JP2847433B2 - 光学雑音の低減 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、回転を検知するために使用される光ファイ
バ・ジャイロスコープに関し、詳細には、干渉方式光フ
ァイバー・ジャイロスコープに関する。

光ファイバ・ジャイロスコープは、回転を検知する有
用な手段である。光ファイバ・ジャイロスコープは、極
めて小型に、なおかつかなりの機械的衝撃、温度変化、
その他の極端な環境に耐えるように構成することができ
る。光ファイバ・ジャイロスコープは、可動部品がない
ので、ほぼ保守を必要とせず、かつコスト面で経済的な
ものとなる可能性を有する。光ファイバ・ジャイロスコ
ープは、他のタイプの光学ジャイロスコープでは問題と
なる可能性がある低回転速度を検知することもできる。

周知のサニャック効果を使用して、センサの関連する
軸の周りの回転を検出する様々な形態の光学慣性回転セ
ンサがある。これには、リング・レーザ・ジャイロスコ
ープなど、ジャイロスコープ自体の光学キャビティに含
まれる利得媒体を有する能動光学ジャイロスコープと、
干渉方式光ファイバ・ジャイロスコープやリング共振器
光ファイバ・ジャイロスコープなど、一次光路に利得媒
体を含まない受動光学ジャイロスコープとが含まれる。
ジャイロスコープ中の一次光路に沿って能動媒体を有す
ることを回避することによって、低回転速度ロックイ
ン、バイアス・ドリフト、倍率変動のある種の原因な
ど、能動ジャイロスコープにおいて出合ういくつかの問
題が解消される。

干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープは通常、か
なりの長さ、通常は100mないし2000mの単一空間モード
光ファイバを使用し、この長さの光ファイバを閉鎖光路
を形成するようにコア上に巻き付けることによってコイ
ルとして形成される。電磁波または光波は、導入され、
一対の波として分割され、コイル内を互いに逆の方向へ
伝搬し、共に最終的に光電検出器に入射する。コアまた
はコイル状光ファイバの検知軸の周りの回転によって、
この電磁波対のうちの一方の電磁波では、一回転方向の
有効光路長が増加し、逆の回転方向の有効光路長が減少
する。そのような回転の場合、電磁波対の残りの電磁波
では逆の効果がもたらされる。電磁波対間のそのような
光路長の差によって、どちらかの回転方向での干渉方式
光ファイバー・ジャイロスコープ中で波間の位相、すな
わち周知のサニャック効果が導入される。回転のための
位相差ずれの量、したがって出力信号は、２つの逆方向
の電磁波が横切るコイル中の光路全体の長さに依存する
ので、コイル状光ファイバを使用することが望ましい。
したがって、長い光ファイバでは比較的大きな移相差を
得ることができ、しかも、そのファイバをコイル状にし
たときはファイバが比較的少量で済む。

互いに逆の方向に伝わる電磁波が、コイル状光ファイ
バを通過した後、光電検出システム・フォトダイオード
に入射したことに応答して光電検出器システム・フォト
ダイオードから出力される電流は二乗余弦関数に従う、
すなわち、出力電流はこの２つの波間の位相差の余弦に
依存する。余弦関数は偶関数なので、その出力関数は位
相差ずれの相対方向を示さず、したがって軸の周りの回
転方向を示さない。また、零位相値近傍の余弦関数の変
化率は非常に小さく、したがってそのような出力関数は
低回転速度に対する感度が非常に低い。

このような不十分な特性のために、２つの電磁波間の
位相差は通常、コイル状光ファイバの一方の側に光学位
相検出器を配置することによって変調される。その結
果、互いに逆の方向に伝搬する波のうち一方はコイルに
進入した直後に変調器を通過し、これに対して、他方の
波はコイルを逆方向へ横切り、コイルから出る直前に変
調器を通過する。光電検出器出力電流を受け取る位相感
応復調器も用意されている。光学位相変調器と位相感応
復調器は共に通常、選択された基本周波数の信号を与え
る正弦信号生成装置によって動作されるが、同様な基本
周波数の他の波形タイプを使用することもできる。この
基本周波数として特に良好な周波数は、値πをコイル状
光ファイバ中の伝搬遅延で除した値に等しい「妥当な」
周波数である。ただし、この場合、システムは比較的高
い周波数であるこの周波数で動作できるものとする。こ
の周波数での動作によって、偏光変調など、位相変調器
が誘発するある種の問題が軽減または解消される。

位相感応復調器の効果的に得られる信号出力は正弦関
数に従い、すなわち、この出力信号は、フォトダイオー
ドに入射する２つの電磁波間の位相差、主としてコイル
の軸の周りの回転のための移相の正弦に依存する。正弦
関数とは最大変化率が零である奇関数であり、したがっ
て、零の両側で代数符号を変化させる。したがって、位
相感応復調器信号は、コイルの軸の周りでどちらの方向
の回転が発生しているかを示すと共に、信号値の最大変
化率を零回転速度近傍の回転速度の関数として与えるこ
とができる。すなわち、この信号は、低回転速度に対す
る感度が高くなるように零移相近傍で最大感度を有す
る。これが可能であるものはもちろん、他の原因、すな
わち誤差のための移相を十分に小さくしてある場合だけ
である。また、このような環境でのこの出力信号は、比
較的低い回転速度でほぼ線形である。位相感応復調器の
出力信号に関するそのような特性は、光電検出器の出力
電流の特性よりもずっと優れている。

しかし、光ファイバ・ジャイロスコープでは、他の原
因による誤った移相を低減させることは難しい問題であ
る。光電検出器に到達する電磁波の誤った移相を回避す
るには、各干渉波、少なくとも同じ波長の干渉度が同じ
光路を伝わる必要があり、すなわち、コイルから時計回
りの伝搬方向に関連するある波長の電磁波とコイルの逆
時計回り方向に関連する同じ波長の電磁波はそれぞれ、
コイルの回転がない場合は区別不能な光路を介して光源
からの光電検出器へ伝わらなければならない。この特性
を有するシステムは多くの場合、「可逆的」と呼ばれ
る。少なくとも、共通の波長の時計回り電磁波および逆
時計回り電磁波に対応する光路は、回転がない場合は光
線トレーシングごとに同じでなけらばならない。この要
件を満たすうえで、「最小可逆構成」は、第１図にコイ
ル状光ファイバ10に関連して示したようなものであるこ
とが判明している。第１図のコイル状光ファイバ10は、
上記で指摘したように、コアまたはスプールの周りに巻
かれ、その周りでの回転が検知される軸となるコアまた
はスプールの軸の周りに巻かれる単一空間モード光ファ
イバを使用する。そのような単一モード・ファイバを使
用することによっで、電磁波の経路をほぼ固有に画定す
ることができ、さらに、案内されるような波の同位相波
面を固有に画定することができる。これは可逆性を維持
するうえで大いに助けとなる。

また、光ファイバは、機械的応力によって導入され、
回避することのできない複屈折、および磁界でのファラ
デー効果または他の原因によって導入され、無作為に変
化する位相差ずれをもたらす複屈折がそれほど目立たな
くなるように、ファイバに非常に顕著な複屈折が構成さ
れるという点で、いわゆる偏波保持ファイバでよい。し
たがって、主として電磁波を伝搬させる軸として、シス
テム中の他の光学構成要素に応じて、光屈折率軸、すな
わち低速伝搬軸または“x"軸、あるいは低屈折率軸、す
なわち高速伝搬軸または“y"軸が選択される。

一方、そのような偏波保持光ファイバはかなり高価で
あり、そのため、通常単一空間モード光ファイバのみを
使用できることが強く望まれている。この希望は、コイ
ル式光ファイバ10用の通常の単一モード光ファイバを使
用することによって満たすことができる。しかし、コイ
ル10中の光ファイバは、その一端の比較的近くにデポラ
ライザ10′（これが代替方法であることを示したために
点線で示されたスプライスが関連付けられている）が含
められているので、完全に通常単一空間モード光ファイ
バであるわけではない。もっとも、このデポラライザは
コイル10内のどこに置くこともできる。このデポラライ
ザが必要であるのは、このバージョンのコイル10の非常
に大きな部分で使用される通常単一空間モード光ファイ
バに、温度によって変化する機械的応力および磁界での
ファラデー効果によって導入される変化する複屈折が存
在するからである。変化するこの複屈折のために、光フ
ァイバを通過するビームの無作為に変化する偏光回転が
発生し、場合によっては、これが非常に著しくなって光
電検出器でのこのようなビームの干渉が消滅する。

デポラライザ10′は、コイル10内にあり、コイル10を
容易に巻き付けられるようにそのコイルの一端に位置決
めされる。そのようなデポラライザは、デポラライザで
許容される２つの直交偏波モードの電磁波強度を密に等
しくし、２つの直交偏波モードの相関関係をなくし、コ
イル10の残り部分で通常単一空間モード・ファイバの無
作為に変化する複屈折の影響をなくし、したがって、光
学サブシステム部分出力フォトダイオードでそのような
逆方向ビーム干渉が消滅するのを妨げる傾向がある。

そのようなデポラライザは、２つの長さの偏波保持フ
ァイバ10″および10で形成することができる。偏波保
持ファイバ10の長さは偏波保持ファイバ10″の長さの
ほぼ２倍であり、そのため、偏波保持ファイバ10″によ
ってもたらされる光学遅延のほぼ２倍の光学遅延をもた
らす。これらの長さのそれぞれにおいて、高屈折率軸、
すなわち低速伝送軸または“x"軸と、低屈折率軸、すな
わち高速伝搬軸または“y"軸があり、これらの軸は互い
に直交する。これらの長さは、一方の長さの“x"軸が他
方の長さの“x"軸および“y"軸のそれぞれからほぼ等し
い距離に位置し、すなわち、一方の長さの“x"軸が他方
の長さの“x"軸および“y"軸のそれぞれから45゜の位置
に位置するように融着スプライスとして連結される。次
いで、デポラライザまたはどちらかの単一空間モード通
常光ファイバ部分内を伝搬する光線が、それらのほぼす
べて内を伝搬するように、各デポラライスするファイバ
長のそれぞれの対向端部が、コイル10中の単一空間モー
ド通常光ファイバの対応する部分に融着接続される。

コイル10は、偏波保持光ファイバ、またはデポラライ
ザ10′を含む通常単一モード光ファイバとして、通常、
中心に対するコイル中の同様な位置の点が互いに近くな
るように「４重」技法を使用してスプール上に巻かれ
る。これによって、熱勾配などの時変現象の効果が、互
いに逆の方向に伝搬する電磁波に互いに異なるように影
響を及ぼすのが軽減される。

コイル10内を互いに逆の方向に伝搬する電磁波は、第
１図中の電磁波源または光源11から与えられる。この光
源は通常、スーパールミネセント・ダイオード、または
誘発発光に関するしきい値よりも小さな値で動作するレ
ーザ・ダイオードであり、これらのダイオードはどちら
も、通常の波長が1.3μｍであるスペクトルの近赤外部
分で電磁波をもたらす。光源11は、コイル10中の散乱部
位でのレイリー散乱のためのこれらの波間の移相差誤差
を低減させるために発光に対して短いコヒーレンス長を
有さなければならない。コイル10中の非線形カー効果の
ために、伝搬する２つの波のそれぞれの異なる強度によ
って、それらの波間に位相差ずれが発生することもあ
る。この状況は、短コヒーレンス長光源を光源11用に使
用し、それによってモード移相を取り消すことによって
助けることができる。レイリー散乱および非線形カー効
果によって、最小可逆構成でもコイル10中の互いに逆回
転する電磁波間に不可逆移相がもたらされる。スーパー
ルミネセント・ダイオード、またはしきい値よりも小さ
な値で動作するレーザ・ダイオードはそれぞれ、誘発発
光動作モードでのしきい値よりも高い値で動作するレー
ザ・ダイオードの発光スペクトルと比べて広い発光スペ
クトルを有する。また、下記でさらに説明するように、
そのようなダイオードは第１図のシステムに強度雑音を
導入し、出力信号の誤差の原因をもたらす。

第１図中のレーザ・ダイオード11と光ファイバ・コイ
ル10との間に、光路全体をいくつかの光路部分として分
離するいくつかの光結合構成要素へ光ファイバ形成コイ
ル10の端部を延長させることによって形成された光路構
成が示されている。偏波保持光ファイバまたは通常単一
空間モード光ファイバの一部は、レーザ・ダイオード11
の最適発光の位置に位置決めされ、その点から、第１の
光学方向性結合器12へ延び、それに連結される。一方、
２本の光ファイバ、すなわち偏波保持光ファイバ対また
は通常単一空間モード光ファイバ対を結合領域で融着さ
せることによって結合器12を形成する場合、下記の状況
のどちらの場合でも、前述のコイル10構成のうちのどち
らを選択するか、またはこれらの構成のうちの一方を有
するシステムの変形例の選択に応じて、ダイオード11と
結合器12のこの波結合領域との間にこの光路を設けるよ
うに一方の光ファイバの余分の長さをダイオード11に位
置決めすることも、あるいはダイオード11から延びる他
の偏波保持光ファイバまたは通常単一空間モード光ファ
イバに余分の長さを接続することもできる。

光学方向性結合器12は、各端部に２つずつ設けられた
４つのポート間に透光媒体を有する。透光媒体は第１図
中の結合器12の各端部に設けられている。これらのポー
トのうちの１つは、それに位置決めされたレーザ・ダイ
オード11から延びる光ファイバを有する（融着結合器の
場合は逆であり、すなわち、ファイバが結合器の結合領
域から延び、ダイオード11の発光面に位置決めされ
る）。光学結合器12の同じ端部の他のポートには、そこ
から延びて、フォトダイオード用の動作回路を備える光
電検出システム14に電気接続されたフォトダイオード13
に位置決めされる、このポートに位置決めされた（ある
いは、別法として融着結合器がある場合はそれから延び
る）他のファイバが示されている。この光ファイバは、
偏波保持光ファイバでも通常単一空間モード光ファイバ
でもよい。実際には、上記で指摘したように、融着部分
または融着部分中の光結合領域を越える残りの長さがレ
ーザ・ダイオード11およびフォトダイオード13へ延び、
あるいはレーザ・ダイオード11およびフォトダイオード
13から延びる他の光ファイバに接続されるように、その
ような光ファイバの融着済み長さで結合器12を形成する
ことができる。

フォトダイオード13は、電磁波または光波がフォトダ
イオードに位置決めされた（あるいは、フォトダイオー
ドへ延びる）光ファイバの部分からフォトダイオードに
入射したことを検出し、それに応じて光電流をもたら
す。上記で指摘したこの光電流は、ほぼコヒーレントな
２つの電磁波がフォトダイオードに入射した状況では、
下記に示すように、二乗余弦関数に従って、そのような
電磁波対間の位相差の余弦に依存する光電流出力をもた
らす。フォトダイオード13は、必要に応じて光起電力モ
ードまたは光伝導モードで、適当なインピーダンスの増
幅器回路として動作し、フォトダイオード自体に当たる
放射強度のほぼ線形な関数である光電流をもたらし、そ
のため、光電流は、光源11から放出される強度雑音のた
めの成分も有する。通常、フォトダイオード13はｐ−ｉ
−ｎフォトダイオードである。

光学方向性結合器12は、その他方の端部にあるポート
に、偏光器15へ延びる他の光ファイバを有する。これ
は、コイル10構成の選択、およびそれらの構成のうちの
一方または他方を有するシステム変形例の選択に応じ
て、偏波保持光ファイバであっても単一空間モード光フ
ァイバであってもよい。結合器12の同じ側の他方のポー
トに、融着されて結合器12を形成する光ファイバのうち
の一方の余分の長さ、またはこの場合も、そのような余
分の長さだけ接続された他の光ファイバの余分の長さを
含む無反射終端構造16がある。この場合、構造16に至る
この光ファイバは、偏波保持光ファイバでも通常単一空
間モード光ファイバでもよい。

方向性光学結合器12は、ポート、またはポート中の結
合領域を越えて延びる光ファイバの余分な部分の端部で
電磁波または光を受け取る際、電磁波の事前に選択され
た部分、通常はその半分が、着信波を受け取る着信ポー
トまたは余分な光ファイバ長を有する結合器12の端部に
対向する結合器の端部にある２つのポート、または結合
領域を越えた２つの余分なファイバ長の端部のそれぞれ
に現れるようにそのような電磁波を送る。一方、結合器
12の着信ポートの同じ端部にあるポートまたは余分のフ
ァイバ長には電磁波は送られない。結合器12が２つの偏
波保持光ファイバ部分で形成され、入力ポートにある主
屈折軸が適切に位置合わせされている場合、主屈折軸に
対する着信電磁波の偏波は、２つの出力ポートの対応す
る軸でかなりうまく維持されるが、結合器の結合領域で
は軸間で波がある程度結合される。通常単一空間モード
光ファイバ部分対を融着させて結合器12を形成する場
合、偏波保持構成要素中の主屈折軸に対する着信電磁波
の偏波は、他のファイバとの結合領域を通じてかなりう
まく維持されるが、その後は、場合によっては、結合さ
れた波が通常単一空間モード光ファイバの出力ポートに
到達する前にもかなりの結合が行われる。

