JP4568817B2 - 光センサ、感知するための方法、光学装置、回転を感知するための方法、光学システム、および干渉計 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
この発明は、光ファイバ干渉計に関し、より具体的には、たとえば、回転、運動、圧力、または他の刺激を感知するための光ファイバサニャック干渉計に関する。

関連技術の説明
光ファイバサニャック干渉計は、通例、光ファイバループを含み、これに対して、光波が結合され、対向する方向にループを伝搬する。ループを通った後、対向して伝搬する波は組合され、それらは、コヒーレントに干渉して光出力信号を形成する。この光出力信号の強度は、波が組合されるとき、対向して伝搬する波の相対位相の関数として変化する。

サニャック干渉計は、回転の感知に特に有用であることが証明された。ループの中心対称軸を中心としたループの回転は、周知のサニャック効果に従って、対向して伝搬する波の間で相対位相差を作り、位相差の量は、ループの回転レートに比例する。組合せられた、対向して伝搬する波の干渉によって生成される光出力信号のパワーは、ループの回転レートの関数として変化する。回転の感知は、この光出力信号の検出によって達成される。

サニャック干渉計の回転感知精度は、レイリー後方散乱によって生じるスプリアス波によって制限される。レイリー散乱が現在の技術の光ファイバ内で起こる理由は、ファイバ材料を構成する小さな素粒子が、少量の光の散乱を引起すためである。レイリー散乱の結果として、光は、全方向に散乱する。前方に、かつファイバの許容角度内で散乱する光が、前方散乱光である。後方に、かつファイバの許容角度内で散乱する光が、後方散乱光である。光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）では、（一次的な時計回りの波および一次的な反時計回りの波とここで呼ばれる）感知コイルに沿った時計回りの波と反時計回りの波との両方が、レイリー散乱によって散乱される。一次的な時計回りの波および一次的な反時計回りの波は、両方とも、それぞれの前方方向および後方方向に散乱する。この散乱光は、検出器に戻り、ノイズを一次的な時計回りの波および二次的な反時計回りの波に加える。散乱光は、２つの種類、つまり、コヒーレントとインコヒーレントとに分けられる。コヒーレントに散乱する光は、コイルの中点を中心とした長さＬ_Cのファイバ部分に沿って起こる散乱から生じ、ここで、Ｌ_Cは、光源のコヒーレンス長である。この散乱光は、それが由来する一次的な波とコヒーレントであり、一次的な波にコヒーレントに干渉する。結果として、かなりの量の位相ノイズが生成される。前方コヒーレント散乱は、それを散乱させる一次的な波と同相であり、そのため、それは位相ノイズを加えない。代わりに、この前方コヒーレント散乱は、ショットノイズを加える。散乱パワーは、一次的な波パワーと比較して非常に小さいため、このショットノイズは、無視できるほどである。コイルの他のすべての部分は、一次的な波とインコヒーレントである散乱光を生成する。前方に伝搬するインコヒーレント散乱光は、それが由来するそれぞれの一次的な波にショットノイズのみを加え、このショットノイズも、無視できるほどである。主要な散乱ノイズは、コヒーレント後方散乱である。このコヒーレント後方散乱ノイズは、大きくなり得る。コヒーレント後方散乱ノイズは、伝統的には、非常に短いコヒーレンス長Ｌ_Cを有する広帯域源を用いることによって、減じられてきた。広帯域源では、後方散乱波の部分は、非常に小さなファイバ部分、つまり、ファイバコイルの中点を中心とする、通例数十ミク
ロンの長さＬ_Cから生じ、したがって、それは、何メートルものコヒーレンス長を有する伝統的な狭帯域レーザを用いた場合と比較して、大きく減じられる。たとえば、エルブ ルフェーブル（Herve Lefevre）による「光ファイバジャイロスコープ」（“The Fiber-Optic Gyroscope”）（セクション４.２、アーテックハウス（Artech House）、ボストン、ロンドン、１９９３年）および、そこに引用される参考文献を参照されたい。

回転感知精度は、干渉計内で対向して伝搬する波の間で位相差を生じさせるＡＣカー効果によっても制限される。ＡＣカー効果は、変化する電界にある物質が置かれた場合にその物質の屈折率が変化する、周知の非線形光学現象である。光ファイバ内では、光ファイバを伝搬する光波の電界は、カー効果に従ってファイバの屈折率を変化させ得る。ファイバ内を伝わる各波の伝搬定数は、屈折率の関数であるため、カー効果は、強度依存型伝搬定数摂動として現れる。たとえば、２つの対向して伝搬する波を生成する結合器の結合比が５０％でない場合に起こるように、コイル内を時計回り方向に伝わるパワーが、コイル内を反時計回り方向に伝わるパワーと全く同じでない場合には、光学カー効果によって、一般に、波が異なる速度で伝搬することとなり、結果として、波の間で非回転誘起位相差が生じ、したがって、スプリアス信号が生成される。たとえば、上述の、エルブ ルフェーブルによる「光ファイバジャイロスコープ」の１０１-１０６頁、およびそこに引用される参考文献を参照されたい。スプリアス信号は、回転誘起信号と区別できない。溶融シリカ光ファイバは、十分に強いカー非線形を示すため、光ファイバジャイロスコープコイル内を伝わる光パワーの通例のレベルでは、光ファイバ回転センサ内の、カーによって誘起された位相差は、小さな回転レートでのサニャック効果による位相差よりもずっと大きくなり得る。

シリカベースのファイバ内のシリカも、磁界によって影響を受け得る。特に、シリカは、磁気光学特性を示す。光ファイバ内の磁気光学ファラデー効果の結果として、大きさＢの長手方向の磁界が、Ｂに比例する量だけ、円偏波の位相を修正する。円偏波の位相の変化は、この分野が適用される、ファイバの長さＬおよびファイバ材料のヴェルデ定数Ｖにも比例する。位相シフトのサインは、光が左円偏光であるか、または右円偏光であるかに依存する。サインは、光の伝搬および磁界の相対的な方向にも依存する。結果として、直線偏光の場合、この効果は、角度θ＝ＶＢＬの分だけの偏りの配向の変化として現れる。この効果は、非相互的である。たとえば、同一の円偏波が対向して伝搬するリング干渉計またはサニャック干渉計内では、磁気光学ファラデー効果は、対向して伝搬する波の間で、２θに等しい位相差を誘起する。しかし、磁界がファイバコイルに適用されると、時計回りの波および反時計回りの波は、一般に、僅かに異なる位相シフトを経験する。その結果は、波が干渉する光ファイバループの出力部における、時計回りに伝搬する波と反時計回りに伝搬する波との間の、磁界によって誘起された相対的な位相シフトである。この差分位相シフトは、ヴェルデ定数に比例する。この位相差は、ループ内のファイバの複屈折および磁界の大きさにも依存する。加えて、位相シフトは、光ファイバループに対する磁界の配向（つまり、方向）と、時計回りに伝搬する信号および反時計回りに伝搬する信号の偏りとに依存する。磁界がＤＣである場合、この差分位相シフトによって、結果として、サニャック干渉計の位相バイアス内でＤＣオフセットが得られる。磁界が時間とともに変化するならば、この位相バイアスは、ドリフトし、これは、一般に望ましくないため、好まれない。

地球の磁界は、ナビゲーションで用いられるサニャック干渉計にとっての大きな困難をもたらす。たとえば、光ファイバジャイロスコープを有する航空機が回転するとき、光ファイバループの相対的な空間的配向は、地球の磁界に対して変化する。結果として、ファイバジャイロスコープの出力の位相バイアスがドリフトする。この磁界によって誘起されるドリフトは、光ファイバループが十分に長い場合、たとえば、約１０００メートルである場合、かなりのものとなり得る。慣性航法光ファイバジャイロスコープ内での磁界の影
響を阻止するために、光ファイバループは、外部の磁界から遮蔽される。複数のμ−金属層を含む遮蔽が用いられ得る。

発明の概要
ここに開示される実施例の発明者らは、ファイバ干渉計内に存在するレイリー後方散乱、カー効果、磁気光学ファラデー効果、および精度を制限する他の効果によって誘起されるノイズおよび／または位相ドリフトを減じる、またはなくす必要があると判断した。ここで開示されるこの発明の好ましい実施例の局面に従うと、中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバが、たとえば、サニャック干渉計に組込まれて、性能が改善されるか、または、他の設計代替例が提供される。

この発明の１つの局面は、光源、方向性結合器、中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバ、および光検出器を含むセンサを含む。光源は、第１の光信号を放出する出力部を有する。方向性結合器は、複数のポートを含む。第１のポートは、光源に光学的に結合されて、光源から放出された第１の光信号を受取る。第１のポートは、第１のポートに結合された第１の光信号が第２の光信号および第３の光信号に分割されて、それらがそれぞれ第２のポートおよび第３のポートによって出力されるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合される。中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバは、第２のポートおよび第３のポートから出力された第２の光信号および第３の光信号が中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバを伝搬し、それぞれ第３のポートおよび第２の光ポートに戻ってくるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合される。中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバは、クラッディングによって囲まれた中空の光コアを有する。中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバのクラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を中空の光コア内に実質的に拘束する。光検出器が、光学装置内の、ある位置に置かれて、中空コアフォトニックバンドギャップ光ファイバを伝わった後の、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を受取る。特定の実施例では、光源は、半波高全幅値（ＦＷＨＭ）として測定されるような帯域幅内で約１ナノメートル以上のスペクトル波長分布を有する光を出力する広帯域光源を含む。さまざまな他の実施例では、光源は、帯域幅内で１ナノメートル未満のスペクトル波長分布を有する光を出力する狭帯域源を含む。好ましくは、ＦＷＨＭとして測定されるような狭帯域源からの光のスペクトル波長分布は、０．５ナノメートル未満である。より好ましくは、狭帯域源からの光のスペクトルＦＷＨＭ帯域幅は、０．１ナノメートル未満である。

