cw f
iber laser using all−fiber reflectors）」において
見い出される。
レーザの共振空洞における位相変調器を有する代替の実
施例の説明 上記で説明された共振空洞広帯域ファイバレーザは、
第１図に関連して上記で説明されたような光ファイバ回
転センサのための広帯域光源として大変有益であること
が示された。上記で論じられたように、この発明の共振
空洞ファイバレーザは20ナノメートルの範囲である放出
線幅を供給すること、および放出された光の平均波長に
対する度あたり約6ppm（6ppm/℃）の温度係数を有する
ことを見い出された。光ファイバシステムの簡単な温度
制御が約1ppm/℃の温度係数をもたらすであろうと予測
される。上記でさらに論じられるように、ファイバレー
ザ平均波長対ポンプダイオード平均波長の曲線の傾きは
比較的静止した点を有し（第５図におけるＭ）、そこに
おいて曲線の傾きは０である。この静止点の周囲で動作
することによって、共振レーザのポンプダイオード源の
比較的真直ぐな温度制御が安定したレーザ出力信号を供
給するために用いられ得る。
施例の説明 上記で説明された共振空洞広帯域ファイバレーザは、
第１図に関連して上記で説明されたような光ファイバ回
転センサのための広帯域光源として大変有益であること
が示された。上記で論じられたように、この発明の共振
空洞ファイバレーザは20ナノメートルの範囲である放出
線幅を供給すること、および放出された光の平均波長に
対する度あたり約6ppm（6ppm/℃）の温度係数を有する
ことを見い出された。光ファイバシステムの簡単な温度
制御が約1ppm/℃の温度係数をもたらすであろうと予測
される。上記でさらに論じられるように、ファイバレー
ザ平均波長対ポンプダイオード平均波長の曲線の傾きは
比較的静止した点を有し（第５図におけるＭ）、そこに
おいて曲線の傾きは０である。この静止点の周囲で動作
することによって、共振レーザのポンプダイオード源の
比較的真直ぐな温度制御が安定したレーザ出力信号を供
給するために用いられ得る。
上記で説明された共振空洞光ファイバレーザーに関す
るいくつかの実験において、回転センサ100（第１図）
からの変調された光フィードバックにレーザが感応する
ことが見い出された。変調された光フィードバックは、
共振空洞レーザによって発生されたレーザ光信号が変わ
ることを引き起こし、かつこうして回転センサ100によ
って示される回転速度における誤りを引き起こす。
るいくつかの実験において、回転センサ100（第１図）
からの変調された光フィードバックにレーザが感応する
ことが見い出された。変調された光フィードバックは、
共振空洞レーザによって発生されたレーザ光信号が変わ
ることを引き起こし、かつこうして回転センサ100によ
って示される回転速度における誤りを引き起こす。
１つの模範的な実験における変調されたフィードバッ
ク信号の効果が第11図および第12図において示される。
第11図は、第２図の共振空洞レーザ300を用いるとき
の、第１図におけるROTATION RATE信号線230上の回転セ
ンサ100によって発生された電気出力信号の模範的なス
ペクトル走査1000を示す。第11図において、回転センサ
100は静止的（すなわち、回転せず）である。示される
ように、スペクトル走査1000はfm1の周波数での著しい
ピーク1010を有し、そこでfm1は駆動および検出電子回
路210によって位相変調器218に加えられた信号の周波数
である。光源110から（すなわち第２図の共振空洞レー
ザ300から）回転センサ100の入力に与えられた光信号を
阻止することによって、光変調によって引き起こされな
い回転センサによって発生される電子ノイズがあること
が見い出された。電子ノイズは第12図においてスペクト
ル走査1020によって示される。スペクトル走査1000にお
けるピーク1010は、ROTATION RATE信号内に現われるフ
ィードバック誤りを表わし、電子ノイズフロアよりも大
きな40dBのオーダである。
ク信号の効果が第11図および第12図において示される。
第11図は、第２図の共振空洞レーザ300を用いるとき
の、第１図におけるROTATION RATE信号線230上の回転セ
ンサ100によって発生された電気出力信号の模範的なス
ペクトル走査1000を示す。第11図において、回転センサ
100は静止的（すなわち、回転せず）である。示される
ように、スペクトル走査1000はfm1の周波数での著しい
ピーク1010を有し、そこでfm1は駆動および検出電子回
路210によって位相変調器218に加えられた信号の周波数
である。光源110から（すなわち第２図の共振空洞レー