偏光器15を使用するのは、場合によっては単一空間モ
ード光ファイバでも、電磁波をそのようなファイバを長
手方向軸に沿って通過させるうえで２つの偏波モードが
可能であるからである。したがって、偏光器15は、電磁
波成分を、これらの軸のうちの一方に沿って、これらの
偏波モードのうちの一方で、偏光器の両方の端部のポー
トに接続された光ファイバ間で送るために設けられる。
偏光器15は同時に、これらの軸のうちの残りの一方に沿
った透過をほぼ遮断する。しかし、偏光器15は、遮断す
べき一方の偏波状態の電磁波を完全に遮断することがで
きるわけではない。偏光器の消衰係数のこの欠点のため
に、光路を介して互いに逆の方向へ伝わる２つの波間の
不可逆性がもたらされ、したがって、偏光器およびシス
テムの残りの部分が配置された環境の条件に応じて変化
する不可逆移相がそれらの波間にもたらされる。

光学方向性結合器12が接続された端部と反対側の偏光
器15の端部のポートには、他の光学方向性結合器17へ延
びる他の光ファイバが位置決めされる。このファイバと
この結合器は、コイル10構成の選択、およびこれらのコ
イル構成のうちの一方を有するシステム変形例の選択に
応じて、偏波保持ファイバ対または通常単一空間モード
・ファイバ対で形成される。方向性結合器17はまた、電
磁波の事前に選択された部分、この場合も通常はその半
分が、着信ポートを有する結合器17の端部の反対側の端
部にある２つのポートのそれぞれに現れるように、受け
取った電磁波を送る。この場合も、結合器17の着信ポー
トと同じ端部にあるポートまたは余分のファイバ長には
電磁波は送られない。入力ポートでの着信電磁波の偏波
は、結合器12で説明した程度に、かつ結合器12で説明し
たように対応する出力ポート対で維持される。偏波保持
光ファイバ部分対を使用して方向性結合器17を形成する
場合、別法として方向性結合器17を集積光チップに形成
する場合の光学サブシステム部分の性能と同様な光学性
能が第１図の光学サブシステム部分にもたらされる。

偏光器15に結合される第１のポートがある結合器17の
端部と同じ側の端部の第２のポートは、他の通常単一空
間モード光ファイバ部分または偏波保持光ファイバを使
用して非反射終端構造18に接続される。結合器17の反対
側の端部の１つのポートは、コイル10中の光ファイバの
一端から他の光学構成要素へ延びる光路部分中のこの光
学構成要素に接続される。結合器17のこの端部の他方の
ポートは、光ファイバ・コイル10の残りの端部に直接結
合され、この結合は通常、結合器17中の結合領域を越え
る光ファイバの余分の長さとコイル10中の光ファイバと
の間のスプライスを介して行われる。

コイル10と結合器17との間の、コイル10の直接接続さ
れた側と反対側に光学位相変調器19が設けられている。
光学位相変調器19は、それに含まれる透過媒体の両端
部、第１図ではその位相変調器のそれぞれの対向する端
部にポートを有する。コイル10からの偏波保持光ファイ
バまたは通常単一空間モード光ファイバは変調器19のあ
るポートに位置決めされる。結合器17からの偏波保持光
ファイバまたは通常単一空間モード光ファイバは、変調
器19の対向する端部のポートに位置決めされる。

光学位相変調器19は、圧電シリンダに電圧を印加する
ことによって光ファイバ部分を伸ばすことができるよう
に圧電シリンダの周りにその光ファイバ部分を巻くこと
によって形成された種類のものでよく、あるいは、たと
えば、基板上に電極として設けられ、かつ基板に設けら
れたウェーブガイドに隣接して位置決めされた金属付着
部を含む、ニオブ酸リチウムの基板を使用して光学集積
チップとして形成することもできる。そのような付着部
によって通常、基板上にプレート状の電極構造が形成さ
れ、変調器との電気接点と、ウェーブガイドに様々な電
界を確立してウェーブガイドを通過する電磁波の位相の
必要な変調を行う手段との両方が与えられる。

したがって、光学位相変調器19は、このプレート上で
電気信号を受け取り、透過媒体の屈折率を変化させるこ
とによって、媒体内に確立される電界のために、プレー
トを通じて送られた電磁波に位相差をもたらし、それに
よって、そのような波が経験する光路長の効果を変化さ
せることができる。光学集積回路の形で構成された光学
位相変調器は、大きな帯域幅を有し、すなわち、かなり
高い周波数内容を有する波形に従った位相変化をもたら
すことができる。偏光器15ならびに光源の光学方向性結
合器12およびループ光学方向性結合器17を、場合によっ
ては共通の集積光学チップに形成することを含め、同様
な各集積光学チップに形成することもできることに留意
されたい。

方向性光学結合器17は、光源11から放出され、結合器
12および偏光器15を介して送られた電磁波を結合器17が
受け取ってほぼ半分に分割し、その結果得られる部分の
対応する一方の部分が結合器17の対向する端部の２つの
ポートのそれぞれから出るという点でビーム分割器とし
て働く。結合器17のその対向する端部の１つのポートか
ら、対応する電磁波部分が、デポラライザ10′を使用し
ている場合はデポラライザ10′と、光ファイバ・コイル
10の残りの部分と、光学位相変調器19を通過し、結合器
17に戻る。その電磁波の一部は、結合器17のポートを通
過して偏光器15に至り、次いで結合器12に至り、結合器
12において、この波部分の残りの部分の一部がフォトダ
イオード13へ送られる。

電磁波の他方の部分は、結合器17での分割の後、結合
器17の他方のポートから出て、まず光学位相変調器19と
大部分の光ファイバ・コイル10を通過し、次いで、デポ
ラライザ10′を使用している場合はデポラライザ10′を
通過し、結合器17に再入し、そこから再び、前述の第１
の部分と同じ経路をたどり、最後に部分的にフォトダイ
オード13に入射する。位相変調器19によって行われる変
調が存在し、コイル10の軸の周りでのコイル自体の回転
が存在するとき、あるいは結合器17での効果のために、
組み合わされた波のある量のエネルギーは非反射構造18
を介して失われる。

デポラライザなしでコイル10用に偏波保持光ファイバ
を使用した干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープで
は、コイル10を通過する電磁波はすべて、同じ光路を使
用する。しかし、デポラライザなしでコイル10用に通常
単一空間モード光ファイバを使用する干渉方式光ファイ
バー・ジャイロスコープでは、コイル10で使用される通
常単一空間モード光ファイバの性質のために、温度の変
化のための応力の変化を含め、波がいくつかの異なる光
路を使用して伝搬できるようになる様々な原因によって
誘発される複屈折が無作為に発生する。デポラライザ1
0′を使用すると、波は、ある波長にわたって周期的に
異なる偏波状態になり、したがって、対応する異なる光
路をとる。したがって、コイル10とデポラライザ10′の
両方を通過する電磁波の偏波履歴は波長に依存する。そ
れにもかかわらず、ある時点で偏光器15の透過軸に到達
する波は同じ偏波履歴を有する。その場合、デポラライ
ザ10′が各偏波状態間に光波を一様に分布させると仮定
すると、デポラライザ10′は各光路中の波エネルギーを
等しくするように働く。

干渉方式ジャイロスコープ・システムにおける、上記
でコイル10に関して説明した構成のうちのどちらを使用
するかの選択は、一方または他方のコイル構成を有する
システム変形例の選択の場合と同様に多数の因子に依存
する。各コイル構成（およびそのような構成の変形例）
ごとのいくつかの異なるシステム構成が、出願番号第07
/791719号を有する“Configuration Control of Mode C
oupling Errors"および出願番号第07/890/938号を有す
る“Configuration Control of Mode Coupling Errors"
と題する、出願済みの関連米国特許出願に記載されてい
る。これらの出願はそれぞれ、引用によって本明細書に
編入されている。

上記で指摘したように、フォトダイオード13は、波間
の位相差に依存する、フォトダイオード自体に当たる組
み合わされた電磁波または光波の強度に比例する出力電
流をもたらす。第１図の構造では、フォトダイオード上
の強度が、偏光によって決定された各光路を介して両方
向へ伝わる電磁波であるが、主として、偏光器15がほぼ
通過させる偏光をその偏光器15において戻り波が得る光
路を介して伝搬する波しか含まない電磁波の平均、すな
わち、存在する波長全体にわたって得られた平均となる
ように、電磁波がコイル10を介して互いに逆の方向へ伝
搬し、部分的にフォトダイオード13に到達する。すなわ
ち、この平均プロセスに含まれる戻り波は主として、偏
光器15の透過軸を通じて延びる光路をたどる波だけであ
る。フォトダイオード13からの対応する光電流は、二乗
余弦関数に従い、すなわち、コイル10中の互いに逆の方
向へ伝搬しフォトダイオードに入射する電磁波に存在す
る波長全体にわたって得られた、各電磁波の各部分間の
平均位相差の余弦に基づいてもたらされる。この関係が
成立するのは、光電流が、互いに逆の方向に伝搬する電
磁波対がフォトダイオード13上に入射した結果として得
られ、そのダイオードにおいてこれらの波間でどれだけ
建設的または破壊的な干渉が発生するかに応じて変動す
る光強度に依存するからである。この波の干渉は、コイ
ル状光ファイバ形成コイル10の軸の周りでのコイル自体
の回転によって、サニャック効果のために波間の位相差
ずれが導入されるので、そのような回転に応じて変化す
る。さらに、第１図の残りの部分に示した電気システム
に関連して説明するように、光学位相変調器19によって
追加移相ずれが導入される。

この状況は、第１図のシステムを介して光源11から光
電検出器13へ伝搬する時計回り電磁波および逆時計回り
電磁波を概括的に考えることによって、そのシステムに
関して示すことができる。これらの波は、デポラライザ
の存在なしで偏波保持光ファイバを使用して構成されて
いると仮定した図１のシステム内を伝搬するとみなされ
る。また、偏光器15が、光ファイバのより高速な伝搬軸
に沿って伝わる波を偏光器のブロッキング軸に位置合わ
せすることによってなくするうえで不完全であること、
システム中のそれぞれの異なる光学構成要素間のインタ
フェースでの後方散乱、位相変調器19の構造で発生する
非線形性や時計回り波および逆時計回り波に等しくない
強度が存在する際のカー効果のための非線形性などシス
テム中の非線形性などのために、システムにそれぞれの
異なる偏光が存在するための誤差原因など一般的な誤差
原因は、無視できると仮定され、あるいは、システムの
動作において重要でないものになるようにその他の方法
で軽減されている。そのような１つのシステムはたとえ
ば、完全に偏波保持光ファイバで構成され、発光が十分
に広帯域である光源を有し、おそらくカー効果を低減さ
せるような性質の強度変動を有するシステムである。

光電検出システム14中のフォトダイオード13に到達す
る時計回りに伝搬する電磁波の電界成分E_d-CWは、次式
のように表すことができる。

逆時計回りに伝搬するE_d-CCWは次式のように表すこと
ができる。

上式で、Eiは、選択された偏光の光源11からの入力電
磁波の電界成分を表し、τは、光源11から出てフォトダ
イオード13に到達するまでの経過時間を表す。結合器12
および17の伝達比が着信波の強度の２分の１であると仮
定すると、結合器12および17のそれぞれで電磁波の電界
成分の が失われ、その結果、光源11からフォトダイオード13ま
での第１図のシステム中の完全な伝搬で電界成分の２分
の１が失われる。第１図の「最小可逆」構成では、時計
回り波と逆時計回り波の両方に応じ光路が確保されるの
で、基本的に各波ごとに、その波が第１図のシステムを
通過する際に他の損失が発生する。このような他の損失
は各波ごとに によって表される。

波の位相は、これらの数式中の対応する指数因子の複
素指数で表される。各波は、第１図の紙面に垂直に配向
したコイル10の対称軸の周りでのシステムの回転が、伝
搬する一方の電磁波とは同じ方向であるが、他方の電磁
波とは逆の方向であるため、この回転時にはサニャック
効果のために、互いに逆の符号の位相変化φ_Ｒの半分を
経験する。位相変調深さφ′_ｍは、各波ごとに同じであ
るが、逆時計回り波の場合は、光源11からフォトダイオ
ード13までの走行時間に非常に近い波走行時間を表す時
間τだけ遅れて発生し、したがって、光源11からの入力
放射の引数で使用されたのと同じ時間が制限の指数で使
用される。

電磁波の強度は、電磁波理論からよく知られているよ
うに、その波の電界成分の二乗に等しく、したがって光
源11から放出される電磁波の強度はI_i＝E_i ²に等しい。
このような電磁波の電界成分は、第１図のシステム内を
E_CWおよびE_CCWとして伝搬し、光電検出システム14のフ
ォトダイオード13に到達し、フォトダイオードにおい
て、光電検出器13に当たる電磁波の強度I_D（ｔ）がこの
ような波の加算、または次式から得られるように加算的
に組み合わされる。

I_D（ｔ）＝|E_CCW＋E_CW|² 時計回り波および逆時計回り波の電界成分に対して求
められた数式を上式に代入し、かつ光源11からの電磁波
の強度を置換すると次式が成立する。

上式は、周知のオイラーの公式および複素変数理論に
よる絶対値の定義、ならびに三角恒等式を使用すること
によって、次式となる。

上式中の２つの正弦関数の差、代入項ｔ△ｔ′＋τ/2
の使用、三角恒等式のみを考えると、この関数の差を次
式のように変換することができる。

上式を前述の数式で使用すると、次式が成立する。

φ_ｍ△２φ′_msinω_ｍτ/2を定義すると、次式が与え
られる。

この関係は次いで、前述の第１図中の光学サブシステ
ムの一般的性能を与える。

第１図の残りの電気サブシステム部分は、開ループ光
ファイバ・ジャイロスコープ・システムを示すが、閉ル
ープ光ファイバ・ジャイロスコープ・システムに変換
し、すなわち図のシステムの周りでフィードバックを使
用することもできる。これは、この電気システムに、第
１図に示したシステムの出力に基づいてフィードバック
信号を提供させて、光路中の変調器19の隣に挿入された
他の光学位相変調器を制御し、あるいは変調器19を付加
的に制御することによって行われる。光学位相変調器19
は、前述の種類のものであり、上式で指摘したように二
乗余弦関数に従う、光電検出システム14中のフォトダイ
オード13の出力信号を、復調プロセスでこの数式から得
られる正弦関数に従う信号に変換するために位相感応復
調器または位相検出器に関連して使用される。そのよう
な正弦関数に従うと、回転速度とコイル10の軸の周りで
その回転の方向との両方に関する情報がその出力信号で
与えられる。変調器19は、バイアス変調信号生成装置20
の出力で与えられる正弦信号によって動作され、バイア
ス変調信号生成装置はまた、この信号を提供して位相検
出器、すなわち上記で指摘した位相感応復調器を動作す
る。

フォトダイオード13を含む光電検出システム14からの
信号は増幅器21に与えられ、この増幅器において増幅さ
れ、フィルタ22を介して位相検出器23へ送られる。位相
検出器23として働く位相感応復調器は周知の装置であ
る。そのような位相感応復調器は、信号生成装置20の第
１の高調波または基本周波数の変化を検知し、フォトダ
イオード13に入射する電磁波対の相対位相を示す。この
情報は、位相検出器23によって、正弦関数に従う出力信
号、すなわち、フォトダイオード13に当たる２つの電磁
波部分間の位相差の正弦で提示される。

そのような出力信号は、上式をベッセル関数級数とし
て展開し、それによって、存在する高調波を光学サブシ
ステム出力信号I_Dに表示することによって求めることが
できる。そのような級数展開は次式を与える。

光電検出器システム14での電気出力信号への変換後
に、この出力信号は、それから選択された高調波に対応
する部分を有さなければならない。バイアス変調信号生
成装置20が、光電検出システム14によって検知され、か
つなくする必要がある強力な第２の高調波成分を生成す
るので、フィルタ22が必要である。フィルタ22は主とし
て上式の第１の高調波周波数成分、すなち角振動数ω_ｍ
で変化する変調周波数成分を通過させる。その結果、フ
ィルタ22の出力信号は次式で表される。

上式でk₀では、信号が光電検出システム14、増幅器2
1、フィルタ22を通過するために生じるシステム利得定
数である。この増幅器を通過する結果として他の位相遅
延項を追加することができる。ただし、これは無視され
るが、この余弦に関して示した位相項−ω_ｍτ/2として
組み合わされるとみなすことができる。

フィルタ22からのこの信号は次いで、ある振幅での正
弦sinω_mtに等しいバイアス変調器生成装置20からの信
号の場合と同様に、位相感応検出器23に印加される。そ
の場合、位相感応検出器23の出力は次式で表される。

