JPS58501199A - 偏光されない光を用いる光ファイバ回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｓｓ　−＜　” ｌ この発明はジャイロスコープのような回転センサに関するものであり、特に光フ アイバ１転センサに−するものである。

光フ２イバ回転センサは、移動部分なしで作動するので特に有利であり、かつそ れゆえに潜在的に非常に信頼できる。典型的には、光フアイバコイルによって形 成される闇ループのまわりの逆方崗に伝播する光波−の、回転的に誘起される移 相、通常“Ｂ　ａｇｎａｃ−相”として示されておりこの移相を検出することに よって回転検知が連成される。−この“３　ａｇｎａｃ”移相は周知の関係、φ 、−８πＮＡΩ／λＣ によって矯定される。ここで、八は光ファイバのループによって囲まれた面積で あり、Ｎは面積へのまわりの光フフイパの回転数であり、オメガ（Ω）はループ 閤に垂直な軸のまわりのループの角速度であり、かつラムダ（λ）およびＣはル ープに与えられる光の波長および速度のそれぞれ自由空間値である。

光フアイバ回転センサの技術の現状は単一モード光ファイバを介して偏光を用い ている。これまでの開発努力は、単一モードファイバが２−の直交する偏光モー ドを有し、その各々は一般に他方と興なる速度で光を伝播するというため、回転 センサの′ＩＰ１反動作によって特徴づけられていま た。単一モードファイバの残留複屈折により、この−光のあるものは２つの偏光 モードの他方へ交差結合されていた。

したがって、２つの偏光モードにおける伝播速度が興なるため、非ａ＠的に誘起 された移相が導入され、それによりて回転センサの非相反動作を生じた。後でわ かったことであるが、往復動作は他方の偏光モードへ交差結合された光を阻止す るため回転センサの出′ｈ１１で偏光ｆを配置することによって達成されること ができた。他の解決は偏光制御装置を、１９８２年３月３１日に出願された国際 出願番号ＰＣＴ／ＵＳ８２１００４００、′光ファイバ回転センサ”に開示され る出力偏光子と組合わせて、または別々に用いることでＪ５−）た。

用■“相反の（ｒａｃｔｐｒｏｃａｔ＞　”および“非相反の（ｎｏｎ−ｒｅｃ ｌｐｒｏｏａｌ　）　”は明細書を通じて、ループが静止しているとき光波が７ フイバループのまわりを伝播するので光波がファイバによって影響される能様を 示すための用いられる。′相反の″は、ループが静止した状態で、逆伝播する光 波の洛々は同一の光学距離長さを進行し、そのため光波がループを横切った後そ の闇には何の位相差がないということを意味する。他方、゛非相反の”は、ルー プが静止状態で、逆伝播する光波の光学距離長さが興なっており、そのためそれ らがループを横切った後光波間に位相差があるであろうということを意味する。

１貝１」ＬＬ この発明は実質的に偏光していない光を利用する光フアイバジャイロスコープを 提供する。ここに用いられる用語“偏光しない光”は任意の２１１の直交する偏 光状態において等しい強度を有する光として定義されており、これらの直交する 偏光状態の光のコンポーネントは時間とともにランダムに変化する位相差を有す る。驚くべきことに、発明者達は、２個の偏光モード間の間に実質的な交差結合 が生じても、出力偏光子または他の特別な装置なしで、単一モード光学ファイバ を用いて、光フアイバ回転センサの相反動作が、偏光しない光を月いることによ って行なわれるということを発見した。このような相反動作は、少なくとも部分 的には、光源が偏光されていないので、２個の直交する偏光モードで伝播する光 は非コヒーレントであろうという事実による。このように、非回転的に誘起した 、光波の非コヒーレントコンポーネント間の移相は検出器において０に平均化さ れる。さらに、光のコヒーレントコンポーネント閣の非回転的に誘起した移相は 大きさが等しくて位相角が逆のベクトルに分析し、そのためこれらのベクトルの 非相反コンポーネントが互いに打ち潤されるということを発見した。このように 、偏光されない光を用いることによって、逆伝播している光波間の非回転的に誘 ・起される移相は、相反動作を行ないながら、偏光子または他の特別な装置なし で効果的に除去される。

偏光されない光を用いる他の意義ある利点は、回転センすは、逆伝播している光 波間の位相差がπ／２の奇数倍であるときは周囲の状態の変化によって影響され ないということである。このように、そのような逆伝播する光波の位相差をπ／ ２（またはその奇数倍）ヘパ、イアスすることによって、システムが静止状態の とき、回転センサは安定した動作点を有し、すなわち、重畳した逆伝播光波の平 均強度の大ぎさは一定であり、かつファイバの複屈折の変化を生じる、濃度のよ うな周囲のノＩクタの変化に対して独立である。

この発明のさらに他の利点は、両方の偏光モードを用いることによって光源から の光のより大きな部分の伝達を可能にし、かつしたがって、偏光モードの１つを 阻止するため出力偏光子の利用に関連する損失を除去するということである。

の　な この発明のこれらおよび他の利点は図面を参照して最もよく理解される。

第１図はこの発明のコンポーネント部分を図解する概略図である。

第２図はこの発明に用いるための好ましいタイプの結合器の、部分断面を含む正 面図である。

第３図はそれでれのループを表わす単一モードファイバの概念的な概略図であり 、それぞれファイバの２個の偏光モードを表わすＸおよびＹチャネルを示し、そ れらの闇の交差結合を示し、かつファイバを通じて逆伝播する光波Ｗ１、Ｗ２の コンポーネントを示す。

