JPH0850023A - ブリリュアンリングレーザージャイロ - Google Patents

ブリリュアンリングレーザージャイロ

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JPH0850023A
JPH0850023A JP7043794A JP4379495A JPH0850023A JP H0850023 A JPH0850023 A JP H0850023A JP 7043794 A JP7043794 A JP 7043794A JP 4379495 A JP4379495 A JP 4379495A JP H0850023 A JPH0850023 A JP H0850023A
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JP
Japan
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fiber
laser
ring
coupler
brillouin
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Withdrawn
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JP7043794A
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English (en)
Inventor
Michael Raab
ミヒャエル・ラープ
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Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Original Assignee
Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/727—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers using a passive ring resonator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66—Ring laser gyrometers

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブリリュアンリングレーザージャイロの解像
度を改良する。 【構成】 ブリリュアンリングレーザージャイロは、隣
接する共振周波数が自由スペクトル領域だけ異なる一連
の共振周波数を示すファイバーリング共振器（１８）を
有する。反対方向の２つのポンプレーザー波が発生さ
れ、これらの周波数の差はファイバーリング共振器の自
由スペクトル領域の整数倍である。ポンプレーザー波の
周波数はファイバーリング共振器の共振周波数に一致す
る。刺激されたブリリュアン散乱により、伝播の方向が
反対である２つのブリリュアンリングレーザーが励起さ
れる。このような２色リングレーザージャイロで周波数
の変動が起こる。この発明はこのような周波数変動の原
因の発見に基づき、したがってファイバーリング共振器
の外で生じるレーザー光のフィードバック成分減衰のた
めの手段を提供する。これらの手段のいくつかの例が開
示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は、ブリリュアン（ブリルア
ン）リングレーザージャイロに関する。より特定的に
は、この発明は、隣接する共振周波数が「自由スペクト
ル領域」だけ異なる一連の共振周波数を有するファイバ
ーリング共振器と、ファイバーリング共振器内を反対方
向に伝播する２つのポンプレーザー波を発生する手段と
を含むタイプのブリリュアンリングレーザージャイロに
関し、このポンプレーザー波の周波数はファイバーリン
グ共振器の共振周波数と一致し、自由スペクトル領域の
整数倍だけ異なり、それによって、異なる周波数の２つ
の反対方向のブリリュアンリングレーザーが、刺激され
たブリリュアン散乱によってファイバーリング共振器
（１８）において励起される。
【０００２】リングレーザージャイロは、慣性空間に関
して角速度を測定するのにサニャック効果を利用する。
時計回りおよび反時計回りに伝播するレーザー波がリン
