JP2759381B2 - ファラデー効果ドリフトの少ない減偏光された光ファイバ回転センサ - Google Patents

ファラデー効果ドリフトの少ない減偏光された光ファイバ回転センサ

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JP2759381B2
JP2759381B2 JP8505956A JP50595696A JP2759381B2 JP 2759381 B2 JP2759381 B2 JP 2759381B2 JP 8505956 A JP8505956 A JP 8505956A JP 50595696 A JP50595696 A JP 50595696A JP 2759381 B2 JP2759381 B2 JP 2759381B2
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一般にサニャック効果回転センサに関し、
特に光ファイバ感知コイル内において対向して伝播する
波の間の回転により誘起される位相差を感知する回転セ
ンサに関する。さらに特定的には、この発明は光ファイ
バ回転センサ内においてファラデー効果により引き起こ
されるバイアス誤差を低減するための装置および方法に
関する。
光ファイバ回転センサは、光ファイバのコイル内にお
いてサニャック効果を用いて、そのコイルの面に垂直な
感知軸の周りで回転を検出する。感知コイル内で対向し
て伝播する光の波には、回転率に関連する位相シフトが
もたらされる。この位相シフトはこれらの波が結合され
たときに作りだす干渉パターンにおける変化として見て
とられる。干渉パターンは同じ偏光の２つの波が光ファ
イバ感知コイルを対向して横切り、その後干渉する場合
に生成される。干渉パターンはそれを光検出器に向ける
ことによりモニタしてもよい。この光検出器は干渉フリ
ンジパターンにおける光の強度を示す電気信号を生成す
るものである。
その中を伝播してくる光信号の偏光を保存する低複屈
折光ファイバと減偏光子とを用いることで低複屈折光フ
ァイバからなる光ファイバ回転センサに特徴的な信号の
フェージングが回避されるということが発見されてい
る。減偏光子が高複屈折光ファイバからなる光ファイバ
回転センサ内に含まれる場合、偏光された光は複屈折の
主軸と合致する２つの直交する状態の間で分割される。
これにより、光の半分は確実に検出器に到達する。完璧
な減偏光子を備えたシステムでは、偏光の度合いが０％
に近い。
光ファイバに磁界が与えられた結果として、光ファイ
バ回転センサ内には非相反位相シフトが起こる。磁界は
ファラデー効果を通じて光ファイバにより導かれた光と
相互に作用し、それにより光波偏光面が回転される。地
球の磁界と光ファイバ回転センサ内の光波との間の相互
作用により10度／時間のバイアスの不確定が引き起こさ
れると報告されている。このバイアスの不確定性により
光ファイバ回転センサで行なわれる回転の測定に誤差が
生じる。
ファラデー効果による回転角は、磁界強度、ファイバ
長、およびガラス光ファイバのベルデ定数の積により求
められる。もし完璧な非複屈折光ファイバが光ファイバ
回転センサの感知コイル内など閉じた径路内で巻かれた
ならば、磁界の線積分はアンペアの法則に従い０であ
る。なぜなら、この径路により囲い込まれる電流がない
からである、したがって、そのようなファイバについて
は、ファラデー効果による正味の回転角は０である。
磁界の線積分が０なのは、内部的または外部的に誘起
された複屈折のない完璧なファイバについてのみであ
る。現実の光ファイバは典型的には１つまたはそれ以上
のタイプの複屈折を有する。光ファイバ感知コイルにお
けるファイバのねじれは複屈折の原因の１つである。フ
ァイバのねじれは光ファイバにおいて、製造中またはコ
イルを巻く工程の結果として起こり得る。光ファイバ回
転センサコイルにおけるファイバのねじれは、回避不可
能は位相を遅滞させるものとして作用し、これは外部の
磁界とともにファラデー効果に起因するバイアスドリフ
トを引き起こす。光ファイバ回転センサコイルでは、磁
界および位相を遅滞させるものが存在する結果、対向し
て伝播する波の間で正味のバイアスシフトが生じる。
多くの光ファイバ回転センサの応用は、軽量かつ低コ
