JPH09505147A - 光学雑音の低減 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 位相変調器を有する光学サブシステムの出力から得られる信号中の雑音成分を無効にするために使用される雑音表現信号を得ることにより、光源によって光学サブシステムに導入される光学雑音のシステム出力信号での効果を低減させる雑音低減装置。この雑音表現信号を得る際の遅延は、光源から放出された波が光学サブシステム出力に到達する際の遅延の半分以下である。

Description

【発明の詳細な説明】 光学雑音の低減 発明の背景 本発明は、回転を検知するために使用される光ファイバ・ジャイロスコープに 関し、詳細には、干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープに関する。 光ファイバ・ジャイロスコープは、回転を検知する有用な手段である。光ファ イバ・ジャイロスコープは、極めて小型に、なおかつかなりの機械的衝撃、温度 変化、その他の極端な環境に耐えるように構成することができる。光ファイバ・ ジャイロスコープは、可動部品がないので、ほぼ保守を必要とせず、かつコスト 面で経済的なものとなる可能性を有する。光ファイバ・ジャイロスコープは、他 のタイプの光学ジャイロスコープでは問題となる可能性がある低回転速度を検知 することもできる。 周知のサニャック効果を使用して、センサの関連する軸の周りの回転を検出す る様々な形態の光学慣性回転センサがある。これには、リング・レーザ・ジャイ ロスコープなど、ジャイロスコープ自体の光学キャビティに含まれる利得媒体を 有する能動光学ジャイロスコープと、干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープ やリング共振器光ファイバ・ジャイロスコープなど、一次光路に利得媒体を含ま ない受動光学ジャイロスコープとが含まれる。ジャイロスコープ中の一次光路に 沿って能動媒体を有することを回避することによって、低回転速度ロックイン、 バイアス・ドリフト、倍率変動のある種の原因など、能動ジャイロスコープにお いて出会ういくつかの問題が解消される。 干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープは通常、かなりの長さ、通常は１０ ０ｍないし２０００ｍの単一空間モード光ファイバを使用し、この長さの光ファ イバを閉鎖光路を形成するようにコア上に巻き付けることによってコイルとして 形成される。電磁波または光波は、導入され、一対の波として分割され、コイル 内を互いに逆の方向へ伝搬し、共に最終的に光電検出器に入射する。コアまたは コイル状光ファイバの検知軸の周りの回転によって、この電磁波対のうちの一方 の電磁波では、一回転方向の有効光路長が増加し、逆の回転方向の有効光路長が 減少する。そのような回転の場合、電磁波対の残りの電磁波では逆の結果がもた らされる。電磁波対間のそのような光路長の差によって、どちらかの回転方向で の干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープ中で波間の移相、すなわち周知のサ ニャック効果が導入される。回転のための位相差ずれの量、したがって出力信号 は、２つの逆方向の電磁波が横切るコイル中の光路全体の長さに依存するので、 コイル状光ファイバを使用することが望ましい。したがって、長い光ファイバで は比較的大きな移相差を得ることができ、しかも、そのファイバをコイル状にし たときはファイバが比較的少量で済む。 互いに逆の方向に伝わる電磁波が、コイル状光ファイバを通過した後、光電検 出システム・フォトダイオードに入射したことに応答して光電検出器システム・ フォトダイオードから出力される電流は二乗余弦関数に従う、すなわち、出力電 流はこの２つの波間の位相差の余弦に依存する。余弦関数は偶関数なので、その 出力関数は位相差ずれの相対方向を示さず、したがって軸の周りの回転方向を示 さない。また、零位相値近傍の余弦関数の変化率は非常に小さく、したがってそ のような出力関数は低回転速度に対する感度が非常に低い。 このような不十分な特性のために、２つの電磁波間の位相差は通常、コイル状 光ファイバの一方の側に光学位相変調器を配置することによって変調される。そ の結果、互いに逆の方向に伝搬する波のうちの一方はコイルに進入した直後に変 調器を通過し、これに対して、他方の波はコイルを逆方向へ横切り、コイルから 出る直前に変調器を通過する。光電検出器出力電流を受け取る位相感応復調器も 用意されている。光学位相変調器と位相感応復調器は共に通常、選択された基本 周波数の信号を与える正弦信号生成装置によって動作されるが、同様な基本周波 数の他の波形タイプを使用することもできる。この基本周波数として特に良好な 周波数は、値πをコイル状光ファイバ中の伝搬遅延で除した値に等しい「妥当な 」周波数である。ただし、この場合、システムは比較的高い周波数であるこの周 波数で動作できるものとする。この周波数での動作によって、偏光変調など、位 相変調器が誘発するある種の問題が軽減または解消される。 位相感応復調器の結果的に得られる信号出力は正弦関数に従い、すなわち、こ の出力信号は、フォトダイオードに入射する２つの電磁波間の位相差、主として コイルの軸の周りの回転のための移相の正弦に依存する。正弦関数とは最大変化 率が零である奇関数であり、したがって、零の両側で代数符号を変化させる。し たがって、位相感応復調器信号は、コイルの軸の周りでどちらの方向の回転が発 生しているかを示すと共に、信号値の最大変化率を零回転速度近傍の回転速度の 関数として与えることができる。すなわち、この信号は、低回転速度に対する感 度が高くなるように零移相近傍で最大感度を有する。これが可能であるのはもち ろん、他の原因、すなわち誤差のための移相を十分に小さくしてある場合だけで ある。また、このような環境でのこの出力信号は、比較的低い回転速度でほぼ線 形である。位相感応復調器の出力信号に関するそのような特性は、光電検出器の 出力電流の特性よりもずっと優れている。 しかし、光ファイバ・ジャイロスコープでは、他の原因による誤った移相を低 減させることは難しい問題である。光電検出器に到達する電磁波の誤った移相を 回避するには、各干渉波、少なくとも同じ波長の干渉波が同じ光路を伝わる必要 があり、すなわち、コイルから時計回りの伝搬方向に関連するある波長の電磁波 とコイルの逆時計回り方向に関連する同じ波長の電磁波はそれぞれ、コイルの回 転がない場合は区別不能な光路を介して光源から光電検出器へ伝わらなければな らない。この特性を有するシステムは多くの場合、「可逆的」と呼ばれる。少な くとも、共通の波長の時計回り電磁波および逆時計回り電磁波に対応する光路は 、回転がない場合は光線トレーシングごとに同じでなければならない。この要件 を満たすうえで、「最小可逆構成」は、第１図にコイル状光ファイバ１０に関連 して示したようなものであることが判明している。第１図のコイル状光ファイバ １０は、上記で指摘したように、コアまたはスプールの周りに巻かれ、その周り での回転が検知される軸となるコアまたはスプールの軸の周りに巻かれる単一空 間モード光ファイバを使用する。そのような単一モード・ファイバを使用するこ とによって、電磁波の経路をほぼ固有に画定することができ、さらに、案内され るそのような波の同位相波面を固有に画定することができる。これは可逆性を維 持するうえで大いに助けとなる。 また、光ファイバは、機械的応力によって導入され、回避することのできない 複屈折、および磁界でのファラデー効果または他の原因によって導入され、無作 為に変化する位相差ずれをもたらす複屈折がそれほど目立たなくなるように、フ ァイバに非常に顕著な複屈折が構成されるという点で、いわゆる偏波保持ファイ バでよい。したがって、主として電磁波を伝搬させる軸として、システム中の他 の光学構成要素に応じて、高屈折率軸、すなわち低速伝搬軸または”ｘ”軸、あ るいは低屈折率軸、すなわち高速伝搬軸または”ｙ”軸が選択される。 一方、そのような偏波保持光ファイバはかなり高価であり、そのため、通常単 一空間モード光ファイバのみを使用できることが強く望まれている。この希望は 、コイル式光ファイバ１０用の通常の単一モード光ファイバを使用することによ って満たすことができる。しかし、コイル１０中の光ファイバは、その一端の比 較的近くにデポラライザ１０’（これが代替方法であることを示しために点線で 示されたスプライスが関連付けられている）が含められているので、完全に通常 単一空間モード光ファイバであるわけではない。もっとも、このデポラライザは コイル１０内のどこに置くこともできる。このデポラライザが必要であるのは、 このバージョンのコイル１０の非常に大きな部分で使用される通常単一空間モー ド光ファイバに、温度によって変化する機械的応力および磁界でのファラデー効 果によって導入される変化する複屈折が存在するからである。変化するこの複屈 折のために、光ファイバを通過するビームの無作為に変化する偏光回転が発生し 、場合によっては、これが非常に著しくなって光電検出器でのこのようなビーム の干渉が消滅する。 デポラライザ１０’は、コイル１０内にあり、コイル１０を容易に巻き付けら れるようにそのコイルの一端に位置決めされる。そのようなデポラライザは、デ ポラライザで許容される２つの直交偏波モードの電磁波強度を密に等しくし、２ つの直交偏波モードの相関関係をなくし、コイル１０の残りの部分で通常単一空 間モード・ファイバの無作為に変化する複屈折の影響をなくし、したがって、光 学サブシステム部分出力フォトダイオードでそのような逆方向ビーム干渉が消滅 するのを妨げる傾向がある。 そのようなデポラライザは、２つの長さの偏波保持ファイバ１０”および１０ '”で形成することができる。偏波保持ファイバ１０’”の長さは偏波保持ファ イバ１０”の長さのほぼ２倍であり、そのため、偏波保持ファイバ１０”よって もたらされる光学遅延のほぼ２倍の光学遅延をもたらす。これらの長さのそれぞ れにおいて、高屈折率軸、すなわち低速伝搬軸または”ｘ”軸と、低屈折率軸、 すなわち高速伝搬軸または”ｙ”軸があり、これらの軸は互いに直交する。これ らの長さは、一方の長さの”ｘ”軸が他方の長さの”ｘ”軸および”ｙ”軸のそ れぞれからほぼ等しい距離に位置し、すなわち、一方の長さの”ｘ”軸が他方の 長さの”ｘ”軸および”ｙ”軸のそれぞれから４５°の位置に位置するように融 着スプライスとして連結される。次いで、デポラライザまたはどちらかの単一空 間モード通常光ファイバ部分内を伝搬する光線が、それらのほぼすべて内を伝搬 するように、各デポラライズするファイバ長のそれぞれの対向端部が、コイル１ ０中の単一空間モード通常光ファイバの対応する部分に融着接続される。 コイル１０は、偏波保持光ファイバ、またはデポラライザ１０’を含む通常単 一モード光ファイバとして、通常、中心に対するコイル中の同様な位置の点が互 いに近くなるように「４重」技法を使用してスプール上に巻かれる。これによっ て、熱勾配などの時変現象の効果が、互いに逆の方向に伝搬する電磁波に互いに 異なるように影響を及ぼすのが軽減される。 コイル１０内を互いに逆の方向に伝搬する電磁波は、第１図中の電磁波源また は光源１１から与えられる。この光源は通常、スーパールミネセント・ダイオー ド、または誘発発光に関するしきい値よりも小さな値で動作するレーザ・ダイオ ードであり、これらのダイオードはどちらも、通常の波長が１．３μｍであるス ペクトルの近赤外部分で電磁波をもたらす。光源１１は、コイル１０中の散乱部 位でのレイリー散乱のためのこれらの波間の移相差誤差を低減させるために発光 に対して短いコヒーレンス長を有さなければならない。コイル１０中の非線形カ ー効果のために、伝搬する２つの波のそれぞれの異なる強度によって、それらの 波間に位相差ずれが発生することもある。この状況は、短コヒーレンス長光源を 光源１１用に使用し、それによってモード移相を取り消すことによって助けるこ とができる。レイリー散乱および非線形カー効果によって、最小可逆構成でもコ イル１０中の互いに逆回転する電磁波間に不可逆移相がもたらされる。スーパー ルミネセント・ダイオード、またはしきい値よりも小さな値で動作するレーザ・ ダイオードはそれぞれ、誘発発光動作モードでのしきい値よりも高い値で動作す るレーザ・ダイオードの発光スペクトルと比べて広い発光スペクトルを有する。 また、下記でさらに説明するように、そのようなダイオードは第１図のシステム に強度雑音を導入し、出力信号の誤差の原因をもたらす。 第１図中のレーザ・ダイオード１１と光ファイバ・コイル１０との間に、光路 全体をいくつかの光路部分として分離するいくつかの光結合構成要素へ光ファイ バ形成コイル１０の端部を延長させることによって形成された光路構成が示され ている。偏波保持光ファイバまたは通常単一空間モード光ファイバの一部は、レ ーザ・ダイオード１１の最適発光の位置に位置決めされ、その点から、第１の光 学方向性結合器１２へ延び、それに連結される。一方、２本の光ファイバ、すな わち偏波保持光ファイバ対または通常単一空間モード光ファイバ対を結合領域で 融着させることによって結合器１２を形成する場合、下記の状況のどちらの場合 でも、前述のコイル１０構成のうちのどちらを選択するか、またはこれらの構成 のうちの一方を有するシステムの変形例の選択に応じて、ダイオード１１と結合 器１２のこの波結合領域との間にこの光路を設けるように一方の光ファイバの余 分の長さをダイオード１１に位置決めすることも、あるいはダイオード１１から 延びる他の偏波保持光ファイバまたは通常単一空間モード光ファイバに余分の長 さを接続することもできる。 光学方向性結合器１２は、各端部に２つずつ設けられた４つのポート間に透光 媒体を有する。透光媒体は第１図中の結合器１２の各端部に設けられている。こ れらのポートのうちの１つは、それに位置決めされたレーザ・ダイオード１１か ら延びる光ファイバを有する（融着結合器の場合は逆であり、すなわち、ファイ バが結合器の結合領域から延び、ダイオード１１の発光面に位置決めされる）。 光学結合器１２の同じ端部の他のポートには、そこから延びて、フォトダイオー ド用の動作回路を備える光電検出システム１４に電気接続されたフォトダイオー ド１３に位置決めされる、このポートに位置決めされた（あるいは、別法として 融着結合器がある場合はそれから延びる）他のファイバが示されている。この光 ファイバは、偏波保持光ファイバでも通常単一空間モード光ファイバでもよい。 実際には、上記で指摘したように、融着部分または融着部分中の光結合領域を越 える残りの長さがレーザ・ダイオード１１およびフォトダイオード１３へ延び、 あるいはレーザ・ダイオード１１およびフォトダイオード１３から延びる他の光 ファイバに接続されるように、そのような光ファイバの融着済み長さで結合器１ ２を形成することができる。 フォトダイオード１３は、電磁波または光波がフォトダイオードに位置決めさ れた（あるいは、フォトダイオードヘ延びる）光ファイバの部分からフォトダイ オードに入射したことを検出し、それに応じて光電流をもたらす。上記で指摘し たこの光電流は、ほぼコヒーレントな２つの電磁波がフォトダイオードに入射し た状況では、下記に示すように、二乗余弦関数に従って、そのような電磁波対間 の位相差の余弦に依存する光電流出力をもたらす。フォトダイオード１３は、必 要に応じて光起電力モードまたは光伝導モードで、適当なインピーダンスの増幅 器回路として動作し、フォトダイオード自体に当たる放射強度のほぼ線形な関数 である光電流をもたらし、そのため、光電流は、光源１１から放出される強度雑 音のための成分も有する。通常、フォトダイオード１３はｐ−ｉ−ｎフォトダイ オードである。 光学方向性結合器１２は、その他方の端部にあるポートに、偏光器１５へ延び る他の光ファイバを有する。これは、コイル１０構成の選択、およびそれらの構 成のうちの一方または他方を有するシステム変形例の選択に応じて、偏波保持光 ファイバであっても単一空間モード光ファイバであってもよい。結合器１２の同 じ側の他方のポートに、融着されて結合器１２を形成する光ファイバのうちの一 方の余分の長さ、またはこの場合も、そのような余分の長さだけ接続された他の 光ファイバの余分の長さを含む無反射終端構造１６がある。この場合も、構造１ ６に至るこの光ファイバは、偏波保持光ファイバでも通常単一空間モード光ファ イバでもよい。 方向性光学結合器１２は、ポート、またはポート中の結合領域を越えて延びる 光ファイバの余分な部分の端部で電磁波または光を受け取る際、電磁波の事前に 選択された部分、通常はその半分が、着信波を受け取る着信ポートまたは余分な 光ファイバ長を有する結合器１２の端部に対向する結合器の端部にある２つのポ ート、または結合領域を越えた２つの余分な光ファイバ長の端部のそれぞれに現 れるようにそのような電磁波を送る。一方、結合器１２の着信ポートと同じ端部 にあるポートまたは余分のファイバ長には電磁波は送られない。結合器１２が２ つの偏波保持光ファイバ部分で形成され、入力ポートにある主屈折軸が適切に位 置合わせされている場合、主屈折軸に対する着信電磁波の偏波は、２つの出力ポ ートの対応する軸でかなりうまく維持されるが、結合器の結合領域では軸間で波 がある程度結合される。通常単一空間モード光ファイバ部分対を融着させて結合 器１２を形成する場合、偏波保持構成要素中の主屈折軸に対する着信電磁波の偏 波は、他のファイバとの結合領域を通じてかなりうまく維持されるが、その後は 、場合によっては、結合された波が通常単一空間モード光ファイバの出力ポート に到達する前にもかなりの結合が行われる。 偏光器１５を使用するのは、場合によっては単一空間モード光ファイバでも、 電磁波をそのようなファイバを長手方向軸に沿って通過させるうえで２つの偏波 モードが可能であるからである。したがって、偏光器１５は、電磁波成分を、こ れらの軸のうちの一方に沿って、これらの偏波モードのうちの一方で、偏光器の 両方の端部のポートに接続された光ファイバ間で送るために設けられる。偏光器 １５は同時に、これらの軸のうちの残りの一方に沿った透過をほぼ遮断する。し かし、偏光器１５は、遮断すべき一方の偏波状態の電磁波を完全に遮断すること ができるわけではない。偏光器の消衰係数のこの欠点のために、光路を介して互 いに逆の方向へ伝わる２つの波間の不可逆性がもたらされ、したがって、偏光器 およびシステムの残りの部分が配置された環境の条件に応じて変化する不可逆移 相がそれらの波間にもたらされる。 光学方向性結合器１２が接続された端部と反対側の偏光器１５の端部のポート には、他の光学方向性結合器１７へ延びる他の光ファイバが位置決めされる。こ のファイバとこの結合器は、コイル１０構成の選択、およびこれらのコイル構成 のうちの一方を有するシステム変形例の選択に応じて、偏波保持ファイバ対また は通常単一空間モード・ファイバ対で形成される。方向性結合器１７はまた、電 磁波の事前に選択された部分、この場合も通常はその半分が、着信ポートを有す る結合器１７の端部の反対側の端部にある２つのポートのそれぞれに現れるよう に、受け取った電磁波を送る。この場合も、結合器１７の着信ポートと同じ端部 にあるポートまたは余分のファイバ長には電磁波は送られない。入力ポートでの 着信電磁波の偏波は、結合器１２で説明した程度に、かつ結合器１２で説明した ように対応する出力ポート対で維持される。偏波保持光ファイバ部分対を使用し て方向性結合器１７を形成する場合、別法として方向性結合器１７を集積光チッ プに形成する場合の光学サブシステム部分の性能と同様な光学性能が第１図の光 学サブシステム部分にもたらされる。 偏光器１５に結合される第１のポートがある結合器１７の端部と同じ側の端部 の第２のポートは、他の通常単一空間モード光ファイバ部分または偏波保持光フ ァイバを使用して非反射終端構造１８に接続される。結合器１７の反対側の端部 の１つのポートは、コイル１０中の光ファイバの一端から他の光学構成要素へ延 びる光路部分中のこの光学構成要素に接続される。結合器１７のこの端部の他方 のポートは、光ファイバ・コイル１０の残りの端部に直接結合され、この結合は 通常、結合器１７中の結合領域を越える光ファイバの余分の長さとコイル１０中 の光ファイバとの間のスプライスを介して行われる。 コイル１０と結合器１７との間の、コイル１０の直接接続された側と反対側に 光学位相変調器１９が設けられている。光学位相変調器１９は、それに含まれる 透過媒休の両端部、第１図ではその位相変調器のそれぞれの対向する端部にポー トを有する。コイル１０からの偏波保持光ファイバまたは通常単一空間モード光 ファイバは変調器１９のあるポートに位置決めされる。結合器１７からの偏波保 持光ファイバまたは通常単一空間モード光ファイバは、変調器１９の対向する端 部のポートに位置決めされる。 光学位相変調器１９は、圧電シリンダに電圧を印加することによって光ファイ バ部分を伸ばすことができるように圧電シリンダの周りにその光ファイバ部分を 巻くことによって形成された種類のものでよく、あるいは、たとえば、基板上に 電極として設けられ、かつ基板に設けられたウェーブガイドに隣接して位置決め された金属付着部を含む、ニオブ酸リチウムの基板を使用して光学集積チップと して形成することもできる。そのような付着部によって通常、基板上にプレート 状の電極構造が形成され、変調器との電気接点と、ウェーブガイドに様々な電界 を確立してウェーブガイドを通過する電磁波の位相の必要な変調を行う手段との 両方が与えられる。 したがって、光学位相変調器１９は、このプレート上で電気信号を受け取り、 透過媒体の屈折率を変化させることによって、媒体内に確立される電界のために 、プレートを通じて送られた電磁波に位相差をもたらし、それによって、そのよ うな波が経験する光路長の効果を変化させることができる。光学集積回路の形で 構成された光学位相変調器は、大きな帯域幅を有し、すなわち、かなり高い周波 数内容を有する波形に従った位相変化をもたらすことができる。偏光器１５なら びに光源の光学方向性結合器１２およびループ光学方向性結合器１７を、場合に よっては共通の集積光学チップに形成することを含め、同様な各集積光学チップ に形成することもできることに留意されたい。 方向性光学結合器１７は、光源１１から放出され、結合器１２および偏光器１ ５を介して送られた電磁波を結合器１７が受け取ってほぼ半分に分割し、その結 果得られる部分の対応する一方の部分が結合器１７の対向する端部の２つのポー トのそれぞれから出るという点でビーム分割器として働く。結合器１７のその対 向する端部の１つのポートから、対応する電磁波部分が、デポラライザ１０’を 使用している場合はデポラライザ１０’と、光ファイバ・コイル１０の残りの部 分と、光学位相変調器１９を通過し、結合器１７に戻る。その電磁波の一部は、 結合器１７のポートを通過して偏光器１５に至り、次いで結合器１２に至り、結 合器１２において、この波部分の残りの部分の一部がフォトダイオード１３へ送 られる。 電磁波の他方の部分は、結合器１７での分割の後、結合器１７の他方のポート から出て、まず光学位相変調器１９と大部分の光ファイバ・コイル１０を通過し 、次いで、デポラライザ１０’を使用している場合はデポラライザ１０’を通過 し、結合器１７に再入し、そこから再び、前述の第１の部分と同じ経路をたどり 、最後に部分的にフォトダイオード１３に入射する。