この発明の別の局面は、感知するための方法を含む。この方法に従うと、平均波長λを有する光が生成される。光は、第１の部分と第２の部分とに分割される。第１の部分は、中空の導波路の周りを時計回りに伝搬し、第２の部分は、中空の導波路の周りを反時計回りに伝搬する。第１の部分および第２の部分は、波長λの光のためのフォトニックバンドギャップ構造を有する周りのクラッディングによって、中空導波路内の中空コアを伝搬するように実質的に拘束される。光の第１の部分および第２の部分は、それぞれの時計回りの方向と反時計回りの方向とに中空導波路の周りを伝搬した後に光学的に干渉され、光干渉信号が生成される。中空導波路の少なくとも一部が、摂動の影響を受け、摂動によって引起される光干渉信号の変化が測定される。摂動は、たとえば、回転、運動、圧力、または他の刺激を含み得る。特定の好ましい実施例では、真空化されているか、空気または他の気体を含む中空コアに、光は拘束される。また、特定の実施例では、光の振幅は、約４５％から５５％の間の衝撃係数で変調される。より好ましくは、光は、約５０％の衝撃係数で、振幅変調される。

この発明の別の局面は、光源、方向性結合器、中空コアフォトニックバンドギャップフ
ァイバ、および光検出器を含むセンサを含む。光源は、少なくとも約±１０^-6内で安定した（たとえば、１００万分の１で安定した）平均波長λを有する第１の光信号を放出する出力部を有する。方向性結合器は、複数のポートを含む。第１のポートは、光源に光学的に結合されて、光源から放出された第１の光信号を受取る。第１のポートはまた、第１のポートに結合された第１の光信号が第２の光信号と第３の光信号とに分割されて、それらがそれぞれ第２のポートおよび第３のポートによって出力されるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合される。フォトニックバンドギャップファイバは、クラッディングによって囲まれた中空コアを有する。中空コアフォトニックバンドギャップファイバは、第２のポートおよび第３のポートから出力された第２の光信号および第３の光信号が中空コアフォトニックバンドギャップファイバを対向して伝搬し、それぞれ第３のポートおよび第２の光ポートに戻ってくるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合される。中空コアフォトニックバンドギャップファイバのクラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を中空コア内に実質的に含む。光検出器が、光学装置内の、ある位置に置かれて、中空コアフォトニックバンドギャップファイバを通った後の、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を受取る。

この発明の別の局面は、感知するための別の方法を含む。この方法に従うと、僅か約±１０^-6（たとえば、１００万分の１）しか変動しない、実質的に不変の平均波長λを有する光が生成される。光の第１の部分は、光路の周りを時計回りに伝搬し、光の第２の部分は、光路の周りを反時計回りに伝搬する。光の第１の部分および第２の部分は、波長λの光のためのフォトニックバンドギャップ構造によって、光路での伝搬に実質的に拘束される。光の第１の部分および第２の部分は、両部分がそれぞれの時計回りの方向と反時計回りの方向とに光路の周りを伝搬した後、光学的に干渉され、光干渉信号が生成される。光路の少なくとも一部は、摂動の影響を受ける。摂動によって生じた光干渉信号の変化が測定される。摂動は、回転、圧力、運動、または他の刺激を含み得る。特定の好ましい実施例では、真空化されているか、空気または他の気体を含む開放領域に、光は拘束される。また、特定の実施例では、２つの部分に分割される光は、約４５％から５５％の間の衝撃係数で、より好ましくは、約４９％から約５１％の間の衝撃係数で、最も好ましくは、５０％の衝撃係数で、振幅変調される。さまざまな実施例では、２つの部分に分割される光は、約１ＧＨｚから約５０ＧＨｚの間の周波数で周波数変調され、より好ましくは、約１０ＧＨｚの周波数で変調される。

この発明の好ましい実施例が、添付の図を参照しながら以下で説明される。

好ましい実施例の詳細な説明
図１は、好ましい実施例では中空コアフォトニックバンドギャップファイバであるフォトニックバンドギャップファイバ１３を組込む光ファイバシステム１２を含む例示的なサニャック干渉計５を示す。フォトニックバンドギャップファイバではなく、従来の光ファイバを含む同様の光ファイバシステムの一バージョンが、１９８８年９月２７日に発行された、バーグ（Bergh）他への米国特許第４，７７３，７５９号でより詳細に説明されており、その全体が、ここで引用により援用される。

光ファイバシステム１２は、光を導き処理するための光ファイバシステム１２に沿ったさまざまな場所に位置付けられるさまざまな構成要素を含む。このような構成要素およびサニャック干渉計５内でのそれらの用途は、周知である。同様の設計または異なる設計を有するシステム１２の代替的な実施例が、当業者によって実現され得、この発明の実施例内で用いられ得る。

図１のサニャック回転センサ５のために構成されるように、光ファイバシステム１２は
、光源１６と、（図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら以下で説明される）中空コアフォトニックバンドギャップファイバ１３とともに形成される光ファイバループ１４と、光検出器３０とを含む。光源１６から出力される光の波長は、シリカベースの光ファイバの損失がその最小限の付近にあるスペクトル領域内で、約１．５０から１．５８ミクロンであり得る。しかしながら、他の波長も可能であり、源からの放射の波長は、ここに示される波長に限定されているわけではない。たとえば、光ファイバがシリカ以外の材料を含む場合、波長は、好ましくは、光ファイバによって生じる損失を最小にする、または減じる波長範囲内で選ばれる。光源に関する追加的な詳細および光源のさまざまな実施例は、以下でより詳しく説明される。

光ファイバシステム１２内のファイバループ１４は、有利なことには、フォトニックバンドギャップファイバ１３の複数の巻きを含み、これは、好ましくは、スプールまたは他の好適な支持部（図示せず）の周りに巻かれる。具体的な例によると、ループ１４は、フォトニックバンドギャップファイバ１３の、１０００以上の巻きを含み得、約１０００メートルの光ファイバ１３の長さを含み得る。光検出器３０は、当該技術分野で周知のさまざまな光検出器のうちの１つであり得るが、これから発明される検出器が用いられてもよい。

光学偏光コントローラ２４が、有利なことには、図１に例示されるような干渉計内に含まれ得る。偏光コントローラ２４を光学的に含むことは、システム１２の設計に依存する。例示的な偏光コントローラは、たとえば、H. C. ルフェーブルの「単一モードファイバ部分波装置および偏光コントローラ」（“Single-Mode Fibre Fractional Wave Devices and Polarisation Controllers”）（電子工学書簡（Electronics Letters）、１６巻、２０番、１９８０年９月２５日、７７８−７８０頁）、および１９８３年６月２１日に発行された、ルフェーブルへの米国特許第４，３８９，０９０号で説明されており、これらの全体が、ここで引用により援用される。偏光コントローラ２４によって、適応される光の偏りの状態の調整が可能となる。他の種類の偏光コントローラが、有利なことには用いられてもよい。

偏光コントローラ２４は、方向性結合器２６のポートＡに光学的に接続される。方向性結合器２６は、ポートＡによって受取られた光を結合器２６のポートＢおよびポートＤに結合する。結合器２６上のポートＣが、光検出器３０に光学的に結合される。サニャック干渉計から戻ってくる光が、ポートＢによって受取られ、ポートＡおよびポートＣに結合される。この様態で、ポートＢが受取る、戻ってきた光は、ポートＣに光学的に結合された光検出器３０によって、検出される。図示されるように、ポートＤは、（「接続されず」を意味する）「ＮＣ」と示された点で、非反射的に終端する。結合器２６として用いられ得る例示的な結合器は、１９８５年８月２０日に発行された、ショウ（Shaw）他への米国特許第４，５３６，０５８号、および１９８１年１０月２１日に発行されたヨーロッパ特許公報第０ ０３８ ０２３号で詳細に説明されており、これら両者の全体が、ここで引用により援用される。しかしながら、集積光結合器または光バルクを含む結合器等の他の種類の光結合器が用いられてもよい。しかし、溶融結合器が好まれる。