ストな慣性測定ユニットを必要とする。この目的を達成
するための多くのアプローチの１つは、磁界に対する光
ファイバ回転センサの感度を低減するのに必要とされる
磁界シールドの量を最小限にしようと図ることである。
光ファイバ回転センサに対する磁界の効果を説明する
ためにいくつかのモデルが発達してきた。初期のモデル
は、ファイバのねじれ、ファイバの複屈折、ファイバを
通って伝播する光ビームの偏光状態、および磁界を光フ
ァイバサニャック干渉計において見られる非相反の作用
と結びつける定性な説明を提供するものであった。これ
らのモデルは、磁界がファイバ内を移行する光ビームと
相互に作用するためには、光ビームの伝播方向と磁界の
方向とが平行な成分を有していなければならないとして
いる。光ファイバ回転センサコイルと相互に作用するの
は横方向の磁界のみであると推論されていた。
しかしながら、光ファイバ回転センサは横方向の磁界
および軸方向の磁界の双方に感度を持つということが発
見されている。横方向の磁界はファイバコイルの面にあ
り、軸方向の磁界はファイバコイルの面に垂直であるこ
とを理解すべきである。磁界がコイル回転入力軸に平行
であるとき、ファイバの軸に沿ったその成分は、ファイ
バの巻きのコイル軸への突出が非常に少ないため、非常
に小さい。したがって、この磁界がもたらすのは、ファ
ラデー効果による小さいまたは無視できるバイアスドリ
フトであるはずである。それでも多くの光ファイバ回転
センサコイルでは、それらの持った横方向の感度と同じ
くらいまたはそれを上周る軸方向の磁界感度が見られる
ことが、実験により発見されている。
磁界に対するファイバジャイロ感度の補償は、これま
では単純なファイバのねじれを用いることにより提案さ
れてきた。このアプローチでは限定された補償しかもた
らされない。なぜならば、横方向の磁界と軸方向の磁界
との双方を補償するのに必要なすべての変数を考慮に入
れているわけではないからである。
ファラデー効果により引き起こされるバイアス誤差を
低減するための別の先行技術は、感知コイルを透磁性の
高い金属からなるハウジング内に入れることである。こ
のハウジングは、光ファイバをハウジングの外部の磁界
から遮蔽する。金属シールドは、光ファイバ回転センサ
のコストも重量も増大させてしまうという点で不利であ
る。したがって、当該技術分野では、回転センサシステ
ムの重量を認め得るほどに増加させてしまうことなく光
ファイバ回転センサにおいてファラデー効果により引き
起こされるバイアス誤差を低減するための低コストの技
術が必要とされている。
発明の概要 本発明は、高複屈折ファイバからなる感知コイルを有
する光ファイバ回転センサにおいて軸方向の磁界および
横方向の磁界の双方に対する感度を抑制する単純かつ低
コストのアプローチに向けられている。
感知コイル内で１対の対向して伝播する波における位
相差を検出することにより、ある長さの光ファイバにお
いて感知コイルの軸についての（軸方向の）回転を感知
する、本発明に従った光ファイバ回転センサは、感知コ
イルから延びる偏光維持光ファイバの第１および第２の
コイルリードを含む。第１および第２の感知コイルリー
ドの各々は、互いに垂直な複屈折の主軸を２つ有する。
光源が、感知コイル内で時計回りおよび反時計回りに伝
播する光学ビームを形成する光の波を生成する。
光源からの光は、多機能集積光学チップ（MIOC）に導
入される。MIOCは、偏光子と、ビームスプリッタと、位
相変調器とを含む。MICOに入る光はまず偏光される。偏
光された光は次に位相変調器により変調され、さらにビ
ームスプリッタによって、強度の等しい２つの光ビーム
に分割される。これらの光のビームは次に２本の光ファ
イバリード内に結合され、これらのリードはMIOCへピグ
テール状にされる。MIOCから出ていく第１および第２の
光ファイバリードは、偏光維持光ファイバからなる。光
ファイバリードは各々、２本の互いに垂直な複屈折の主
軸を有する。第１および第２の出ていく光ファイバリー
ドは、複屈折の軸が偏光子により規定される偏光状態に
垂直にも平行にも配向されるようにMIOCへピグテール状
にされる。偏光れた光は、それが適切な複屈折の軸に対
し平行に方向づけられるように、ファイバリードを介し
てMIOCを出る。