第４図は第３図の単一モードファイバの概略図であり、それらが結合器１４で結 合される前に、それらがファイバを介して伝播した後の光波Ｗ１．Ｗ２のコンポ ーネントを示す。

第５図は複索平面における結合された波Ｗ１．Ｗ２の強度コンボーネン１〜を示 すベクトル図である。

第６図は第５図のベクトル図に類似するベクトル図であり、強度コンポーネント は、干渉項を表わすそれらの強度コンポーネントを非干渉項を示すそれらの強度 から分離するように再構成されている。

第７図はループの回転に応答して、位相器として、回転する第６図の干渉強度コ ンポーネントを表わすベクトルを複素平面に示したベクトル図であり、かつ検出 器での組合わせられた波Ｗ１．Ｗ２の観察可能な強度は、干渉および非干渉強度 コンポーネントを表わすそれぞ些のベクトルの合成の実軸上の投影に等しいとい うことを示す。

第８＠Ｉは検出器において観察できる強度と、ループの回転により回転的に誘起 した移相とのグラフであり、第８ｔ［のグラフは第７図の図から発展したもので ある。

第９図は第１図の移相器によって導入された非相反移相の結果として、π／２の 角度だけ水平軸に沿って並進された後の第８図のグラフを示す。

第１０図は第７図の図面に類似し、第９図のグラフに対応するベクトル図である 。

第１１図は観察可能な強度の大きさに影響を与えるが、そのような大きさは、ル ープが静止のときは安定しており、周囲に無関係であるということを示す。

第１２図はこの発明の回転センサの概略図であり、回転センサが安定した、周囲 に独立な作動点で作動するようにさせるため、回転的に誘起した移相に等しい量 だけ、検出器のＩ！察された強度に応答して第９図の強度曲線をバイアスする位 相のための移相器に接続される制Ｗ装置を示す。

第１３図はループに隣接する第１図の結合器の概略図であり、偏光されない光が ２個の逆伝播する波Ｗ１．Ｗ２へ分割されているのを示し、かつ第１４図と組合 わさって、この結合器の相反動作を示している。

第１４図は第１３図の結合器の概略図であり、検出器へ伝達するために結合され ている２個の逆伝播する波Ｗ１゜Ｗ２を示し、かつ第１４図と組合わさってこの 結合器の相反動作を示している。

ましい　の　な 第１図に示す好ましい実施例において、この糺明の回転センサは偏光されない光 を連続長またはストランドの単一モードファイバー１へ導入するための、実質的 に偏光されない光源１０を含む。ファイバー１は、第１の方向性結合器１２のＡ およびＢの符号の付けられたボートを介し、かつ第２の方向性結合器１４のＡお よびＢの符号の付けられたボートを通過する。このように、７フイバ１１は光Ｈ １０から結合１！１２のボートＡへ延び、かつ結合器１２のボートＢから結合器 １４のボートＡへ延びる。結合器１４のボートから延びるファイバー１の部分は ルー１１６へ巻回される。この例によれば、ループ１６は１５０の巻数を含み、 各々は約１甲方メートルの面積を囲む。ルーフ１６からのフ２イバ１１の端部は カプラ１４のＣおよびＤの符号の付いたボートを通され、ボートＤはループ１６ に隣接している。ファイバ１１の小さな部分１１ａは結合器１４のボーｉ−Ｃか ら延び、“ＮＯ”の符号の付いた点で非反射的に終了する。好ましくは、移相器 １７がループ１６に配置されてループ１６の逆伝播波間の相対移相をπ／２にバ イアスする。偏光ＷＷ装置１Ｂは波の偏光の状態を制御するためループ１６にう まく配置される。

ファイバー９の第２の長さは結合１１１２の符号ＣおよびＤの付いたボートを通 される。ボートＤから突出するファイバ１９の部分は“ＮＯ”の符号の付いた点 で、接続なしで非反射的に終端する。しかしながら、結合器１２のボートＣから 突出するファイバー９の部分は光検出器２０へ光学的に結合され、この検出１２ ０はその上に与えられる縞パターンの強度に比例する出力信号を発生する。

この特許明細書に用いられているように、用語゛実質的に偏光されない”光は偏 光されたコンボーネン１〜および偏光されないコンポーネントの両方を有する光 を含む。偏光された光の割合はジャイロスコープの９１１度を決定する。したが って、この発明に従ってＩＩＩＲされるジャイロスコープの位相誤差（φｅ）は 次の方程式によって規定される。

φヒ＜　Ｐ（％）　／１００　ここでＰ　く　１０％ただしＰは光源１０の偏光 の程度であり、φａはラジアンで測定されている。

この光ｌ１１０は利用できるジャイロスコープおよび光源の精度要求によって決 定される。技術の現状においては、偏光されない光の最も良い入手可能なレーザ 源は５％のオーダの偏光度（Ｐ）を有する。この例によれば、光１１１０はカリ フォルニア州マウンテンビューの、スペクトラフィズイックスによって製造され るモデル１５５のランダムに偏光された）ｌｅ　Ｎｅレーザであってもよい。よ り精度を上げるため、この発明の好零しい寅箇例は偏光の２１１のレーザ源２８ ．２７を組合わせることによって、３１１１図に示されるようにＩＩＩで設けら れる、実質的により小さな割合の偏光度、たとえば０．１％以下の光源１０を用 いる。これらの光源２６はそれぞれ水平および垂直偏光を有する直轄偏光を発生 する。これらの光１ｉ２６．２７は互いに独立に作動し、それらのそれぞれの出 力は非コヒーレントである。