グ共振器内で発生される。発生されたレーザー波の周波
数は、共振周波数に依存し、したがってリング共振器を
１回通過する際の光路長に依存する。このようなリング
共振器がその面に対する法線方向の軸のまわりを慣性空
間に関して回転されれば、時計回りおよび反時計回りの
波の光路長はサニャック効果のために異なるものとな
る。したがって、「時計回り」のリングレーザーの周波
数と、「反時計回り」のリングレーザーの周波数も異な
る。時計回りに伝播するレーザー波と反時計回りに伝播
するレーザー波が重ねられると、ビート周波数が生じ、
これは角速度に比例する。典型的なリングレーザージャ
イロは、レーザー媒質としてヘリウム・ネオン気体混合
物を用い、鏡によって規定される三角形のリング共振器
を有するＨｅ−Ｎｅ気体レーザーである。このようなリ
ングレーザージャイロは角速度の小さい領域において
「ロックイン」を示す。この場合、「時計回り」のリン
グレーザーの光の「反時計回り」のリングレーザーへ
の、およびその逆の後方散乱により、双方のレーザーと
も共通の周波数で動作することになる。角速度に比例す
るビート周波数は存在しない（フレデリック・アロノビ
ッツ（Frederick Aronowitz ）「レーザージャイ
ロ」）。
【０００３】ブリリュアンリングレーザージャイロが知
られている。このようなリングレーザージャイロでは、
リング共振器はファイバーリングからなる。十分なエネ
ルギを有するポンプレーザーからの光はこのファイバー
リング共振器に、一度は時計回りに、そして一度は反時
計回りに結合される。これらのポンプレーザー波によっ
て音波がファイバーリング共振器内で刺激される。これ
らの音波によって、対応する刺激されたブリリュアン散
乱が一度は時計回りに、そして一度は反時計回りに生じ
る。２つのブリリュアンレーザーがこのようにして得ら
れ、そのうちの一方はファイバーリング共振器において
時計回りに伝播するレーザー波を与え、他方はファイバ
ーリング共振器において反時計回りに伝播するレーザー
波を与える。これらのブリリュアンレーザーにおける、
刺激されたブリリュアン放射の周波数は、ポンプレーザ
ー波の周波数を下回る。これらはまた、ファイバーリン
グ共振器の共振周波数の１つに一致される。角速度があ
れば、これらの共振周波数はシフトされ、それによって
この場合も角速度に比例するビート周波数が発生され
る。（「応用光学」“Applied Optics”Vol.19 (1980),
1906-1908、「光学通信」“Optics Letters”Vol.16
(1991), 229-231） このようなブリリュアンリングレーザーでも、リングレ
ーザージャイロに関して上述したように、角速度の小さ
な領域における「ロックイン」による無反応性が存在す
る。
【０００４】「ロックイン」を回避するために、ブリリ
ュアンリングレーザージャイロの２つのブリリュアンリ
ングレーザーを２つの異なるモード、すなわちファイバ
ーリング共振器の２つの異なる共振周波数で動作させる
ことが知られている（「光学通信」“Optics Letter
”）Vol.16 (1991), 230）。
【０００５】さらに、ブリリュアンリングレーザージャ
イロの「時計回り」のリングレーザーと反時計回りのリ
ングレーザーとを異なるポンプレーザーで励起させるこ
とも知られている（“Optics Letter ”Vol.16 (1991),
393-395）。この刊行物より、２つのポンプレーザーの
ためのポンプレーザー供給ファイバーが単一のファイバ
ーの２つの端部から形成される構成が知られている。フ
ァイバーは一方のポンプレーザーから他方のポンプレー
ザーへと延びる。ファイバーの中央部において、ファイ
バーはファイバーリング共振器と結合される。反対方向
に向けられたブリリュアンリングレーザーからのレーザ
ー光ビームを重ねるために、重ね合せ方向づけカプラを
備えた別個の導波路網が設けられ、これはポンプレーザ
ー供給ファイバーからカプラによって分岐される。
【０００６】実質的に異なる周波数を有する２つのブリ
リュアンリングレーザー（２色リングレーザージャイ
ロ）を用いることによって、一方のブリリュアンリング
レーザーの他方のレーザーによる影響、したがって「ロ
ックイン」が回避される。しかしながら、２色リングレ
ーザージャイロでも、ブリリュアンリングレーザーの周
波数に変動があり、これは測定精度を落とし、地球の角
速度等の小さな角速度の測定を損なう。
