JPH07128078A - カー効果補償を伴なう干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファイバ光学リング干渉計にあって、カー効
果で誘起された位相差を取除く手法を提供する。 【構成】 カー効果に起因した誤差が多重モード光源、
ファイバ光学ケーブルそして光源からの光をループに結
合する結合器とを用いて減少又は消去される。その多重
モード光源は各モードの光信号の和であり複数の周波数
を有する総和光信号を放射するものであり、その結合器
はループに反対方向に伝播する第１と第２の光源を与え
るものである。本発明の特徴事項は、光源から放射され
る光の総和信号の電界の振幅が次のような関係となるよ
うにされている。即ち、総和光信号の強度の２乗の平均
値と総和光信号の強度の平均値の２乗の２倍との間の差
が十分小さくなるようにし、カー効果に起因する回転速
度誤差を時間当たり０．１度以下の値になるよう減少さ
せそれにより光波の平均伝播定数の差が減じられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明はファイバ光学干渉計に関し、
より特定的には、回転感知のためのファイバ光学リング
干渉計に関するものである。

【０００２】ファイバ光学リング干渉計は、典型的に
は、ファイバ光学材料からなるループを備えており、光
波はそのループに結合され、さらにそのループに沿って
それぞれ反対方向に伝播する。ループを通過した後に、
互いに反対方向に伝播する波は結合され、このためそれ
らの波は建設的にまたは破壊的に干渉して光学出力信号
を形成する。この光学出力信号の強度は、干渉の形式お
よび量の関数として変化し、これは、次には、互いに反
対方向に伝播する波の相対位相に依存している。

【０００３】リング干渉計は、回転感知に特に有用であ
ることが証明されている。ループの回転は、位相差の総
計が回転の速度に対応する、周知の“サグナック（Sagn
ac)"効果に従って、互いに反対方向に伝播する波の間の
相対的な位相差を生み出す。再結合されたときに、互い
に反対方向に伝播する波の干渉によって生じる光学出力
信号は、ループの回転速度の関数として強度を変化させ
る。回転感知は、この光学出力信号の検出によって完了
する。

【０００４】リング干渉計が、慣性航法に必要とされる
よりも実質的により良好な回転感知精度（たとえば、１
時間あたり０．００１°またはそれ以下）を与えること
ができるべきであることを数学上の計算が示す一方で、
実際に達成される結果は一般的には理論上の予想と一致
してはいない。理論上および実際の結果の間の不一致に
対するいくつかの理由は、レイリー（Rayleigh) の後方
散乱によって引起こされる見かけ上の波、および残りの
ファイバの複屈折によって生じ、非回転的に誘起された
位相差を含むものとして確認されている。

【０００５】より最近においては、回転感知の精度はま
た、Ａ．Ｃ．カー効果（Kerr Effect)によっても制限さ
れるということが発見された。Ａ．Ｃ．カー効果とは周
知の光学的な効果であり、変化している電界に物質を置
いたときにその物質の屈折率が変化するという効果であ
る。光ファイバにおいて、そこを通って伝播する光波の
電界自身が、カー効果に従ってファイバの屈折率を変化
させることができる。変化の大きさは、電界の２乗また
は光強度に比例する。波の各々に対するファイバの伝播
定数は屈折率の関数であるので、カー効果はそれ自体、
伝播定数の強度依存の摂動であることは明白である。そ
のような摂動が互いに反対方向に伝播する波の各々に対
して正確に同一となるよう起こらなければ、Ａ．Ｃ．ま
たは光学カー効果は、波を異なる速度で伝播させ、これ
は波の間の非回転的に誘起された位相差をもたらし、か
つこれによって見かけ上の信号を作り出し、これは回転
によって誘起された信号から区別することができない。
この見かけ上の、カー誘起された信号は、現在の、技術
的現状におけるファイバ光学回転感知干渉計における長
期間ドリフトの主な原因である。このように、ファイバ
光学干渉計、特に、慣性航法級の回転センサのような高
い送信精度を要するものにおいて、カー誘起された位相
差を減少しまたは取除く必要がある。

【０００６】

【発明の概要】この発明は、カー効果によって引起こさ
れる誤差が光源を用いることによって減少されまたは取
除かれる回転感知干渉計を含み、この光源は、いくつか
の異なる波長を有し、単一モードの光ファイバからなる
ループを含むジャイロスコープに光を与える振動モード
を含む出力を供給する。もしも互いに反対方向に伝播す
る波の各々が、５０％のデューティサイクルを有してい
れば、カー効果誤差が取除かれまたは実質的に減少され
ることが発見されている。異なる波長は互いにぶつかり
あって反対方向に伝播する波に強度の変化を引起こし、
これは各々の波に対して５０％のデューティサイクルを
もたらす。もしも、反対方向に伝播する波が多重モード
の光源から始まるならば、干渉計ループを通過する間に
各々の波によって積算された、カー誘起された位相偏移
の、不可逆性の、強度加重平均が、モードの数に逆比例
して変化し、したがって完全なカー効果補償をもたらす
ことになる。

【０００７】ここで用いられるように、“多重モードの
光源”という用語は、複数の周波数を発生する光源のこ
とを言い、実質的に単一周波数で光を発生する単一モー
ドの光源に対するものである。

【０００８】単一モード光ファイバは、所定の波長の範
囲内でただ１つの横方向のパワー配分（transverse pow
er distribution)を有している。しかしながら、単一モ
ードファイバは、同時にいくつかの波長を誘起し、すべ
ての誘起された波長は、電界ベクトルが伝播の方向に対
して直角であるトランスバースエレクトリック（transv
erse electric)すなわちＴＥのような同一の横方向のパ
ワー配分を有する。この発明の回転センサは、互いに反
対方向に伝播する波をループに導入するファイバ光学結
合器を含む。ループを通過した後に、波は結合器におい
て再結合されて干渉パターンを形成する。振動モードは
結合器において再結合し、このため、対応する反対方向
に伝播するモードは互いに干渉し合い、サグナック位相
偏移がそこから測定される干渉パターンを生じる。

【０００９】この発明の第２の実施例は、５０％よりも
大きなデューティサイクルをもたらす多重モード光源
と、多重モード出力を変調してループへの入力のために
５０％のデューティサイクルを有する光信号を発生する
変調器とを含んでいる。この発明によるカー効果に対す
る補償によって、感知誤差の主な原因は、実質的に減少
されまたは取除かれる。この発明によるカー効果補償
は、ジャイロスコープに使用する慣性航法級のファイバ
光学回転センサの開発における大きな躍進であると信じ
られている。

【００１０】

【実施例】カー効果補償手段に加えて、この発明の好ま
しい実施例はまた、回転速度を示す光学出力信号の強度
を検出するための同期検出システムと、ファイバループ
における光の偏光を維持する偏光制御システムとを含ん
でいる。これらのシステムは、オプティクスレターズ
（Optics Letters) 第１５巻第１１号（１９８０年１１
月）の４８８頁ないし４９０頁において、および１９８
２年３月３１日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／
ＵＳ８２／００４００において説明されており、これら
は援用されてここに含まれている。そこに描かれている
偏光制御および同期検出システムは、この発明のカー効
果補償に使用するのに適切であり、かつここに描かれた
回転感知干渉計の全体的な性能に貢献している。好まし
い実施例がこれらのシステムを援用してまず説明され、
さらに引き続いて、特にカー効果補償に関する詳細な説
明がなされる。しかしながら、この発明のカー効果補償
は一般的な適用を有しており、かつ好ましい実施例を援
用して説明した形式以外のリング干渉計にも利用される
ということが始めに理解されるべきである。

【００１１】図１に示されるように、好ましい実施例の
回転感知干渉計は、光ファイバ１２の連続的な長さまた
はストランドに光を導入する光源１０を含み、光ファイ
バ１２の一部分は曲げられて感知ループ１４になる。こ
こで用いられるように、参照番号１２は一般的に、光フ
ァイバの連続するストランドの全体を示し、一方で後に
文字（Ａ，Ｂ，Ｃなど）を伴う数字１２は、光ファイバ
１２の各部を示す。

【００１２】示された実施例において、光源１０は好ま
しくは、複数のモードにおいて誘導放出の原理に従って
動作する超放射ダイオード（super − radiant diode）
または超発光ダイオード（super luminescent diode)を
含む。特定の例によると、光源１０は、１９８２年１０
月１日の Appl. Phy. Lett. ４１（７）の５８７頁ない
し５８９頁において、Wang et al. によって説明された
GaAlAs ２重−異種構造レーザ（double−heterostruct
ure laser)を含んでいる。

【００１３】ファイバ光学ストランド１２は、たとえ
ば、８０ミクロンの外径および４ミクロンのコア直径を
有する単一モードファイバを含む。ループ１４は、複数
回巻かれたファイバ１２を含み、スプールまたは他の適
切な支持体（図示せず）のまわりに巻付けられる。特定
の例によると、ループ１４は１４センチメートルの直径
を有する形状に曲げられたほぼ１０００巻のファイバを
有している。

【００１４】好ましくは、ループ１４は、中央から始ま
って対称的に曲げられ、このためループ１４の各対称点
は極めて接近している。特定的に、ループ１４の中央部
分の巻きがスプールに隣接して最も深いところに位置付
けられるようにファイバがスプールのまわりに巻付けら
れかつ、ファイバループ１４の両端部が中央の巻きのま
わりに対称形に位置付けられかつループ１４の外側で自
由に近づくことが可能であるようにループの端部に向う
巻きがスプールから最も離れて配置されている。そのよ
うな対称形は、時間によって温度および圧力勾配を変化
させて、互いに反対方向に伝播する波の双方に対し同様
の効果を与えるので、これは回転センサの環境の感度を
弱めるものと信じられている。