光＄２６．２７からの光は、それぞれレンズ２８．２９を介してファイバー１の 一部３０および別のファイバ３２へそれぞれ与えられ゛る。これらのファイバ３ ０．３２は方向性結合器３４のボートＡおよびＢ、ならびにＣおよびＤを通され る。ボートＯから突出するファイバ３２の部分は接続なしに非反射的に終端する 。光１１２６．２７からの光はボートＡおよびＣへ与えられ、かつ結合器３４で 混合されてファイバー１を伝播するためボートＢに偏光されない光を与える。

この例によれば、単一モードのファイバ１１．１９および３２はタイプＴ−１１ ０単−モードステップインデックス光７Ｆ−１’バとして、Ｉ　Ｔ　Ｔ　（Ｉ　 ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅ１ｅｐｈ。

ｎｅａｎｄ　Ｔｅｌｅｇｒａｐｈ　ＱＯｒｐＯｒａｔｌＯｎ）ｌ：１ｅｏｔｒｏ −□ｐｔｔｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｑｌｖｌｍｌｏｎ、Ｒｏａｎｏｋｅ、Ｖ ａ、ニよって市販されている形式のものであってもよい。

２　１４　よ　４ この発明の回転センサまたはジャイロスコープにおける結合＠１２．１４および ３４として用いるための好ましい光フアイバ方向性結合器が第２図に示される。

この結合器は、参照することによってここに援用するＥ　＋ｅｃｔｒｏｎ＋ｃｌ ｅｔｔｅｒｓ（Ｖｏｌ、１６．　Ｎｏ、７＞の１９８０年３月２７日発行のもの に詳細に説明されている。結合器はそれの一方側から除去されるクラップインク を有する単一モード光ファイバ材料からなる、第２図において４０．４２で示さ れる２個の光フアイバストランドを含む。それぞれのブロック４３　（ａ　）、 　４３　（ｂ　）の円弧状スロットに取付けられた２個のストランド４０．４２ はストランドの部分とともに導入され、そのストランドの部分では、クラツディ ングで密接しているが離隔した関係で除去されて、光がストランドのコア部分量 で転送される相互作用領域４４を形成する。除去された材料の量は、各ストラン ドのコア部分が他方のエバネセントフィールド内にあるようなものである。結合 器の中心のストランド闇の中心間の距鮫は典型的には約２−３コア直誉以下であ る。

相互作用領域４４のストランド４０，４２１Ｉ！を伝わる光は方向性であるとい うことを注目するのがＩｉ要である。すなわち、入力ボート八に与えられる光の 実質的にすべてはボートＣへの逆方向性結合なしで、出力ポートＢおよびＤへ分 配される。同様に、入力ポートＣへ与えられる光の実質的にすべては出力ポート ＢおよびＤへ与えられる。さらに、この指向性は対称的である。このように、入 力ボートＢまたは入力ボートＤのいずれかへ供給される光は出力ポートＡおよび Ｃへ与えられる。さらに、結合器は本質的にた光の偏光を保つ。このように、た とえば、垂直偏光を有する光ビームはボートＡへ入力され、ボートＡからボート Ｂへ直接通過する光のみならず、ボート八からボートＤへ結合される光も垂直に 偏光されたままである。

前述の説明から、結合器はビームスプリッタとして機能することがわかる。さら に、結合器はレーザ光［２６，２７からのビームを結合するためにまたは前の分 割されたビ０ −ムを再結合するために用いられる。たとえば、１つのビームがボートＢへ与え られ他方がボートＤへ与えられれば、これら２つのビームは相互作用領域４４で 結合され、かつ結合されたビームはボートＡおよびＣで出力される。同様に、も し１つのビームがボート八へ与えられ他方がボートＣへ与えられれば、これらの ２つのビームはボートＢおよびＤで結合されχ出力される。

この　の−な（Ｌ 第１図を参照し、光源１０からの、実質的に偏光されない光の連続波は結合器１ ２の部分Ａへファイバ１１を介して伝播し、そこで、光の一部はボートＤを介し て失われる。

また偏光され・ていない残りの光は結合器１２のボートＤから結合器１４のボー トＡへ伝播し、そこで、偏光されない光は２つの波Ｗ１．Ｗ２へ分割される。波 Ｗ１はルー１１６のまわりの時計方向に結合器１４の部分Ｂから結合器１４の部 分りへ進む。波Ｗ２はルー１１６を介して反時計方向に結合１１１４のボートＤ から結合１１１４のボートＢへ進む。周知のように、逆伝播する波Ｗ１．Ｗ２は 結合器１４のそれぞれのボートＤおよびＢに達したとき位相がシフトされ、かつ したがってそれらは建設的にまたは破壊的に干渉して、結合器１４によって再結 合されるときに光出力信号を発生し、その干渉の大きさおよび形式は移わの量に 依存する。波Ｗ１．Ｗ２が結合１１１４で再結合されると、再結合された波の一 部はボートＣを介して失われ、他方残り１ の再結合された波は結合１１１４のボートＡから結合器１２のボートＢへ進み、 そこで、それが再び分割されボートＣでその一部がファイバ１９へ転送される。

