JPH059769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、一般的には光の偏光を制御するた
めの装置および方法に関するものである。この発
明は、特定的には光フアイバにおいて伝搬される
光の偏光を制御するための装置および方法に関す
る。なおより特定的には、この発明は、光フアイ
バ回転検出システムにおいておよびコヒーレント
な通信システムにおいて光の偏光を制御するため
の装置および方法に関するものである。

光フアイバリング干渉計は、典型的にはその中
に逆伝搬される光波を有する光フアイバ材料のル
ープを含む。ループを通過した後で、逆伝搬され
る波は、光出力信号を形成するためにそれらが建
設的にまたは破壊的に干渉するように、組合せら
れる。光出力信号の強度は、逆伝搬される波の相
対的な位相に依存する干渉の関数として変化す
る。

光フアイバリング干渉計は、特に回転検出のた
めに有用であると、証明されている。よく知られ
ているサナツク（Sagnac）効果に従つて、ルー
プの回転は逆伝搬される波の間に相対的なまたは
非可逆性の位相差を生じ、位相差の量はその検出
軸の周囲のループの角速度の関数である。逆伝搬
される波の干渉により発生される光出力信号は、
ループの回転速度の関数として強度が変化する。
回転の検出は、光出力信号を検出し、かつ回転速
度を決定するために光出力信号を処理することに
より、達成される。

光学導波構造内の光の偏光および光の伝搬につ
いてのいくらかの精通が、この発明の理解を促進
するであろう。光波は、光波の周波数に等しい周
波数を有する、直交の電界および磁界のベクトル
を含む、時間変化する電磁界により表すことがで
きることは、よく知られている。

導波構造を介して伝搬される電磁波は、１組の
通常のモードにより説明することができる。通常
のモードは、導波構造、たとえば光フアイバ導波
路内の電界および磁界の許容された分布である。
界の分布は、導波構造内のエネルギの分布に、直
接に関連する。通常のモードは、一般的には導波
構造における周波数および空間分布に関する波に
おける界の成分を述べる数学の関数により、表さ
れる。導波路の通常のモードを述べる特定の関数
は、導波路の幾何学に依存する。導波された波が
固定された寸法の環状の断面を有する構造に局限
される光フアイバについて、ただある周波数およ
び空間分布を有する界だけが、厳しい減衰なしに
伝搬されるであろう。減衰されずに伝搬される界
の成分を有する波は、通常のモードとよばれる。
１つのモードのフアイバは、所与の周波数の信号
のために、ただ１つのエネルギの空間分布すなわ
ち１つの通常のモードを、伝搬するであろう。

通常のモードを説明することにおいては、電界
および磁界の方向を、波の伝搬の方向に関して参
照することが、都合がよい。電磁界の波における
電界のベクトルの方向は、波の偏光である。一般
的には、波は、所与のモードのために許されたす
べての方向を指す電界のベクトルの均一の分布が
あるランダム偏光を有するであろう。もし波にお
けるすべての電界がただ特定の方向を指せば、波
は直線的に偏光される。もし電界が２つの等しい
大きさの直交の電界成分からなれば、正味の電界
の波は周波数に等しい角速度で光軸の周囲を回転
するベクトルであるので、電界は円偏波される。
もし２つの直線的な偏光が等しくなければ、波は
楕円の偏光を有する。一般的には、いずれの任意
の偏光も２つの直交の直線的な偏光、２つの逆に
向けられた環状の偏光または直交の主軸を有する
２つの逆に回転する楕円の偏光の和により、表す
ことができる。

光フアイバのコアおよびクラツドの間の境界
は、界の成分上のあるよく知られた境界の条件が
満たされなければならない。誘電インタフエース
である。たとえば、インタフエースと直角をなす
電界の成分は、連続的でなければならない。１つ
のモードの光フアイバは、コア−クラツドインタ
フエースと直角をなす電界成分を有する電磁エネ
ルギを、伝搬する。フアイバのコアはクラツドの
屈折係数より大きい屈折係数を有し、かつ光がイ
ンタフエースの上に臨界角より大きいまたは臨界
角に等しい角で衝突するので、本質的にはインタ
フエースにおける内部の反射により、全ての電界
はコアにおいて残る。連続性および内部の反射の
必要条件の双方を満たすために、クラツドにおけ
る放射電界成分は、迅速に減退する指数関数でな
ければならない。指数的に減退する界は、通常
「エバネツセント界」と、呼ばれる。

光信号の速度は、それを介して光が伝搬される
媒体の屈折率に依存する。ある材料は、異なつた
偏光のために異なつた屈折率を有する。２つの屈
折率を有する材料は、複屈折と呼ばれる。標準の
１つのモードの光フアイバは、２つのモードのフ
アイバと考えられてよい、なぜならばそれは２つ
の異なつた偏光を有する同一の周波数および空間
分布の２つの波を伝搬するであろうからである。
同じ通常のモードの２つの異なつた偏光成分は、
２つの偏光の間の速度の差異を除いては変化され
ずに、複屈折の材料を介して伝搬されることがで
きる。

多くの光フアイバのシステムにおいては、その
動作が誤差を最小にするために偏光に依存する成
分への入力のための選択された点における公知の
偏光状態の光を有することが、望ましいかもしれ
ないことは、よく知られている。偏光の状態は、
光フアイバ回転センサのような装置において、特
に重要である。偏光された光フアイバ回転検出シ
ステムにおいては、偏光における変化のためのド
リフトの誤差が、偏光器の質により、決定され
る。

１つのモードの光フアイバにおいて伝搬される
光の偏光状態は、時間またはフアイバに沿つた距
離について安定していない。偏光器を含む光フア
イバ回転センサにおいては、好ましい偏光状態
は、光信号が検出ループへの入力である逆に伝搬
する波を形成するように分けられる前の偏光器の
位置において、規定される。検出ループから偏光
器へ戻る２つの逆伝搬される波は、始めから規定
された偏光状態に整合する偏光状態を有さなれけ
ばならない。

しかしながら、通常の光フアイバの複屈折は、
一般的には入力および出力の波の間に偏光の不整
合を引き起こす。この偏光の不整合は、いくつも
の望まれない状態を結果として生じ、その最も重
要なものは、減少された信号の強さおよび検出器
における増加された寄生非可逆性信号を含む。さ
らに、フアイバの複屈折は、時間がたつにつれ
て、たとえば温度の変化、音響の変動、フアイバ
を曲げる、捩じる、絞るまたは捩れさせるような
機械的な変形および磁界の変動のために、変化す
る。その結果生じる時間に依存する偏光の不整合
は、不安定な信号の強さおよび回転速度を示すた
めに使用される非可逆性信号成分のドリフトに通
じる。偏光状態における不整合の静的なおよび時
間に依存する双方の効果は、光フアイバ回転セン
サの性能を、劣化させる。

光フアイバにおける直線的な偏光状態は、典型
的にはベルグ（Bergh）氏への米国特許第
4386822号において述べられる光フアイバ偏光器
のようないくつかの形式の直線の偏光器により、
達成される。偏光器への偏光状態の入力はは、一
般的には随意である。偏光器は、フアイバの外に
不所望の偏光の光を結合し、ただ選択された所望
の偏光だけを有する光だけがフアイバを介して伝
搬されることを許容する。ベルグ氏は、石英サブ
ストレートにおける曲げられた溝において装着さ
れるある長さの光フアイバを含む、光フアイバ偏
光器を、開示する。サブストレートおよび光フア
イバの１部分は、相互作用領域を形成するように
フアイバからクラツドの部分を除去するために、
磨滅されかつ研磨される。溝におけるフアイバの
部分は、研磨された表面の方を向いて、見られる
ように凸状に曲げられる。複屈折の水晶は、サブ
ストレート上に相互作用領域にわたつて、光フア
イバ材料のコアに極めて接近して、装着される。
水晶は、エバネツセントな界のカツプリングが光
フアイバからの不所望の偏光の光を水晶の中に結
合するように、光フアイバのコアにおいて伝搬さ
れる光の経路と部分的に交差するように、位置さ
れる。

光学フアイバ回転センサにおける活性の偏光の
制御のための先のシステムにおいては、所望の偏
光を有する光を通過させるが、不所望の偏光成分
を出力フアイバと非共線の方向に排除する偏光器
を利用することが、必要である。そのようなシス
テムにおいては、所望の偏光状態は、フアイバの
複屈折を、偏光制御装置に介して、取り出された
非共線の出力の強度を最小にする状態に調整する
ことにより、維持される。必要とされる偏光状態
を維持するために、補償複屈折効果は、光フアイ
バ回転センサの検出ループにおいて誘導されなけ
ればならない。この先行技術は、複雑な偏光器、
超光検出装置および必要とされるフイードバツク
信号を与えるための複雑な電子制御回路を、必要
とする。

