JPH07190787A - 回転速度を測定するための光ファイバサニャック干渉計 - Google Patents
回転速度を測定するための光ファイバサニャック干渉計Info
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- JPH07190787A JPH07190787A JP6262428A JP26242894A JPH07190787A JP H07190787 A JPH07190787 A JP H07190787A JP 6262428 A JP6262428 A JP 6262428A JP 26242894 A JP26242894 A JP 26242894A JP H07190787 A JPH07190787 A JP H07190787A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転速度を測定するための光ファイバサニャ
ック干渉計内の、光源の波長を安定させるためのマイケ
ルソン干渉計として、光集積チップの付加的な使用を提
供する。 【構成】 回転速度に依存するリセットするためのディ
ジタル位相ランプ（ＡＴ１）に加えて、統計学的に独立
した第２の信号要素も光集積チップ（ＭＩＯＣ）に含ま
れる位相変調器（ＰＭ）に与えられ、前記第２の信号要
素は位相変調器（ＰＭ）の動作点を最適化する。このタ
イプの、位相変調器の統計学的に独立した変更では、マ
イケルソン干渉計の、光波長に依存する測定信号は、検
出器読出信号から復調可能であり、光源（Ｌ）のための
光源温度変化および／または注入電流変化を介して光源
波長の再調整に利用可能である。開ループ操作におい
て、スケールファクタの変化は光波長に依存する測定信
号を用いて補償可能である。
ック干渉計内の、光源の波長を安定させるためのマイケ
ルソン干渉計として、光集積チップの付加的な使用を提
供する。 【構成】 回転速度に依存するリセットするためのディ
ジタル位相ランプ（ＡＴ１）に加えて、統計学的に独立
した第２の信号要素も光集積チップ（ＭＩＯＣ）に含ま
れる位相変調器（ＰＭ）に与えられ、前記第２の信号要
素は位相変調器（ＰＭ）の動作点を最適化する。このタ
イプの、位相変調器の統計学的に独立した変更では、マ
イケルソン干渉計の、光波長に依存する測定信号は、検
出器読出信号から復調可能であり、光源（Ｌ）のための
光源温度変化および／または注入電流変化を介して光源
波長の再調整に利用可能である。開ループ操作におい
て、スケールファクタの変化は光波長に依存する測定信
号を用いて補償可能である。
Description
【０００１】この発明は、回転速度を測定するための光
ファイバサニャック干渉計に関する。この干渉計ではＥ
Ｐ−０ ４４１ ９９８ Ａ１に従い、光源から発せら
れ、偏光器によって偏光され、ビーム分割によって発生
される２つの光線は互いに逆方向にファイバコイルに入
射されて、その後再結合され、生じた干渉パターンは、
偏光器を通過後、その出力信号が干渉パターンの光強度
に対応する検出器装置に作用し、２つの光線はビーム分
割の下流かつファイバコイルの手前に位置する位相変調
器で、複数の可変成分から合わせられモジュロ演算によ
り２πの値に制限される信号により変調され、ここで、
第１の信号成分は、積分プロセスにより発生され２つの
光線の非相反増分位相シフトを補償するランプ信号であ
り、第２の信号成分は、ｔ0 が光線の各々が中立の状態
でファイバコイルを通る走行時間である、各時間ｔ0 で
のπ／２の正の積分値を表わし、この第２の信号要素は
以下の２つの成分の和からなり、２つの成分のうち、第
１の成分は交互に続く値０およびπ／２から形成され、
第２の成分は、相関関係なしに大部分が続く値０および
πから形成され、さらに、検出器信号は以下の４つの因
数の積により駆動される同期復調器によって復調され、
４つの因数のうち、第１の因数は常に値−１を有し、第
２の因数は、第２の成分が値０を有する場合−１である
が、第２成分が値πを有する場合＋１であり、第３の因
数は、すぐ前に先行する変調サイクルから導かれた第２
の成分が値０を有した場合−１であるが、その先行する
変調サイクルから導かれた第２の成分が値πを有した場
合は＋１であり、第４の因数は、第１の成分が値０を有
する場合−１であるが、第１の成分が値π／２を有する
場合は＋１である。
ファイバサニャック干渉計に関する。この干渉計ではＥ
Ｐ−０ ４４１ ９９８ Ａ１に従い、光源から発せら
れ、偏光器によって偏光され、ビーム分割によって発生
される２つの光線は互いに逆方向にファイバコイルに入
射されて、その後再結合され、生じた干渉パターンは、
偏光器を通過後、その出力信号が干渉パターンの光強度
に対応する検出器装置に作用し、２つの光線はビーム分
割の下流かつファイバコイルの手前に位置する位相変調
器で、複数の可変成分から合わせられモジュロ演算によ
り２πの値に制限される信号により変調され、ここで、
第１の信号成分は、積分プロセスにより発生され２つの
光線の非相反増分位相シフトを補償するランプ信号であ
り、第２の信号成分は、ｔ0 が光線の各々が中立の状態
でファイバコイルを通る走行時間である、各時間ｔ0 で
のπ／２の正の積分値を表わし、この第２の信号要素は
以下の２つの成分の和からなり、２つの成分のうち、第
１の成分は交互に続く値０およびπ／２から形成され、
第２の成分は、相関関係なしに大部分が続く値０および
πから形成され、さらに、検出器信号は以下の４つの因
数の積により駆動される同期復調器によって復調され、
４つの因数のうち、第１の因数は常に値−１を有し、第
２の因数は、第２の成分が値０を有する場合−１である
が、第２成分が値πを有する場合＋１であり、第３の因
数は、すぐ前に先行する変調サイクルから導かれた第２
の成分が値０を有した場合−１であるが、その先行する
変調サイクルから導かれた第２の成分が値πを有した場
合は＋１であり、第４の因数は、第１の成分が値０を有
する場合−１であるが、第１の成分が値π／２を有する
場合は＋１である。
【０００２】位相変調器の駆動信号のための、乱数発生
器によって制御される、統計学的変調を伴うこのカテゴ
リの光ファイバ回転速度センサは、同等の品質が要求さ
れるこのカテゴリのすべての回転速度センサの例におい
てそれ自体が問題である、電磁クロス結合により引き起
こされるバイアス欠陥およびその結果生じる無反応範囲
が回避されるという利点がある。
器によって制御される、統計学的変調を伴うこのカテゴ
リの光ファイバ回転速度センサは、同等の品質が要求さ
れるこのカテゴリのすべての回転速度センサの例におい
てそれ自体が問題である、電磁クロス結合により引き起
こされるバイアス欠陥およびその結果生じる無反応範囲
が回避されるという利点がある。
【０００３】光ファイバサニャック干渉計における回転
により引き起こされる非相反増分位相シフトの測定にお
いて、所与の入力回転速度のための測定信号の振幅は光
源の波長に反比例する。したがって、光源の波長を安定
させる努力がなされ、たとえばそれは注入電流Ｉおよび
／または温度Ｔを一定に保持する、安定させるための電
子システムＳＥで操作されることでなされる（図１参
照）。図１に部分的に示される光ファイバサニャック干
渉計の残りのアセンブリまたは回転速度センサは当業者
には周知である。つまり、光源Ｌによって照射されるビ
ーム分割器ＳＴ１と、それに伴う下流の偏光器Ｐと、さ
らに、偏光された光線が２つの同一の部分光線に分割さ
れ一方の分岐に位相変調器ＰＭが位置するファイバコイ
ルＦＳの２つの端部に入射される、ビーム分割器ＳＴ２
とである。２つの部分光線は、ファイバコイルＦＳを通
過後、第２ビーム分割器ＳＴ２で再結合される。この例
において、２つの部分光線間の、ファイバコイルＦＳの
回転により引き起こされた、位相シフトのためにこのよ
うにして生ずる干渉パターンはビーム分割器ＳＴ１で結
合され、公知の方法で光検出器ＰＤ１に作用する。
により引き起こされる非相反増分位相シフトの測定にお
いて、所与の入力回転速度のための測定信号の振幅は光
源の波長に反比例する。したがって、光源の波長を安定
させる努力がなされ、たとえばそれは注入電流Ｉおよび
／または温度Ｔを一定に保持する、安定させるための電
子システムＳＥで操作されることでなされる（図１参
照）。図１に部分的に示される光ファイバサニャック干
渉計の残りのアセンブリまたは回転速度センサは当業者
には周知である。つまり、光源Ｌによって照射されるビ
ーム分割器ＳＴ１と、それに伴う下流の偏光器Ｐと、さ
らに、偏光された光線が２つの同一の部分光線に分割さ
れ一方の分岐に位相変調器ＰＭが位置するファイバコイ
ルＦＳの２つの端部に入射される、ビーム分割器ＳＴ２
とである。２つの部分光線は、ファイバコイルＦＳを通
過後、第２ビーム分割器ＳＴ２で再結合される。この例
において、２つの部分光線間の、ファイバコイルＦＳの
回転により引き起こされた、位相シフトのためにこのよ
うにして生ずる干渉パターンはビーム分割器ＳＴ１で結
合され、公知の方法で光検出器ＰＤ１に作用する。