ファイバＩ９は光学的に光検出１１２０へ結合されてそれによって結合された波 Ｗ１．Ｗ２がそこへ入射することができるのを可能にするといづことが思い出さ れよう。検出器２０は、１４５答のとき、祖合わされた波Ｗｌ、Ｗ２の光学強度 に比例する１気信号を出力する。

この光学強度は波Ｗ１．Ｗ２聞のｈ′−渉の形式および−に比例しで変化し、か つしたがって、波Ｗ１．Ｗ２の光学強度は波ｖ’Ｖｉ、Ｗ２１１１の移相の関数 であるということが認識される。移相はその中心軸のまわりのループの回転を表 わしているので（全体の移相は回転的に誘起され、５ａＱＩ）ａＯ効果によるも のと想定する）、検出器出力Ｉｉ＠はそのような回転に応答して変化、する。

ここに詳細に説明するように、この発明の回転セン法は、安定で周囲の変化に感 じない、かつ回転に対しては最大の！＆度を与える動作点へ、移相１１１７によ ってこの発明の回転センサかバイアスされるということがｊｌｌ′ｇＩである。

この発明の池の重要な特徴は、回転センサは完全に動作は相反的であり、非回転 的に誘起された移相が偏光されない光゛を用いることによって除去されたという ことである。

この相反動作および安定動作点の理由は以下により詳細に行なわれる。

２ 且返ＪＬＬ 驚くべきことに、逆伝播する波Ｗ１．Ｗ２の非相反コンポーネントは変更されな い光を用いることによって、ベクトル的に、または検出器２０自体において効果 的にキャンセルされるということがわかった。このことは、たとえば第１図ルー プ１６を表わす、第３図に示される単一モード光フンフィバの概念的なモデルを 参照することによって最もよく理解されることができる。単一モード光ファイバ の２個の偏光モードは、１対の端子Ｘ１−Ｘ２を接続するラインおよび第２の対 の端子Ｙ１−Ｙ２を接続するラインに、よってそれぞれ概略的に表わされる。こ れらのラインによって表わされる２つのモードはそれぞれ“Ｘチャネル”および ゛′Ｙチャネル”として示される。２個の偏光モードは興なる伝播係数を有する ので、光はチャネルの一方における方が他方におけるよりも高い速度で伝播する 。図解の目的で、Ｘチャネルけ“高速”チャネルとして示し、他方Ｙチャネルは “低速“チャネルとして示す。さらに、すべての現在入手可能なファイバに固有 の複屈折がチャネル間の交差結合を生じるので、この概念的なモデルはＹｌおよ びＸ２を接続するラインならびに×１およびＹ２を接続する他のラインを含む。

これらの２個の交差結合ラインの交差点は゛′散乱中心″５０として示される。

この散乱中心５０は交差結合した光がチャネルの一方における方が他方における よりも長い経路を進むということを概念的に図解するた　３ めにファイバの中心からずらされて示されている。２つの偏光モードは興なる伝 播係数を有するので、この交差結合した光はファイバループにおいて典型的に非 相反的な祭る舞いの源である。

このモデルはファイ１′；Ｊレープ１６（ｉｊ図）を示しているので、波Ｗ１は ファ１′べの一方端で’Ｊ　Ｊ”　ｉ＜　ｉ　Ｊ３よびＹｌへ５えられ、他方波 ＼〜２ｔよファイバの池カー′ｄで１子×２およびＹ２へ与えられるものと想定 する。〜冒は＝１ンボーネントＸ　９１　＊　Ｙ＊　Ｉ　１　＞＜ユ、およびＹ 、１；こ分所される。

Ｘｉ＋はＹチャネルへ交差結合されないで、：〈１から×２へ゛まっすぐに進む ″Ｘチャネルの波Ｗ１の部分を示す。

他方、Ｘｃ＋はＸｌからＹ２へ、Ｙチャネルへ交差結合されるＷｌのＸチャネル コンポーネントの残りの部分を示す。

同様に、′ｔ、、は交差結合なしに、ＹｌからＹ２八〇まっすぐに°′通通する ＷｌのＹチャネルコンボ−ネジ１−を示し、他方Ｙｃ＋はＹｌからｘ２へ、Ｘチ ャネルへ交差結合されたこのＹチャネル光の部分を示す。波Ｗ２は同様に同じ清 閑を用いて、対応するコンポーネントｙ、：、Ｙｘ、Ｘｃ２およびＹＣ”２へ分 解される。このモデルは光がフフイバルー１１６を通過するときその光の振る齋 いを説明する助けとしてのみ提示さ１Ｚでおり、かつそのような光の量る舞いを 十分かつ完全に茨明しているものと意図すべきものでないことを理解されたい。

たとえば、１個の交差結合のみがモデルに図解さねていたとしても、実際は、２ 個の偏４ 光モード間には多数の交差結合が生じるということを、当業者は認識しよう。

第４図は波Ｗ１．Ｗ２が逆方向にループ１６のまわりを伝播した債それらの波の コンポーネントを示す、それぞれの端部の各々でのチャネルの各々はまっすぐな コンポーネントと交差結合したコンポーネントの両方を含むことがわかる。この ように、たとえば、端部端子×１の光は経路×２−×１を進んだＸチャネル光（ Ｘｓｚ）および経路２−×１を進んだＹチャネル光（Ｙｃ２）を含む。同様に、 端子Ｙ１で、光はＹチャ革ルのまっすぐなコンポーネント（Ｙｓｚ）およびＸチ ャネル交差結合コンポーネント（Ｘｃｔ＞を含む。この同じ関係が×２およびＹ ２端子にも当てはまり、Ｘ２端子はＸｓ＋およびＹｃ、コンポーネントを含み、 Ｙ２はＹｌｌおよびＸｃ＋コンポーネントを含む。