【０００７】
【発明の概要】この発明の目的は、ブリリュアンリング
レーザージャイロの解像度を向上させることである。
【０００８】この発明のより具体的な目的は、解像度が
高く、小さな角速度でも「ロックイン」を示すことのな
いリングレーザージャイロを提供することである。
【０００９】この発明のさらに具体的な目的は、隣接す
る共振周波数が自由スペクトル領域だけ異なる一連の共
振周波数を有するファイバーリング共振器と、ファイバ
ーリング共振器内を反対方向に伝播する２つのポンプレ
ーザー波を発生するための手段とを含み、ポンプレーザ
ー波の周波数はファイバーリング共振器の共振周波数と
一致し、自由スペクトル領域の整数倍だけ異なり、それ
によって、異なる周波数の２つの反対方向のブリリュア
ンリングレーザーが、刺激されたブリリュアン散乱によ
ってファイバーリング共振器内で励起されるタイプのブ
リリュアンリングレーザージャイロにおける周波数の変
動を回避することである。
【００１０】この発明に従えば、これらの目的は、ファ
イバーリング共振器の外で発生し、ファイバーリング共
振器に戻るフィードバック成分を減衰させるための手段
によって達成される。
【００１１】この発明は、このタイプのブリリュアンリ
ングレーザージャイロの場合には、ブリリュアンリング
レーザーからとりだされた光の一部分がファイバーリン
グ共振器に向かって戻され、ファイバーリング共振器に
結合されることによって、ブリリュアンリングレーザー
の周波数の変動が起こるという発見に基づいている。フ
ァイバーリング共振器の外で発生するこのような「フィ
ードバック成分」がそれを目的とする手段によって減衰
され、それによって周波数の変動が低減される。このこ
とにより、ブリリュアンリングレーザージャイロの解像
度が大きく向上する。
【００１２】ファイバーリング共振器の外で起こるフィ
ードバック成分の減衰は、好ましい実施例の以下の説明
から明らかになるように、種々の方法で行なうことがで
きる。
【００１３】本発明の実施例は添付の図面を参照して以
下により詳細に説明される。
【００１４】
【発明の好ましい実施例の説明】図１は、この発明のタ
イプのブリリュアンリングレーザージャイロを示し、そ
こにおいて、ファイバーリング共振器内で反対方向に伝
播する２つのポンプレーザー波を発生するための手段
は、２つのポンプレーザーとポンプレーザー波をファイ
バーリング共振器に結合させるための手段とを含み、ポ
ンプレーザー波をファイバーリング共振器に結合させる
ための手段は、ポンプレーザー波を受け、順方向に導く
ように配置されるポンプレーザー供給ファイバーと、供
給ファイバーおよびファイバーリング共振器を結合させ
るためのカプラ手段とを含む。さらに、別個の導波路網
が、２つの方向づけカプラ供給ファイバーを備えた重ね
合せ方向づけカプラを含み、方向づけカプラ供給ファイ
バーは、分岐手段を介して、ファイバーリング共振器内
で反対方向に伝播するブリリュアンリングレーザー波か
らのレーザー光ビームを重ねるためのポンプレーザー供
給ファイバーと結合され、レーザー光ビームはカプラ手
段を介してポンプレーザー供給ファイバーへと取出さ
れ、ポンプレーザー供給ファイバー内を順方向とは逆の
戻り方向に伝播する。
【００１５】取出されたレーザー光ビームを重ね合せる
ための導波路網は、重ね合せ方向づけカプラの１つの方
向づけカプラ供給ファイバー内の位相変調器を含み、位
相変調器は、搬送波が抑圧され、ファイバーリング共振
器に向かった方向で後方フラックスが大きく減衰される
位相変調を行なうように変調される。
【００１６】ポンプレーザー供給ファイバーから戻り結
合されるブリリュアンリングレーザー光の割合を最小に
するための手段は、透過率の高い方向と透過率の低い方
向とを有する、ポンプレーザー供給ファイバーに配置さ
れる光アイソレータを含み、透過率の高い方向はファイ
バーリング共振器に向かった方向であり、光アイソレー
タはそれらの透過率の低い方向における後方フラックス
の高い減衰を有する。
【００１７】ここで図１を参照して、参照番号１０はフ
ァイバーを示し、第１のポンプレーザー１２から第２の
ポンプレーザー１４へと延びる。各ポンプレーザーは矢
印によって表わされる。その中央部において、ファイバ
ー１０はカプラ１６を介してファイバーリング共振器１
８と結合される。第１のポンプレーザー１２とカプラ１
６との間の部分のファイバー１０は、第１のポンプレー