【０００４】光源Ｌの波長を安定させるために考えられ
る別の方策は、第１のビーム分割器ＳＴ１で分岐される
光の一部によって超放射される、付加的な不平衡測定干
渉計Ｍ１（図２参照）を用いて付加的な検出器ＰＤ２に
より波長を直接測定し、そこから光源Ｌの波長を安定さ
せるための調整信号を導くこと（ＥＰ ０ ４６０２６
８ Ａ１参照）である。
る別の方策は、第１のビーム分割器ＳＴ１で分岐される
光の一部によって超放射される、付加的な不平衡測定干
渉計Ｍ１（図２参照）を用いて付加的な検出器ＰＤ２に
より波長を直接測定し、そこから光源Ｌの波長を安定さ
せるための調整信号を導くこと（ＥＰ ０ ４６０２６
８ Ａ１参照）である。
【０００５】第１の方法の根本的に不利な点は、波長が
間接的にしか安定化できない点であり、考えられるいか
なる経時劣化も封じられない。付加的な測定干渉計によ
る第２の方法の例においては、その直接的な測定は根本
的利点ではあるが、ハードウェアにかなりのさらなる支
出が必要とされる。
間接的にしか安定化できない点であり、考えられるいか
なる経時劣化も封じられない。付加的な測定干渉計によ
る第２の方法の例においては、その直接的な測定は根本
的利点ではあるが、ハードウェアにかなりのさらなる支
出が必要とされる。
【０００６】この発明の目的は必要とされている別個の
測定干渉計を含みながら、図２を参照して言及されたハ
ードウェアへの付加的な支出を伴わずに、光ファイバサ
ニャック干渉計の光源の波長の直接的な測定の利点を利
用することである。
測定干渉計を含みながら、図２を参照して言及されたハ
ードウェアへの付加的な支出を伴わずに、光ファイバサ
ニャック干渉計の光源の波長の直接的な測定の利点を利
用することである。
【０００７】上記で定義された、請求項１のプリアンブ
ルに従った回転速度を測定するための光ファイバサニャ
ック干渉計では、この発明は以下の点を特徴とする。す
なわち、ビーム分割および位相変調の下流の光線の一部
は反射され、これらの光線成分は同じように再結合され
て、偏光器を通過した後検出器装置に作用し、検出器信
号は２つの因数の積により駆動される第２の同期復調器
によってさらに復調され、その２つの因数のうち、第１
の因数は、変調信号の第２の信号成分の第２の成分が値
０を有する場合−１であるが、この第２の成分が値π２
を有する場合＋１であり、第２の因数は、ランプ信号が
０とπ／２との間（境界を含む）またはπと３π／２と
の間（境界を含む）の値を有する場合は−１であるが、
ランプ信号がπ／２とπとの間（境界を含む）または３
π／２と２πとの間（境界を含む）の値を有する場合＋
１であり、さらに、第２の同期復調器により復調された
信号は、光源の温度および／または光源注入電流を変え
ることによって光源の波長を変化させるために利用され
ることを特徴とする。
ルに従った回転速度を測定するための光ファイバサニャ
ック干渉計では、この発明は以下の点を特徴とする。す
なわち、ビーム分割および位相変調の下流の光線の一部
は反射され、これらの光線成分は同じように再結合され
て、偏光器を通過した後検出器装置に作用し、検出器信
号は２つの因数の積により駆動される第２の同期復調器
によってさらに復調され、その２つの因数のうち、第１
の因数は、変調信号の第２の信号成分の第２の成分が値
０を有する場合−１であるが、この第２の成分が値π２
を有する場合＋１であり、第２の因数は、ランプ信号が
０とπ／２との間（境界を含む）またはπと３π／２と
の間（境界を含む）の値を有する場合は−１であるが、
ランプ信号がπ／２とπとの間（境界を含む）または３
π／２と２πとの間（境界を含む）の値を有する場合＋
１であり、さらに、第２の同期復調器により復調された
信号は、光源の温度および／または光源注入電流を変え
ることによって光源の波長を変化させるために利用され
ることを特徴とする。
【０００８】集積光学を可能な限り利用した小型の構成
にとって、ビーム分割および変調器を１つの光集積チッ
プ上に組合せることは有利であり、それは同時に付加的
な測定干渉計として働き、各例におけるその２つの出力
にファイバコイルの一方の端部が接続される。この例に
おいて、光集積チップからファイバコイルへの端面転移
位置で反射が起こる。
にとって、ビーム分割および変調器を１つの光集積チッ
プ上に組合せることは有利であり、それは同時に付加的
な測定干渉計として働き、各例におけるその２つの出力
にファイバコイルの一方の端部が接続される。この例に
おいて、光集積チップからファイバコイルへの端面転移
位置で反射が起こる。
【０００９】第２の同期復調器により復調された信号
は、この発明の有利な実施例において、光源のための温
度および／または補償電流変化を決定するために上位の
コンピュータシステムにおいて補償計算のための制御信
号として働く。
は、この発明の有利な実施例において、光源のための温
度および／または補償電流変化を決定するために上位の
コンピュータシステムにおいて補償計算のための制御信
号として働く。
【００１０】測定干渉計を構成するように光集積チップ
を利用する場合、光集積チップからファイバコイルへの
転移位置を面取りすることによって、ビーム分割により
発生された２つの光線の小さい光路差が導入される。も
し測定干渉計の温度、つまり光集積チップの温度が測定
されれば、測定された温度値は、上位のコンピュータシ
ステムにおいて、第２の同期復調器により得られる測定
信号を修正するために利用可能となる。
を利用する場合、光集積チップからファイバコイルへの
転移位置を面取りすることによって、ビーム分割により
発生された２つの光線の小さい光路差が導入される。も
し測定干渉計の温度、つまり光集積チップの温度が測定
されれば、測定された温度値は、上位のコンピュータシ
ステムにおいて、第２の同期復調器により得られる測定
信号を修正するために利用可能となる。
【００１１】回転速度を測定するための光ファイバサニ
ャック干渉計は開ループ構成で操作される場合、この発
明はスケールファクタ補償のために有利に利用されるか
もしれない。この実際的な応用のために、回転速度を測
定するための光ファイバサニャック干渉計は、光源から
発せられ、偏光器によって偏光され、ビーム分割によっ
て発生される２つの光線は互いに逆方向にファイバコイ
ルに入射されて、その後再結合され、生じた干渉パター
ンは、偏光器を通過後、その出力信号が干渉パターンの
光強度に対応する検出器装置に作用し、２つの光線はビ
ーム分割の下流かつファイバコイルの手前に位置する位
相変調器により変調され、増幅された光検出器出力信号
は第１の同期復調器へ供給され、位相変調器に作用する
変調器信号は２つの成分の和から形成され、そのうち第
１の成分は交互に続く値０およびπ／２から形成され、
第２の成分は、相関関係なしに大部分が続く値０および
πから形成され、、第１の同期変調器は４つの因数の積
により駆動され、そのうち、第１の因数は常に値−１を
有し、第２の因数は、第２成分が値０を有する場合−１
であるが、第２成分が値πを有する場合＋１であり、お
よび、第３の因数は、すぐ前に先行する変調サイクルか
ら導かれた第２の成分が値０を有した場合−１である
が、その先行する変調サイクルから導かれた第２の成分
が値πを有した場合は＋１であり、第４の因数は、第１
の成分が値０を有する場合−１であるが、第１の成分が
値π／２を有する場合は＋１であり、この発明に従っ
て、さらに、ビーム分割および位相変調の下流の光線の
一部は反射され、これらの光線成分は同じように再結合
され、偏光器を通過した後検出器装置に作用し、検出器
装置の出力信号は２つの因数の積により駆動される第２
の同期復調器によってさらに復調され、その２つの因数
のうち、第１の因数は変調信号の第２信号成分の第２成
分が値０を有する場合−１であるが、この第２要素が値
π／２を有する場合＋１であり、第２の因数は第１の信
号成分が０とπ／２との間（境界を含む）の値またはπ
と３π／２との間（境界を含む）の値を有する場合−１
であるが、第１の信号成分がπ／２とπとの間の値（境
界を含む）または３π／２と２πとの間の値（境界を含
む）を有する場合＋１であるということと、第２の同期
復調器により復調される信号は干渉計スケールファクタ
の数学的補償のための要素として用いられることとを特
徴とする。
ャック干渉計は開ループ構成で操作される場合、この発
明はスケールファクタ補償のために有利に利用されるか
もしれない。この実際的な応用のために、回転速度を測
定するための光ファイバサニャック干渉計は、光源から
発せられ、偏光器によって偏光され、ビーム分割によっ
て発生される２つの光線は互いに逆方向にファイバコイ
ルに入射されて、その後再結合され、生じた干渉パター
ンは、偏光器を通過後、その出力信号が干渉パターンの
光強度に対応する検出器装置に作用し、２つの光線はビ
ーム分割の下流かつファイバコイルの手前に位置する位
相変調器により変調され、増幅された光検出器出力信号
は第１の同期復調器へ供給され、位相変調器に作用する
変調器信号は２つの成分の和から形成され、そのうち第