偏光の制御は、またその中でキヤリア信号が長
いコヒーランスの長さの固体状態のレーザから得
られる、コヒーレントな光フアイバ通信システム
においても、利用される。信号は、振幅として与
えられた変調、周波数または光キヤリアにおける
位相の変化として、伝送される。光学ヘテロダイ
ン受信機においては、伝送フアイバからの光およ
び局部発振器レーザからの光は、典型的にはマイ
クロ波の範囲に入る中間周波数を発生するよう
に、混合される。標準のマイクロ波技術は、次い
で中間周波数の信号を復調するために、使用され
る。

２つの干渉する光波の偏光状態は最適信号感度
を維持するために、ミクサにおいて整合されなけ
ればならない。もし通常の非偏光の１つのモード
を保存する光フアイバが伝送媒体として使用され
れば、次いでそのようなフアイバにおける複屈折
の存在は、一般的には光検出器における２つの干
渉する光波の間の偏光状態における不整合を生じ
る。不整合の量は、光フアイバ回転センサの場合
において上に述べられた理由のために、時間が経
つにつれて不安定になるであろう。必要とされる
偏光状態の整合を維持するために、補償する複屈
折の効果は、局部発振器においてまたは受信機の
信号アームにおいて、誘導されねばならない。光
フアイバ回転センサにおいて使用される活性偏光
制御システムは、補償する複屈折を与えるために
使用することができる。

コヒーレントな光フアイバ通信システムにおい
て使用されるときの先の偏光制御技術は、3dB結
合装置にはいる各フアイバのアームにおける活性
偏光制御装置および平衡ミクサの方策が使用され
るかどうかに依存する１つまたは２つの偏光器
を、必要とする。偏光器は、代わりに偏光保存結
合装置により置き換えることができる。偏光状態
の不整合を克服するためのもう１つの方法は、偏
光不感度受信機、バルク光学偏光ビームスプリツ
タおよび２つの組の検出器電子装置を利用する。
もし平衡ミクサ方策が使用されれば、次いで成分
の数は２倍になる。これらの先行技術の偏光制御
技術の全ては、過度の数の成分、複雑さおよび高
い費用を有する。

1982年スプリンガー・フエアラーク
（Springer.Verlag）のフアイバ・オプテイツク・
ローテーシヨン・アンド・リレーテツド・テクノ
ロジー（Fiber Optic Rotation and Related
Technology）の163頁ないし168頁の「光フアイ
バジヤイロスコープのための偏光制御
（Polarization Control for an Optical Fiber
Gyroscope）、モーア・Ｆ・Ａ（Mohr，F.A.）氏
およびシヨルツ・Ｕ（Scholz，U.）氏は、光フア
イバにおける選択された偏光の光信号を伝播する
ためのシステムのバルク光学装置の実現化を述べ
る。装置は、光フアイバ、光フアイバから光出力
信号を与えるための光ビームスプリツタ、光検出
器、１対のPZTフアイバスクイーザおよびフイ
ードバツク電子装置を、含む。偏光ビームスプリ
ツタは、光フアイバから所望の偏光および不所望
の偏光の双方の光をとる。フアイバからとられた
信号が偏光された後で、それは、不所望の偏光を
表示する電気的な誤差信号を生ずる光検出器に衝
突する。フイードバツク電子装置は、PZTフア
イバスクイーザを駆動する１対の比例積分制御装
置回路を含む。制御装置回路は、π／２位相がず
れる２つの振動信号を発生する直角発振器からの
直角信号により、変調される。

デポーラ（DePaula）氏らへの米国特許第
4753507号は、事前ロードを増加させるかまたは
減少させるかどちらかにより複屈折の変形を許容
するために、光フアイバに事前ロードを与えるフ
レームを含むフアイバスクイーザを、開示する。
光フアイバおよび圧電トランスジユーサはフレー
ムにおいて保持され、かつ電圧源は、光弾性効果
によつてフアイバの屈折率を制御するフアイバの
上の力を制御するために、圧電トランスジユーサ
に接続される。デポーラ氏は、フアイバにより導
波される光の偏光を調整するために光フアイバの
長さに沿つて一列に並べて配置される３つのフア
イバスクイーザをも、開示する。

パブラス（Pavlath）氏への米国特許第
4729622号およびチヤン（Chang）氏らへの第
4725113号ならびに第4695123号は、すべて偏光器
およびフアイバスクイーザのシステムを含む光フ
アイバ偏光制御システムを、開示する。偏光器
は、光フアイバから不所望の偏光の光を結合す
る。フアイバの外に結合された光は、フアイバス
クイーザを制御するために使用される電気信号を
形成する光検出器に、衝突する。フアイバスクイ
ーザは、フアイバから結合された光の強度を最小
にする偏光器への偏光入力を与えるために、駆動
される。

ルフアブル（Le Fevre）氏への米国特許第
4389090号は、３つのスプールの周囲に巻かれた
フアイバの部分を含む、光フアイバ偏光制御装置
を、開示する。スプールは、フアイバにより導波
された光の偏光を調整するために、共通軸の上で
回転可能である。

発明の概要 この発明は、２次元の偏光制御装置の変調を与
えることにより、先行技術の活性偏光制御システ
ムの困難を、克服する。この発明の利点は、高価
な偏光保存フアイバを使用する必要性なしに、達
成される。

この発明は、光フアイバ回転センサにおける偏
光状態の誤差を、回転検出ループの内部に位置さ
れる複屈折のトランスジユーサの２つのバンクの
直交の変調により補正するための、偏光フイード
バツク信号を与える。この発明は、こうしてより
複雑でかつ高価な２重の出力偏光器の使用を避け
る利点を有する。

この発明は、コヒーレントな光フアイバ通信シ
ステムにおける偏光状態の誤差を、受信機におけ
る通信または局部発振器信号のアームのどちらか
において位置された複屈折のトランスジユーサの
２つのバンクの直交の変調により、補正するため
に、偏光フイードバツク信号を与える。この発明
は、したがつて他のシステムに対して複雑さが減
少される利点を有し、また通信データ帯域幅にお
ける重大な増加を許容する。

この発明に従つた光学導波路により導波された
光の偏光を制御するためのシステムは、光学導波
路の複屈折を制御するための手段を含み、その導
波路は、平行の軸に沿つて光学導波路上で作用す
るように配置された第１のトランスジユーサおよ
び第２のトランスジユーサと、平行の軸の間に位
置されかつそこから角度が45°変位される軸上に
ある第３のトランスジユーサとを含む。この発明
は、さらに第１の制御信号を第１および第２のト
ランスジユーサの各々に与えるための手段と、第
２の制御信号を第３のトランスジユーサに与える
ための手段とを含み、第１および第２の制御信号
は時間の直角位相にある。このシステムは、光学
導波路により導波された光の強度を示す電気信号
を形成するための手段と、光学導波路により導波
された光の偏光状態および予め定められた所望の
偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形成するよ
うに電気信号を処理するための手段とを含む。こ
の発明は、光学導波路により導波された光の偏光
状態および所望の偏光状態の間の差異を最小にす
るように、誤差信号を第１および第２の制御信号
と結合するための手段を含む。

この発明に従つたシステムに含まれるトランス
ジユーサの各々は、好ましくは光弾性の効果によ
つて光学導波路の複屈折を調整する、圧電フアイ
バスクイーザを含む。

この発明に従つたシステムは、さらに光学導波
路における参照偏光を与えるために配置された偏
光器を含む。

システムは、またさらに、第１の制御信号を生
じるための第１の発振器と、第１の制御信号を増
幅するための第１の手段と、第２の制御信号を生
ずるための第２の発振器と、第２の制御信号を増
幅するための第２の手段と、第１および第２の増
幅手段のために独立した利得制御を生ずるための
手段とを含む。

この発明に従つた偏光制御システムは、好まし
くはさらに、光学導波路により導波された光の強
度を示す電気信号を復調するための、同相および
直角位相の信号の双方に応答する２チヤネル位相
感応検出器を含む。

この発明は、また上に述べられた偏光制御装置
を含むように形成された、光フアイバ回転センサ
をも含む。この発明に従つた光フアイバ回転セン
サは、検出ループを含むように形成されたある長
さの光フアイバと、検出ループの中に逆伝搬され
る光波を導入するための手段と、検出ループの回
転を示す信号を生ずるように逆伝搬される光波を
処理するための手段と、逆伝搬される光波の偏光
を制御するように検出ループの回転を示す信号を
処理するための手段とを含む。