ザー供給ファイバー２０を形成する。第２のポンプレー
ザー１４とカプラ１６との間の部分のファイバー１０
は、第２のポンプレーザー供給ファイバー２２を形成す
る。ポンプレーザー１２および１４はポンプレーザー波
を発生する。ポンプレーザー１２からのポンプレーザー
波は、カプラ１６によってファイバーリング共振器１８
内にｃｃｗ方向に結合される。ポンプレーザー１４から
のポンプレーザー波は、カプラ１６によってファイバー
リング共振器１８内にｃｗ方向に結合される。ファイバ
ーリング共振器１８は一連の共振周波数を有する。隣接
する共振周波数は、自由スペクトル領域だけ離れてい
る。２つのポンプレーザー１２および１４は、異なる周
波数を有するポンプレーザー波を放出する。２つのポン
プレーザー波の周波数は、ファイバーリング共振器１８
の異なる共振周波数と一致するように制御手段によって
制御される。このような制御手段は当業者には周知であ
り、ここではその図示および説明を省略する。ポンプレ
ーザー波の周波数の差は、ファイバーリング共振器１８
の自由スペクトル領域の整数倍である。
【００１８】ポンプレーザー波はファイバーリング共振
器１８内の音波を刺激する。ポンプレーザー１４からの
ｃｗ方向のポンプレーザー波は、それに対応してｃｗ方
向に伝播する音波を引起こす。ポンプレーザー１２から
のｃｃｗ方向のポンプレーザー波は、それに対応するｃ
ｃｗ方向の音波を引起こす。これらの音波は刺激された
ブリリュアン散乱を生ずる。刺激されたブリリュアン散
乱は２つの反対方向のリングレーザーを励起する。ｃｗ
方向に伝播する音波はｃｃｗ方向に伝播するブリリュア
ン散乱放射を生じ、したがってｃｃｗリングレーザー、
すなわちレーザー波がファイバーリング共振器１８にお
いてｃｃｗ方向に伝播するリングレーザーとなる。ｃｃ
ｗ方向に伝播する音波は、ｃｗ方向に伝播するブリリュ
アン散乱放射を生じ、したがってｃｗリングレーザー、
すなわちレーザー波がファイバーリング共振器１８にお
いてｃｗ方向に伝播するリングレーザーとなる。ブリリ
ュアン散乱放射の周波数は、波長の長い領域、すなわち
より低い周波数へとポンプレーザー波の周波数に対して
シフトされる。ブリリュアン散乱放射は、ファイバーリ
ング共振器の共振ピークと比較して、比較的広い周波数
スペクトルすなわち帯を示す。この周波数スペクトルす
なわち帯もやはり、ファイバーリング共振器の共振周波
数を含む。リングレーザーの周波数はこの共振周波数に
一致する。２つのリングレーザーの周波数は実質的に異
なり、リングレーザーが互いに影響を及ぼすこと、した
がって「ロックイン」を防ぐ。
【００１９】２つのリングレーザーのレーザー波の一部
分がカプラ１６によって取出される。ｃｗ方向に伝播す
るレーザー波の一部はポンプレーザー供給ファイバー２
０に結合され、そこで図１で見て右から左に伝播する。
ｃｃｗ方向に伝播するレーザー波の一部はポンプレーザ
ー供給ファイバー２２に結合され、そこで図１で見て右
から左に伝播する。ポンプレーザー供給ファイバー２０
において右から左に伝播するｃｗ方向伝播リングレーザ
ーからのレーザー波の一部が今度はカプラ２４によって
取出され、供給ファイバー２６に向けられ、重ね合せ方
向づけカプラ２８に至る。これに対応して、ポンプレー
ザー供給ファイバー２２において右から左に伝播するｃ
ｃｗ方向伝播リングレーザーのレーザー波の一部が今度
はカプラ３０によって取出され、供給ファイバー３２に
向けられ、これも重ね合せ方向づけカプラ２８に至る。
【００２０】重ね合せ方向づけカプラ２８を超えた、方
向づけカプラ供給ファイバー２６の端部３４は、フォト
ダイオードまたは他のタイプの光電検出器３６に導かれ
る。検出器３６は２つのレーザー周波数のビート周波数
を与える。これは波連３８によって示される。
【００２１】ファイバーリング共振器１８の面に対して
法線方向の軸についてブリリュアンリングレーザージャ
イロに角速度を与えると、ｃｗ方向およびｃｃｗ方向に
伝播する放射線に関するファイバーリング共振器１８の
光路長は反対方向に変化する。したがって、２つのリン
グレーザーの周波数および共振周波数も変化する。この
結果、検出器３６でのビート周波数も変化することとな
り、この変化が角速度の測定を与える。
【００２２】このようなブリリュアンリングレーザーで
は、２つのリングレーザーの分離にもかかわらず周波数
の変動が起こる。これらの変動は、ファイバーリング共