ザ300から）回転センサ100の入力に与えられた光信号を
阻止することによって、光変調によって引き起こされな
い回転センサによって発生される電子ノイズがあること
が見い出された。電子ノイズは第12図においてスペクト
ル走査1020によって示される。スペクトル走査1000にお
けるピーク1010は、ROTATION RATE信号内に現われるフ
ィードバック誤りを表わし、電子ノイズフロアよりも大
きな40dBのオーダである。
第13図は回転センサ100′を結合する回転センサシス
テム1050の模範的な実施例を示し、それは第１図の回転
センサ100に従って構成され、第２図の共振空洞レーザ3
00に従って構成された共振空洞レーザ300′を伴う。第1
3図において、回転センサ100′の同じエレメントが第１
図の回転センサ100において用いられた同じ識別番号で
示される。類似して、共振空洞レーザ300′の同じエレ
メントは第２図の回転センサ300におけるのと同じ数字
認識を有する。回転センサ100′および共振空洞レーザ3
00′の動作は第１図および第２図の説明をそれぞれ参照
することによって理解される。下記に論じられるであろ
うように、回転センサシステム1050は回転センサ100′
に対するかつ共振空洞レーザ300′に対する修正を含
み、それは回転センサ100′からの変調されたフィード
バックによって引き起こされる誤りを抑える。
テム1050の模範的な実施例を示し、それは第１図の回転
センサ100に従って構成され、第２図の共振空洞レーザ3
00に従って構成された共振空洞レーザ300′を伴う。第1
3図において、回転センサ100′の同じエレメントが第１
図の回転センサ100において用いられた同じ識別番号で
示される。類似して、共振空洞レーザ300′の同じエレ
メントは第２図の回転センサ300におけるのと同じ数字
認識を有する。回転センサ100′および共振空洞レーザ3
00′の動作は第１図および第２図の説明をそれぞれ参照
することによって理解される。下記に論じられるであろ
うように、回転センサシステム1050は回転センサ100′
に対するかつ共振空洞レーザ300′に対する修正を含
み、それは回転センサ100′からの変調されたフィード
バックによって引き起こされる誤りを抑える。
第13図において、回転センサ100′はファラデーアイ
ソレータ1060を含み、それは共振空洞レーザ300′およ
び光ファイバ114の入力セグメント120の間に位置づけら
れる。ファラデーアイソレータは当該技術において周知
であり、かつバルク光学コンポーネントとして容易に手
に入る。加えて、ファラデーアイソレータは光ファイバ
コンポーネントとして構成されることができ、かつ回転
センサと組合わせて用いられ、それは米国特許第4,615,
582号および米国特許第4,671,658号において説明され、
それの両方がここに引用により援用される。こうして、
ファラデーアイソレータは光ファイバ114の入力セグメ
ント120上に形成され得る。
ソレータ1060を含み、それは共振空洞レーザ300′およ
び光ファイバ114の入力セグメント120の間に位置づけら
れる。ファラデーアイソレータは当該技術において周知
であり、かつバルク光学コンポーネントとして容易に手
に入る。加えて、ファラデーアイソレータは光ファイバ
コンポーネントとして構成されることができ、かつ回転
センサと組合わせて用いられ、それは米国特許第4,615,
582号および米国特許第4,671,658号において説明され、
それの両方がここに引用により援用される。こうして、
ファラデーアイソレータは光ファイバ114の入力セグメ
ント120上に形成され得る。
基本的に、ファラデーアイソレータ1060は光が共振空
洞レーザ300′から光ファイバ114の入力セグメント120
を介して方向性結合器124に向かって通過し、しかし方
向製結合器124から共振空洞レーザ300に向かって反対方
向に進む光を減衰しかつ実質上阻止することを可能とす
るように動作する。たとえば、この発明のこの局面の１
つの特定の実施例において、ファラデーアイソレータ10
60は約30dBの光アイソレーション率を有し、約30dBの第
１の調波電子誤り信号における低下を提供する。
洞レーザ300′から光ファイバ114の入力セグメント120
を介して方向性結合器124に向かって通過し、しかし方
向製結合器124から共振空洞レーザ300に向かって反対方
向に進む光を減衰しかつ実質上阻止することを可能とす
るように動作する。たとえば、この発明のこの局面の１
つの特定の実施例において、ファラデーアイソレータ10
60は約30dBの光アイソレーション率を有し、約30dBの第