【００１５】光源１０からの光は、レンズ１５によって
ファイバ１２の一端に光学的に結合される。レーザ１０
およびレンズ１５は、光源１６として集合的に示され
る。光を導きかつ処理する種々の構成要素が、連続的な
ストランド１２に沿って様々な位置に配置されあるいは
形成されている。これらの構成要素の相対的な位置を説
明するために、連続的なファイバ１２は、各々１２Ａか
ら１２Ｇとして示された７つの部分に分割されて示さ
れ、部分１２Ａないし１２Ｅはループ１４の、光源１６
に結合されている片側の上にあり、部分１２Ｆおよび１
２Ｇは、ループ１４の反対側の上にある。

【００１６】光源１６に隣接して、ファイバ部分１２Ａ
および１２Ｂの間に、偏光コントローラ２４が存在す
る。コントローラ２４として用いられる偏光コントロー
ラの適切な形式は、エレクトロニクスレターズ（Electr
onics Letters)の第１６巻第２０号（１９８０年９月２
５日）の７７８頁ないし７８０頁において説明されてお
り、これは援用されてここに含まれている。偏光コント
ローラ２４の説明が引き続きなされるが、しかしなが
ら、コントローラ２４が与えられた光の偏光の状態およ
び方向の双方を調整させるということが現時点で理解さ
れるべきである。

【００１７】ファイバ１２はその後、ファイバ部分１２
Ｂおよび１２Ｃの間に位置する、方向性結合器２６の、
ＡおよびＢとして示されたポートを介して通過するが、
この方向性結合器２６は、結合器２６のＣおよびＤとし
て示されたポートを介して通過する光ファイバ２８の第
２のストランドに光学パワーを結合し、このポートＣは
結合器の、ポートＡと同じ側部にあり、かつポートＤは
結合器の、ポートＢと同じ側部に存在する。ポートＤか
ら延びるファイバ２８の端部は、“ＮＣ”（“結合され
ていない”という意味である）として示されたポイント
に無反射的に到達し、一方でポートＣから延びるファイ
バ２８の一端は光検出器３０に光学的に結合される。特
定の例によると、光検出器３０は、標準的な、逆バイア
スされた、シリコン、ピンタイプフォトダイオードを含
んでいる。この発明に用いるのに適した結合器は、発行
番号００３８０２３として、１９８１年１０月２１日の
公報番号８１／４２において発行された、ヨーロッパ特
許出願番号８１．１０２６７７．３において開示されて
おり、これは援用されてここに含まれている。

【００１８】偏光子３２を介して通過した後に、ファイ
バ１２は、ファイバ部分１２Ｄおよび１２Ｅの間に位置
する方向性結合器３４の、ＡおよびＢとして示されたポ
ートを介して通過する。結合器３４は好ましくは結合器
２６に関して説明したものと同一の形式である。ファイ
バ１２はその後曲げられてループ１４となり、ループ１
４とファイバ部分１２Ｆとの間に偏光コントローラ３６
が配置される。偏光コントローラ３６は、コントローラ
２４について述べられた形式のものであり、かつループ
１４を介して各々反対方向に伝播する波の偏光を調整す
るために利用され、このため、これらの波の重ね合わせ
によって形成される光学出力信号は、光学パワーの損失
を最小限にしながら、偏光子３２によって効率的に通過
させられる偏光を有している。このように、偏光コント
ローラ２４、３６の双方を利用することによって、ファ
イバ１２を介して伝播する光の偏光が、最大限の光学パ
ワーを得るように調整される。

【００１９】位相変調器３８は、ＡＣ発生器４０によっ
て駆動され、ライン４１によってそこに接続されるが、
ループ１４およびファイバ部分１２Ｆの間で、ファイバ
１２上に装着されている。変調器３８は、ＰＺＴシリン
ダを備え、そのまわりにファイバ１２が巻付けられてい
る。ファイバ１２はシリンダにかたく巻付けられてお
り、このため、発生器４０からの変調信号に応答してシ
リンダが放射状に拡がるときに、シリンダはファイバ１
２を引き延ばす。この発明に用いるのに適切な、他の形
式の位相変調器（図示せず）は、ＰＺＴシリンダを含
み、それはシリンダの両端において毛細管の長手に短く
巻付けられたファイバ１２の４つのセグメントを長手方
向に引き延ばす。当業者は、上述の他の形式の変調器
が、変調器３８よりもより低い程度の偏光変調を、伝播
している光学信号に与えることを認識するであろうが、
しかしながら、位相変調器３８は位相変調器によって誘
起された偏光変調の望ましくない影響を取除く周波数で
動作するということが引き続き認識されるであろう。こ
のように、いずれの形式の位相変調器もこの発明に使用
するのに適している。

【００２０】ファイバ１２はその後、結合器３４のＣお
よびＤとして示されたポートを介して通過し、ファイバ
部分１２ＦはポートＤから延びかつファイバ部分１２Ｇ
はポートＣから延びる。ファイバ部分１２Ｇは“ＮＣ”
（“結合されていない”という意味である）として示さ
れたポイントまで無反射的に到達する。Ａ．Ｃ．発生器
４０からの出力信号はロックイン増幅器４６へのライン
４４上に与えられ、この増幅器はまたライン４８によっ
て光検出器３０の出力を受取るように接続されている。
増幅器４６へのこの信号は、増幅器４６を能動化するた
めの基準信号を供給し、位相変調器３８の変調周波数に
おいて検出器出力信号を同期的に検出する。このよう
に、増幅器４６は、位相変調器３８の基本周波数（すな
わち第１の高調波）においてバンドパスフィルタを効率
的に提供し、この周波数の他のすべての高調波を遮断す
る。検出された信号は、典型的には１秒ないし１時間の
オーダの時間間隔にわたって積分され、平均化してラン
ダムノイズを取除く。検出器出力信号のこの第１の高調
波成分の大きさは、動作レンジを通して、ループ１４の
回転速度に比例する。増幅器４６は、この第１の高調波
成分に比例する信号を出力し、かつ回転速度の直接の指
示を与え、これは増幅器出力信号をライン４９上のディ
スプレイパネル４７に与えることによって、ディスプレ
イパネル４７上に視覚的に表示される。

【００２１】結合器２６および３４ この発明の回転センサまたはジャイロスコープにおいて
結合器２６および３４として使用される好ましいファイ
バ光学方向性結合器は、図２に描かれている。この結合
器は、単一モードファイバ光学材料の２つのストランド
５０Ａおよび５０Ｂを含んでおり、これらはそれぞれア
ーチ状の溝５２Ａおよび５２Ｂの中に長手方向に取付け
られている。この溝５２Ａおよび５２Ｂは、それぞれ、
矩形のベースすなわちブロック５３Ａおよび５３Ｂの光
学的に平坦な相対する表面に形成されている。溝５２Ａ
の中にストランド５０Ａが取付けられたブロック５３Ａ
を結合器の片側５１Ａと呼び、溝５２Ｂの中にストラン
ド５０Ｂが取付けられたブロック５３Ｂを結合器の片側
５１Ｂと呼ぶことにする。

【００２２】アーチ状の溝５２Ａおよび５２Ｂは、ファ
イバ５０の直径に比べて非常に大きな曲率半径を有し、
さらにファイバの直径よりも少し大きな幅を有すること
によって、ファイバ５０をその中に取付けたときに、溝
５２の底壁によって定められる経路に従って固定される
ようになっている。溝５２Ａおよび５２Ｂの深さは、ブ
ロック５３Ａおよび５３Ｂの中心部分における最小値か
ら、ブロック５３Ａおよび５３Ｂのエッジにおける最大
値まで、それぞれ変化している。これは、ファイバ光学
ストランド５０Ａおよび５０Ｂをそれぞれ溝５２Ａおよ
び５２Ｂの中に取付けたとき、これらが中心部分に向っ
てゆるやかに集まり、ブロック５３Ａ、５３Ｂのエッジ
に向ってゆるやかに拡がることによって、モードの摂動
を通してパワーの損失を発生することがある、ファイバ
５０の方向におけるどのような鋭い湾曲や急激な変化も
防止することができるという利点を持っている。示され
た実施例において、溝５２は断面が矩形となっている
が、この代わりに、たとえばＵ型の断面やＶ型の断面と
いった、ファイバ５０によって都合の良い、他の適当な
断面の輪郭も用いられてもよいことが理解されよう。

【００２３】ここに示されている実施例においては、ブ
ロック５３の中心部分において、ストランド５０を取付
ける溝５２の深さはストランド５０の直径よりも小さく
なっており、一方、ブロック５３のエッジにおいて溝５
２の深さは好ましくは少なくともストランド５０の直径
と同じ大きさとなっている。ストランド５０Ａおよび５
０Ｂからは、たとえばラッピングによって、ファイバ光
学材料が取除かれており、これによってそれぞれ楕円形
の平坦な表面を形成するが、この平坦な表面はブロック
５３Ａ、５３Ｂの相対する平面と同一平面上に存在する
ことになる。ここではこの、ファイバ光学材料が取除か
れた楕円形の表面を、ファイバ“対向表面（facing sur
face）”と呼ぶことにする。したがって取除かれたファ
イバ光学材料の量は、ブロック５３のエッジの方向にお
ける０からゆるやかに増大し、ブロック５３の中心部分
の方向で最大値となる。ファイバ光学材料を先細に取除
くことによって、ファイバがゆるやかに狭くなり、ま
た、広くなり、これは、後方反射と光エネルギの損失が
過剰になることを防止するために有利である。

【００２４】ここに示した実施例においては、結合器の
片側５１Ａおよび５１Ｂは同一のものであって、ブロッ
ク５３Ａおよび５３Ｂの表面が互いに相対するように設
置し、ストランド５０Ａおよび５０Ｂの対向表面が対向
する関係にあるように並べることによって組立てられ
る。