第１のセンサコイルリードとMIOCを出ていく第１のフ
ァイバリードとの間に第１のスプライスが形成される。
第１の感知コイルリートとMIOCから出ていく第１のリー
ドとは、それらにおける複屈折の対応する主軸が互いに
関して45゜に近い角度となり、それにより感知コイル内
と時計回りの波が減偏光されるように配置される。第１
の出ていくリードは、MIOC出口ポートと第１のスプライ
スとの間で長さL1を有する。第２のスプライスが、第２
の感知コイルリードと第２のMIOCを出ていくリードとの
間で、MIOCから距離L2をおいて形成され、第２のMIOCを
出ていくリードはそれらの対応する複屈折の主軸が互い
に45゜の角度となり、それにより感知コイルにおける反
時計回りの波が減偏光されるように配置される。第１お
よび第２のスプライスを45゜に配置することにより、横
方向の磁界に対する光ファイバコイルの感度が低減され
ることが実験によりわかっている。さらに、距離L1およ
びL2は、感知コイルにおける横方向および軸方向の磁界
感度の双方が低減できるように調節することができると
いうことが分析によりわかっている。また、２つの45゜
のスプライスを用いることにより磁界に対する感度を低
減するための技術は、ねじれ補償技術との関連で使用さ
れ得るということもわかっている。これらの２つの補償
技術は、横方向および軸方向の感度を双方とも低減する
ためにともに用いることができる。最後に、スプライス
位置L1およびL2は、横方向磁界感度が低減され得る一方
で、軸方向磁界感度が増幅されるように調節できるとい
うこともわかっている。これにより、１つの方向に沿っ
て磁界を測定するための手段が提供される。
感知コイル内で対向して伝播する１対の波における位
相差を検出することによりある長さの光ファイバ内に形
成される感知コイルの軸についての回転を感知する、本
発明に従った光ファイバ回転センサは、感知コイルから
延びる偏光維持光ファイバの第１および第２の感知コイ
ルリードを含む。第１および第２の感知コイルリードの
各々は、相互に垂直な複屈折の主軸を２つ有する。光学
信号ソースは、感知コイル内で時計回りおよび反時計回
りに伝播する光波を形成する光学信号を生成する。
偏光子は、光学信号ソースからの光学信号を線形に偏
光する。第１および第２の光ファイバ多機能集積光学チ
ップリードが、多機能集積光学チップから延びる。第１
および第２の光ファイバ多機能集積光学チップリード
は、偏光維持光ファイバからなる。第１およ第２の光フ
ァイバ多機能集積光学チップリードは各々、２つの互い
に垂直な複屈折の主軸を有する。
第１および第２の光ファイバ多機能集積光学チップリ
ードは、多機能集積光学チップから出力される光学信号
の線形偏光が第１および第２の光ファイバ多機能集積光
学チップリードの各々における複屈折の主軸の一方に沿
って方向づけられるように、多機能集積光学チップに関
して配列される。
第１のスプライスが、第１の感知コイルリードと第１
の多機能集積光学チップリードとの間に形成される。第
１の感知コイルリードおよび第１の多機能集積光学チッ
プリードは、それらの対応する複屈折の主軸が互いに関
しておよそ45゜の角度となり、それにより感知コイル内
の反時計回りの波が減偏光されるように配置される。第
１の多機能集積光学チップリードは、多機能集積光学チ
ップと第１のスプライスとの間で長さL1を有しており、
それにより偏光成分間での第１の選択された位相変化
が、第１の多機能集積光学チップリードにおける距離L1
を伝播する光波において生じる。第２のスプライスは、
第２の感知コイルリードと第２の多機能集積光学チップ
リードとの間で多機能集積光学チップから距離L2をおい
て形成され、第２の感知コイルリードと第２の多機能集
積光学チップリードとは、それらの対応する複屈折の主
軸が互いに関しておよそ45゜の角度になり、それにより
感知コイルにおける反時計回りの波が減偏光されるよう
に配置される。
本発明はまた、ファラデー効果を通じて、対向して伝
播する光学信号が感知ループを横切るにつれ、感知コイ
ル上の外部からの磁界がそれらの信号待で位相差を引き
起こすように、感知コイル内に対向して伝播する光学信
号を導入するための装置を含む、光ファイバコイル上の