これらのコンポーネントのすべては、波Ｗ１．Ｗ２が、第４ＷＩＧ−概略的に示 すように、結合器１４において結合されるときに重畳される。

光検出器２０（第１図）にこれらの８個のコンポーネントの電界を重畳する効果 を説明する際に、検出１１２０は光強度に比例する出力信号を作り出す、“正方 形の低検出器”であるということを認識するのが重要である。それゆえに、その ような電界の重ね合わせの効果は、２つの電界の重ね合わせの一察した強度に対 して以下の周知の方程式を参照して理解されよう。

５ ハ　へ ＩＴ　”ｌＥｘ　１２＋　ｌＥ、＋　ｌ’　＋２１Ｅｘ　−Ｅｒ　；ｃｏｓφ・ ・・（１） こ二において、ＩＴは２つの電界の重ね合わせのための１！Ｉ！察された全強度 であり、 Ｅつは電界の一方の大きさで都り、 Ｅ、は電界の他方の人さεであり、かつΦは２つの電界を作り出ず光波間の移相 である７この議論に適用されるものとして、方程式（１）の移相は回覧的にＭ起 された、”　３　ａｇｎａｃ″移相φ、；二、非＠転的に誘起した、複屈折に依 存する移相φらとからなるということを理解すべきであるユしたがって、φ　− φ３　＋　φＢ　・・・（２） しかながら、この発明の回転センサの相反動作を理解する目的で、ループ１６（ 第ｉ図）は静止しているものとし、かつしたがってφ５は０に等しいと想定する 。したがって、この場合、φはφｂに等しいと想定されよう。

方程式（１）から、Ｉｌ！察された全強度は重畳した電界Ｅ１，５Ｙによって作 り出さノ′Ｌ１；個々の強度の和プラス、移相ψの関数としてのみなら−ｆ′、 ２つの１！稈ベクＣ−ルの点乗積の関数である゛′干渉項”に等しいということ が明らかであろう。以下のような分析かられかること（よ、この干渉項は成る対 のコンポーネント間の非相反動作の源であるが、テへてのコンボーネン１−が１ ね合わせられたときこの非相反ｍ乍は効率的に打ち８！１１−合い、そのため回 転センサの全６ 体の動作が相反的であるということである。さらに、他の対のコンポーネント間 のように、干渉項を０に減少するということが示される。したがって、方程式、 １は単一モード光ファイバのこの議論に調して特に興味ある以下の条件に従うて 簡略化されてもよい。

Ａ、は　コヒーレゝ　である 光波が非コヒーレントのとき、移相φは本質的にランダムでありかつ均一的に分 布されているものと考えれる複素関数によって規定される。したがって、上で示 した“干渉墳”は常にＯに平均化する。したがって、非コヒーレント。

光に対して方程式（１）は次のようになる。

ｌｔ−１Ｅｘ　Ｉ’　＋　ＩＥｖ　ｌ’　・・・（３）電界によって発生される 強度は電界の平方に比例するので、方程式（３）は次のように書換えられてもよ い。

Ｉｖ＝Ｉｘ　＋　ＩＹ　・・・（４） ここで、■８および■。は電界Ｅ、およびＥＹによってそれぞれ作られる強度で ある。

８、監丑ｍ丸工ｊ− ２つの直交電界の点乗積はＯに等しい。それゆえに、電界が直交するときは、方 程式（１）は次のとおりである。

ＪＴ−ＩＥＸ　ｌ’　＋　ｌＥｙ　ｌ’　””（５）または ＩＴ−ＩＸ　＋　ＩＹ　−（６） Ｃ１監五」ビＬ１！」日Ｌ ７ 電界が平行のときは、電界ベクトルの点乗積はそれらの輝術積に等しい。したが って、この条件では、方程式Ｃ１）は次のとおりである。

ＩＴ　＝ｌＥｘ　ｌ’　＋ｌＥｙ　” ＋２１Ｅｘ　Ｉ　ｔＥｙ　ｊｃｏｓφ　・・・（７）または ＩＴ　−ｌｘ　＋　Ｔｒ　＋２ｓｒ丁ｌ’７Ｔ７　ｃｏｓ　φ　−（８）ここで 、思い出されるようにφは複屈折に依存する移相のみを示している。なぜならば 、ループ１６は甲在等止していると想定しているからである。方程式（７）およ び（８）は“まっすぐな”形式（たとえば、Ｘｚ、−Ｘｓｚ＊Ｙ５　、Ｙｌ２） のものである２つのｌｔ曽した光波成分の強度を規定するために有効であり、こ れらの方程式は゛交差結合した”コンポーネント（たとえば、ＸｃｉおよびＸＣ ２＋またはＹｃ＋およびＹｌ、２）に関してそのような強度を規定するための偏 光を必要とするということが理解されよう。ジョーンズマトリックスを用いて、 第３図および９１４４図の単一モードのファイバモデルの数学的な分析は次のよ うに交差結合したコンポーネントのためのこれらの変形した方程式を作り出す。