【００２５】屈折率整合オイルのような屈折率整合物質
（図示せず）を、ブロック５３の相対する表面の間に配
置する。この物質は、クラッドの屈折率とほぼ等しい屈
折率を有しており、さらに光学的に平坦な表面が互いに
永久的にロックされてしまうことを防止するという機能
をも果たすものである。このオイルは、毛細管作用によ
ってブロック５３の間に入れられる。

【００２６】相互作用領域５４はストランド５０の接合
部に形成されるが、ここではエバネセントフィールド結
合によってストランドの間で光が転送される。適当なエ
バネセントフィールド結合を保証するためには、ストラ
ンド５０のコア部分の間の距離が、予め定められた“臨
界ゾーン”の中に入っているように、ファイバ５０から
取除かれる材料の量を注意して制御しなければならない
ということが判明している。このエバネセントフィール
ドはクラッドの中に拡がり、それらのそれぞれのコアの
外側では距離が大きくなるとともに急速に減少する。こ
のためそれぞれのコアが実質的に他方のエバネセントフ
ィールドの中にあるようにするためには、十分な量の材
料を取除く必要がある。取除く量が少なすぎる場合に
は、コアの間の接近が十分でなく、エバネセントフィー
ルドに、誘導されたモードの間の所望の相互作用を生じ
させることができず、その結果、結合が不十分となる。
逆に、取除く量が多すぎる場合にはファイバの伝播特性
が変わって、モード摂動に起因する光エネルギの損失が
起こる。しかしながら、ストランド５０のコアの間の距
離が臨界ゾーン内にあれば、それぞれのストランドは、
他のストランドからのエバネセントフィールドエネルギ
の有意な一部分を受取り、さらに、重大なエネルギ損失
なしに良好な結合を達成することができる。この臨界ゾ
ーンは、ファイバ間の結合が達成されるような、すなわ
ちそれぞれのコアが他のエバネセントフィールドの中に
あることになるような十分な強さでファイバ５０Ａおよ
び５０Ｂのエバネセントフィールドが重なる領域を含ん
でいる。しかしながら、前に示したように、コアの間が
あまりにも接近しすぎると、モード摂動が発生してしま
う。たとえば、弱く誘導されたモードたとえば単一モー
ドファイバの中のＴＥ₁₁モードに対しては、このような
モード摂動は、ファイバ５０から十分な物質が取除かれ
てそれらのコアを露出したときに発生し始めるものと考
えられている。このため、臨界ゾーンは、エバネセント
フィールドが十分な強さで重なり合うが、実質的なモー
ド摂動によって誘起されるパワー損失は生じないような
結合を発生させる領域として定義される。

【００２７】特定の結合器に対する臨界ゾーンの範囲は
ファイバ自身のパラメータや結合器の幾何学的な形状な
どのような、互いに関係を持った多くのファクタに依存
している。さらにステップインデックス断面を持つ単一
モードファイバに対しては、この臨界ゾーンは非常に狭
いものとなることが可能である。ここに示した形式の単
一モードファイバ結合器においては、結合器の中心部に
おけるストランド５０の間の中心間距離は、典型的には
コアの直径の数倍（たとえば２−３倍）よりも小さいも
のが要求される。

【００２８】好ましくは、ストランド５０Ａおよび５０
Ｂは、（１）互いに同一のものであり；（２）相互作用
領域５４において同じ曲率半径を持ち、そして；（３）
それからは等量のファイバ光学材料が取除かれてそれぞ
れの対向表面を形成している。したがって、ファイバ５
０は、相互作用領域５４を通して、それらの対向表面で
対称的なものとなっており、このため、それらの対向表
面は、重ねられたときに同一の拡がりを持っており、こ
れによって２つのファイバ５０Ａおよび５０Ｂは相互作
用領域５４において同じ伝播特性をも持つことになり、
それによって、伝播特性が異なっている場合に生びる結
合吸収を防止することができる。

【００２９】ブロックすなわちベース５３は、適当な剛
性材料であればどのようなものから作られていてもよ
い。ここでの好ましい実施例では、ベース５３は、約１
インチの長さ、約１インチの幅そして約０．４インチの
厚さを持った、溶融石英ガラスの矩形ブロックを一般に
備えている。この実施例では、ファイバ光学ストランド
５０はエポキシ接着剤のような適当な接合剤によってス
ロット５２の中に固定されている。溶融石英ガラスブロ
ック５３を用いることの利点のうちの１つは、それがガ
ラスファイバと同様の熱膨張係数を持っていることであ
り、この利点は、ブロック５３とファイバ５０とが、製
造プロセスの間において少しでも熱処理を受ける場合に
は、特に重要なものである。ブロック５３として適当な
他の材料はシリコンであり、これもまた、この応用のた
めの優れた熱的性質を持っている。

【００３０】結合器は、図２においてＡ，Ｂ，Ｃおよび
Ｄとして示された４つのポートを含んでいる。図２を全
体的に見ると、それぞれストランド５０Ａおよび５０Ｂ
に対応するポートＡおよびＣはこの結合器の左側にあ
り、一方ストランド５０Ａおよび５０Ｂにそれぞれ対応
するポートＢおよびＤはこの結合器の右側にある。以下
の議論の便宜上、入力光はポートＡに与えられているも
のとする。この光は結合器を通ってポートＢおよび／ま
たはポートＤから出力されるが、この出力はストランド
５０の間で結合されるパワー量に依存している。これに
関して、“正規化され結合されたパワー”を、全出力パ
ワーに対する結合されたパワーの比として定義する。上
述した例では、この正規化され結合されたパワーは、ポ
ートＢおよびＤにおけるパワー出力の総計に対するポー
トＤのパワーの比に等しくなるであろう。この比はまた
は、“結合効率”とも呼ばれ、この用語を用いる場合に
は通常パーセントで表現される。したがって、“正規化
され結合されたパワー”なる用語をここで用いる場合に
は、これに対応する結合効率は、この正規化され結合さ
れたパワーを１００倍にしたものと等しくなるものと考
えられなければならない。このことに関しては、図２に
おいて示された形式の結合器が１００％に達する結合効
率を有していることをテストが示している。しかしなが
ら、結合器は、ブロック５３の対向表面をずらすことに
よって、結合効率を０および最大値の間のどのような所
望の値にもあわせるように“調節”される。そのような
調節は、好ましくは、ブロック５３を互いに水平方向に
滑らせることによって行なわれる。

【００３１】結合器は高い方向性を有しており、結合器
の一端に与えられたパワーのほとんどすべてが結合器の
他の側に伝えられる。すなわち、入力ポートＡに与えら
れた光のほとんどすべては、出力ポートＢおよびＤに伝
えられ、ポートＣへの逆方向性結合は発生しない。同様
に、入力ポートＣに与えられた光のほとんどすべては、
出力ポートＢおよびＤに伝えられる。さらに、この方向
性は対称的である。このように、入力ポートＢまたは入
力ポートＤのいずれかに与えられた光は、出力ポートＡ
およびＣに伝えられる。さらに、結合器は偏光に関して
は本質的に区別しないため、したがって、結合された光
の偏光を保存する。したがって、たとえば垂直偏光を有
する光ビームがポートＡに入力した場合、ポートＡから
ポートＢに直進して通過した光と同様に、ポートＡから
ポートＤに結合された光は、垂直偏光された状態に維持
する。

【００３２】前述の記載から、結合器は与えられた光を
２つの互いに反対方向に伝播する波Ｗ１、Ｗ２（図１）
に分割するビームスプリッタとして機能することを知る
ことができる。さらに、結合器は、反対方向に伝播する
波がループ１４（図１）を通過した後に、さらに再結合
するように機能する。

【００３３】示された実施例において、結合器２６、３
４の各々は、約５０％の結合効率を有しており、これは
光検出器３０（図１）に最大の光学パワーを供給する。
ここに用いられたように、用語“結合効率”は、出力パ
ワー全体に対する結合されたパワーのパワー比として定
義され、パーセントで表わされる。たとえば、図２を参
照すると、ポートＡに光が与えられたとすると、結合効
率は、ポートＤにおけるパワーの、ポートＢおよびＤに
おけるパワー出力の合計に対する比に等しくなる。“結
合比率”または“分割比率”なる用語は、結合効率を１
００で割ったものとして定義される。したがって、５０
％の結合効率は、０．５の結合比率または分割比率に等
しい。

【００３４】偏光子３２ 図１の回転センサにおいて使用する好ましい偏光子３２
は、図３において描かれており、かつオプティクスレタ
ース（Optics Letters) の第５巻第１１号（１９８０年
１１月）の４７９頁ないし４８１頁において説明されて
おり、援用されてここに含まれている。偏光子３２は、
ファイバ１２によって伝送された光のエバネセントフィ
ールド内に配置された、複屈折結晶６０を含んでいる。
ファイバ１２は、一般的に矩形の石英のブロック６４の
上部表面６３に向って開くスロット６２に装着されてい
る。スロット６２は、アーチ状に曲げられた底壁を有し
ており、さらにファイバは、この底壁の輪郭に沿うよう
にスロット６２に装着されている。ブロック６４の上部
表面６３は、ラップされて領域６７におけるファイバ１
２からクラッドの部分を取除く。結晶６０は、その下部
表面６８をブロック６４の上部表面６３と対向させなが
ら、ブロック６４上に取付けられ、ファイバ１２のエバ
ネセントフィールド内で結晶６０の位置を決める。