上式で、定数ｋ′_０は、フィルタ出力信号が位相感応
検出器23を通過した結果として得られる他のシステム利
得を表す。

動作時には、光路中のコイル10を通過してフォトダイ
オード13に達する互いに逆の方向へ伝搬する２つの電磁
波の位相差変化によって、比較的小さく、光学位相変調
器19およびバイアス変調器信号生成装置20のための位相
差変化と比べて比較的低速に変動する平均正味位相差変
化がもたらされる。サニャック効果のための平均位相差
ずれでは、電磁波間の平均位相差がずれるに過ぎず、位
相感応復調器23でのフォトダイオード信号復調の後の位
相感応復調器23から出力信号は、この位相差の正弦に、
位相変調器19および信号生成装置20のための波の変調に
よって設定された振幅スケーリング因子を乗じた値に依
存する。したがって、この同期復調では、コイル10の軸
の周りでのコイル自体の回転の結果を含む、信号生成装
置20および変調器19によって導入される変調周波数での
正弦変調周波数成分の振幅が、フォトダイオード出力信
号からほぼ抽出され、復調器出力信号が与えられる。

しかし、上記で指摘したように、最小可逆構成の光フ
ァイバ・ジャイロスコープ・システムを用いる場合で
も、そのシステムで発生する様々な効果によって逆伝搬
電磁波間の追加移相が導入されることがある。通常、サ
ニャック効果以外のそのような不可逆移相のの重要な原
因は、上記で編入した文献に記載されているように、偏
光器15が不完全であり、その結果、出力中の移相誤差が
サニャック移相と区別できるものとなるため、逆伝搬電
磁波の２つの異なる偏光成分がそれぞれの異なる光路を
たどることである。他の原因は、光路中の後方散乱と、
光路に沿った屈折率の強度依存性である。上記で第１図
のシステムの一般的応答を求める際に行ったように、こ
れらの誤差原因は、無視できるとみなされ、あるいは以
後無視できるものになるように他の方法で軽減される。

ジャイロスコープの出力誤差をもたらすコイル10中の
逆伝搬電磁波間の移相の変動の他の原因は、光源11で発
生する光学雑音のための、光源11によって放出される電
磁波の振幅の変動である。光源11からの雑音がないとき
でも、フォトダイオード13を含む光電検出システム14で
は、出力光電流に寄与する雑音源のために出力光電流の
誤差が発生する。信号電流だけでなく、暗電流雑音、お
よびフォトダイオード13に達する背景放射のための可能
な雑音が存在する。また、光電検出プロセスの統計的性
質のための散弾雑音が存在し、フォトダイオード13の２
本のリード線間に存在する負荷抵抗相当物で生成される
熱雑音も存在する。したがって、光電検出システム14か
らの出力信号にすでに存在するこれらの雑音源電流だけ
でなく、光源11によって生成される光学雑音が加えられ
る。

光源11用に使用できる様々な種類の光源装置には多数
の光強度変動原因がある。すべてのこれらの雑音源は組
み合わされ、光電検出システム14で独立に生成される雑
音の最小量によって設定される限界を超える程度に検出
雑音を増大させる。この過度の雑音は、多くの場合、相
対強度雑音と呼ばれ、フリッカまたは1/f雑音と、光源
動作電気回路で生成される電流雑音と、担体密度変動と
を含む。光源11によって生成される電磁波の強度は、こ
のような状況では次式のように表すことができる。

I_i（ｔ）＝I₀＋ｎ（ｔ） 上式で、I₀は、ほぼ一定の所望の電磁波強度であり、
光源11の動作で与えらる。ｎ（ｔ）は雑音パワー、すな
わち各雑音源が表す確率過程の寄与の結果である確率変
数である。

光源11として適切な光学装置から、1/f雑音が十分に
低減された高い動作周波数で、高いパワー・レベルの熱
広帯域光が得られたとき、他の基本雑音源が支配し始め
る。これは、互いに混合した光学周波数の電磁波を放出
し、光源から放出される電磁波に比較的周波数の強度変
動を残す電磁波源中の互いに近接した光学放出のため
に、広帯域電磁波源で発生する強度雑音である。すなわ
ち、任意の瞬間にこのような放出から、複合電磁波、す
なわち増幅された多数の独立の自然放出事象の和が発生
する。この複合波は、それぞれ、「フェーザ」としての
複素値表現を有し、かつそれぞれの相対位相が相関しな
いので、放出される多数の波の無作為フェーザ和とみな
すことができ、したがって、一般に「熱」光と呼ばれる
ものを形成する。したがって、様々なスペクトル成分の
相対位相どうしも相関しない。したがって、強度は時間
の経過と共に変動し、このような強度変動の様々な比較
的低周波数の成分どうしも相関しない。そのような強度
雑音は、縁部で発光する発光ダイオード、およびスーパ
ールミネセント・ダイオードでは一般的である。誘発発
光で発生するよりも大きな線幅を得るためにしきい値よ
りも小さな値で動作するレーザ・ダイオードは、動作点
がしきい値よりもそれほど低くない場合に支配すること
ができる強度雑音も示す。

光源中の様々な放出は、それぞれ、他の放出とうなる
ことで出力波をもたらす際、単色またはほぼ単色の波の
外乱の振幅および位相を有するフェーザとして表すこと
ができる。各フェーザの振幅と位相は通常、合理的に、
互いに統計的に独立し、かつ他のフェーザの各振幅およ
び各位相から統計的に独立しているとみなすことができ
るが、各フェーザの振幅および位相には共通の確率分布
がある。

このような小さな独立のフェーザの寄与が複雑に加え
られて、光源全体の出力が表され、その結果は、光源
が、少なくとも十分に低い周波数の所望の出力強度に加
えて零平均プロセスで白色光を放出するように見え、こ
の場合、自乗平均平方根（rms）雑音スペクトルは、次
式によって与えられる。

上式では、τ_ｃは光源コヒーレンス時間である。光源
のコヒーレンス時間は光源のスペクトル帯域幅が増加す
るにつれて減少するので、光源スペクトル帯域幅が増加
すると、この雑音が低減する。光源コヒーレンス時間
は、よく知られているように、次式から得られる。

上式で、γ（τ）は光源のコヒーレンス関数複合度で
ある。rms平均に対する雑音パワーｎ（ｆ）は、ｎ
（ｔ）のフーリエ変換に関係するものである。

上記でrms雑音パワーに関して与えた数式から分かる
ように、雑音は光源強度に比例し、そのため、強度を増
加させても、第１図のシステムに関する信号雑音比は向
上しない。したがって、強度雑音が支配し始めるある強
度、通常約10μｗを超えると、光源11によって放出され
る電磁波の光強度が増加するので第１図のシステムの信
号雑音比はそれほど向上しなくなる。

第１図のシステムは、光電検出システム14から得られ
る放射周波数ω_ｍで変動する光学信号の第１の高調波を
システムの出力信号として使用するので、その周波数お
よびその近傍の周波数での雑音信号寄与は、システムか
ら得られる出力信号に対するこの寄与の影響において特
に重要である。出力信号は、フィルタにより、あるいは
アナログ・ディジタル信号からバージョン単位でサンプ
リングすることにより、あるいはフィルタ22の動作によ
り、あるいは第１図のシステムで行われる他の帯域正弦
動作によって設定されるある帯域幅内で、第１図のシス
テムが設置されているシステムごとに考慮されるに過ぎ
ないので、重要な雑音信号寄与は、第１の高調波信号周
波数の周りの比較的狭い帯域内にしか存在しない。

狭帯域幅フィルタの入力に零平均の白色雑音が印加さ
れると、よく知られているように、周波数ドメインでの
フィルタの伝達関数の絶対値の二乗に関係する出力信号
が与えられる。ヒルベルト変換を使用することによっ
て、対応する分析信号を形成することができ、複雑すぎ
て本明細書では示すことができない次の２つの処理によ
って、ωを中心とする通過帯域を有するフィルタの出力
での狭帯域雑音の表現を、包絡線および位相成分に関し
て次式のように提示することができる。

δＩ（ω）cos［ωｔ＋（ω）］ 雑音信号包絡線は確率変数δＩ（ω）として表され、
位相成分は確率変数φ（ω）として表される。雑音過程
がガウス過程であり、これらの確率変数のそれぞれが変
調周波数よりもずっと低い周波数で変動すると仮定する
と、信号が存在する包絡線確率変数を含め、これらの確
率変数の確率分布を分析的に求めことができる。この２
つの確率変数はまた、通過帯域の帯域幅が比較的狭いこ
とによる比較的大きな時間定数のために、１つの無作為
値から他の無作為値に移る際に時間的に非常にゆっくり
と変化する。その結果、光源強度I_iはこの場合、次式の
ように表される。

I_i（ｔ）＝I₀＋δＩ_（ω）cos［ωｔ＋（ω）］ このような状況で、第１図のシステムの光学サブシス
テム部分の出力強度I_D（ｔ）は、上式を、上記でこの出
力信号に関して求めた数式に代入した後、次式で表され
るものになる。

明らかに、雑音成分結果が光学サブシステムの出力信
号に追加され、上記で指摘したように、光源11から放出
される波I₀の所望の強度を増加させても、第１図のシス
テムの信号雑音比は変化しない。したがって、第１図の
システムの光源から放出される光学強度雑音の影響を低
減させるためにこのシステムに関連して使用することが
できるが、コストをそれほど課さない構造が必要であ
る。

発明の概要 本発明は、干渉計や回転センサなどのシステムにおい
て、位相変調器を有するそのシステムの光学サブシステ
ムに光源によって導入され、システム出力信号において
対応する雑音信号成分をもたらす光学雑音の効果を低減
させる雑音低減装置を提供する。光学サブシステムの出
力以外のこのサブシステム自体の位置からの電磁波は、
雑音低減構造に結合され、この結合時の遅延は、光学サ
ブシステムで発生する光源から出力までの遅延の半分よ
りも短い。この雑音低減構造内である信号が形成され、
光学サブシステム出力に基づいてこの構造内で形成され
る他の信号と組み合わされ、結果として得られるシステ
ム出力信号において、雑音が、光学サブシステム出力に
基づく信号で発生する雑音よりも低い程度に低減され
る。

光学サブシステムはコイル状光ファイバを有し、電磁
波はコイル状光ファイバ内で互いに逆の方向へ伝搬し、
光路の残りの部分も光ファイバで形成され、あるいは選
択的に部分的に集積光学チップで形成される。電磁波
は、結合位置およびこのサブシステムの出力から、対応
する光電検出器に結合され、雑音低減構造内で組み合わ
される信号の基礎が与えられる。これらの信号は、共通
の信号または別々の信号に基づく基準信号によって復調
することも、あるいは、一方の信号を、他方を基準信号
として使用して復調することもできる。波を結合位置か
ら光学サブシステムのある位置に結合するには、偏光器
を介して結合を行う必要があり、コイル状光ファイバが
光源一次周波数で分散性を有する場合は、そのような周
波数での分散がより大きなある長さの光ファイバを介し
て結合を行う必要もある。

図面の簡単な説明 第１図は、従来技術で知られている信号処理構造と透
光経路・装置構造を組み合わせたシステム概略図であ
る。

第２図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経
路・装置構造を組み合わせたシステム概略図である。

第３図は、第１図および第２図のシステムに関する性
能特性のグラフである。

第４図は、第１図および第２図のシステムに関する性
能特性のグラフである。

第５図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経
路・装置構造を組み合わせた代替システム概略図であ
る。

第6A図は、周期波形の一部のグラフである。

第6B図は、第５図のシステムに関する性能特性のグラ
フである。

第7A図は、周期波形の一部のグラフである。

第7B図は、第５図のシステムに関する性能特性のグラ
フである。

第８図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経
路・装置構造を組み合わせた他の代替システム概略図で
ある。

第９図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経
路・装置構造を組み合わせた他の代替システム概略図で
ある。

第10A図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光
経路・装置構造を組み合わせた他の代替システム概略図
である。

第10B図は、第10A図のシステムの一部の代替策を示す
図である。

第11図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経
路・装置構造を組み合わせた他の代替システム概略図で
ある。

好ましい実施の形態の詳細な説明 光源11から、第１図に示したシステムの光学サブシス
テム部分の残りの部分を伝搬した後、光電検出器13に到
達する強度雑音を低減させるためにはまず、光電検出器
システム14からの出力信号中のそのような雑音を何らか
の方法で測定する必要がある。次いで、その情報を使用
して、位相感応検出器23の出力でシステムに関して得ら
れる出力信号中の対応するある量の雑音を取り消すこと
ができる。

フォトダイオード13に到達する光学出力信号の誤差の
測定は、そのフォトダイオードに到達する電磁波で搬送
される強度雑音の測定に依存する。しかし、第１図のシ
ステムでは、コイル10の軸の周りでのコイル自体の回転
のために、それらの電磁波に表されるサニャック移相も
測定しないかぎり、フォトダイオード13の近くの位置で
前述の測定を行うことはできない。フォト・ダイオード
13に到達する光学信号のそのような測定値を、位相感応
検出器23から得られる出力信号中の雑音を低減させるた
めの基礎として使用すると、その検出器から得られる回
転信号情報も減少する。

しかし、フォトダイオード13に到達する電磁波の強度
雑音特性が、第１図のシステムの他のどこかで得られる
電磁波の雑音とほぼ同じである場合、そのような他の位
置での雑音の測定は、フォトダイオード13に入射する電
磁波の場合とほぼ同程度に良好な、光源11からの雑音の
影響を表す基礎が提供される。したがって、回転信号情
報を有さず、あるいは少なくとも多量の回転信号情報は
有さない他の位置でのそのような測定は、少なくとも光
ファイバ中の分散がそれほど顕著ではない場合には、光
源11から第１図の光学サブシステムの残りの部分へ放出
される電磁波に光源11によって追加される光学強度雑音
を判定するための基礎と同程度に有効であるはずであ
る。

光源11によって与えられ、第１図のシステムを通過す
るいくつかの電磁波を、それに多量の回転情報が加えら
れる前に得るための、このシステム中のこの目的に好都
合な１つの位置は、そのような波が光源結合器12を介し
て供給される非反射終端構造16である。システム内で得
られる電磁波は、システム中の１つの光学構成要素、す
なわち光源結合器12しか通過していないので強度が比較
的高く、したがって、この光源によって追加される波の
強度雑音内容に関する測定上の比較的良好な基礎となる
はずである。なぜなら、このような電磁波の唯一の回転
情報は、結合器スプライス、光源11、フォトダイオード
13からコイル10を通過してフォトダイオード13に至った
後の光源結合器12を介して戻る信号が少ないため、非常
にわずかであるためである。このような反射の一部はも
ちろん、終端16に至るポートに結合される。しかし、電
磁波中の強度雑音の少なくとも一部を、フォトダイオー
ド13に到達する信号中の強度雑音に合致させるために利
得調整が必要になることがある。

好都合な他の位置は、ループ結合器17の非反射終端構
造18である。しかし、ここで測定される電磁波はすでに
コイル10を通過しており、電磁波の少なくとも一部には
回転信号情報が入っている。もちろん、そのような情報
の含まれていない電磁波をこの位置で抽出できる場合、
これは、光源11によって放出された電磁波の強度雑音内
容を測定するための代替位置となる。そのような構造で
は、前述のすべての光ファイバ実施態様を使用するので
はなく、第１図のシステムの光学サブシステム部分に集
積光学チップを使用した場合、他の難点が生じる。その
ようなチップでは、偏光器15、ループ結合器17、位相変
調器19が集積される可能性が高い。その結果、ループ結
合器17の等価物には、ウェーブガイド“y"継手など容易
に利用できる終端構造がなく、したがって、そのような
位置を使用して雑音信号を得るには、そのチップに他の
結合ウェーブガイドまたはその他の構造を付加的に設け
る必要がある。

いずれかの位置からの電磁波の強度雑音測定を使用し
て位相検出器23′からの出力信号中のそのような雑音を
有効に低減させるにはまず、フォトダイオード13に到達
する電磁波中の雑音の性質を知る必要がある。強度雑音
の存在しない、第１図のシステム中の光電検出システム
14中のフォトダイオード13に入射する光学信号の第１の
高調波が、所望の出力信号成分であり、これを上記で
は、次式で表されるものとしてフィルタ22から現れるも
のとして示した。

上式では、光学強度雑音が存在しないことを示すため
にI_iがI₀で置き換えられている。したがって、第１図の
システム中のフィルタ22の出力での所望の出力信号は、
変調周波数の第１の高調波に応じて−cos（ω_mt−ω_ｍ
τ/2）として変化する。その結果、この所望の高調波の
振幅を回復するには、やはり−cos（ω_mt−ω_ｍτ/2）
として変化する信号基準を使用することによって、フィ
ルタ22の出力での信号を復調する必要がある。したがっ
て、所望の出力信号である光学信号の部分を除いて、強
度信号が存在するときにフォトダイオード13に入射し、
フィルタ22を通過して位相感応検出器23内で復調を行え
るようにする基準信号を提供する光学信号のすべての部
分のために、復調結果は、出力信号中の雑音を構成する
顕著な大きさを有する。したがって、第１図のシステム
の出力中の有効光学強度雑音を判定するには、これらの
第１高調波雑音信号を見つけなければならない。