磁界の強度を示す信号を生成するための装置を提供す
る。磁界センサは、感知コイルに対して横方向の磁界に
対する対向して伝播する光学信号の位相の感度を低減す
るための装置と、対向して伝播する光学信号の組合せに
より生じる干渉パターンをモニタして感知コイルの軸に
沿って方向づけられた外部からの磁界の強度を示す信号
を生成するための装置とを含む。
本発明の目的に対する認識、ならびにその構造および
動作の方法についてのより完全な理解は、以下に述べる
好ましい実施例の説明を検討し、添付の図面を参照する
ことにより得られるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、多機能集積光学チップ上に形成され、光ファ
イバ感知コイルから延びる１対の光フィイバリードにス
プライスされた光ファイバリードを有する、多機能集積
光学チップを含む、本発明に従う減偏光された光ファイ
バ回転センサの図である。
図２は、センサコイルにおける横方向の磁界への感度
を示すグラフデータの図である。
図３は、磁界により誘起されるバイアスと、感知コイ
ルを多機能集積光学チップに接続する光ファイバ間のス
プライスの１つの位置との分析的な関係をグラフで示す
図である。
図４は、複屈折の主軸を示す偏光維持光ファイバの断
面図である。
図５は、図４の偏光維持光ファイバの側部立面図であ
る。
好ましい実施例の説明 図１を参照して、磁界感度を補償するための装置を含
む、光ファイバ回転センサ10が概略的に示されている。
光ファイバ回転センサ10は、光ファイバ14からなる感知
コイル12を含む。感知コイル12を形成する光ファイバ
は、好ましくは１対のよく規定された複屈折の主軸を有
する高複屈折ファイバである。光ファイバ回転センサ10
の基本的な特徴は、本発明の原理を説明する目的でのみ
述べられる。光ファイバ回転センサの基本的な特徴は、
本発明の一部をなすものではない。
図４および５は、感知コイル12を形成するのに用いら
れてもよい高複屈折偏光維持光ファイバ14の典型的な構
造を示す。図４および５を参照して、偏光維持光ファイ
バ14は、コイル16およびクラッディング18を有する。コ
ア16は屈折率n1を有するガラス材料からなる。コア16は
一般に円形の断面を有する。クラッディング18は屈折率
n2を有する。偏光維持光ファイバ14の屈折率は、コア16
とクラッディング18との間のインタフェースにおける内
部反射によってコア16内に光が導かれるように選択され
る。偏光維持光ファイバ14は、１対の長手ロッド状部材
19および20を含む。ロッド状部材19および20は複屈折の
主軸21および22を規定し、クラッディング18と協動して
コア16内に複屈折を生じさせ、これによりコア16に入力
される光学信号の偏光の状態が保存される一方で、この
光学信号は偏光維持光ファイバ14内に伝播される。
偏光維持ファイバは、偏光に依存する屈折率を有す
る。光ファイバ内の光の速度はｖ＝c/nであり、ここで
ｎは屈折率である。屈折率は偏光に依存するので、屈折
率のより大きい偏光は、屈折率のよい小さい偏光よりも
ファイバ内での伝播速度が低くなるだろう。存在し得る
２つの偏光について異なった屈折率を有する光ファイバ
は、複屈折していると言われる。２つの偏光はしたがっ
て時に「高速」波および「低速」波と呼ばれる。偏光の
方向が複屈折の主軸の１つと平行になって、ファイバに
入力される線形に偏光された光の波における偏光は、そ
の波がファイバの長さに沿って伝播する際に保存する、
または維持される。ファイバ内の光の波はしたがって高
速波または低速波のいずれかとなる。複屈折の主軸の双
方に沿った偏光成分を有する光学信号は、ファイバ内の
高速波に結合された第１の部分と、低速波に結合された
第２の部分とを有する。
感知コイル12は光ファイバ回転センサを形成するにあ
たり慣例であるように複数個の巻を含むということを理
解されたい。１対の光ファイバリード24および26が感知
コイル12から延びる。
光学信号ソース28は、光ファイバ30に光学信号を与え
る。この光ファイバ30は入力され光学信号を光ファイバ
結合器32に導く。光ファイバ結合器32は、光学信号ソー
ス28からの信号の一部を光ファイバ38に結合し、信号の
残りの部分は光ファイバ30内に残ることを許容する。光