振器１８の外で発生するフィードバック成分、すなわち
ファイバーリング共振器１８の外で散乱してファイバー
リング共振器１８に戻されるｃｗ方向のレーザーまたは
ｃｃｗ方向のレーザーからの迷光によるものであり、こ
れがフィードバックによってそれぞれのレーザーに影響
を及ぼす。図１の実施例においてこのようなフィードバ
ック成分を減衰するための種々の方策がとられる。
【００２３】位相変調器４０が、重ね合せ方向づけカプ
ラ（ｓｄｃ）２８に至る方向づけカプラ供給ファイバー
２６に介在される。カプラ３０からｓｄｃ２８に繋がる
他方の方向づけカプラ供給ファイバー３２にはこのよう
な位相変調器は設けられない。位相変調器４０は、ファ
イバーリング共振器１８の方向において後方フラックス
が大きく減衰され、搬送波が抑圧される位相変調を起こ
す。
【００２４】位相変調器４０は、方向づけカプラ供給フ
ァイバー２６のファイバーの、ピエゾセラミックリング
の外周面上に巻かれた部分を含む。ピエゾセラミックリ
ングは、正弦波信号によって電気的に付勢され、したが
って膨張される。このファイバーの膨張によって、光の
波長の周期的変動が起こり、それによって位相変調が起
こる。光路長の変動の振幅および周波数は、丁度２．３
０５の変調指数を与えるように選択される。これは第ゼ
ロ次ベッセル関数の最初のゼロである。カプラ１６によ
ってｃｗ方向リングレーザーからポンプレーザー供給フ
ァイバー２０へと取出され、さらにカプラ２４によって
ポンプレーザー供給ファイバー２０から方向づけカプラ
供給ファイバー２６へと取出されたレーザー波は、搬送
波抑圧・側波帯変調される。位相変調器４０の後方に
は、位相変調によって得られた側波帯のみが現れるが、
もはやレーザー波の周波数自体は現れない。この光が、
たとえば検出器３６に移行する際に後方散乱されれば、
この後方散乱された光は、方向づけカプラ供給ファイバ
ー３２ならびにカプラ３０および１６を介してファイバ
ーリング共振器１８へと部分的に達するにしても、ｃｗ
方向に伝播するレーザーの周波数には影響を及ぼし得な
い。このことは、変調周波数が十分に高ければ、ともか
くも当て嵌まる。典型的には、この目的のためには変調
周波数は毎秒数キロサイクルで十分である。ｃｃｗ方向
に伝播するレーザーからカプラ１６によってポンプレー
ザー供給ファイバー２２へと取出され、カプラ３０によ
って方向づけカプラ供給ファイバー３２に向けられたレ
ーザー波にも同じことが当て嵌まる。この光の反射され
た、または後方散乱されたフィードバック成分は、これ
らが図１のように見てｃｃｗ方向にファイバーリング共
振器１８へと投入されるとすれば、方向づけカプラ供給
ファイバー２６、カプラ２４、ポンプレーザー供給ファ
イバー２０およびカプラ１６を介してファイバーリング
共振器１８へと導かれなくてはならない。しかしなが
ら、フィードバック成分はまた位相変調器４０も通過し
なくてはならない。したがって、これらのフィードバッ
ク成分は側波帯に押しやられ、ｃｃｗ方向に伝播するレ
ーザーに影響を及ぼさない。この方法によって、レーザ
ーからの重ね合せ方向づけカプラおよび検出器の分離
は、位相変調器４０の質に依存して、３ないし６のオー
ダで改良される。
【００２５】図１のブリリュアンリングレーザージャイ
ロにおいてファイバーリング共振器の外で起こるフィー
ドバック成分を減衰するためのさらなる方策は、ポンプ
レーザー供給ファイバーのそれぞれポンプレーザー１２
および１４とカプラ２４および３０との間に光アイソレ
ータまたは光「ダイオード」４２および４４を配置する
ことである。光アイソレータ４２および４４は、たとえ
ば６５ｄＢの高い後方フラックス減衰を持たなくてはな
らない。その代わりに、またはそれに加えて、ポンプレ
ーザー１２および１４からのポンプレーザー波をそれぞ
れポンプレーザー供給ファイバー２０および２２に結合
するためのファイバー結合構成を改良するための方策を
取ることができる。それによって、これらの結合構成に
おけるリングレーザー波の反射は最小にされる。したが
って、この場合には、ポンプレーザー供給ファイバー２
０、２２から戻り結合されたブリリュアンリングレーザ
ー光の割合を最小にするための手段は、後方散乱を最小
にするための手段を含む。
【００２６】図２はこの発明の一実施例を示し、フィー
ドバック成分を減衰させるための手段は、光の通過の透
過率が高い方向と透過率が低い方向とを有する光アイソ