ＩＴ−！Ｅｘ　ｌ’　＋ｌＥＹ　ｌ’ ＋２１　Ｅｘ　Ｉ　Ｉ　Ｅ、　！ｃｏｓ±（π−φ）−（９）または Ｔｙ”ｌｘ＋Ｔア＋２ａＴ　ｃｏｓ土（π・−φ）８ ・・・　（１０） 以下により十分に議論するように、値“π−φ”が正であるか負であるかは、第 ３図を参照して議論した１１中心″５０の配置、およびコンポーネントＸｃ＋Ｘ ｃｔおよびＹｃ　＋　Ｙｃ　２の伝播方向に依存する。

前述の方程式（３）ないしく１０）によって規定される関係を１４図に示される 、ルー１１６の単一モードファイバモデルを当てはめることによって、逆伝播す る波Ｗ１゜Ｗ２のコンポーネントの干渉項は検出器２０によって打ち消されるか または非相反動作を除去するような態様で枯治するということがわかる。方程式 （３）ないしく１０）のそのような適用について以下に説明する。

実質的に偏光されない光１１１０が、互いに直交する偏光を有しかう相互に非コ ヒーレントな出力を有する２つの独立した光源からなるということが第１図を参 照して思い出されよう。したがって、これらの光源のうちの１つによって発生さ れた光（たとえば、Ｘチャネル光）は光源の他方によって発生される光〈たとえ ば、Ｙチャネル光）に関して非コヒー、レントである。それゆえに、第４図を参 照して上述した端子Ｘ１．Ｙｌ、Ｘ２およびＹ２のＸおよびＹチャネルコンポー ネントは互いに関して非コヒーレントであろう。光の非コヒーレントコンポーネ ント間の移相は本質的にランダムでありかつ均一に分布されているので、この移 相は検出１２０において０に平均化され（方程式（３）および（４）を参照しで 上述したとおりである）、かつそれゆえに、任意のＸチャネル」ンボーネントと Ｙチャネルコンポーネントとの重ね合わせから生じる強度は方程式（４）で要求 さるように、そのようなコンポーネントの個々の強さの和に等しい。たとえば、 コンポーネントｘ、。

の強度はコンポーネントＶｃ＋の強度へ直接加わり、Ｙ。

の強度ね−ｎ接ｘＣ１の強度に加わり、玖ド同じである。

さらに、Ｘ　／’　７ネルおよび゛Ｙチャネルに網０る偏光モートは直交してい るので、Ｙブ）２ネル４′ｆ−Ｙｌ、Ｙ２Ｑの」シボーネント’ｉ”ｓ　！　＋ 　ＸＣＩ　＋　Ｙｓ　２　ｒ　ｘＣ２の魂ネ合わせにより生じる合成強度は直接 、方程式（６）によって要求されるように、Ｘチャネル端子Ｘ１．Ｘ２のコンポ −ネントＸｓ＋＋Ｙｃ＋＋Ｘｓ２およびＹｌｃ２の１ｉｒａ台わせによって生じ る合成強度に加わる。このように、端子Ｘ１゜Ｙｌ、Ｘ２．Ｙ２のコンポーネン トの丈べてが重ね合わせられると、強ばか直接加わらないコンポーネントは次の ものだけである。

Ｑａ）　−Ｊシバ・−ネントＸ＋＋ｌζニンボーネントＸ５ｔ（１１）　コン； （−ネントＹｓ＋とコンポーネントＹ、２゜（Ｃ〉　」シボーネントＸｃ＋とコ ンポーネントＸＣ２、ならびに （（１）　コンポーネント”（ｃ＋とコノボーネンｔ−ｙｃｚもらろん、これ１ らの対の」ンボーネン１−は強度において１１［接加わらない。なぜならば、で −れらは位相が非コヒーレ０ ントでないかまたは直交磁界を有していないからである。

したがって、これらの強度の和は干渉項を含む。

たとえば、コンポーネントＸ１１およびＸＩ２の真上は方程式（８）によって規 定される観察された強度ＩＸＩを発生する。なぜならば、それらのそれぞれの正 味の電界ベクトルは平行でありかつそれらは交差結合されていなかったからであ る。したがって、 ｌｘ　ｓ　＝Ｉｘ　＋　＋ＩＸ　２　＋２ｒ丁１Ｔゴ、、ｃｏｓφ・・・（１１ ） しかしながら、Ｘ８．またはＸｓｚは交差結合されたｉンボーネントではないの で、それらの圀の複屈折に依存する移相はない。したがって、Ｘ・３．およびＸ ｓｚ園のようにφは０であり、方程式１１は次のとおりである。

ｌｘ　ｓ　−１ｘ　＋　＋ＩＸ　２　＋２ｒ］コこ〒−「７）−＝　（１２同様 に、ＹｓＩおよびＹ、２は交差結合されていないので、これらのコンポーネント の重ね合わせにより作り出される強度１ｇ＋は次のとおりである。

■工５−ＩＹ　ｌ　＋ＩＹ２　＋２ＵＬ］１Ｔ　・・・（１３コンポーネントＸ ｃ＋およびＸ　ＣＺ　、ならびにコンポーネントＹＣｊおよびＹｃｚに関して、 これらのコンポーネントは交差結合された形式のものであるので、方程式（８よ りもむしろ方程式（１０）を用いる必要がある。したがって、コンポーネントＸ 　ｃ＋およびＸＣ２の重ね合わせにより生じる強［１，、は次のとおりである。