【００３５】ファイバ１２および複屈折材料６０の相対
的な屈折率は、複屈折結晶６０における所望の偏光モー
ドの波の速度がファイバ１２におけるそれよりも大き
く、一方で、ファイバ１２における望ましくない偏光モ
ードの波の速度が複屈折結晶６０におけるそれよりも大
きくなるように選ばれる。所望の偏光モードの光はファ
イバ１２のコア部分によってそのまま誘導され、これに
反して、望ましくない偏光モードの光は、ファイバ１２
から複屈折結晶６０に結合される。したがって、偏光子
３２は、１つの偏光モードにある光を通過させ、一方で
他の偏光モードにある光の通過を阻む。先に指摘したよ
うに、偏光コントローラ２４、３６（図１）は、与えら
れた光および光学出力信号の各々の偏光を調整するため
に使用され、これによって偏光子３２を介する光学パワ
ーの損失は最小限に抑えられる。

【００３６】偏光コントローラ２４、３６ 図１の回転センサにおいて用いるのに適した偏光コント
ローラの１つの形式が図４に描かれている。このコント
ローラはベース７０およびこの上に設置された複数の直
立ブロック７２Ａないし７２Ｄを含んでいる。ブロック
７２のうちの隣接したブロックの間には、スプール７４
Ａないし７４Ｃが、それぞれシャフト７６Ａないし７６
Ｃの上に沿って設置されている。このシャフト７６は互
いに１つの軸に沿って配列されており、ブロック７２の
間で回転可能に取付けられている。スプール７４は、一
般的に円筒形であって、シャフト７６に沿って位置決め
され、スプール７４の軸はシャフト７６の軸に対して直
角となっている。ストランド１２は、シャフト７６の軸
の内孔に沿って延びており、スプール７４のそれぞれの
まわりに巻かれて３つのコイル７８Ａないし７８Ｃを形
成している。コイル７８の半径は、ファイバ１２が押し
付けられてコイル７８のそれぞれにおいて複屈折媒体を
形成するように定められる。この３つのコイル７８Ａな
いし７８Ｃは、シャフト７４Ａないし７４Ｃの軸のまわ
りで互いに独立に回転して、ファイバ１２の複屈折を調
整し、それによって、ファイバ１２を通過する光の偏光
を制御することができるようになっている。

【００３７】コイル７８での巻回の直径および巻数は、
外側のコイル７８Ａおよび７８Ｃが４分の１波長の空間
的な遅延を与え、一方、中央コイル７８Ｂが２分の１波
長の空間的な遅延を与えるように定められる。４分の１
波長コイル７８Ａおよび７８Ｃは偏光の楕円性を制御
し、２分の１波長コイル７８Ｂは偏光の方向を制御す
る。これによって、ファイバ１２を通って伝播する波の
偏光状態を全範囲で調節することができる。しかしなが
ら、この偏光コントローラを変形して、２つの４分の１
波長コイル７８Ａおよび７８Ｃのみを設けるようにして
もよいことがわかるであろう。それは、（そうでない場
合に中央のコイル７８Ｂで与えられる）偏光の方向は、
２つの４分の１波長コイル７８ＡおよびＣを用いて、偏
光の楕円性を適当に調節することを通して、間接的に制
御することもできるからである。このため、図１に示し
た偏光コントローラ２４および３６は、２つの４分の１
波長コイル７８Ａおよび７８Ｃのみを含んでいる。この
ような配置をすることによってコントローラ２４−３６
の全体的なサイズを小さくすることができるため、空間
的に制限されているような特定の用途に、この発明を適
用するときには、有利となろう。

【００３８】したがって、偏光コントローラ２４および
３６は、与えられた光および互いに反対方向に伝播する
波の双方の偏光を確立し、維持し、かつ制御するための
手段を提供する。

【００３９】位相変調器または偏光制御を伴なわない動
作 偏光子３２（図１）および位相変調器３８の機能および
重要性を完全に理解するために、あたかもこれらの構成
要素がシステムから取除かれたような形で、回転センサ
の動作が最初に説明される。したがって、図５は、変調
器３８、偏光子３２および関連する構成要素がそこから
取除かれた図１の回転センサを、概略ブロック図の形式
で示すものである。

【００４０】光は光源１６からファイバ１２へ結合され
て、そこを通って伝播する。光は結合器２６のポートＡ
に入り、そこでは光の一部はポートＤを介して失われ
る。光の残りの部分は結合器２６のポートＢから結合器
３４のポートＡまで伝播し、そこで光は、２つの互いに
反対方向に伝播する波Ｗ１、Ｗ２に分割され、波Ｗ１は
ポートＢからループ１４に沿って右回りの方向に伝播
し、一方で波Ｗ２はポートＤからループ１４に沿って左
回りの方向に伝播する。波Ｗ１、Ｗ２がループ１４を通
過した後に、それらは結合器３４によって再結合されて
光学出力信号を形成し、それは結合器３４のポートＡか
ら結合器２６のポートＢへ伝播する。この光学出力信号
の一部は結合器２６のポートＢからポートＣに結合さ
れ、ファイバ２８に沿って光検出器３０へ伝播する。こ
の光検出器３０は、光学出力信号によってその上に与え
られた光の強度に比例する電気信号を出力する。

【００４１】光学出力信号の強度は、波Ｗ１およびＷ２
がループ１４のまわりの結合器経路において再結合され
または重ね合わされたときの波Ｗ１およびＷ２の間の干
渉の大きさおよび形（すなわち、建設的かまたは破壊的
か）にしたがって変化する。したがって、ループ１４が
静止状態にあるものとすると、波Ｗ１、Ｗ２が結合器３
４において再結合されたときに、これらの波はそれらの
間で位相差を生じさせずに建設的に干渉し、さらに光学
出力信号の強度は最大になるであろう。しかしながら、
ループ１４が回転状態にあるときに、互いに反対方向に
伝播する波Ｗ１、Ｗ２は、サグナック効果に従って位相
偏移され、このため、それらが結合器３４において重ね
合わされたときに、それらは破壊的に干渉して光学出力
信号の強度を弱める。ループ１４の回転によって生じ
る、波Ｗ１、Ｗ２の間のサグナック位相差は、以下の関
係によって定義される。

【００４２】

【数１】

【００４３】ここで、Ａは光ファイバのループ１４によ
って囲まれた面積であり、Ｎは領域Ａのまわりの光ファ
イバの巻数であり、Ωは、ループの平面に対し直角な軸
に関するループの角速度であり、λおよびｃは各々、ル
ープに与えられた光の波長および速度の自由空間値であ
る。

【００４４】光学出力信号（Ｉ_r ）の強度は、波Ｗ１、
Ｗ２の間のサグナック位相差（φws）の関数であり、さ
らに以下の方程式によって定義される。

【００４５】

【数２】

【００４６】ここで、Ｉ₁ およびＩ₂ は、各々波Ｗ１、
Ｗ２の個々の強度である。方程式（１）および（２）か
ら、光学出力信号の強度が回転速度（Ω）の関数である
ことがわかる。したがって、そのような回転速度の表示
は、検出器３０を用いて光学出力信号の強度を測定する
ことによって得られる。

【００４７】図６は曲線８０を示し、これは、光学出力
信号（Ｉ_r ）と、互いに反対方向に伝播する波Ｗ１およ
びＷ２の間のサグナック位相差（φws）との間の関係を
示している。曲線８０は、余弦関数の曲線の形をしてお
り、かつ光学出力信号の強度は、サグナック位相差（φ
ws）が０のときに最大値となる。

【００４８】もしも、反対方向に伝播する波Ｗ１および
Ｗ２の間の位相差の唯一の原因がループ１４の回転であ
るとすると、曲線８０は垂直軸に関して対称形に変化す
る。しかしながら、実際には、反対方向に伝播する波Ｗ
１およびＷ２の間の位相差は、ループ１４の回転によっ
てのみならず、光ファイバ１２の残りの部分の複屈折に
よっても引起こされる。ファイバ複屈折は、単一モード
ファイバ１２の２つの偏光モードの各々に異なる速度で
光を伝播させる傾向があるので、複屈折による位相差が
生じる。これは、波Ｗ１およびＷ２の間の、不可逆性
の、非回転的に誘起された位相差を作り出し、これは、
たとえば１点鎖線で示された曲線８２によって描かれる
ように、図６の曲線８０を歪めまたは偏移するような態
様で、波Ｗ１、Ｗ２に干渉を起こさせる。このような複
屈折誘起された、不可逆性の位相差は、回転的に誘起さ
れたサグナック位相差から区別することができず、かつ
温度や圧力のような、ファイバの複屈折を変える環境要
素に依存している。このように、ファイバの複屈折は回
転感知における誤差を引起こす。

【００４９】偏光子３２を伴なう動作 ファイバの複屈折性による不可逆性動作の問題は、上述
のように単一偏光モードのみを利用する偏光子３２（図
１）によって解決される。このように、図５の参照番号
８４によって指定された場所において偏光子３２がシス
テムに導入されると、偏光子３２を介する光入力は、所
望の偏光モードでループ１４の中に伝播していく。さら
に、互いに反対方向に伝播する波が再結合されて光学出
力信号を形成するときに、ループに与えられた光と同一
の偏光ではないどのような光も光検出器３０に到達する
ことを妨げられるが、これは光学出力信号が、それが結
合器３４のポートＡから結合器２６のポートＢへ通過す
るときに、さらに偏光子３２を介して通過することによ
るものである。このように、光学出力信号は、それが検
出器３０へ到達するときに、ループに与えられた光と正
確に同一の偏光を有することになる。それゆえに、同一
の偏光子３２を介して入力光および光学出力信号を通過
させることによって、単一の光学経路のみが利用され、
これによって複屈折性によって生じた位相差の問題を取
除くことができる。さらに、偏光コントローラ２４、３
６（図１）が各々、与えられた光および光学出力信号の
偏光を調整するために使用され、さらに偏光子３２にお
ける光学パワーの損失を減少させ、したがって検出器３
０における信号強度を最大にするということに注意しな
ければならない。