この発明に従つた光フアイバ回転センサは、さ
らに逆伝搬される光波のために参照偏光を与える
ように配置された偏光器を含む。

この発明は、また上に述べられた偏光制御シス
テムを含むコヒーレントな光通信システムをも含
む。この発明に従つたコヒーレントな光通信シス
テムは、その上にデータ信号が重畳される光キヤ
リア信号を含む第１の光信号を生ずるための手段
を含む。コヒーレントな光通信システムは、さら
に、データ信号を復調するために第２の光信号を
生ずるための手段と、第１および第２の光信号を
光学的に混合させるための手段とを含む。コヒー
レントな光通信システムは、また、第１および第
２の光信号が混合されたときに同じ偏光を有する
ように第２の光信号の偏光を制御するために、混
合された光信号を処理するための手段をも含む。

コヒーレントな光通信システムは、さらに、第
１の光信号を導波するための第１の光導波手段
と、第２の光信号を導波するための第２の光導波
手段と、第１および第２の光信号を結合するため
の光結合装置手段と、結合された光信号の強度を
示す電気信号を生ずるための検出手段と、第１お
よび第２の光導波手段により導波された光の偏光
状態の間の差異を示す誤差信号を生ずるように電
気信号を処理するための手段とを含んでもよい。

この発明は、また、光導波路により導波された
光の偏光を制御するための方法をも含み、その方
法は、第１のトランスジユーサおよび第２のトラ
ンスジユーサを光導波路上で平行の軸に沿つて作
用するように配置するステツプと、第３のトラン
スジユーサを平行の軸の間に位置されそこから角
度が45°変位される軸上に位置させるステツプと
により、光導波路の複屈折を制御するステツプを
含む。この方法は、また、第１の制御信号を第１
および第２のトランスジユーサの各々に与えるス
テツプと、第２の制御信号を第３のトランスジユ
ーサに与えるステツプとを含み、第１および第２
の制御信号は時間の直角位相にある。この方法
は、また、光導波路により導波された光の強度を
示す電気信号を形成するステツプと、光導波路に
より導波された光の偏光状態および予め定められ
た所望の偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形
成するように電気信号を処理するステツプとを含
む。この方法は、さらに、光導波路により導波さ
れた光の偏光状態および所望の偏光状態の間の差
異を最小にするように、誤差信号を第１および第
２の制御信号に結合するステツプを含む。

この方法は、また、光弾性の効果によつて光導
波路の複屈折を調整する圧電フアイバスクイーザ
を含むように、トランスジユーサの各々を形成す
るステツプをも含んでもよい。この方法は、また
さらに、光導波路における参照偏光を与えるステ
ツプをも含んでもよい。

この発明の従つた方法は、また、第１の発振器
により第１の制御信号を生ずるステツプと、第１
の制御信号を増幅するステツプと、第１の発振器
により第２の制御信号を生ずるステツプと、第２
の制御信号を増幅するステツプと、第１および第
２の増幅手段のために独立した利得制御を与える
ステツプとを含んでもよい。

この発明に従つた方法は、好ましくはさらに、
光導波路により導波された光の強さを示す電気信
号を復調するために、同相および直角位相の信号
の双方に応答する２チヤネル位相感応検出器によ
り、同相および直角位相の信号を検出するステツ
プを含む。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、偏光制御サーボシステム
２０は、偏光制御装置２２、光フアイバセンサル
ープ２４、偏光器２６および電子回路２８を含
む。固体のレーザであつてもよい光源３０は、光
フアイバ３２への入力であるコヒーレントな偏光
の光ビームE₀を与える。

偏光のビームE₀は、光フアイバ３２による、
偏光制御装置２２への入力である。第８図を参照
すると偏光制御装置２２は、３つのPZTフアイ
バスクイーザ３４ないし３６を含んでもよい。
PZTフアイバスクイーザ３４ないし３６のため
の適する構造は、デポーラ氏らへの米国特許第
4733507号において示される。その特許は、この
発明の所有者であるリツトン・システムズ・イン
コーポレーテツド（Litton Systems，Inc.）に、
譲渡される。

なお第８図を参照すると、PZTフアイバスク
イーザ３４ないし３６の各々は、PZTアクチユ
エータ４０を保有する。フレーム３８を含む。光
フアイバ３２は、アクチユエータ４０への適当な
電圧の印加が、アクチユエータ４０が光フアイバ
３２に印加する横圧縮力を調整するように、フレ
ーム３８およびアクチユエータ４０の端部の間
に、保有される。光フアイバ３２への横圧縮力の
印加は、フアイバのコアの屈折率を変化させ、か
つそれによつて光フアイバ３２の複屈折を調整す
る。光フアイバ３２の複屈折の調整は、光フアイ
バ３２のセグメントにおいて伝搬された光の偏光
を、圧縮の下に調整する。

３つのPZTフアイバスクイーザ３４ないし３
６は、光フアイバ３２の長さに沿つて接近して間
隔をあけられる。フアイバスクイーザ３４および
３６は、光フアイバ３２に平行な圧縮力を印加す
る。フアイバスクイーザ３５が光フアイバ３２に
印加する圧縮力は、スクイーザ３４および３６に
より与えられた力から45°である。３つのPZTフ
アイバスクイーザ３４ないし３６は、偏光制御装
置２２へのいずれの随意の偏光入力をも所望の偏
光出力に変換するための手段を与える。

偏光制御装置２２からの光ビームの出力の偏光
は、E₁として示される。偏光のビームE₁は、光
フアイバ３２において形成される、光フアイバセ
ンサループ２４への入力である。次いで、光フア
イバループ２４からの光ビームの出力は、偏光の
信号E₂を出力する偏光器２６への入力であつて
もよい。次いで、偏光を有する信号E₂は、その
上に入射する光ビームの強度を示す電流を生ずる
光検出器４２の上に衝突する。

光検出器４２からの電気信号の出力は、増幅器
４４により増幅される。次いで、増幅された信号
は、１対のミクサ４６および４８へ入力される。
cos（ωt）に依存する変調信号４７はミクサ４６
への入力であり、かつsin（ωt）に依存する変調信
号４９はミクサ４８への入力である。ミクサ４６
および４８への振動の入力は、したがつて互いに
直角である。ミクサ４６および４８の出力は、そ
れぞれに積分器３９および４１への入力である。
積分器３９および４１からの積分された信号の出
力は、それぞれに加算回路４３および４５への入
力である。加算回路４３は、また、ミクサ４６へ
のcos（ωt）信号入力を受け、また加算回路４５
は、ミクサ４８への入力であるsin（ωt）信号を受
ける。

第１のPZTスクイーザ３４のジヨーンズ
（jones）マトリクスは、 PC₁＝１ ０ ０ eⁱ〓¹ (1) PZTスクイーザ３４および３５の間の45°の回転
は、ジヨーンズマトリクス によりモデル化され、第２のPZTスクイーザ３
５のジヨーンズマトリクスは、 PC₃＝１ ０ ０ eⁱ〓² (3) である。PZTスクイーザ３５および３６の間の
45°の回転は、ジヨーンズマトリクス によりモデル化され、第３のPZTスクイーザ３
６のジヨーンズマトリクスは、 PC₅＝１ ０ ０ eⁱ〓′¹ (5) である。

角φ1およびφ2は、３つのPZTスクイーザ３４
ないし３６における光フアイバ３２における光の
誘導された複屈折または位相差異である。第１お
よび第３のフアイバスクイーザ３４および３６
は、それらが光フアイバ３２に導入する複屈折が
名目上等しいように、電気的に並列に接続され
る。φ1はｘおよびｙ座標の間の誘導された光の
位相差異であり、そこではｘは偏光器２６の通過
軸であり、かつｙの方向の光に付加された絶対的
な位相として考えることができるけれども、φ2
は同じように簡単にｘまたはｙ軸に関連しない。
角φ2は、ｙの方向から45°だけ回転された方向に
伝搬される光に付加された絶対的な位相と考える
ことができる。φ1およびｙ座標の間に等価のも
のが描かれ得るが、そのような等価のものはφ2
およびｘ座標の間には描くことができない。