方向性結合器２６のポートＢは、偏光子３２に結合される。偏光子３２を通った後、システム１２の光路は、第２の方向性結合器３４のポートＡに続く。結合器３４は、第１の方向性結合器２６に関して上で説明されたものと同じ種類であり得るが、それに限定されているわけではなく、光集積装置または光バルク装置を含んでもよい。好ましくは、結合器３４のポートＡに入る光は、それがポートＢおよびポートＤに結合されるときに、実質的に等しく分割される。光の第１の部分Ｗ１は、結合器３４のポートＢから出て、図１に例示されるように、ループ１４の周りを時計回りの方向に伝搬する。光の第２の部分Ｗ２は、結合器３４のポートＤから出て、図１に例示されるように、ループ１４の周りを反時
計回りの方向に伝搬する。図示するように、結合器３４のポートＣは、「ＮＣ」と示された点で非反射的に終端する。第２の結合器３４は、適用された光を２つの対向して伝搬する波Ｗ１とＷ２とに分割するビームスプリッタとして機能することが確認され得る。さらに、第２の結合器３４は、ループ１４を通った後の、対向して伝搬する波を再び組合せる。上述のように、図１で示された光ファイバー方向性結合器２６および３４の代わりに、他の種類のビームスプリッティング装置を用いてもよい。

バイアスを提供するために非対称的に配置された位相変調器を用いる光ファイバージャイロスコープ内のコヒーレント後方散乱ノイズは、結合器３４の結合比をちょうど５０％と等しくすることによって、実質的に減じられるか、または除去され得る。たとえば、Ｊ．Ｍ．マッキントッシュ（J. M. Mackintosh）他による「光ファイバージャイロスコープ内のレイリー後方散乱ノイズの結合比依存の分析および観察」（“Analysis and observation of coupling ratio dependence of Rayleigh backscattering noise in a fiber optic gyroscope”）（光波技術ジャーナル（Journal of Lightwave Technology）、７巻、９番、１９８９年９月、１３２３−１３２８頁）を参照されたい。５０％の結合効率を提供するこの技術は、ループ１４内でフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いる、図１のサニャック干渉計５内で、有利なことには用いられ得る。後方散乱ノイズは、フォトニックバンドギャップファイバー１３の本質的に低いレイリー後方散乱によって提供されるレベルよりも下に、減じられ得る。サニャック干渉計５は、非常に低い全体的なノイズを必要とする高回転感度応用のための光ファイバージャイロスコープとして、有利なことには用いられ得る。

結合効率が５０％の結合器３４を用いる上述の技術は、結合器３４の結合比がちょうど５０％にとどまる限りは、うまく働く。しかしながら、ファイバー環境は変化するため（たとえば、結合器の温度は、変動するため）、または結合器３４は経年変化するため、結合比は通例、小さな量だけ変化する。これらの条件下では、ゼロにする(nulling)条件を連続的に満たすことはできないであろう。この結合技術とともに、従来のファイバーの代わりにループ１４内でフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることによって、結合比の許容差が緩和されてちょうど５０％になる。フォトニックバンドギャップファイバー１３は、結合比がその好ましい値５０％から逸脱することによって生じる後方散乱ノイズレベルも減じる。

偏光コントローラ３６は、第２の方向性結合器３４とループ１４との間に、有利なことには位置付けられ得る。偏光コントローラ３６は、コントローラ２４と同様の種類であり得、または、それは異なる設計を有してもよい。偏光コントローラ３６を用いて、ループ１４を対向して伝搬する波の偏りを調整し、これらの波の重畳によって形成される光出力信号は、最小の光パワー損失で偏光子３２によって効率的に伝えられる偏りを有する。したがって、偏光コントローラ２４と３６との両方を用いることによって、ファイバー１２を伝搬する光の偏りは、最大の光パワーに対して調整され得る。この様態で偏光コントローラ３６を調整することによって、偏光相反も保証される。偏光子３２と偏光コントローラ２４および３６との組合せを用いることは、周知であり、上述の米国特許第４，７７３，７５９号に開示されている。上述の、エルブルフェーブルの「光ファイバージャイロスコープ」の第３章も参照されたい。

第１の位相変調器３８が、ＡＣ発生器４０によって駆動され、それは、線４１によってＡＣ発生器４０に接続される。位相変調器３８は、ファイバーループ１４と結合器３４との間の光路内の光ファイバー１３に取付けられる。図１に例示されるように、位相変調器３８は、ループ１４内で非対称的に配置される。したがって、時計回りに伝搬する波Ｗ１の変調は、反時計回りに伝搬する波Ｗ２の変調と必ずしも同相ではない。なぜならば、時計回りの波Ｗ１と反時計回りの波Ｗ２との対応部分は、異なる時に位相変調器を通るため
である。事実、波の変調は、位相がずれていなければならず、位相変調器３８が２つの波の間に差分位相シフトを導入する手段を提供しなければならない。この差分位相シフトは、干渉計が０ではない１次感度を測定量（たとえば、小さな回転レート）に対して示すように、干渉計の位相にバイアスをかける。より具体的には、波Ｗ１の変調は、好ましくは、波Ｗ２の変調から約１８０°位相がずれており、１次感度が最大またはほぼ最大になる。この変調に関する詳細は、上述の米国特許第４，７７３，７５９号に示される。

さまざまな実施例では、ループ位相変調器３８によって適用される位相の振幅および周波数は、コヒーレント後方散乱ノイズが実質的にキャンセルされるように、選択され得る。たとえば、Ｊ．Ｍ．マッキントッシュ他による、上述の「光ファイバージャイロスコープ内のレイリー後方散乱ノイズの結合比依存の分析および観察」を参照されたい。この選択技術は、フォトニックバンドギャップファイバーループを用いる光ファイバージャイロスコープ内で、有利なことには用いられ得る。後方散乱ノイズは、フォトニックバンドギャップファイバーの本質的に低いレイリー後方散乱によって許容されるレベルより下に減じられ得、これは、非常に低い全体のノイズを必要とする応用において有用であり得る。対照的に、ループ位相変調器３８によって適用される位相の振幅および周波数を選択するためのこの技術は、適用された位相の振幅および周波数がそれらのそれぞれの最適値とちょうど等しい限り、うまく働く。この技術とともに、従来のファイバーの代わりにフォトニックバンドギャップファイバーループを用いることによって、ループ位相変調器３８が適用する位相の振幅および周波数の安定度上の許容度が緩和される。この選択技術は、ループ位相変調器３８によって適用される変調の振幅、周波数、または振幅と周波数との両方がそれらのそれぞれの好ましい値から変わる場合に生じ得る後方散乱ノイズレベルも減じる。

特定の好ましい実施例では、第２の位相変調器３９が、ループ１４の中央に取付けられる。第２の位相変調器３９は、信号発生器（図示せず）によって駆動される。第２の位相変調器３９は、たとえば、上述の米国特許第４，７７３，７５９号に記載されているように、後方散乱光の効果を減じるために、有利なことには用いられ得る。第２の位相変調器３９は、上述の第１の位相変調器３８と同様であり得るが、第２の位相変調器は、好ましくは、第１の位相変調器３８とは異なる周波数で動作し、第２の位相変調器３９は、好ましくは、第２の位相変調器３８と同期しない。

この発明のさまざまな実施例では、ループ１４内のフォトニックバンドギャップファイバー１３と、位相変調器３８および３９とは、有利なことには、偏光保存ファイバーを含む。このような場合、偏光子３２は、必要とされるセンサ精度に応じて、除外されてもよく、または除外されなくてもよい。好ましい一実施例では、光源１６は、直線偏光を出力するレーザダイオードを含み、この光の偏りは、偏光維持ファイバーの固有モードと一致させられる。この様態で、レーザダイオード１０から出力される光の偏りは、光ファイバーシステム１２内で維持され得る。

ＡＣ発生器４０からの出力信号は、図１において、線４４上でロックイン増幅器４６に向けて供給されているように図示されており、ロックイン増幅器４６も線４８を介して接続されて、光検出器３０の電気出力を受取る。増幅器４６に向かう、線４４上の信号は、基準信号を提供して、ロックイン増幅器４６が位相変調器３８の変調周波数で線４８上の検出器出力信号を同期的に検出することを可能にする。したがって、ロックイン増幅器４６は、この周波数の他のすべての高調波をブロックする位相変調器３８の基本周波数で帯域フィルタを効率的に提供する。検出される出力信号のこの基本的な構成要素のパワーは、動作範囲においては、ループ１４の回転レートに比例する。ロックイン増幅器４６は、信号を出力し、これはこの基本的な構成要素内のパワーに比例しており、したがって、回転レートを直接的に示し、これは、ロックイン増幅器出力信号を線４９上のディスプレイ
パネル４７に供給することによって、ディスプレイパネル４７上で目に見えるように表示され得る。なお、他の実施例では、ロックイン増幅器は、異なるモードで動作してもよく、または、全く除外されていてもよく、信号は、代替的な方法によって検出されてもよい。たとえば、Ｂ．Ｙ．キム（Kim）による「信号処理技術(Signal Processing Techniques)、光ファイバー回転感知（Optical Fiber Rotation Sensing）」（編集者、ウィリアムバーンズ（William Burns）、アカデミックプレス社（Academic Press, Inc.）、１９９４年、第３章、８１−１１４頁）を参照されたい。