【００５０】位相変調器３８を伴なう動作 図６を再び参照すると、曲線８０は余弦関数であるの
で、光学出力信号の強度は、波Ｗ１およびＷ２の間の小
さな位相差（φws) に対して非線形であることがわかる
であろう。さらに、光学出力信号強度は、位相差におけ
る変化、すなわち小さな値φwsに対して比較的不感性で
ある。そのような非線形性および不感性は、検出器３０
によって測定された光強度（Ｉ_r ) をループ１４の回転
速度Ω（方程式１）を示す信号に変換することを困難に
している。

【００５１】さらに、波Ｗ１およびＷ２の間の複屈折性
によって引起こされた位相差は上述のように偏光子３２
を使用することによって取除かれるが、偏光子３２によ
って光が光検出器３０に到達することが妨げられるの
で、ファイバの複屈折性はまた光学出力信号の光学的強
度における減少を引起こす。このように、ファイバの複
屈折性における変化は図６の曲線８０の振幅をたとえば
曲線８４によって示されるように変化させる。

【００５２】前述の問題点は、図１に示された位相変調
器３８、信号発生器４０、およびロックイン増幅器４６
を利用する同期式検出システムによって解決される。図
７を参照すると、位相変調器３８は、信号発生器４０の
周波数において、伝播する波Ｗ１およびＷ２の各々の位
相を変調する。しかしながら、図１からわかるように、
位相変調器３８はループ１４の一方の端部上に位置して
いる。したがって、波Ｗ１の変調は、波Ｗ２の変調とは
必ずしも同位相ではない。実際、この同期式検出システ
ムの適正な動作のために、波Ｗ１およびＷ２の変調が異
なる位相が行なわれることが必要である。図７を参照す
ると、正弦曲線９０によって表わされる波Ｗ１の変調
が、曲線９２によって表わされる波Ｗ２の変調と１８０
°位相を異にすることが好ましい。波Ｗ２の変調に対す
るＷ１の変調の間のそのような１８０°の位相差をもた
らす変調周波数の使用は、検出器３０によって測定され
た光学出力信号における変調器誘起された振幅変調を除
去するという点で特に有利である。この変調周波数（Ｆ
m ) は、次の方程式を用いて計算される。

【００５３】

【数３】

【００５４】ここで、Ｌは、互いに反対方向に伝播する
波Ｗ１およびＷ２に対する、結合器３４および変調器３
８の間のファイバの長さの差であり（すなわち、変調器
３８と、ループ１４の他の側部上における対称点との間
でファイバに沿って測定された距離）；ｎ_eqは、単一モ
ードファイバ１２に対する等しい屈折率であり、そして
ｃは、ループ１４に与えられた光の自由空間速度であ
る。

【００５５】この変調周波数（ｆ_m ）において、反対方
向に伝播する波Ｗ１およびＷ２の曲線９０および９２に
従う位相変調によるこれらの波の間の位相差（φwm)
は、図７の正弦曲線９４によって描かれている。そのよ
うな位相変調φwmは、回転的に誘起されたサグナック位
相差φwmから区別することができないので、波Ｗ１およ
びＷ２の間の位相差は、図６の曲線８０に従って、光学
出力信号の強度（Ｉ_T )を変調する。

【００５６】以上のことは、（ａ）図７の曲線９４によ
って規定される位相変調φwmと、（ｂ）図６の曲線８０
によって表わされた光学出力信号の強度（Ｉ_T ) に基づ
くサグナック位相差φwmとの影響を図解的に表わしてい
る、図８および図９を参照することによってより完全に
理解されるであろう。しかしながら、図７および図８の
議論を進める前に、変調された光学出力信号の強度（Ｉ
_T ) が、波Ｗ１およびＷ２の間の全位相差の関数である
ということがまず理解されるべきである。さらに、その
ような位相差の総計は、回転的に誘起されたサグナック
位相差φwsおよび時間によって変化する変調誘起された
位相差φwmの双方を含んでいる。このように、波Ｗ１お
よびＷ２の間の位相差の総計φw は、次のように表現さ
れる。

【００５７】

【数４】

【００５８】したがって、回転的に誘起された位相差φ
wsと同様に、変調誘起された位相差φwmの影響は、図８
および図９を参照して考えられるので、曲線８０に対す
る水平軸はφw として再び表示され、図６に示すような
回転的に誘起された位相差のみが考慮されているという
よりはむしろ、位相差の総計が考慮されているというこ
とを示している。

【００５９】次に図８を参照すると、光学出力信号の強
度Ｉ_T （曲線８０）に基づく、位相変調φwm（曲線９
４）の影響が論ぜられている。図８において、ループ１
４は休止状態にあり、したがって、光学信号はサグナッ
ク効果の影響を受けていないものとする。特に、変調誘
起された位相差曲線９４は、その垂直軸に関して対称的
な、曲線８０に従って光学出力信号を変化させ、このた
め、検出器３０によって測定された光学強度は、曲線９
６によって示されるように、変調周波数の第２の高調波
に等しい周波数において周期的に変化する。上述のよう
に、ロックイン増幅器４６は信号発生器４０（図１）に
よって能動化されて変調器３８の変調周波数（すなわ
ち、第１の高調波）において検出器出力信号を同期的に
検出するので、そして検出器出力信号は曲線９６によっ
て示されるように変調周波数の第２の高調波にあるの
で、増幅器出力信号は０となり、かつディスプレイ４７
は回転速度が０であることを示す。図６の曲線８４を参
照して論じたように、たとえ複屈折誘起された振幅変動
が光学出力信号において発生するとしても、図８の曲線
９６は図２の高調波周波数に留まるということに注意す
べきである。このように、そのような複屈折誘起された
振幅変動は増幅器４６の出力信号に影響を及ぼさない。
それゆえに検出システムは、得にループ１４が休止状態
にあるときに、複屈折における変化に対し不感性である
実質的に安定な動作点を提供する。

【００６０】ループ１４が回転されたときに、互いに反
対方向に伝播する波Ｗ１およびＷ２は、サグナック効果
に従って、上述のように同位相で偏移される。サグナッ
ク位相偏移は、変調器３８によって作り出された位相差
φwmに加わる位相差φwsを与え、このため、曲線９４全
体は、図８に示された位置から図９に示された位置へ、
φwsに等しい大きさだけ、同位相で移される。これは、
曲線８０に従って光学出力信号を非対称形に変化させ、
これによって図９の曲線９６によって示されるようにこ
の信号を高調波的に曲げ、これによってこの信号が、正
弦曲線９８によって破線で示されるように、変調器３８
の基本（すなわち、第１の高調波）周波数における成分
を含むようになる。この正弦曲線９８のＲＭＳ値は、回
転的に誘起された、サグナック位相差φwsの正弦関数に
比例するということがわかるであろう。増幅器４６は変
調器３８の基本周波数を有する信号が同期的に検出する
ので、増幅器４６は、曲線９８のＲＭＳ値に比例してル
ープの回転速度を示す信号をディスプレイ４７に出力す
る。

【００６１】図９は、ループ１４の回転の１つの方向
（たとえば右回り）に対する光学出力信号の強度波形を
示している。しかしながら、ループ１４が等しい速度で
反対方向（たとえば左回り）に回転させられたとする
と、光学出力信号の強度波形９６は、曲線９８が図９に
示される位置から１８０°だけ偏移されるように移され
ることを除いて、図９に示される波形と正確に同一のも
のとなる。ロックイン増幅器４６は、その位相を信号発
生器４０からの基準信号の位相と比較することによっ
て、曲線９８に対するこの１８０°の位相差を検出し、
ループの回転が右回りかあるいは左回りかを判断する。
回転の方向に依存して、増幅器４６は、正または負の信
号のいずれかをディスプレイ４７へ出力する。しかしな
がら、回転の方向に関係なく、信号の大きさはループ１
４の等しい回転速度に対しては同一である。

【００６２】増幅器出力信号の波形は、曲線１００とし
て図１０に示されている。この曲線１００は正弦関数で
あり、かつループ１４の回転が右回りかあるいは左回り
かによって、０の回転速度から正方向または負方向に変
化する。さらに、曲線１００は、起点から対称形に変化
しかつ回転を測定するための相対的に広い動作速度を提
供する、実質的に線形の部分１０２を有している。さら
に、曲線１００の傾斜は、その線形動作範囲１０２を通
じて特に優れた感度をもたらす。

【００６３】このように、同期式検出システムを利用す
ることによって、上述の、非線形性、不感性、および複
屈折誘起された振幅変動の問題点が緩和されあるいは取
除かれる。この検出システムの他の長所は、変調器３８
のような現在の技術による位相変調器が、偏光変調を介
して直接にまたは間接に、光学出力信号における振幅変
調を引起こすという事実に関する。しかしながら、波Ｗ
１およびＷ２の変調の間の位相差が１８０°である特定
の周波数において動作することによって、反対方向に伝
播する波Ｗ１およびＷ２の各々において変調器３８によ
って誘起された、振幅変調の奇数の高調波周波数成分
が、波が重なり合って光学出力信号を形成するときに互
いに消し合うということが、方程式３を援用する議論か
ら思い出されるであろう。したがって、上述の検出シス
テムは、光学出力信号の奇数の高調波（すなわち、基本
周波数）のみを検出するので、振幅変調の影響が取除か
れる。それゆえに、方程式３によって規定された特定の
周波数において動作することによって、および光学出力
信号の奇数の高調波のみを検出することによって、この
発明の回転センサは、変調誘起された振幅および偏光変
調から独立して動作する。