位相変調器１９によって行 われる変調が存在し、コイル１０の軸の周りでのコイル自体の回転が存在すると き、あるいは結合器１７での効果のために、組み合わされた波のある量のエネル ギーは非反射構造１８を介して失われる。 デポラライザなしでコイル１０用に偏波保持光ファイバを使用した干渉方式光 ファイバー・ジャイロスコープでは、コイル１０を通過する電磁波はすべて、同 じ光路を使用する。しかし、デポラライザなしでコイル１０用に通常単一空間モ ード光ファイバを使用する干渉方式光ファイバー・ジャイロスコープでは、コイ ル１０で使用される通常単一空間モード光ファイバの性質のために、温度の変化 のための応力の変化を含め、波がいくつかの異なる光路を使用して伝搬できるよ うになる様々な原因によって誘発される複屈折が無作為に発生する。デポラライ ザ１０’を使用すると、波は、ある波長にわたって周期的に異なる偏波状態にな り、したがって、対応する異なる光路をとる。したがって、コイル１０とデポラ ライザ１０’の両方を通過する電磁波の偏波履歴は波長に依存する。それにもか かわらず、ある時点で偏光器１５の透過軸に到達する波は同じ偏波履歴を有する 。その場合、デポラライザ１０’が各偏波状態間に光波を一様に分布させると仮 定すると、デポラライザ１０’は各光路中の波エネルギーを等しくするように働 く。 干渉方式ジャイロスコープ・システムにおける、上記でコイル１０に関して説 明した構成のうちのどちらを使用するかの選択は、一方または他方のコイル構成 を有するシステム変形例の選択の場合と同様に多数の因子に依存する。各コイル 構成（およびそのような構成の変形例）ごとのいくつかの異なるシステム構成が 、出願番号第０７／７９１７１９号を有する”Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃ ｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｅｒｒｏｒｓ”および出願 番号第０７／８９０／９３８号を有する”Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｌｏｎ Ｃｏｎ ｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｅｒｒｏｒｓ”と題する、出願 済みの関連米国特許出願に記載されている。これらの出願はそれぞれ、引用によ って本明細書に編入されている。 上記で指摘したように、フォトダイオード１３は、波間の位相差に依存する、 フォトダイオード自体に当たる組み合わされた電磁波または光波の強度に比例す る出力電流をもたらす。第１図の構造では、フォトダイオード上の強度が、偏光 によって決定された各光路を介して両方向へ伝わる電磁波であるが、主として、 偏光器１５がほぼ通過させる偏光をその偏光器１５において戻り波が得る光路を 介して伝搬する波しか含まない電磁波の平均、すなわち、存在する波長全体にわ たって得られた平均となるように、電磁波がコイル１０を介して互いに逆の方向 へ伝搬し、部分的にフォトダイオード１３に到達する。すなわち、この平均プロ セスに含まれる戻り波は主として、偏光器１５の透過軸を通じて延びる光路をた どる波だけである。フォトダイオード１３からの対応する光電流は、二乗余弦関 数に従い、すなわち、コイル１０中の互いに逆の方向へ伝搬しフォトダイオード に入射する電磁波に存在する波長全体にわたって得られた、各電磁波の各部分間 の平均位相差の余弦に基づいてもたらされる。この関係が成立するのは、光電流 が、互いに逆の方向に伝搬する電磁波対がフォトダイオード１３上に入射した結 果として得られ、そのダイオードにおいてこれらの波間でどれだけ建設的または 破壊的な干渉が発生するかに応じて変動する光強度に依存するからである。この 波の干渉は、コイル状光ファイバ形成コイル１０の軸の周りでのコイル自体の回 転によって、サニャック効果のために波間の位相差ずれが導入されるので、その ような回転に応じて変化する。さらに、第１図の残りの部分に示した電気システ ムに関連して説明するように、光学位相変調器１９によって追加移相ずれが導入 される。 この状況は、第１図のシステムを介して光源１１から光電検出器１３へ伝搬す る時計回り電磁波および逆時計回り電磁波を概括的に考えることによって、その システムに関して示すことができる。これらの波は、デポラライザの存在なしで 偏波保持光ファイバを使用して構成されていると仮定した図１のシステム内を伝 搬するとみなされる。また、偏光器１５が、光ファイバのより高速な伝搬軸に沿 って伝わる波を偏光器のブロッキング軸に位置合わせすることによってなくする うえで不完全であること、システム中のそれぞれの異なる光学構成要素間のイン タフェースでの後方散乱、位相変調器１９の構造で発生する非線形性や時計回り 波および逆時計回り波に等しくない強度が存在する際のカー効果のための非線形 性などシステム中の非線形性などのために、システムにそれぞれの異なる偏光が 存在するための誤差原因など一般的な誤差原因は、無視できると仮定され、ある いは、システムの動作において重要でないものになるようにその他の方法で軽減 されている。そのような１つのシステムはたとえば、完全に偏波保持光ファイバ で構成され、発光が十分に広帯域である光源を有し、おそらくカー効果を低減さ せるような性質の強度変動を有するシステムである。 光電検出システム１４中のフォトダイオード１３に到達する時計回りに伝搬す る電磁波の電界成分Ｅ_d-cwは、次式のように表すことができる。 逆時計回りに伝搬する波成分Ｅ_d-ccwは次式のように表すことができる。 上式で、Ｅiは、選択された偏光の光源１１からの入力電磁波の電界成分を表 し、τは、光源１１から出てフォトダイオード１３に到達するまでの経過時間を 表す。結合器１２および１７の伝達比が着信波の強度の２分の１であると仮定す ると、結合器１２および１７のそれぞれで電磁波の電界成分の１／ が失われ、 その結果、光源１１からフォトダイオード１３までの第１図のシステム中の完全 な伝搬で電界成分の２分の１が失われる。第１図の「最小可逆」構成では、時計 回り波と逆時計回り波の両方に同じ光路が確保されるので、基本的に各波ごとに 、その波が第１図のシステムを通過する際に他の損失が発生する。このような他 の 波の位相は、これらの数式中の対応する指数因子の複素指数で表される。各波 は、第１図の紙面に垂直に配向したコイル１０の対称軸の周りでのシステムの回 転が、伝搬する一方の電磁波とは同じ方向であるが、他方の電磁波とは逆の方向 であるため、この回転時にはサニャック効果のために、互いに逆の符号の位相変 化φ_Rの半分を経験する。位相変調深さφ’_mは、各波ごとに同じであるが、逆時 計回り波の場合は、光源１１からフォトダイオード１３までの走行時間に非常に 近い波走行時間を表す時間τだけ遅れて発生し、したがって、光源１１からの入 力放射の引数で使用されたのと同じ時間が制限の指数で使用される。 電磁波の強度は、電磁波理論からよく知られているように、その波の電界成分 の二乗に等しく、したがって光源１１から放出される電磁波の強度はＩ_i＝Ｅ_i ² に等しい。このような電磁波の電界成分は、第１図のシステム内をＥ_cwおよびＥ_ccw として伝搬し、光電検出システム１４のフォトダイオード１３に到達し、フ ォトダイオードにおいて、光電検出器１３に当たる電磁波の強度Ｉ_D（ｔ）がこ のような波の加算、または次式から得られるように加算的に組み合わされる。 時計回り波および逆時計回り波の電界成分に対して求められた数式を上式に代 入し、かつ光源１１からの電磁波の強度を置換すると次式が成立する。 上式は、周知のオイラーの公式および複素変数理論による絶対値の定義、なら びに三角恒等式を使用することによって、次式となる。 上式中の２つの正弦関数の差、代入項ｔ△ｔ’＋τ／２の使用、三角恒等式の みを考えると、この関数の差を次式のように変換することができる。 上式を前述の数式で使用すると、次式が成立する。 φ_m△２φ’_mＳｉｎω_mτ／２を定義すると、次式が与えられる。 この関係は次いで、前述の第１図中の光学サブシステムの一般的性能を与える 。 第１図の残りの電気サブシステム部分は、開ループ光ファイバ・ジャイロスコ ープ・システムを示すが、閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープ・システムに 変換し、すなわち図のシステムの周りでフィードバックを使用することもできる 。これは、この電気システムに、第１図に示したシステムの出力に基づいてフィ ードバック信号を提供させて、光路中の変調器１９の隣に挿入された他の光学位 相変調器を制御し、あるいは変調器１９を付加的に制御することによって行われ る。光学位相変調器１９は、前述の種類のものであり、上式で指摘したように二 乗余弦関数に従う、光電検出システム１４中のフォトダイオード１３の出力信号 を、復調プロセスでこの数式から得られる正弦関数に従う信号に変換するために 位相感応復調器または位相検出器に関連して使用される。そのような正弦関数に 従うと、回転速度とコイル１０の軸の周りでのその回転の方向との両方に関する 情報がその出力信号で与えられる。変調器１９は、バイアス変調信号生成装置２ ０の出力で与えられる正弦信号によって動作され、バイアス変調信号生成装置は また、この信号を提供して位相検出器、すなわち上記で指摘した位相感応復調器 を動作する。 フォトダイオード１３を含む光電検出システム１４からの信号は増幅器２１に 与えられ、この増幅器において増幅され、フィルタ２２を介して位相検出器２３ へ送られる。位相検出器２３として働く位相感応復調器は周知の装置である。そ のような位相感応復調器は、信号生成装置２０の第１の高調波または基本周波数 の変化を検知し、フォトダイオード１３に入射する電磁波対の相対位相を示す。 この情報は、位相検出器２３によって、正弦関数に従う出力信号、すなわち、フ ォトダイオード１３に当たる２つの電磁波部分間の位相差の正弦で提示される。 そのような出力信号は、上式をベッセル関数級数として展開し、それによって 、存在する高調波を光学サブシステム出力信号Ｉ_Dに表示することによって求め ることができる。そのような級数展開は次式を与える。 光電検出器システム１４での電気出力信号への変換後に、この出力信号は、そ れから選択された高調波に対応する部分を有さなければならない。バイアス変調 信号生成装置２２が、光電検出システム１４によって検知され、かつなくする必 要がある強力な第２の高調波成分を生成するので、フィルタ２２が必要である。 フィルタ２２は主として上式の第１の高調波周波数成分、すなわち角振動数ω_m で変化する変調周波数成分を通過させる。その結果、フィルタ２２の出力信号は 次式で表される。 上式でｋ₀は、信号が光電検出システム１４、増幅器２１、フィルタ２２を通 過するために生じるシステム利得定数である。この増幅器を通過する結果として 他の位相遅延項を追加することができる。ただし、これは無視されるが、この余 弦に関して示した位相項−ω_m τ／２として組み合わされるとみなすことができ る。 フィルタ２２からのこの信号は次いで、ある振幅での正弦ｓｉｎω_m ｔに等し いバイアス変調器生成装置２０からの信号の場合と同様に、位相感応検出器２３ に印加される。その場合、位相感応検出器２３の出力は次式で表される。 上式で、定数ｋ’₀は、フィルタ出力信号が位相感応検出器２３を通過した結 果として得られる他のシステム利得を表す。 動作時には、光路中のコイル１０を通過してフォトダイオード１３に達する互 いに逆の方向へ伝搬する２つの電磁波の位相差変化によって、比較的小さく、光 学位相変調器１９およびバイアス変調器信号生成装置２０のための位相差変化と 比べて比較的低速に変動する平均正味位相差変化がもたらされる。サニャック効 果のための平均位相差ずれでは、電磁波間の平均位相差がずれるに過ぎず、位相 感応復調器２３でのフォトダイオード信号復調の後の位相感応復調器２３から出 力信号は、この位相差の正弦に、位相変調器１９および信号生成装置２０のため の波の変調によって設定された振幅スケーリング因子を乗じた値に依存する。し たがって、この同期復調では、コイル１０の軸の周りでのコイル自体の回転の結 果を含む、信号生成装置２０および変調器１９によって導入される変調周波数で の正弦変調周波数成分の振幅が、フォトダイオード出力信号からほぼ抽出され、 復調器出力信号が与えられる。 しかし、上記で指摘したように、最小可逆構成の光ファイバ・ジャイロスコー プ・システムを用いる場合でも、そのシステムで発生する様々な効果によって逆 伝搬電磁波間の追加移相が導入されることがある。通常、サニャック効果以外の そのような不可逆移相の重要な原因は、上記で編入した文献に記載されているよ うに、偏光器１５が不完全であり、その結果、出力中の移相誤差がサニャック移 相と区別できるものとなるため、逆伝搬電磁波の２つの異なる偏光成分がそれぞ れの異なる光路をたどることである。他の原因は、光路中の後方散乱と、光路に 沿った屈折率の強度依存性である。上記で第１図のシステムの一般的応答を求め る際に行ったように、これらの誤差原因は、無視できるとみなされ、あるいは以 後無視できるものになるように他の方法で軽減される。 ジャイロスコープの出力誤差をもたらすコイル１０中の逆伝搬電磁波間の移相 の変動の他の原因は、光源１１で発生する光学雑音のための、光源１１によって 放出される電磁波の振幅の変動である。光源１１からの雑音がないときでも、フ ォトダイオード１３を含む光電検出システム１４では、出力光電流に寄与する雑 音源のために出力光電流の誤差が発生する。信号電流だけでなく、暗電流雑音、 およびフォトダイオード１３に達する背景放射のための可能な雑音が存在する。 また、光電検出プロセスの統計的性質のための散弾雑音が存在し、フォトダイオ ード１３の２本のリード線間に存在する負荷抵抗相当物で生成される熱雑音も存 在する。したがって、光電検出システム１４からの出力信号にすでに存在するこ れらの雑音源電流だけでなく、光源１１によって生成される光学雑音が加えられ る。 光源１１用に使用できる様々な種類の光源装置には多数の光強度変動原因があ る。すべてのこれらの雑音源は組み合わされ、光電検出システム１４で独立に生 成される雑音の最小量によって設定される限界を超える程度に検出雑音を増大さ せる。この過度の雑音は、多くの場合、相対強度雑音と呼ばれ、フリッカまたは １／ｆ雑音と、光源動作電気回路で生成される電流雑音と、担体密度変動とを含 む。光源１１によって生成される電磁波の強度は、このような状況では次式のよ うに表すことができる。 Ｉ_i（ｔ）＝Ｉ₀＋ｎ（ｔ） 上式で、Ｉ₀は、ほぼ一定の所望の電磁波強度であり、光源１１の動作で与え らる。ｎ（ｔ）は雑音パワー、すなわち各雑音源が表す確率過程の寄与の結果で ある確率変数である。 光源１１として適切な光学装置から、１／ｆ雑音が十分に低減された高い動作 周波数で、高いパワー・レベルの熱広帯域光が得られたとき、他の基本雑音源が 支配し始める。これは、互いに混合した光学周波数の電磁波を放出し、光源から 放出される電磁波に比較的低周波数の強度変動を残す電磁波源中の互いに近接し た光学放出のために、広帯域電磁波源で発生する強度雑音である。すなわち、任 意の瞬間にこのような放出から、複合電磁波、すなわち増幅された多数の独立の 自然放出事象の和が発生する。この複合波は、それぞれ、「フェーザ」としての 複素値表現を有し、かつそれぞれの相対位相が相関しないので、放出される多数 の波の無作為フェーザ和とみなすことができ、したがって、一般に「熱」光と呼 ばれるものを形成する。したがって、様々なスペクトル成分の相対位相どうしも 相関しない。したがって、強度は時間の経過と共に変動し、このような強度変動 の様々な比較的低周波数の成分どうしも相関しない。そのような強度雑音は、縁 部で発光する発光ダイオード、およびスーパールミネセント・ダイオードでは一 般的である。誘発発光で発生するよりも大きな線幅を得るためにしきい値よりも 小さな値て動作するレーザ・ダイオードは、動作点がしきい値よりもそれほど低 くない場合に支配することができる強度雑音も示す。 光源中の様々な放出は、それぞれ、他の放出とうなることで出力波をもたらす 際、単色またはほぼ単色の波の外乱の振幅および位相を有するフェーザとして表 すことができる。各フェーザの振幅と位相は通常、合理的に、互いに統計的に独 立し、かつ他のフェーザの各振幅および各位相から統計的に独立しているとみな すことができるが、各フェーザの振幅および位相には共通の確率分布がある。 このような小さな独立のフェーザの寄与が複雑に加えられて、光源全体の出力 が表され、その結果は、光源が、少なくとも十分に低い周波数の所望の出力強度 に加えて零平均プロセスで白色光を放出するように見え、この場合、自乗平均平 方根（ｒｍｓ）雑音スペクトルは、次式によって与えられる。 上式で、τ_cは光源コヒーレンス時間である。光源のコヒーレンス時間は光源 のスペクトル帯域幅が増加するにつれて減少するので、光源スペクトル帯域幅が 増加すると、この雑音が低減する。光源コヒーレンス時間は、よく知られている ように、次式から得られる。 上式で、γ（τ）は光源のコヒーレンス関数複合度である。ｒｍｓ平均に対す る雑音パワ−ｎ（ｆ）は、ｎ（ｔ）のフーリエ変換に関係するものである。 上記でｒｍｓ雑音パワーに関して与えた数式から分かるように、雑音は光源強 度に比例し、そのため、強度を増加させても、第１図のシステムに関する信号雑 音比は向上しない。したがって、強度雑音が支配し始めるある強度、通常約１０ μｗを超えると、光源１１によって放出される電磁波の光強度が増加するので第 １図のシステムの信号雑音比はそれほど向上しなくなる。 第１図のシステムは、光電検出システム１４から得られる放射周波数ω_mで変 動する光学信号の第１の高調波をシステムの出力信号として使用するので、その 周波数およびその近傍の周波数での雑音信号寄与は、システムから得られる出力 信号に対するこの寄与の影響において特に重要である。出力信号は、フィルタに より、あるいはアナログ・ディジタル信号からバージョン単位でサンプリングす ることにより、あるいはフィルタ２２の動作により、あるいは第１図のシステム で行われる他の帯域制限動作によって設定されるある帯域幅内で、第１図のシス テムが設置されているシステムごとに考慮されるに過ぎないので、重要な雑音信 号寄与は、第１の高調波信号周波数の周りの比較的狭い帯域内にしか存在しない 。 狭帯域幅フィルタの入力に零平均の白色雑音が印加されると、よく知られてい るように、周波数ドメインでのフィルタの伝達関数の絶対値の二乗に関係する出 力信号が与えられる。ヒルベルト変換を使用することによって、対応する分析信 号を形成することができ、複雑すぎて本明細書では示すことができない次の２つ の処理によって、ωを中心とする通過帯域を有するフィルタの出力での狭帯域雑 音の表現を、包絡線および位相成分に関して次式のように提示することができる 。 雑音信号包絡線は確率変数δＩ（ω）として表され、位相成分は確率変数φ（ ω）として表される。雑音過程がガウス過程であり、これらの確率変数のそれぞ れが変調周波数よりもずっと低い周波数で変動すると仮定すると、信号が存在す る包絡線確率変数を含め、これらの確率変数の確率分布を分析的に求めことがで きる。この２つの確率変数はまた、通過帯域の帯域幅が比較的狭いことによる比 較的大きな時間定数のために、１つの無作為値から他の無作為値に移る際に時間 的に非常にゆっくりと変化する。その結果、光源強度Ｉ_iはこの場合、次式のよ うに表される。 このような状況で、第１図のシステムの光学サブシステム部分の出力強度Ｉ_D （ｔ）は、上式を、上記でこの出力信号に関して求めた数式に代入した後、次式 で表されるものになる。 明らかに、雑音成分結果が光学サブシステムの出力信号に追加され、上記で指 摘したように、光源１１から放出される波Ｉ₀の所望の強度を増加させても、第 １図のシステムの信号雑音比は変化しない。したがって、第１図のシステムの光 源から放出される光学強度雑音の影響を低減させるためにこのシステムに関連し て使用することができるが、コストをそれほど課さない構造が必要である。 発明の概要 本発明は、干渉計や回転センサなどのシステムにおいて、位相変調器を有する そのシステムの光学サブシステムに光源によって導入され、システム出力信号に おいて対応する雑音信号成分をもたらす光学雑音の結果を低減させる雑音低減装 置を提供する。光学サブシステムの出力以外のこのサブシステム自体の位置から の電磁波は、雑音低減構造に結合され、その結合時の遅延は、光学サブシステム で発生する光源から出力までの遅延の半分よりも短い。この雑音低減構造内であ る信号が形成され、光学サブシステム出力に基づいてこの構造内で形成される他 の信号と組み合わされ、結果として得られるシステム出力信号において、雑音が 、光学サブシステム出力に基づく信号で発生する雑音よりも低い程度に低減され る。 光学サブシステムはコイル状光ファイバを有し、電磁波はコイル状光ファイバ 内で互いに逆の方向へ伝搬し、光路の残りの部分も光ファイバで形成され、ある いは選択的に部分的に集積光学チップで形成される。電磁波は、結合位置および このサブシステムの出力から、対応する光電検出器に結合され、雑音低減構造内 で組み合わされる信号の基礎が与えられる。これらの信号は、共通の信号または 別々の信号に基づく基準信号によって復調することも、あるいは、一方の信号を 、他方を基準信号として使用して復調することもできる。波を結合位置から光学 サブシステムのある位置に結合するには、偏光器を介して結合を行う必要があり 、コイル状光ファイバが光源一次周波数で分散性を有する場合は、そのような周 波数での分散がより大きなある長さの光ファイバを介して結合を行う必要もある 。 図面の簡単な説明 第１図は、従来技術で知られている信号処理構造と透光経路・装置構造を組み 合わせたシステム概略図である。 第２図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み合わ せたシステム概略図である。 第３図は、第１図および第２図のシステムに関する性能特性のグラフである。 第４図は、第１図および第２図のシステムに関する性能特性のグラフである。 第５図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み合わ せた代替システム概略図である。 第６Ａ図は、周期波形の一部のグラフである。 第６Ｂ図は、第５図のシステムに関する性能特性のグラフである。 第７Ａ図は、周期波形の一部のグラフである。 第７Ｂ図は、第５図のシステムに関する性能特性のグラフである。 第８図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み合わ せた他の代替システム概略図である。 第９図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み合わ せた他の代替システム概略図である。 第１０Ａ図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み 合わせた他の代替システム概略図である。 第１０Ｂ図は、第１０Ａ図のシステムの一部の代替策を示す図である。 第１１図は、本発明を具体化する信号処理構造と透光経路・装置構造を組み合 わせた他の代替システム概略図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 光源１１から、第１図に示したシステムの光学サブシステム部分の残りの部分 を伝搬した後、光電検出器１３に到達する強度雑音を低減させるにはまず、光電 検出器システム１４からの出力信号中のそのような雑音を何らかの方法で測定す る必要がある。