レータを含み、重ね合せ方向づけカプラの方向づけカプ
ラ供給ファイバーの各々に光アイソレータが１つ配置さ
れ、光アイソレータの透過率の高い方向は重ね合せ方向
づけカプラに向かう方向である。
【００２７】図２のブリリュアンリングレーザージャイ
ロの基本的構造は、図１のブリリュアンリングレーザー
ジャイロと類似しており、対応する要素はどちらの図も
同じ参照番号が付されている。
【００２８】図２の実施例においては位相変調器４０は
存在せず、その代わりに重ね合せ方向づけカプラ２８に
達する２つの方向づけカプラ供給ファイバー２６および
３２にそれぞれ光アイソレータ４６および４８が設けら
れる。光アイソレータ４６および４８は、重ね合せ方向
づけカプラ２８に向かって光が通過するのを可能にする
が、たとえば６５ｄＢの高い後方フラックス減衰を有す
る。
【００２９】一般に、ブリリュアンリングレーザーは、
ポンプレーザー供給ファイバー２０および２２から戻り
結合されたブリリュアンリングレーザー光の割合を最小
にするための手段を含むべきである。
【００３０】ポンプレーザー供給ファイバー２０、２２
から戻り結合されたブリリュアンリングレーザー光の割
合を最小にするための手段は、ポンプレーザー供給ファ
イバー２０、２２とファイバーリング共振器１８との間
のカプラ１６の結合係数が低いことを含み、これによ
り、ポンプレーザー供給ファイバー２０、２２における
所与のポンプパワーで、ちょうど安定したリングレーザ
ー動作に必要とされるだけのポンプパワーがファイバー
リング共振器に与えられる。
【００３１】図３は、ファイバーリング共振器の外で発
生するフィードバック成分の減衰の効果が現れるような
実験的構成の概略図である。
【００３２】ブリリュアンリングレーザージャイロの構
成は図１と実質的に同一であり、図３および図１の双方
とも、対応する要素には同じ参照番号が付されている。
図１のブリリュアンリングレーザージャイロと比較し
て、図３には光アイソレータ４２および４４は存在しな
い。
【００３３】検出器３６と方向づけカプラ供給ファイバ
ー２６の端部との間に光フィルタ５０が置かれる。結果
として生じるビート周波数は基準発振器５４の周波数と
混合される。基準発振器５４の周波数は、ファイバーリ
ング共振器１８の自由スペクトル領域に近い毎秒約４７
メガサイクルである。それによって、ミキサー５２の出
力周波数は毎秒数キロサイクルの範囲にある。ミキサー
の出力信号は、一旦スペクトルアナライザ５６に与えら
れる。さらに、ミキサー５２の出力信号は電気フィルタ
５８によってフィルタ処理され、周波数−電圧コンバー
タによって対応する電圧に変換される。
【００３４】ブリリュアンリングレーザージャイロが最
初、搬送波抑圧・側波帯変調なく動作すると、基準発振
器の周波数と混合されるビート信号の毎秒１００サイク
ルのオーダの周波数変動が認められる。位相変調器が活
性化され、最適化された後、発生された側波帯スペクト
ルは安定になる。周波数の短期の変動は毎秒１サイクル
未満である。
【００３５】図４および５は、電気スペクトルアナライ
ザによって与えられるミキサー５２の出力信号のフーリ
エスペクトルを示し、ブリリュアンリングレーザージャ
イロの入力軸が北と整列されたもの（図４）とこの入力
軸が南と整列されたもの（図５）とである。測定値（ド
イツ、ユーバーリンゲン）において、地球の角速度の水
平成分は丁度毎時１０°である。Ｄ／ｎ λの換算係数
で、Ｄ＝２７ｃｍ、ｎ＝１．４５およびλ＝１．３２μ
ｍであれば、ビート周波数は毎秒６．８サイクルとな
り、ここでＤはファイバーリング共振器１８の直径であ
り、ｎはファイバーの屈折率であり、λはレーザー波の
波長である。図４および５から生じる、毎秒１４サイク
ルの周波数差は、予想されたように、地球の角速度の水
平成分に対応する周波数の２倍である。
【００３６】図６を参照して、ファイバーリング共振器
１８の面に対して法線方向の、図３のブリリュアンリン
グレーザージャイロの入力軸は、連続して、南の位置、
西の位置、北の位置、東の位置、そして再び北の位置に
動く。図６は、周波数−電圧コンバータ６０によって与
えられる周波数に依存する電圧を時間の関数として示
す。過渡状態を除いて、縦座標の方向に互いに偏位した
実質的に真直ぐな波形が存在する。東西に整列されたジ
ャイロから得られる信号波形に対して南北に整列された
ジャイロで得られる波形の偏位は、実質的に理論値に等
しい。信号の波形にドリフトが重ねられている。このド