光学強度雑音信号が存在する、フォトダイオード13に
入射する光学サブシステム出力信号は、上記では第１図
のシステムに関して次式で表されるものとして与えられ
ており、 I₀が光源11からの総入力I_iになるように光学サブシステ
ム出力信号から実際上雑音をなくするために上式中δＩ
（ω）を零に設定する場合、やはり前述の、雑音の存在
しない光学サブシステム出力信号と同じものとみなすこ
とができる。したがって、光学強度雑音が存在する光学
サブシステムの出力に、光学強度雑音が存在しないとき
と同じ、コイル10の回転に関する情報を含む同じ出力信
号が存在し、しかも光学強度雑音も付加的に存在してい
る。したがって、上式で光源11の所望の強度出力I₀を零
に設定し、次式の「雑音誤差」と呼ばれる光学誤差信号
を生成することによって、フォトダイオード13に入射す
る光学サブシステム信号の「雑音のみ」部分または光学
サブシステム信号の誤差部分を見つけることができる。

この雑音誤差信号式では、比較的大きな回転信号が存
在する際、雑音による差がほとんど生じないので、サニ
ャック効果のための回転による位相変化が所望の状況で
は無視できると仮定している。

上式から分かるように、等号の右側の雑音誤差信号式
は２つの部分に分離することができる。第１の部分は、
上式中の大括弧内に１に等しい項があるので、これらの
大括弧の外側に現れる光学強度雑音自体のみを含む。こ
の第１の部分を次式に示す。

第２の部分は、光学強度雑音の様々な高調波と、光源
強度の位相変調の結果として大括弧内の第２の項で発生
した様々な変調高調波を混合し、あるいはうならせた結
果を表す。この第２の部分を次式に示す。

雑音誤差信号式の第１の部分としての２つの前の数式
で述べたように光学強度雑音のみに基づく信号を位相感
応検出器23で復調すると、光学サブシステム出力信号の
第１の高調波に基づく第１図のシステムの出力信号の大
きさに対する光学強度雑音の寄与率が分かる。このシス
テム出力信号は、フィルタ22の出力で雑音誤差信号の第
１の部分として与えられた信号を位相感応検出器23で復
調することによって得られ、その大きさ寄与率は次式に
比例する。

この結果は、周波数変数ωを第１の高調波周波数ω_ｍ
に設定した後の、上記で与えた雑音誤差信号式の第１の
部分に、−cos（ω_mt−ω_ｍτ/2）の復調器基準信号を
乗じ、三角恒等式を使用し、同時に第１の高調波よりも
高い周波数のすべての項を消去することによって求めら
れる。

変調器19および生成装置20のための、光源11によって
与えられた波強度の位相変調を表す、雑音誤差信号の第
２の部分の第２の余弦因子は、次式のように偶数高調波
項しか有さないベッセル級数として展開することができ
る。

様々な雑音高調波がこれらの偶数高調波項とうなる
が、第１の高調波周波数信号成分への寄与において有意
であるのは、混合され、あるいはうなった変調高調波の
周波数とは基本周波数にまったく等しい量だけ異なる周
波数を有する雑音高調波だけである。これは、混合プロ
セスによって生成される新しい高調波が、混合された高
調波の周波数の差または和である周波数を有するからで
ある。周波数間に第１の高調波周波数に等しい差がある
混合済み高調波の組合せのみが、第１の高調波周波数で
有意の大きさを有するように復調される。したがって、
上式中の変調高調波項とうなる光学強度雑音高調波周波
数の組合せのうちのいくつか、すなわち、奇数雑音高調
波、すなわち、周波数が位相変調偶数高調波とは第１の
変調高調波、すなわち基本周波数に等しい値だけ異なる
ことができる雑音高調波のみを含む組合せのみを考慮す
ればよい。

基本周波数での雑音高調波は、J₀、すなわち変調零周
波数項と、J₂、すなわち変調第２高調波項とを有する上
式の級数展開中の項と混合しないかぎり、第１の高調波
周波数で有意の出力大きさを生成することはできない。
これは、これらの項が、第１の高調波周波数での光学強
度雑音の周波数からその第１の高調波周波数に等しい量
だけ異なる周波数を有するただ２つの変調高調波である
からである。したがって、雑音のこの第１の高調波項
に、変調を表す第２の余弦因子のベッセル級数展開を代
入した後の、所望の雑音誤差信号の第２の部分の対応す
る部分は、 この場合も、三角恒等式を使用し、第１の高調波より
も高い周波数の項を削除することによって求められる。
この雑音誤差信号成分は、次式に比例する、位相感応検
出器23による復調の後の第１図のシステムの出力信号の
大きさに寄与する。

この結果は、この場合も、この結果の前の数式に−co
s（ω_mt−ω_ｍτ/2）の復調器基準信号を乗じ、次いで
三角恒等式を使用し、第１の高調波よりも高い周波数を
有する項を消去することによって求められる。

同様に、第３の雑音高調波は、第２および第４の変調
高調波と混合しないかぎり、第１の高調波周波数で有意
の出力大きさを生成することはできない。したがって、
雑音のこの第３の高調波項に、変調を表す第２の余弦因
子のベッセル級数展開を代入した後の、所望の雑音誤差
信号の第２の部分の対応する部分は次式で表される。

この場合も、この結果は、三角恒等式を使用し、第１
の高調波よりも高い周波数の項を削除することによって
求められる。この雑温誤差信号成分は、次式に比例す
る、位相感応検出器23による復調の後の第１図のシステ
ムの出力信号の大きさに寄与する。

この場合も、この結果は、この結果の前の数式に−co
s（ω_mt−ω_ｍτ/2）の復調器基準信号を乗じ、その
後、三角恒等式を使用し、第１の高調波よりも高い周波
数を有する項を消去することによって求められる。

したがって、残りの無限の追加項にわたって「雑音誤
差」信号の第１の高調波部分を引き続き求めて、第１の
高調波周波数ω_ｍでの「第１の高調波雑音誤差」信号を
形成する追加項を見つけることができる。この初期項は
次式で表される。

これらの項のそれぞれは、復調後に出力信号の雑音誤
差成分を与える復調基準信号−cos（ω_mt−ω_ｍτ/2）
と同相のこの雑音誤差信号の部分に寄与する。三角恒等
式を使用することによって、残りの無限の追加項のそれ
ぞれごとに、雑音誤差信号の第２の部分から得た各雑音
奇数高調波に関するこれらの第１の高調波雑音誤差寄与
式の「同相」部分を求め、第１の高調波変調周波数ω_ｍ
での「同相第１高調波雑音誤差」信号を形成することも
できる。この信号の初期項を次式に示す。

この結果得られるこれらの式の合計は、電気信号への
変換および復調の後、対抗手段がない場合にシステム出
力信号中の光学強度誤差信号部分となる、フォトダイオ
ード13に当たる対応する光学誤差強度信号であり、この
合計は、次式のように書くことができる。

上式は、高周波数雑音高調波の寄与を有するとみなす
ことができる。帯域制限光学強度雑音無差為大きさ関数
δＩ（ｎω_ｍ）および位相関数φ（ｎω_ｍ）は、共に実
際上、第１図のシステムの出力信号帯域の帯域幅によっ
て設定される時間定数程度の率で時間に応じて変動す
る、確率分布で様々な値をとる比較的低速の無作為に変
動する時間関数である。そのような変動は、第１図のシ
ステム内での電磁波および信号の走行時間と比べて非常
に低速である。さらに、ある周波数での雑音値は他の周
波数での雑音値と相関せず、したがって、ある時点での
ある高調波の測定値は他の時点および周波数での測定結
果に対する意味を有さないので、様々な雑音高調波での
これらの関数の値は相関しない。

しかし、このような高周波数雑音高調波にもかかわら
ず、この雑音を組み込んだ光学信号を、復調する前ある
いは復調した後に、電気信号に変換し増幅して初期シス
テム電気出力信号を形成した後に、この雑音を低減、あ
るいはなくすことができる。これを上記で指摘したよう
に行うことができるのは、コイル10を介して再びフォト
ダイオード13へ送られ、それによって、この初期システ
ム電子出力信号に組み込まれた形の光源11の光学雑音
に、光源結合器12の後方に設けられた非反射終端構造16
で直接アクセスできるからである。したがって、この結
果、そのような雑音は、光学サブシステムと、光学サブ
システム出力強度信号を、雑音取り消しが行われる前に
はシステム初期出力信号として働く対応する電気信号ま
たは電子信号に変換するために使用される変換回路を含
むシステムの部分によって与えられるシステム初期出力
信号にそのような光学雑音が含まれるために、第１図の
システムに基づくシステムに関する対応する最終システ
ム電子出力信号において、そのような信号成分にはかか
わらずに低減される。この結果が可能であるのは、上記
で指摘したように終端構造16に存在するそのような光学
雑音が回転情報信号成分を有さないからであり、そのよ
うな回転成分は、雑音を取り消すために使用される終端
構造16からの取り消し信号に存在する場合、初期出力信
号中の雑音をそのように低減させるために使用される追
加構造によって与えられるシステム最終電子出力信号中
の回転情報も低減させる可能性がある。

一方、上記で指摘したように回転速度情報を含む所望
の信号を回復するために使用すべき−cos（ω_mt−ω_ｍ
τ/2）の復調基準信号から分かるように、コイル10の一
方の側としての変調器19の位置および継続時間τのコイ
ル10中の電磁波の走行時間のため、光源11から基礎電磁
波が放出された後にフォトダイオード13に到達する光学
サブシステム出力信号の、変調器19に対する位相遅延は
ω_ｍτ/2である。しかし、光源11から電磁波が放出され
た後に非反射終端構造16に到達する対応する光学サブシ
ステム雑音信号は完全に無視できる遅延を有し、そのた
め、この２つの位置でのこのような信号は、雑音信号を
使用して出力信号の雑音部分を取り消すことができるよ
うに時間的に対応してはいない。これは、終端構造16か
ら延びるコイル10と同じ長さおよび性質の第２のコイル
を使用して雑音信号の遅延を出力信号の遅延に等しくす
ることによって解消することができるが、これは高価な
解決策である。望ましい解決策は、そのような過度の長
さの光ファイバを避け、あるいは少なくともコイル10中
の光ファイバの長さの一部に過ぎない長さ、好ましくは
光ファイバの長さの半分未満を追加することである。

１つの可能な解決策は、終端構造16での雑音誤差を表
す信号を得て、それを使用して、雑音が第１図のシステ
ムの残りの部分に印加される前に、光源での雑音を取り
消すように光源11へのフィードバック・ループを動作す
ることである。しかし、回転信号情報がフィードバック
・ループへの誤差信号として供給され、その情報の一部
が終端16に反射された場合、それが非常に小さなもので
あっても、そのループは、光源に信号中そのような情報
の存在を無効にすることを試みさせるように働き、その
ため、出力信号から重要な回転信号情報が除去される。
また、光源11から第１図のシステムの残りの部分に与え
られる電磁波の強度の大きさの統計的変動は、よく知ら
れているように、カー効果を解消するうえで有用であ
り、したがって、この理由、および場合によってはその
他の理由で、このような変動をシステム内を伝搬する前
に取り消すことは望ましくない。したがって、システム
出力信号中のこの強度雑音を低減させ、あるいはそのう
ちのある量をなくするだけの方が望ましい。

構造16での雑音誤差を表す信号、すなわち単なる雑音
誤差の類似物を得て、それを第１図のシステムの出力信
号と組み合わせてその信号中の雑音を取り消すことも不
十分である。というのは、そのような構造16の信号は、
第１図のシステムの出力信号とは異なり、分割および干
渉ループ中の伝搬時に、その基礎である光学信号に位相
変調を施さないからである。ループ上のそのような位相
変調によって、雑音を含む光学サブシステム出力信号を
形成する電磁波の強度が変調される。上記で与えた光源
11の光学強度雑音表現に基づく、第１の高長波周波数ω
_ｍを中心とする狭帯域幅中の第１の高調波非反射終端構
造16光学強度雑音を表す光学信号I_nrflt16fhは次式で表
される。

I_nrflt16fh＝k_sctrm16δＩ（ω_ｍ）cos|ω_mt＋
（ω_ｍ）］ 上式で、K_sctrum16は、光源結合器12の効果および終
端16への光路に沿った損失を表す。上記で与えた第１の
高調波雑音誤差に関する数式と上式を比較すると、主と
して、電磁波が干渉光学サブシステム内を伝搬する間に
課された位相変調のための顕著な差がそれらの数式の間
にあることが分かる。この差は、これらの恒等式に基づ
いて信号を簡単に組み合わせることによって所望の出力
信号雑音を改善するのを妨げる。

したがって、このような取り消し、またはこの差を解
消するために見つけた何らかの他の方法を行うための基
礎として、第１図のシステムの第１の高調波出力信号中
の取り消したい各雑音高調波の寄与率を個別に測定しな
ければならない。非反射終端構造16で高周波数雑音高調
波を測定することは、ただちに非経済的で非実際的なも
のになる。一方、もちろん、高調波周波数が増加すると
共に大きさが減少する。したがって、第１の高調波出力
信号に対する個別の雑音高調波寄与率を測定して取り消
す方法を使用する場合、経済性およびリターンの減少の
ために、第１図のシステムによって与えられる初期出力
信号の雑音を低減させ、あるいはなくするうえで特定的
に使用するものとして第１の雑音高調波のうちの小数の
雑音高調波のみが選択される。

多くの場合、雑音エネルギーの通常４分の３以上が雑
音の第１の高調波に含まれることに鑑みて、本明細書で
与えた例での取り消しでは、雑音の第１の高調波のため
の２つの大きさ寄与のみが選択される。この２つの寄与
の組合せによって、第１図のシステムの出力信号から取
り消すべき雑音誤差信号部分v_22-ncanがフィルタ22の出
力に与えられる。v_22-ncanは次式で表され、 雑音のみの寄与と、上記で与えた最低周波数変調高調波
に対してうなる第１の高調波雑音高調波から得られる。
この場合、k₀は、前述の光電検出システム14、増幅器2
1、フィルタ22の効果を現す。

この目的で選択される構造16での強度I_nrflt16thが、
フォトダイオード13に到達する雑音を表すように選択さ
れ、電気信号に変換され、次いで、位相感応検出器23で
所望の信号を回復するために使用されるのと同じ基準信
号周波数を終端16雑音信号とシステム初期出力信号、す
なわち−cosω_ｍ（ｔ＋τ/2）との間の遅延を無効とす
るための逆位相と共に使用して復調される場合、光源11
の雑音を示す終端構造16での光学信号を使用して、信号
v_22-ncanに含まれる光源雑音信号成分をなくすることが
できる。そのような変換・復調過程から得られる信号v
_{nrflt16fh-demod}は次式で表される。

定数k_{sctrm16-demod}は、終端構造16での光学雑音信号
から変換によって得られる電気雑音信号を復調する際に
使用される復調器の振幅効果を表す。取り消すべきフィ
ルタ22の出力信号の雑音誤差部分は、上記でv_22-ncanと
して与えたものである。この雑音誤差部分が相感応検出
器23で復調され、その結果、終端構造16から得られ、変
換および復調を施された信号によって取り消すべき出力
信号の部分v_23-ncanが得られる。v_23-ncanは次式のよう
に書くことができる。

この場合も、ｋ′_０は光電検出システム14、増幅器2
1、フィルタ22、位相感応検出器23の振幅効果を表す。
このような各復調において、復調に使用された基本基準
信号は−cosω_mtであるが、逆位相変化ω_ｍτ/2が加え
られ、その結果得られる信号に、各例で復調すべき信号
の表現が乗じられ、三角恒等式を使用し零周波数の信号
成分のみを保持することによって最終結果が得られる。

復調済み信号を表すこの最後の２つの数式を、（ａ）
終端構造16からの出力および（ｂ）第１図のシステムの
出力の取り消すべき部分に対して検査すると、利得定数
内では互いに類似していることが分かる。v
_{nrflt16fh-demod}に関する数式に利得定数Ｇを乗じて、
その信号に利得変化を印加することを反映させ、この結
果をv_23-ncanに関する信号に加え、それに続いて、組み
合わされた結果を取り消しのために零に設定すると、利
得定数Ｇを次式に等しくした場合にそのような取り消し
を行うことができることが分かる。

したがって、コイル10などの光ファイバ・コイルを終
端16からフォトダイオード24へ延ばさずに、雑音の第１
の高調波、すなわち最大の雑音高調波寄与を含む雑音信
号部分を取り消して、第１図のシステムの出力信号中の
雑音を著しく低減させることができる。散弾雑音および
熱雑音がそれほど顕著なものにならないように光源11を
十分に高い発光強度で動作する場合、下記にさらに示す
ように、第１図のシステムの出力信号中の雑音が大幅に
低減される。

この最後の結果では、光源11の一次周波数での顕著な
分散のためにフォトダイオード13での雑音の性質が光源
11からの放出時の性質から変化するため、少なくとも光
源11の一次周波数で分散が低く、かつ長さの短い光ファ
イバがコイル10に使用されていると仮定している。コイ
ル10が光源の一次周波数で顕著な分散を有する場合、雑
音が各フォトダイオードで同じ性質を有するように、こ
の分散に等しい分散をもたらす光ファイバ長を終端16か
らフォトダイオード24へ延ばすことが必要になることが
ある。ただし、この長さは、光源の一次周波数でずっと
高い分散を有する光ファイバによって与えられる場合、
コイル10中のファイバの長さに等しくする必要はまった
くない。通常、そのような長さはコイル10中のファイバ
の長さの半分よりも短く、通常はずっと短い。