１の調波電子誤り信号における低下を提供する。
第13図においてさらに説明されるように、共振空洞レ
ーザ300′は位相変調器（Ｍ）1100を含み、それはレー
ザ空洞内に挿入されて変調されたフィードバックの応答
を減じる。この発明のこの局面の１つの特定の実施例に
おいて、位相変調器1100は約7.5センチメートルの直径
を有するPZTリングを含む。光ファイバ310はPZTリング
の周囲に包まれ、それゆえPZTリングの拡大および収縮
は当該技術で周知の態様で光ファイバ310の伸長および
弛緩を引き起こす。
ーザ300′は位相変調器（Ｍ）1100を含み、それはレー
ザ空洞内に挿入されて変調されたフィードバックの応答
を減じる。この発明のこの局面の１つの特定の実施例に
おいて、位相変調器1100は約7.5センチメートルの直径
を有するPZTリングを含む。光ファイバ310はPZTリング
の周囲に包まれ、それゆえPZTリングの拡大および収縮
は当該技術で周知の態様で光ファイバ310の伸長および
弛緩を引き起こす。
位相変調器1100は、単一の信号線1112として表わされ
る１組の信号線を介して信号発生器1110によって電気的
に駆動される。信号発生器1110は、回転センサ100′の
出力をモニタする一方で様々であり得る周波数および大
きさを有する電気信号を発生する。信号発生器1110によ
って発生される電気信号の周波数および大きさは様々で
あり、一方回転センサ100′は回転センサの出力によっ
て最小誤り表示が示されるまで静止の位置内に維持され
る。換言すれば、周波数および大きさが選択され、そこ
において回転センサ100の出力はそれが静止であるとき
実質上零回転速度を示す。光変調フィードバックによっ
て引き起こされる誤り信号が回転センサ100′の位相変
調器218に与えられた駆動信号の周波数および大きさの
関数であることが見い出されたが、しかし、この関数は
まだマップまたは規定されていない。位相変調器218に
与えられる駆動信号が約97.3kHzの周波数を有するこの
発明の１つの特定の実施例において、信号発生器1110か
ら位相変調器1100に与えられる駆動信号のための13.1kH
zの周波数が誤りをシステムの電子ノイズレベルに実質
上等しいレベルに減じると見い出され、それは第14図に
おけるスペクトル走査1150によって示される。
る１組の信号線を介して信号発生器1110によって電気的
に駆動される。信号発生器1110は、回転センサ100′の
出力をモニタする一方で様々であり得る周波数および大
きさを有する電気信号を発生する。信号発生器1110によ
って発生される電気信号の周波数および大きさは様々で
あり、一方回転センサ100′は回転センサの出力によっ
て最小誤り表示が示されるまで静止の位置内に維持され
る。換言すれば、周波数および大きさが選択され、そこ
において回転センサ100の出力はそれが静止であるとき
実質上零回転速度を示す。光変調フィードバックによっ
て引き起こされる誤り信号が回転センサ100′の位相変
調器218に与えられた駆動信号の周波数および大きさの
関数であることが見い出されたが、しかし、この関数は
まだマップまたは規定されていない。位相変調器218に
与えられる駆動信号が約97.3kHzの周波数を有するこの
発明の１つの特定の実施例において、信号発生器1110か
ら位相変調器1100に与えられる駆動信号のための13.1kH
zの周波数が誤りをシステムの電子ノイズレベルに実質
上等しいレベルに減じると見い出され、それは第14図に
おけるスペクトル走査1150によって示される。
位相変調器1100の使用の効果は第15図および第16図に
示される。（第15図および第16図はファラデーアイソレ
ータ1060が第13図の実施例に含まれないとき実験におい
て提示される。）第15図は、回転センサ100′が静止
し、信号が共振空洞レーザ300′内の位相変調器1100に
与えられない状態で、駆動および検出電子回路210の出
力において25分の間隔にわたってとられた模範的な帯形
記録1200を表わす。線1210は出力信号の電気的零を表わ
す。示されるように、帯形記録1200は出力信号の実質的
ランダムノイズおよびドリフトを示し、それは時間あた
り500度の回転速度を表わすレベルに達する。
示される。（第15図および第16図はファラデーアイソレ
ータ1060が第13図の実施例に含まれないとき実験におい
て提示される。）第15図は、回転センサ100′が静止
し、信号が共振空洞レーザ300′内の位相変調器1100に
与えられない状態で、駆動および検出電子回路210の出
力において25分の間隔にわたってとられた模範的な帯形
記録1200を表わす。線1210は出力信号の電気的零を表わ