リフトは、なかでも温度変化によるものである。ファイ
バーリング共振器１８の屈折率および長さは、温度の関
数である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ファイバーリング共振器の外で発生するフィー
ドバック成分を減衰するために、ポンプレーザー供給フ
ァイバーに光アイソレータが設けられ、重ね合せ方向づ
けカプラの供給ファイバーの１つに搬送波抑圧・側波帯
変調のための位相変調器が設けられる、ブリリュアンリ
ングレーザージャイロを示す概略図である。
【図２】ファイバーリング共振器の外で生じるフィード
バック成分を減衰するために、ポンプレーザー供給ファ
イバーに光アイソレータが設けられ、重ね合せ方向づけ
カプラの供給ファイバーに光アイソレータがさらに設け
られる、ブリリュアンリングレーザージャイロの概略図
である。
【図３】２色リングレーザージャイロの形態でブリリュ
アンリングレーザージャイロを用いて地球の角速度を決
定するための実験的構成の概略図である。
【図４】ブリリュアンリングレーザージャイロの北の位
置において図３の実験的構成で得られるフーリエスペク
トルを示す図である。
【図５】ブリリュアンリングレーザージャイロの南の位
置において図３の実験的構成で得られるフーリエスペク
トルの図である。
【図６】南→西→北→東→北の位置における図３の実験
的構成におけるブリリュアンリングレーザージャイロの
信号の周波数−アナログ表現の図である。
【符号の説明】
１２ ポンプレーザー １４ ポンプレーザー １６ カプラ １８ ファイバーリング共振器 ２０，２２ ポンプレーザー供給ファイバ ４０ 位相変調器 ４２，４４ 光アイソレータ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 一連の共振周波数を有するファ
    イバーリング共振器（１８）を含み、隣接する共振周波
    数は自由スペクトル領域だけ異なり、さらに（ｂ） 反
    対方向に前記ファイバーリング共振器（１８）内を伝播
    する２つのポンプレーザー波を発生させるための手段を
    含み、前記ポンプレーザー波の周波数は、前記ファイバ
    ーリング共振器（１８）の共振周波数と一致し、前記自
    由スペクトル領域の整数倍だけ異なり、それによって、
    異なる周波数の２つの反対方向のブリリュアンリングレ
    ーザーが、刺激されたブリリュアン散乱によって前記フ
    ァイバーリング共振器（１８）内で励起され、さらに
    （ｃ） 前記ファイバーリング共振器の外で生じ、前記
    ファイバーリング共振器に戻される波のフィードバック
    成分を減衰するための手段（４０；４２，４４；４６，
    ４８）を含む、ブリリュアンリングレーザージャイロ。
  2. 【請求項２】 反対方向に前記ファイバーリング共振器
    （１８）内を伝播する２つのポンプレーザー波を発生さ
    せるための前記手段が、２つのポンプレーザー（１２，
    １４）とポンプレーザー波を前記ファイバーリング共振
    器に結合させるための手段とを含み、 ポンプレーザー波を前記ファイバーリング共振器に結合
    させるための前記手段が、前記ポンプレーザー波を受け
    て順方向に導くように構成されるポンプレーザー供給フ
    ァイバー（２０，２２）と、前記供給ファイバー（２
    ０，２２）およびファイバーリング共振器（１８）を結
    合させるためのカプラ手段（１６）とを含み、 ２つの方向づけカプラ供給ファイバー（２６，３２）を
    備えた重ね合せ方向づけカプラ（２８）を含む別個の導
    波路網をさらに含み、前記方向づけカプラ供給ファイバ
    ーは、分岐手段（２４，３０）を介して、反対方向に前
    記ファイバーリング共振器（１８）内を伝播するブリリ
    ュアンリングレーザー波からのレーザー光ビームを重ね
    合せるための前記ポンプレーザー供給ファイバー（２
    ０，２２）と結合され、前記レーザー光ビームは、前記
    カプラ手段（１６）を介して前記ポンプレーザー波供給
    ファイバー（２０，２２）に取出され、前記順方向とは
    逆の戻り方向に前記ポンプレーザー波供給ファイバー内
    を伝播する、請求項１に記載のブリリュアンリングレー
    ザージャイロ。
  3. 【請求項３】 前記取出されたレーザー光ビームを重ね