１ ｔｘｃ−″　ｌＸＣｌ＋ｌＸＣ２ 同様に、コンポーネントＹｃ＋およびＹＯ２の重ね合わせにより生じる強度ＩＹ Ｃは次のとおりである。

Ｉｙｃ＝Ｉｖｃ＋＋Ｉｙｃｚ ＋　２　Ｊ’ｒ−ｒこ「丁ｙｃｚ　ｃｏｓ（−（π−φ）〕・・・（１５） ＸチャネルコンポーネントＸｃ＋＋Ｘｃ２の干渉項に関連する位相差（すなわち π−φ）はＹチャネルコンポーネントＹＣ＋１Ｙｃ２の干渉項に関連の位相差（ すなわち、−（π−φ））に等しくかつ逆で渡る。これが生じるのは、第３図お よび第４図を対比することによって明らかなように、コンポーネントＸｃ＋は逆 伝播コンポーネントＹｃｚと同じ経路を進み、かつコ・ンボーネントＸＣ２は、 逆伝播コンポーネントＹｃ　＋と同じ経路を進むからである。Ｘチャネルは“高 速”チャルでありＹチャネルは“低速”チャネルであるということを思い出し、 かつさらに、散乱中心５０のため、コンポーネントｘＣ５およびＹＯ２の経路は 主に“低速″チャネルにあり、他方コンポーネントＸｃｚおよびＹＣ＋の経路は 主に“高速”チャネルにあるといことを思い出し、コンポーネントＹｃ＋の位相 は、コンポーネントＸＣ２に関してコンポーネントＸｃ、の位相が遅延されるの と同じ量だけコンポーネントＹｃ２に関して進め２ られる。それゆえに、コンポーネントＸＣＩおよびＸＣ２に関連の干渉項は、コ ンポーネントＹｃ＋およびＹ、２に関連の干渉項の位相差と等しく逆の位相差を 有する。

波Ｗｌ、Ｗ２の８個のすべてのコンポーネントの重ね合わせにより生じる全強度 Ｉｔは次のように規定される。

Ｉｒ”Ｉｘｓ＋Ｉｙｓ＋Ｉｘｃ＋Ｉｙｃ　−（１６）方程式（１６）は第５＠ｌ のベクトル図において概略的に示されており、これはループ１６が静止している ときくすなわち、φ５＝Ｏ）、複素平面にプロットされた、４個の強度コンポー ネントＩｘ　＋　ＩＹ　ｓ　＊　ｌｘ　ｃ　＊　Ｉｙ　ｃの各々に関連する３つ のコンポーネント環を示すこの強度ベクトルを示す。しかしながら、この図は成 る縮尺で描かれていないということをｍｉ＋ｉｔされよう。ｉｉ＊できる全体的 な強度ｌ■はそれぞれ参照数字５２（ａ）ないし５２（ｈ）によって示される８ 個のコンポーネントＩＸＩＷＸ５２＋ＩＹＳＩ＋　ＩＹ！２＊　ｌＸＣｌ＊　ｌ ＸＣ２＊　Ｉｙｃ＋＋　ｒＹＣ２の個々の強度の総和、プラス、それぞれ参照数 字５３（ａ）ないし５３　（ｄ　）で示される、コンポーネントＸ８．とＸ　ｓ 　２’Ｔ　Ｙｓ　＋とＹｓ　２１　Ｘｃ　＋とＹｃｌおよびＹｃｌとＹｃｌのそ れぞれの重ね合わせに関連の４個の干渉項を表わす４個のベクトルを表わす８個 のベクトルからなる。

第５図のコンポーネントベクトルは、非干渉強度項を表わすベクトルから、干渉 強度を表わすベクトルを分離する３ ように第６図に再構成されている。特に、８１１１のベクトル５２（ａ）ないし くｈ）は非干渉項を表わし、他方、残りの４個のベクトル５３　（ａ　）ないし くｄ　）は干渉項を表わす。強度干渉項に関連のベクトルの合成は■１として示 され、他方、非干渉項に関連のベクトルの合成はＩ。ｌとして示される。

すべてのベクトル５２（ａ）ないしくｈ）ｊ３よび５３（ａ）ないしくｄ　）の すべては実軸に沿って配向される、同じ方向を有するものとして示されている。

しかしながら、これは単に一致しているにすぎない。なぜならば前に想定したよ うに、これはループ１６が静止（φ、−０）のときのみ生じるからである。非干 渉項からなる、ベクトル５２（ａ　）ないしくｈ）のみが、実軸に沿って、一定 である方向を有するということが後でわかる。他方、ベクトル５３（ａ）ないし くｄ＞は“干渉強度ベクトル軸“としてここで示される軸に沿って向けられてお り、この軸はルー１１６の回転に応答して位相器の態様で回転するが、前述した ように、ルーフ１６は前に想定したように静止しているとき実軸と一致する。

したがって、第７図のベクトル図に示すように、ルー１１６が回転されると、そ のような回転によって誘起するＳａｇｎａｃ移相φ８によって、干渉強度軸が複 素平面において、角φ、を回転する。ベクトルＩｔ　（干渉項を表わす）は角φ 、を介してこの軸と一致して回転し、他方ベクトル■。

４ １　（非干渉項を表わす）は実軸に沿って、そのような移相φＳによって影響さ れないままである。ベクトル■１および夏。、の合成はＩ　として示され、その 投影が実軸上でＩＴに等しい。