【００６４】特定の周波数で動作することの他の利点
は、反対方向に伝播する位相Ｗ１およびＷ２の各々にお
いて変調器３８によって誘起された、位相変調の偶数高
調波が、これらの波が重なり合って光学出力信号を形成
するときに、互いに消し合うということである。これら
の偶数の高調波は、光学出力信号においてそうでなけれ
ばこの検出システムによって検出される見かけ上の奇数
の高調波を発生するので、これらの除去は回転感知の精
度を改善する。

【００６５】方程式３によって規定される周波数におい
て位相変調器３８を動作することに加えて、位相変調の
大きさを調整して、これによって光学出力信号強度の検
出された第１の高調波の振幅が最大になるようにするこ
とがまた好ましいが、これは、改善された回転感知感度
および精度をもたらすためである。図７、図８および図
９においてｚで表示された長さによって示された、波Ｗ
１およびＷ２の間の変調器誘起された位相差の振幅が
１．８４ラジアンのときに、任意の回転速度に対して、
光学出力信号強度の第１の高調波が最大になるというこ
とが知られている。これは、各々独自の強度Ｉ₁ および
Ｉ₂ を有し、その間の位相差がφw である、２つの重ね
合わされた波の全体の強度（Ｉ_T ）に対する、以下の方
程式を通じてより完全に理解されるであろう。

【００６６】

【数５】

【００６７】ここで：

【数６】

【００６８】かつ

【数７】

【００６９】したがって、

【数８】

【００７０】cosin φw のフーリエ展開は：

【数９】

【００７１】ここで、Ｊn(ｚ）は、変数ｚのｎ次ベッセ
ル関数であり、ｚは波Ｗ１およびＷ２の間の変調器誘起
された位相差の最大振幅である。それゆえに、Ｉ_T の第
１の高調波のみを検出することは、次のことを生じさせ
る：

【００７２】

【数１０】

【００７３】このように、光学出力信号強度の第１の高
調波の振幅は、１次ベッセル関数Ｊ₁(ｚ）の値に依存し
ている。ｚが１．８４ラジアンに等しいときに、Ｊ
₁(ｚ）は最大となるので、位相変調の振幅は好ましく
は、波Ｗ１およびＷ２の間の変調器誘起された位相差
（ｚ）の大きさが１．８４ラジアンであるように選択さ
れる。

【００７４】後方散乱の影響を小さくする 周知のように、現在の技術による光ファイバは、光学的
には完全ではないが、少量の光の散乱を起こさせるとい
う欠点を有している。この現象は、一般的にレイリーの
散乱と言われている。そのような散乱はいくらかの光を
ファイバから消失させるが、そのような損失の量は比較
的小さく、それゆえに大きな関心事ではない。レイリー
散乱に関する主な問題点は、散乱され失われた光に関す
るものではなく、むしろ反射されて元来の伝播の方向に
対して反対の方向にファイバを通って伝播する光に関す
るものである。これは一般には“後方散乱”光と言われ
ている。そのような後方散乱光は、互いに反対方向に伝
播する波Ｗ１およびＷ２を含む光とコヒーレントである
ので、それは、そのような伝播する波と建設的にまたは
破壊的に干渉し、そしてそれによってシステムに“ノイ
ズ”、すなわち検出器３０によって測定されたように、
光学出力信号の強度における見かけ上の変化を起こさせ
る。

【００７５】後方散乱された波および伝播する波の間の
破壊的または建設的な干渉は、ファイバループ１４の中
心における付加的な位相変調器３９によって緩和され
る。この位相変調器は信号発生器（図示せず）によって
駆動されるが、これは変調器３８とは同期していない。

【００７６】伝播する波、ループに沿って通過するとき
に、ただ１度だけこの付加的な位相変調器３９を通過す
る。伝播する波が付加的な変調器に到達する前にこの波
から発生する後方散乱に対して、後方散乱はこの付加的
な変調器によって位相変調されないが、これはその光源
の伝播する波または後方散乱自体のいずれもが付加的な
変調器を通過しないためである。

【００７７】一方で、伝播している波がこの付加的な位
相変調器を介して通過した後に、この波から生じる後方
散乱に対して、伝播する波が付加的な位相変調器を通過
し、かつ後方散乱が付加的な変調器を介して通過する度
に、後方散乱が効果的に２回位相変調される。

【００７８】このように、もしも付加的な位相変調器が
φ（ｔ）の位相偏移を導入するならば、ループ１４の中
心を除くどの点からでも始まる後方散乱波は、０または
２φ（ｔ）のいずれかの位相偏移を有し、これらのいず
れかは伝播する波に対するφ（ｔ）位相偏移に関して時
間によって変化する。この時間で変化する干渉は時間全
体に対する平均を出力し、後方散乱された光の影響を効
果的に取除く。

【００７９】カー効果補償 前述のように、カー効果とは変化する電界の中で物質の
屈折率が変化するという現象をいう。非線形の媒体中に
おいて、光学的カー効果は、各々反対方向に伝播する波
に対する等しくない位相遅延を誘起する。ファイバ１２
のような石英ガラス光学ファイバは十分に非線形であ
り、ファイバ光学回転センサにおいてカー誘起された位
相差は、サグナック効果による位相差よりもはるかに大
きくなる。

【００８０】光学カー効果はそれ自体、ファイバ１２の
伝播定数の強度に依存する摂動であることを表わしてい
る。伝播定数の摂動は、２つの反対方向に伝播する波の
偏光の状態の関数である。それゆえに、ファイバ回転セ
ンサにおいて、反対方向に伝播する波の偏光の状態が同
一であることが好ましい。偏光子３２は、ループ１４に
おける１つの単一偏光モードのみを利用させる。それゆ
えに、カーの以下の分析において、反対方向に伝播する
波は、同一で、線形の偏光を有するものとする。

【００８１】反対方向に伝播する波の伝播定数の摂動
は、以下のように表わされる：

【００８２】

【数１１】

【００８３】

【数１２】

【００８４】ここで、ηは媒体のインピーダンスであ
り、λは真空における波の波長であり、ｎは媒体のカー
係数であり、δは、ファイバ１２における光モードの通
過分布に依存するオーダ・ユニティ（order unity)の要
素である。Ｉ₁(ｚ，ｔ）およびＩ₂(ｚ，ｔ）は、波の通
過のピーク強度であり、これらはループに沿った配置お
よび時間に依存する。

【００８５】方程式１１および１２の重要な特徴は、波
２の強度が波１の伝播定数に波１の強度がそれ自体に与
える影響の２倍の影響を与えるということを示す、Ｉ₁
およびＩ₂ の間のファクタである。“セルフイフェクト
（self effect)”なる用語はここでは、同一の光波によ
って見られる伝播定数に基づいて光波の電界が有する効
果を言うために用いられる。“クロスイフェクト（cros
s effect) ”という用語はここでは、反対方向に伝播す
る他の光波の電界によって引起こされる光波の伝播定数
における変化をいうために用いられる。方程式１２を参
照すると、波２の伝播定数に基づく波１のクロスイフェ
クトは波２のセルフイフェクトの２倍である。セルフイ
フェクトの２倍であるこのクロスイフェクトは、感度Ｉ
₁ およびＩ₂ が同じでないならば、伝播定数の摂動を異
なるものにすることによって不可逆性を増大させる。も
しこれらの摂動が単に２つの強度の合計に依存するもの
であれば、不可逆性は生ぜず、さらに、Ｉ₁ ＋２Ｉ₂ ＝
Ｉ₂ ＋２Ｉ₁ であるために、強度Ｉ₁ およびＩ₂ が同じ
ならば、不可逆性は生じない。

【００８６】伝播速度は伝播定数の関数であるので、不
可逆性は２つの波Ｗ１およびＷ２の伝播速度を異なった
ものにする。それゆえに、波Ｗ１およびＷ２のうちの１
方は、他方よりもより速い速度でループ１４を通過し、
これによって、結合器３４において波Ｗ１およびＷ２の
間の位相差を作り出す。カー効果誘起された位相差は、
回転的に誘起された位相差と区別することができず、そ
のため見かけ上の回転信号をもたらす。

【００８７】オプティクスレターズの第７巻第６号（１
９８２年６月）の２８２頁ないし２８４頁において説明
され、援用されてここに含まれるように、特定の波形に
従う、波Ｗ１およびＷ２の変調は、クロスイフェクトの
相対的な影響を緩和しまたは除去するのに役立つ。その
論文によると、波Ｗ１およびＷ２が伝播するときに、ク
ロスイフェクトは、カー効果によって誘起された位相差
を増大するためには特に重要である。カー効果によって
引起こされた位相偏移を制御するために変調を使用する
ことは、図１１を参照してより容易に理解されるが、こ
の図１１は、１対の方形波に強度変調された反対方向に
伝播する光波を示しており、その各々は５０％のデュー
ティサイクルを有している。このクロスイフェクトは、
２つの波Ｗ１およびＷ２の強度のピークが一致するとき
に現われ、それ以外の場合には現われず、かつ各々の波
Ｗ１およびＷ２は、セルフイフェクトのみを受ける。波
Ｗ１およびＷ２の各部は、常にセルフイフェクトを受
け、かつ５０％のデューティサイクルのために、半分の
時間はクロスイフェクトを受ける。それゆえに、方程式
１１および１２における２のファクタは、単一の平均値
まで減少し、これによって不可逆性を効果的に打消す。
周期の半分にわたって積算された不可逆性の位相は、完
全な補償を得るために、パルス列のデューティサイクル
における調整によって積算された反対の符号を有する不
可逆性の位相によって補償される。さらに図１１を参照
すると、図解のために、波Ｗ１はいくつかの任意のユニ
ットにおいて３のピーク強度を有し、一方で波Ｗ２は同
じユニットで１のピーク強度を有するものとする。ピー
ク強度に対応する方形波の部分は、山の部分として示さ
れ、かつ０強度における方形波の部分はここでは谷の部
分として示されている。