第2A図は、この取り消しを行うように修正された第１
図のシステムを示すものであり、様々な装置、透過経
路、ブロックを含め、第１図のシステム中の対応する項
目に類似している第2A図のシステムに示した項目は、第
１図と同じ参照符号を有する。第１図のシステム中の非
反射終端構造16は第2A図のシステムでは使用されておら
ず、したがって、偏光器15側の光源結合器12の出力は、
第１図の終端構造16では終端したが、フォトダイオード
13用に使用されているのと同様なタイプの他のフォトダ
イオード24に光学信号担体自体にある光学強度信号を送
る光学信号担体として16′と指定変更されている。

終端16′に到達する光学雑音成分がコイル10内を通過
し、その後フォトダイオード13に到達する光学雑音成分
に比例するように、光源結合器12はたとえば、一方の光
ファイバ中の主複屈折軸に沿って伝搬する電磁波が主と
して、光源結合器中の結合領域で、他方の光ファイバ中
の主複屈折軸対のうちの対応する軸に結合するように、
偏波保持光ファイバ対で形成することができる。光源11
が、やはり偏光器15の通過軸に位置合わせされたような
光源結合器の主複屈折軸に位置合わされた著しく偏光さ
れた放出波出力を有する場合、光源の光学雑音強度のた
めの各フォトダイオード13および24での雑音強度を比例
させるための何かを行う必要はない。しかし、光源結合
器12の両方の主複屈折軸にかなりの波強度が放出される
ように光源11の放出波強度をそれほど偏光しない場合、
終端構造16′で偏光器を使用して、偏光器15の通過軸に
位置合わせされた他方のファイバ中の主複屈折軸に結合
器12の結合領域で結合される結合器の主複屈折軸から強
度を選択しなければならない。そのような偏光器は、そ
れが必要とされる状況で（コイル10が光源の一次周波数
で分散性を有する場合にその周波数で分散性の高いある
長さの高ファイバを含むこともできる）終端構造16′の
一部を形成する点線ボックスとして示されている。

フォトダイオード24は光電検出器動作回路構造25によ
って動作される。この構造は光電検出器14を動作する際
に使用されるタイプと同様なタイプのものでよい。光電
検出器動作構造25の出力は位相検出器26に与えられる。
この場合も、位相検出器26は位相検出器23と同様な位相
感応検出器でよい。位相検出器26用の基準信号は、位相
検出器23の場合とまったく同じようにバイアス変調生成
装置20から得られる。しかし、上記に示したように、ω
_ｍτ≠πである場合、それぞれ係数−cosω_ｍ（ｔ＋τ/
2）および−cosω_ｍ（ｔ−τ/2）で示したように、この
信号には位相調整が必要である。その結果、２つの位相
調整器27および28はバイアス変調生成装置20によって動
作されるものとして示されている。位相調整器27は、バ
イアス変調生成装置20の出力信号が基準信号として位相
検出器23に印加される前にその信号の位相を調整し、位
相調整器28は位相検出器26に対して同じ機能を提供す
る。２つの独立の位相調整器を使用することによって、
発生する可能性がある他の遅延差を補正するための独立
の位相調整も可能になる。別法として、増幅器21によっ
て与えられる出力信号に作用する位相回復回路を使用し
て、位相検出器23および26に復調用の基準信号を与える
こともできる。

位相検出器26の出力は利得調整器29に印加される。利
得調整器29を使用して、前述のように、取り消すことが
望ましい位相検出器23から与えられる初期システム出力
信号の第１の雑音高調波信号部分を取り消すのに適切な
値を有するように、位相検出器26から与えられる信号の
大きさを変更することができる。すなわち、前述の利得
定数Ｇの値を利得調整器29に設定することができる。

利得調整器29中の大きさを調整された雑音信号第１高
調波と、位相検出器23からのシステム初期出力信号はコ
ンバイナ30に与えられ、コンバイナはこの２つの信号を
代数的に組み合わせる。上記に示したように、位相検出
器23および26中の信号の妥当な位相調整を行、位相検出
器26の出力信号の妥当な利得調整を行うことによって、
コンバイナ30で所望の取り消しが行われる。この結果コ
ンバイナ30の出力で与えられる信号は次いで、そのよう
な回転情報を使用する次のシステム部分で使用すべきシ
ステム信号となる。前述のように第2A図のシステムを閉
ループ・ジャイロスコープ構造の一部として形成する場
合、コンバイナ30からの出力信号は、位相検出器23から
の初期システム出力信号とは異なり、ループを閉じるた
めに使用される。

第2A図のシステムの代替システムとして、利得調整器
29からの大きさ調整済み雑音信号第１高調波と位相検出
器23からのシステム初期出力信号を、そのどちらかが位
相検出器を通過する前に組み合わせる場合には、使用す
る検出器は１つ少なくてよい。別法として、まずこの信
号の組合せを行い、その後、結果を位相検出器へ送るこ
ともできる。この結果得られるシステムは、第2B図に示
した簡略化実施態様である。第１および2A図のシステム
中の対応する項目と同様な第2B図のシステムに示した項
目は、第１図および2A図と同じ参照符号を有する。

第2B図のシステム中の光電検出器22の信号は、第2A図
中の同じフィルタの出力で発生する信号と同じであり、
次式で表される。

第１の高調波周波数ω_ｍを中心とする狭帯域中の光学
強度雑音は、この場合も次式で与えられる。

I_nrflt16＝k_sctrm16δＩ（ω_ｍ）cos［ω_mt＋
（ω_ｍ）］ 第2B図で分かるように、この雑音信号の電気的表現
は、光電検出器動作回路構造25の出力から位相調整器2
8′に供給され、その位相が変更される。この結果は次
式で表される。

Ｖ_28′＝ｋ_{sctrm16:phsadj}k_sctrm16δＩ（ω_ｍ）cos［ω_mt＋（ω_ｍ）−θ
_28′］， 上式で、Ｋ_{sctrm16:phsadj}は、電圧信号に変換されるフ
ォトダイオード24に当たる電磁波強度の変換、光電検出
器動作回路構造25中の電子機器の効果、位相調整器28′
で発生する振幅効果を表す。位相調整器28′のための位
相変化はθ_28′で表される。三角恒等式を使用すること
によって、この信号の「同相」部分は次式のように求め
ることができる。

θ_28′をω_ｍτ＋πに等しくなるように選択した場
合、この同相信号は、適当な三角恒等式を使用して次式
のようになる。

この場合も、位相調整後の終端構造16からの出力を表
す上式と、フィルタ22の出力での信号を表す数式を検査
すると、それらの数式がある利得定数内で類似している
ことが分かる。したがって、この場合も、上式に利得定
数Ｇを乗じて、利得定数の大きさを調整するために使用
されている利得調整器29′の効果を反映させ、取り消し
のためとコンバイナ30の効果を反映させるために組み合
わされた結果を零に設定すると、利得定数Ｇを次式に等
しくした場合に所望の取り消しを行うことができること
が分かる。

したがってこの場合も、第2A図のシステムによって達
成されたのと同じ結果が、同じ状況で達成される。

位相変調器19を妥当な周波数ω_ｍ＝π／τで動作する
ことを選択すると、増幅器22の出力信号が、次式に示し
たようになることに留意されたい。

上式では、三角恒等式が使用されている。選択を行う
前に、この信号と上記でＶ_{28′:in−phase}に関して求め
た信号とを比較すると、θ_28′を零に等しく設定するこ
とによって信号中の２つの制限因子が上式中の正弦因子
に等しくなることが分かる。したがって、フォトダイオ
ード13および214中で生成された後にコンバイナ30に到
達する信号中に導かれる位相の差が大きくないと指定す
ると、妥当な周波数では、位相調整器28′をなくするこ
とができる。

位相感応検出器23によって与えられる初期システム出
力信号に存在していたコンバイナ30中の第１の雑音高調
波のこのような取り消しを完了した後、第2A図のシステ
ムまたは第2B図のシステムの最終出力信号は、取り消す
べき信号に変換されない、フォトダイオード13に入射す
る第１の高調波誤差強度の残りの部分から生じた雑音信
号部分を有する。コンバイナ30の出力での信号中のこの
残りの第１高調波雑音誤差ｖ_30−nrmn:1は、復調器23で
の復調およびコンバイナ30での取り消しの後、次式に示
したようになる。

上式で、k₀″は増幅器21、フィルタ22、復調器23、コ
ンバイナ30の累積効果を表す。上記に示したように、回
転情報の検出を向上させるための光源強度の位相変調に
よって、変調周波数の偶数高調波を含む非常に低い回転
速度向けの強度がもたらされる。やはり上記に示したよ
うに、このような偶数高調波は、変調周波数の奇数高調
波で発生する光源強度雑音と混合し、システムの出力信
号での雑音の対応する寄与として検出される。しかし、
上記で指摘したように、変調周波数のそれぞれの異なる
奇数高調波での光源強度雑音は相関しないので、上記で
指摘した混合によって、システム出力信号で変調周波数
での非相関雑音成分が発生する。したがって、残りの第
１高調波雑音誤差は実際上、そのような雑音寄与の無作
為フェーザ和によって形成される。

そのような無作為フェーザ和に関してよく知られてい
るように、総二乗平均平方根平均雑音パワーは寄与する
雑音成分パワーの二乗平均平方根である。余弦の平方の
平均が２分の１に等しく、かつ上記で指摘したように強
度雑音がホワイト・ノイズである場合に、δＩ（ｎ
ω_ｍ）が定数であり、ηとみなされることに留意する
と、残りの強度雑音の二乗平均平方根平均は次式で表さ
れる。

上記では、重要な回転情報を含む所望の信号は、J
₁（φ_ｍ）に比例するものとして与えられており、その
ため、位相変調の大きさφ_ｍの値の選択によって信号雑
音比に影響を及ぼすことができることが分かる。この比
は、その逆数の値を最小限に抑えることによって最大に
することができ、したがって、信号雑音比は、次式を最
小限に抑えることによって最大にすることができる。

しかし、上記で指摘したように、特にフォトダイオー
ド13中の散弾雑音や、光電検出システム14中のこのフォ
トダイオードのすぐ隣に位置する回路中の回路雑音を含
め、第１図、第2A図、第2B図のシステムの出力信号には
他の雑音寄与がある。その結果、二乗平均平方根平均総
残留雑音ｖ_30−nrmn:tは次式のように書くべきである。

よく知られているように、散弾雑音は、光電検出過程
の統計的性質のために、周波数の二乗平方根当たり平均
雑音パワーで表され、2eI_0-1pとして与えられる。この
場合、ｅは電荷であり、I_0-1pは、零信号周波数の周り
の信号強度、すなわち信号強度I₀を、基本周波数よりも
低い周波数ブレークを有する低域フィルタを通過させた
後の信号強度である。上記で光学強度に関して与えた数
式は、光源光学強度のこの部分がJ₀（φ_ｍ）に関係して
いることを示しているので、散弾雑音が強度雑音の十分
に有意な部分である場合、位相変調の大きさφ_ｍの最適
値は散弾雑音を考慮に入れなければならない。回路雑音
は、位相変調の大きさφ_ｍから独立している。

散弾雑音パワーがそれぞれ、光学強度雑音の100分の
１および10分の１である場合のシステム雑音信号比対位
相変調の大きさφ_ｍをプロットし、前述の無限級数で５
つの項を使用した第３図および第４図のグラフに、この
ようなより完全な雑音環境での最適値状況を示す。各図
に２つのグラフが示されており、上方の図は、第１図の
システムの場合のように、光学強度雑音が取り消されな
い状況に対して示され、下方の図は、第2A図のシステム
または第2B図のシステムを使用した場合の前述の光学強
度雑音取り消しに対して示されている。図から分かるよ
うに、そのような強度雑音取り消しを行わない場合で
も、φ_ｍの選択された妥当な値に対するシステム雑音信
号比の最小値を得ることができる。そのような雑音取り
消しを使用することによって、φ_ｍがより低い値、すな
わち選択されたより望ましい値であるときに、選択され
たこの値がシステムに対して与える他の効果のために、
この比に対してずっと低い最小値を得ることができる。
したがって、φ_ｍの値が小さい場合、位相変調器19およ
び生成装置20を動作するための極値が低減され、それに
よって不要な第２の高調波の生成や不要な偏光変調など
位相変調器および生成装置の不完全さのための悪影響が
低減され、第2A図および第2B図のシステムの少なくとも
いくつかの実施態様の非線形性が低減され、φ_ｍの値を
設定し維持するために使用される制御装置の問題が軽減
される。

この場合も、光源結合器12の後方に設けられた非反射
終端構造16での光源11の光学雑音を考えると、第１の高
調波周波数ω_ｍを中心とする狭帯域幅中の第１の高調波
非反射終端構造16の光源強度雑音を表す光学信号I
_nrflt16fhが得られるだけでなく、他の奇数高調波に関
する光学信号をその位置で得ることもできる。したがっ
て、他の奇数高調波を中心とする狭帯域幅中の雑音に関
する光学信号も得て、それによって名奇数高調波の周り
の狭帯域幅中の雑音を表す雑音信号I_nrflt16ohを形成す
ることができる。この信号は、次式のように書くことが
できる。

I_nrflt16oh＝k_sctrm16［δＩ（ω_ｍ）cos［ω_mt ＋（ω_ｍ）］＋δＩ（３ω_ｍ）cos［３ω_mt＋（３
ω_ｍ）］ ＋δＩ（５ω_ｍ）cos［５ω_mt＋（５ω_ｍ）］＋・・
・］・ この光学雑音信号は、光源光学強度雑音によって与え
られる総雑音信号に存在し、第１図のシステム中の信号
処理による出力信号、および第１図のシステムの出力信
号が与えられるシステムの帯域幅による出力信号に影響
を与えるものとしてその総雑音信号から選択された雑音
に合致する。

構成項の展開された部分級数の形で述べた「同相第１
高調波雑音誤差」信号に戻ると、電気信号への変換後の
この光学雑音信号I_sctrm16ohに、所望の結果を与えるよ
うに適切に構成された生成信号を乗じる（復調する）こ
とによって、電気信号に変換された第１図のシステムの
出力光学雑音信号の負の値を再生することができる。こ
れには、そのような乗算から得られる信号に低域フィル
タリングをかけて第１の高調波よりも高い周波数を除去
する必要がある。このために構成されたそのような信号
は、次式では、「生成構成信号」と指定されている。

したがって、この生成構成信号は、パラメータω_ｍ、
φ_ｍ、τ用に選択された値によって決定される波形を有
することになり、これらのパラメータ用に選択された値
に関するそのような波形を構成し、非反射終端16で得ら
れた雑音を復調し、それを出力信号と組み合わせると、
光源11によって導入される光学強度雑音の効果が完全に
取り消される。終端16′での雑音信号とシステム初期出
力信号との間の位相遅延差を無効にするのに必要な位相
構造は、この生成構成信号に暗黙的に示される。

しかし、この生成構成信号は、上記で無限級数形で構
成された際、実際にはほぼ級数の有意項のみを保持する
ことによって形成される。この各級数項はそれぞれ、高
調波成分で形成されるので、反復サイクルを有する高調
波波形、すなわち周期的波形をもたらす。したがって、
級数の最初の５つまたは６つの項を維持し、サイクルの
波形を求め、マイクロプロセッサからアクセスできるメ
モリにこの波形を記憶し、マイクロプロセッサが、記憶
されているサイクル波形を反復的に与えることによって
近似生成構成信号を生成できるようにすることことによ
って、非反射終端16で雑音を復調するためのそのような
近似生成構成信号の波形を求めることができる。この結
果得られるシステムを第５図に部分的に示す。この場合
も、第１図、第2A図、第2B図のシステム中の対応する項
目と同様な、第５図のシステムに示した項目は、第１
図、第2A図、第2B図と同じ参照符号を有する。

第５図で、生成された構成信号を与える生成装置31は
この場合、位相調整器28を介して接続されたバイアス変
調生成装置20を有するのではなく、位相検出器26に接続
されるものとして示されている。各位相検出器23および
26は通常どおり、復調周波数ω_ｍよりも低いカットオフ
周波数を有する低域フィルタを出力に有する。ただし、
この代わりに、コンバイナ30の後方に単一の低域フィル
タを設けることもできる。他の代替策として、第2Bのシ
ステムに示したように、出力信号経路においてコンバイ
ナ30の前方ではなく後方に位相検出器23を設けることが
できる。この場合も、利得調整器29を使用して、復調さ
れた構成信号の振幅が調整され、その結果、位相検出器
23からの出力信号の出力雑音信号部分の所望の取り消し
が行われる。この場合、利得は次式のようになるべきで
ある。

第2A図に示した結果が、たとえば構成生成装置31の波
形出力として、振幅が１＋J₀（φ_ｍ）−J₂（φ_ｍ）に比
例し、位相がω_m τ/2である変調周波数ω_ｍの余弦波形
を選択することによって第５図のシステムで得られるこ
とに留意されたい。