ファイバ30内に残る、光学信号ソース28からの光ファイ
バ結合器32に入射する光学信号の一部は、結合器32を通
過して多機能集積光学チップ（MIOC）44に至る。
MIOC44は、完全な特徴を有する光ファイバ回転センサ
を形成するためその上にさまざま構成要素（図示せず）
を形成されている。MIOCが、Ｙ結合器50と位相変調器52
とで接合される３つの光導波路46〜48を含むのであれ
ば、本発明の原理は説明されるであろう。
３つの光導波路46〜48は、Ｙ結合器50を形成するため
に交差する。光ファイバ30からの信号はMIOC44のエッジ
において光導波路46内に結合される。位相変調器52が、
光導波路46に隣接してMIOC44上に形成される。位相変調
器52を通過して伝播した後、信号は次にＹ結合器50に入
射され、このＹ結合器50は光導波路47および48の間で光
学信号を分割する。
光ファイバリード54および56は光導波路47および48に
接続される。ソースからの光学信号はこれらのリード54
および56に入力され、これらは光ファバリード24および
26に、それぞれスプライス58および60においてスプライ
スされる。光ファイバリード24および26に入力される光
学信号は、光ファイバ回転センサ10において必要とされ
る対向して伝播する波を形成する。
対向して伝播する波は光ファイバ感知コイル12を横切
り、次に光ファイバリード24、26、54および56ならびに
光導波路47および48を介してＹ結合器50に戻るように伝
播する。対向して伝播する波はＹ結合器50内で合わさ
り、より知られている光学原理に従い干渉する。
組合せられた波は次に光導波路46および光ファイバ30
を介して伝播し、光学結合器32に至る。光ファイバ結合
器32は組合せられた波の一部を光ファイバ38に結合し、
この光ファイバ38は組合せられた波を光検出器62に導
く。光検出器62は電気信号を生成し、これは信号処理回
路64によって処理されて、図１のページにおけるに垂直
な軸についての光ファイバ感知コイル12の回転率を決定
する。
光ファィバリード24、26、54、56はすべて、各リード
が１対のよく規定された複屈折の主軸を有するように、
高複屈折光ファイバから形成されるべきである。そのよ
うなファイバはまた、それに入力される光学信号の偏光
を維持するという特性をも有している。
多機能集積光学チップ44からスプライス58までの、リ
ード54に沿った距離は選択された長さL1である。多機能
集積光学チップ44からスプライス60への、リード56に沿
った距離は、選択された長さL2である。スプライス58
は、リード24および54がそれらの複屈折の主軸を互いに
45゜の角度に配向されるように形成されるべきである。
同様に、光ファイバリード26および56の複屈折の軸は互
いに関して45゜に配向される。この光ファイバリードの
対24、54および26、56における複屈折の主軸の45゜配向
ならびに多機能集積光学チップ44は組合せられて光ファ
イバ感知コイル12内に偏光された光を生成する。たとえ
ば、多機能集積光学チップ44により、光ファイバリード
に入力された信号がすべて高速モードにある固定された
線形偏光P1を有すると推定されたい。偏光P1がスプライ
ス58に到達すると、偏光交差結合により、光ファイバリ
ード24はコイル12に対して等しい強度の高速モードおよ
び低速モードを導くこととなる。したがって、時計回り
の波は減偏光される。反時計回りの波はスプライス60に
おいて同じ態様で減偏光される。
光ファイバ感知コイル12を形成するのに用いられる光
ファイバには、光ファイバ感知コイル12内に導かれる光
学信号に位相シフトを引き起こすねじれがある。このね
じれは光ファイバが４極コイルを形成するように巻かれ
ている態様、および典型的にはロッド19および20により
もたらされる周期的なねじれを伴って形成されている光
ファイバの構造から生じるものである。このねじれには
図３に示されるような周期性があることがわかってい
る。ねじれは、回転率が０であっても、対向して伝播す
る波の間で位相差を引き起こす。対向して伝播する波に
おいては横方向の磁界と軸方向の磁界との双方ともが位
相シフトを引き起こすことがわかっている。これらの位
相シフトにより、センサの出力が誤差に生じる。