次いで、その情報を使用して、位相感応検出器２３の出力でシス テムに関して得られる出力信号中の対応するある量の雑音を取り消すことができ る。 フォトダイオード１３に到達する光学出力信号の誤差の測定は、そのフォトダ イオードに到達する電磁波で搬送される強度雑音の測定に依存する。しかし、第 １図のシステムでは、コイル１０の軸の周りでのコイル自体の回転のために、そ れらの電磁波に表されるサニャック移相も測定しないかぎり、フォトダイオード １３の近くの位置で前述の測定を行うことはできない。フォト・ダイオード１３ に到達する光学信号のそのような測定値を、位相感応検出器２３から得られる出 力信号中の雑音を低減させるための基礎として使用すると、その検出器から得ら れる回転信号情報も減少する。 しかし、フォトダイオード１３に到達する電磁波の強度雑音特性が、第１図の システムの他のどこかで得られる電磁波の雑音とほぼ同じである場合、そのよう な他の位置での雑音の測定では、フォトダイオード１３に入射する電磁波の場合 とほぼ同程度に良好な、光源１１からの雑音の影響を表す基礎が提供される。し たがって、回転信号情報を有さず、あるいは少なくとも多量の回転信号情報は有 さない他の位置でのそのような測定は、少なくとも光ファイバ中の分散がそれほ ど顕著ではない場合には、光源１１から第１図の光学サブシステムの残りの部分 へ放出される電磁波に光源１１によって追加される光学強度雑音を判定するため の基礎と同程度に有効であるはずである。 光源１１によって与えられ、第１図のシステムを通過するいくつかの電磁波を 、それに多量の回転情報が加えられる前に得るための、このシステム中のこの目 的に好都合な１つの位置は、そのような波が光源結合器１２を介して供給される 非反射終端構造１６である。システム内で得られる電磁波は、システム中の１つ の光学構成要素、すなわち光源結合器１２しか通過していないので強度が比較的 高 く、したがって、この光源によって追加される波の強度雑音内容に関する測定上 の比較的良好な基礎となるはずである。なぜなら、このような電磁波の唯一の回 転情報は、結合器スプライス、光源１１、フォトダイオード１３からコイル１０ を通過してフォトダイオード１３に至った後の光源結合器１２を介して戻る信号 が少ないため、非常にわずかであるためである。このような反射の一部はもちろ ん、終端１６に至るポートに結合される。しかし、電磁波中の強度雑音の少なく とも一部を、フォトダイオード１３に到達する信号中の強度雑音に合致させるた めに利得調整が必要になることがある。 好都合な他の位置は、ループ結合器１７の非反射終端構造１８である。しかし 、ここで測定される電磁波はすでにコイル１０を通過しており、電磁波の少なく とも一部には回転信号情報が入っている。もちろん、そのような情報の含まれて いない電磁波をこの位置で抽出できる場合、これは、光源１１によって放出され た電磁波の強度雑音内容を測定するための代替位置となる。そのような構造では 、前述のすべての光ファイバ実施態様を使用するのではなく、第１図のシステム の光学サブシステム部分に集積光学チップを使用した場合、他の難点が生じる。 そのようなチップでは、偏光器１５、ループ結合器１７、位相変調器１９が集積 される可能性が高い。その結果、ループ結合器１７の等価物には、ウェーブガイ ド”Ｙ”継手など容易に利用できる終端構造がなく、したがって、そのような位 置を使用して雑音信号を得るには、そのチップに他の結合ウェーブガイドまたは その他の構造を付加的に設ける必要がある。 いずれかの位置からの電磁波の強度雑音測定を使用して位相検出器２３’から の出力信号中のそのような雑音を有効に低減させるにはまず、フォトダイオード １３に到達する電磁波中の雑音の性質を知る必要がある。強度雑音の存在しない 、第１図のシステム中の光電検出システム１４中のフォトダイオード１３に入射 する光学信号の第１の高調波が、所望の出力光学信号成分であり、これを上記で は、次式で表されるものとしてフィルタ２２から現れるものとして示した。 上式では、光学強度雑音が存在しないことを示すためにＩ_iがＩ₀で置き換えら れている。したがって、第１図のシステム中のフィルタ２２の出力での所望の出 力信号は、変調周波数の第１の高調波に応じて−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２） として変化する。その結果、この所望の高調波の振幅を回復するには、やはり− ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２）として変化する信号基準を使用することによって 、フィルタ２２の出力での信号を復調する必要がある。したがって、所望の出力 信号である光学信号の部分を除いて、強度信号が存在するときにフォトダイオー ド１３に入射し、フィルタ２２を通過して位相感応検出器２３内で復調を行える ようにする基準信号を提供する光学信号のすべての部分のために、復調結果は、 出力信号中の雑音を構成する顕著な大きさを有する。したがって、第１図のシス テムの出力中の有効光学強度雑音を判定するには、これらの第１高調波雑音信号 を見つけなければならない。 光学強度雑音信号が存在する、フォトダイオード１３に入射する光学サブシス テム出力信号は、上記では第１図のシステムに関して次式で表されるものとして 与えられており、 Ｉ₀が光源１１からの総入力Ｉ_iになるように光学サブシステム出力信号から実際 上雑音をなくするために上式中のδＩ（ω）を零に設定する場合、やはり前述の 、雑音の存在しない光学サブシステム出力信号と同じものとみなすことができる 。したがって、光学強度雑音が存在する光学サブシステムの出力に、光学強度雑 音が存在しないときと同じ、コイル１０の回転に関する情報を含む同じ出力信号 が存在し、しかも光学強度雑音も付加的に存在している。したがって、上式で光 源１１の所望の強度出力Ｉ₀を零に設定し、次式の「雑音誤差」と呼ばれる光学 誤差信号を生成することによって、フォトダイオード１３に入射する光学サブシ ステム信号の「雑音のみ」部分または光学サブシステム信号の誤差部分を見つけ ることができる。 この雑音誤差信号式では、比較的大きな回転信号が存在する際、雑音による差 がほとんど生じないので、サニャック効果のための回転による位相変化が所望の 状況では無視できると仮定している。 上式から分かるように、等号の右側の雑音誤差信号式は２つの部分に分離する ことができる。第１の部分は、上式中の大括弧内に１に等しい項があるので、こ れらの大括弧の外側に現れる光学強度雑音自体のみを含む。この第１の部分を次 式に示す。 第２の部分は、光学強度雑音の様々な高調波と、光源強度の位相変調の結果と して大括弧内の第２の項で発生した様々な変調高調波を混合し、あるいはうなら せた結果を表す。この第２の部分を次式に示す。 雑音誤差信号式の第１の部分としての２つ前の数式で述べたように光学強度雑 音のみに基づく信号を位相感応検出器２３で復調すると、光学サブシステム出力 信号の第１の高調波に基づく第１図のシステムの出力信号の大きさに対する光学 強度雑音の寄与率が分かる。このシステム出力信号は、フィルタ２２の出力で雑 音誤差信号の第１の部分として与えられた信号を位相感応検出器２３で復調する ことによって得られ、その大きさ寄与率は次式に比例する。 この結果は、周波数変数ωを第１の高調波周波数ω_mに設定した後の、上記で 与えた雑音誤差信号式の第１の部分に、−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２）の復調 器基準信号を乗じ、三角恒等式を使用し、同時に第１の高調波よりも高い周波数 のすべての項を消去することによって求められる。 変調器１９および生成装置２０のための、光源１１によって与えられた波強度 の位相変調を表す、雑音誤差信号の第２の部分の第２の余弦因子は、次式によう に偶数高調波項しか有さないベッセル級数として展開することができる。 様々な雑音高調波がこれらの偶数高調波項とうなるが、第１の高調波周波数信 号成分への寄与において有意であるのは、混合され、あるいはうなった変調高調 波の周波数とは基本周波数にまったく等しい量だけ異なる周波数を有する雑音高 調波だけである。これは、混合プロセスによって生成される新しい高調波が、混 合された高調波の周波数の差または和である周波数を有するからである。周波数 間に第１の高調波周波数に等しい差がある混合済み高調波の組合せのみが、第１ の高調波周波数で有意の大きさを有するように復調される。したがって、上式中 の変調高調波項とうなる光学強度雑音高調波周波数の組合せのうちのいくつか、 すなわち、奇数雑音高調波、すなわち、周波数が位相変調偶数高調波とは第１の 変調高調波、すなわち基本周波数に等しい値だけ異なることができる雑音高調波 のみを含む組合せのみを考慮すればよい。 基本周波数での雑音高調波は、Ｊ₀、すなわち変調零周波数項と、Ｊ₂、すなわ ち変調第２高調波項とを有する上式の級数展開中の項と混合しないかぎり、第１ の高調波周波数で有意の出力大きさを生成することはできない。これは、これら の項が、第１の高調波周波数での光学強度雑音の周波数からその第１の高調波周 波数に等しい量だけ異なる周波数を有するただ２つの変調高調波であるからであ る。したがって、雑音のこの第１の高調波項に、変調を表す第２の余弦因子のベ ッセル級数展開を代入した後の、所望の雑音誤差信号の第２の部分の対応する部 分は、 この場合も、三角恒等式を使用し、第１の高調波よりも高い周波数の項を削除 することによって求められる。この雑音誤差信号成分は、次式に比例する、位相 感応検出器２３による復調の後の第１図のシステムの出力信号の大きさに寄与す る。 この結果は、この場合も、この結果の前の数式に−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／ ２）の復調器基準信号を乗じ、次いで三角恒等式を使用し、第１の高調波よりも 高い周波数を有する項を消去することによって求められる。 同様に、第３の雑音高調波は、第２および第４の変調高調波と混合しないかぎ り、第１の高調波周波数で有意の出力大きさを生成することはできない。したが って、雑音のこの第３の高調波項に、変調を表す第２の余弦因子のベッセル級数 展開を代入した後の、所望の雑音誤差信号の第２の部分の対応する部分は次式で 表される。 この場合も、この結果は、三角恒等式を使用し、第１の高調波よりも高い周波 数の項を削除することによって求められる。この雑音誤差信号成分は、次式に比 例する、位相感応検出器２３による復調の後の第１図のシステムの出力信号の大 きさに寄与する。 この場合も、この結果は、この結果の前の数式に−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／ ２）の復調器基準信号を乗じ、その後、三角恒等式を使用し、第１の高調波より も高い周波数を有する項を消去することによって求められる。 したがって、残りの無限の追加項にわたって「雑音誤差」信号の第１の高調波 部分を引き続き求めて、第１の高調波周波数ω_mでの「第１の高調波雑音誤差」 信号を形成する追加項を見つけることができる。この初期項は次式で表される。 これらの項のそれぞれは、復調後に出力信号の雑音誤差成分を与える復調基準 信号−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２）と同相のこの雑音誤差信号の部分に寄与す る。三角恒等式を使用することによって、残りの無限の追加項のそれぞれごとに 、雑音誤差信号の第２の部分から得た各雑音奇数高調波に関するこれらの第１の 高調波雑音誤差寄与式の「同相」部分を求め、第１の高調波変調周波数ω_mでの 「同相第１高調波雑音誤差」信号を形成することもできる。この信号の初期項を 次式に示す。 この結果得られるこれらの式の合計は、電気信号への変換および復調の後、対 抗手段がない場合にシステム出力信号中の光学強度誤差信号部分となる、フォト ダイオード１３に当たる対応する光学誤差強度信号であり、この合計は、次式の ように書くことができる。 上式は、高周波数雑音高調波の寄与を有するとみなすことができる。帯域制限 光学強度雑音無作為大きさ関数δＩ（ｎω_m）および位相関数φ（ｎω_m）は、共 に実際上、第１図のシステムの出力信号帯域の帯域幅によって設定される時間定 数程度の率で時間に応じて変動する、確率分布で様々な値をとる比較的低速の無 作為に変動する時間関数である。そのような変動は、第１図のシステム内での電 磁波および信号の走行時間と比べて非常に低速である。さらに、ある周波数での 雑音値は他の周波数での雑音値と相関せず、したがって、ある時点でのある高調 波の測定値は他の時点および周波数での測定結果に対する意味を有さないので、 様々な雑音高調波でのこれらの関数の値は相関しない。 しかし、このような高周波数雑音高調波にもかかわらず、この雑音を組み込ん だ光学信号を、復調する前あるいは復調した後に、電気信号に変換し増幅して初 期システム電気出力信号を形成した後に、この雑音を低減し、あるいはなくすこ とができる。これを上記で指摘したように行うことができるのは、コイル１０を 介して再びフォトダイオード１３へ送られ、それによって、この初期システム電 子出力信号に組み込まれた形の光源１１の光学雑音に、光源結合器１２の後方に 設けられた非反射終端構造１６で直接アクセスできるからである。したがって、 この結果、そのような雑音は、光学サブシステムと、光学サブシステム出力強度 信号を、雑音取り消しが行われる前にはシステム初期出力信号として働く対応す る電気信号または電子信号に変換するために使用される変換回路を含むシステム の部分によって与えられるシステム初期出力信号にそのような光学雑音が含まれ るために、第１図のシステムに基づくシステムに関する対応する最終システム電 子出力信号において、そのような信号成分にはかかわらずに低減される。この結 果が可能であるのは、上記で指摘したように終端構造１６に存在するそのような 光学雑音が回転情報信号成分を有さないからであり、そのような回転成分は、雑 音を取り消すために使用される終端構造１６からの取り消し信号に存在する場合 、初期出力信号中の雑音をそのように低減させるために使用される追加構造によ って与えられるシステム最終電子出力信号中の回転情報も低減させる可能性があ る。 一方、上記で指摘したように回転速度情報を含む所望の信号を回復するために 使用すべき−ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２）の復調基準信号から分かるように、 コイル１０の一方の側としての変調器１９の位置および継続時間τのコイル１０ 中の電磁波の走行時間のため、光源１１から基礎電磁波が放出された後にフォト ダイオード１３に到達する光学サブシステム出力信号の、変調器１９に対する位 相遅延はω_m τ／２である。しかし、光源１１から電磁波が放出された後に非反 射終端構造１６に到達する対応する光学サブシステム雑音信号は完全に無視でき る遅延を有し、そのため、この２つの位置でのこのような信号は、雑音信号を使 用して出力信号の雑音部分を取り消すことができるように時間的に対応してはい ない。これは、終端構造１６から延びるコイル１０と同じ長さおよび性質の第２ のコイルを使用して雑音信号の遅延を出力信号の遅延に等しくすることによって 解消することができるが、これは高価な解決策である。望ましい解決策は、その ような過度の長さの光ファイバを避け、あるいは少なくともコイル１０中の光フ ァイバの長さの一部に過ぎない長さ、好ましくは光ファイバの長さの半分未満を 追加することである。 １つの可能な解決策は、終端構造１６での雑音誤差を表す信号を得て、それを 使用して、雑音が第１図のシステムの残りの部分に印加される前に、光源での雑 音を取り消すように光源１１へのフィードバック・ループを動作することである 。しかし、回転信号情報がフィードバック・ループへの誤差信号として供給され 、その情報の一部が終端１６に反射された場合、それが非常に小さなものであっ ても、そのループは、光源に信号中のそのような情報の存在を無効にすることを 試みさせるように働き、そのため、出力信号から重要な回転信号情報が除去され る。また、光源１１から第１図のシステムの残りの部分に与えられる電磁波の強 度の大きさの統計的変動は、よく知られているように、カー効果を解消するうえ で有用であり、したがって、この理由、および場合によってはその他の理由で、 このような変動をシステム内を伝搬する前に取り消すことは望ましくない。した がって、システム出力信号中のこの強度雑音を低減させ、あるいはそのうちのあ る量をなくするだけの方が望ましい。 構造１６での雑音誤差を表す信号、すなわち単なる雑音誤差の類似物を得て、 それを第１図のシステムの出力信号と組み合わせてその信号中の雑音を取り消す ことも不十分である。というのは、そのような構造１６の信号は、第１図のシス テムの出力信号とは異なり、分割および干渉ループ中の伝搬時に、その基礎であ る光学信号に位相変調を施さないからである。ループ上のそのような位相変調に よって、雑音を含む光学サブシステム出力信号を形成する電磁波の強度が変調さ れる。上記で与えた光源１１の光学強度雑音表現に基づく、第１の高調波周波数 ω_mを中心とする狭帯域幅中の第１の高調波非反射終端構造１６光学強度雑音を 表す光学信号Ｉ_nrflt16fhは次式で表される。 上式で、Ｋ_sctrum16は、光源結合器１２の効果および終端１６への光路に沿っ た損失を表す。上記で与えた第１の高調波雑音誤差に関する数式と上式を比較す ると、主として、電磁波が干渉光学サブシステム内を伝搬する間に課された位相 変調のための顕著な差がそれらの数式の間にあることが分かる。この差は、これ らの恒等式に基づいて信号を簡単に組み合わせることによって所望の出力信号雑 音を改善するのを妨げる。 したがって、このような取り消し、またはこの差を解消するために見つけた何 らかの他の方法を行うための基礎として、第１図のシステムの第１の高調波出力 信号中の取り消したい各雑音高調波の寄与率を個別に測定しなければならない。 非反射終端構造１６で高周波数雑音高調波を測定することは、ただちに非経済的 で非実際的なものになる。一方、もちろん、高調波周波数が増加すると共に大き さが減少する。したがって、第１の高調波出力信号に対する個別の雑音高調波寄 与率を測定して取り消す方法を使用する場合、経済性およびリターンの減少のた めに、第１図のシステムによって与えられる初期出力信号の雑音を低減させ、あ るいはなくするうえで特定的に使用するものとして第１の雑音高調波のうちの小 数の雑音高調波のみが選択される。 多くの場合、雑音エネルギーの通常４分の３以上が雑音の第１の高調波に含ま れることに鑑みて、本明細書で与えた例での取り消しでは、雑音の第１の高調波 のための２つの大きさ寄与のみが選択される。この２つの寄与の組合せによって 、第１図のシステムの出力信号から取り消すべき雑音誤差信号部分Ｖ_22-ncanが フィルタ２２の出力に与えられる。Ｖ_22-ncanは次式で表され、 雑音のみの寄与と、上記で与えた最低周波数変調高調波に対してうなる第１の高 調波雑音高調波から得られる。この場合、ｋ₀は、前述の光電検出システム１４ 、増幅器２１、フィルタ２２の効果を現す。 この目的で選択される構造１６での強度Ｉ_nrflt16thが、フォトダイオード１ ３に到達する雑音を表すように選択され、電気信号に変換され、次いで、位相感 応検出器２３で所望の信号を回復するために使用されるのと同じ基準信号周波数 を、終端１６雑音信号とシステム初期出力信号、すなわち−ｃｏｓω_m（ｔ＋τ ／２）との間の遅延を無効にするための逆位相と共に使用して復調される場合、 光源１１の雑音を示す終端構造１６での光学信号を使用して、信号Ｖ_22-acanに 含まれる光源雑音信号成分をなくすることができる。そのような変換・復調過程 から得られる信号Ｖ_{nrflt16fh-demod}は次式で表される。 定数ｋ_{sctrm16-demod}は、終端構造１６での光学雑音信号から変換によって得 られる電気雑音信号を復調する際に使用される復調器の振幅効果を表す。取り消 すべきフィルタ２２の出力信号の雑音誤差部分は、上記でＶ_22-ncanとして与え たものである。この雑音誤差部分が相感応検出器２３で復調され、その結果、終 端構造１６から得られ、変換および復調を施された信号によって取り消すべき出 力信号の部分Ｖ_23-ncanが得られる。Ｖ_23-ncanは次式のように書くことができる 。 この場合も、ｋ'₀は光電検出システム１４、増幅器２１、フィルタ２２、位相 感応検出器２３の振幅効果を表す。このような各復調において、復調に使用され た基本基準信号は−ｃｏｓω_m ｔであるが、逆位相変化ω_mτ／２が加えられ、 その結果得られる信号に、各例で復調すべき信号の表現が乗じられ、三角恒等式 を使用し零周波数の信号成分のみを保持することによって最終結果が得られる。 復調済み信号を表すこの最後の２つの数式を、（ａ）終端構造１６からの出力 および（ｂ）第１図のシステムの出力の取り消すべき部分に対して検査すると、 利得定数内では互いに類似していることが分かる。Ｖ_{nrflt16fh-demod}に関する 数式に利得定数Ｇを乗じて、その信号に利得変化を印加することを反映させ、こ の結果をＶ_23-acanに関する信号に加え、それに続いて、組み合わされた結果を 取り消しのために零に設定すると、利得定数Ｇを次式に等しくした場合にそのよ うな取り消しを行うことができることが分かる。 したがって、コイル１０などの光ファイバ・コイルを終端１６からフォトダイ オード２４へ延ばさずに、雑音の第１の高調波、すなわち最大の雑音高調波寄与 を含む雑音信号部分を取り消して、第１図のシステムの出力信号中の雑音を著し く低減させることができる。散弾雑音および熱雑音がそれほど顕著なものになら ないように光源１１を十分に高い発光強度で動作する場合、下記にさらに示すよ うに、第１図のシステムの出力信号中の雑音が大幅に低減される。 この最後の結果では、光源１１の一次周波数での顕著な分散のためにフォトダ イオード１３での雑音の性質が光源１１からの放出時の性質から変化するため、 少なくとも光源１１の一次周波数で分散が低く、かつ長さの短い光ファイバがコ イル１０に使用されていると仮定している。コイル１０が光源の一次周波数で顕 著な分散を有する場合、雑音が各フォトダイオードで同じ性質を有するように、 この分散に等しい分散をもたらす光ファイバ長を終端１６からフォトダイオード ２４へ延ばすことが必要になることがある。ただし、この長さは、光源の一次周 波数でずっと高い分散を有する光ファイバによって与えられる場合、コイル１０ 中のファイバの長さに等しくする必要はまったくない。通常、そのような長さは コイル１０中のファイバの長さの半分よりも短く、通常はずっと短い。 第２Ａ図は、この取り消しを行うように修正された第１図のシステムを示すも のであり、様々な装置、透過経路、ブロックを含め、第１図のシステム中の対応 する項目に類似している第２Ａ図のシステムに示した項目は、第１図と同じ参照 符号を有する。