さらに実際には、波形を形成する際に使用する級数中
の項の数は、波形を構成するために使用される生成装
置、または光電検出器13に接続された信号処理システ
ム、あるいはその両方の帯域幅が、そのような高周波数
項に応答しないことがあるので５つまたは６つよりも少
なくてもよい。上記のショット・ノイズなど、第５図に
示す構成で克服されない他の雑音も存在するので、この
ような近似は決定的に重要ではない。生成構成信号の近
似が受け入れられるという結論に対する他の支持は、あ
る程度より高度な近似を行った際に得られる結果から得
ることができる。したがって、変調周波数を妥当な周波
数の半分とし、あるいはω_m τ＝π/2であり、変調深さ
φ_ｍが1.5ラジアンである場合、この級数の最初の５つ
の項に基づく生成構成信号は、乗法定数を無視した第6A
図に示したようなサイクル波形、すなわち三角波形に非
常に近いサイクル波形を有する周期的なものになる。

終端構造16′にある光電検出器24から得られた雑音信
号を復調する際、コスト面の理由で、あるいは都合上、
構成生成装置31から与えるべき構成波形として代わりに
上記の三角波形を使用する場合、その結果得られる第５
図のシステムの雑音信号比を、光学強度雑音の50分の１
である散弾雑音に関し変調大きさφ_ｍに対してプロット
された第6B図のグラフに示す。この場合も、第6B図には
２つのグラフがあり、上方の図は、光学雑音強度が取り
消されない状況に関して示され、下方の図は、生成装置
31から得た三角波を使用して第５図のシステムで光学強
度雑音が取り消される状況に関して示されている。明ら
かに、光学強度雑音を減じると、第6A図に示した波形を
三角波で近似するにもかかわらず、非常に顕著な改善が
もたらされる。

他の例を挙げると、妥当な周波数と比べてかなり低
く、あるいは妥当な周波数である変調周波数で動作する
と、方形波のようなものに見える生成構成波形が生成さ
れる。ω_m τ＝πとなるように妥当な周波数で動作する
この特定の例を選択し、変調深さをφ_ｍ＝２として選択
すると、級数の５つの項目を使用した生成構成波形はこ
の場合も、この波形の２サイクルが示され、この場合も
乗法定数を無視した第7A図に示したように周期的なもの
となる。この波形を方形波で近似し、第５図に示したシ
ステム中の構成信号生成装置31によってそのような近似
波を与えさせると、この場合も、光学強度雑音パワーの
50分の１のパワーを有する散弾雑音が存在する、第7B図
に示した第５図のシステムに関するシステム・信号比対
位相変調大きさφ_ｍのプロットが得られる。この場合
も、下方の曲線は、第５図に関連して説明した取り消し
構造を使用する場合のものであり、上方の曲線は、その
ような取り消しが存在しない状況を表す。この場合も、
第7A図中の波形を方形波で比較的に粗に近似するにもか
かわらず、第５図中の取り消しシステムを使用すること
によって改善がもたらされる。ただし、第6B図に関連し
て説明した三角波を使用する場合ほど顕著な改善ではな
い。妥当な周波数で動作する際、変調係数cos（ω_mt−
ω_m τ/2）がsinω_mt、すなわちバイアス変調生成装置2
0によって与えられる波形になるので、位相調整器27を
なくすることができることに留意されたい。しかし、第
１図のシステムの動作を妥当な周波数で行う場合、次に
説明するように、光源11によって誘発される光学強度雑
音を完全に取り消すさらに有効な手段が存在する。

上記に示したように、第１図のシステムの光学サブシ
ステムでは、次式の強度を有する電磁波が光電検出器13
に当たる。

光源11によって誘発される雑音は最も一般には、上記
で次式として与えられた。

I_i（ｔ）＝I₀＋ｎ（ｔ） 上式をその１つ前の式に代入すると、下記の結果が得
られる。

この場合、次式が成立する。

この場合、位相変調波形は正弦波形であるが、これ
は、任意の種類の位相変調波形の結果として得られるｇ
（ｔ）に対して真である。

非反射終端構造16′では、光学強度雑音信号I_nrflt16
が光源結合器12を通過した後に利用可能になり、次式の
光学雑音信号が与えられる。

I_nrflt16＝k_sctrm16I_i（ｔ）＝k_sctrm16I₀＋k_sctrm16n
（ｔ） 上式で、k_sctrm16は、前述のように、光源結合器12の
効果および終端16への光路に沿った損失を示す。光源11
から終端16への透過時間は、コイル10中の透過経路と比
べて非常に短い光路で発生するので無視できるものと仮
定される。

電気信号に変換された後の、非反射終端構造16で得ら
れる光学雑音信号k_sctrm16n（ｔ）の可変部分を、やは
り電気信号に変換された後の、フォトダイオード13に入
射する光学サブシステム出力信号I_D（ｔ）によって復調
することを考える。非反射終端構造16での光学雑音信号
の可変部分は、使用中の、変換装置と復調器またはマル
チプライヤとの間でブロック・コンデンサを使用するこ
とによって電気信号への変換を行った後に得られ、した
がって信号k_sctrm16cnvI_i（ｔ）|_variableを生成するこ
とができる。変換後の光学サブシステム出力信号をフィ
ルタ22の出力で取り出し、v₂₂＝k₀I_D（ｔ）を生成する
ことができる。この２つの信号を乗じた結果は次式で表
される。

v₂₂k_sctrm16cnvI_i（ｔ）|_variable＝k₀I_D(t)k_sctrm16cnvk_sctrm16n（ｔ） ＝k₀I₀k_sctrm16cnvk_sctrm16n（ｔ） ＋k₀n（ｔ−τ）ｇ（ｔ）k_sctrm16cnvk
_sctrm16n（ｔ） k₀I₀g（ｔ）k_sctrm16cnvk_sctrm16n
（ｔ）， この場合、この近似が成立するのは、雑音信号の振幅
が比較的小さいので積ｎ（ｔ−τ）ｎ（ｔ）の振幅が比
較的小さいからである。

この信号を、電気信号に変化した後の同じ光学サブシ
ステム出力信号、すなわちフィルタ22から取り出した信
号v₂₂と組み合わせた場合、結果は次式に示したように
なる。

v₂₂k_sctrm16cnvI_i（ｔ）|_variable＋v₂₂ ＝k₀I₀g（ｔ）k_sctrm16cnvk_sctrm16n（ｔ）＋k₀I₀g
（ｔ）k₀n（ｔ−τ）ｇ（ｔ） ＝k₀I₀g（ｔ）＋k₀［ｎ（ｔ−τ）＋I₀K_sctrm16cnvK
_sctrm16n（ｔ）］ｇ（ｔ）． 非反射終端構造16′での光学強度雑音信号を電気信号
に変換する変換過程を表す際の定数k_sctrm16cnvは、シ
ステムのオペレータによって調整することができる。し
たがって、被乗数I₀k_sctrm16cnvk_sctrm16は、定数k
_sctrm16cnvをうまく調整することによって、下記の条件
を満たすように設定することができる。

この結果、次式が成立する。

v₂₂k_sctrm16cnvI_i（ｔ）|_variable＋v₂₂＝k₀I₀g（ｔ）
＋k₀［ｎ（ｔ−τ）＋ｎ（ｔ）］ｇ（ｔ） しかし、ｎ（ｔ−τ）＋ｎ（ｔ）は実際上、ω_m τ＝
π,3π,5π，・・・の近傍の周波数成分に対するノッチ
・フィルタなので、妥当な周波数の近傍の雑音周波数成
分は取り消され、復調すべき所望の信号k₀I₀g（ｔ）が
残り、光学強度雑音のない出力信号が与えられる。すな
わち、一方が他方に対して時間τだけ遅延する２つの雑
音周波数の加算、すなわちk₁sinω_mt＋k₁sinω_ｍ（ｔ−
τ）またはk₂cosω_mt＋k₂cosω_ｍ（ｔ−τ）では、ω_ｍ
τ＝πに関する対応する三角恒等式を使用することによ
って示すことができる零結果がもたらされる。ω_ｍに十
分に近い雑音周波数も、これに対応して小さくなり、こ
のノッチ・フィルタリング動作が効果的に行われる。

第８図は、上記で同様な項目に関して説明した前のシ
ステム図で使用したのと同じ参照符号を使用して、第１
図の光学サブシステムからの出力信号が、光電検出シス
テム14中のフォトダイオード13によって電気信号に変換
され、増幅器21で増幅された後に、位相検出器26′に与
えられる復調基準信号として使用されるシステムを示
す。位相検出器26′は、利得調整器29″から復調すべき
信号も受け取る。利得調整器29″から受け取るこの信号
は、フォトダイオード24および関連する電子機器25で電
気信号に変換された後の、終端構造16′から得られる雑
音信号であるが、ブロック・コンデンサ32を使用して利
得調整器29″へ送られるために、電子機器25からの信号
の可変部分しか保持していない。位相検出器26′は、前
述の位相検出器23などの位相感応検出器であり、利得調
整器29″は、前述の利得調整器29などの利得調整器であ
る。位相検出器26′から得られた変調済み信号は、増幅
器21から位相検出器26′への入力信号に基づいてフィル
タ22からの電気信号と共にコンバイナ30に与えられる。
コンバイナ30は、前述のように、この２つの信号を組み
合わせて、位相検出器23に与え、バイアス変調器20から
復調信号として与えられる信号を使用して復調を行える
ようにする。第８図に示したものの代替策として、コン
バイナ30の後方に位相検出器23を使用せずに、コンバイ
ナ30への各入力信号に対して２つの位相検出器を使用
し、すなわち組合せの後ではなく前に復調を行うことが
できる。

第８図のシステムを第５図のシステムと比べることに
よって分かるように、第５図のシステムでは生成構成信
号を与えるために信号生成装置が必要であったが、第８
図のシステムではもはや必要とされない。したがって、
第８図のシステムではコストおよび複雑さが節約され
る。

第８図のシステムに到達する代替方法は、第５図のシ
ステムから開始し、ω_ｍτ＝πを有する妥当な周波数で
動作する際の前述の「生成構成」信号の性質を考慮する
ことによって与えることができる。上記で与えた「生成
構成」信号に関する数式にこの妥当な周波数の条件を挿
入し、適当な三角恒等式を使用することによって、この
「生成構成」式は、回転を無視し、ｇ（ｔ）のベッセル
級数展開、すなわち第８図のシステムの基礎を与えるも
のとして上記で定義したパラメータにある定数内で合致
するものとして示すことができる。上記では、回転を無
視するｇ（ｔ）をベッセル級数展開について明白には述
べなかったが、このベッセル級数展開は、その定義と、
第2A図および第2B図のシステムの基礎を与えるものとし
てはやり上記で述べた雑音誤差信号式の第１および第２
の部分を求める際に使用した数式から理解することがで
きる。上記で述べた、光電検出器13に当たる光学サブシ
ステム出力信号の部分としてのｇ（ｔ）の定義から、電
気信号に変換された光学サブシステム信号は、第５図の
システム中の構成生成装置31をそのシステム中の光学サ
ブシステム出力信号で置き換えて第８図のシステムを提
供することができるように必要な復調を行うことができ
ることが分かる。第８図のシステムでブロック・コンデ
ンサ32が必要になるのは、回転が発生したとき、すなわ
ちφ_ｒ≠０の場合に導入される追加項が発生したときで
ある。

第１図のシステム中の非反転終端構造16で光源雑音の
表現に好都合にアクセスできるだけでなく、そのシステ
ム中の非反射終端構造18でその雑音の他の表現に好都合
にアクセスすることもできる。しかしその場合、非反射
終端構造18に到達する電磁波は、コイル10を通過し、ル
ープ結合器17で組み合わされ直してその終端構造に直接
結合されているので、この雑音信号はそれよりもずっと
大きな光学回転情報信号に混合することができる。偏光
モードなど間の結合のために、そのような回転情報信号
成分を含まない信号を終端構造18で得ることは非常に困
難である。しかし、ループ結合器17用に非常に高品質の
偏波保持光ファイバ方向性結合器を使用すると、回転情
報信号成分が混合されていない光源11の雑音のみを反射
する光学信号にアクセスすることができる。したがっ
て、結合比が0.5である偏波保持光ファイバで形成さ
れ、ループ結合器17として働く方向性光学結合器と、損
失と偏光モード間の結合の両方が無視できるものである
方向性光学結合器を仮定すると、偏光器15とループ結合
器17との間の第１図の光学サブシステムの部分は、コイ
ル10中の時計回り伝搬方向に関しては、伝達行列G_CWに
よって次式のように表すことができる。

良く知られているように、光学サブシステムのこの部
分は、逆時計回り伝搬方向に関しては、関係する伝達行
列G_CCWによって次式のように表すことができる。

このような伝達行列は、偏光器15とループ結合器17と
の間の基準点に基づくものであり、光ファイバと、ルー
プ結合器17と、結合器17とコイル10の間にデポラライザ
10′がある場合はそのデポラライザ10′の効果を表すこ
とを含め、光学サブシステムのその基準点の右側の部分
を表す。

別法として、光学サブシステムのこの同じ部分を、第
１の基準点と比べたときにループ結合器17に対して対称
的に位置するように、終端構造18における基準点で表す
場合、時計回り方向および逆時計回り方向に対する伝達
行列G_CW-term18およびG_CCW-term18は、第１の基準点で
の同じ伝達行列に関係するものとなるが、結合器17の一
面から他方の面へ横切る電磁波に関連する90゜移相を反
映する。したがって、これらの終端構造伝達行列は次式
で表される。

G_CW-term18＝jG_CW G_CCW-term18＝−jG_CCW 上式で である。これらの終端構造18伝達行列はもちろん、この
場合も前述の光学サブシステムの部分に存在する光ファ
イバ、結合器17、デポラライザを表す。

終端構造18に位置する基準点に基づくこれらの伝達行
列を用いた場合、光源からその位置へ伝搬する電磁波の
電界E_term18は、次式のように、光源11から与えられた
入力電磁波E_iを処理する周知のジョーンズ解析に基づい
てジョーンズ行列演算子として表すことができる。

上式で、φは次式のように定義することができる。

この光学サブセクション部分への入力電磁波は、偏光
器15の“x"軸および“y"軸、すなわち偏光器15のパス軸
およびブロッキング軸内を伝わり、コイル10中の伝搬走
行時間τだけ遅延するものとして定義される。次式に示
したように、これらの成分の電界E_pol-xおよびE
_pol-yは、入力波の電界の成分を形成する。

偏光器15が“y"ブロッキング軸に沿って無視できる光
学エネルギーのみを通過させ、かつ偏光モード間に無視
できる透過しか許容しない偏波保持光ファイバによって
光源11および結合器17に接続されていると仮定すると、
E_pol-y＝０である。その結果、終端18での電界は次式の
ようになる。

終端18から出た電磁波が偏光器を通過し、この波のう
ちの“y"偏光が選択された場合、偏光器出力E_term18-y
は次式で表される。

E_term18-y＝ｊ（g₂₁−g₁₂e^ｊ）E_pol-x（ｔ−τ） この場合、次式の強度が与えられ、 次式が成立する。

I_x＝|E_pol-x（ｔ−τ）|² “y"偏光を有する終端18での電磁波の強度I_term18-y
に関して上記で得られた数式の右側の負の符号の後に続
く項で分かるように、この結果では明らかに、このよう
な電磁波によって与えられる光学信号に回転情報が残
る。数式からこの項を除去する１つの方法は、第１図の
システムに示したように結合器17とコイル10との間にデ
ポラライザを配置させることである。そのようなデポラ
ライザは、よく知られているように、次式の結果を課
し、 したがって、次式に示した終端18での“y"軸強度に関す
る結果をもたらす。

I_term18-y＝（|g₂₁|²＋|g₁₂|²）I_x 結合器17とコイル10との間にデポラライザが存在する
と、良く知られているように、上式中の残りの各変換行
列成分の絶対値の平方の値を確立するようにも働く。こ
の値は次式で表される。

上式で、ζは、コイル10の長さに依存するそのコイル
の損失である。その結果、終端18に提供された偏光器を
通過した後の終端18での“y"軸中の電磁波の強度は、次
式のようになる。

したがって、終端18での“y"軸中このような電磁波は
直接、雑音成分を含む光源強度を表し、コイル10中の遅
延および伝搬の効果を含む。この結果は、施された変調
から独立し、そのループ内を伝搬する間に出会う回転か
ら独立している。したがって、偏光モード間の十分に良
好な分離を与える高品質成分を光源11とコイル10との間
で使用すると、回転情報信号成分と混合されていない、
雑音を含む光源強度に関する情報を提供することができ
る。