周知のように、従来の光ファイバーは、より低い屈折率のクラッディングによって囲まれた高い屈折率の中央コアを含む。コアとクラッディングとの間の屈折率の不整合により、光ファイバーコアに沿った角度範囲内で伝搬する光は、コアとクラッディングとの境界において完全に内側に反射され、したがって、ファイバーコアによって案内される。必ずというわけではないが、通例、ファイバーは、光のかなりの部分がコア内にとどまるように設計される。以下で説明されるように、光ループ１４内のフォトニックバンドギャップファイバー１３は、導波路としても作用するが、導波路は、異なる様態で形成され、そのモード特性は、従来のファイバーを用いるファイバー干渉計（たとえば、サニャック干渉計）の性能を制限するさまざまな効果が、光ファイバーシステム１２内の一部、特に、光ループ１４内でフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることによって減じられ得るようなものである。

例示的な中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３が、図２Ａおよび図２Ｂに示される。中空コアフォトニックバンドギャップファイバー（フォトニック結晶ファイバー）が、周知である。たとえば、「微細構造光ファイバーを含む製品およびこのようなファイバーを製造するための方法」（“Article Comprising a Microstructure Optical Fiber, and Method of Making such Fiber”）と題された、１９９８年９月１日に発行されたジギオバニ（DiGiovanni）他への米国特許第５，８０２，２３６号、「フォトニック結晶ファイバー」（“Photonic Crystal Fibers ”）と題された、２００１年６月５日に発行されたアレン（Allen）他への米国特許第６，２４３，５２２号、「押出、焼結、および延伸によってフォトニックガラス構造を製造するための方法」（“Method of Fabricating Photonic Glass Structures by Extruding, Sintering and Drawing”）と題された、２００１年７月１７日に発行された、ボレーリ（Borrelli）他への米国特許第６，２６０，３８８号、「リングフォトニック結晶ファイバー」（“Ring Photonic Crystal Fibers”）と題された、２００１年１２月２５日に発行された、ウエスト（West）他への米国特許第６，３３４，０１７号、および「単一モード光ファイバー」（“Single Mode Optical Fiber”）と題された、２００１年１２月２５日に発行された、バークス（Birks）他への米国特許第６，３３４，０１９号を参照されたい。これらの全体は、ここで引用により援用される。

図２Ａおよび図２Ｂに例示するように、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３は、中央コア１１２を含む。クラッディング１１４がコア１１２を囲む。従来のファイバーの中央コアとは異なり、ファイバー１３の中央コア１１２は、好ましくは、中空である。中空コア１１２内の開放領域は、真空化され得るか、または、それは、空気または他の気体で充填され得る。クラッディング１１４は、光を中空コア１１２内での伝搬に拘束するフォトニックバンドギャップ構造を作成するために反復的なパターンで構成された複数のフィーチャ１１６を含む。たとえば、図２Ａおよび図２Ｂの例示的なファイバー１３では、フィーチャ１１６は、中空コア１１２のまわりで複数の同心三角形で構成される。例示的なパターンにおける２つの最も内側の孔層が、図２Ａの部分的な斜視図において示される。同心の４つの孔層の完全なパターンが、図２Ｂの断面図に例示される。例示される孔のパターンは、三角形であるが、有利なことには、他の構成またはパターンが用いられてもよい。加えて、コア１１２の直径、およびフィーチャ１１６のサイズ、形状、
および間隔が変わってもよい。

図２Ａの想像線によって例示されるように、フィーチャ１１６は、マトリックス材料１１８内で形成される複数の中空の管１１６を有利なことには含み得る。中空の管１１６は、管１１６が図２Ｂに示される三角形のグリッドパターンを維持するように、相互に平行であり、さらにはフォトニックバンドギャップファイバー１３の長さに沿って延びる。管１１６の各々を取囲むマトリックス材料１１８は、たとえば、シリカ、シリカベースの材料、または当該技術分野で周知の他のさまざまな材料、ならびに、これから開発される、またはこれからフォトニックバンドギャップ技術に適用される光誘導材料を含む。

フィーチャ（たとえば、孔）１１６は、フォトニックバンドギャップを作るように特別に構成される。特に、フィーチャ１１６を分ける距離、グリッドの対称性、およびフィーチャ１１６のサイズは、クラッディングが無限である場合（つまり、コア１１２が不在の場合）ある周波数範囲内の光がクラッディング１１４内を伝搬しないフォトニックバンドギャップを作成するように選択される。ここで「欠陥」とも呼ばれる、コア１１２の導入が、このもともとのクラッディング構造の対称性を壊し、ファイバー１３内に新しいモードセットを導入する。ファイバー１３内のこれらのモードのエネルギは、コアによって導かれ、ファイバー１３内のこれらのモードは、同様にコアモードと呼ばれる。フィーチャ（たとえば、孔）１１６のアレイは、好ましくは、中空コア１１２内で光エネルギの強い集中を生成するように特別に設計される。光は、非常に低い損失で、ファイバー１３の中空コア１１２内の実質的に全体を伝搬する。例示的な低損失空心フォトニックバンドギャップファイバーは、Ｎ．ベンカタラマン（N. Venkataraman）他による「低損失（１３ｄＢ／ｋｍ）空心フォトニックバンドギャップファイバー」（“Low Loss（13 dB/km）Air Core Photonic Band-Gap Fiber”）（光通信ヨーロッパ会議議事録、ＥＣＯＣ ２００２、ポストデッドライン文書Ｎｏ．ＰＤ１．１、２００２年９月）に記載されている。

さまざまな好ましい実施例では、ファイバーパラメータは、ファイバーが「単一モード」であるように（つまり、コア１１２が基本的なコアモードのみをサポートするように）、さらに選択される。この単一モードは、実際には、基本モードの２つの固有偏光を含む。したがって、ファイバー１３は、両方の固有偏光に対応する２つのモードをサポートする。特定の好ましい実施例では、ファイバーが、基本コアモードの２つの固有偏光のうちの１つのみをサポートし、かつ伝搬するコアを有する単一偏光ファイバーとなるように、ファイバーパラメータは、さらに選択される。

公知の、およびこれから発明される、他の種類のフォトニックバンドギャップファイバーまたはフォトニックバンドギャップデバイスが、サニャック回転センサおよび他の目的のために用いられる干渉計内で採用されてもよいことが理解されるべきである。たとえば、有利に用いられ得る１つの他の種類のフォトニックバンドギャップファイバーは、ブラッグファイバーである。ブラッグファイバーは、コアを取囲むクラッディングを含み、コアとクラッディングとの境界は、高い屈折率と低い屈折率とが交互になった複数の薄い材料層を含む。さまざまな好ましい実施例では、クラッディングインターフェイス（つまり、コアとクラッディングとの境界）は、コアを取囲む複数の同心環状材料層を含む。薄い層は、ブラッグ反射器として作用し、低屈折率の（通例、空気の）コア内で光を含む。ブラッグファイバーは、たとえば、Ｐ．イェー（P. Yeh）他による「ブラッグファイバー理論」（“Theory of Bragg Fiber”）（アメリカ光協会ジャーナル（Journal of Optical Society of America）、６８巻、１９７８年、１１９７−１２０１頁）に記載されており、この全体が、ここに引用により援用される。

サニャック干渉計内で、従来の光ファイバーの代わりに中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを用いることによって、レイリー後方散乱、カー効果、および磁界の存
在によって生じるノイズおよびエラーが実質的に減じられ得る。中空コアフォトニックバンドギャップファイバーでは、光学モードパワーは、たとえば、空気、別の気体、または真空を含み得る中空コアに主として拘束される。レイリー後方散乱、カー非線形、およびヴェルデ定数は、シリカ、シリカベースの材料、および他の中実の光学材料内よりも、空気、他の気体、および真空中において、実質的により少ない。これらの効果の減少は、フォトニックバンドギャップファイバーの中空コア内に含まれる光学モードパワーの増大部分と一致する。

カー効果および磁気光学効果は、サニャック干渉計のバイアスポイントで長期のドリフトを誘起する傾向があり、これによって、結果として、目盛係数のドリフトが位相シフトを、光ファイバージャイロスコープに適用される回転レートに相関させることとなる。対照的に、レイリー後方散乱は、測定される位相内で主として短期のノイズを導入する傾向があり、最小の検出可能回転レートを上げる。これらの効果の各々は、検出された光信号からの所望の情報の抽出に干渉する。中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を干渉計５に組込むことによって、好ましくは、これらの効果が減じられる。

パラメータηが、フォトニックバンドギャップファイバーの中実部分内のわずかな量の基本モードパワーとして、ここで定義される。カー非線形、磁気光学効果、およびレイリー後方散乱によって生じるノイズが引起こす位相ドリフトは各々、ηが小さすぎない限りは、パラメータηに比例する。ηの効果の分析が、以下でカー効果に対して述べられる。同様の分析が、レイリー後方散乱および磁気光学ファラデー効果に対して行われ得る。

モードエネルギのうちのいくらかは、フォトニックバンドギャップファイバーのコアを含む孔内に存在し、さらには、モードエネルギのうちのいくらかは、ファイバーの中実部分（通例、シリカベースのガラス）内に存在するため、フォトニックバンドギャップファイバー（ＰＢＦ）内のカー効果は、２つの点で寄与する。１つの寄与は、ファイバーの中実部分からであり、１つの寄与は孔からである。フォトニックバンドギャップファイバーの残りのカー定数ｎ_2,PBFは、以下の式によって、これらの２つの寄与の合計として表わされ得る。