第１図のシステム中の非反射終端構造１６は第２Ａ図のシステム では使用されておらず、したがって、偏光器１５側の光源結合器１２の出力は、 第１図の終端構造１６では終端したが、フォトダイオード１３用に使用されてい るのと同様なタイプの他のフォトダイオード２４に光学信号担体自体にある光学 強度信号を送る光学信号担体として１６’と指定変更されている。 終端１６’に到達する光学雑音成分がコイル１０内を通過し、その後フォトダ イオード１３に到達する光学雑音成分に比例するように、光源結合器１２はたと えば、一方の光ファイバ中の主複屈折軸に沿って伝搬する電磁波が主として、光 源結合器中の結合領域で、他方の光ファイバ中の主複屈折軸対のうちの対応する 軸に結合するように、偏波保持光ファイバ対で形成することができる。光源１１ が、やはり偏光器１５の通過軸に位置合わせされたそのような光源結合器の主複 屈折軸に位置合わされた著しく偏光された放出波出力を有する場合、光源の光学 雑音強度のための各フォトダイオード１３および２４での雑音強度を比例させる ために何かを行う必要はない。しかし、光源結合器１２の両方の主複屈折軸にか なりの波強度が放出されるように光源１１の放出波強度をそれほど偏光しない場 合、終端構造１６’で偏光器を使用して、偏光器１５の通過軸に位置合わせされ た他方のファイバ中の主複屈折軸に結合器１２の結合領域で結合される結合器の 主複屈折軸から強度を選択しなければならない。そのような偏光器は、それが必 要とされる状況で（コイル１０が光源の一次周波数で分散性を有する場合にその 周波数で分散性の高いある長さの光ファイバを含むこともできる）終端構造１６ ’の一部を形成する点線ボックスとして示されている。 フォトダイオード２４は光電検出器動作回路構造２５によって動作される。こ の構造は光電検出器１４を動作する際に使用されるタイプと同様なタイプのもの でよい。光電検出器動作構造２５の出力は位相検出器２６に与えられる。この場 合も、位相検出器２６は位相検出器２３と同様な位相感応検出器でよい。位相検 出器２６用の基準信号は、位相検出器２３の場合とまったく同じようにバイアス 変調生成装置２０から得られる。しかし、上記に示したように、ω_m τ≠πであ る場合、それぞれ係数−ｃｏｓω_m（ｔ＋τ／２）および−ｃｏｓω_m（ｔ−τ ／２）で示したように、この信号には位相調整が必要である。その結果、２つの 位相調整器２７および２８はバイアス変調生成装置２０によって動作されるもの として示されている。位相調整器２７は、バイアス変調生成装置２０の出力信号 が基準信号として位相検出器２３に印加される前にその信号の位相を調整し、位 相調整器２８は位相検出器２６に対して同じ機能を提供する。２つの独立の位相 調整器を使用することによって、発生する可能性がある他の遅延差を補正するた めの独立の位相調整も可能になる。別法として、増幅器２１によって与えられる 出力信号に作用する位相回復回路を使用して、位相検出器２３および２６に復調 用の基準信号を与えることもできる。 位相検出器２６の出力は利得調整器２９に印加される。利得調整器２９を使用 して、前述のように、取り消すことが望ましい位相検出器２３から与えられる初 期システム出力信号の第１の雑音高調波信号部分を取り消すのに適切な値を有す るように、位相検出器２６から与えられる信号の大きさを変更することができる 。すなわち、前述の利得定数Ｇの値を利得調整器２９に設定することができる。 利得調整器２９中の大きさを調整された雑音信号第１高調波と、位相検出器２ ３からのシステム初期出力信号はコンバイナ３０に与えられ、コンバイナはこの ２つの信号を代数的に組み合わせる。上記に示したように、位相検出器２３およ び２６中の信号の妥当な位相調整を行い、位相検出器２６の出力信号の妥当な利 得調整を行うことによって、コンバイナ３０で所望の取り消しが行われる。この 結果コンバイナ３０の出力で与えられる信号は次いで、そのような回転情報を使 用する次のシステム部分で使用すべきシステム信号となる。前述のように第２Ａ 図のシステムを閉ループ・ジャイロスコープ構造の一部として形成する場合、コ ンバイナ３０からの出力信号は、位相検出器２３からの初期システム出力信号と は異なり、ループを閉じるために使用される。 第２Ａ図のシステムの代替システムとして、利得調整器２９からの大きさ調整 済み雑音信号第１高調波と位相検出器２３からのシステム初期出力信号を、その どちらかが位相検出器を通過する前に組み合わせる場合には、使用する検出器は １つ少なくてよい。別法として、まずこの信号の組合せを行い、その後、結果を 位相検出器へ送ることもできる。この結果得られるシステムは、第２Ｂ図に示し た簡略化実施態様である。第１および２Ａ図のシステム中の対応する項目と同様 な第２Ｂ図のシステムに示した項目は、第１図および２Ａ図と同じ参照符号を有 する。 第２Ｂ図のシステム中の光電検出器２２の信号は、第２Ａ図中の同じフィルタ の出力で発生する信号と同じであり、次式で表される。 第１の高調波周波数ω_mを中心とする狭帯域中の光学強度雑音は、この場合も 次式で与えられる。 第２Ｂ図で分かるように、この雑音信号の電気的表現は、光電検出器動作回路 構造２５の出力から位相調整器２８’に供給され、その位相が変更される。この 結果は次式で表される。 上式で、Ｋ_{sctrm16:phsadj}は、電圧信号に変換されるフォトダイオード２４に 当たる電磁波強度の変換、光電検出器動作回路構造２５中の電子機器の効果、位 相調整器２８’で発生する振幅効果を表す。位相調整器２８’のための位相変化 はθ_28'で表される。三角恒等式を使用することによって、この信号の「同相」 部分は次式のように求めることができる。 θ_28'をω_m τ＋πに等しくなるように選択した場合、この同相信号は、適当 な三角恒等式を使用して次式のようになる。 この場合も、位相調整後の終端構造１６からの出力を表す上式と、フィルタ２ ２の出力での信号を表す数式を検査すると、それらの数式がある利得定数内で類 似していることが分かる。したがって、この場合も、上式に利得定数Ｇを乗じて 、利得定数の大きさを調整するために使用されている利得調整器２９’の効果を 反映させ、取り消しのためとコンバイナ３０の効果を反映させるために組み合わ された結果を零に設定すると、利得定数Ｇを次式に等しくした場合に所望の取り 消しを行うことができることが分かる。 したがってこの場合も、第２Ａ図のシステムによって達成されたのと同じ結果 が、同じ状況で達成される。 位相変調器１９を妥当な周波数ω_m＝π／τで動作することを選択すると、増 幅器２２の出力信号が、次式に示したようになることに留意されたい。 上式では、三角恒等式が使用されている。選択を行う前に、この信号と上記で Ｖ_28':in-phaseに関して求めた信号とを比較すると、θ_28'を零に等しく設定す ることによって信号中の２つの制限因子が上式中の正弦因子に等しくなることが 分かる。したがって、フォトダイオード１３および２１４中で生成された後にコ ンバイナ３０に到達する信号中に導かれる位相の差が大きくないと指定すると、 妥当な周波数では、位相調整器２８’をなくすることができる。 位相感応検出器２３によって与えられる初期システム出力信号に存在していた コンバイナ３０中の第１の雑音高調波のこのような取り消しを完了した後、第２ Ａ図のシステムまたは第２Ｂ図のシステムの最終出力信号は、取り消すべき信号 に変換されない、フォトダイオード１３に入射する第１の高調波誤差強度の残り の部分から生じた雑音信号部分を有する。コンバイナ３０の出力での信号中のこ の残りの第１高調波雑音誤差ｖ_30-nrmn:1は、復調器２３での復調およびコンバ イナ３０での取り消しの後、次式に示したようになる。 上式で、ｋ₀"は増幅器２１、フィルタ２２、復調器２３、コンバイナ３０の累 積効果を表す。上記に示したように、回転情報の検出を向上させるための光源強 度の位相変調によって、変調周波数の偶数高調波を含む非常に低い回転速度向け の強度がもたらされる。やはり上記に示したように、このような偶数高調波は、 変調周波数の奇数高調波で発生する光源強度雑音と混合し、システムの出力信号 での雑音の対応する寄与として検出される。しかし、上記で指摘したように、変 調周波数のそれぞれの異なる奇数高調波での光源強度雑音は相関しないので、上 記で指摘した混合によって、システム出力信号で変調周波数での非相関雑音成分 が発生する。したがって、残りの第１高調波雑音誤差は実際上、そのような雑音 寄与の無作為フェーザ和によって形成される。 そのような無作為フェーザ和に関してよく知られているように、総二乗平均平 方根平均雑音パワーは寄与する雑音成分パワーの二乗平均平方根である。余弦の 平方の平均が２分の１に等しく、かつ上記で指摘したように強度雑音がホワイト ・ノイズである場合に、δＩ（ｎω_m）が定数であり、ηとみなされることに留 意すると、残りの強度雑音の二乗平均平方根平均は次式で表される。 上記では、重要な回転情報を含む所望の信号は、Ｊ₁（φ_m）に比例するものと して与えられており、そのため、位相変調の大きさφ_mの値の選択によって信号 雑音比に影響を及ぼすことができることが分かる。この比は、その逆数の値を最 小限に抑えることによって最大にすることができ、したがって、信号雑音比は、 次式を最小限に抑えることによって最大にすることができる。 しかし、上記で指摘したように、特にフォトダイオード１３中の散弾雑音や、 光電検出システム１４中のこのフォトダイオードのすぐ隣に位置する回路中の回 路雑音を含め、第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図のシステムの出力信号には他の雑音 寄与がある。その結果、二乗平均平方根平均総残留雑音Ｖ_30-nrma:tは次式のよ うに書くべきである。 よく知られているように、散弾雑音は、光電検出過程の統計的性質のために、 周波数の二乗平方根当たり平均雑音パワーで表され、２ｅＩ_0-1pとして与えられ る。この場合、ｅは電荷であり、Ｉ_0-1pは、零信号周波数の周りの信号強度、す なわち信号強度Ｉ₀を、基本周波数よりも低い周波数ブレークを有する低域フィ ルタを通過させた後の信号強度である。上記で光学強度に関して与えた数式は、 光源光学強度のこの部分がＪ₀（φ_m）に関係していることを示しているので、散 弾雑音が強度雑音の十分に有意な部分である場合、位相変調の大きさφ_mの最適 値は散弾雑音を考慮に入れなければならない。回路雑音は、位相変調の大きさφ_m から独立している。 散弾雑音パワーがそれぞれ、光学強度雑音の１００分の１および１０分の１で ある場合のシステム雑音信号比対位相変調の大きさφ_mをプロットし、前述の無 限級数で５つの項を使用した第３図および第４図のグラフに、このようなより完 全な雑音環境での最適値状況を示す。各図に２つのグラフが示されており、上方 の図は、第１図のシステムの場合のように、光学強度雑音が取り消されない状況 に対して示され、下方の図は、第２Ａ図のシステムまたは第２Ｂ図のシステムを 使用した場合の前述の光学強度雑音取り消しに対して示されている。図から分か るように、そのような強度雑音取り消しを行わない場合でも、φ_mの選択された 妥当な値に対するシステム雑音信号比の最小値を得ることができる。そのような 雑音取り消しを使用することによって、φ_mがより低い値、すなわち選択された より望ましい値であるときに、選択されたこの値がシステムに対して与える他の 効果のために、この比に対してずっと低い最小値を得ることができる。したがっ て、φ_mの値が小さい場合、位相変調器１９および生成装置２０を動作するため の極値が低減され、それによって不要な第２の高調波の生成や不要な偏光変調な ど位相変調器および生成装置の不完全さのための悪影響が低減され、第２Ａ図お よび第２Ｂ図のシステムの少なくともいくつかの実施態様の非線形性が低減され 、φ_mの値を設定し維持するために使用される制御装置の問題が軽減される。 この場合も、光源結合器１２の後方に設けられた非反射終端構造１６での光源 １１の光学雑音を考えると、第１の高調波周波数ω_mを中心とする狭帯域幅中の 第１の高調波非反射終端構造１６光源強度雑音を表す光学信号Ｉ_nrflt16fhが得 られるだけでなく、他の奇数高調波に関する光学信号をその位置で得ることもで きる。したがって、他の奇数高調波を中心とする狭帯域幅中の雑音に関する光学 信号も得て、それによって各奇数高調波の周りの狭帯域幅中の雑音を表す雑音信 号Ｉ_nrflt16ohを形成することができる。この信号は、次式のように書くことが できる。 この光学雑音信号は、光源光学強度雑音によって与えられる総雑音信号に存在 し、第１図のシステム中の信号処理による出力信号、および第１図のシステムの 出力信号が与えられるシステムの帯域幅による出力信号に影響を与えるものとし てその総雑音信号から選択された雑音に合致する。 構成項の展開された部分級数の形で述べた「同相第１高調波雑音誤差」信号に 戻ると、電気信号への変換後のこの光学雑音信号Ｉ_sctrm16ohに、所望の結果を 与えるように適切に構成された生成信号を乗じる（復調する）ことによって、電 気信号に変換された第１図のシステムの出力光学雑音信号の負の値を再生するこ とができる。これには、そのような乗算から得られる信号に低域フィルタリング をかけて第１の高調波よりも高い周波数を除去する必要がある。このために構成 されたそのような信号は、次式では、「生成構成信号」と指定されている。 したがって、この生成構成信号は、パラメータω_m、φ_m、τ用に選択された値 によって決定される波形を有することになり、これらのパラメータ用に選択され た値に関するそのような波形を構成し、非反射終端１６で得られた雑音を復調し 、それを出力信号と組み合わせると、光源１１によって導入される光学強度雑音 の効果が完全に取り消される。終端１６’での雑音信号とシステム初期出力信号 との間の位相遅延差を無効にするのに必要な位相構造は、この生成構成信号に暗 黙的に示される。 しかし、この生成構成信号は、上記で無限級数形で構成された際、実際にはほ ぼ級数の有意項のみを保持することによって形成される。この各級数項はそれぞ れ、高調波成分で形成されるので、反復サイクルを有する高調波波形、すなわち 周期的波形をもたらす。したがって、級数の最初の５つまたは６つの項を維持し 、サイクルの波形を求め、マイクロプロセッサからアクセスできるメモリにこの 波形を記憶し、マイクロプロセッサが、記憶されているサイクル波形を反復的に 与えることによって近似生成構成信号を生成できるようにすることによって、非 反射終端１６で雑音を復調するためのそのような近似生成構成信号の波形を求め ることができる。この結果得られるシステムを第５図に部分的に示す。この場合 も、第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図のシステム中の対応する項目と同様な、第５図 のシステムに示した項目は、第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図と同じ参照符号を有す る。 第５図で、生成された構成信号を与える生成装置３１はこの場合、位相調整器 ２８を介して接続されたバイアス変調生成装置２０を有するのではなく、位相検 出器２６に接続されるものとして示されている。各位相検出器２３および２６は 通常どおり、復調周波数ω_mよりも低いカットオフ周波数を有する低域フィルタ を出力に有する。ただし、この代わりに、コンバイナ３０の後方に単一の低域フ ィルタを設けることもできる。他の代替策として、第２Ｂのシステムに示したよ うに、出力信号経路においてコンバイナ３０の前方ではなく後方に位相検出器２ ３を設けることができる。この場合も、利得調整器２９を使用して、復調された 構成信号の振幅が調整され、その結果、位相検出器２３からの出力信号の出力雑 音信号部分の所望の取り消しが行われる。この場合、利得は次式のようになるべ きである。 第２Ａ図に示した結果が、たとえば構成生成装置３１の波形出力として、振幅 が１＋Ｊ₀（φ_m）−Ｊ₂（φ_m）に比例し、位相がω_m τ／２である変調周波数ω_m の余弦波形を選択することによって第５図のシステムで得られることに留意さ れたい。 さらに実際には、波形を形成する際に使用する級数中の項の数は、波形を構成 するために使用される生成装置、または光電検出器１３に接続された信号処理シ ステム、あるいはその両方の帯域幅が、そのような高周波数項に応答しないこと があるので５つまたは６つよりも少なくてもよい。上記のショット・ノイズなど 、第５図に示す構成で克服されない他の雑音も存在するので、このような近似は 決定的に重要ではない。生成構成信号の近似が受け入れられるという結論に対す る他の支持は、ある程度より高度な近似を行った際に得られる結果から得ること ができる。したがって、変調周波数を妥当な周波数の半分とし、あるいはω_m τ ＝π／２であり、変調深さφ_mが１．５ラジアンである場合、この級数の最初の ５つの項に基づく生成構成信号は、乗法定数を無視した第６Ａ図に示したような サ イクル波形、すなわち三角波形に非常に近いサイクル波形を有する周期的なもの になる。 終端構造１６’にある光電検出器２４から得られた雑音信号を復調する際、コ スト面の理由で、あるいは都合上、構成生成装置３１から与えるべき構成波形と して代わりに上記の三角波形を使用する場合、その結果得られる第５図のシステ ムの雑音信号比を、光学強度雑音の５０分の１である散弾雑音に関し変調大きさ φ_mに対してプロットされた第６Ｂ図のグラフに示す。この場合も、第６Ｂ図に は２つのグラフがあり、上方の図は、光学雑音強度が取り消されない状況に関し て示され、下方の図は、生成装置３１から得た三角波を使用して第５図のシステ ムで光学強度雑音が取り消される状況に関して示されている。明らかに、光学強 度雑音を減じると、第６Ａ図に示した波形を三角波で近似するにもかかわらず、 非常に顕著な改善がもたらされる。 他の例を挙げると、妥当な周波数と比べてかなり低く、あるいは妥当な周波数 である変調周波数で動作すると、方形波のようなものに見える生成構成波形が生 成される。ω_m τ＝πとなるように妥当な周波数で動作するこの特定の例を選択 し、変調深さをφ_m＝２として選択すると、級数の５つの項目を使用した生成構 成波形はこの場合も、この波形の２サイクルが示され、この場合も乗法定数を無 視した第７Ａ図に示したように周期的なものとなる。この波形を方形波で近似し 、第５図に示したシステム中の構成信号生成装置３１によってそのような近似波 を与えさせると、この場合も、光学強度雑音パワーの５０分の１のパワーを有す る散弾雑音が存在する、第７Ｂ図に示した第５図のシステムに関するシステム・ 信号比対位相変調大きさφ_mのプロットが得られる。この場合も、下方の曲線は 、第５図に関連して説明した取り消し構造を使用する場合のものであり、上方の 曲線は、そのような取り消しが存在しない状況を表す。この場合も、第７Ａ図中 の波形を方形波で比較的に粗に近似するにもかかわらず、第５図中の取り消しシ ステムを使用することによって改善がもたらされる。ただし、第６Ｂ図に関連し て説明した三角波を使用する場合ほど顕著な改善ではない。妥当な周波数で動作 する際、変調係数ｃｏｓ（ω_m ｔ−ω_m τ／２）がｓｉｎω_m ｔ、すなわちバイ アス変調生成装置２０によって与えられる波形になるので、位相調整器２７をな く することができることに留意されたい。しかし、第１図のシステムの動作を妥当 な周波数で行う場合、次に説明するように、光源１１によって誘発される光学強 度雑音を完全に取り消すさらに有効な手段が存在する。 上記に示したように、第１図のシステムの光学サブシステムでは、次式の強度 を有する電磁波が光電検出器１３に当たる。 光源１１によって誘発される雑音は最も一般には、上記で次式として与えられ た。 上式をその１つ前の式に代入すると、下記の結果が得られる。 この場合、次式が成立する。 この場合、位相変調波形は正弦波形であるが、これは、任意の種類の位相変調 波形の結果として得られるｇ（ｔ）に対して真である。 非反射終端構造１６’では、光学強度雑音信号Ｉ_nrflt16が光源結合器１２を 通過した後に利用可能になり、次式の光学雑音信号が与えられる。 上式で、ｋ_sctrm16は、前述のように、光源結合器１２の効果および終端１６ への光路に沿った損失を示す。光源１１から終端１６への透過時間は、コイル１ ０中の透過経路と比べて非常に短い光路で発生するので無視できるものと仮定さ れる。 電気信号に変換された後の、非反射終端構造１６で得られる光学雑音信号ｋ_{sc trm16} ｎ（ｔ）の可変部分を、やはり電気信号に変換された後の、フォトダイオ ード１３に入射する光学サブシステム出力信号Ｉ_D（ｔ）によって復調すること を考える。非反射終端構造１６での光学雑音信号の可変部分は、使用中の、変換 装置と復調器またはマルチプライヤとの間でブロック・コンデンサを使用するこ とによって電気信号への変換を行った後に得られ、したがって信号ｋ_sctrm16cnv Ｉ _i（ｔ）｜_variableを生成することができる。変換後の光学サブシステム出力 信号をフィルタ２２の出力で取り出し、ｖ₂₂＝ｋ₀Ｉ_D（ｔ）を生成することがで きる。この２つの信号を乗じた結果は次式で表される。 この場合、この近似が成立するのは、雑音信号の振幅が比較的小さいので積ｎ （ｔ−τ）ｎ（ｔ）の振幅が比較的小さいからである。 この信号を、電気信号に変化した後の同じ光学サブシステム出力信号、すなわ ちフィルタ２２から取り出した信号Ｖ₂₂と組み合わせた場合、結果は次式に示し たようになる。 非反射終端構造１６’での光学強度雑音信号を電気信号に変換する変換過程を 表す際の定数ｋ_sctrm16cnvは、システムのオペレータによって調整することがで きる。したがって、被乗数Ｉ₀ ｋ_sctrm16cnvｋ_sctrm16は、定数ｋ_sctrm16cnvを うまく調整することによって、下記の条件を満たすように設定することができる 。 この結果、次式が成立する。 しかし、ｎ（ｔ＝τ）＋ｎ（ｔ）は実際上、ω_mτ＝π，３π，５π，．．． の近傍の周波数成分に対するノッチ・フィルタなので、妥当な周波数の近傍の雑 音周波数成分は取り消され、復調すべき所望の信号ｋ₀Ｉ₀ｇ（ｔ）が残り、光学 強度雑音のない出力信号が与えられる。すなわち、一方が他方に対して時間τだ け遅延する２つの雑音周波数の加算、すなわちｋ₁ｓｉｎω_mｔ＋ｋ₁ｓｉｎω_m（ ｔ−τ）またはｋ₂ｃｏｓω_mｔ＋ｋ₂ｃｏｓω_m（ｔ−τ）では、ω_mτ＝πに関 する対応する三角恒等式を使用することによって示すことができる零結果がもた らされる。ω_mに十分に近い雑音周波数も、これに対応して小さくなり、このノ ッチ・フィルタリング動作が効果的に行われる。 第８図は、上記で同様な項目に関して説明した前のシステム図で使用したのと 同じ参照符号を使用して、第１図の光学サブシステムからの出力信号が、光電検 出システム１４中のフォトダイオード１３によって電気信号に変換され、増幅器 ２１で増幅された後に、位相検出器２６’に与えられる復調基準信号として使用 されるシステムを示す。位相検出器２６’は、利得調整器２９”から復調すべき 信号も受け取る。利得調整器２９”から受け取るこの信号は、フォトダイオード ２４および関連する電子機器２５で電気信号に変換された後の、終端構造１６’ から得られる雑音信号であるが、ブロック・コンデンサ３２を使用して利得調整 器２９”へ送られるために、電子機器２５からの信号の可変部分しか保持してい ない。位相検出器２６’は、前述の位相検出器２３などの位相感応検出器であり 、利得調整器２９”は、前述の利得調整器２９などの利得調整器である。