その結果、第2A図、または第2B図、または第５図、ま
たは第８図に示したシステムの光学サブシステムが、前
述の要件を満たしている場合、フォトダイオードで電気
信号に変換すべき“y"軸成分を選択する偏光器を通過し
た終端構造18での光学信号から導かれた信号を任意のシ
ステムで使用して雑音を低減させることができる。第９
図は、第５図に示したシステムに基づくそのようなシス
テム結果を示すものであり、各図中の対応する項目には
同じ参照符号を使用している。第１図の非反射終端構造
18は第９図では使用されておらず、したがって、第１図
の終端構造18で終端した、ループ結合器17の偏光器15側
にあるループ結合器の出力は、ファイバの“y"軸に沿っ
て伝わる電磁波を選択するために使用される偏光器33へ
光学強度信号を送る光学信号担体として18′と再指定さ
れている。しかしこの場合、コイル10中の光ファイバが
光源一次周波数で分散性である場合でも、終端構造18′
およびフォトダイオード13の２つの位置での波がすべ
て、この分散性媒体の伝搬を完了しているため、この終
端構造18′に到達する波中の雑音の性質がフォトダイオ
ード13に到達する波の性質とほぼ同じなので、分散性光
ファイバは必要とされない。

選択された電磁波は次いで、フォトダイオード24′に
入射する。フォトダイオード24′は、フォトダイオード
13に類似しており、光電検出器動作回路構造25′によっ
て動作される。光電検出器動作回路構造はこの場合も、
光電検出システム14で使用されるタイプのものでよい。
光電検出器動作回路25′からの変換済み電気信号は次い
で、位相検出器26に供給され、位相検出器の出力信号は
再び、利得調整器29を介してコンバイナ30に与えられ、
位相検出器23からのシステム初期出力信号と組み合わさ
れる。

デポラライザ10′は、結合された２種類の長さの偏波
保持光ファイバであり、各光ファイバ中の偏光軸は、他
方のファイバの偏光軸に対して等しい角度、すなわち45
゜をなし、光ファイバの対向端部はそれぞれ、通常単一
モード光ファイバ形成コイル10に結合され、かつ結合器
17から延びる偏波保持光ファイバに接続される。別法と
して、偏光軸どうしを互いに等しい角度、この場合も45
゜にして、結合器17から延びる偏波保持光ファイバを単
一の長さの偏波保持光ファイバに連結することができ
る。光源11から入力強度I_iで発生した雑音は、部分的に
I_xになり、最後の２つの数式のそれぞれでI_xが乗法係数
であるため、デポラライザ10′が存在する場合でも、フ
ォトダイオード24′に入射る電磁波の強度に再び明らか
な影響を及ぼす。

しかし、偏光器を通過した後の終端18′での電磁波
が、光電検出器13に到達する波がたどった光路とは異な
る光路をたどっており、したがって光路のパラメータに
異なるように依存するので、第９図のシステム構成は第
５図のシステムほど有効ではないことがある。上記で指
摘したように、偏光器33の出力での電磁波の強度は（|g
₂₁|²＋|g₁₂|²）I_xとして表すことができる。しかし、良
く知られているように、光電検出器13は、|g₁₁|²（２＋
2cosφ）I_xとして表すことができる強度を有する電磁波
を受け取る。光源11から放出されシステム内を伝搬する
電磁波のそれぞれの異なる部分は、|g₁₂|²ではなく|g₁₁
|²に存在する。光電検出器13および24′でそれぞれの異
なるスペクトルが受け取られることは、それぞれの異な
る雑音成分が各光電検出器で受け取られ、それによって
少なくともある種の状況で完全な雑音の取り消しを妨げ
ることができることを意味する。

雑音が光源11による電流変動またはフリッカ雑音から
発生した場合、あらゆる周波数でのすべての雑音が光源
強度のこのような変動に応じて増減するので、第５図お
よび第９図のシステム中のフォトダイオード24または2
4′での光学信号に基づく電気信号をフォトダイオード1
3からの初期システム信号から直接減じるべきである。
モード分配雑音が支配的であり、そのため瞬間光学パワ
ーが多数の異なる比較的狭い周波数帯域のうちの様々な
帯域間でジャンプする場合、光電検出器13および24′で
の雑音は、相関せず、一方に現れているときには他方に
は現れず、したがって各光電検出器での雑音を表す信号
どうしを加えてこの雑音を低減させることができる。広
帯域熱雑音は、経路が異なるために、光電検出器13と光
電検出器24′とで相関しない可能性が高く、したがっ
て、相関関係がないために、終端18′からの雑音を表す
信号を光電検出器13からの初期システム信号と共に使用
することができないことがある。第５図および第９図に
示したシステムの組合せを表すシステムにおける、第５
図のシステム中の光電検出器24を含む信号経路から得た
信号、および第９図のシステム中の光電検出器24を含む
信号経路から得た信号を、光電検出器13から得た初期シ
ステム出力信号に加えると、システム最終出力信号中の
熱雑音を低減させることができる。

システム初期出力信号中の雑音成分を取り消すため
に、光学サブシステム出力信号を与える電磁波と雑音信
号表現を与えるために使用される波との両方を同じ分散
に出会わせるという利点を有する、実施がより容易なジ
ャイロスコープ・システムを第10A図に示す。そのよう
な雑音信号表現を与える波は、第10A図のシステムで
は、コイル10と位相変換器19との間で延びる光ファイバ
と他のファイバを溶着させることによって形成された光
学方向性結合器40によって得られ、通常、コイル10を介
して光学方向性結合器40へ伝搬した時計回り電磁波の一
部を、光学方向性結合器40が位置決めされた光伝検出器
24″、たとえばフォトダイオード13のようなフォトダイ
オードに結合する。

別法として、結合器40は、ループ結合器17と位相変調
器19との間に形成することも、あるいはその反対側の結
合器17とコイル10との間に形成することもできるが、図
の位置では、結合された信号で発生する位相変調器19の
ための強度・偏光変調の効果がなくなる。結合する部分
は、それほど大きなものでなくてよく、半分よりもずっ
と少なくてよい。この場合、結合器40によって結合され
る電磁波は、偏光器15が通過させる電磁波のみの一部な
ので、偏光を選択するための偏光器は必要とされず、そ
のような電磁波は、この点では逆時計回り波の干渉を受
けないので、そのような電磁波には回転乗法はない。や
はり結合器40によって結合される逆時計回り電磁波の一
部は、非反転終端構造41へ伝搬する。

位相変調器19およびループ結合器17を集積光学チップ
として形成する場合、結合器40は、第10B図に示したよ
うに、電磁波がこのチップ内を伝搬し、分割され、この
変調器およびコイル10を通じて互いに逆方向へ伝搬する
ことをサポートする、このチップ中の１つのウェーブガ
イドに沿って形成することもできる。第10B図で、集積
光学チップ42の一例は、ループ結合器17′を形成するよ
うにチップ内に提供され、分岐自体の両側に形成された
位相変調器19′を含む下方分岐を有する“y"字形結合ウ
ェーブガイドを有するものとして示されており、位相検
出器19′とチップ42の右側縁部との間に方向性結合器4
0′が形成される。方向性結合器40′は、そこから（ウ
ェーブガイド自体の湾曲を最小限に抑えて損失を比較的
低くするために）位相変調器19′によって左側へ延びこ
のチップの左側縁部に至り、第10B図には図示していな
いフォトダイオード24″に結合されるウェーブガイドを
有する。チップ42は、第10B図では、コイル10の２つの
光ファイバ端部がこのチップの右側端部の２つのウェー
ブガイド分岐端部でチップに当接し、光源結合器12の光
ファイバ端部がこのチップの右側縁部で単一のウェーブ
ガイドの端部に当接することを示す２本の点線で示され
ている。

第10A図に戻ると分かるように、光電検出器25″に提
供されたフォトダイオード24″の動作機器と共にフォト
ダイオード24″を使用して、時計回り電磁波の結合され
た部分が対応する電気信号に変換される。光電検出シス
テム25″の出力信号は、キャパシタ32′を通過し、それ
によってその信号の可変部分のみが利得調整器29に到
達することができる。利得調整器29は、この信号の振
幅を調整し、第８図の場合と同様に動作する位相検出器
26′へ送る。コンバイナ30は、位相検出器26′からの信
号とフィルタ22からのシステム初期出力信号を受け取
り、後者から前者を減じることによって組み合わせる。
位相検出器23はベースバンド信号を回復する。結合器40
に到達しこの結合器によって結合され、あるいは通過さ
せられる電磁波は、コイル10中の分散媒体を通過してい
るので、同じ雑音性質の波が、フォトダイオード13とフ
ォトダイオード24″の両方に到達し、システム最終出力
信号で雑音を著しく低減させることができる対応する電
気信号に変換されるように、この媒体での分散による電
磁波中の雑音成分の性質の変更が完了する。

したがって、フィルタ22の出力信号v₂₂は、この場合
もk₀I_D（ｔ）であり、次式で表される。

v₂₂＝k₀g（ｔ）［I₀＋ｎ（ｔ−τ）］ 光電検出システム25″の出力での雑音信号ｖ_25″はこ
の場合も、コイル10中の走行時間だけ時間的にずれ、光
学システム損失を表す定数k_cpir40、および結合器での
光学サブシステム信号の対応する電気信号への変換を表
す定数k_cpir40cnvが乗じられた光源入力雑音となる。

ｖ_25″＝k_cplr40k_cplr40cnv［I₀＋ｎ（ｔ−τ）］ 基本的に、雑音信号では、フィルタ22の出力で得られ
るシステム初期出力信号で発生するのと同じ遅延が発生
し、したがって、このような信号の復調時に、雑音信号
とシステム初期信号との間の遅延差を解消するために同
じ種類の整相処置を施す必要はない。また、結合器40に
よってフォトダイオード24″に結合される電磁波は位相
変調器19を通過していないので、この雑音には位相変調
器19の効果が存在しない。ブロック・コンデンサ32′
と、利得Ｇを与える利得調整器29が存在するので、こ
の雑音信号は、次式に示したこの利得調整器に関する出
力信号ｖ₂₉に低減される。

ｖ₂₉＝Gk_cplr40k_cplt40cnvn（ｔ−τ） この信号と信号v₂₂が位相検出器26′で19′と共に有
効に乗じられ、その結果、次式に示した検出器出力信号
v26′が与えられる。

ｖ_26′＝v₂₂v₂₉＝Gk₀k_cplr40k_cplr40cnvg（ｔ）I₀n
（ｔ−τ）， 上式で、雑音信号振幅が非常に小さいので、雑音信号
の平方を含む項は無意のものとして消去されている。コ
ンバイナ30でのシステム初期出力信号からこの信号を減
じると、次式に示したコンバイナ出力信号v₃₀が与えら
れる。

v₃₀＝v₂₂−ｖ_26′＝k₀g（ｔ）I₀＋k₀g（ｔ）ｎ（ｔ−
τ）− Gk₀k_cplr40k_cplr40cmg（ｔ）I₀n（ｔ−τ） 次に、次式が成立するように利得調整器29の利得Ｇ
を調整した場合、 次式が成立し、コンバイナ出力信号の所望の値が得られ
る。

v₃₀＝k₀g（ｔ）I₀, したがって、第10A図の構造では所望のシステム最終
出力信号が得られる。さらに、この結果は、使用する変
調方式にも、そのような変調で使用される周期的波形の
周波数にも依存せずに達成される。第９図の構造の偏光
器に代わるものであるが、ある量の光を結合することに
よってコイル10中の光学強度不平衡をもたらし、それに
よって、必ずしも顕著な増大ではない周知のカー効果位
相誤差の増大をもたらす他の方向性光学結合器が必要で
ある。フォトダイオード24″での電磁波強度は、その雑
音が、光源11を比較的光学パワーの高い光源とすること
を必要とする光学強度雑音成分によって支配されるほど
大きなものでなければならない。

第１図、第2A図、第2B図、第５図、第８図、第９図、
第10A図中のシステムは、すべて光ファイバのジャイロ
スコープとして形成されたものとして示されているが、
第10B図に示したように、部分的に光ファイバを使用し
部分的に集積光学チップを使用して構成することもでき
る。そのようなジャイロスコープでは、集積光学チップ
は通常、位相変調器19と、ループ結合器17と、偏光器15
とを含む。この構成では、位相変調器19が、集積光学チ
ップで実施され、すべて光ファイバの構造で実施する場
合よりも容易に高周波数で動作することができるので、
位相変調周波数は通常、コイル10の妥当な周波数であ
る。また、同じ理由で、変調波形は通常、生成するのが
より容易であるために正弦波ではなく方形波であり、方
形波の隅によって表される高周波数は劣化しない。これ
に対して、方形波の隅によって表される高周波数は、す
べて光ファイバの実施態様では多くの場合劣化する。そ
のような構造は、単に最終システム出力信号を使用し
て、コイル10が実際に巻かれている平面に垂直な検知軸
の周り検知された回転速度を直接示す開ループ光ファイ
バ・ジャイロスコープではなく、閉ループ光ファイバ・
ジャイロスコープで特に有用である。

閉ループシステムでは、雑音を補正された後の最終シ
ステム出力信号は、ある種の処理の後に、コイル10の検
知軸の周りでのコイル自体の回転の結果としてコイル10
内を伝搬する時計回り波と逆時計回りとの間に生じる位
相変化を零にするために使用される。通常、雑損を補正
された後のシステム最終信号は、フィードバック信号で
あり、様々な可能な処理の後に、バイアス変調生成装置
20によって与えられる信号に加えることにより、あるい
は別法として、このフィードバック信号を導入する直前
に、提供された他の位相変調器を使用することによっ
て、ループ結合器17よりも先へ伝搬した電磁波に導入さ
れる。第11図に示した光学サブシステムを使用し、その
一部を集積光学チップ50で部分的に実施する場合、雑音
を補正された後のシステム最終出力信号は、点線51でフ
ィードバック信号としてこの光学サブシステムに導入さ
れ、変調生成装置20からの信号と組み合わされ、別法と
して、このフィードバック信号は、代替点線52で導入さ
れ、チップ50に形成された他の位相変調器を動作する。
この場合も、第１図中の項目に使用した参照符号は、シ
ステム実施態様を示す前述の図中の対応する項目に使用
した参照符号と同じである。

第１の例のフィードバック信号は、線51で与えられ、
バイアス変調生成装置20からの信号と組み合わされ、こ
れらの信号のそれぞれを入力として有する信号組合せ手
段53が使用される。別法として、フィードバック信号を
導入する別の位相変調器を形成する第２の例を選択する
場合、入力点線52上のフィードバック信号は、集積光学
チップ50中のウェーブガイドの周りに形成されたそのよ
うな追加位相変調器54に経路指定され、電気光学効果に
よって、そのウェーブガイドを伝搬する電磁波に影響を
与える。

集積光学回路50の他の部分は、第１図、第2A図、第2B
図、第５図、第８図、第９図のシステムに導入された光
学構成要素に対応するものを表し、これらの構成要素に
は、偏光器55と、ループ結合器57を形成するウェーブガ
イドの“y"字形分岐点とが含まれ、さらに、使用する場
合にはやはり、位相変調器54と同じウェーブガイドの周
りで動作し、同様に電気光学効果を使用する位相変調器
59が含まれる。ある種の集積光学チップは、チップ中の
ウェーブガイドが、チップ内を伝搬しようとする１つの
直交偏光成分を大幅に減衰させるので、偏光器用の特殊
構造または追加構造を必要としない。この場合、偏光器
45は、集積光学チップ50において省略されているとみな
すべきであり、したがって、第11図では点線ブロックと
してのみ示されている。通常、結合器57に関連して非反
射終端を使用することはできない。

信号組合せ手段53を使用する場合、その出力は位相変
調器59用の入力になる。そうでない場合、位相変調器59
は、バイアス変調生成装置20から信号組合せ手段53を通
って位相変調器59に至る実線で示したように、バイアス
変調生成装置20によって直接励磁される。信号組合せ手
段53を使用する場合、第11図中の信号組合せ手段を通る
実線は省略されているものとみなすべきである。

閉ループ・システムでフィードバックすべき信号は通
常、セロダイン波形信号または「のこぎり」波形信号で
あることが好ましい。というのは、この波形によって、
コイル10の検知軸の周りでのコイル自体の一定の入力回
転速度のための一定の移相差を無効にすることができる
からである。そのような波形はかなり高周波数の内容を
有するものであり、上記で指摘したように、ある長さの
光ファイバで所望の位相変調を行うために制御式圧電リ
ングまたはディスクによってその光ファイバが伸縮され
る位相変調器の帯域幅と比べて、チップに形成された位
相変調器の方が広い帯域幅を与えるので、このような状
況では集積光学チップが必要である。

コイル10の端部は、第11図中の集積光学チップ50の上
部ウェーブガイドから延びる光学ファイバ延長部に接続
することがでいる。別法として、集積光学チップ40の端
部で、第11図中の“y"字形結合器47の上部分岐を形成す
るウェーブガイドに直接、光ファイバ・コイル10の同じ
端部を当接または接続することができる。別法として、
集積光学チップ50の縁部で第11図中の「Ｙ」字形結合器
57の下部分岐を形成するウェーブガイドから延びる延長
光ファイバにコイル10のこの端部を接続することもでき
る。あるいは、その代わりにコイル10のその端部を集積
光学チップ50の下部ウェーブガイドから延びる光ファイ
バの延長長さに接続することもできる。