    合せるための前記導波路網が、前記重ね合せ方向づけカ
    プラ（２８）の１つの方向づけカプラ供給ファイバー
    （２６）内の位相変調器（４０）を含み、前記位相変調
    器は、ファイバーリング共振器に向かう方向において後
    方フラックスを大きく減衰し、搬送波を抑圧する位相変
    調を与えるように変調される、請求項２に記載のブリリ
    ュアンリングレーザージャイロ。
  4. 【請求項４】 フィードバック成分を減衰させるための
    前記手段が、光の通過の透過率の高い方向と透過率の低
    い方向とを有する光アイソレータ（４６、４８）を含
    み、前記重ね合せ方向づけカプラ（２８）の前記方向づ
    けカプラ供給ファイバー（２６，３２）の各々に、前記
    光アイソレータ（４６，４８）が１つ配置され、前記光
    アイソレータの透過率の高い方向は、前記重ね合せ方向
    づけカプラに向かう方向である、請求項２に記載のブリ
    リュアンリングレーザージャイロ。
  5. 【請求項５】 フィードバック成分を減衰させるための
    前記手段が、光の通過の透過率の高い方向と透過率の低
    い方向とを有する光アイソレータ（４６，４８）を含
    み、前記重ね合せ方向づけカプラ（２８）の前記方向づ
    けカプラ供給ファイバー（２６，３２）の各々に、前記
    光アイソレータ（４６，４８）が１つ配置され、前記光
    アイソレータの透過率の高い方向は、前記重ね合せ方向
    づけカプラに向かう方向である、請求項３に記載のブリ
    リュアンリングレーザージャイロ。
  6. 【請求項６】 ポンプレーザー供給ファイバーから戻り
    結合されたブリリュアンリングレーザー光の割合を最小
    にするための手段をさらに含む、請求項４に記載のブリ
    リュアンリングレーザージャイロ。
  7. 【請求項７】 ポンプレーザー供給ファイバー（２０，
    ２２）から戻り結合されたブリリュアンリングレーザー
    光の割合を最小にするための前記手段が、前記ポンプレ
    ーザー供給ファイバー（２０，２２）と前記ファイバー
    リング共振器（１８）との間の前記カプラ手段（１６）
    の結合係数が、前記ポンプレーザー供給ファイバー（２
    ０，２２）における所与のポンプパワーで、安定したリ
    ングレーザー動作のために丁度必要なだけのポンプパワ
    ーがファイバーリング共振器に供給される程度に低いこ
    とを含む、請求項６に記載のブリリュアンリングレーザ
    ージャイロ。
  8. 【請求項８】 ポンプレーザー供給ファイバー（２０，
    ２２）から戻り結合されたブリリュアンリングレーザー
    光の割合を最小にするための前記手段が、通過の透過率
    の高い方向と透過率の低い方向とを有する前記ポンプレ
    ーザー供給ファイバー（２０，２２）に配置される光ア
    イソレータ（４２，４４）を含み、通過の透過率の高い
    方向は前記ファイバーリング共振器（１８）に向かう方
    向であり、前記光アイソレータはそれらの透過率の低い
    方向において後方フラックスの高い減衰を有する、請求
    項６に記載のブリリュアンリングレーザージャイロ。
  9. 【請求項９】 ポンプレーザー供給ファイバー（２０，
    ２２）から戻り結合されたブリリュアンリングレーザー
    光の割合を最小にするための前記手段が、後方散乱を最
    小にするための手段を含む、請求項６に記載のブリリュ
    アンリングレーザージャイロ。
  10. 【請求項１０】 前記ポンプレーザー供給ファイバー
    （２０，２２）が、一方のポンプレーザー（１２）から
    他方のポンプレーザー（１４）に延びる単一のファイバ
    ー（１０）の端部によって形成され、前記単一のファイ
    バー（１０）は、その中央部で、前記カプラ手段（１
    ６）を表わすカプラを介して前記ファイバーリング共振
    器（１８）と結合される、請求項２に記載のブリリュア
    ンリングレーザージャイロ。
JP7043794A 1994-03-05 1995-03-03 ブリリュアンリングレーザージャイロ Withdrawn JPH0850023A (ja)

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