位相検 出器２６’から得られた変調済み信号は、増幅器２１から位相検出器２６’への 入力信号に基づいてフィルタ２２からの電気信号と共にコンバイナ３０に与えら れ る。コンバイナ３０は、前述のように、この２つの信号を組み合わせて、位相検 出器２３に与え、バイアス変調器２０から復調信号として与えられる信号を使用 して復調を行えるようにする。第８図に示したものの代替策として、コンバイナ ３０の後方に位相検出器２３を使用せずに、コンバイナ３０への各入力信号に対 して２つの位相検出器を使用し、すなわち組合せの後ではなく前に復調を行うこ とができる。 第８図のシステムを第５図のシステムと比べることによって分かるように、第 ５図のシステムでは生成構成信号を与えるために信号生成装置が必要であったが 、第８図のシステムではもはや必要とされない。したがって、第８図のシステム ではコストおよび複雑さが節約される。 第８図のシステムに到達する代替方法は、第５図のシステムから開始し、ω_m τ＝πを有する妥当な周波数で動作する際の前述の「生成構成」信号の性質を考 慮することによって与えることができる。上記で与えた「生成構成」信号に関す る数式にこの妥当な周波数の条件を挿入し、適当な三角恒等式を使用することに よって、この「生成構成」式は、回転を無視し、ｇ（ｔ）のベッセル級数展開、 すなわち第８図のシステムの基礎を与えるものとして上記で定義したパラメータ にある定数内で合致するものとして示すことができる。上記では、回転を無視す るｇ（ｔ）のベッセル級数展開について明白には述べなかったが、このベッセル 級数展開は、その定義と、第２Ａ図および第２Ｂ図のシステムの基礎を与えるも のとしてやはり上記で述べた雑音誤差信号式の第１および第２の部分を求める際 に使用した数式から理解することができる。上記で述べた、光電検出器１３に当 たる光学サブシステム出力信号の部分としてのｇ（ｔ）の定義から、電気信号に 変換された光学サブシステム信号は、第５図のシステム中の構成生成装置３１を そのシステム中の光学サブシステム出力信号で置き換えて第８図のシステムを提 供することができるように必要な復調を行うことができることが分かる。第８図 のシステムでブロック・コンデンサ３２が必要になるのは、回転が発生したとき 、すなわちφ_f≠０の場合に導入される追加項が発生したときである。 第１図のシステム中の非反射終端構造１６で光源雑音の表現に好都合にアクセ スできるだけでなく、そのシステム中の非反射終端構造１８でその雑音の他の表 現に好都合にアクセスすることもできる。しかしその場合、非反射終端構造１８ に到達する電磁波は、コイル１０を通過し、ループ結合器１７で組み合わされ直 してその終端構造に直接結合されているので、この雑音信号はそれよりもずっと 大きな光学回転情報信号に混合することができる。偏光モードなど間の結合のた めに、そのような回転情報信号成分を含まない信号を終端構造１８で得ることは 非常に困難である。しかし、ループ結合器１７用に非常に高品質の偏波保持光フ ァイバ方向性結合器を使用すると、回転情報信号成分が混合されていない光源１ １の雑音のみを反射する光学信号にアクセスすることができる。したがって、結 合比が０．５である偏波保持光ファイバで形成され、ループ結合器１７として働 く方向性光学結合器と、損失と偏光モード間の結合の両方が無視できるものであ る方向性光学結合器を仮定すると、偏光器１５とループ結合器１７との間の第１ 図の光学サブシステムの部分は、コイル１０中の時計回り伝搬方向に関しては、 伝達行列Ｇ_cwによって次式のように表すことができる。 良く知られているように、光学サブシステムのこの部分は、逆時計回り伝搬方 向に関しては、関係する伝達行列Ｇ_ccwによって次式のように表すことができる 。 このような伝達行列は、偏光器１５とループ結合器１７との間の基準点に基づ くものであり、光ファイバと、ループ結合器１７と、結合器１７とコイル１０の 間にデポラライザ１０’がある場合はそのデポラライザ１０’の効果を表すこと を含め、光学サブシステムのその基準点の右側の部分を表す。 別法として、光学サブシステムのこの同じ部分を、第１の基準点と比べたとき にループ結合器１７に対して対称的に位置するように、終端構造１８における基 準点で表す場合、時計回り方向および逆時計回り方向に対する伝達行列Ｇ_{cw-ter m18} およびＧ_ccw-term18は、第１の基準点での同じ伝達行列に関係するものとな るが、結合器１７の一面から他方の面へ横切る電磁波に関連する９０°移相を反 映する。したがって、これらの終端構造伝達行列は次式で表される。 場合も前述の光学サブシステムの部分に存在する光ファイバ、結合器１７、デポ ラライザを表す。 終端構造１８に位置する基準点に基づくこれらの伝達行列を用いた場合、光源 からその位置へ伝搬する電磁波の電界Ｅ_term18は、次式のように、光源１１から 与えられた入力電磁波Ｅ_iを処理する周知のジョーンズ解析に基づいてジョーン ズ行列演算子として表すことができる。 上式で、φは次式のように定義することができる。 この光学サブセクション部分への入力電磁波は、偏光器１５の”ｘ”軸および ”ｙ”軸、すなわち偏光器１５のパス軸およびブロッキング軸内を伝わり、コイ ル１０中の伝搬走行時間τだけ遅延するものとして定義される。次式に示したよ うに、これらの成分の電界Ｅ_pol-xおよびＥ_pol-yは、入力波の電界の成分を形成 する。 偏光器１５が”ｙ”ブロッキング軸に沿って無視できる光学エネルギーのみを 通過させ、かつ偏光モード間に無視できる透過しか許容しない偏波保持光ファイ バによって光源１１および結合器１７に接続されていると仮定すると、Ｅ_pol-y ＝ ０である。その結果、終端１８での電界は次式のようになる。 終端１８から出た電磁波が偏光器を通過し、この波のうちの”ｙ”偏光が選択 された場合、偏光器出力Ｅ_term18-yは次式で表される。 この場合、次式の強度が与えられ、 次式が成立する。 ”ｙ”偏光を有する終端１８での電磁波の強度Ｉ_term18-yに関して上記で得ら れた数式の右側の負の符号の後に続く項で分かるように、この結果では明らかに 、このような電磁波によって与えられる光学信号に回転情報が残る。数式からこ の項を除去する１つの方法は、第１図のシステムに示したように結合器１７とコ イル１０との間にデポラライザを配置させることである。そのようなデポラライ ザは、よく知られているように、次式の結果を課し、 したがって、次式に示した終端１８での”ｙ”軸強度に関する結果をもたらす。 結合器１７とコイル１０との間にデポラライザが存在すると、良く知られてい るように、上式中の残りの各変換行列成分の絶対値の平方の値を確立するように も働く。この値は次式で表される。 上式で、ζは、コイル１０の長さに依存するそのコイルの損失である。その結 果、終端１８に提供された偏光器を通過した後の終端１８での”ｙ”軸中の電磁 波の強度は、次式のようになる。 したがって、終端１８での”ｙ”軸中のこのような電磁波は直接、雑音成分を 含む光源強度を表し、コイル１０中の遅延および伝搬の効果を含む。この結果は 、施された変調から独立し、そのループ内を伝搬する間に出会う回転から独立し ている。したがって、偏光モード間の十分に良好な分離を与える高品質成分を光 源１１とコイル１０との間で使用すると、回転情報信号成分と混合されていない 、雑音を含む光源強度に関する情報を提供することができる。 その結果、第２Ａ図、または第２Ｂ図、または第５図、または第８図に示した システムの光学サブシステムが、前述の要件を満たしている場合、フォトダイオ ードで電気信号に変換すべき”ｙ”軸成分を選択する偏光器を通過した終端構造 １８での光学信号から導かれた信号を任意のシステムで使用して雑音を低減させ ることができる。第９図は、第５図に示したシステムに基づくそのようなシステ ム結果を示すものであり、各図中の対応する項目には同じ参照符号を使用してい る。第１図の非反射終端構造１８は第９図では使用されておらず、したがって、 第１図の終端構造１８で終端した、ループ結合器１７の偏光器１５側にあるルー プ結合器の出力は、ファイバの”ｙ”軸に沿って伝わる電磁波を選択するために 使用される偏光器３３へ光学強度信号を送る光学信号担体として１８’と再指定 されている。しかしこの場合、コイル１０中の光ファイバが光源一次周波数で分 散性である場合でも、終端構造１８’およびフォトダイオード１３の２つの位置 での波がすべて、この分散性媒体中の伝搬を完了しているため、この終端構造１ ８’に到達する波中の雑音の性質がフォトダイオード１３に到達する波の性質と ほぼ同じなので、分散性光ファイバは必要とされない。 選択された電磁波は次いで、フォトダイオード２４’に入射する。フォトダイ オード２４’は、フォトダイオード１３に類似しており、光電検出器動作回路構 造２５’によって動作される。光電検出器動作回路構造はこの場合も、光電検出 システム１４で使用されるタイプのものでよい。光電検出器動作回路２５’から の変換済み電気信号は次いで、位相検出器２６に供給され、位相検出器の出力信 号は再び、利得調整器２９を介してコンバイナ３０に与えられ、位相検出器２３ からのシステム初期出力信号と組み合わされる。 デポラライザ１０’は、結合された２種類の長さの偏波保持光ファイバであり 、各光ファイバ中の偏光軸は、他方のファイバの偏光軸に対して等しい角度、す なわち４５°をなし、光ファイバの対向端部はそれぞれ、通常単一モード光ファ イバ形成コイル１０に結合され、かつ結合器１７から延びる偏波保持光ファイバ に接続される。別法として、偏光軸どうしを互いに等しい角度、この場合も４５ °にして、結合器１７から延びる偏波保持光ファイバを単一の長さの偏波保持光 ファイバに連結することができる。光源１１から入力強度Ｉ_iで発生した雑音は 、部分的にＩ_xになり、最後の２つの数式のそれぞれでＩ_xが乗法係数であるため 、デポラライザ１０’が存在する場合でも、フォトダイオード２４’に入射る電 磁波の強度に再び明らかな影響を及ぼす。 しかし、偏光器を通過した後の終端１８’での電磁波が、光電検出器１３に到 達する波がたどった光路とは異なる光路をたどっており、したがって光路のパラ メータに異なるように依存するので、第９図のシステム構成は第５図のシステム ほど有効ではないことがある。上記で指摘したように、偏光器３３の出力での電 磁波の強度は（｜ｇ₂₁｜²＋｜ｇ₁₂｜²）Ｉ_xとして表すことができる。しかし、 良く知られているように、光電検出器１３は、｜ｇ₁₁｜²（２＋２ｃｏｓφ）Ｉ_x として表すことができる強度を有する電磁波を受け取る。光源１１から放出され システム内を伝搬する電磁波のそれぞれの異なる部分は、｜ｇ₁₂｜²ではなく｜ ｇ₁₁｜²に存在する。光電検出器１３および２４’でそれぞれの異なるスペクト ルが受け取られることは、それぞれの異なる雑音成分が各光電検出器で受け取ら れ、それによって少なくともある種の状況で完全な雑音の取り消しを妨げること ができることを意味する。 雑音が光源１１による電流変動またはフリッカ雑音から発生した場合、あらゆ る周波数でのすべての雑音が光源強度のこのような変動に応じて増減するので、 第５図および第９図のシステム中のフォトダイオード２４または２４’での光学 信号に基づく電気信号をフォトダイオード１３からの初期システム信号から直接 減じるべきである。モード分配雑音が支配的であり、そのため瞬間光学パワーが 多数の異なる比較的狭い周波数帯域のうちの様々な帯域間でジャンプする場合、 光電検出器１３および２４’での雑音は、相関せず、一方に現れているときには 他方には現れず、したがって各光電検出器での雑音を表す信号どうしを加えてこ の雑音を低減させることができる。広帯域熱雑音は、経路が異なるために、光電 検出器１３と光電検出器２４’とで相関しない可能性が高く、したがって、相関 関係がないために、終端１８’からの雑音を表す信号を光電検出器１３からの初 期システム信号と共に使用することができないことがある。第５図および第９図 に示したシステムの組合せを表すシステムにおける、第５図のシステム中の光電 検出器２４を含む信号経路から得た信号、および第９図のシステム中の光電検出 器２４を含む信号経路から得た信号を、光電検出器１３から得た初期システム出 力信号に加えると、システム最終出力信号中の熱雑音を低減させることができる 。 システム初期出力信号中の雑音成分を取り消すために、光学サブシステム出力 信号を与える電磁波と雑音信号表現を与えるために使用される波との両方を同じ 分散に出会わせるという利点を有する、実施がより容易なジャイロスコープ・シ ステムを第１０Ａ図に示す。そのような雑音信号表現を与える波は、第１０Ａ図 のシステムでは、コイル１０と位相変換器１９との間で延びる光ファイバと他の ファイバを溶着させることによって形成された光学方向性結合器４０によって得 られ、通常、コイル１０を介して光学方向性結合器４０へ伝搬した時計回り電磁 波の一部を、光学方向性結合器４０が位置決めされた光電検出器２４”、たとえ ばフォトダイオード１３のようなフォトダイオードに結合する。 別法として、結合器４０は、ループ結合器１７と位相変調器１９との間に形成 することも、あるいはその反対側の結合器１７とコイル１０との間に形成するこ ともできるが、図の位置では、結合された信号で発生する位相変調器１９のため の強度・偏光変調の効果がなくなる。結合する部分は、それほど大きなものでな くてよく、半分よりもずっと少なくてよい。この場合、結合器４０によって結合 される電磁波は、偏光器１５が通過させる電磁波のみの一部なので、偏光を選択 するための偏光器は必要とされず、そのような電磁波は、この点では逆時計回り 波の干渉を受けないので、そのような電磁波には回転乗法はない。やはり結合器 ４０によって結合される逆時計回り電磁波の一部は、非反射終端構造４１へ伝搬 する。 位相変調器１９およびループ結合器１７を集積光学チップとして形成する場合 、結合器４０は、第１０Ｂ図に示したように、電磁波がこのチップ内を伝搬し、 分割され、この変調器およびコイル１０を通じて互いに逆方向へ伝搬することを サポートする、このチップ中の１つのウェーブガイドに沿って形成することもで きる。第１０Ｂ図で、集積光学チップ４２の一例は、ループ結合器１７’を形成 するようにチップ内に提供され、分岐自体の両側に形成された位相変調器１９’ を含む下方分岐を有する”Ｙ”字形結合ウェーブガイドを有するものとして示さ れており、位相検出器１９’とチップ４２の右側縁部との間に方向性結合器４０ ’が形成される。方向性結合器４０’は、そこから（ウェーブガイド自体の湾曲 を最小限に抑えて損失を比較的低くするために）位相変調器１９’によって左側 へ延びこのチップの左側縁部に至り、第１０Ｂ図には図示していないフォトダイ オード２４”に結合されるウェーブガイドを有する。チップ４２は、第１０Ｂ図 では、コイル１０の２つの光ファイバ端部がこのチップの右側端部の２つのウェ ーブガイド分岐端部でチップに当接し、光源結合器１２の光ファイバ端部がこの チップの右側縁部で単一のウェーブガイドの端部に当接することを示す２本の点 線で示されている。 第１０Ａ図に戻ると分かるように、光電検出器２５”に提供されたフォトダイ オード２４”の動作機器と共にフォトダイオード２４”を使用して、時計回り電 磁波の結合された部分が対応する電気信号に変換される。光電検出システム２５ ”の出力信号は、キャパシタ３２’を通過し、それによってその信号の可変部分 のみが利得調整器２９"'に到達することができる。利得調整器２９"'は、この信 号の振幅を調整し、第８図の場合と同様に動作する位相検出器２６’へ送る。コ ンバイナ３０は、位相検出器２６’からの信号とフィルタ２２からのシステム初 期出力信号を受け取り、後者から前者を減じることによって組み合わせる。位相 検出器２３はベースバンド信号を回復する。結合器４０に到達しこの結合器によ って結合され、あるいは通過させられる電磁波は、コイル１０中の分散媒体を通 過しているので、同じ雑音性質の波が、フォトダイオード１３とフォトダイオー ド２４”の両方に到達し、システム最終出力信号で雑音を著しく低減させること ができる対応する電気信号に変換されるように、この媒体での分散による電磁波 中の雑音成分の性質の変更が完了する。 したがって、フィルタ２２の出力信号Ｖ₂₂は、この場合もｋ₀Ｉ_D（ｔ）であり 、次式で表される。 光電検出システム２５”の出力での雑音信号Ｖ_25″はこの場合も、コイル１０ 中の走行時間だけ時間的にずれ、光学システム損失を表す定数ｋ_cpir40、および 結合器での光学サブシステム信号の対応する電気信号への変換を表す定数ｋ_{cpir 40cnv} が乗じられた光源入力雑音となる。 基本的に、雑音信号では、フィルタ２２の出力で得られるシステム初期出力信 号で発生するのと同じ遅延が発生し、したがって、このような信号の復調時に、 雑音信号とシステム初期信号との間の遅延差を解消するために同じ種類の整相処 置を施す必要はない。また、結合器４０によってフォトダイオード２４”に結合 される電磁波は位相変調器１９を通過していないので、この雑音には位相変調器 １９の効果が存在しない。ブロック・コンデンサ３２’と、利得Ｇを与える利得 調整器２９"'が存在するので、この雑音信号は、次式に示したこの利得調整器に 関する出力信号Ｖ_29"'に低減される。 この信号と信号Ｖ₂₂が位相検出器２６’で１９’と共に有効に乗じられ、その 結果、次式に示した検出器出力信号ｖ２６’が与えられる。 上式で、雑音信号振幅が非常に小さいので、雑音信号の平方を含む項は無意の ものとして消去されている。コンバイナ３０でのシステム初期出力信号からこの 信号を減じると、次式に示したコンバイナ出力信号Ｖ₃₀が与えられる。 次に、次式が成立するように利得調整器２９”’の利得Ｇを調整した場合、 次式が成立し、コンバイナ出力信号の所望の値が得られる。 したがって、第１０Ａ図の構造では所望のシステム最終出力信号が得られる。 さらに、この結果は、使用する変調方式にも、そのような変調で使用される周期 的波形の周波数にも依存せずに達成される。第９図の構造の偏光器に代わるもの であるが、ある量の光を結合することによってコイル１０中の光学強度不平衡を もたらし、それによって、必ずしも顕著な増大ではない周知のカー効果位相誤差 の増大をもたらす他の方向性光学結合器が必要である。フォトダイオード２４” での電磁波強度は、その雑音が、光源１１を比較的光学パワーの高い光源とする ことを必要とする光学強度雑音成分によって支配されるほど大きなものでなけれ ばならない。 第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図、第５図、第８図、第９図、第１０Ａ図中のシス テムは、すべて光ファイバのジャイロスコープとして形成されたものとして示さ れているが、第１０Ｂ図に示したように、部分的に光ファイバを使用し部分的に 集積光学チップを使用して構成することもできる。そのようなジャイロスコープ では、集積光学チップは通常、位相変調器１９と、ループ結合器１７と、偏光器 １５とを含む。この構成では、位相変調器１９が、集積光学チップで実施され、 すべて光ファイバの構造で実施する場合よりも容易に高周波数で動作することが できるので、位相変調周波数は通常、コイル１０の妥当な周波数である。また、 同じ理由で、変調波形は通常、生成するのがより容易であるために正弦波ではな く方形波であり、方形波の隅によって表される高周波数は劣化しない。これに対 して、方形波の隅によって表される高周波数は、すべて光ファイバの実施態様で は多くの場合劣化する。そのような構造は、単に最終システム出力信号を使用し て、コイル１０が実際に巻かれている平面に垂直な検知軸の周りで検知された回 転速度を直接示す開ループ光ファイバ・ジャイロスコープではなく、閉ループ光 ファイバ・ジャイロスコープで特に有用である。 閉ループシステムでは、雑音を補正された後の最終システム出力信号は、ある 種の処理の後に、コイル１０の検知軸の周りでのコイル自体の回転の結果として コイル１０内を伝搬する時計回り波と逆時計回り波との間に生じる位相変化を零 にするために使用される。通常、雑音を補正された後のシステム最終信号は、フ ィードバック信号であり、様々な可能な処理の後に、バイアス変調生成装置２０ によって与えられる信号に加えることにより、あるいは別法として、このフィー ドバック信号を導入する直前に、提供された他の位相変調器を使用することによ って、ループ結合器１７よりも先へ伝搬した電磁波に導入される。第１１図に示 した光学サブシステムを使用し、その一部を集積光学チップ５０で部分的に実施 する場合、雑音を補正された後のシステム最終出力信号は、点線５１でフィード バック信号としてこの光学サブシステムに導入され、変調生成装置２０からの信 号と組み合わされ、別法として、このフィードバック信号は、代替点線５２で導 入され、チップ５０に形成された他の位相変調器を動作する。この場合も、第１ １図中の項目に使用した参照符号は、システム実施態様を示す前述の図中の対応 する項目に使用した参照符号と同じである。 第１の例のフィードバック信号は、線５１で与えられ、バイアス変調生成装置 ２０からの信号と組み合わされ、これらの信号のそれぞれを入力として有する信 号組合せ手段５３が使用される。別法として、フィードバック信号を導入する別 の位相変調器を形成する第２の例を選択する場合、入力点線５２上のフィードバ ック信号は、集積光学チップ５０中のウェーブガイドの周りに形成されたそのよ うな追加位相変調器５４に経路指定され、電気光学効果によって、そのウェーブ ガイドを伝搬する電磁波に影響を与える。 集積光学回路５０の他の部分は、第１図、第２Ａ図、第２Ｂ図、第５図、第８ 図、第９図のシステムに導入された光学構成要素に対応するものを表し、これら の構成要素には、偏光器５５と、ループ結合器５７を形成するウェーブガイドの ”Ｙ”字形分岐点とが含まれ、さらに、使用する場合にはやはり、位相変調器５ ４と同じウェーブガイドの周りで動作し、同様に電気光学効果を使用する位相変 調器５９が含まれる。ある種の集積光学チップは、チップ中のウェーブガイドが 、チップ内を伝搬しようとする１つの直交偏光成分を大幅に減衰させるので、偏 光器用の特殊構造または追加構造を必要としない。この場合、偏光器４５は、集 積光学チップ５０において省略されているとみなすべきであり、したがって、第 １１図では点線ブロックとしてのみ示されている。通常、結合器５７に関連して 非反射終端を使用することはできない。 信号組合せ手段５３を使用する場合、その出力は位相変調器５９用の入力にな る。そうでない場合、位相変調器５９は、バイアス変調生成装置２０から信号組 合せ手段５３を通って位相変調器５９に至る実線で示したように、バイアス変調 生成装置２０によって直接励磁される。信号組合せ手段５３を使用する場合、第 １１図中の信号組合せ手段を通る実線は省略されているものとみなすべきである 。 閉ループ・システムでフィードバックすべき信号は通常、セロダイン波形信号 または「のこぎり」波形信号であることが好ましい。というのは、この波形によ って、コイル１０の検知軸の周りでのコイル自体の一定の入力回転速度のための 一定の移相差を無効にすることができるからである。そのような波形はかなり高 周波数の内容を有するものであり、上記で指摘したように、ある長さの光ファイ バで所望の位相変調を行うために制御式圧電リングまたはディスクによってその 光ファイバが伸縮される位相変調器の帯域幅と比べて、チップに形成された位相 変調器の方が広い帯域幅を与えるので、このような状況では集積光学チップが必 要である。 