式中、ｎ_2,solidは、たとえば、シリカを含み得る、ファイバーの中実部分のカー定数であり、ｎ_2,holesは、たとえば、真空化され、気体で充填され、または空気で充填されている孔のカー定数である。孔が真空化されている場合、カー非線形は、０である。なぜならば、真空のカー定数が０であるためである。カー定数が０に等しい場合、式（１）内の項ｎ_2,holes（１−η）に対応する第２の寄与は、存在しない。この場合、カー非線形は、残りの項ｎ_2,solidηによって示されるようなパラメータηに比例する。しかしながら、孔が空気で充填されており、これが、小さくはあるが有限のカー定数を有する場合、両方の項（ｎ_2,solidη＋ｎ_2,holes（１−η））が存在する。上の式（１）は、このより一般的な事例を説明している。

標準的なシリカファイバーでは、クラッディング内に含まれる光学モードのパーセンテージは、一般に、１０％から２０％の範囲内にある。中空コアフォトニックバンドギャッ
プファイバー１３内では、クラッディング１１４内の光学モードのパーセンテージは、約１％または実質的にそれよりも少ないと推定される。したがって、フォトニックバンドギャップファイバー１３内では、ファイバーの中実部分による有効非線形は、約２０分の１に減少し得る。この推定によると、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることによって、カー効果は、少なくとも１オーダだけ減じられ得、好適な設計では、より減じられ得る。実際、ファイバーの中実部分のカー定数ｎ_2,solidが孔の寄与ｎ_2,holes（１−η）と比較して無視できるほどであるように十分に小さいパラメータηとともに、フォトニックバンドギャップファイバーが設計され得ることが、測定によって示される。たとえ、ｎ_2,solidがｎ_2,holesよりもずっと大きい場合でさえも、ファイバーは、ηが十分に小さく、ｎ_2,holes（１−η）がｎ_2,solidηよりも大きくなるように、設計され得る。たとえば、Ｄ．Ｇ．オーゾーノブ（D.G. Ouzounov）他による「空心フォトニックバンドギャップファイバー内の分散および非線形伝搬」（“Dispersion and nonlinear
propagation in air-core photonic-bandgap fibers”）（レーザおよび電気光学会議議事録、文書ＣＴｈＶ５、２００３年６月）を参照されたい。

式（１）と同様の関係が、レイリー後方散乱および磁気光学ファラデー効果に当てはまる。したがって、式（１）は、以下のより一般的な形で表わされて、レイリー後方散乱、磁気光学ファラデー効果、およびカー効果を含み得る。

式（２）では、Ｆは、それぞれの係数、カー効果ｎ₂、ヴェルデ定数Ｖ、またはレイリー散乱係数α_Sのうちのいずれかに対応する。項Ｆ_PBF、Ｆ_solid、およびＦ_holesは、それぞれ、フォトニックバンドギャップファイバー、中実材料、および孔のための適切な定数を表わす。たとえば、カー定数ｎ₂がＦの代わりに用いられる場合、式（２）は、式（１）になる。ヴェルデ定数ＶがＦの代わりに用いられる場合、式（２）は、フォトニックバンドギャップファイバーの有効なヴェルデ定数を示す。

式（２）の第１の項、Ｆ_solidηは、ファイバーの中実部分の寄与から生じ、第２の項Ｆ_holes（１−η）は、孔の寄与から生じる。従来のファイバーでは、第１の項のみが存在する。フォトニックバンドギャップファイバー内では、中実部分のための項Ｆ_solidηと、中空部分のための項Ｆ_holes（１−η）との両方が、一般に寄与する。これらの項の寄与は、パラメータηによって定量化される、中実部分内のモードパワーの相対的なパーセンテージに依存する。上述のように、ηが適切なファイバー設計を通して十分に小さく作られている場合、たとえば、第１の項Ｆ_solidηは、無視できるほどの値にまで減じられ得、第２の項Ｆ_holes（１−η）が優位になる。これは有益である。なぜならば、Ｆ_holesがＦ_solidよりもずっと小さく、これは、第２の項が小さく、したがって、Ｆが小さいことを意味するためである。この第２の項Ｆ_holes（１−η）は、減じられたカー定数ｎ₂、減じられたヴェルデ定数Ｖ、減じられたレイリー散乱係数α_S、またはこれらの係数のすべてまたはいくつかの、減じられた値を有する気体に、孔内の空気を取替えることによって、さらに減じられ得る。この第２の項Ｆ_holes（１−η）は、ファイバー内の孔が真空化されている場合、０にまで減じられ得る。

上述のように、光信号上の、磁界によって誘起された位相シフト、カーによって誘起さ
れた位相誤差、およびレイリー後方散乱に対する中実部分の寄与は、パラメータηを減じることによって減じられ得る。したがって、磁界効果、カー非線形、およびレイリー後方散乱に対する中実部分の寄与を比例して減じるために、フォトニックバンドギャップファイバーは、このパラメータηを減じるように設計される。たとえば、中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの特定の設計では、値ηは、約０．００３以下であり得るが、この範囲は、限定として解釈されるべきではない。

上述のように、光ファイバー内のレイリー後方散乱は、後方散乱を生成する一次的な波のもともとの伝搬方向とは対向する方向でファイバーを伝搬する、反射される波を作り出す。このような後方散乱光は、対向して伝搬する波Ｗ１およびＷ２を含む光とコヒーレントであるため、後方散乱光は、一次的な波に干渉し、検出器３０によって測定される信号に強度ノイズを加える。

後方散乱は、ループ１４内で中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることによって、減じられる。上述のように、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３によってサポートされる光学モードのモードエネルギは、実質的に中空コア１１２に拘束される。従来の中実コア光ファイバーと比較すると、中空コア１１２内の真空、空気、または気体を伝搬する光に対しては、より少ない散乱が、結果として得られる。

（中空コアを含む）孔内のモードエネルギの相対的な量を増大し、さらにはファイバーの中実部分内のモードエネルギの量を減じることによって、後方散乱が減じられる。したがって、光ファイバーシステム１２のループ１４内でフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることによって、後方散乱が実質的に減じられ得る。

中空コアファイバーは、干渉計の性能上での磁界の効果も減じる。上述のように、ヴェルデ定数は、シリカベースのガラス等の中実光学材料内でよりも、空気、気体、および真空中で、より小さい。中空コアフォトニックバンドギャップファイバー内の光のうちのかなりの部分は、中空コア内を伝搬するため、磁気光学誘起位相誤差が減じられる。したがって、より少ない磁界遮蔽しか必要とされない。

いくつかの振動モードまたは周波数を含むレーザ光、たとえば、超蛍光ファイバー源（ＳＦＳ）からの光も、ここで説明される回転感知装置内で用いられて、同様の条件下での単一周波数源からの光の場合よりも低い回転レート誤差が提供され得る。いくつかの実施例では、マルチモードレーザも採用され得る。特に、カーによって誘起された回転レート誤差は、レーザ内の振動モード数と反比例することが示された。なぜならば、多数の周波数成分によって、カー効果内の自己位相変調項および相互位相変調項が少なくとも部分的に平均化され、カーによって誘起された正味の位相誤差が減じられるためである。この現象の数学的分析およびカーによって誘起される位相誤差の減少例は、上述の米国特許第４，７７３，７５９号に開示される。

超蛍光源は、図１の光ファイバーシステム１２とともに用いられ得るが、システム１２は、好ましくは、実質的に固定された単一の周波数を有する光を出力する光源１６を組み込む。光ファイバージャイロスコープの目盛係数は、源の平均波長に依存するため、この波長の不規則な変動は、波長係数の不規則な変動につながり、これは、測定される回転レートにおいて望ましくない誤差をもたらす。実質的に安定した出力波長を有する光源が、電気通信応用のために開発され、これらの源を、光ファイバー回転感知システム用に利用できる。しかしながら、これらの光源は、通例、狭帯域源である。したがって、従来の光ファイバーとともに、これらの狭帯域の安定した周波数の光源を用いることは、カー効果を補償するために、上述のように広帯域マルチモードレーザ源を用いることとは矛盾する
であろう。しかしながら、図３は、干渉計バイアス内のドリフトに対するカーの寄与を減じながら実質的に安定した波長を達成できる、この発明の局面に従った干渉計３０５の実施例を例示する。干渉計３０５は、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３とともに、安定した周波数の狭帯域光源３１６を含む光ファイバーシステム３１２を含む。中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を光ファイバーシステム３１２に導入することにより、実質的に安定した周波数出力を有する従来から利用可能であった狭帯域光源３１６が、有利なことには用いられ得る。図３のサニャック干渉計３０５は、図１のサニャック干渉計５と同様であり、図１と同様の要素は、図３内でも同じ番号で識別される。図１の光ファイバーシステム１２に関して上で説明されたように、この図の光ファイバーシステム３１２も、ある長さの中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を含む光ループ１４を含む。狭帯域光源３１６は、有利なことには、レーザまたは他のコヒーレント光源等の発光装置３１０を含む。発光レーザ３１０の例は、レーザダイオード、ファイバーレーザ、または固体レーザを含む。他のレーザまたは他の種類の狭帯域光源も、他の実施例で有利なことには用いられてもよい。いくつかの実施例では、狭帯域光源３１６は、たとえば、約１ＧＨｚ以下のＦＷＨＭスペクトル帯域幅を有する光を出力し、より好ましくは、約１００ＭＨｚ以下、最も好ましくは、約１０ＭＨｚ以下のＦＷＨＭスペクトル帯域幅を有する。好ましい範囲外の帯域幅を有する光源も、他の実施例内に含まれ得る。