光源３０からの入力偏光状態E₀はジヨーンズ
マトリクスの形態において、 E₀＝（c_xe^ikxz） （c_ye^ikyz） (6) として書くことができ、そこではｊ番目の方向に
おける伝搬定数は、 k_j＝2πn_j／λ_p (7) であり、かつn_jは、ｊ番目の方向における屈折の
係数である。偏光器２６のジヨーンズマトリクス
は、 Ｐ＝１ ０ ０ ε (8) であり、そこではεは偏光器の振幅消滅比率であ
る。偏光器２６の消滅比率は、偏光器がどれだけ
うまく光学フアイバ回転センサのための直交のモ
ードである不所望の偏光モードをろ波して除くか
を明細に記す。

検出器４２における光ビームの偏光状態E₂は、
偏光制御サーボシステム２０におけるすべての成
分のジヨーンズマトリクスおよび最初の偏光状態
E₀を一緒に乗算することにより得られ、それは、 E₂＝Ｐ・PC₅・PC₄・PC₃・PC₂・PC₁・E₀ (9) PC₅₁＝PC₅・PC₄・PC₃・PC₂・PC₁ ＝１／２１＋e_i〓₂ e_i〓₁−e_i(〓₁₊〓₂₎ e_i〓₁−e_i(〓₁₊〓₂₎ e_i2〓₁＋e_i(2〓₁₊〓₂₎(10) (11) を与える。

検出器４２における強度は波につれて２乗され
た係数E₂に正比例し、それは、 E₂〓E₂＝１／２［（１＋ε²）・（C_x ²＋C_y ²）（１−ε²
） ［（C_x ²−C_y ²）cos（φ₂）＋2C_xC_ysin（k_yｚ−k_x
ｚ＋φ₁）sin（φ₂）］］ (16) を与える。方程式は、v_jがPZTスクイーザに印加
された電圧であるところではΦ₁＝k₁V₁およびΦ₂
＝K₂V₂にし、K_jがボルト当たりのサイクルにお
ける電圧スペース周波数であるところではk₁＝
2πK₁およびk₂＝2πK₂にし、かつX_jがボルトにお
ける電圧スペース期間であるところではK₁＝１／X₁ およびK₂＝１／X₂にすることにより、簡単にするこ とができる。

印加された電圧の関数としての検出器４２にお
ける平均電力は、 Ｉ（v₁，v₂）＝１／４［（１＋ε²）・（c_x ²＋c_y ²）＋
（１− ε²）［（c_x ²−c_y ²）cos（k₂・v₂）＋２（１−ε²）
c_xc_ysin（（k_yｚ−k_xｚ＋k₁・v₁）sin（k₂・
v₂）］ (17) である。

偏光制御装置２２への波の入力の偏光状態がc_x
＝c_y＝ｃおよびk_y＝k_xの結果となるように、レー
ザ源および偏光制御装置の間に光フアイバ３２を
配置することができる。これは、たとえば、この
フアイバのセグメントが第１の偏光制御装置段階
３４に関してその対称の軸が45°に配向される高
い複屈折のフアイバであるように選択することに
より、達成することができる。次いで、平均電力
は、 Ｉ（v₁，v₂）＝c²／２［１＋ε²＋（１−ε²）sin（k₁
・ v₁）sin（k₂・v₂）］ (18) になる。

この発明の光フアイバ回転センサにおける応用 第４図は、この発明に従つた自動偏光制御装置
システムを含む光フアイバ回転センサ５０を例示
する。光源５２は、光フアイバ５３に光信号を与
え、その光フアイバは信号を、好ましくは上に述
べられたフアイバスクイーザ３４ないし３６に類
似した３つのPZTフアイバスクイーザ５６ない
し５８を含む源偏光制御装置５４に伝搬する。源
偏光制御装置５４からのビーム出力は、光フアイ
バ５３からの信号の部分を光フアイバ６３に結合
する光フアイバ方向結合装置５９への入力であ
る。フアイバ５３からフアイバ６３に結合されな
い光は光トラツプ６０に吸収される。

次いで、フアイバ６３における信号は偏光器６
２に伝搬され、それは第９図において例示され
る。偏光器６２は、ザ・ボード・オブ・トラステ
イーズ・オブ・ザ・レランド・スタンフオード・
ユニバーシテイ（the Board of Trustees of
the Leland Stanford University）に譲渡され
た、ベルグ氏への米国特許第4386822号において
述べられるように形成されてもよい。他の型式の
偏光器が使用されてもよい。特定的には、この発
明において偏光器から取り出されたビームをモニ
タすることは、必要ではない。したがつて、この
発明は、1984年、バレンハム（Varnham）氏ら
による、「光学書状（Optics Letters）」、第９号、
306頁において述べられるようなヨーク（York）
フアイバ偏光器を使用して、実施することができ
る。

ベルグ氏の特許において開示されるように、第
９図の偏光器６２は、フアイバ６３をサブストレ
ート７０における凸状に湾曲した溝に装着するこ
とにより、形成される。サブストレート７０およ
び溝におけるフアイバ６３の中央の部分は、フア
イバ６３のクラツドおよびサブストレート７０に
おける共面の光学的に平坦な表面を形成するため
に、重ねられる。複屈折の水晶７２は、フアイバ
６３のコアに極めて接近した光学的に平坦な表面
上に、装着される。水晶７２およびフアイバ６３
の重ねられた表面は、偏光器６２を、形成する。
フアイバ６３における光のエバネツセントな界
は、光波の偏光に依存する態様で、水晶７２と相
互作用する。フアイバ６３においてより水晶７２
においてより遅い波速度を有する偏光は、フアイ
バ６３から除去され、かつ水晶７２にバルク波を
励起する。フアイバ６３においてより水晶７２に
おいてより速い波速度を有する偏光は、フアイバ
６３により導波されたままである。水晶の屈折係
数は、フアイバ６３における２つの可能な直線の
偏光状態の一方が水晶７２におけるバルク波を励
起し、また、他方の偏光状態がフアイバ６３によ
り導波されたままであるようにされる。

偏光器６２は、また、この発明の所有者である
リツトン・システムズ・インコーポレーテツドに
すべて譲渡された、パブラス氏への米国特許第
4666235号、チヤン氏らへの米国特許第4695123号
またはチヤン氏らへの米国特許第4725113号にお
いて述べられるように形成されてもよい。

次いで、偏光器６２の出力は、偏光器６２から
の入力をフアイバ６３およびフアイバ８２の間に
等しく分割する光結合装置８０の上に、入射され
る。光学結合装置は、好ましくはフアイバ６３お
よび８２の間の光エネルギを、エバネツセントな
界の結合を介して結合する。フアイバ６３に残存
する信号は、偏光制御装置８４を介して通過す
る。

第７図は、偏光制御装置８４を形成することに
おける使用のために適当な１つの構造を示す。第
７図の偏光制御装置８４のための適当な構造は、
米国特許第4389090号において開示される。

第７図を参照すると、偏光制御装置８４は、そ
の上に複数個の直立したブロツク９９ないし１０
２が装着されるベース９８を、含む。隣接したブ
ロツク９９ないし１０２の間には、複数個のスプ
ール１０３ないし１０５が、それぞれに複数個の
シヤフト１０６ないし１０８の上に接線的に装着
される。シヤフト１０６ないし１０８は、互いに
軸上に整列し、かつ対応するブロツク９９ないし
１０２の間に、回転可能に装着される。スプール
１０３ないし１０５は、一般的には、円筒で、か
つシヤフト１０６ないし１０８に接線的に位置決
めされ、スプールないし１０５の軸はシヤフトの
軸に垂直である。たとえば、フアイバ６３は、シ
ヤフト１０６ないし１０８における軸上の孔を介
して延在し、かつ３つの対応するコイル１０９な
いし１１１を形成するためにスプール１０３ない
し１０５の各々の周囲に巻かれる。コイル１０９
ないし１１１の半径は、コイル１０９ないし１１
１の各々において複屈折の媒体を形成するために
フアイバ６３が応力を加えられるようにされる。
３つのコイル１０９ないし１１１は、フアイバ６
３の複屈折の配向に調整し、かつ、したがつて、
そこを通過する光の偏光を制御するために、それ
ぞれにシヤフト１０６ないし１０８の軸の周囲
に、互いに独立して回転されてもよい。

コイル１０９ないし１１１の直径および巻回数
は、外側のコイル１０９ないし１１１は４分の１
の波長の位相の遅延を与え、また中央のコイル１
１０は２分の１の波長の位相の遅延を与えるよう
にされる。４分の１の波長のコイル１０９および
１１１は偏光の楕円率を制御し、かつ半分の波長
のコイル１１０は偏光の方向を制御する。