図２は、既に述べた45゜の角度のスプライスを含まな
い典型的な光ファイバ回転センサの横方向磁界感度を測
定したデータをグラフで示すものである。その変動は本
質的にＳ字状である。
本発明の基本的な前提は、光ファイバリオ減偏光子が
多機能集積光学チップ44を感知コイル12に接続するリー
ド26、24,56,54で統合的に製造され得るということであ
る。光ファイバ減偏光子はそれぞれ複屈折の主軸を互い
に45゜に配向されている、ともにスプライスされた偏光
維持ファイバの２つのセクションからなる。この整列が
行なわれる精度は減偏光子の品質を決定し、究極的には
低複屈折ファイバで製造されるジャイロの性能を決定す
るものである。
長さL1およびL2は、横方向磁界感度が抑制されるよう
に選択される。スプライスにおけるファイバの複屈折の
主軸の45゜の角度の配向により、ファイバ54における高
速波の一部はファイバ24における低速モードに結合さ
れ、ファイバ54における低速波の一部はファイバ24にお
ける高速波に結合される。多機能集積光学チップからの
ファイバ54および56における長さは、光学信号が光ファ
イバ感知コイル12内の光ファイバのねじれにより引き起
こされる位相差と等しくかつ逆である位相変化を距離L1
において有するように選択される。
半径Ｒ＝1.77cmおよび20層に形成され1800回のファイ
バの巻きを有する光ファイバコイルについては、磁性感
度における少なくとも２桁の抑制が確実に達成可能とな
ることが発見されている。45゜の角度のスプライスは横
方向の磁界に対する感度を低減することに注意された
い。スプライス58および60は軸方向の磁界についての感
度を増大させる。
45゜の角度のスプライスが横方向の磁界に対してのみ
の感度を低減するために用いられるのであれば、本発明
の装置は与えられた軸方向の磁界の大きさを測定するの
に用いられてもよい。図２は、スプライス58の装置の関
数としての軸方向および横方向の磁界に対する光ファイ
バ回転センサ10の感度を示す。図３の分析的な結果は、
0.014mの半径を有するスプール上に巻かれた200巻のコ
イルについてのものである。60の、多機能集積光学チッ
プ52からの距離はL2＝0.4である。距離L1は、図３の水
平方向の軸上に示される変数である。スプライス58およ
び60は双方ともファイバの複屈折の主軸を45゜の角度に
して形成される。横方向の磁界に対する感度は小さく、
一方軸方向の磁界に対する感度は比較的大きいというこ
とが見てとれる。この実験の組から到達される結論は、
45゜のスプライスを利用して横方向感度を低減すること
が可能だということである。しかしながら、軸方向感度
は増大する。
上述の45゜の角度でリードをともにスプライスした光
ファイバ回転センサのテストにより、横方向磁界感度に
対する著しい抑制が見られた。45゜の角度のスプライス
なしでは1.789度／時間／ガウスだった感度は、リード
が光ファイバリードの複屈折の主軸を互いに45゜の角度
にしてともにスプライスされた場合には0.65deg/hr/gau
ssにまで低減された。
ここに開示される構造および方法は本発明の原理を説
明するものである。この発明はその精神または本質的な
特性から逸脱することなく他の特定的な形態で実施され
てもよい。記載されている実施例はあらゆる観点から、
限定的ではなく例示的かつ説明的なものとして考えられ
るべきである。したがって、この発明の範囲を限定する
のは以上の説明ではなくこれ以降に述べる請求の範囲で
ある。請求の範囲およびその意味するところに包含され
る、ここに記載された実施例に対するすべての変形は、
この発明の範囲に含まれるものである。
光ファイバ回転センサ 10 感知コイル 12 光ファイバ 14 コア 16 クラッディング 18 ロッド状部材 19および20 光ファイバリード 24および26 光学信号ソース 28 光ファイバ 30 光ファイバ結合器 32 多機能集積光学チップ（MIOC） 44 光導波路 46〜48 Ｙ結合器 50 位相変調器 52 光ファイバリード 54および56 スプライス 58および60 光検出器 62 信号処理回路 64