コイル１０の端部は、第１１図中の集積光学チップ５０の上部ウェーブガイド から延びる光学ファイバ延長部に接続することができる。別法として、集積光学 チップ４０の端部で、第１１図中の”Ｙ”字形結合器４７の上部分岐を形成する ウェーブガイドに直接、光ファイバ・コイル１０の同じ端部を当接または接続す ることができる。別法として、集積光学チップ５０の縁部で第１１図中の「Ｙ」 字形結合器５７の下部分岐を形成するウェーブガイドから延びる延長光ファイバ にコイル１０のこの端部を接続することもできる。あるいは、その代わりにコイ ル１０のその端部を集積光学チップ５０の下部ウェーブガイドから延びる光ファ イバの延長長さに接続することもできる。 第１１図では、光源方向性結合器１２から延びる偏波保持光ファイバが、チッ プ５０のウェーブガイドから延びてチップ中の偏光器５５に至る偏波保持光ファ イバに接続されるものとして示されている。この接続を用いた場合、各ファイバ の”ｘ”軸は、各ファイバの”ｙ”軸と同様に互いに位置合わせされる。別法と して、集積光学チップ５０中の偏光器５５に至るチップ５０のウェーブガイドに 、光源結合器１２から延びる偏波保持光ファイバを接続することもできる。この 場合、光源結合器１２からこのファイバを通過する電磁波が、それほど損失を受 けずに偏光器５５の透過軸に到達するように、このファイバの”ｘ”軸がこのウ ェーブガイドに位置合わせされる（あるいは、このウエーブガイドが、偏光器５ ５の必要なしで固有に、一方の偏光モードをウエーブガイド自体の透過軸を通過 させ、他方の直交モードをブロックする場合は、この透過軸に位置合わせされる ）。 第１１図の光学サブシステムが開ループ・システムである場合、フォトダイオ ード１３に当たる電磁波の強度は上記とほぼ同じように表すことができ、数式は 下記のようになる。 上式で、Ｓ_qr（ｔ，Ｔ₀）は、周期がＴ₀であり、振幅−１と振幅＋１との間で 切り替わる、ある時間にわたる方形波、すなわちある定数内のバイアス変調生成 装置２０の出力信号の波形を示す。負の角度の余弦はその角度の余弦に等しいの で上式は次式のように簡単に書くことができる。 これらの数式のそれぞれでは、位相角がこの場合も、雑音が重大な問題として 残るほど小さなものであると仮定し、回転のための位相角変化は無視されている 。 これに対して、第１１図の光学サブシステムが閉ループ・ジャイロスコープ・ システムである場合、フォトダイオード１３に入射する電磁波の強度はこの場合 も、上記で使用した数式と同様な数式で表すことができるが、コイル１０の検知 軸の周りでのコイル自体の角加速度に応じる追加項が含まれる。この場合の数式 は下記のとおりである。 上式で、αは検知軸の周りでのコイル１０の角加速度であり、ｋ_modは加速度 を位相変化に関係付ける定数であり、生成装置２０の出力の振幅を含む。角加速 度に依存するこの追加項が発生するのは、閉ループが提供され、コイル１０中の 互いに逆方向に伝搬する波間の位相差を制御しようとするが、常に、もはや現位 相状況を表さない前の変調サイクルに基づいて制御しようとし、そのため、回転 速度変化時に誤差が存在するからである。その結果、方形波は、角加速度時に出 力強度に発生し、そのような加速が停止し、ループが誤差をなくすることができ るようになった後に消える。フィードバック・ループが、互いに逆方向に伝搬す る電磁波間に導入される位相変化を無効にすることによって光学サブシステムの 出力強度中の方形波成分をなくしようとする際、奇数高調波雑音、特に第１の高 調波がループの無効化に干渉し、それによって、やはりシステムの出力信号であ るループ信号の対応する変動をもたらす。本明細書の説明で分かるように、集積 光学チップを含むシステムで通常使用される妥当な周波数でシステムを動作する 場合、光源強度雑音のすべての奇数高調波は、非反射終端構造１６に現れる際と フォトダイオード１３に現れる際に、互いに異なる位相を有する。このため、こ れらの位置での光学信号から変換された電気信号どうしを加えて適当な利得を得 て、それによって光源光学強度雑音を取り消すことができる。 集積光学チップを使用する開ループ・システムと閉ループ・システムの両方に 関する前述の数式から、フォトダイオード１３に当たる電磁波の強度は次式のよ うに書くことができる。 上式で、Ｃは、コイル１０の検知軸の周りでのコイル自体の有意角加速度の周 期を除いてほぼ一定な、前述の最後の３つの数式のうちの最初の２つの数式中の 大括弧中の係数のＬ／２倍の値と、１つ前の数式中の二重大括弧中の係数のＬ／ ２倍の値を表す。上記のことから、終端構造１６’で得られる光学雑音信号の強 度は次式のように書くことができる。 再び狭帯域幅中の光学強度雑音を次式のように表すと、 フォトダイオード１３に当たる強度は、次式に示したようになる。 ω_m-pが、ω_m-p τ＝πとなるようにコイル１０の妥当な周波数として選択さ れた変調周波数である場合、奇数高調波はω＝（２ｎ＋１）ω_m-pになる。した がって、フォトダイオード１３に当たる光学信号の奇数高調波Ｉ_D-oh（ｔ）は、 次式のように書くことができる。 同様に、終端１６’で得られる光学雑音信号の強度の奇数高調波Ｉ_16'-ohは次 式のようになる。 上記に示したように、復調時に行われる混合で復調周波数に等しい周波数差を 与えることができるのは雑音の奇数高調波だけである。最後の２つの数式のそれ ぞれ中の奇数高調波は、互いに異なる符号の定数内で同じであるので、第１１図 のシステムで、それぞれフォトダイオード１３および２４によってこれらの強度 を電子信号に変換し、その後、それぞれ、バイアス復調生成装置２０からの同じ 復調信号を使用して、位相検出器２３および２６で復調を行うと、これらの雑音 高調波を復調した結果はこの場合も、ある定数内でほぼ等しくなる。したがって 、利得調整器２９を使用して、位相検出器２６からの出力信号の振幅を、位相検 出器２３の出力中の対応する雑音成分と同じ振幅になるように調整すると、それ らの信号は、コンバイナ３０で加算的に組み合わされる際に互いに取り消し合う 。したがって、妥当な周波数の奇数高調波での光源光学強度雑音が取り消される 。 本発明を好ましい実施例に関して説明したが、当業者には、本発明の趣旨およ び範囲から逸脱せずに形態および細部に変更を加えられることが認識されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月１６日 【補正内容】 補正明細書 このような状況で、第１図のシステムの光学サブシステム部分の出力強度Ｉ_D （ｔ）は、上式を、上記でこの出力信号に関して求めた数式に代入した後、次式 で表されるものになる。 明らかに、雑音成分結果が光学サブシステムの出力信号に追加され、上記で指 摘したように、光源１１から放出される波Ｉ₀の所望の強度を増加させても、第 １図のシステムの信号雑音比は変化しない。したがって、第１図のシステムの光 源から放出される光学強度雑音の影響を低減させるためにこのシステムに関連し て使用することができるが、コストをそれほど課さない構造が必要である。 ”１．０６μｍ ａｌｌ ｆｉｂｅｒ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ｎｏ ｉｓｅ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ”（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，第６巻， 第２３号（１９９１年１２月），１９０２ページないし１９０４ページ）と題す る論文は、ジャイロの入力結合器の自由ポートからの光を第２の光電検出器に結 合し、雑音内容を示し主システム検出信号と同相である信号を与え、次いで、こ の信号から雑音信号を減じてある程度雑音の少ない信号を与える、光学ジャイロ の光源から光学強度雑音を低減させる方式を開示している。発明の概要 本発明は、干渉計や回転センサなどのシステムにおいて、位相変調器を有する そのシステムの光学サブシステムに光源によって導入され、システム出力信号に おいて対応する雑音信号成分をもたらす光学雑音を低減させる雑音低減装置を提 供する。光学サブシステムの出力以外のこのサブシステム自体の位置からの電磁 波は、雑音低減構造に結合され、その結合時の遅延は、光学サブシステムで発生 する光源から出力までの遅延の半分よりも短い。この雑音低減構造内である信号 が形成され、光学サブシステム出力に基づいてこの構造内で形成される他の信号 と組み合わされ、結果として得られるシステム出力信号において、雑音が、光学 サブシステム出力に基づく信号で発生する雑音よりも低い程度に低減される。補正請求の範囲 １．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し、第１の光電検出器にあ る位相関係で入射する電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減 させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、さらに第 ２の周波数スペクトルにわたって分布する雑音強度を有する、放出される電磁波 を供給する光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートがコイル状 光ファイバの端部へ結合され、そのポートからコイル状光ファイバの前記端部へ 延びている光路中に変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波の位相を変 調する変調器を備えている光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬するのに必 要な走行遅延時間の半分よりも短い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝 搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバのうち の選択された一つから前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手段 と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステム変換信号と前記第２ の光電検出器に入射した電磁波に基づく雑音変換信号とをえるように前記第１お よび第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記システム 変換信号と特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合 わせて、前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場合よりも小さな 雑音信号比を有する対応するシステム出力信号を与えることができ、光学雑音内 容を示す信号であり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器 からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換信号を前記第２の光電検出 器から得て、雑音とシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取 り消す雑音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手段と、雑音第１信号成 分位相検出及び調節手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システム変換信号を受け取る ために前記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、位相変調手段の 入力に電気的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続された復調入 力との両方を有し、選択された復調周波数での復調信号成分を有する前記変調入 力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生 した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができ、 前記雑音第１信号成分位相検出及び調節手段は、前記雑音変換信号を受け取る ために前記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相変調器 の入力に電気的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続された復調 入力との両方を有し、選択された復調周波数での主要な復調信号成分を有する前 記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入 力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることがで き、 前記システム第１信号成分位相検出手段と前記雑音第１信号成分位相検出及び 調節手段とは、それぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号をある位相 で組み合わせ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を 与えることができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有す ることを特徴とする雑音低減装置。 ２．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し、第１の光電検出器にあ る位相関係で入射する電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減 させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、さらに第 ２の周波数スペクトルにわたって分布する雑音強度を有する、放出される電磁波 を供給する光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートがコイル状 光ファイバの端部へ結合され、そのポートからコイル状光ファイバの前記端部へ 延びている光路中に変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波の位相を変 調する変調器を備えている光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬するのに必 要な走行遅延時間の半分よりも短い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝 搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバのうち の選択された一つから前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手段 と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステム変換信号と前記第２ の光電検出器に入射した電磁波に基づく雑音変換信号とをえるように前記第１お よび第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記システム 変換信号と特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合 わせて、前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場合よりも小さな 雑音信号比を有する対応するシステム出力信号を与えることができ、光学雑音内 容を示す信号であり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器 からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換信号を前記第２の光電検出 器から得て、雑音とシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取 り消す雑音低減手段とを備え、 前記雑音低減手段がさらに、前記システム変換電気信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音変換電気信号を受 け取るために前記第２の光電検出器に電気的に接続された他の入力を有し、前記 入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、その組み合わされた信号に基づ いてそれ自体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記組合せ手段出 力に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的に接続され た変調信号生成装置に電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された 復調周波数での主要な復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信号を使 用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を 表す信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位相検出手段を有す る組合せ手段を備えることを特徴とする雑音低減装置。 ３．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し第１の光電検出器にある位 相関係で当たる電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の結果を低減させる 雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、第２の周 波数スペクトルにわたって分布する他の雑音強度を有することを特徴とする、放 出された電磁波を供給することができる光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが、前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートが、光学 処理サブシステム自体を通過し前記コイル状光ファイバを通過する電磁波の位相 を復調する位相復調器を光学処理サブシステム自体から前記コイル状光ファイバ の端部へ延びる光路に含めるように前記コイル状光ファイバの前記端部に結合さ れた、光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が、電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬 するのに必要な走行遅延時間の２分の１よりも短い遅延で前記第２の光電検出器 へ伝搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバの うちの選択された一方の選択された位置からの電磁波を前記第２の光電検出器に 結合する第２の結合手段と、 前記第１の光電検出器に当たった電磁波に基づくシステム変換信号、および前 記第２の光電検出器に当たった電磁波に基づく雑音変換信号を与えるために前記 第１および第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記シ ステム変換信号の表現と、特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換 信号の表現を組み合わせて、対応する前記システム変換信号を使用して対応する システム出力信号を形成する場合よりも小さな雑音信号比を有する対応するシス テム出力信号を与えることができ、雑音変換信号、すなわち、光学雑音内容を示 し（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器からの光学システム 信号と同相である信号を、前記第２の光電検出器から導き、１組の雑音信号と１ 組のシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取り消す雑音低減 手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手段と、雑音信号位相検 出及び調節手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システム変換信号を受け取る ために前記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相変調器 の入力に電気的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続された復調 入力との両方を有し、選択された復調周波数での復調信号成分を有する前記変調 入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発 生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができ、 前記雑音信号位相検出及び調節手段は、前記雑音変換信号を受け取るために前 記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号 をそれ自体の出力に生成することができる構成信号生成装置の出力に電気的に接 続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での主要な復調信号成 分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づい て前記検出入力で発生した信号の成分の振幅と位相を表す信号をそれ自体の出力 に現させることができ、 前記システム第１信号成分位相検出手段と前記雑音第１信号成分位相検出及び 調節手段とは、それぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わ せ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えること ができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特 徴とする雑音低減装置。 ４．