結合装置８０によりフアイバ８２に結合された
光は、偏光制御装置８４と実質的に同一のもので
もよい偏光制御装置１２０の上に、衝突する。フ
アイバ８２に結合された光は、光フアイバ回転セ
ンサ５０の検出コイルへの入力である逆時計方向
の波を形成する。

偏光制御装置８４の出力は、フアイバ６３の中
を、光をブラツグ（Bragg）セル周波数シフタを
形成する音響光変調器１２４の上に合焦するレン
ズ１２２へ伝搬される。光フアイバ回転センサ５
０のような閉ループ光フアイバ回転センサは、そ
の近くに逆伝搬される波の各々がそれらの間の回
転誘導された移送差異を零にするために検出コイ
ルに導入される、周波数シフタを含んでもよい。
サグナツク（Sagnac）位相シフトを零にするた
めに波が周波数において調整されなければならな
い量は、検出ループの回転速度を示す。周波数シ
フトの量は、周波数シフタに供給される電気駆動
信号を測定することにより、決定されてもよい。
サグナツク位相シフトを零にしてしまうための周
波数シフタの使用は、光フアイバ回転センサのダ
イナミツクレンジを大いに増加させる。

ブラツグセル音響光変調器は、典型的には音響
波を生ずるために音響トランスジユーサにより駆
動される水晶を含む。音響波は、水晶を介して伝
搬される光ビームと相互作用する。音響トランス
ジユーサに変調信号を与えることは、水晶におけ
る音響波の周波数ωmを制御する。水晶における
音響波面は、入射の光ビームの第１の部分を伝送
しかつ第２の部分を反射する可動の回折格子とし
て、機能する。もし光信号が周波数ωoを有すれ
ば、次いでブラツグセルから反射されるビームの
部分は周波数ωo＋ωmを有し、かつビームの伝送
された部分はもとの周波数ωoを有する。

第１０図は、音響光変調器１２４のための好ま
しい構造を例示する。音響光変調器１２４は、水
晶１２６を含み、その水晶はそれの表面１３０に
装着される音響トランスジユーサ１２８を有す
る。水晶１２６は、表面１３０に対して角度をな
す１対の表面１３２および１３４を含む。表面１
３０，１３２および１３４は、好ましくは表面の
凹凸または細溝なしに光学的に平坦に形成され
る。

なお第１０図を参照すると、入射ビームは、表
面１３０に平行であり、ビームが表面１３２への
法線に関して角度′において表面１３２に衝突
するように、角度をなした表面１３２は、精密接
地であり、かつブラツグ角度を補償するために水
晶１２６の屈折係数を用いる。入射光の一部分
は、水晶の中に回折し、かつ音響トランスジユー
サ１２８により生じられる音響波面と相互作用す
る。水晶における光ビームの一部は音響波面から
回折し、かつ表面１３４の方に向けられる。光ビ
ームは表面１３４において屈折し、かつ入射ビー
ムと共面に水晶から現れる。

音響光変調器１２４は、好ましくは固定された
変調周波を与えるために固定される発振器１４０
により、駆動される。信号処理ユニツト１６０に
接続された出力を有する発振器１４０からの変調
信号は、音響トランスジユーサ１２８に与えられ
る前に増幅器１４２により増幅される。

次いで、音響光変調器１２４の出力は、その中
に検出コイル１５２が形成される光フアイバ１５
０の端部上にビームを合焦するレンズ１４４の上
に入射される。第４図において見られるように、
音響変調器１２４の出力は、光フアイバ回転セン
サ５０において時計方向の波を形成する。検出コ
イル１５２を通過した後で、次いで時計方向の波
は、好ましくは第１図に関して上に述べられたよ
うなこの発明に従つた自動偏光制御装置であるル
ープ偏光制御装置１５６に達する。ループ偏光制
御装置１５６および源偏光制御装置５４は、信号
処理ユニツト１６０に接続される。

ループ偏光制御装置１５６を通過した後で、次
いで時計方向の波は、音響光変調器１７４の表面
１７２にビームを向けるレンズ１７０に達する。
音響光変調器１７４は、音響光変調器１２４と同
様に形成される。音響光変調器１７４は、信号処
理ユニツト１６０に接続された出力を有する電圧
制御発振器１７６により駆動される。電圧制御発
振器１７６の出力は、電圧制御発振器１７６への
駆動電圧入力に依存する周波数を有する電圧であ
る。電圧制御発振器１７６に印加された周波数
は、時計方向および逆時計方向の波の間にサグナ
ツク位相シフトに零にするために、調整される。

音響光変調器１７４の出力は、光を偏光制御装
置１２０に導波する光フアイバ８２の上に時計方
向の波を合焦するレンズ１８０の上に入射され
る。偏光制御装置１２０は、偏光制御装置８４と
同様である。

逆時計方向の波は、時計方向の波と同じ経路
を、しかし反対方向に通過する。もし検出コイル
１５２がその検出軸の周囲を回転すれば、波は位
相においてシフトされる。波は、波がフアイバ６
３において干渉パターンを形成するようにさせる
結合装置８０において組合せられる。干渉する波
は、干渉パターンにおいて光の強度を示す電気信
号を形成する光検出器２００に、導波される。

光検出器２００の電気的出力は、増幅器２０２
により増幅され、次いで信号から第２の調波を除
去するフイルタ２０４によりろ波される。フイル
タ２０４の出力は、次いで信号発生器２０８から
基準信号を受ける位相感応検出器２０６に送られ
る。位相感応検出器２０６の出力は、次いで積分
器２１０により積分される。信号発生器２０８か
らの基準信号および積分器２１０の出力は、加算
増幅器２１２への入力である。加算増幅器２１２
は、電圧制御発振器１７６への駆動電圧を供給す
る。電圧制御発振器１７６への駆動電圧は、サグ
ナツク位相シフトを零にするために音響光変調器
１７４に周波数シフトを与えるように、調整され
る。

第２図において示される偏光制御装置１５６に
印加された電圧に対して、第４図において示され
る光フアイバ回転センサ５０の第２の調波をサン
プリングすることにより、データサンプルが集め
られる。データは、上に示された方程式(18)によ
り、よく説明される。ポインケア球面上では、強
度の構造のピークは、よく規定された偏光状態に
対応する。この偏光状態は偏光器の出力側の上の
偏光状態を、それが偏光器により規定された方向
と一列に並ぶように制御することにより、出力信
号を最大にする必要条件により、規定される。速
い−遅い軸位相差異または複屈折の小さい摂動の
ために、各軸のための結果として生ずる偏光状態
の変化は、他の軸に関して直交する。これは、通
常位相の一方がnπ／２に接近するときには、他
方の位相は第３図においてε＝０のために示され
る第１の位相から独立していることに注目するこ
とにより、示される。したがつて、所望の偏光状
態は二重チヤネルACサーボを実現することによ
り維持されてもよい。第２図の構造に戻ると、複
屈折のトランスジユーサの２つのバンクに同位相
（サイン）および直角位相（コサイン）の変調を
与えることにより、DCの成分が最大に一致する
設定にあるときは構造のピークの周囲に楕円形の
運動があるであろうことがわかる。同様に、ポイ
ンケア球面上の偏光状態は最大出力点における最
適の設定の周囲を旋回し、かつ楕円形の作用は一
定の信号出力を結果として生ずるであろう。

もし出力信号のピーク以外であれば、基本の偏
光制御装置の変調周波数は、変調器の出力信号を
変調し、次いで結果として生ずるＩおよびＱ信号
をサーボループ利得により乗算し、かつそれらを
トランスジユーサの電圧のDC設定への補正とし
てフイードバツクすることにより、最小にするこ
とができる。ここでの変調は、偏光制御装置のト
ランスジユーサの電圧の正弦の変化またはステツ
プを参照する。

動作の方法 下に示される誘導は、この発明に従つた偏光制
御サーボが、先行技術に優つた利点を与えるため
にどのように機能するかを数学的に示す。この分
析においては、電圧の座標v₁は同位層（Ｉ）チヤ
ネルであり、かつ電圧の座標v₂は直角位相（Ｑ）
チヤネルであり、そのため電圧ははつきりと、 v₁＝同位層の複屈折トランスジユーサの電圧お
よび v₂＝直角位相の複屈折トランスジユーサの電圧 と、規定することができる。次に、電圧v₁および
v₂に変調信号を与え、そのため、 v₁＝B₁sinω₁ｔ＋V_1pff (19) v₂＝B₂cosω₂ｔ＋V_2pff (20) そこでは、 B₁およびB₂は変調振幅であり、 ω₁およびω₂は変調の周波数の2π倍であり、 ｔは時間であり、かつ、 V_1pffおよびV_2pffはトランスジユーサの電圧の
与えられたDC成分である。