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パターソン，ラルフ・エイ アメリカ合衆国、91306 カリフォルニ ア州、キャノーガ・パーク、ラル・スト リート、9838 (72)発明者 フアン，シドニー・シー−イー アメリカ合衆国、91307 カリフォルニ ア州、ウエスト・ヒルズ、ジュリー・レ ーン、6655 (56)参考文献 特開 昭60−263865（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−90616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−57169（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−231815（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−341842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−95312（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバ回転センサに含まれる光ファイ
    バ感知コイルにおける複屈折による非相反位相シフトを
    低減するための装置であって、前記光ファイバ回転セン
    サは、光学信号ソースと、多機能集積光学チップとを含
    み、前記多機能集積光学チップは、前記光学信号ソース
    から光学信号を受取るように配列された、前記多機能集
    積光学チップ上に形成された第１の光導波路と、前記多
    機能集積光学チップ上に形成された第２および第３の光
    導波路とを有し、前記第１、第２、および第３の光導波
    路はＹ結合器を形成するように交差し、前記光ファイバ
    回転センサは前記感知コイルを対向して伝播する１対の
    波における位相差を検出することによりある長さの光フ
    ァイバに形成される感知コイルの軸についての回転を感
    知し、前記装置は、 偏光維持光ファイバから形成された前記第２および第３
    の光導波路の端から延びるように配列された第１および
    第２の光ファイバ多機能集積光学チップリードを備え、
    前記第１および第２の光ファイバ多機能集積光学チップ
    リードの各々は２つの互いに垂直な複屈折の主軸を有
    し、前記第１および第２の光ファイバ多機能集積光学チ
    ップリードはそれぞれ前記第２および第３の光導波路に
    関して配列され、それにより前記第２および第３の光導
    波路から出力される光学信号の線形偏光は前記第１およ
    び第２の多機能集積光学チップリードの各々における複
    屈折の主軸の１つに沿って方向付けられ、 前記感知コイルから延びる偏光維持光ファイバの第１お
    よび第２の感知コイルリードをさらに備え、前記第１お
    よび第２の感知コイルリードの各々は２つの互いに垂直
    な複屈折の主軸を有し、 前記第１の感知コイルリードと前記第１の多機能集積光
    学チップリードとの間に形成される第１のスプライスを
    さらに備え、前記第１の感知コイルリードと前記第１の
    多機能集積光学チップリードとはそれらの対応する複屈
    折の主軸が互いに関しておよそ45゜の角度となるように
    配列され、それにより前記感知コイルにおける反時計回
    りの波は減偏光され、前記第１の多機能集積光学チップ
    リードは前記多機能集積光学チップと前記第１のスプラ
    イスとの間に長さL1を有し、それにより偏光成分間の第
    １の選択された位相変化が前記第１の多機能集積光学チ
    ップリードにおける距離L1を伝播する光波に生じ、 前記第２の感知コイルリードと前記第２の多機能集積光
    学チップリードとの間で多機能集積光学チップから距離
    L2において形成される第２のスプライスをさらに備え、
    前記第２の感知コイルリードと前記第２の多機能集積光
    学チップリードとはそれらの対応する複屈折の主軸が互
    いに関しておよそ45゜の角度となるように配列され、そ
    れにより前記感知コイルにおける反時計回りの波は減偏
    光される、非相反位相シフトを低減するための装置。