１の成分は交互に続く値０およびπ／２から形成され、
第２の成分は、相関関係なしに大部分が続く値０および
πから形成され、、第１の同期変調器は４つの因数の積
により駆動され、そのうち、第１の因数は常に値−１を
有し、第２の因数は、第２成分が値０を有する場合−１
であるが、第２成分が値πを有する場合＋１であり、お
よび、第３の因数は、すぐ前に先行する変調サイクルか
ら導かれた第２の成分が値０を有した場合−１である
が、その先行する変調サイクルから導かれた第２の成分
が値πを有した場合は＋１であり、第４の因数は、第１
の成分が値０を有する場合−１であるが、第１の成分が
値π／２を有する場合は＋１であり、この発明に従っ
て、さらに、ビーム分割および位相変調の下流の光線の
一部は反射され、これらの光線成分は同じように再結合
され、偏光器を通過した後検出器装置に作用し、検出器
装置の出力信号は２つの因数の積により駆動される第２
の同期復調器によってさらに復調され、その２つの因数
のうち、第１の因数は変調信号の第２信号成分の第２成
分が値０を有する場合−１であるが、この第２要素が値
π／２を有する場合＋１であり、第２の因数は第１の信
号成分が０とπ／２との間（境界を含む）の値またはπ
と３π／２との間（境界を含む）の値を有する場合−１
であるが、第１の信号成分がπ／２とπとの間の値（境
界を含む）または３π／２と２πとの間の値（境界を含
む）を有する場合＋１であるということと、第２の同期
復調器により復調される信号は干渉計スケールファクタ
の数学的補償のための要素として用いられることとを特
徴とする。
【００１２】この発明および有利な実施例は図面を参照
しながら以下でさらに詳細な点について説明される。
しながら以下でさらに詳細な点について説明される。
【００１３】まず、マイケルソン（Michelson)による測
定干渉計の基本的な機能上の原理を記述する。ただし数
学的相関関係および詳細な説明に関しては、ＥＰ ０
４６０ ２６８ Ａ１をさらに引用する。これに続い
て、この発明に従って、回転速度を測定するための公知
のサニャック干渉計にそのようなマイケルソン干渉計を
組入れることを説明する。
定干渉計の基本的な機能上の原理を記述する。ただし数
学的相関関係および詳細な説明に関しては、ＥＰ ０
４６０ ２６８ Ａ１をさらに引用する。これに続い
て、この発明に従って、回転速度を測定するための公知
のサニャック干渉計にそのようなマイケルソン干渉計を
組入れることを説明する。
【００１４】マイケルソン干渉計において、一般に１つ
の光源から発せられる２つの光線は、ビーム分割によっ
て発生され、互いに関して位相シフトされて再結合さ
れ、干渉パターンとして光検出器に作用する。この例に
おいて、干渉パターンの光強度に対応する検出器信号Ｖ
Ｄ２（図３参照）は位相シフトθのコサイン関数、つま
りＶＤ２〜ｃｏｓ（θ）に比例する。干渉計における位
相シフトは、この例では、 θ＝２・π・ｎ1 ・ｉ／λ であって、ここで、ｎ1 は光伝導干渉計の屈折率を示
し、ｉはビーム分割によって得られる２つの光線の幾何
学的光路差を示し、λは光の波長を示す。
の光源から発せられる２つの光線は、ビーム分割によっ
て発生され、互いに関して位相シフトされて再結合さ
れ、干渉パターンとして光検出器に作用する。この例に
おいて、干渉パターンの光強度に対応する検出器信号Ｖ
Ｄ２（図３参照）は位相シフトθのコサイン関数、つま
りＶＤ２〜ｃｏｓ（θ）に比例する。干渉計における位
相シフトは、この例では、 θ＝２・π・ｎ1 ・ｉ／λ であって、ここで、ｎ1 は光伝導干渉計の屈折率を示
し、ｉはビーム分割によって得られる２つの光線の幾何
学的光路差を示し、λは光の波長を示す。
【００１５】ここでわかるように、ｉ＞０の場合λは波
長に依存する。この例では、ｉが増大するにつれて、位
相シフトの絶対的な変化は増大する。こうして、検出器
信号ＶＤ２は原理的に光源Ｌの波長を決定するために利
用することが可能である。
長に依存する。この例では、ｉが増大するにつれて、位
相シフトの絶対的な変化は増大する。こうして、検出器
信号ＶＤ２は原理的に光源Ｌの波長を決定するために利
用することが可能である。
【００１６】光ファイバサニャック干渉計における非相
反増分位相シフトを測定するために、第２のビーム分割
器ＳＴ２の偏光器Ｐ（図１参照）および位相変調器ＰＭ
の機能が、たとえば、ニオブ酸リチウムをベースとする
光集積チップ上で結合可能であることは公知である。
（ルフェーブル（Lefevre)らの「軍事的環境における誘
導光学構造（Guided Optical Structures in Military
Environment)（AGARD-CP-383) （イスタンブール、２３
−２７ １９８５年９月 ｐ ９Ａ／（１−１３）を参
照）このような多目的光集積チップ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ
−ｕｓｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｃｈ
ｉｐ）は以下においてＭＩＯＣとして示す。ＭＩＯＣ内
に含まれる位相変調器の決定論的変調ＡＴ２d を用いる
場合、ＭＩＯＣからファイバコイルＦＳへの転移におけ
る反射Ｒｆが導波路に反射し返さないようにすることを
確実にするという厳しい必要条件がある。というのもこ
のことによりＭＩＯＣにおいて寄生マイケルソン干渉計
が作りあげられて、その信号ＶＤ２が光検出器ＰＤ１に
おいてサニャック干渉計の実際の測定信号ＶＤ１と区別
されることができなくなるからである。このことは図３
の上部に示される。光検出器ＰＤ１の信号ＶＤは実際は
２つの信号成分ＶＤ１およびＶＤ２から構成される。し
かしながら、これら２つの信号成分は互いに分離される
ことができず、それゆえまた互いに区別されることもで
きない。
反増分位相シフトを測定するために、第２のビーム分割
器ＳＴ２の偏光器Ｐ（図１参照）および位相変調器ＰＭ
の機能が、たとえば、ニオブ酸リチウムをベースとする
光集積チップ上で結合可能であることは公知である。
（ルフェーブル（Lefevre)らの「軍事的環境における誘
導光学構造（Guided Optical Structures in Military
Environment)（AGARD-CP-383) （イスタンブール、２３
−２７ １９８５年９月 ｐ ９Ａ／（１−１３）を参
照）このような多目的光集積チップ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ
−ｕｓｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｃｈ
ｉｐ）は以下においてＭＩＯＣとして示す。ＭＩＯＣ内
に含まれる位相変調器の決定論的変調ＡＴ２d を用いる
場合、ＭＩＯＣからファイバコイルＦＳへの転移におけ
る反射Ｒｆが導波路に反射し返さないようにすることを
確実にするという厳しい必要条件がある。というのもこ
のことによりＭＩＯＣにおいて寄生マイケルソン干渉計
が作りあげられて、その信号ＶＤ２が光検出器ＰＤ１に
おいてサニャック干渉計の実際の測定信号ＶＤ１と区別
されることができなくなるからである。このことは図３
の上部に示される。光検出器ＰＤ１の信号ＶＤは実際は
２つの信号成分ＶＤ１およびＶＤ２から構成される。し
かしながら、これら２つの信号成分は互いに分離される
ことができず、それゆえまた互いに区別されることもで
きない。
【００１７】ここで、たとえばｎが偶数のときｓ（ｎ）
＝０であり、ｎが奇数のときｓ（ｎ）＝１であり、ｒ
（ｎ）は０と１との間を統計学的に変動する場合、信号
ｍ（ｎ）＝ｓ（ｎ）・π／２＋ｒ（ｎ）・πである位相
変調器の統計学的変調ＡＴ２の結果、変調器信号ＰＭＳ
の、検出器ＰＤ１への同期的散乱は有用な信号ＶＤ１か
ら統計学的に独立しているということは、ＥＰ ０ ４
４１ ９９８ Ａ１（添付の図４の基本的図解も参照）
から公知である。しかしながら、これに加えて、寄生マ
イケルソン干渉計の信号ＶＤ２もまた、以下に示される
ように、統計学的に独立している。それゆえこの発明は
光源Ｌの波長を安定させるための測定信号を得るのに本
来は所望されていない効果を用いる。
＝０であり、ｎが奇数のときｓ（ｎ）＝１であり、ｒ
（ｎ）は０と１との間を統計学的に変動する場合、信号
ｍ（ｎ）＝ｓ（ｎ）・π／２＋ｒ（ｎ）・πである位相
変調器の統計学的変調ＡＴ２の結果、変調器信号ＰＭＳ
の、検出器ＰＤ１への同期的散乱は有用な信号ＶＤ１か
ら統計学的に独立しているということは、ＥＰ ０ ４
４１ ９９８ Ａ１（添付の図４の基本的図解も参照）
から公知である。しかしながら、これに加えて、寄生マ
イケルソン干渉計の信号ＶＤ２もまた、以下に示される
ように、統計学的に独立している。それゆえこの発明は
光源Ｌの波長を安定させるための測定信号を得るのに本
来は所望されていない効果を用いる。
【００１８】ＭＩＯＣとファイバコイルＦＳとの間の境
界面で反射される２つの光線は、同じ条件で（ＭＩＯＣ
内の）位相変調器ＰＭを二度通過するので、結合されて