す。示されるように、帯形記録1200は出力信号の実質的
ランダムノイズおよびドリフトを示し、それは時間あた
り500度の回転速度を表わすレベルに達する。
第15図と対照すると、第16図は、共振空洞レーザ30
0′内の位相変調器1100に駆動信号が与えられる状態で
類似の時間間隔にわたってとられた典型的な帯形記録12
50を表わす。電気的零線1260は参照のために示される。
示されるように、ランダムノイズおよびドリフトは実質
上減じられる。帯形記録1250は第１の部分1270および第
２の部分1280を含み、それは回転センサ100′がそれぞ
れ時間あたり−320度の一定速度および時間あたり＋320
度の一定速度において回転することを引き起こされ、帯
形記録の垂直目盛を決める。時間間隔を表わす。示され
るように、回転を表わす２つの部分1270、1280は帯形記
録1250上で良好に描かれる。レーザ300′の共振空洞内
の位相変調器1100が共振空洞レーザの動作における著し
い改良を提供することが理解される。位相変調器1100の
ような位相変調器が、第８図、第９図および第10図の実
施例の共振空洞光ファイバレーザ500、600、900内に組
入れられ得ることを理解するべきである。
0′内の位相変調器1100に駆動信号が与えられる状態で
類似の時間間隔にわたってとられた典型的な帯形記録12
50を表わす。電気的零線1260は参照のために示される。
示されるように、ランダムノイズおよびドリフトは実質
上減じられる。帯形記録1250は第１の部分1270および第
２の部分1280を含み、それは回転センサ100′がそれぞ
れ時間あたり−320度の一定速度および時間あたり＋320
度の一定速度において回転することを引き起こされ、帯
形記録の垂直目盛を決める。時間間隔を表わす。示され
るように、回転を表わす２つの部分1270、1280は帯形記
録1250上で良好に描かれる。レーザ300′の共振空洞内
の位相変調器1100が共振空洞レーザの動作における著し
い改良を提供することが理解される。位相変調器1100の
ような位相変調器が、第８図、第９図および第10図の実
施例の共振空洞光ファイバレーザ500、600、900内に組
入れられ得ることを理解するべきである。
広帯域光ファイバレーザ源の様々な実施例が上記で説
明された。この発明はこれらの特定の実施例を参照して
説明されたが、説明は発明に関して例示的であり、かつ
制限とされることは意図されない。添付の請求の範囲に
おいて規定されるこの発明の真の精神および範囲を逸脱
することなく様々な修正および適用が当業者には考えら
れるであろう。
明された。この発明はこれらの特定の実施例を参照して
説明されたが、説明は発明に関して例示的であり、かつ
制限とされることは意図されない。添付の請求の範囲に
おいて規定されるこの発明の真の精神および範囲を逸脱
することなく様々な修正および適用が当業者には考えら
れるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム，ビャン・ワイ アメリカ合衆国、94025 カリフォルニ ア州 メンロ・パーク、シェアロン・ロ ード、2224 (72)発明者 ディゴネット，マイケル・ジェイ・エフ アメリカ合衆国、94306 カリフォルニ ア州 パロ・アルト、ハーバード・スト リート、2307 (72)発明者 フェスラー，ケネス・エイ アメリカ合衆国、94086 カリフォルニ ア州 サニィベイル、ポーク・アベニ ュ、1134 (72)発明者 ショー，ハーバート・ジェイ アメリカ合衆国、94305 カリフォルニ ア州 スタンフォード、アールバラード ウ・ロウ、719
Claims (19)
- 【請求項１】共振レーザ（300、500、600、900）であっ
て、 レージング媒体（310,510,610,910）を有する共振空洞
（310、340、350;510、520、542;610,674,684;910、91
4、918）を含み、それは前記レージング媒体（310、51
0、610、910）へポンプエネルギを供給することに応答
して発光スペクトル内の光を放出し、前記発光スペクト
ルは前記ポンプエネルギの第１の波長での第１の帯域幅
および前記ポンプエネルギの第２の波長での第２の帯域
幅を有し、前記第２の帯域幅は前記第１の帯域幅よりも
著しく大きく、前記共振空洞（310、340、350;510、52
0、542;610、674、684;910、914、918）は少なくとも数
千の縦モードを支持するようにサイズを決められ、少な
くともいくつかの前記モードが前記第１の帯域幅の外で
あるがしかし前記第２の帯域幅の内である波長に対応