【００８８】カー効果のために、任意の波の谷の部分に
よって示される伝播定数は、同一の波の山の部分によっ
て示される伝播定数とは異なったものになる。この特定
の例において、谷の部分における波の強度は無視するこ
とができ、かつそれは回転速度誤差に関係しないので、
無視される。したがって、この例において、山の部分に
よって示される伝播定数のみが波の強度加重された平均
位相偏移を決定するために調べられる必要がある。

【００８９】カー効果のために、波Ｗ１またはＷ２のい
ずれかの山の部分の伝播定数は、接近してくる波の連続
的な山および谷の部分を通って波が移動するにつれて変
化する。たとえば、図１１のポイントＡにおけるよう
に、波Ｗ１につれて移動する波Ｗ１の山の部分の任意の
基準点において観測すると、ポイントＡが接近してくる
波Ｗ２の山の部分にあるときにその観測者によって見出
される伝播定数は第１の値にあり、かつポイントＡが接
近してくる波Ｗ２の谷の部分にあるときに第２の値とな
る。波Ｗ２のデューティサイクルが５０％なので、そし
て観測者がこの波の山の部分と谷の部分を等しい時間観
察するので、波Ｗ１の平均伝播定数（たとえばポイント
Ａにおいて観測者によって見出される）は、単にこれら
の第１および第２の値の総計の平均となる。波Ｗ２につ
れてその山の部分において移動する観測者に対する状態
は、図１１の基準点Ｂにおける場合と類似している。波
Ｗ２の伝播定数（たとえばポイントＢの観測者によって
見出される）は、それが接近してくる波Ｗ１の連続的な
山および谷の部分を通過するにつれて第１および第２の
値の間で変化する。すなわち、ポイントＢが波Ｗ１の山
の部分にあるときに伝播定数は第１の値となり、かつポ
イントＢが波Ｗ１の谷の部分にあるときに第２の値とな
る。波Ｗ１はまた５０％のデューティサイクルを有して
いるので、波Ｗ２の平均伝播定数（たとえばポイントＢ
の観測者による）は、これらの第１および第２の値の総
計の平均である。波Ｗ１に対する第１および第２の値は
波Ｗ２に対するこれらの値とは異なるが、しかしながら
カー効果が完全に補償されれば、波Ｗ１およびＷ２に対
する平均伝播定数は同一となるということは注目される
べきである。

【００９０】波Ｗ１およびＷ２の各々に対する伝播定数
における、平均のカー誘起された変化は、図１１を参照
して上述された例に対して計算される。波Ｗ１に対し
て、ポイントＡが接近してくる波Ｗ２の山の部分にある
ときに、たとえばポイントＡにおいて見出される伝播定
数（Δβ₁)におけるカー誘起された変化は、次のように
定義される。

【００９１】

【数１３】

【００９２】しかしながら、ポイントＡが接近してくる
波Ｗ２の谷の部分にあるときに、ポイントＡにおける波
Ｗ１によって見出された伝播定数（β₁)におけるカー誘
起された変化は次のとおりである。

【００９３】

【数１４】

【００９４】ここで、Ｉ₁ およびＩ₂ は各々、波Ｗ１お
よびＷ２の強度である。定数ｋは比例定数として含まれ
ている。方程式１１ａおよび１２ａから、予想されるよ
うに、波Ｗ１のポイントＡが接近してくる波Ｗ２の山の
部分にあるときに、セルフイフェクト（Ｗ１による）お
よびクロスイフェクト（Ｗ２による）の双方が存在し、
一方で、ポイントＡが接近してくる波の谷の部分にある
ときに、セルフイフェクトのみが存在するということが
わかるであろう。

【００９５】適当な値を方程式１１ａおよび１２ａに代
入することによって、ポイントＡが山の部分にあるとき
に、伝播定数における変化が５ｋに等しく、かつ谷の部
分にあるときに、屈折率における変化が３ｋであるとい
うことが見出される。このように、波Ｗ１の平均伝播定
数は４ｋに等しい。

【００９６】波Ｗ２に対して、ポイントＢが接近してく
る波Ｗ１の山の部分にあるときに伝播定数における変化
は次のように定義される。

【００９７】

【数１５】

【００９８】しかしながら、波Ｗ２のポイントＢが、接
近してくる波Ｗ１の谷の部分にあるときに、伝播定数に
おける変化は、次のように定義される。

【００９９】

【数１６】

【０１００】適当な強度の値を方程式１３に代入する
と、ポイントＢが、接近してくる波の山の部分にあると
きの伝播定数における変化は６ｋに等しくなる。同様
に、方程式１４を用いて、ポイントＢが接近してくる波
の谷の部分にあるときに伝播定数における変化が１ｋに
等しいことが見出される。このデューティサイクルは５
０％なので、そして波Ｗ２は等しい時間の間各伝播定数
を有しているので、平均伝播定数は単に、１ｋ＋７ｋの
平均、すなわち再度４ｋとなる。

【０１０１】それゆえに、上述の例における波Ｗ１およ
びＷ２の各々の強度がたとえ全く異なるものであって
も、各々の波に対する伝播定数の平均変化は方形波変調
の全期間にわたって同一（たとえば、４ｋ）である。波
Ｗ１およびＷ２に対する他の強度を用いても同一の結果
を得るであろう。

【０１０２】好ましい実施例の回転センサに対するカー
誘起された回転速度誤差Ωｋは、各々の波の間の位相差
の強度加重された平均の関数である。また、上述の検出
システムは、不可逆性（カー誘起された）位相偏移の強
度加重平均に比例する信号を供給する。したがって、カ
ー誘起された回転速度誤差は数学的に次のように表わさ
れる。

【０１０３】

【数１７】

【０１０４】ここでｃは、真空中における光の速度であ
り、Ｒは、ファイバコイルの半径であり、ηは媒体のイ
ンピーダンスであり、ｎは媒体の力−係数であり、δは
モードの横方向分布に依存する単位のオーダに関するフ
ァクタであり、Ｋは結合比率でり、Ｉ_O （ｔ）は、時間
の関数としての変調された光源波の強度である。＜＞
は、時間に対する平均を示す。

【０１０５】好ましい実施例の回転センサに対する力−
誘起された回転速度誤差Ωｋは、各々の波の間の位相差
の強度加重平均の関数である。また、上述の検出システ
ムは、不可逆性（力−誘起された）位相偏移の強度加重
平均に比例する信号を供給する。

【０１０６】方程式１５に戻ると、力−効果によって引
起こされる不可逆性動作は、分割の比率が０．５であり
かつ波Ｗ１およびＷ２が強度において等しくなるように
結合器３４を調整することによって、少なくとも理論的
には取除かれる。しかしながら、慣性航法に応用するこ
とができるだけの十分な力−補償を達成するためには、
０．００１°／時間の精度を必要とし、結合器３４の分
割の比率が、CW光源を想定した場合、０．５×１０^-4の
大きさのオーダの許容誤差内に調整される必要があるも
のと推定される。実際に、実験室の条件下においてさ
え、このことは不可能であり、あるいは少なくとも非現
実的である思われる。実験室の条件下において最も良好
に達成され得る許容誤差は、わずか約０．５＞１０^-3で
あり、これは多くの応用に対して十分な力−補償をもた
らさない。さらに、そのような許容誤差を維持すること
は非常に困難であり、特に、航空機のジャイロスコープ
のように、干渉計が振動や他の物理的妨害を受けやすい
商業的応用においては非常に困難である。

【０１０７】熱源を伴なう力−補償 ここで説明された装置を使用し、かつこの発明の方法に
従うときに、大規模な光源１０は回転センサにおける力
−効果誘起誤差のための補償を必要とする強度の変化を
もたらす。回転速度誤差Ωｋおよび光源の強度Ｉ（ｔ）
の間の関係は以下のとおりである。

【０１０８】

【数１８】

【０１０９】ここで、＜ ＞は、小さな文字で示された
時間間隔、Ｔまたは２τにわたる時間平均を示し、Ｔは
検出システムの積分時間であり、かつτはファイバルー
プ１４に沿った光の通過時間である。平均強度が時間２
τにわたって確立されるものとすると、方程式１７は次
のようになる。

【０１１０】

【数１９】

【０１１１】以下において、Ｉ（ｔ）は時間に従ってラ
ンダムに変化する確率過程であり、Ｉ（ｔ）の平均値は
時間に関しては定数であり、さらにＩ（ｔ）は、どの特
定の値の発生も等しくなるようにエルゴードであるもの
とする。Ｉ＝Ｉ（ｔ）と定義し、かつ変数を識別するこ
とによって、方程式１８は次のように書換えられる。

【０１１２】

【数２０】

【０１１３】ここで量の上のバーは集団平均または平均
値を示す。

【数２１】

【０１１４】これは、標準偏差、δ_I が強度の平均値Ｉ
に等しいならば、力−効果によって生じる回転速度誤差
がなくなることを示す。超発光ダイオードによって出力
されるような、偏光された熱光線はδ_I ＝Ｉの条件を満
す。それゆえに、偏光された熱光線はサグナック効果に
応答しない回転センサを提供するために用いられる。

【０１１５】周知の数学的な関係である、中心制限原理
によって、偏光された熱光線の振幅は、円形の複雑なガ
ウスランダムプロセスである。対応する強度は、以下に
規定される指数確率密度を伴なうランダムプロセスであ
る。

【０１１６】

【数２２】

【０１１７】偏光された熱光線の強度の２次モーメント
は、

【０１１８】

【数２３】

【０１１９】であり、部分的な積分の後に、次のように
なる。

【０１２０】

【数２４】

【０１２１】それゆえに、方程式１８を参照すると、こ
こで説明された回転感知装置に偏光された熱光線が用い
られたときに、力−効果は、感知された回転速度に誤差
を生じない。