  2. 【請求項２】磁界の強度を示す信号を生成するための装
    置であって、 複屈折光ファイバで形成された感知コイルを備え、前記
    感知コイルは、前記感知コイルの面に対して垂直な感知
    軸を有し、 対向して伝播する光学信号が前記感知コイルを横切るに
    つれて、前記複屈折光ファイバ感知コイルに対する外部
    磁界の相互作用がファラデー効果によって前記対向して
    伝播する光学信号間に位相差を引き起こすように、前記
    感知コイルにおいて対向して伝播する光学信号を導入す
    るための装置と、 前記感知コイルの面に対して横方向の磁界に対する前記
    対向して伝播する光学信号の位相の感度を低減するため
    の装置と、 前記対向して伝播する光学信号の組合せにより引き起こ
    される干渉パターンをモニタして前記感知コイルの感知
    軸に沿って方向付けられる外部磁界の強度を示す信号を
    生成するための装置とをさらに備える、磁界の強度を示
    す信号を生成するための装置。
  3. 【請求項３】前記感知コイルに横方向の磁界に対する前
    記対向して伝播する光学信号の位相の感度を低減するた
    めの前記装置は、 前記感知コイルから延びる偏光維持光ファイバの第１お
    よび第２の感知コイルリードを含み、前記偏光維持光フ
    ァイバの第１および第２の感知コイルリードの各々は、
    ２つの互いに垂直な複屈折の主軸を有し、 前記光学信号のソースと前記感知コイルとの間に接続さ
    れる多機能集積光学チップをさらに含み、前記多機能集
    積光学チップは前記光学信号ソースから光学信号を受取
    るように配列された、前記多機能集積光学チップ上に形
    成された第１の光導波路と、前記多機能集積光学チップ
    上に形成された第２および第３の光導波路とを有し、前
    記第１、第２および第３の光導波路はＹ結合器を形成す
    るように交差し、 前記多機能集積光学チップから延びる第１および第２の
    光ファイバ多機能集積光学チップリードをさらに含み、
    前記第１および第２の光ファイバ多機能集積光学チップ
    リードは偏光維持光ファイバから形成され、前記第１お
    よび第２の光ファイバ多機能集積光学チップリードの各
    々は、２つの互いに垂直な複屈折の主軸を有し、前記第
    １および第２の光ファイバ多機能集積光学チップリード
    は前記多機能集積光学チップから出力された光学信号に
    おける線形偏光が前記第１および第２のファイバ多機能
    集積光学チップリードの各々の複屈折の主軸の１つに沿
    って方向付けられるように、前記多機能集積光学チップ
    に関して配列され、 前記第１の感知コイルリードと前記第１の多機能集積光
    学チップリードとの間に形成される第１のスプライスを
    さらに含み、前記第１の感知コイルリードと前記第１の
    多機能集積光学チップリードとはそれらの対応する複屈
    折の主軸が互いに関しておよそ45゜の角度となるように
    配列され、それにより前記感知コイルにおける反時計回
    りの波が減偏光され、前記第１の多機能集積光学チップ
    リードは前記多機能集積光学チップと前記第１のスプラ
    イスとの間に長さL1を有し、それにより前記第１の多機
    能集積光学チップリードにおける距離L1を伝播する光学
    信号における偏光成分間に選択された位相変化が起こ
    り、前記感知コイルの面に横方向の外部磁界が存在する
    場合に前記光学信号に対する前記複屈折感知コイルの影
    響を補償し、 前記第２の感知コイルリードと前記第２の多機能集積光
    学チップリードとの間に形成される第２のスプライスを
    さらに含み、前記第２の感知コイルリードと前記第２の
    多機能集積光学チップリードとはそれらの対応する複屈
    折の主軸が互いに関しておよそ45゜の角度となるように
    配列され、それにより前記感知コイルにおける反時計回
    りの波が減偏光される、請求項２に記載の装置。
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