第11図では、光源方向性結合器12から延びる偏波保持
光ファイバが、チップ50のウェーブガイドから延びてチ
ップ中の偏光器55に至る偏波保持光ファイバに接続され
るものとして示されている。この接続を用いた場合、各
ファイバの“x"軸は、各ファイバの“y"軸と同様に互い
に位置合わせされる。別法として、集積光学チップ50中
の偏光器55に至るチップ50のウェーブガイドに、光源結
合器12から延びる偏波保持光ファイバを接続することも
できる。この場合、光源結合器12からこのファイバを通
過する電磁波が、それほど損失を受けずに偏光器55の透
過軸に到達するように、このファイバの“x"軸がこのウ
ェーブガイドに位置合わせされる（あるいは、このウェ
ーブガイドが、偏光器55の必要なしで固有に、一方の偏
光モードをウェーブガイド自体の透過軸を通過させ、他
方の直交モードをブロックする場合は、この透過軸に位
置合わせされる）。

第11図の光学サブシステムが開ループ・システムであ
る場合、フォトダイオード13に当たる電磁波の強度は上
記とほぼ同じように表すことができ、数式は下記のよう
になる。

上式で、S_qr（t,T₀）は、周期がT₀であり、振幅−１
と＋１との間で切り替わる、ある時間にわたる方形波、
すなわちある定数内のバイアス変調生成装置20の出力信
号の波形を示す。負の角度の余弦はその角度の余弦に等
しいので上式は次式のように簡単に書くことができる。

これらの数式のそれぞれでは、位相角がこの場合も、
雑音が重大の問題として残るほど小さなものであると仮
定し、回転のための位相角変化は無視されている。

これに対して、第11図の光学サブシステムが閉ループ
・ジャイロスコープ・システムである場合、フォトダイ
オード13に入射する電磁波の強度はこの場合も、上記で
使用した数式と同様な数式で表すことができるが、コイ
ル10の検知軸の周りでのコイル自体の角加速度に応じる
追加項が含まれる。この場合の数式は下記のとおりであ
る。

上式で、αは検知軸の周りでのコイル10の角加速度で
あり、k_modは加速度を位相変化に関係付ける定数であ
り、生成装置20の出力の振幅を含む。角加速度に依存す
るこの追加項が発生するのは、閉ループが提供され、コ
イル10中の互いに逆方向に伝搬する波間の位相差を制御
しようとするが、常に、もはや現位相状況を表さない前
の変調サイクルに基づいて制御しようとし、そのため、
回転速度変化時に誤差が存在するからである。その結
果、方形波は、角加速度時に出力強度に発生し、そのよ
うな加速が停止し、ループが誤差をなくすることができ
るようになった後に消える。フィードバック・ループ
が、互いに逆方向に伝搬する電磁波間に導入される位相
変化を無効にすることによって光学サブシステムの出力
強度中の方形波成分をなくしようとする際、奇数高調波
雑音、特に第１の高調波がループの無効化に干渉し、そ
れによって、やはりシステムの出力信号であるループ信
号の対応する変動をもたらす。本明細書の説明で分かる
ように、集積光学チップを含むシステムで通常使用され
る妥当な周波数でシステムを動作する場合、光源強度雑
音のすべての奇数高調波は、非反射終端構造16に現れる
際とフォトダイオード13に現れる際に、互いに異なる位
相を有する。このため、これらの位置での光学信号から
変換された電気信号どうしを加えて適当な利得を得て、
それによって光源光学強度雑音を取り消すことができ
る。

集積光学チップを使用する開ループ・システムと閉ル
ープ・システムの両方に関する前述の数式から、フォト
ダイオード13に当たる電磁波の強度は次式のように書く
ことができる。

I_D（ｔ）＝CI_i（ｔ−τ） 上式で、Ｃは、コイル10の検知軸の周りでのコイル自
体の有意角加速度の周期を除いてほぼ一定な、前述の最
後の３つの数式のうの最初の２つの数式中の大括弧中の
係数のL/2倍と値と、１つ前の数式中の二重大括弧中の
係数のL/2倍の値を表す。上記のことから、終端構造1
6′で得られる光学雑音信号の強度は次式のように書く
ことができる。

Ｉ_16′（ｔ）＝ｋ_sctrm16′I_s（ｔ） 再び狭帯域幅中の光学強度雑音を次式のように表す
と、 I_i（ｔ）＝I₀＋δＩ（ω）cos［ωｔ＋（ω）］ フォトダイオード13に当たる強度は、次式に示したよう
になる。

I_D（ｔ）＝CI₀＋ＣδＩ（ω）cos［ωｔ−ωτ＋
（ω）］ ω_m-pが、ω_m-p τ＝πとなるようにコイル10の妥当
な周波数として選択された変調周波数である場合、奇数
高調波はω＝（2n＋１）ω_m-pになる。したがって、フ
ォトダイオード13に当たる光学信号の奇数高調波I_D-oh
（ｔ）は、次式のように書くことができる。

同様に、終端16′で得られる光学雑音信号の強度の奇
数高調波Ｉ_16′−ohは次式のようになる。

上記に示したように、復調時に行われる混合で復調周
波数に等しい周波数差を与えることができるのは雑音の
奇数高調波だけである。最後の２つの数式のそれぞれ中
の奇数高調波は、互いに異なる符号の定数内で同じであ
るので、第11図のシステムで、それぞれフォトダイオー
ド13および24によってこれらの強度を電子信号に変換
し、その後、それぞれ、バイアス復調生成装置20からの
同じ復調信号を使用して、位相検出器23および26で復調
を行うと、これらの雑音高調波を復調した結果はこの場
合も、ある定数内でほぼ等しくなる。したがって、利得
調整器29を使用して、位相検出器26からの出力信号の振
幅を、位相検出器23の出力中の対応する雑音成分と同じ
振幅になるように調整すると、それらの信号は、コンバ
イナ30で加算的に組み合わされる際に互いに取り消し合
う。したがって、妥当な周波数の奇数高調波での光源光
学強度雑音が取り消される。

本発明を好ましい実施例に関して説明したが、当業者
には、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形態およ
び細部に変更を加えられることが確認されよう。

フロントページの続き (72)発明者 ストランジョード，リー・ケイ アメリカ合衆国 85310 アリゾナ州・ グレンデイル・ウエスト クリーダンス ブーレバード・4026 (56)参考文献 特開 昭61−169714（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−38422（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、さらに第２の周波数スペクトルにわたって
   分布する雑音強度を有する、放出される電磁波を供給す
   る光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝搬するよ
   うに、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光
   ファイバのうちの選択された一方の選択された位置から
   前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手
   段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号と前記第２の光電検出器に入射した電磁波に
   基づく雑音変換信号とを得るように前記第１および第２
   の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有す
   る前記システム変換信号と特定の位相および振幅を有す
   る対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、前記シ
   ステム変換信号がシステム出力信号を形成する場合より
   も小さな雑音信号比を有する対応するシステム出力信号
   を与えることができ、光学雑音内容を示す信号であり、
   （干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出
   器からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換
   信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換信号と
   システム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち消す雑
   音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手
   段と、雑音第１信号成分位相検出及び調節手段とを有
   し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システ
   ム変換信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電
   気的に接続された検出入力と、前記変調器の入力に電気
   的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続
   された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数
   での復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信
   号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力
   に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力
   に発生させることができ、 前記雑音第１信号成分位相検出及び調節手段は、前記雑
   音変換信号を受け取るために前記第２の光電検出器に電
   気的に接続された検出入力と、前記変調器の入力に電気
   的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続
   された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数
   での復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信
   号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力
   に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力
   に発生させることができ、 前記システム第１信号成分位相検出手段の出力と前記雑
   音第１信号成分位相検出及び調節手段の出力とは、対応
   する入力に与えられた信号をある位相で組み合わせ、そ
   の組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力
   信号を与えることができる組合せ手段の前記対応する入
   力に電気的に接続されている ことを特徴とする雑音低減装置。
2. 【請求項２】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、さらに第２の周波数スペクトルにわたって
   分布する雑音強度を有する、放出される電磁波を供給す
   る光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝搬するよ
   うに、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光
   ファイバのうちの選択された一方の選択された位置から
   前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手
   段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号と前記第２の光電検出器に入射した電磁波に
   基づく雑音変換信号とを得るように前記第１および第２
   の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有す
   る前記システム変換信号と特定の位相および振幅を有す
   る対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、前記シ
   ステム変換信号がシステム出力信号を形成する場合より
   も小さな雑音信号比を有する対応するシステム出力信号
   を与えることができ、光学雑音内容を示す信号であり、
   （干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出
   器からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換
   信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換信号と
   システム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち消す雑
   音低減手段とを備え、 前記雑音低減手段が、さらに、 前記システム変換信号を受け取るために前記第１の光電
   検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音変換
   信号を受け取るために前記第２の光電検出器に電気的に
   接続された他の入力を有し、これらの入力に与えられた
   選択された信号を組み合わせ、組み合わされた信号に基
   づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができる
   組合せ手段と、 前記組合せ手段の出力に電気的に接続された検出入力
   と、前記変調器の入力に電気的に接続された変調信号生
   成装置に電気的に接続された復調入力との両方を有し、
   選択された復調周波数での復調信号成分を有する前記復
   調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に
   基づいて前記検出入力に生じた信号の成分の振幅を表す
   信号をそれ自体の出力に発生させることができる信号成
   分位相検出手段と を備えることを特徴とする雑音低減装置。
3. 【請求項３】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、第２の周波数スペクトルにわたって分布す
   る他の雑音強度を有する、放出される電磁波を供給する
   光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅延で前記第２の光電検出器へ伝搬するように、前記
   光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバの
   うちの選択された一方の選択された位置からの電磁波を
   第２の光電検出器に結合する第２の結合手段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号、および前記第２の光電検出器に入射した電
   磁波に基づく雑音変換信号を得るために前記第１および
   第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を
   有する前記システム変換信号と、特定の位相および振幅
   を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、
   前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場
   合よりも小さな雑音信号比を有する対応するシステム出
   力信号を与えることができ、光学雑音内容を示す信号で
   あり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光
   電検出器からの光学システム信号と同相の信号である雑
   音変換信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換
   信号とシステム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち
   消す雑音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手
   段と、雑音信号位相検出及び調節手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システ
   ム変換信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電
   気的に接続された検出入力と、前記変調器の入力に電気
   的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続
   された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数
   での復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信
   号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力
   に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力
   に発生させることができ、 前記雑音信号位相検出及び調節手段は、前記雑音変換信
   号を受け取るために前記第２の光電検出器に電気的に接
   続された検出入力と、選択された周期出力信号をそれ自
   体の出力に生成することができる構成信号生成装置の出
   力に電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択
   された復調周波数での復調信号成分を有する前記復調入
   力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づ
   いて前記検出入力に生じた信号の成分の振幅と位相を表
   す信号をそれ自体の出力に発生させることができ、 前記システム第１信号成分位相検出手段の出力と前記雑
   音信号位相検出及び調節手段の出力とは、対応する入力
   に与えれた選択された信号を組み合わせ、その組み合わ
   された信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与え
   ることができる組合せ手段の前記対応する入力に電気的
   に接続されている ことを特徴とする雑音低減装置。
4. 【請求項４】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、第２の周波数スペクトルにわたって分布す
   る他の雑音強度を有する、放出される電磁波を供給する
   光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅延で前記第２の光電検出器へ伝搬するように、前記
   光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバの
   うちの選択された一方の選択された位置からの電磁波を
   前記第２の光電検出器に結合する第２の結合手段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号、および前記第２の光電検出器に入射した電
   磁波に基づく雑音変換信号を得るために前記第１および
   第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を
   有する前記システム変換信号と、特定の位相および振幅
   を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、
   前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場
   合よりも小さな雑音信号比を有する対応するシステム出
   力信号を与えることができ、光学雑音内容を示す信号で
   あり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光
   電検出器からの光学システム信号と同相の信号である雑
   音変換信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換
   信号とシステム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち
   消す雑音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、さらに、 前記雑音変換信号を受け取るために前記第２の光電検出
   器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出
   力信号をそれ自体の出力に生成することができる構成信
   号生成装置の前記出力に電気的に接続された復調入力と
   の両方を有し、選択された復調周波数での復調信号成分
   を有する前記復調入力に供給された信号を使用して、前
   記復調周波数に基づいて前記検出入力に生じた信号の成
   分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に発生させること
   ができる雑音信号位相検出及び調節手段と、 前記システム変換信号を受け取るために前記第１の光電
   検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音信号
   位相検出及び調節手段に電気的に接続された他の入力を
   有し、これらの入力に与えられた選択された信号を組み
   合わせ、組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力
   で出力信号を与えることができる組合せ手段と、 前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、
   前記変調器の入力に電気的に接続された変調信号生成装
   置に電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択
   された復調周波数での復調信号成分を有する前記復調入
   力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づ
   いて前記検出入力に生じた信号の成分の振幅および位相
   を表す信号をそれ自体の出力に発生させることができる
   信号成分位相検出手段とを有する組合せ手段と を備えることを特徴とする雑音低減装置。
5. 【請求項５】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、さらに第２の周波数スペクトルにわたって
   分布する雑音強度を有する、放出される電磁波を供給す
   る光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝搬するよ
   うに、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光
   ファイバのうちの選択された一方の選択された位置から
   前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手
   段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号と前記第２の光電検出器に入射した電磁波に
   基づく雑音変換信号とを得るように前記第１および第２
   の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有す
   る前記システム変換信号と特定の位相および振幅を有す
   る対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、前記シ
   ステム変換信号がシステム出力信号を形成する場合より
   も小さな雑音信号比を有する対応するシステム出力信号
   を与えることができ、光学雑音内容を示す信号であり、
   （干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出
   器からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換
   信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換信号と
   システム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち消す雑
   音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手
   段と、雑音信号位相検出及び調節手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システ
   ム変換信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電
   気的に接続された検出入力と、前記変調器の入力に電気
   的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続
   された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数
   での復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信
   号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力
   に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力
   に発生させることができ、 前記雑音信号位相検出及び調節手段は、前記雑音変換信
   号を受け取るために前記第２の光電検出器に電気的に接
   続された検出入力と、システム変換信号を受けるように
   電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択され
   た復調周波数での復調信号成分を有する前記復調入力に
   供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて
   前記検出入力に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそ
   れ自体の出力に発生させることができ、 前記システム第１信号成分位相検出手段の出力と前記雑
   音信号位相検出及び調節手段の出力とは、対応する入力
   に与えられた位相が選択された信号を組み合わせ、その
   組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信
   号を与えることができる組合せ手段の前記対応する入力
   に電気的に接続されている ことを特徴とする雑音低減装置。
6. 【請求項６】コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ
   伝搬し、第１の光電検出器にある位相関係で入射する電
   磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減
   させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された
   強度を有し、さらに第２の周波数スペクトルにわたって
   分布する雑音強度を有する、放出される電磁波を供給す
   る光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つの
   ポートを有し、前記光源側の前記ポート対のうちの一方
   が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポートが前
   記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポ
   ートがコイル状光ファイバの端部へ結合され、そのポー
   トからコイル状光ファイバの前記端部へ延びている光路
   中に、変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波
   の位相を変調する変調器を備えている、光学処理サブシ
   ステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイ
   バ内を伝搬するのに必要な走行遅延時間の半分よりも短
   い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝搬するよ
   うに、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光
   ファイバのうちの選択された一方の選択された位置から
   前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手
   段と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステ
   ム変換信号と前記第２の光電検出器に入射した電磁波に
   基づく雑音変換信号とを得るように前記第１および第２
   の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有す
   る前記システム変換信号と特定の位相および振幅を有す
   る対応する前記雑音変換信号とを組み合わせて、前記シ
   ステム変換信号がシステム出力信号を形成する場合より
   も小さな雑音信号比を有する対応するシステム出力信号
   を与えることができ、光学雑音内容を示す信号であり、
   （干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出
   器からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換
   信号を前記第２の光電検出器から得て、雑音変換信号と
   システム変換信号を組み合わせて光学雑音をうち消す雑
   音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、さらに、 前記雑音変換信号を受け取るために前記第２の光電検出
   器に電気的に接続された検出入力と、前記システム変換
   信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に
   接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周
   波数での復調信号成分を有する前記復調入力に供給され
   た信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出
   入力に生じた信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の
   出力に発生させることができる雑音信号位相検出及び調
   節手段と、 前記システム変換信号を受け取るために前記第１の光電
   検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音信号
   位相検出及び調節手段に電気的に接続された他の入力を
   有し、これらの入力に与えられた特定の位相を有する選
   択された信号を組み合わせ、組み合わされた信号に基づ
   いてそれ自体の出力で出力信号を与えることができる組
   合せ手段と、 前記組合せ手段の出力に電気的に接続された検出入力
   と、前記変調器の入力に電気的に接続された変調信号生
   成装置に電気的に接続された復調入力との両方を有し、
   選択された復調周波数での復調信号成分を有する前記復
   調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に
   基づいて前記検出入力に生じた信号の成分の振幅および
   位相を表す信号をそれ自体の出力に発生させることがで
   きる信号成分位相検出手段と を備えることを特徴とする雑音低減装置。