ファイバコイルＦＳに入った２つの光線が経験する２倍
の大きさの位相シフトを経験する。こうして、ｎが偶数
のときｐ（ｎ）＝ｒ（ｎ）・２πであり、ｎが奇数のと
きｐ（ｎ）＝π＋ｒ（ｎ）・２πである、位相シフトｐ
（ｎ）が与えられる。
界面で反射される２つの光線は、同じ条件で（ＭＩＯＣ
内の）位相変調器ＰＭを二度通過するので、結合されて
ファイバコイルＦＳに入った２つの光線が経験する２倍
の大きさの位相シフトを経験する。こうして、ｎが偶数
のときｐ（ｎ）＝ｒ（ｎ）・２πであり、ｎが奇数のと
きｐ（ｎ）＝π＋ｒ（ｎ）・２πである、位相シフトｐ
（ｎ）が与えられる。
【００１９】（ＭＩＯＣ内の）ビーム分割器ＳＴ２で結
合された、反射された光線の干渉信号は、θがマイケル
ソン干渉計における、変調に関係のない位相シフトであ
る、ｃｏｓ（ｐ（ｎ）＋θ）に比例するので、変調要素
ｒ（ｎ）・２πはコサインの２π周期のために除去さ
れ、干渉信号はｎが偶数のときｃｏｓ（θ）に比例し、
およびｎが奇数のときｃｏｓ（ｐ＋π）＝−ｃｏｓ
（θ）に比例し、ならびにこうしてＳ（ｎ）によって復
調可能でありサニャック干渉計信号ＶＤ１またはＳ１か
ら統計学的に独立している（図４および図８参照）。ｓ
（ｎ）または（２ｓ（ｎ）−１）で復調された信号Ｓ２
はθに比例する信号および、上記のように、波長λに比
例する信号も与える。
合された、反射された光線の干渉信号は、θがマイケル
ソン干渉計における、変調に関係のない位相シフトであ
る、ｃｏｓ（ｐ（ｎ）＋θ）に比例するので、変調要素
ｒ（ｎ）・２πはコサインの２π周期のために除去さ
れ、干渉信号はｎが偶数のときｃｏｓ（θ）に比例し、
およびｎが奇数のときｃｏｓ（ｐ＋π）＝−ｃｏｓ
（θ）に比例し、ならびにこうしてＳ（ｎ）によって復
調可能でありサニャック干渉計信号ＶＤ１またはＳ１か
ら統計学的に独立している（図４および図８参照）。ｓ
（ｎ）または（２ｓ（ｎ）−１）で復調された信号Ｓ２
はθに比例する信号および、上記のように、波長λに比
例する信号も与える。
【００２０】ＭＩＯＣからファイバコイルへの転移での
反射の他に、ファイバコイルからＭＩＯＣへの転移にお
いても反射が起こる。この反射はファイバコイルＦＳを
通過した光線に関係する。ここで反射された光線はもう
一度ファイバコイルＦＳを通過し、位相変調器を最初に
通過してから時間２ｔ0 後に再び位相変調器を通過し
て、検出器ＰＤ１でさらなる干渉信号を発生させる。位
相変調器を二重に通過するために、これらの光波の位相
シフトｐ（ｎ）は時間ｎ・ｔ0 での位相シフトと時間
（ｎ−２）・ｔ0 での位相シフトとの和であり、以下の
ようにして得られる。すなわち、ｐ（ｎ）＝（ｒ（ｎ）
＋ｒ（ｎ−２））・π＋（ｓ（ｎ）＋ｓ（ｎ−２））・
π／２である。ｓ（ｎ）＝ｓ（ｎ−２）であるので、結
果は、ｎが偶数のときｐ（ｎ）＝（ｒ（ｎ）＋ｒ（ｎ＋
２））・πであり、ｎが奇数のときｐ（ｎ）＝（ｒ
（ｎ）＋ｒ（ｎ−２））・π＋πである。こうして干渉
計信号は、ｃｏｓ（（ｒ（ｎ）＋ｒ（ｎ−２）＋ｓ
（ｎ））・π＋θ）＝（２・ｒ（ｎ）−１）・（２・ｒ
（ｎ−２）−１）・（２・ｓ（ｎ）−１）・ｃｏｓ
（θ）となる。
反射の他に、ファイバコイルからＭＩＯＣへの転移にお
いても反射が起こる。この反射はファイバコイルＦＳを
通過した光線に関係する。ここで反射された光線はもう
一度ファイバコイルＦＳを通過し、位相変調器を最初に
通過してから時間２ｔ0 後に再び位相変調器を通過し
て、検出器ＰＤ１でさらなる干渉信号を発生させる。位
相変調器を二重に通過するために、これらの光波の位相
シフトｐ（ｎ）は時間ｎ・ｔ0 での位相シフトと時間
（ｎ−２）・ｔ0 での位相シフトとの和であり、以下の
ようにして得られる。すなわち、ｐ（ｎ）＝（ｒ（ｎ）
＋ｒ（ｎ−２））・π＋（ｓ（ｎ）＋ｓ（ｎ−２））・
π／２である。ｓ（ｎ）＝ｓ（ｎ−２）であるので、結
果は、ｎが偶数のときｐ（ｎ）＝（ｒ（ｎ）＋ｒ（ｎ＋
２））・πであり、ｎが奇数のときｐ（ｎ）＝（ｒ
（ｎ）＋ｒ（ｎ−２））・π＋πである。こうして干渉
計信号は、ｃｏｓ（（ｒ（ｎ）＋ｒ（ｎ−２）＋ｓ
（ｎ））・π＋θ）＝（２・ｒ（ｎ）−１）・（２・ｒ
（ｎ−２）−１）・（２・ｓ（ｎ）−１）・ｃｏｓ
（θ）となる。
【００２１】この信号もまたサニャック干渉計信号およ
び第１のマイケルソン干渉計信号から統計学的に独立し
ている。十分に大きな測定信号を得るために、２つの反
射された光波間の光路差は可能な限り大きくされなけれ
ばならない。さらに、θ＝ｎ・πとなるように所与の波
長のための光路差を選択することを勧める、そうすると
復調される干渉計信号は０となり、光路長の増加または
光路長の減少に関して、復調された信号の符号から結論
を引出すことが可能である。図５に示されるように、光
路差は、たとえば、ファイバコイルＦＳの側にあるＭＩ
ＯＣの端部の表面を角度αだけ僅かに面取りすることに
よって導入することができる。この例において、反射さ
れた光の十分な光強度が導波路において依然として結合
されていることと、光路差が光源のコヒーレンス長より
小さいこととが確実でなければならない。以下の例示の
計算は典型的な構成（図５参照）を示す： ｉ＝２・ｓｉｎ（α）・ｄ であり、ここで、ｄは、ＭＩＯＣ内のビーム分割器の出
力アームの間隔であって、約３００μｍであり、αは面
取り角度である。
び第１のマイケルソン干渉計信号から統計学的に独立し
ている。十分に大きな測定信号を得るために、２つの反
射された光波間の光路差は可能な限り大きくされなけれ
ばならない。さらに、θ＝ｎ・πとなるように所与の波
長のための光路差を選択することを勧める、そうすると
復調される干渉計信号は０となり、光路長の増加または
光路長の減少に関して、復調された信号の符号から結論
を引出すことが可能である。図５に示されるように、光
路差は、たとえば、ファイバコイルＦＳの側にあるＭＩ
ＯＣの端部の表面を角度αだけ僅かに面取りすることに
よって導入することができる。この例において、反射さ
れた光の十分な光強度が導波路において依然として結合
されていることと、光路差が光源のコヒーレンス長より
小さいこととが確実でなければならない。以下の例示の
計算は典型的な構成（図５参照）を示す： ｉ＝２・ｓｉｎ（α）・ｄ であり、ここで、ｄは、ＭＩＯＣ内のビーム分割器の出
力アームの間隔であって、約３００μｍであり、αは面
取り角度である。
【００２２】α＝１°のとき結果はｉ＝２・ｓｉｎ（１
°）・３００μｍ＝１０．４７μｍである。こうしてマ
イケルソン干渉計の復調された信号は、ニオブ酸リチウ
ムに対する屈折率ｎLiNbO3＝２．３と仮定すると、理論
上の波長λ0 から小さなずれを生じる。すなわち、λ0
＝８３０ｎｍであると仮定される場合、Ｓ２＝（２．３
・１０．４７／λ0 ）・（１−λ0 ／λ）＝２９・（ｌ
−λ0 ／λ）である。
°）・３００μｍ＝１０．４７μｍである。こうしてマ
イケルソン干渉計の復調された信号は、ニオブ酸リチウ
ムに対する屈折率ｎLiNbO3＝２．３と仮定すると、理論
上の波長λ0 から小さなずれを生じる。すなわち、λ0
＝８３０ｎｍであると仮定される場合、Ｓ２＝（２．３
・１０．４７／λ0 ）・（１−λ0 ／λ）＝２９・（ｌ
−λ0 ／λ）である。
【００２３】復調された信号Ｓ２は、ここで、本発明に
従い、温度変化および／または注入電流の変化によって
光源Ｌの波長λを安定させるために使用されるか、また
はスケールファクタエラーを補償するための、上位のコ
ンピュータシステムにおける波長変更の手段として用い
られる。
従い、温度変化および／または注入電流の変化によって
光源Ｌの波長λを安定させるために使用されるか、また
はスケールファクタエラーを補償するための、上位のコ
ンピュータシステムにおける波長変更の手段として用い
られる。
【００２４】この例において、スケールファクタエラー
の補償のために以下のことに注意しなければならない。
すなわち、上述したように、回転速度測定信号のスケー
ルファクタは光源の波長λに反比例する。信号Ｓ２によ
る波長の変化の測定により、そのような波長がＳ２で安
定されない限りスケールファクタの変化はしたがって補
償可能である。このようなプロセスはスケールファクタ
の安定のための開ループプロセスに対しては特に利用可
能であろう。図８の機能ブロック図において、「温度」
および「注入電流」は不要となり、その代わりに、回転
速度に関して、計算ステップ（ｋ1 ・Ｓ１）・（１−ｋ
２・Ｓ２）がプロセッサにおいて実行される。この例に
おいて、ｋ1 は理論上の波長でのスケールファクタを示
し、ｋ２は比例係数である。
の補償のために以下のことに注意しなければならない。
すなわち、上述したように、回転速度測定信号のスケー
ルファクタは光源の波長λに反比例する。信号Ｓ２によ
る波長の変化の測定により、そのような波長がＳ２で安
定されない限りスケールファクタの変化はしたがって補
償可能である。このようなプロセスはスケールファクタ
の安定のための開ループプロセスに対しては特に利用可
能であろう。図８の機能ブロック図において、「温度」