し、さらに、 前記第２の波長を有するポンプエネルギ（364、532、63
4、974）の源（360、534、638、970）を含むことを特徴
とする、共振レーザ（300、500、600、900）。 - 【請求項２】前記第２の波長が前記第１の波長よりも大
きい、請求項１に記載の共振レーザ（300、500、600、9
00）。 - 【請求項３】前記第２の波長が前記第１の波長より小さ
い、請求項１に記載の共振レーザ（300、500、600、90
0）。 - 【請求項４】ポンプエネルギ（364、532、634、974）の
前記源（360、534、638、970）がレーザダイオード（L
D）によって特徴づけられる、請求項１に記載の共振レ
ーザ（300、500、600、900）。 - 【請求項５】前記レージング媒体（310、510、610、91
0）が単一モード光ファイバ（310、510、610、910）に
よって特徴づけられる、請求項１に記載の共振レーザ
（300、500、600、900）。 - 【請求項６】前記レージング媒体（310、510、610、91
0）がピーク吸収波長を有する吸収帯域を有し、さらに
ポンプエネルギ（364、532、634、974）の前記源（36
0、534、638、970）が前記ピーク吸収波長ではない波長
を有する、請求項１に記載の共振レーザ（300、500、60
0、900）。 - 【請求項７】前記共振空洞（310、340、350）が光ファ
イバ（310）によって形成され、それが第１および第２
の端部（314、318）を有し、さらに前記第１および端部
（314、318）に近接して位置づけられたその間の光を反
射するためのそれぞれの第１および第２のミラー（34
0、350）を有し、前記ミラーの少なくとも１つ（318）
が前記第２の帯域幅内の波長を有する放出された光に対
して部分的に透過性であり、それゆえ前記放出された光
の一部が前記ミラー（318）を介して通過する、請求項
１に記載の共振レーザ（300）。 - 【請求項８】前記共振空洞（510、520、542）がレージ
ング光ファイバ（510）のループ（542）によって特徴づ
けられ、前記レーザ（500）が前記ループ（542）へのお
よびそれからの光を結合するための多重化結合器（52
0）を付加的に特徴とし、前記多重化結合器（520）が前
記ループ（542）へおよびそれから前記ポンプエネルギ
を転送し、それゆえ前記ポンプエネルギが前記ループ
（542）を回って一度伝播し、前記多重化結合器（520）
が前記ループ（542）からの前記放出された光の小さな
部分のみを出力し、それゆえ前記放出された光の実質的
部分が前記ループ（542）を回って循環する、請求項１
に記載の共振レーザ（500）。 - 【請求項９】共振レーザ（600）であって、前記共振空
洞（610、674、684）が、 第１および第２の端部（672、682）を有するレージング
光ファイバ（610）と、 ポンプエネルギ（634）の前記源（638）に結合される第
２の光ファイバ（614）と、 前記第１および第２の端部（672、684）の間の位置にお
いて前記第２のファイバ（614）および前記レージング
光ファイバ（610）を結合する多重化結合器（620）とを
含み、前記多重化結合器（620）が前記第２の光ファイ
バ（614）から前記レージング光ファイバ（610）へポン
プエネルギを結合し、かつ前記レージング光ファイバ
（610）から前記第２の光ファイバ（614）への前記放出
された光を結合し、さらに、 前記レージング光ファイバ（610）の、それぞれ、前記
第１および第２の端部（672、684）に近接して位置づけ
られた第１および第２のミラー（674、684）を含み、前
記第１および第２のミラー（674、684）は前記第２の帯
域幅内の前記波長でその上の実質上すべての光入射を反
射する、請求項１に記載の共振レーザ（600）。 - 【請求項１０】前記共振空洞（910、914、918）が、 その間の中間部分（950）を伴う第１および第２のルー
プ部分（940、960）を形成するレージング光ファイバ
（910）と、 前記中間部分（950）をそれぞれ前記第１および第２の
ループ部分（940、960）へ光学的に結合する第１および
第２の波長選択多重化結合器（914、918）とを含み、ポ
ンプエネルギの前記源（970）が前記レージング光ファ
イバ（910）を介する伝播のために前記多重化結合器の
うちの１つ（914）へポンプエネルギ（974）を入力する
ように結合され、さらに、 前記多重化結合器（914、918）の波長選択特性が、
（ｉ）前記ポンプエネルギが前記多重化結合器（914、9
18）での光の実質上零結合で前記レージング光ファイバ
（910）を介して伝播し、さらに（ii）前記放出された