次いで、検出器における強度は、 Ｉ（v₁，v₂）＝C²／２｛１＋ε²＋（１−ε²）sin（k₁B
₁ sinω₁ｔ＋k₁V_1pff）・sin（k₂B₂sinω₂ｔ＋k₂
V_2pff） (21) となる。次に、 C₁＝cos（k₁V_1pff） S₁＝sin（k₁V_1pff） C₂＝cos（k₂V_2pff） S₂＝sin（k₂V_2pff） α₁＝k₁B₁ α₂＝k₂B₂ にする。次いで、よく知られた三角法の恒等式ｓ
にする。次いで、よく知られた三角法の恒等式
sin（Ａ＋Ｂ）＝sinAcosB＋cosAsinBは、 Ｉ（v₁，v₂）＝C²／２｛１＋ε²＋（１−ε²）［sin（
α₁ sinω₁ｔ）C₁＋cos（α₁sinω₁ｔ）S₁］・［sin
（α₂cosω₂ｔ）C₂＋cos（α₂cosω₂ｔ）S₂］
(22) または Ｉ（v₁，v₂）＝C²／２｛１＋ε²＋（１−ε²）［C₁C₂si
n （α₁sinω₁ｔ）sin（α₂cosω₂ｔ）＋C₁S₂sin（α₁
sinω₁ｔ）cos（α₂cosω₂ｔ）＋S₁C₂cos（α₁
sinω₁ｔ）・sin（α₂cosω₂ｔ）＋S₁S₂cos（α₁
sinω₁ｔ）cos（α₂cosω₂ｔ）］｝ (23) を与える。

ベツセル（Bessel）の関数の定義の使用は、 cos（αsinθ）＝J₀（α）＋２（J₂（α）cos2θ＋J₄（
α）
cos4θ＋…） sin（αsinθ）＝２（J₁（α）sinθ＋J₃（α）sin3θ
… cos（αcosθ）＝J₀（α）−２（J₂（α）cos2θ−J₄（
α）
cos4θ＋…） sin（αcosθ）＝２（J₁（α）cosθ−J₃（α）cos3θ
＋
J₅（α）cos5θ… Ｉ（v₁，v₂）＝C²／２｛１＋ε²＋（１−ε²）［C₁C₂［
２ （J₁（α₁）sinω₁ｔ＋J₃（α₁）sin3ω₁ｔ＋
…）］・［２（J₁（α₂）cosω₂ｔ−J₃（α₂）
cos′3ω₂ｔ＋J₅（α₂）cos5ω₂ｔ−…）］＋C₁S₂
［２（J₁（α₁）sinω₁ｔ＋J₃（α₁）sin3ω₁ｔ＋
…）］・［J₀（α₂）−２（J₂（α₂）cos2ω₂ｔ−J₄
（α₂）cos4ω₂ｔ＋…）］＋S₁C₂［J₀（α₁）＋２
（J₂（α₁）cos2ω₁ｔ＋J₄（α₁）cos4ω₁ｔ＋
…）］・［２（J₁（α₂）cosω₂ｔ−J₃（α₂）
cos3ω₂ｔ−J₅（α₂）cos5ω₂ｔ−…）］S₁S₂
［J₀（α₁）＋２（J₂（α₁）cos2ω₁ｔ＋J₄（α₁）
cos4ω₁ｔ＋…）］［J₀（α₂）−２（J₂（α₂）
cos2ω₂ｔ−J₄（α₂）cos4ω₂ｔ＋…）］］｝ (24) を与える。方程式(24)は、第１図の検出器４２に
おける偏光制御システムの出力を、述べる。

サーボの利得は、次の部分に誘導される。誘導
は、復調方程式(24)を、sinωt₁によつて乗算しか
つ計数期間にわたつて積分することにより始ま
る。計数期間は、そのために偏光制御装置が利用
される特定の応用から得られる。デジタル同期復
調設計においては、積分期間は、復調周波数の期
間ｎの積分数でもあるべきである。

第４図において示される光フアイバ回転センサ
の場合においては、ｎ＝１は源偏光制御装置のた
めに選択され、かつｎ＝９はループ偏光制御装置
のために選択される。これらの値は、２つの偏光
得るより高いオーダの調波の一致を最小にするた
めに選択された。

次に、τ＝積分期間＝計数期間（光フアイバ
回転センサのために１秒）にする。次いで、以下
の定義および置換が使用される。

ω₁＝ω₂＝ω＝2πf＝2πn／τ θ＝ωt dθ＝ωdt dt＝dθ／ω θ（τ）＝ωτ＝2πn ω_LPC＝9ω_SPC したがつて、 θ_LPC＝9θ_SPCおよび ∫⁰〓dt＝１／ω∫ⁿ²〓₀dθ 次いで、同位相の信号の強度は、積分 Ｉ（（v₁，v₂）C²／2ω∫ⁿ²〓₀θ［（１＋ε²）sinθ
＋４（１ −ε²）C₁C₂［J₁（α₁）J₁（α₂）cosθsin²θ＋J₁
（α₂）J₃（α₁）cosθsin3θsinθ−J₁（α₁）J₃
（α₂）cos3θsin²θ−J₃（α₁）J₃（α₂）
cos3θsin3θsinθ＋J₁（α₁）J₅（α₂）cos5θsin²
θ＋J₃（α₁）J₅（α₂）cos5θsin3θsinθ］ ＋２（１＋ω₂）C₁S₂［J₀（α₂）J₁（α₁）sin²θ
＋J₀（α₂）J₃（α₁）sin3θsinθ −2J₁（α₁）J₂（α₂）cos2θsin²θ−2J₂（α₂）
J₃（α₁）cos2θsin3θsinθ＋2J₁（α₁）J₄（α₂）
cos4θsin²θ＋2J₃（α₁）J₄（α₂）
cos4θsin3θsinθ］＋２（１−ω₂）C₂S₁［J₀
（α₁）J₁（α₂）cosθsinθ＋2J₁（α₂）J₂（α₁）
cos2θcosθsinθ＋2J₁（α₂）J₄（α₁）
cos4θcosθsinθ−J₀（α₁）J₃（α₂）cos3θsinθ
−2J₂（α₁）J₃（α₂）cos2θcos3θsinθ−2J₃
（α₂）J₄（α₁）cos3θcos4θsinθ＋J₀（α₁）J₅
（α₂）cos5θsinθ＋2J₂（α₁）J₅（α₂）
cos2θcos5θsinθ＋2J₄（α₁）J₅（α₂）
cos4θcos5θsinθ］（１−ε²）S₁S₂［J₀（α₁）J₀
（α₂）sinθ＋2J₀（α₂）J₂（α₁）cos2θsinθ＋
2J₀（α₂）J₄（α₁）cos4θsinθ−2J₀（α₁）J₂
（α₂）cos2θsinθ−4J₂（α₁）J₂（α₂）cos²
2θsinθ−4J₂（α₂）J₄（α₁）cos2θcos4θsinθ＋
2J₀（α₁）J₄（α₂）cos4θsinθ＋4J₂（α₁）J₄
（α₂）cos2θcos4θsinθ＋4J₄（α₁）J₄（α₂）
cos²4θsinθ］］ (25) により与えられ、積分を行なうことは、 Ｉ（v₁，v₂）C²πn／ω（１−ε²）C₁S₂［J₁（α₁）J
₀ （α₂）＋J₁（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₂（α₂）−J
₃
（α₁）J₄（α₂）］ (26) を与える。次に、ＩおよびＱ座標は、方程式(18)の
特定のピークに関して、 Δv₁＝v₁₀＝v_1pff Δv₂＝v₂₀＝v_2pff そこでは、 k₁v₁₀＝（2n＋１）π／２ および k₂v₂₀＝（2n＋１）π／２ にされるように再規定される。

次いで、方程式(18)は、 Ｉ（Δv₁，Δv₂）＝C²／２［（１＋ε²（１−ε²）cos
（k₁ Δv₁）cos（k₂Δv₂）］ (27) となる。小さい誤差の信号Δv₁，Δv₂については、 C₁＝sin（K₁Δv₁）（K₁Δv₁） および S₂＝cos（K₁Δv₁）１ である。連続の場合のための位相信号Ｉにおける
小さい誤差は、 I₁（v₁，v₂）C²πn／ω（１−ε²）k₁Δv₁・［J₁（α
₁） J₀（α₂）＋J₁（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₂（α₂）
−
J₃（α₁）J₄（α₂）］ (28) サーボループ利得は、方程式(28)から計算され
る。