上述のように、光源３１６は、好ましくは、安定した波長で動作する。出力波長は、たとえば、いくつかの実施例では、約±１０^-6（つまり、±１００分の１（±１ｐｐｍ））を超えて逸脱し得ない。好ましくは、波長の不安定性は、特定の実施例では、約±１０^-7（つまり、±０．１ｐｐｍ）以下である。電気通信応用で広く製造されたレーザ等の、このような波長の安定性を提供する狭帯域光源が、現在利用可能である。したがって、安定した波長の光源を用いる結果として、サニャック干渉計の目盛係数の安定性が高められる。

狭帯域光源の結果として、広帯域光源と比較して、より長いコヒーレンス長も得られ、したがって、狭帯域光源は、コヒーレント後方散乱によって生成されるノイズの寄与を増大させる。たとえば、時計回りに伝搬する光信号Ｗ１が、ループ１４内の欠陥に出会うと、欠陥によって、光信号Ｗ１からの光が反時計回りの方向に後方散乱させられ得る。後方散乱光は、反時計回りに伝搬する一次的な光信号Ｗ２内の光と組合わさり、それに干渉する。干渉は、これらの２つの光信号が伝わる光路差が光のおよそ１コヒーレンス長内にある場合、後方散乱されたＷ１光と反時計回りの一次的な光Ｗ２との間で生じる。ループ１４の中心からより遠く離れた散乱点の場合には、この光路差は、最も大きくなる。したがって、より大きなコヒーレンス長によって、ループ１４の中心からより遠く離れた散乱点が、光信号内のコヒーレントノイズに寄与することとなり、これによって、ノイズレベルが増大する。

結合器３４のポートＢからポートＤまでの光路の長さよりも好ましくは少ないコヒーレンス長が、コヒーレント後方散乱ノイズの大きさを減じ得る。しかしながら、狭帯域源３１６等の狭帯域光源は、広帯域光源よりもずっと長いコヒーレンス長を有し、したがって、図３の実施例におけるフォトニックバンドギャップファイバー１３の代わりに、従来の光ファイバーが用いられた場合、より多くのコヒーレント後方散乱を引起こす。しかしながら、安定した周波数の狭帯域光源３１６の使用を、図３に示されるような中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３と組合わせることによって、コヒーレント後方散乱は減じられ得る。なぜならば、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３が、上述のように散乱を減じるためである。狭帯域源３１６の帯域幅は、光ループ１４をいずれかの方向に循環する光パワーが、コイル内で用いられる特定のファイバーのために計算された、誘導されるブリュアン散乱のしきい値パワーよりも小さくなるように、好まし
くは、選択される。

図３による中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３とともに狭帯域安定波長光源３１６を用いることによって、コヒーレント後方散乱およびカー非線形の寄与を減じながら、変動する源の平均波長から結果として生じる目盛係数の不安定性が減じられ得る。

カー効果が、依然として大き過ぎるために、図３の光ファイバーシステム３１２の性能を劣化させる不利益な位相ドリフトを生じさせる場合、他の方法を用いることによっても、カー効果を減じることができる。このような１つの方法は、図４に例示されるサニャック干渉計４０５内で実現される。サニャック干渉計４０５は、光ファイバーシステム４１２および狭帯域源４１６を含む。図４の狭帯域源４１６は、振幅変調器４１１とともに、発光装置４１０を含む。発光装置４１０は、有利なことには、図３の発光装置３１０と同様または同じであり得る。発光装置３１０からの光信号は、振幅変調器４１１によって変調される。好ましくは、振幅変調器４１１は、方形波変調を生成し、より好ましくは、狭帯域源４１６から出力される、結果として得られる光は、約５０％の変調衝撃係数を有する。変調は、十分に安定した衝撃係数で、好ましくは、維持される。上述のように、たとえば、上述の米国特許第４，７７３，７５９号およびＲ．Ａ．バーグ他による「光ファイバージャイロスコープ内の光学カー効果の補償」（“Compensation of the Optical Kerr
Effect in Fiber-Optic Gyroscopes”)（光学書簡（Optics Letters）、第７巻、１９９２年、２８２−２８４頁）では、このような方形波変調によって、光ファイバージャイロスコープ内のカー効果が効率的にキャンセルされている。代替的には、上述のように、たとえば、上述の、エルブ ルフェーブルによる「光ファイバージャイロスコープ」では、パワーの標準偏差と等しい平均パワーを備えた変調信号を生成する他の変調を用いて、カー効果を解消することもできる。たとえば、光源４１６から出力される光の強度は、発光装置４１０に供給される電流を変調することによって、変調され得る。

特定の実施例では、たとえば、図４の狭帯域光源４１６の使用とともに他の技術を用いて、ノイズおよびバイアスドリフトを減じることができる。たとえば、周波数または位相変調によって、周波数成分を狭帯域光源４１６に加えて、帯域幅を効率的にある程度まで増大させることができる。たとえば、狭帯域光源４１６が、約１００ＭＨｚの線幅を有する場合、１０ＧＨｚ周波数変調が、レーザ線幅を約１００倍増大させ、約１０ＧＨｚにする。この例では、１０ＧＨｚ変調が説明されているが、周波数変調は、１０ＧＨｚに限定されていなくてもよく、異なる実施例では、より高くても、またはより低くてもよい。レイリー後方散乱による位相ノイズは、レーザ線幅の平方根に反比例する。したがって、約１００倍の線幅の増大の結果として、レイリー後方散乱によって誘起される短期のノイズにおいて１０倍の減少が得られる。パラメータηをさらに減じるためにフォトニックバンドギャップファイバー１３の設計を改良して、レイリー後方散乱によるノイズを許容レベルにまで減じることができる。

図５は、カー非線形、レイリー後方散乱、および磁界効果を緩和するために、光ファイバーシステム５１２内の中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３とともに有利なことには用いられ得る広帯域源５１６を組み込むサニャック干渉計５０５の実施例を例示する。したがって、狭帯域光源を用いるシステムと比べて、バイアスドリフトおよび短期ノイズが減じられ得る。

広帯域光源５１６は、有利なことには、たとえば、広帯域ファイバーレーザまたは蛍光源等の広帯域発光装置５０８を含む。蛍光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、これらは、半導体ベースのソースおよび超蛍光ファイバー源（ＳＦＳ）であり、これらは、通例、利得媒体として希土類ドープファイバーを用いる。広帯域ファイバーレーザの例は、
Ｋ．リュー（K. Liu）他による「広帯域ダイオード励起ファイバーレーザ」（“Broadband Diode-Pumped Fiber laser”）（電子書簡(Electron Letters)、第２４巻、１４番、１９８８年７月、８３８−８４０頁）で見つけられ得る。エルビウムがドープされた超蛍光ファイバー源が、広帯域発光装置５０８として、適宜、用いられ得る。超蛍光ファイバー源のさまざまな構成は、たとえば、「希土類ドープファイバーレーザおよび増幅器」（“Rare Earth Doped Fiber Lasers and Amplifiers”）（第２版、編集者、Ｍ．Ｊ．Ｆ．ディゴネット（Digonnet）、マーセル デッカー社（Marcel Dekker Inc.）、ニューヨーク、２００１年、第６章）およびここに引用される参考文献に記載されている。この同じ参考文献および当該技術分野で周知の他の参考文献が、非常に安定した平均波長を備えた、Ｅｒがドープされた超蛍光ファイバー源を製造するために開発されたさまざまな技術を開示する。このような技術をこの発明のさまざまな実施例の中で有利に用いて、サニャック干渉計５０５の目盛係数を安定させる。他の広帯域光源５１６も用いられ得る。

特定の実施例では、広帯域光源５１６は、たとえば、少なくとも約１ナノメートルのＦＷＨＭスペクトル帯域幅を有する光を出力する。他の実施例では、広帯域光源５１６は、たとえば、少なくとも約１０ナノメートルのＦＷＨＭスペクトル帯域幅を有する光を出力する。特定の実施例では、スペクトル帯域幅は、３０ナノメートルを超え得る。説明される範囲外の帯域幅を有する光源が、他の実施例に含まれてもよい。

特定の実施例では、広帯域光源の帯域幅は、減じられて、広帯域源を製造するときの設計制約を緩和し得る。サニャック干渉計５０５内で中空コアフォトニックバンドギャップファイバー１３を用いることにより、そうでない場合には後方散乱ノイズおよび他の不利益な効果の平均化を助けるために必要とされるであろうスペクトル成分の数を減じることから結果として生じる、増大する誤差が少なくとも部分的に補償され得る。カーの補償および減じられたコヒーレント後方散乱の結果として、サニャック干渉計５０５は、より少ないノイズを有する。特定の好ましい実施例では、光ファイバーシステム５１２は、波長の安定性が高められた状態で動作する。システム５１２はまた、磁界の効果に対してより大きな耐性を持ち、したがって、より少ない磁気遮蔽しか用い得ない。