光の実質的部分が前記レージング光ファイバ（910）の
前記中間部分（950）を介して複数回通過するように選
択されることを特徴とする、請求項１に記載の共振レー
ザ（900）。 - 【請求項１１】２つの偏光モードを有する光ファイバ
（114）を含むループ（178）を含み、前記偏光モードの
各々は異なる速度で光を伝播し、それによって前記２つ
のモードに対する前記ループ（178）を横切る光のため
の実効光路長差を提供し、さらに、 光ファイバ（310、510、610、910）で形成されるレージ
ング媒体を含むレーザ（300、500、600、900）を含み、
前記レーザ（300、500、600、900）は共振空洞（310、3
40、350;510、520、542;610、674、684;910、914、91
8）を有し、前記レーザ（300、500、600、900）は前記
ループ（178）に対して光を供給するように結合され、
前記光路長差が前記レーザ（300、500、600、900）の共
振空洞（310、340、350;510、520、542;610、674、684;
910、914、918）の長さおよび共振空洞（310、340、35
0;510、520、542;610、674、684;910、914、918）を介
して光が進む光路の屈折率の積より小さく、前記レーザ
（300、500、600、900）が少なくとも数千の縦モードを
支持するようにサイズを決められる、光センサ（10
0）。 - 【請求項１２】前記レーザ（300、500、600、900）がレ
ーザ材料で形成される光ファイバ（310、510、610、91
0）を特徴とする、請求項11に記載の光センサ。 - 【請求項１３】レーザ材料で形成される前記光ファイバ
（310、510、610、910）が単一モード光ファイバ（31
0、510、610、910）を特徴とする、請求項12に記載の光
センサ。 - 【請求項１４】前記共振空洞内の光エネルギを変調する
ための、前記共振空洞（310、340、350;510、520、542;
610、674、684;910、914、918）内に位置づけられる位
相変調器（1100）をさらに含み、前記位相変調器（110
0）は前記ループ（178）を横切る後に前記レーザ（30
0、500、600、900）に入る光によって引き起こされる誤
りを減じるように動作する、請求項11に記載の光セン
サ。 - 【請求項１５】レーザ材料で形成される光ファイバ（31
0、510、610、910）を含み、前記レーザ材料は波長吸収
帯域を有しさらにポンプ光での光ポンピングに応答して
光を放出し、前記放出された光の波長は少なくとも１つ
の最小または最大を有する特性曲線に従って前記吸収帯
域を介して前記ポンプ光の波長で変わり、さらに、 前記最小または最大のうちの１つに対応する波長での光
を発生するポンプ光（364、532、634、974）の源（36
0、534、638、970）を含むことを特徴とする、共振レー
ザ（300、500、600、900）。 - 【請求項１６】前記最小または最大のうちの前記１つが
前記放出された光の広帯域放出を発生する前記ポンプ光
の波長に対応する、請求項15に記載の共振レーザ（30
0、500、600、900）。 - 【請求項１７】センサであって、 光ループ（178）と、 光を前記光ループ（178）内に導入するためのレーザ（3
00、500、600、900）とを含み、前記レーザが広帯域放
出を支持するようにサイズを決められた共振空洞（31
0、340、350;510、520、542;610、674、684;910、914、
918）を形成するレージング媒体を含み、かつポンプエ
ネルギの源（360、534、638、970）が前記レージング媒
体が広帯域スペクトル内の光を放出することを引き起こ
すように選択されたポンプ波長を有し、さらに、 前記光ループ（178）から前記共振空洞（310,340、350;
510、520、542;610、674、684;910、914、918）への光
のフィードバックによって引き起こされる前記レーザ
（300、500、600、900）による光の放出の変化を抑制す
るための手段とを含む、センサ。 - 【請求項１８】前記抑圧手段が光アイソレータ（1060）
を含む、請求項17に記載のセンサ。 - 【請求項１９】前記抑圧手段が前記レーザ空洞（310、3
40、350;510、520、542;610、674、684;910、914、91
8）の光路長を変調するように結合された変調器（110
0）を含む、請求項17に記載のセンサ。
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