【０１２２】多重モード光源を伴なう力−補償 いくつかの振動モードまたは周波数を含むレーザ光、す
なわち多重モードレーザはまた、ここで説明された回転
感知装置に使用され、単一周波数の変調されていない光
によって可能な回転速度誤差よりも低い回転速度誤差を
もたらす。

【０１２３】レーザキャビティ（図示せず）は、ダイオ
ードレーザの場合と同様に、レーザ振動モードが周波数
において等しく配置されないように分散される。分散さ
れた場合の光の振幅は個別モードのコントリビューショ
ン（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）の総計であり、次のよ
うに表わされる。

【０１２４】

【数２５】

【０１２５】ここで、Ａｎおよびｆ（ｎ）ωは、各々ｎ
次振動モードの複合振幅および周波数であり、かつＮは
キャビティが振動するモードまたは周波数の数である。
もしもこのモードの各々の位相がランダムでありかつ十
分に独立性を有していれば、分散することなく同様の結
果が得られる。個々のモードの限定されたラインの幅を
無視し、かつｆ（ｎ）をテイラー級数で展開すると次の
ようになる。

【０１２６】

【数２６】

【０１２７】対応する強度は以下のとおりである。

【０１２８】

【数２７】

【０１２９】平均強度は、各項の平均の総計である。指
数の平均は、

【０１３０】ｎ＝ｍでなければ、０であり、これは次の
式を導く。

【０１３１】

【数２８】

【０１３２】強度の２乗は次のとおりである。

【０１３３】

【数２９】

【０１３４】指数の時間平均は、ｎ−ｍ＋ｌ−ｋ＝０か
つｎ² −ｍ² ＋ｌ² −ｋ² ＝０でなければ、０である。
ｎ＝ｍとなる可能性に対して、Ｉ（ｔ）≠０となるため
にはｌ＝ｋであることが要求される。もしもｎ≠ｍであ
れば、Ｉ（ｔ）≠０であるために、ｎ＝ｋでありかつｍ
＝ｌであることが要求される。ｎ，ｍ，ｌおよびｋに関
する上述の制限は、方程式２８における指数関数のすべ
ての項をなくし、次の式を与える。

【０１３５】

【数３０】

【０１３６】これはまた次のように表わされる。

【０１３７】

【数３１】

【０１３８】以上のことは、時間に関して振幅が定数で
あることを仮定する。方程式３０に適用するために時間
平均された値が決定される限定された回数を計数するた
めに、

【０１３９】

【数３２】

【０１４０】であれば十分であり、τはマイクロ秒のオ
ーダであり、Ｔは秒のオーダにあるのでこれは過度に限
定的なものではない。

【０１４１】

【数３３】

【０１４２】のように、Ｎが振幅モードに等しい場合の
考察は、次の結果をもたらす。

【０１４３】

【数３４】

【０１４４】これは、力−誘起された回転速度誤差がレ
ーザの振動モードの数に反比例することを示している。

【０１４５】実験結果 ここで説明された回転センサの実際のモデルは、光源１
０としてＧａＡｓレーザダイオードを使用した。この特
定のレーザダイオードは、５０以上の振動モードと、レ
ーザ出力スペクトルの最大パワーポイントの半分の幅の
全体における１０以上の振動モードとを有している。光
源１０は、平均で約１２０ｍＷのパワーをファイバ１２
に導入し、そして約１０ｍＷのパワーが検出器３０によ
って受取られた。

【０１４６】ループ１４において反対方向に伝播する波
のパワーの相対的な量は、結合器３４の結合比率Ｋを調
節することによって調整される。もしも、反対方向に伝
播する波の強度が時間において一定であれば、回転セン
サはほぼ１０°／時間にも及ぶ光学的力−効果による回
転速度誤差を生じることになる。上述の多重モードレー
ザが光源１０として使用されたときには、そのような誤
差は測定精度の限度内で観測されない。実験的精度の範
囲内で、強度が変動する光源１０は、一定の強度の光源
に対して予測される誤差の１％以下である、力−誘起さ
れた回転速度誤差を生じた。

【０１４７】反対方向に伝播する波の偏光を変化させる
ために偏光コントローラ３６を調整することは、力−誘
起された回転速度誤差を生じず、これはこの発明の装置
および方法を使用する力−効果補償が偏光とは無関係で
あるという理論上の予測と一致する。

【０１４８】図１２は、この発明の回転感知装置からの
５時間にわたる回転信号を描いている。図１２は、この
発明がファイバ光学回転感知システムの長期間の安定性
において実質的な改良をもたらすことを示している。ち
ょうど０．１°／時間のずれは、これは地球の回転速度
の約１％であるが、光源１０を消すことによって測定さ
れるように、コイル１４の軸の配向における不正確さを
反映しており、この軸は、地球の回転の軸に対して直角
になるべきである。この曲線は０．０２°／時間のＲＭ
Ｓの短期間のノイズの値を示し、これはシステムの電子
回路によるものである。

【０１４９】もしも光源１０が、満足できる力−効果補
償を生ずるだけの十分な数の振動モードを有する出力を
与えなければ、変調器１３は光源１０とレンズ１５との
間に配置されるべきである。通常、変調器１３は、５０
％のデューティサイクルを有する、反対方向に伝播する
光波がループ１４に結合されるように光源１０の出力を
変調する。

【０１５０】たとえば、光源１０が、互いに打消し合っ
て６７％のデューティサイクルを有する、２つの周波数
を出力すれば、変調器１３はデューティサイクルを５０
％に減少させるように変調する。そのような変調は、光
源１０の出力の方形波変調によってもたらされる。

【図面の簡単な説明】

この発明のこれらのそして他の長所は、以下の図面を参
照することによって最もよく理解される。

【図１】図１は、この発明の回転センサの概略図であ
り、ファイバ光学材料の連続的な、とぎれないストラン
ドに沿って配置されたファイバ光学構成部分を示し、さ
らに、検出システムに関連する、信号発生器、光検出
器、ロックイン（Ｌｏｃｋ−ｉｎ）増幅器、およびでデ
スプレイを示している。

【図２】図２は、図１の回転感知干渉計に使用するファ
イバ光学方向性結合器の一実施例の断面図である。

【図３】図３は、図１の回転センサに使用するファイバ
光学偏光子の一実施例の断面図である。

【図４】図４は、図１の回転センサに使用するファイバ
光学偏光コントローラの一実施例の斜視図である。

【図５】図５は、図１の回転センサの概略図であり、偏
光子、偏光コントローラおよび位相変調器がそこから除
かれている。

【図６】図６は、回転的に誘起されたサグナック位相差
の関数として光検出器によって測定された光学出力信号
の強度のグラフであり、複屈折誘起された位相差および
複屈折誘起された振幅の変動の影響を表わしている。

【図７】図７は、時間の関数としての位相差のグラフで
あり、互いに反対方向に伝播する波の各々の位相変調お
よび反対方向に伝播する波の間の位相差を示している。

【図８】図８は、ループが静止状態にあるときに、検出
器によって測定された光学出力信号の強度に基づく位相
変調の影響を表わす概略図である。

【図９】図９は、ループが回転しているときに、検出器
によって測定された、光学出力信号の強度に基づく位相
変調の影響を示す概略図である。

【図１０】図１０は、回転的に誘起されたサグナック位
相差の関数として増幅器の出力信号のグラフであり、図
１の回転センサに対する動作範囲を示している。

【図１１】図１１は、１対の方形波、すなわちファイバ
光学材料のループを通って反対方向に伝播し、かつ実質
的に類似していないピーク強度を有する、強度変調され
た光波の簡略化された概略図であり、強度に依存する力
−効果補償を示している。

【図１２】図１２は、この発明の装置および方法で得ら
れた実験の結果を表わすグラフである。

【符号の説明】

１０ 光源 １４ 干渉計

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ショウ，ハーバート・ジョン アメリカ合衆国、94305 カリフォルニア 州、スタンフォード アルバレィドウ・ロ ウ、719 (72)発明者 ルフブル，エルブ・セ フランス共和国、94401 オルセ、ベ・ ペ・10 ドメン・ドゥ・コルブヴィユ、ト ムソン・セ・エス・エフ ラボラトワー ル・サントラル・ドゥ・ルシェルシェ (72)発明者 バーグ，ラルフ・エイ アメリカ合衆国、94303 カリフォルニア 州、パロ・アルト モーリノウ・アベニ ュ、992 (72)発明者 カトラー，キャシアス・シー アメリカ合衆国、94304 カリフォルニア 州、パロ・アルト、オーク・クリーク・ド ライブ、1300、アパートメント 318 (72)発明者 カルショウ，ブリアン イギリス、ダブリュ・シィ・１ ロンドン ゴウワァ・ストリート （番地なし） デパートメント・オブ・エレクトロニッ ク・アンド・エレクトリカル エンジニア リング・ユニバーシティ・カレッジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファイバ光学リング干渉計におけるカー
   効果誘起された誤差を減少させるための方法であって、 カー効果誘起された誤差を補償するために選択されたデ
   ューティサイクルを生ずる前記モード間の干渉を引起こ
   すために十分な数の振動モードを有する光源（１０）を
   選択するステップと、 ２つの互いに反対方向に伝播する波がそこを通って通過
   するように前記光源（１０）から干渉計（１４）へ光を
   結合するステップとを含み、前記互いに反対方向に伝播
   する波は、前記干渉計の回転に応答して位相偏移を受
   け、 互いに反対方向に伝播する波を結合して（３４）干渉パ
   ターンを生じるステップと、 前記干渉パターンにおける強度の変化を検出して（３
   ０）前記干渉計の回転速度を測定するステップとをさら
   に含む、方法。