G₁Δv₁／I₁（v₁，v₂） Δv₁／〔c²πn／ω（１−ε²）k₁Δv₁［J₁（α₁）J₀
（α₂）＋J₁（α₁）J₂（α₂）※ ※ ／−J₃（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₄（α₂）］
〕(29) εがゼロの傾向がある場合については利得は、 G₁X₁／〔2C²π²τ／ω［J₁（α₁）J₀（α₂）＋J₁（α
₁）J₂（α₂）※ ※ −J₃（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₄（α₂）］〕
(30) となり、それは、 G₁X₁／｛C²πτ［J₁（α₁）J₀（α₂）＋J₁（α₁）J₂
（α₂）※ ※ ／−J₃（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₄（α₂）］
｝(31) となる。

その中に１対のデイスクリートなデジタルサー
ボループが実現される光フアイバ回転センサのた
めには、時間における積分はサンプリング期間
Δtにより分離された値の合計により置換され、
そのため積分は、_M 〓^m=1 Ｓ（mΔt））＝１／Δt∫〓₀∫S（ｔ）dt(32) となり、そこではＳ（mΔt）がデイスクリートな
またはサンプリングされた信号であり、Ｓ（ｔ）
は計数期間で、そのためΔt＝τ／Ｍである。周波数 ωは、ω＝2π／Ｔとして書くことができ、そこでは Ｔは偏光制御変調の期間である。数ＭはＭ＝
NCPC・NSTEPSとして書くことができ、そこ
ではNCPC＝ｎ＝計数期間当たりの変調のサイク
ルの数＝τ／Ｔである。源偏光制御装置５４のため に数ｎ＝１であり、かつループ偏光制御装置１５
６のためにｎ＝９である。NSTEPSは、変調波
におけるデイスクリートなサンプルの数であり、
かつ源偏光制御装置５４のためには９５４であ
り、かつループ偏光制御装置１５６のためには１
０６である。秒当たりの計数の数NCPSは、１／τ として書くことができる。したがつて、時間間隔
Δtは、 Δt＝１／NCPC・NSTEPS・NCPS＝ Ｔ／NSTEPS および ω＝2πn／τ である。次いで、検出器における強度は、 I₁（v₁，v₂）C²τ／Δt（１−ε²）k₁Δv₁／２・［J₁
（α₁） J₀（α₂）＋J₁（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₂（α₂）
−
J₃（α₁）J₄（α₂）］ (33) ＝C²・NSTEPS・ｎ（１−ε²）k₁Δv₁／２・ ［J₁（α₁）J₀（α₂）＋J₁（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁
）
J₂（α₂）−J₃（α₁）J₄（α₂）］ (34) である。

源偏光制御装置５４のためには、NSTEPS＝
954であり、ｎ＝NCPC＝１である。ループ偏光
制御装置１５６のためには、NSTEPS＝106であ
り、かつｎ＝NCPC＝９である。次いで、どちら
もゼロの近くのΔv₂およびεのためのサーボルー
プ利得は、 G₁X₁／｛C²π954［J₁（α₁）J₀（α₂）＋J₁（α₁）J₂
（α₂）−J₃（α₁）J₂（α₂）−J₃（α₁）J₄（α₂）］
｝(35) であり、そのためΔV₁＝G₁I₁である。同様の表現
が直角のチヤネルに適用され、そのためΔv₂＝G₂
I₂である。

方程式(35)は、１個のボードの偏光制御プログ
ラムにおけるサーボループ利得は計算するために
使用される。プログラムは、（v₁₀、v₂₀）により
規定される所望の偏光状態を得るために、V_1pff
およびV_2pffに量ΔV₁およびΔV₂を付加する。次い
で、最新のオフセツトv_1pffおよびV_2pffは、変調信
号（方程式19および20）に沿つて、１対のデジタ
ル−アナログ変換機（示されない）に出力され
る。これらのデジタル−アナログ変換機は、順番
に複屈折のトランスジユーサに電圧を印加する。
フアイバにおける複屈折は時間が経つにつれて変
化するので、偏光状態が最適の状態に戻されるこ
とを迅速に引き起こす誤差信号が発生される。光
フアイバ回転センサにおいて使用される変調周波
数は、源偏光制御装置５４のためには１Hzであ
り、かつループ偏光制御装置１５６のためには９
Hzであつてもよい。１秒のサーボループ遅延時間
は、フアイバの複屈折における遅いドリフトを確
かにトラツキングするために十分に短い。

偏光状態変調信号および光フアイバ回転センサ
の非可逆位相変調信号の相関的な強さは、一部分
が複屈折のトランスジユーサの変調振幅B₁なら
びにB₂および非可逆位相変調器のピークの位相
のずれにより、決定される。２つの変調された偏
光制御装置（４次元）の場合のためにはピークの
非可逆位相シフト感度点は、光フアイバ回転セン
サの非可逆位相変調周波数の第２の調波における
10％より少ない振幅の減少に対応する。２次元の
場合のセンサの非可逆位相変調周波数。２次元の
場合のピークの非可逆位相シフト感度点は、第２
の調波信号における46％の振幅の減少を結果とし
て引き起こす。変調は、また偏光制御装置の誤差
信号の正確さに影響を与える。

この発明の光フアイバのコヒーレントな通信シ
ステムへの応用 第５図は、好ましくは第１図の偏光制御サーボ
システム２０と本質的に同一である偏光制御シス
テム２５２を含む、光フアイバのコヒーレントな
光通信システム２５０を例示する。デイスクリー
トなフイードバツクレーザ２５４にデータ信号が
入力され、それはデータを含む出力ビームを生じ
る。レーザ２５４の出力ビームはレンズ２５６の
上に入射され、それはビームを光学アイソレータ
システム２５８を介して向ける。光学アイソレー
タシステムは、光のワン・ウエイ伝搬を確実に
し、信号をデータ信号を光フアイバ２６２に向け
るレンズ２６０に向ける。光フアイバ２６２は、
一般的には１個のモードの光フアイバであり、か
つ典型的な通信システムにおいて約100キロメー
トルの長さを有してもよい。光フアイバ２６２に
おける信号は光結合装置２６４の上に衝突し、そ
れはフアイバ２６２における信号を光フアイバ２
６６により導波される信号と組合せる。

光フアイバ２６６への信号入力は、外部の格子
レーザでもよいレーザ２６８において始まる。レ
ーザ２６８の出力は、偏光制御システム２５２へ
のフアイバ２６６により、導波される。偏光制御
は通信システム２５０において望ましい、なぜな
らばフアイバ２６６における信号はフアイバ２６
２における信号を復調するために使用されるから
である。したがつて、フアイバにおける光信号
は、復調のために必要とされる混合を生ずるため
に互いに干渉しなければならない。フアイバ２６
２および２６６における信号は、信号のフエージ
ングを妨げるために同一の偏光を有さなければな
らない。

組合せられた光信号は、好ましくはゲルマニウ
ム（Germanium）アバランシエフオトダイオー
ドである検出器２７０の上に入射される。検出器
２７０の出力は、データ信号を復調信号と混合す
ることにより形成された干渉パターンを示す電気
信号である。電気信号は、増幅器２７２により増
幅され、フイルタ２７３により帯域通過ろ波さ
れ、かつ次いで周波数弁別器２７６に入力され
る。周波数弁別器２７６の出力は、その出力が通
信システム２５０のデータ信号入力であるローパ
スフイルタ２７８への入力である。

周波数弁別器２７６の出力は、偏光制御電子回
路２８２に入力され、それは制御信号を偏光制御
システム２５２に与える。周波数弁別器２７６の
出力は、またローパスフイルタ２８４に入力さ
れ、かつ次いで増幅器２８６により増幅される。
増幅器２８６の出力は、レーザ２６８に、それに
周波数の安定を与えるために与えられる。

フアイバ２６２および２６６における光キヤリ
ア信号における差異は、検出器２７２の出力がそ
の最大の値より少なくなるようにさせるであろ
う。偏光制御電子回路に与えられた周波数弁別器
２７６の出力はフアイバ２６６における信号の偏
光がフアイバ２６２における信号の偏光に整合す
るように調整され、かつ光検出器２７２の出力が
その最大の値に戻るようにさせる。