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し第１の光電検出器にある 位相関係で当たる電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の結果を低減させ る雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、第２の周 波数スペクトルにわたって分布する他の雑音強度を有することを特徴とする、放 出された電磁波を供給することができる光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが、前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートが、光学 処理サブシステム自体を通過し前記コイル状光ファイバを通過する電磁波の位相 を復調する位相復調器を光学処理サブシステム自体から前記コイル状光ファイバ の端部へ延びる光路に含めるように前記コイル状光ファイバの前記端部に結合さ れた、光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が、電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬 するのに必要な走行遅延時間の２分の１よりも短い遅延で前記第２の光電検出器 へ伝搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバの うちの選択された一方の選択された位置からの電磁波を前記第２の光電検出器に 結合する第２の結合手段と、 前記第１の光電検出器に当たった電磁波に基づくシステム変換信号、および前 記第２の光電検出器に当たった電磁波に基づく雑音変換信号を与えるために前記 第１および第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記シ ステム変換信号の表現と、特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換 信号の表現を組み合わせて、対応する前記システム変換信号を使用して対応する システム出力信号を形成する場合よりも小さな雑音信号比を有する対応するシス テム出力信号を与えることができ、雑音変換信号、すなわち、光学雑音内容を示 し（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器からの光学システム 信号と同相である信号を、前記第２の光電検出器から導き、１組の雑音信号と１ 組のシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取り消す雑音低減 手段とを備え、 その雑音低減手段が、さらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前記第 ２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号をそ れ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気的に接 続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での主要な復調信号成 分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づい て前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現さ せることができる雑音信号位相検出及び調節手段と、 前記システム変換電気信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に 接続された入力を有し、前記雑音信号位相検出／調節手段に電気的に接続された 他の入力を有し、前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、そのよう な組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができ 、さらに、前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調 器の入力に電気的に接続された変調信号生成装置に電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅および位相を表す信号をそれ自体の出力に現させるこ とができる信号成分位相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴とする 雑音低減装置。 ５．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し、第１の光電検出器にあ る位相関係で入射する電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減 させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、さらに第 ２の周波数スペクトルにわたって分布する雑音強度を有する、放出される電磁波 を供給する光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートがコイル状 光ファイバの端部へ結合され、そのポートからコイル状光ファイバの前記端部へ 延びている光路中に変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波の位相を変 調する変調器を備えている光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬するのに必 要な走行遅延時間の半分よりも短い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝 搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバのうち の選択された一つから前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手段 と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステム変換信号と前記第２ の光電検出器に入射した電磁波に基づく雑音変換信号とをえるように前記第１お よび第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記システム 変換信号と特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合 わせて、前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場合よりも小さな 雑音信号比を有する対応するシステム出力信号を与えることができ、光学雑音内 容を示す信号であり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器 からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換信号を前記第２の光電検出 器から得て、雑音とシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取 り消す雑音低減手段とを備え、 その雑音低減手段が、システム第１信号成分位相検出手段と、雑音信号位相検 出及び調節手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段は、前記システム変換信号を受け取る ために前記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相変調器 の入力に電気的に接続された変調信号生成装置の出力に電気的に接続された復調 入力との両方を有し、選択された復調周波数での復調信号成分を有する前記変調 入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発 生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができ、 前記雑音信号位相検出及び調節手段は、前記雑音変換信号を受け取るために前 記第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、システム変換信号を受け るように電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数で の主要な復調信号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記 復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそ れ自体の出力に現させることができ、 前記システム第１信号成分位相検出手段と前記雑音信号位相検出及び調節手段 とは、それぞれ、対応する入力に与えられた位相が選択された信号を組み合わせ 、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることが で きる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特徴と する雑音低減装置。 ６．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し、第１の光電検出器にあ る位相関係で入射する電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減 させる雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、さらに第 ２の周波数スペクトルにわたって分布する雑音強度を有する、放出される電磁波 を供給する光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートがコイル状 光ファイバの端部へ結合され、そのポートからコイル状光ファイバの前記端部へ 延びている光路中に変調器とコイル状光ファイバとを通過する電磁波の位相を変 調する変調器を備えている光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬するのに必 要な走行遅延時間の半分よりも短い遅れ時間を持って前記第２の光電検出器へ伝 搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバのうち の選択された一つから前記第２の光電検出器へ電磁波を結合する第２の結合手段 と、 前記第１の光電検出器に入射した電磁波に基づくシステム変換信号と前記第２ の光電検出器に入射した電磁波に基づく雑音変換信号とをえるように前記第１お よび第２の光電検出器に結合され、特定の位相および振幅を有する前記システム 変換信号と特定の位相および振幅を有する対応する前記雑音変換信号とを組み合 わせて、前記システム変換信号がシステム出力信号を形成する場合よりも小さな 雑音信号比を有する対応するシステム出力信号を与えることができ、光学雑音内 容を示す信号であり、（干渉）システム変換信号すなわち前記第１の光電検出器 からの光学システム信号と同相の信号である雑音変換信号を前記第２の光電検出 器から得て、雑音とシステム信号を組み合わせてこれらの信号から光学雑音を取 り消す雑音低減手段とを備え、 その雑音低減手段がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前記第２ の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換信号を受 け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との両方を有 し、選択された復調周波数での主要な復調信号成分を有する前記変調入力に供給 された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号 の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音信号位相 検出及び調節手段と、 前記システム変換電気信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に 接続された入力を有し、前記雑音信号位相検出及び調節手段に電気的に接続され た他の入力を有し、前記入力に与えられた特定の位相を有する選択された信号を 組み合わせ、その組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与 えることができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と 、前記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号生成装置に電気的に接続 された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分 を有する前記復調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて 前記検出入力で発生した信号の成分の振幅および位相を表す信号をそれ自体の出 力に現させることができる信号成分位相検出手段を有する組合せ手段を備えるこ とを特徴とする雑音低減装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストランジョード，リー・ケイ アメリカ合衆国 85310 アリゾナ州・グ レンデイル・ウエスト クリーダンス ブ ーレバード・4026

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬し第１の光電検出器にある 位相関係で当たる電磁波を有するシステムで発生する光学雑音の効果を低減させ る雑音低減装置であって、 第１の周波数スペクトルにわたって分布する選択された強度を有し、第２の周 波数スペクトルにわたって分布する他の雑音強度を有することを特徴とする、放 出された電磁波を供給することができる光源と、 光源側にポート対を有し、ループ側に少なくとも１つのポートを有し、前記光 源側の前記ポート対のうちの一方が前記光源に結合され、前記光源側の残りのポ ートが、前記第１の光電検出器に結合され、前記ループ側の前記ポートが、光学 処理サブシステム自体を通過し前記コイル状光ファイバを通過する電磁波の位相 を復調する位相復調器を光学処理サブシステム自体から前記コイル状光ファイバ の端部へ延びる光路に含めるように前記コイル状光ファイバの前記端部に結合さ れた、光学処理サブシステムと、 第２の光電検出器と、 前記光源から放出された電磁波が、電磁波が前記コイル状光ファイバ内を伝搬 するのに必要な走行遅延時間の２分の１よりも短い遅延で前記第２の光電検出器 へ伝搬するように、前記光学処理サブシステムおよび前記コイル状光ファイバの うちの選択された一方の選択された位置からの電磁波を前記第２の光電検出器に 結合する第２の結合手段と、 前記第１の光電検出器に当たった電磁波に基づくシステム変換信号、および前 記第２の光電検出器に当たった電磁波に基づく雑音変換信号を与えるために前記 第１および第２の光電検出器に結合され、前記システム変換信号の表現と対応す る前記雑音変換信号の表現を組み合わせて、対応する前記システム変換信号を使 用して対応するシステム出力信号を形成する場合よりも小さな雑音信号比を有す る対応するシステム出力信号を与えることができる雑音低減手段とを備えること を特徴とする雑音低減装置。 ２．前記光学処理サブシステムがさらに、前記光学処理サブシステム光源側ポ ート対として働く光源側のポート対と、ループ側のポート対とを有する光源結合 器を備え、そのため、前記ループ側ポートで発生した電磁波が、前記光源結合器 中の結合領域をほぼ通過し、その後少なくとも部分的に、前記両方の光源側ポー トで発生し、かつ前記光源側ポートで発生した電磁波が、前記結合領域をほぼ通 過し、その後少なくとも部分的に前記両方のループ側ポートで発生することを特 徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記光学処理サブシステムがさらに、一方が前記光学処理サブシステム・ ループ側ポートとして働き、残りが前記コイル状光ファイバの残りの端部に結合 されるポート対を前記ループ側に有し、かつ前記位相変調器を含む第１の結合手 段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４．前記第２の結合手段がさらに、前記光学処理サブシステムおよび前記コイ ル状光ファイバのうちの選択された一方の前記選択された位置からの電磁波を前 記第２の光電検出器に結合する光学方向性結合器を備えることを特徴とする請求 項１に記載の装置。 ５．前記結合手段がさらに、前記光学処理サブシステムの前記選択された位置 からの電磁波を前記第２の光電検出器に結合する偏光器を備えることを特徴とす る請求項１に記載の装置。 ６．前記第２の結合手段がさらに、前記光学処理サブシステムの前記選択され た位置からの電磁波を前記第２の光電検出器に結合するために前記光源の一次波 長で前記コイル状光ファイバよりも高い分散率を有する選択された長さの光ファ イバを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記第 １の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気 的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力と の両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調 入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発 生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができるシ ステム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記変調信号生成装置の 出力に電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での 顕著な復調信号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復 調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ 自体の出力に現させることができる雑音第１信号成分位相検出手段とを有し、前 記システム第１信号成分位相検出手段および前記雑音第１信号成分位相検出手段 がそれぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、前記組み 合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができる組合 せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特徴とする請求 項１に記載の装置。 ８．前記雑音低減手段がさらに、前記システム変換電気信号を受け取るために 前記第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音変換電気信号 を受け取るために前記第２の光電検出器に電気的に接続された他の入力を有し、 前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、そのような組み合わされた 信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記組 合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的 に接続された変調信号生成装置にやはり電気的に接続された復調入力との両方を 有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復調入力に供 給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信 号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位 相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置 。 ９．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記第 １の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気 的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力と の両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調 入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発 生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができるシ ステム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号 をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気的 に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信 号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基 づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に 現させることができる雑音信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相検 出手段および前記雑音信号位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられた 選択された信号を組み合わせ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出 力で出力信号を与えることができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された 前記出力を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。 １０．