および「注入電流」は不要となり、その代わりに、回転
速度に関して、計算ステップ（ｋ1 ・Ｓ１）・（１−ｋ
２・Ｓ２）がプロセッサにおいて実行される。この例に
おいて、ｋ1 は理論上の波長でのスケールファクタを示
し、ｋ２は比例係数である。
【００２５】図８で示されるように、サニャック干渉計
が閉ループプロセスにおいて作動される場合、反射され
た光線もまたランプ信号ＡＴ１によって位相シフトされ
（図１０および図１１参照）、それが回転中に非相反位
相シフトを補償することは考慮にいれなければならな
い。ランプの結果マイケルソン干渉計における０と４π
との間のすべての位相シフトが均一な分布で生じるの
で、ｓ（ｎ）で復調された信号Ｓ２は、その振幅が一定
であって、しかしながら、ランプ信号に対するその位相
関係Ｐ１が位相シフトθに線形依存する、周期的な信号
である。
が閉ループプロセスにおいて作動される場合、反射され
た光線もまたランプ信号ＡＴ１によって位相シフトされ
（図１０および図１１参照）、それが回転中に非相反位
相シフトを補償することは考慮にいれなければならな
い。ランプの結果マイケルソン干渉計における０と４π
との間のすべての位相シフトが均一な分布で生じるの
で、ｓ（ｎ）で復調された信号Ｓ２は、その振幅が一定
であって、しかしながら、ランプ信号に対するその位相
関係Ｐ１が位相シフトθに線形依存する、周期的な信号
である。
【００２６】この位相関係Ｐ１はたとえば、第２の同期
復調器ＳＹＮＣＤ２の下流に接続され、その変調符号が
たとえば各々の場合においてπ／２の倍数のランプ値で
変わる、付加的な同期復調器によって得ることができ
る。ランプ信号がディジタル的に生成され、それぞれの
ランプ値は２進数で表わされる回路の例では、復調符号
はランプ値π／２を表わすビット
復調器ＳＹＮＣＤ２の下流に接続され、その変調符号が
たとえば各々の場合においてπ／２の倍数のランプ値で
変わる、付加的な同期復調器によって得ることができ
る。ランプ信号がディジタル的に生成され、それぞれの
ランプ値は２進数で表わされる回路の例では、復調符号
はランプ値π／２を表わすビット
【００２７】
【数１】
【００２８】から得ることができる。
【００２９】マイケルソン干渉計信号を復調する２つの
同期復調器ＳＹＮＣＤ１およびＳＹＮＣＤ２は２つの上
述の個々の駆動信号の積により駆動される１つの同期復
調器に組合せられてもよい。数学的には、この駆動信号
ｄ２（ｎ）は以下のように表わされるであろう（図６参
照）：
同期復調器ＳＹＮＣＤ１およびＳＹＮＣＤ２は２つの上
述の個々の駆動信号の積により駆動される１つの同期復
調器に組合せられてもよい。数学的には、この駆動信号
ｄ２（ｎ）は以下のように表わされるであろう（図６参
照）：
【００３０】
【数２】
【００３１】さらに、測定されるべき位相θはまたＭＩ
ＯＣの材料の屈折率ｎおよび２つの反射された光線の幾
何学的光路差ｉに依存し、したがって、温度の影響によ
るそれらの変動にもまた依存することを考慮にいれなけ
ればならない。この問題点は光路の温度の測定および測
定信号のそれに対応する修正によって回避できる。しか
しながら、光源Ｌと対照的に、この例において経時劣化
は何の役割も果たさない。
ＯＣの材料の屈折率ｎおよび２つの反射された光線の幾
何学的光路差ｉに依存し、したがって、温度の影響によ
るそれらの変動にもまた依存することを考慮にいれなけ
ればならない。この問題点は光路の温度の測定および測
定信号のそれに対応する修正によって回避できる。しか
しながら、光源Ｌと対照的に、この例において経時劣化
は何の役割も果たさない。
【００３２】温度の影響を受けやすいことは、この発明
の有利なさらなる発展に従い、ＥＰ０ ４６０ ２６８
Ａ１に詳細に記載され、さらに図７を参照して、この
発明に適合した実施例で、以下に続く本文に説明される
ように、屈折率の変化および幾何学的光路差を精密に相
殺するようＭＩＯＣ内の導波路の材料および位置を選択
することで回避してもよい。
の有利なさらなる発展に従い、ＥＰ０ ４６０ ２６８
Ａ１に詳細に記載され、さらに図７を参照して、この
発明に適合した実施例で、以下に続く本文に説明される
ように、屈折率の変化および幾何学的光路差を精密に相
殺するようＭＩＯＣ内の導波路の材料および位置を選択
することで回避してもよい。
【００３３】基板上、特に慣例的に用いられるＸ−断面
ＬｉＮｂＯ3 基板上で、導波路が位相変調器内にＹ結晶
軸に対して４５°で導入されかつＹ分岐ＳＴ２の２つの
出力アームＬ１およびＬ２がそれぞれ位相変調器ＰＭの
後で＋１０°および−１０°だけ４５°方向からずれ、
結合してしまうまで異なる長さの光路Ｌ１およびＬ２を
通過するならば、温度変化の例における屈折率の変化お
よび幾何学的光路差は避けられるであろう。この例にお
いて、選択された例における光路長の差に対し、以下の
ことが適用できる。すなわち、Ｌ１／Ｌ２＝０．８１３
８である。もし光路長の差に関して最大１０μｍが遅れ
として許容されるならば、光路Ｌ１およびＬ２の長さは
それぞれ以下のように得られる： Ｌ１＝４３．７μｍおよびＬ２＝５３．７μｍ 図８は、簡潔な図解で、回転速度を測定するための装置
の特定的な実施例を示し、その装置は原則においてＥＰ
０ ４４１ ９９８ Ａ１の図７に従う干渉計の構成
に対応する、つまり、この図解においてはいかなるスケ
ールファクタ調整も含まないが、温度変化または注入電
流変化により光源Ｌの波長を安定させる同期復調器を有
して、本発明に従ったマイケルソン干渉計装置により補
われる。
ＬｉＮｂＯ3 基板上で、導波路が位相変調器内にＹ結晶
軸に対して４５°で導入されかつＹ分岐ＳＴ２の２つの
出力アームＬ１およびＬ２がそれぞれ位相変調器ＰＭの
後で＋１０°および−１０°だけ４５°方向からずれ、
結合してしまうまで異なる長さの光路Ｌ１およびＬ２を
通過するならば、温度変化の例における屈折率の変化お
よび幾何学的光路差は避けられるであろう。この例にお
いて、選択された例における光路長の差に対し、以下の
ことが適用できる。すなわち、Ｌ１／Ｌ２＝０．８１３
８である。もし光路長の差に関して最大１０μｍが遅れ
として許容されるならば、光路Ｌ１およびＬ２の長さは
それぞれ以下のように得られる： Ｌ１＝４３．７μｍおよびＬ２＝５３．７μｍ 図８は、簡潔な図解で、回転速度を測定するための装置
の特定的な実施例を示し、その装置は原則においてＥＰ
０ ４４１ ９９８ Ａ１の図７に従う干渉計の構成
に対応する、つまり、この図解においてはいかなるスケ
ールファクタ調整も含まないが、温度変化または注入電
流変化により光源Ｌの波長を安定させる同期復調器を有
して、本発明に従ったマイケルソン干渉計装置により補
われる。
【００３４】図８に従う光ファイバ干渉計構成の左側部
分は図１および図２の説明を読んだ者には既に知られて
いる。光検出器ＰＤ１の出力信号は図３および図４を参
照して既に説明された２つの信号成分ＶＤ１（回転速度
に依存する信号）およびＶＤ２（マイケルソン干渉計測
定信号）を含み、それらは２つの同期復調器ＳＹＮＣＤ
１およびＳＹＮＣＤ２の入力側に連帯して作用する。回
転速度に依存する信号ＶＤ１の復調に割当てられる第１
の同期復調器ＳＹＮＣＤ１のための復調信号ｄ１（ｎ）
に関しては、ＥＰ ０ ４４１ ９９８ Ａ１における
詳細な説明を引用する。この復調信号ｄ１（ｎ）は、一
次的な意味（linear sense）において、位相変調器ＰＭ
のためのリセット信号ＰＭＳと同様、変調プロセス中に
起こるすべての信号、特に妨害信号から統計学的に独立
している。第１の同期復調器ＳＹＮＣＤ１により復調さ
れかつ回転速度に依存する信号Ｓ１は（ＥＰ ０ ４４
１９９８ Ａ１の図７の図解と全く同様の方法で）積分
器およびランプ波発生器に伝わり、そして回転速度に依
存するランプ信号ＡＴ１の形で（図９〜図１１参照）、
モジュロフォーメーションを有する加算器に作用し、加
算器は入力側では第２の信号成分ＡＴ２の作用を受けて
おり、これは、同様の既に知られている方法で、その第
１の成分ＡＴ２１は交互に続く値０およびπ／２から形
成され、一方その第２の成分ＡＴ２２は実質的に相関関
係なしに続く値０およびπで構成される。
分は図１および図２の説明を読んだ者には既に知られて
いる。光検出器ＰＤ１の出力信号は図３および図４を参
照して既に説明された２つの信号成分ＶＤ１（回転速度
に依存する信号）およびＶＤ２（マイケルソン干渉計測
定信号）を含み、それらは２つの同期復調器ＳＹＮＣＤ
１およびＳＹＮＣＤ２の入力側に連帯して作用する。回
転速度に依存する信号ＶＤ１の復調に割当てられる第１
の同期復調器ＳＹＮＣＤ１のための復調信号ｄ１（ｎ）
に関しては、ＥＰ ０ ４４１ ９９８ Ａ１における
詳細な説明を引用する。この復調信号ｄ１（ｎ）は、一
次的な意味（linear sense）において、位相変調器ＰＭ
のためのリセット信号ＰＭＳと同様、変調プロセス中に
起こるすべての信号、特に妨害信号から統計学的に独立
している。第１の同期復調器ＳＹＮＣＤ１により復調さ
れかつ回転速度に依存する信号Ｓ１は（ＥＰ ０ ４４