図５の光ファイバーシステム５１２は、有利なことには、位相誤差および位相ドリフトを抑制し、それは、高いレベルのノイズ減少を提供する。この高められた精度は、現在のナビゲーションおよび非ナビゲーション応用の要件を超え得る。

図６は、この発明のさらなる局面に従った実施例を例示する。特に、図６では、サニャック干渉計６０５が、広帯域光源６１６とともに光ファイバーシステム６１２を含む。広帯域源６１６は、有利なことには、変調器６１１とともに広帯域発光装置６０８を含む。好ましくは、変調器６１１は、約５０％の衝撃係数で広帯域光のパワーを変調する。広帯域源６１６からの、変調された広帯域光は、上述のように、カー効果の減少または解消に貢献する。

中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを用いることにおける他の利点も存在する。たとえば、放射硬化に対する感度が減じられることも、利点であり得る。シリカファイバーは、宇宙からの自然のバックグラウンド放射線または核爆発からの電磁パルス等の高エネルギ放射に晒された場合に、黒ずむ場合がある。したがって、信号が減衰される。中空コアフォトニックバンドギャップファイバーでは、より小さいモードエネルギ部分がシリカを伝搬するため、高エネルギ放射に晒されることによって結果として得られる減衰が、減じられる。

図１、図３、図４、図５、および図６に例示されたサニャック干渉計５、３０５、４０５、５０５、および６０５をここで用いて、干渉計の性能を改善するための、図２Ａおよ
び図２Ｂの中空コアバンドギャップ光ファイバー１３の実現および利点が説明されてきた。開示された実現例は、単なる例示にすぎないことが理解されるべきである。たとえば、干渉計５、３０５、４０５、５０５、および６０５は、光ファイバージャイロスコープまたは他の回転感知装置を含まなくてもよい。ここで開示された構造および技術は、ファイバーサニャック干渉計を用いる他の種類のシステムにも適用可能である。

慣性航法用のジャイロスコープが上で説明されてきたが、中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、他のシステム、サブシステム、およびサニャックループを用いるセンサ内で用いられ得る。たとえば、中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、有利なことには、財産保護のために動きおよび侵入を検知するファイバーサニャック全周(perimeter)センサ内で、および、圧力変動に敏感な音響センサアレイ内で用いられ得る。全周センサは、たとえば、Ｍ．スズスタコスキー（M. Szustakowski）他による「全周セキュリティ用の光ファイバーセンサの最近の開発」（“Recent development of fiber optic sensors for perimeter security”）（第３５回２００１年度国際カナハン（Carnahan）セキュリティ技術会議議事録、２００１年１０月１６日−１９日、英国、ロンドン、１４２−１４８頁）、およびここで引用される参考文献に記載されている。サニャックファイバーセンサアレイは、Ｇ．Ｓ．キノ（G.S. Kino）他による「音波用偏光ベースの折畳みサニャック光ファイバーアレイ」（“A Polarization-based Folded Sagnac Fiber-optic Array for Acoustic Waves”）（光ファイバーセンサ技術および応用２００１のＳＰＩＥ議事録、第４５７８巻、（ＳＰＩＥ、ワシントン、２００２）、３３６−３４５頁）およびここに引用される参考文献に記載される。しかしながら、ここで説明されるさまざまな好ましい応用例は、光ファイバージャイロスコープに関し、これらは、ナビゲーションに有用であって、ミサイル誘導用などの低精度から航空機ナビゲーションなどの高精度に至るまでの、ある精度範囲を提供し得る。しかし、周知の用途およびこれから編み出される用途の両方を含む他の用途も、この発明のさまざまな実施例の利点から利益を得ることができる。具体的な応用例および用途は、ここで説明されたものに限定されているわけではない。

また、当該技術分野で周知の、およびこれから編み出される他の設計および構成を、ここで説明された革新的な構造および方法とともに用いることもできる。干渉計５、３０５、４０５、５０５、および６０５は、有利なことには、たとえば、図１、図３、図４、図５、および図６に関して上で説明されたのと同じ、または異なる構成要素を含み得る。このような構成要素のうちのいくつかの例は、偏光子、偏光コントローラ、スプリッタ、結合器、位相変調器、およびロックイン増幅器を含む。他の装置および構造が含まれてもよい。

加えて、光ファイバーシステム１２、３１２、４１２、５１２、および６１２の異なる部分は、チャネルまたはプレーナ導波路を含む集積光構造等の他の種類の導波路構造を含み得る。これらの集積光構造は、たとえば、光ファイバーの一部を介して光学的に接続される集積光装置を含み得る。光ファイバーシステム１２、３１２、４１２、５１２、および６１２の一部は、自由空間を通る案内されない経路も含み得る。たとえば、光ファイバーシステム１２、３１２、４１２、５１２、および６１２は、導波路および集積光構造内でのように光が案内されるわけではない自由空間内に経路を有する光バルク装置等の他の種類の光学装置を含み得る。しかしながら、光ファイバーシステムの大部分は、好ましくは、光がソースと検出器との間を伝わるための（好ましくは、実質的に連続した）光経路を提供する光ファイバーを含む。たとえば、フォトニックバンドギャップファイバーは、ループ１４内のファイバー１３に加えて、光ファイバーシステム１２、３１２、４１２、５１２、および６１２の一部で、有利なことには用いられ得る。特定の実施例では、ソースからループ、さらにはループを通って検出器に至るまでの光ファイバーシステム全体が、フォトニックバンドギャップファイバーを含み得る。ここで説明される装置のうちのい
くつかまたはすべてが、まだ編み出されていない手順に従って、中空コアフォトニックバンドギャップファイバー内で作成されてもよい。代替的には、フォトニックバンドギャップファイバー以外のフォトニックバンドギャップ導波路およびフォトニックバンドギャップ導波路装置が、特定の装置のために用いられてもよい。

コヒーレント後方散乱、カー効果、および磁気光学ファラデー効果から生じる短期ノイズおよびバイアスドリフトのレベルを減じるためのいくつかの技術が、上で説明されてきた。これらの技術を、この発明のさまざまな実施例において、単独で用いてもよく、または互いと組合わせて用いてもよいことが理解されるべきである。性能向上のために、干渉計の動作時に、ここで説明されていない他の技術を用いてもよい。これらの技術の多くは、当該技術分野で周知であるが、これから開発される技術も利用可能であると考えられる。また、ある特定の結果を予測するためにいずれかの特定の科学的理論に頼ることは、必要とされない。加えて、ここで説明された方法および構造は、他のやり方でサニャック干渉計を改良することもでき、または、全く他の理由のために用いられてもよいことが理解されるべきである。

当業者は、上述の方法および設計が、追加的な応用例を有し、関連の応用例は、上で具体的に示されたものに限定されているわけではないことを理解するであろう。さらに、この発明は、ここで説明されたような本質の特徴から逸脱することなく、他の特定の形で実現されてもよい。上述の実施例は、すべての局面において、単なる例示にすぎず、いずれの様態でも限定的でないと考えられるべきである。

光源、ファイバーループ、および光検出器を示す例示的なサニャック干渉計の概略図である。 例示的なサニャック干渉計内で用いられ得る中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの周辺クラッディングの一部およびコアの部分的な斜視図である。 中空コアの周りで、あるパターンで構成されたクラッディング内のさらなるフィーチャを示す中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの断面図である。 光源が狭帯域光源を含む、例示的なサニャック干渉計の概略図である。 狭帯域光源の振幅を変調するための変調器を備えた狭帯域光源によって駆動される例示的なサニャック干渉計の概略図である。 光源が広帯域光源を含む、例示的なサニャック干渉計の概略図である。 広帯域光源の振幅を変調するための変調器を備えた広帯域光源によって駆動される例示的なサニャック干渉計の概略図である。

Claims (47)