前記雑音低減装置がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号 をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気的 に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信 号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基 づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に 現させることができる雑音信号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受 け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音 信号位相検出手段に電気的に接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた 選択された信号を組み合わせ、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自 体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的 に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号 生成装置にやはり電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調 周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信号を使用し て、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す 信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位相検出手段を有する組 合せ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。 １１．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換 信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との 両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入 力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生 した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音 信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相検出手段および前記雑音信号 位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わ せ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えること ができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特 徴とする請求項１に記載の装置。 １２．前記雑音低減手段がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換信 号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との両 方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入力 に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生し た信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音信 号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受け取るために前記第１の光電 検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音信号位相検出手段に電気的に 接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ 、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与える ことができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前 記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号生成装置にやはり電気的に接 続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成 分を有する前記復調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づい て前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現さ せることができる信号成分位相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴 と する請求項１に記載の装置。 １３．前記光源結合器が、偏波保持光ファイバ対で形成され、そのため、前記 対のうちの一方の主複屈折軸に沿って伝搬する電磁波が主として、前記結合領域 を通じて、前記対のうちの残りの光ファイバの対応する複屈折軸に結合されるこ とを特徴とする請求項２に記載の装置。 １４．前記第２の結合手段が、前記光源結合器ループ側ポートからの電磁波を 前記第２の光電検出器に結合することを特徴とする請求項２に記載の装置。 １５．前記第１の結合手段がさらに、 偏光器と、 ループ側にポート対を有し、前記偏光器に結合されたポートを光源側に有し、 そのため、前記光源側ポートで発生した電磁波がループ結合器自体の結合領域を ほぼ透過し、その後、少なくとも部分的に前記両方のループ側ポートで発生し、 前記ループ側ポートで発生した電磁波が前記結合領域をほぼ透過し、その後、少 なくとも部分的に前記光源側ポートで発生する、ループ結合器と、 前記ループ結合器の前記ループ側ポートで発生した電磁波がほぼ前記コイル状 光ファイバへ透過し、前記コイル状光ファイバ内を互いに逆の方向へ伝搬するよ うに、前記位相変調器を含む前記光ファイバの対応する端部に前記ループ結合器 の前記ループ側ポート対を結合するループ結合手段とを備えることを特徴とする 請求項３に記載の装置。 １６．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信 号をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気 的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調 信号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に 基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力 に現させることができる雑音信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相 検出手段および前記雑音信号位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられ た選択された信号を組み合わせ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の 出力で出力信号を与えることができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続され た前記出力を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。 １７．前記雑音低減装置がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号 をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気的 に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信 号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基 づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に 現させることができる雑音信号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受 け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音 信号位相検出手段に電気的に接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた 選択された信号を組み合わせ、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自 体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的 に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号 生成装置にやはり電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調 周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信号を使用し て、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す 信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位相検出手段を有する組 合せ手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。 １８．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換 信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との 両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入 力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生 した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音 信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相検出手段および前記雑音信号 位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わ せ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えること ができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特 徴とする請求項４に記載の装置。 １９．前記雑音低減装置がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換信 号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との両 方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入力 に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生し た信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音信 号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受け取るために前記第１の光電 検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音信号位相検出手段に電気的に 接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ 、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与える ことができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前 記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号生成装置にやはり電気的に接 続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成 分を有する前記復調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づい て前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現さ せることができる信号成分位相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴 とする請求項４に記載の装置。 ２０．前記結合手段がさらに、前記光学処理サブシステムの前記選択された位 置からの電磁波を前記第２の光電検出器に結合する偏光器を備えることを特徴と する請求項１４に記載の装置。 ２１．前記第２の結合手段がさらに、前記光学処理サブシステムの前記選択さ れた位置からの電磁波を前記第２の光電検出器に結合するために前記光源の一次 波長で前記コイル状光ファイバよりも高い分散率を有する選択された長さの光フ ァイバを備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。 ２２．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記変調信号生成装置 の出力に電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数で の顕著な復調信号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記 復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそ れ自体の出力に現させることができる雑音第１信号成分位相検出手段とを有し、 前記システム第１信号成分位相検出手段および前記雑音第１信号成分位相検出手 段がそれぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、前記組 み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができる組 合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特徴とする請 求項１４に記載の装置。 ２３．前記雑音低減手段がさらに、前記システム変換電気信号を受け取るため に前記第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音変換電気信 号を受け取るために前記第２の光電検出器に電気的に接続された他の入力を有し 、前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ、そのような組み合わされ た信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記 組 合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的 に接続された変調信号生成装置にやはり電気的に接続された復調入力との両方を 有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復調入力に供 給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信 号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位 相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の装 置。 ２４．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信 号をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気 的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調 信号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に 基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力 に現させることができる雑音信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相 検出手段および前記雑音信号位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられ た選択された信号を組み合わせ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の 出力で出力信号を与えることができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続され た前記出力を有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。 ２５．前記雑音低減手段がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、選択された周期出力信号 をそれ自体の出力で生成することができる構成信号生成装置の前記出力に電気的 に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信 号成分を有する前記変調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基 づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に 現させることができる雑音信号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受 け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音 信号位相検出手段に電気的に接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた 選択された信号を組み合わせ、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自 体の出力で出力信号を与えることができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的 に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号 生成装置にやはり電気的に接続された復調入力との両方を有し、選択された復調 周波数での顕著な復調信号成分を有する前記復調入力に供給された信号を使用し て、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す 信号をそれ自体の出力に現させることができる信号成分位相検出手段を有する組 合せ手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。 ２６．前記雑音低減手段が、前記システム電気変換信号を受け取るために前記 第１の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記位相復調器の入力に電 気的に接続された変調信号生成装置の出力にやはり電気的に接続された復調入力 との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変 調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で 発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる システム第１信号成分位相検出手段と、前記雑音電気変換信号を受け取るために 前記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換 信号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との 両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入 力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生 した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音 信号位相検出手段とを有し、前記システム信号位相検出手段および前記雑音信号 位相検出手段がそれぞれ、対応する入力に与えられた選択された信号を組み合わ せ、前記組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与えること ができる組合せ手段の前記入力に電気的に接続された前記出力を有することを特 徴とする請求項１４に記載の装置。 ２７．前記雑音低減装置がさらに、前記雑音電気変換信号を受け取るために前 記第２の光電検出器に電気的に接続された検出入力と、前記システム電気変換信 号を受け取るために前記第１の光電検出器に電気的に接続された復調入力との両 方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成分を有する前記変調入力 に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づいて前記検出入力で発生し た信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現させることができる雑音信 号位相検出手段と、前記システム変換電気信号を受け取るために前記第１の光電 検出器に電気的に接続された入力を有し、前記雑音信号位相検出手段に電気的に 接続された他の入力を有し、前記入力に与えられた選択された信号を組み合わせ 、そのような組み合わされた信号に基づいてそれ自体の出力で出力信号を与える ことができ、さらに、前記組合せ手段出力に電気的に接続された検出入力と、前 記位相復調器の入力に電気的に接続された変調信号生成装置にやはり電気的に接 続された復調入力との両方を有し、選択された復調周波数での顕著な復調信号成 分を有する前記復調入力に供給された信号を使用して、前記復調周波数に基づい て前記検出入力で発生した信号の成分の振幅を表す信号をそれ自体の出力に現さ せることができる信号成分位相検出手段を有する組合せ手段を備えることを特徴 とする請求項１４に記載の装置。 ２８．前記ループ結合器が、前記光源側に他のポートを有し、前記第２の結合 手段が、前記ループ結合器の前記他の光源側ポートからの電磁波を前記第２の光 電検出器に結合することを特徴とする請求項１５に記載の装置。 ２９．前記偏光器、前記ループ結合器、前記ループ結合手段が集積光学チップ に形成され、前記第２の結合手段が、前記コイル状光ファイバおよび前記集積光 学チップ中のウェーブガイドのうちの選択された一方からの電磁波を前記第２の 光電検出器に結合することを特徴とする請求項１５に記載の装置。 ３０．前記第２の結合手段はさらに、前記ループ結合器光源側ポートからの電 磁波を前記第２の光電検出器に結合する偏光器を備えることを特徴とする請求項 ２８に記載の装置。