１９９８ Ａ１の図７の図解と全く同様の方法で）積分
器およびランプ波発生器に伝わり、そして回転速度に依
存するランプ信号ＡＴ１の形で（図９〜図１１参照）、
モジュロフォーメーションを有する加算器に作用し、加
算器は入力側では第２の信号成分ＡＴ２の作用を受けて
おり、これは、同様の既に知られている方法で、その第
１の成分ＡＴ２１は交互に続く値０およびπ／２から形
成され、一方その第２の成分ＡＴ２２は実質的に相関関
係なしに続く値０およびπで構成される。
【００３５】ＭＩＯＣ内のマイケルソン干渉計から形成
される、光検出器ＰＤ１の第２の信号要素ＶＤ２は、図
６を参照して上で説明された復調信号ｄ２（ｎ）の補助
で第２の同期復調器ＳＹＮＣＤ２により復調され、そし
て光源Ｌのための温度または注入電流を変動させるため
に上位のマイクロプロセッサに修正信号Ｓ２を伝搬す
る。図８内のこの発明にとって必要不可欠な部分は点線
で簡略に示される。示されているように、光検出器ＰＤ
１の出力からの、第２の増幅された信号要素ＶＤ２はこ
うして、第２の同期復調器ＳＹＮＣＤ２に作用し、これ
は周波数ｆ0 でクロックされ、ランプ値に依存するその
復調信号は決定論的位相変調値ｓ（ｎ）とともに変化
し、その（平均された）出力信号Ｓ２は２つの反射され
た光線のインクレメンタルな波長に依存する位相シフト
に対応する。
される、光検出器ＰＤ１の第２の信号要素ＶＤ２は、図
６を参照して上で説明された復調信号ｄ２（ｎ）の補助
で第２の同期復調器ＳＹＮＣＤ２により復調され、そし
て光源Ｌのための温度または注入電流を変動させるため
に上位のマイクロプロセッサに修正信号Ｓ２を伝搬す
る。図８内のこの発明にとって必要不可欠な部分は点線
で簡略に示される。示されているように、光検出器ＰＤ
１の出力からの、第２の増幅された信号要素ＶＤ２はこ
うして、第２の同期復調器ＳＹＮＣＤ２に作用し、これ
は周波数ｆ0 でクロックされ、ランプ値に依存するその
復調信号は決定論的位相変調値ｓ（ｎ）とともに変化
し、その（平均された）出力信号Ｓ２は２つの反射され
た光線のインクレメンタルな波長に依存する位相シフト
に対応する。
【００３６】図９ないし図１１は、（半導体）光源Ｌの
波長の安定のための、光ファイバサニャック干渉計のさ
まざまな上述の作動要件に対する典型的な信号の進行、
つまり回転速度にその傾斜が対応するＡＴ１、決定論的
な、上に定義された変調信号要素ＡＴ２１、統計学的
な、同様に上で説明された変調信号要素ＡＴ２２、位相
変調信号ＰＭＳ、サニャック干渉計信号ＶＤ１およびマ
イケルソン干渉計信号ＶＤ２ならびにそこから、信号ｄ
２（ｎ）による復調により得られる駆動または調整信号
Ｓ２の進行を示す。
波長の安定のための、光ファイバサニャック干渉計のさ
まざまな上述の作動要件に対する典型的な信号の進行、
つまり回転速度にその傾斜が対応するＡＴ１、決定論的
な、上に定義された変調信号要素ＡＴ２１、統計学的
な、同様に上で説明された変調信号要素ＡＴ２２、位相
変調信号ＰＭＳ、サニャック干渉計信号ＶＤ１およびマ
イケルソン干渉計信号ＶＤ２ならびにそこから、信号ｄ
２（ｎ）による復調により得られる駆動または調整信号
Ｓ２の進行を示す。
【００３７】信号Ｓ２割当られた図９−図１１中の実線
は０のラインに対応する。このことから、図１１におけ
る平均された信号Ｓ２は正であり、一方図１０において
は位相関係Ｐ１が原因となって、ほとんど０が平均値と
して現われるということが明らかとなる。
は０のラインに対応する。このことから、図１１におけ
る平均された信号Ｓ２は正であり、一方図１０において
は位相関係Ｐ１が原因となって、ほとんど０が平均値と
して現われるということが明らかとなる。
【図１】既に説明されている、光源のための電子波長安
定化を含む回転センサの部分図である。
定化を含む回転センサの部分図である。
【図２】同様に既に説明されている、特定された、温度
により変化しない特性を有する別個のマイケルソン干渉
計による、光源の波長の直接測定を含む、光ファイバ回
転速度センサの部分図である（ＥＰ−０ ４６０ ２６
８ Ａ１参照）。
により変化しない特性を有する別個のマイケルソン干渉
計による、光源の波長の直接測定を含む、光ファイバ回
転速度センサの部分図である（ＥＰ−０ ４６０ ２６
８ Ａ１参照）。
【図３】多目的光集積チップおよびチップ内に集積され
た位相変調器の決定論的変調を含む、光ファイバ回転速
度センサの基本的構成を示す図である。
た位相変調器の決定論的変調を含む、光ファイバ回転速
度センサの基本的構成を示す図である。
【図４】多目的光集積チップが、この発明に従い光波長
依存信号を得るためにマイケルソン干渉計として同時に
用いられ得る、統計学的に可変な変調の例における、図
３の図解に対応する基本的図解を示す図である。
依存信号を得るためにマイケルソン干渉計として同時に
用いられ得る、統計学的に可変な変調の例における、図
３の図解に対応する基本的図解を示す図である。
【図５】光路差を得るために、２つの部分的光線の射出
面において僅かに面取りされた端面を有する多目的光集
積チップの基本的図解を示す図である。
面において僅かに面取りされた端面を有する多目的光集
積チップの基本的図解を示す図である。
【図６】この発明に従うマイケルソン干渉計のための
（第２の）同期復調器の機能ブロック図である。
（第２の）同期復調器の機能ブロック図である。
【図７】この発明の有利な実施例に従う、温度の安定し
たマイケルソン干渉計を有する多目的光集積チップの基
本的構造を示す図である。
たマイケルソン干渉計を有する多目的光集積チップの基
本的構造を示す図である。
【図８】光源の温度調整および／または注入電流調整の
ための光波長依存信号を得るために、光集積チップをマ
イケルソン干渉計として同時に用いた、ディジタル位相
ランプリセットおよび位相変調器のための駆動信号の統
計学的に独立した発生を含む閉ループ構成における光フ
ァイバサニャック干渉計の機能ブロック図である。
ための光波長依存信号を得るために、光集積チップをマ
イケルソン干渉計として同時に用いた、ディジタル位相
ランプリセットおよび位相変調器のための駆動信号の統
計学的に独立した発生を含む閉ループ構成における光フ
ァイバサニャック干渉計の機能ブロック図である。
【図９】図８の回路構成の示されたポイントでの典型的
な信号進行であって、光ファイバ回転速度センサの中立
点における、つまりランプ信号は伴わないが干渉計の偏
差は伴うという作動要件にある信号進行を示す図であ
る。
な信号進行であって、光ファイバ回転速度センサの中立
点における、つまりランプ信号は伴わないが干渉計の偏
差は伴うという作動要件にある信号進行を示す図であ
る。
【図１０】図８の回路構成の示されたポイントでの典型
的な信号進行であって、ある回転速度での、つまりラン
プ信号を伴うが安定した光波長を伴う、つまりマイケル
ソン干渉計の偏差を伴わないという作動要件にある対応
する信号進行を示す図である。
的な信号進行であって、ある回転速度での、つまりラン
プ信号を伴うが安定した光波長を伴う、つまりマイケル
ソン干渉計の偏差を伴わないという作動要件にある対応
する信号進行を示す図である。
【図１１】図８の回路構成の示されたポイントでの典型
的な信号進行であって、ある回転速度での、つまりラン
プ信号を伴い再調整されるべき光源の波長を伴う、つま
り、マイケルソン干渉計の偏差を伴うという作動要件に
ある対応する信号進行を示す図である。
的な信号進行であって、ある回転速度での、つまりラン
プ信号を伴い再調整されるべき光源の波長を伴う、つま
り、マイケルソン干渉計の偏差を伴うという作動要件に
ある対応する信号進行を示す図である。
Ｌ 光源 Ｐ 偏光器 ＦＳ ファイバコイル ＰＭ 位相変調器 ＰＤ１ 検出器装置 ＰＤ２ 検出器装置 ＳＹＮＣＤ１ 同期復調器 ＳＹＮＣＤ２ 同期復調器 ＭＩＯＣ 光集積チップ ＳＴ１ ビーム分割器 ＳＴ２ ビーム分割器 ＡＴ１ ランプ信号 Ｌ１ 光学距離 Ｌ２ 光学距離 ＰＭＳ 位相変調信号
Claims (8)
- 【請求項１】 光源（Ｌ）から発せられ、偏光器（Ｐ）
によって偏光され、ビーム分割（ＳＴ２）によって発生
される２つの光線が互いに逆方向にファイバコイル（Ｆ
Ｓ）に入射されて、その後再結合され、 生じた干渉パターンは、偏光器（Ｐ）を通過後、その出
力信号が干渉パターンの光強度に対応する検出器装置
（ＰＤ１）に作用し、 ２つの光線はビーム分割の下流かつファイバコイル（Ｆ
Ｓ）の手前に位置する位相変調器（ＰＭ）で、複数の可
変成分から合わせられモジュロ演算により２πの値に制
限される信号（ＰＭＳ）により変調され、ここで、 第１の信号成分（ＡＴ１）は、積分プロセスにより発生
され２つの光線の非相反増分位相シフトを補償するラン
プ信号であり、 第２の信号成分（ＡＴ２）は、ｔ0 が光線の各々が中立
の状態でファイバコイル（ＦＳ）を通る走行時間であ
る、各時間ｔ0 でのπ／２の正の積分値を表わし、この
第２の信号成分は以下の２つの成分（ＡＴ２１およびＡ
Ｔ２２）の和からなり、これらのうち、 第１の成分（ＡＴ２１）は交互に続く値０およびπ／２