1. 光センサであって、
   第１の光信号を放出する出力部を有する光源と、
   少なくとも第１のポート、第２のポート、および第３のポートを含む方向性結合器とを含み、前記第１のポートは、前記光源に光学的に結合されて前記光源から放出された前記第１の光信号を受取り、前記第１のポートは、前記第１のポートが受取る前記第１の光信号が、前記第２のポートによって出力される第２の光信号と前記第３のポートによって出力される第３の光信号とに分割されるように、前記第２のポートと前記第３のポートとに光学的に結合され、前記光センサはさらに、
   クラッディングによって囲まれた中空コアを有する中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを含み、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、第２の光信号および第３の光信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを対向して伝搬し、それぞれ第３のポートおよび第２の光ポートに戻ってくるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合され、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの前記クラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を前記中空コア内での伝搬に実質的に拘束し、前記光センサはさらに、
   光学装置内の、ある位置に配置されて、対向して伝搬する前記第２の光信号および前記第３の光信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを通った後、第２の光信号および第３の光信号を受取る光検出器を含む、光センサ。
2. 前記光源は、約１ナノメートル以上の半波高全幅値を備えたスペクトル分布を有する光を出力する広帯域源を含む、請求項１に記載の光センサ。
3. 前記光源は、超蛍光源を含む、請求項２に記載の光センサ。
4. 光源平均波長は、少なくとも約±１００ｐｐｍに安定している、請求項３に記載の光センサ。
5. 光源平均波長は、少なくとも約±１０ｐｐｍに安定している、請求項３に記載の光センサ。
6. 光源平均波長は、少なくとも約±１ｐｐｍに安定している、請求項３に記載の光センサ。
7. 光源平均波長は、少なくとも約±０．１ｐｐｍに安定している、請求項３に記載の光センサ。
8. 前記超蛍光源は、超蛍光ファイバー源を含む、請求項３に記載の光センサ。
9. 前記超蛍光源は、発光ダイオードを含む、請求項３に記載の光センサ。
10. 前記光源は、広帯域ファイバーレーザを含む、請求項２に記載の光センサ。
11. 前記光源は、約１ナノメートルから約１０ナノメートルの間の半波高全幅値を備えたスペクトル分布を有する光を出力する広帯域源を含む、請求項１に記載の光センサ。
12. 前記光源から出力される前記第１の光信号の振幅を変調する振幅変調器をさらに含む、請求項１に記載の光センサ。
13. 前記振幅変調器は、前記光源の外部にある、請求項１２に記載の光センサ。
14. 前記光源から出力される前記第１の光信号の周波数を変調する周波数変調器をさらに含む、請求項１に記載の光センサ。
15. 周波数変調器は、前記光源の外部にある、請求項１４に記載の光センサ。
16. 前記光源は、１ナノメートル未満の半波高全幅値を備えたスペクトル分布を有する光を出力する狭帯域源を含む、請求項１に記載の光センサ。
17. 狭帯域光源は、ファイバーレーザを含む、請求項１６に記載の光センサ。
18. 狭帯域光源は、半導体レーザダイオードを含む、請求項１６に記載の光センサ。
19. 光源平均波長は、少なくとも約±１００ｐｐｍに安定している、請求項１６に記載の光センサ。
20. 光源平均波長は、少なくとも約±１０ｐｐｍに安定している、請求項１６に記載の光センサ。
21. 光源平均波長は、少なくとも約±１ｐｐｍに安定している、請求項１６に記載の光センサ。
22. 光源平均波長は、少なくとも約±０．１ｐｐｍに安定している、請求項１６に記載の光センサ。
23. 前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、偏光維持フォトニックバンドギャップファイバーを含む、請求項１に記載の光センサ。
24. フォトニックバンドギャップファイバーは、前記中空コアを取囲む前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの断面において反復的なアレイで構成された複数の孔を含む、請求項１に記載の光センサ。
25. フォトニックバンドギャップファイバーは、ブラッグファイバーを含む、請求項１に記載の光センサ。
26. 前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーのクラッディングは、シリカベースのガラスを含む、請求項１に記載の光センサ。
27. 前記クラッディングは、シリカベースのガラス内に反復的なチャネルアレイをさらに含む、請求項２６に記載の光センサ。
28. 前記チャネルは中空である、請求項２７に記載の光センサ。
29. 感知するための方法であって、
    平均波長λを有する光を生成するステップを含み、前記光は、２つの部分に分割され、前記方法はさらに、
    前記光の第１の部分を中空導波路のまわりを時計回りに伝搬させ、さらには前記光の第２の部分を前記中空導波路のまわりを反時計回りに伝搬させるステップと、
    前記光のためのフォトニックバンドギャップ構造を有するクラッディングによって、光の前記第１の部分および前記第２の部分を前記中空導波路内の中空コアでの伝搬に実質的に拘束するステップと、
    光の前記第１の部分および前記第２の部分をそれぞれの時計回り方向および反時計回り方向で前記中空導波路のまわりを伝搬させた後、光の前記第１の部分および前記第２の部分を光学的に干渉し、光干渉信号を生成するステップと、
    前記中空導波路が摂動の影響を受けるようにするステップと、
    前記摂動によって生じた光干渉信号の変動を測定するステップとを含む、感知するための方法。
30. 光の前記第１の部分および前記第２の部分は、前記中空コア内に実質的に拘束され、後方散乱が減じられる、請求項２９に記載の方法。
31. 前記光の少なくとも約９０％は、前記中空コア内に拘束される、請求項３０に記載の方法。
32. 前記光の少なくとも約９５％は、前記中空コア内に拘束される、請求項３０に記載の方法。
33. 前記光の少なくとも約９９％は、前記中空コア内に拘束される、請求項３０に記載の方法。
34. 光の前記第１の部分および前記第２の部分は、空気を含む前記中空コア内の領域に実質的に拘束される、請求項２９に記載の方法。
35. 光の前記第１の部分および前記第２の部分は、真空を含む前記中空コア内の領域に実質的に拘束される、請求項２９に記載の方法。
36. 前記光を強度変調するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
37. ４９％から５１％の間のデューティサイクルで前記光を強度変調するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
38. 約５０％のデューティサイクルで前記光を強度変調するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
39. 時計回りおよび反時計回りで光路を伝搬する光の前記第１の部分および前記第２の部分を位相変調するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
40. 約１ギガヘルツから約５０ギガヘルツの間の変調周波数を有する変調信号で前記光を周波数変調するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
41. 約１０ギガヘルツの周波数を有する変調信号で前記光を周波数変調するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
42. 前記摂動は、回転を含む、請求項２９に記載の方法。
43. 前記摂動は、圧力を含む、請求項２９に記載の方法。
44. 前記摂動は、運動を含む、請求項２９に記載の方法。
45. 回転を感知するための光学装置であって、
    少なくとも約±１０^-6内で安定した平均波長λを有する第１の光信号を放出する出力部を有する光源と、
    少なくとも第１のポート、第２のポート、および第３のポートを含む方向性結合器とを含み、前記第１のポートは、前記光源に光学的に結合されて前記光源から放出される前記第１の光信号を受取り、前記第１のポートは、前記第１のポートが受取る前記第１の光信号が、前記第２のポートによって出力される第２の光信号と前記第３のポートによって出力される第３の光信号とに分割されるように、前記第２のポートおよび前記第３のポートに光学的に結合され、前記光学装置はさらに、
    クラッディングによって囲まれた中空コアを有する中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを含み、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、第２のポートおよび第３のポートから出力される第２の光信号および第３の光信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを対向して伝搬し、それぞれ第３の光ポートおよび第２の光ポートに戻ってくるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合され、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの前記クラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を前記中空コア内での伝搬に実質的に拘束し、前記光学装置はさらに、
    前記光学装置内の、ある位置に配置されて、対向して伝搬する第２の信号および第３の信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを通った後に、第２の光信号および第３の光信号を受取る光検出器を含む、光学装置。
46. 光学システムであって、
    第１の光信号を放出する出力部を有する光源と、
    少なくとも第１のポート、第２のポート、および第３のポートを含む方向性結合器とを含み、前記第１のポートは、前記光源に光学的に結合されて前記光源から放出された前記第１の光信号を受取り、前記第１のポートは、前記第１のポートが受取る前記第１の光信号が、前記第２のポートによって出力される第２の光信号と前記第３のポートによって出力される第３の光信号とに分割されるように、前記第２のポートおよび前記第３のポートに光学的に結合され、前記光学システムはさらに、
    クラッディングによって囲まれる中空コアを有する中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを含み、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、第２の光信号および第３の光信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを対向して伝搬し、それぞれ第３のポートおよび第２の光ポートに戻って来るように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合され、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの前記クラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を前記中空コア内での伝搬に実質的に拘束し、前記光学システムはさらに、
    光学装置内の、ある位置に配置されて、対向して伝搬する第２の信号および第３の信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを通った後、第２の光信号および第３の光信号を受取り、さらに受取った信号に応答して検出器出力を出力する光検出器を含む、光学システム。
47. 干渉計であって、
    少なくとも約±１０^-6内で安定した平均波長λを有する第１の光信号を放出する出力部を有する光源と、
    少なくとも第１のポート、第２のポート、および第３のポートを含む方向性結合器とを含み、前記第１のポートは、前記光源に光学的に結合されて前記光源から放出される前記第１の光信号を受取り、前記第１のポートは、前記第１のポートが受取る前記第１の光信号が、前記第２のポートによって出力される第２の光信号と前記第３のポートによって出力される第３の光信号とに分割されるように、前記第２のポートおよび前記第３のポートに光学的に結合され、前記干渉計はさらに、
    クラッディングによって囲まれる中空コアを有する中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを含み、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーは、第２のポートおよび第３のポートから出力される第２の光信号および第３の光信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを対向して伝搬し、それぞれ第３の光ポートおよび第２の光ポートに戻ってくるように、第２のポートおよび第３のポートに光学的に結合され、前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーの前記クラッディングは、対向して伝搬する第２の光信号および第３の光信号を前記中空コア内での伝搬に拘束し、前記干渉計はさらに、
    光学装置内の、ある位置に配置されて、対向して伝搬する第２の信号および第３の信号が前記中空コアフォトニックバンドギャップファイバーを通った後、第２の光信号および第３の光信号を受取り、さらに受取った信号に応答して検出器出力を出力する光検出器を含む、干渉計。

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