第６図を参照すると、通信システム２９０は好
ましくは第１図に関して上に述べられた偏光制御
装置２０に実質的に同一の偏光制御装置２９２を
含む。好ましくは拡張された空洞レーザであるレ
ーザ２９４は、位相変調器２９６を介して通過す
る光のビームを与える。データ情報がその上に課
せられた電子発振信号が位相変調器に与えられ、
かつキヤリアおよびデータ信号を伝送された光の
上に課す。次いで、光ビームは信号を受信機３０
４に伝送するフアイバ３０２に入る。受信機３０
４は、データおよびキヤリア信号をフアイバ３１
０により運ばれた復調信号を組合せる光結合装置
３０６を含む。光結合装置３０６は、好ましくは
50％の結合効率を有し、そのため第６図において
見られるような結合装置に右側の上のフアイバ３
０２および３１０の部分は、データおよび変調信
号の双方の等しい部分を含む。

フアイバ３０２および３１０により運ばれたビ
ームは、それぞれ検出器３１２および３１４に入
力される。検出器３１２および３１４の出力は、
一緒に接続され、次いで増幅器３１６に入力され
る。増幅器３１６の出力は、増幅器３２２に入力
され、次いで位相検出器３２０に入力され、それ
は受信機３０４のデータ出力信号を与える。

増幅器３１６の出力は、また増幅器３２２に入
力され、それは、偏光制御電子回路３２４におよ
び周波数ロツク回路３２６に増幅され信号を与え
る。偏光制御電子回路３２４は、３つのフアイバ
スクイーザ３４ないし３６を制御するための第１
図の電子回路２８と実質的に同一でもよい。周波
数ロツク回路３２６は、信号を拡張された空洞レ
ーザでもよい局部発振器の拡張された空洞レーザ
３２８に与える。局部発振器３２８の光信号の偏
光における光結合装置３０６への信号入力のそれ
からのずれは、偏光制御装置２９２を駆動するた
めに使用される誤差信号を生じ、次いでそれはフ
アイバ３１０からの光の偏光が検出器３１２およ
び３１４におけるフアイバ３０２からの光のそれ
と同一になるように、調整する。

ここに、例示されかつ述べられた構造は、この
発明の原理を例示する。この発明の精神から逸脱
することなしに例示された実施例への修正を行な
うことができる。したがつて、この発明は、前掲
の特許請求の範囲により規定された主題およびす
べての妥当な均等物を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ源、光フアイバ、３バンクの
偏光制御装置、偏光器、検出器および二重チヤネ
ルのアナログサーボを含む、偏光制御システムを
例示する。第２図は、検出ループとともに利用さ
れる偏光制御装置における複屈折のトランスジユ
ーサの２つのバンクに印加された電圧に対する光
フアイバ回転センサ出力信号の３次元の図示であ
る。第３図は、他の複屈折のトランスジユーサが
最大の光出力に調整されるときの複屈折のトラン
スジユーサに一方に印加された電圧の関数として
の第２図の出力信号の図表による表現である。第
４図は、活性偏光制御を含む光フアイバ回転セン
サを、概略的に例示する。第５図は、活性偏光制
御を有する１個の光検出器光ヘテロダイン受信機
を含む、コヒーレントな光フアイバ通信システム
を例示する。第６図は、平衡ミクサ、二重光検出
器、活性偏光制御を有する光ヘテロダイン受信機
を含む、コヒーレントな光フアイバ通信システム
を例示する。第７図は、光フアイバにおける光の
偏光を制御するための手で調整されるスプール型
式の偏光制御装置を例示する。第８図は、圧電に
より駆動され、応力誘導の、３バンク偏光制御装
置を例示する。第９図は、光フアイバにより導波
された光の偏向するための偏光器を例示する。第
１０図は、光の周波数を変えるために使用されて
もよい音響光変調器を例示する。 図において、２０は偏光制御サーボシステム、
２２は偏光制御装置、２４は光フアイバセンサル
ープ、２６は偏光器、２８は電子回路、３０は光
源、３２は光フアイバ、３４ないし３６はPZT
フアイバスクイーザ、３８はフレーム、４０は
PZTアクチユエータ、４２は光検出器、４４は
増幅器、４６および４８はミクサ、４７および４
９は変調信号、５０は光フアイバ回転センサ、５
２は光源、５３は光フアイバ、５４は源偏光制御
装置、５６ないし５８はPZTフアイバスクイー
ザ、５９は光フアイバ方向結合装置、６０は光ト
ラツプ、６２は偏光器、６３は光フアイバ、７０
はサブストレート、７２は複屈折の水晶、８０は
光結合装置、８２はフアイバ、８４は偏光制御装
置、９８はベース、９９ないし１０２はブロツ
ク、１０３ないし１０５はスプール、１０６ない
し１０８はシヤフト、１０９ないし１１１はコイ
ル、１２０は偏光制御装置、１２２はレンズ、１
２４は音響光変調器、１２６は水晶、１２８は音
響トランスジユーサ、１３０，１３２および１３
４は表面、１４０は発振器、１４２は増幅器、１
４４はレンズ、１５０は光フアイバ、１５２は検
出コイル、１５６はループ偏光制御装置、１６０
は信号処理ユニツト、１７０はレンズ、１７２は
表面、１７４は音響光変調器、１７６は電圧制御
発振器、２００は光検出器、２０２は増幅器、２
０４はフイルタ、２０６は位相感応検出器、２０
８は信号発生器、２１０は積分器、２１２は加算
増幅器、２５０は光フアイバのコヒーレントな光
通信システム、２５２は偏光制御システム、２５
４はデイスクリートなフイードバツクレーザ、２
５６はレンズ、２５８は光学アイソレータシステ
ム、２６０はレンズ、２６２は光フアイバ、２６
４は光結合装置、２６６は光フアイバ、２６８は
レーザ、２７０は検出器、２７２は増幅器、２７
３はフイルタ、２７６は周波数弁別器、２７８は
ローパスフイルタ、２８２は偏光制御電子回路、
２８４はローパスフイルタ、２６８は増幅器、２
９０は通信システム、２９２は偏光制御装置、２
９４はレーザ、２９６は位相変調器、３０２はフ
アイバ、３０４は受信機、３０６は光結合装置、
３１０はフアイバ、３１２および３１４は検出
器、３１６は増幅器、３２０は位相検出器、３２
２は増幅器、３２４は偏光制御電子回路、３２６
は周波数ロツク回路、３２８は局部発振器の復調
された空洞レーザである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光導波路により導波された光の偏光を制御す
   るためのシステムであつて、 光導波路の上で平行な軸に沿つて作用するよう
   に配置された第１のトランスジユーサおよび第２
   のトランスジユーサと、平行な軸の間におかれか
   つそこから角度が45°変位される軸上にある第３
   のトランスジユーサとを含む、光導波路の複屈折
   を制御するための装置と、 第１および第２のトランスジユーサの各々に第
   １の制御信号を与えるための装置と、 第３のトランスジユーサに第２の制御信号を与
   えるための装置とを特徴とし、第１および第２の
   制御信号は時間直角位相であり、さらに、 光導波路により導波された光の強度を示す電気
   信号を形成するための装置と、 光導波路により導波された光の偏光状態および
   予め定められた所望の偏光状態の間の差異を示す
   誤差信号を形成するために電気信号を処理するた
   めの装置と、 光導波路により導波された光の偏光状態および
   所望の偏光状態の間の差異を最小にするために誤
   差信号を第１および第２の制御信号と組合せるた
   めの装置とを特徴とする、システム。 ２ 光導波路により導波された光の偏光を制御す
   るための方法であつて、 第１のトランスジユーサおよび第２のトランス
   ジユーサを光導波路の上で平行な軸に沿つて作用
   するように配置するステツプと、第３のトランス
   ジユーサを平行な軸の間に位置されかつそこから
   角度が45°変位される軸上に置くステツプとによ
   り、光導波路の複屈折を制御するステツプと、 第１および第２のトランスジユーサの各々に第
   １の制御信号を与えるステツプと、 第３のトランスジユーサに第２の制御信号を与
   えるステツプとを特徴とし、第１および第２の制
   御信号は時間直角位相にあり、さらに、 光導波路により導波された光の強度を示す電気
   信号を形成するステツプと、 光導波路により導波された光の偏光状態および
   予め定められた所望の偏光状態の間の差異を示す
   誤差信号を形成するように電気信号を処理するス
   テツプと、 光導波路により導波された光の偏光状態および
   所望の偏光状態の間の差異を最小にするように、
   誤差信号を第１および第２の制御信号と組合せる
   ステツプとを特徴とする、方法。