から形成され、 第２の成分（ＡＴ２２）は、相関関係なしに大部分が続
く値０およびπから形成され、さらに、 検出器装置（ＰＤ）の出力信号は４つの因数の積（ｄ１
（ｎ））により駆動される第１の同期復調器（ＳＹＮＣ
Ｄ１）によって復調され、４つの因数のうち、 第１の因数は常に値−１を有し、 第２の因数は、第２の成分（ＡＴ２２）が値０を有する
場合−１であるが、第２成分（ＡＴ２２）が値πを有す
る場合＋１であり、 第３の因数は、すぐ前に先行する変調サイクルから導か
れた第２の成分（ＡＴ２２）が値０を有した場合−１で
あるが、その先行する変調サイクルから導かれた第２の
成分（ＡＴ２２）が値πを有した場合＋１であり、 第４の因数は、第１の成分（ＡＴ２１）が値０を有する
場合−１であるが、第１の成分（ＡＴ２１）が値π／２
を有する場合は＋１である、回転速度を測定するための
光ファイバサニャック干渉計であって、 ビーム分割（ＳＴ２）および位相変調器（ＰＭ）の下流
の光線の一部は反射され、これらの光線成分は同じよう
に再結合され、偏光器（Ｐ）を通過した後検出器装置
（ＰＤ１）に作用し、 検出器装置（ＰＤ１）の出力信号は２つの因数の積（ｄ
２（ｎ））により駆動される第２の同期復調器（ＳＹＮ
ＣＤ２）によってさらに復調され、その２つの因数のう
ち、 第１の因数は、第１の要素（ＡＴ２１）が値０を有する
場合−１であるが、第１の要素（ＡＴ２１）が値π／２
を有する場合＋１であり、 第２の因数は、ランプ信号（ＡＴ１）が０とπ／２との
間（境界を含む）またはπと３π／２との間（境界を含
む）の値を有する場合は−１であるが、ランプ信号（Ａ
Ｔ１）がπ／２とπとの間（境界を含む）または３π／
２と２πとの間（境界を含む）の値を有する場合＋１で
あることと、 第２の同期復調器（ＳＹＮＣＤ２）により復調された信
号（Ｓ２）は、光源の温度および／または光源注入電流
を変えることによって光源（Ｌ）の波長を変化させるた
めに利用されることとを特徴とする、回転速度を測定す
るための光ファイバサニャック干渉計。 - 【請求項２】 第２の同期復調器（ＳＹＮＣＤ２）によ
って復調された信号は上位のコンピュータシステムにお
いて光源の温度および／または補償電流変化のための補
償計算のための制御信号として用いられる、請求項１に
記載の干渉計。 - 【請求項３】 ビーム分割（ＳＴ２）および位相変調
（ＰＭ）が光集積チップ（ＭＩＯＣ）上に組合せられ、
それが付加的な測定干渉計として働きかつ各々において
その２つの出力に対してファイバコイル（ＦＳ）の一方
の端部が接続されることと、光線成分の反射が光集積チ
ップ（ＭＩＯＣ）からファイバコイル（ＦＳ）への端面
転移位置において起こることとを特徴とする、請求項１
または２に記載の干渉計。 - 【請求項４】 光集積チップ（ＭＩＯＣ）において光集
積チップ（ＭＩＯＣ）からファイバコイル（ＦＳ）への
転移位置を面取りすることにより小さい光路差（ｉ）が
導入される、請求項３に記載の干渉計。 - 【請求項５】 光集積チップにおける面取り角度αは光
集積チップ（ＭＩＯＣ）における光線の伝搬の方向に対
して０．５°ないし２°の範囲内で、好ましくは約１°
に選択される、請求項４に記載の干渉計。 - 【請求項６】 測定干渉計の温度が測定され、測定され
た温度値は第２の同期復調器（ＳＹＮＣＤ２）によって
得られる測定信号（Ｓ２）の修正のために上位のコンピ
ュータシステム（ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ）において用いら
れる、請求項３に記載の干渉計。 - 【請求項７】 光集積チップの温度が万一変化した場合
でも光路長の差は変化しないままであるように、光集積
チップ（ＭＩＯＣ）内の光路の方向が、チップ基板の結
晶軸およびそれらの光路長（Ｌ１、Ｌ２）に関して偏光
の方向を考慮して、選択される、請求項４に記載の干渉
計。 - 【請求項８】 光源（Ｌ）から発せられ、偏光器（Ｐ）
によって偏光され、ビーム分割（ＳＴ２）によって発生
される２つの光線は互いに逆方向にファイバコイル（Ｆ
Ｓ）に入射されて、その後再結合され、 生じた干渉パターンは、偏光器（Ｐ）を通過後、その出
力信号が干渉パターンの光強度に対応する検出器装置
（ＰＤ１）に作用し、 ２つの光線はビーム分割の下流かつファイバコイル（Ｆ
Ｓ）の手前に位置する位相変調器（ＰＭ）により変調さ
れ、 増幅された光検出器出力信号は第１の同期復調器（ＳＹ
ＮＣＤ１）へ供給され、 位相変調器に作用する変調器信号は２つの成分の和から
形成され、そのうち、第１の成分は交互に続く値０およ
びπ／２から形成され、第２の成分は、相関関係なしに
大部分が続く値０およびπから形成され、 第１の同期復調器（ＳＹＮＣＤ１）は４つの因数の積に
より駆動され、そのうち、 第１の因数は常に値−１を有し、 第２の因数は、第２の成分（ＡＴ２２）が値０を有する
場合−１であるが、第２成分（ＡＴ２２）が値πを有す
る場合＋１であり、 第３の因数は、すぐ前に先行する変調サイクルから導か
れた第２の成分（ＡＴ２２）が値０を有した場合−１で
あるが、その先行する変調サイクルから導かれた第２成
分（ＡＴ２２）が値πを有した場合＋１であり、 第４の因数は、第１の成分（ＡＴ２１）が値０を有する
場合−１であるが、第１の成分（ＡＴ２１）が値π／２
を有する場合は＋１である、回転速度を測定するための
光ファイバサニャック干渉計であって、 ビーム分割（ＳＴ２）および位相変調器（ＰＭ）の下流
の光線の一部は反射され、これらの光線成分は同じよう
に再結合され、偏光器（Ｐ）を通過した後検出器装置
（ＰＤ１）に作用し、 出力装置（ＰＤ１）の出力信号は２つの因数の積（ｄ２
（ｎ））により駆動される第２の同期復調器（ＳＹＮＣ
Ｄ２）によってさらに復調され、その２つの因数のう
ち、第１の因数は第１の成分（ＡＴ２１）が値０を有す
る場合−１であるが、第１の要素（ＡＴ２１）が値π／
２を有する場合＋１であり、第２の因数は、第１の信号
成分（ＡＴ１）が０とπ／２との間（境界を含む）また
はπと３π／２との間（境界を含む）の値を有する場合
は−１であるが、第１の信号成分（ＡＴ１）がπ／２と
πとの間（境界を含む）または３π／２と２πとの間
（境界を含む）の値を有する場合＋１であることと、 第２の同期復調器（ＳＹＮＣＤ２）により復調される信
号（Ｓ２）は、干渉計スケールファクタの数学的補償の
ための要素として用いられることとを特徴とする、回転
速度を測定するための光ファイバサニャック干渉計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP93117510A EP0652417B1 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Faseroptisches Sagnac-Interferometer zur Drehratenmessung mit wellenlängenstabilisierter Lichtquelle |
| DE93117510:3 | 1993-10-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190787A true JPH07190787A (ja) | 1995-07-28 |
| JP2532035B2 JP2532035B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=8213379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6262428A Expired - Fee Related JP2532035B2 (ja) | 1993-10-28 | 1994-10-26 | 回転速度を測定するための光ファイバサニャック干渉計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5485274A (ja) |
| EP (1) | EP0652417B1 (ja) |
| JP (1) | JP2532035B2 (ja) |
| CA (1) | CA2130541A1 (ja) |
| DE (1) | DE59307220D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100343637C (zh) * | 2003-11-10 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | 基于sagnac干涉仪的光纤温度传感方法及其传感器 |
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|---|---|---|---|---|
| US5563705A (en) * | 1995-06-07 | 1996-10-08 | Honeywell, Inc. | Optical power balancing in interferometric fiber optic gyroscopes |
| US5956171A (en) * | 1996-07-31 | 1999-09-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electro-optic modulator and method |
| GB2320635A (en) | 1996-12-19 | 1998-06-24 | Northern Telecom Ltd | Optical timing detection using an interferometer |
| US5850286A (en) * | 1997-05-12 | 1998-12-15 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic gyro with optical intensity spike suppression |
| US5883716A (en) * | 1997-07-15 | 1999-03-16 | Litton Systems, Inc. | Rate control loop for fiber optic gyroscope |
| DE19802095C1 (de) * | 1998-01-21 | 1999-08-19 | Litef Gmbh | Verfahren und Einrichtung zur Stabilisierung des Skalenfaktors eines faseroptischen Kreisels |
| JP2001027512A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Mitsutoyo Corp | 波長安定化可干渉性光源装置 |
| US20020131125A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-19 | Myers Michael H. | Replicated-spectrum photonic transceiving |
| US20020131100A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-19 | Myers Michael H. | Method for photonic wavelength error detection |
| DE10112835B4 (de) * | 2001-03-16 | 2006-05-11 | Litef Gmbh | Verfahren und Einrichtung zur Strommessung mittels eines faseroptischen In-Line-Sagnac-Interferometers und dafür geeigneter Phasenmodulator |
| US6407846B1 (en) | 2001-03-16 | 2002-06-18 | All Optical Networks, Inc. | Photonic wavelength shifting method |
| US6865345B2 (en) * | 2001-08-28 | 2005-03-08 | Agilent Technologies, Inc. | Frequency translating devices and frequency translating measurement systems that utilize light-activated resistors |
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| US8497994B2 (en) | 2008-02-14 | 2013-07-30 | Ralph A. Bergh | Interferometer employing a multi-waveguide optical loop path and fiber optic rotation rate sensor employing same |
| WO2011140534A2 (en) | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Bergh Ralph A | Method and apparatus for multiplexing multiple sagnac interferometers with single input for source light |
| CN101865702B (zh) * | 2010-05-26 | 2013-04-10 | 北京交通大学 | 一种基于三角信号迅速判定光纤干涉仪工作点的方法 |
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| CN102759407B (zh) * | 2012-07-24 | 2013-12-04 | 浙江大学 | 一种利用光纤干涉仪精密测量宽谱光源平均波长的方法 |
| DE102015004039A1 (de) | 2015-03-27 | 2016-09-29 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Mittelwertfrei gesteuerter Phasenmodulator für faseroptische Kreisel und faseroptischer Kreisel |
| DE102016107561A1 (de) | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Phasenmodulator für faseroptische Kreisel, faseroptischer Kreisel und Verfahren zum Betreiben eines Phasenmodulators |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0441998B1 (de) * | 1990-02-12 | 1993-06-02 | LITEF GmbH | Faseroptisches Sagnac-Interferometer mit digitaler Phasenrampenrückstellung zur Drehratenmessung |
| DE59008904D1 (de) * | 1990-06-07 | 1995-05-18 | Litef Gmbh | Integrierte optische Einrichtung zur interferometrischen Vermessung von Lichtwellen. |
| US5365338A (en) * | 1991-05-28 | 1994-11-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Wavelength sensor for fiber optic gyroscope |
-
1993
- 1993-10-28 EP EP93117510A patent/EP0652417B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-28 DE DE59307220T patent/DE59307220D1/de not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-19 CA CA002130541A patent/CA2130541A1/en not_active Abandoned
- 1994-10-17 US US08/324,762 patent/US5485274A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-26 JP JP6262428A patent/JP2532035B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100343637C (zh) * | 2003-11-10 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | 基于sagnac干涉仪的光纤温度传感方法及其传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2532035B2 (ja) | 1996-09-11 |
| EP0652417B1 (de) | 1997-08-27 |
| DE59307220D1 (de) | 1997-10-02 |
| EP0652417A1 (de) | 1995-05-10 |
| CA2130541A1 (en) | 1995-04-29 |
| US5485274A (en) | 1996-01-16 |
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