１１１１６図に示すように、φ９がＯに等しい静的な状態へ再び戻ると、それぞ れコンポーネントＸｃ、とＸＣ２ならびにＹＣＩと’Ｉ’ｃｚとの重ね合ねぜか ら生じる２個の強度干渉項に対応するベクトル５３（ｃ）および５３　（ｄ　） は“干渉強度軸″（これは、第６図において、実軸と一致している〉上のベクト ル５４　＜ａ　）および５４　（ｂ　）の実際の投影である。ベクトル５３　（ Ｃ）および５３　（（１）は方程式（１４）および（１５）を参照して議論した ように、等しくて逆の複屈折依存移相角度に関連しているので、ベクトル５４（ ａ）および５４　＜ｂ　）ベクトルは、同じ角度だけ、“干渉強度軸“から逆方 向に傾く。このように、これらのベクトル５４（ａ）および５４　（ｂ　）の合 成は常に“干渉強度ベクトル軸”に沿って向けられており、かつこの軸上でこれ らの投影５３　（０’）および５３　（ｄ　＞の総和とその大きさが等しい。゛ 干渉強度ベクトル軸”および“実軸”に対するベクトル５４　（ａ　）、　５４ 　（ｂ　）の角度関係は以下により詳細に議論する。

角φは複屈折依存移相である角φＢと、回転的に誘起される３　ａｇｎａｃ移相 であるφ３との総和に等しいということが方程式（３）から思い出されよう。第 ６図におけるよう５ にループ１６が静止しておりφ８がＯである状況をまず調べると、φ言が０に等 しいとき、“干渉強度軸“からのベクトル５４（ａ）および５４　（ｂ　）の上 述した傾斜は全く複屈折依存移相φＢによるものであり、それぞれの傾斜角はφ もとは逆で等しいということが前述の説明から理解されよう。したがって、２つ の干渉項強度ベクトル５’！　（ａ　）、　５４　（ｂ　）に関連の１屈折依存 移相は効果的に互いに打ち消し合い、かつこれらのベクトルの投影５３　（ｃ　 ）および５３　（ｄ　）は、実軸に沿ってベクトル５３　（ａ　）および５３　 （ｂ　）とともに向けられている。このように、ループ１６が静止しているとき 、ベクトル５２（ａ）ないしくｈ）、５３（ａ）、５３（ｂ）、５４（ｃ）およ び５４　（ｂ　）のすべての合成は実軸に沿って方向が一定であり、かつしたが ってこの合成の方向複屈折誘起された移相とは独立である。

ループ１６が回転しており、φ、がＯに等しくない状況を考えると、ベクトル５ ４（ａ）および５４　（ｂ　）は、そのような回転に応答して、ψＳに等しい量 だけ位相角がシフトされ、ベクトル５４の１つは第６図の実軸方向に回転してお り、他方、他のベクトル５４はそのような実軸から離れて回転している。このよ うに、ベクトル５４　（ａ　）　。

５４　（ｂ　）の合成は実軸に関してφ、の角度だけ回転する。

さらに、コンポーネントＸＳ＋とＸ１２およびＹｓ＋とＹ、２の重ね合わせに関 連の２つの他の強度干渉項を表わす６ ベクトル５３　（ａ　）および５３　（ｂ　）はそれぞれ量φ＄だけ実軸に関し て回転する。このように、干渉強度コンポーネントを表わす４１１のすべてのベ クトル５３（ａ）、５３（ｂ　）、　５４　（ａ　）、　５４　（ｂ　）はφ、 だけ、ループ１６の回転に応答して回転する。事実、これは角度φ、だけ“干渉 強度軸”を回転させ、そのため４１［１のベクトル５３（ａ　）、　５３　＜ｂ 　）、　５３’（Ｃ）および５３　（ｄ　）はそのような軸に沿って向けられた ままである。

前述の説明から、回転的に誘起した移相（φ、）によって、ベクトル５３（ａ） 、５３（ｂ）、５４（ａ）、５４（ｂ　）は実軸に関して同じ方向に回転し、他 方、複屈折により誘起した移相はベクトル５３　＜８　）、　５３　（ｂ　）の 方向については何の効果も有していないが、ベクトル５４（ａ）、５４（ｂ）が 、干渉強度ベクトル軸に関して、逆方向に回転するようにさせる。このように、 ループが回転しているときでも、何からの複屈折により誘起した移相が効果的に 打ち消すれる。したがって、検出器２０で測定したような、それらの組合わせら れた強度による、重畳された波Ｗ１．Ｗ２の動作の結果として、ループ１６が静 的であるかどうかまたはそれが回転しているかどうかにかかわらず、回転センサ の相反動作を生じる。

１１１ 第７図を参照し、干渉項強度ベクトルの合成はｌ、であり、非干捗項強度ベクト ルの合成はＩ。ｌであり、かつべ７ クトル■。Ｉの合成はＩ　であることを思い出されよう。

さらに、全強度Ｉｔは実際のまたは観察できる強度であるので、ＪＴの値は寅輪 上の合成ベクトル■　の投影に等しい。

前に示したように、干渉項および非干渉項間の違いは重要である、なぜならば干 渉項を表わすベクトル５３　（ａ　）ないしくｄ　）は回転的に誘起された移相 に依存し、他方非干、Ｓ項５２（ａ）ないしくｈ）を表わすベクトルは回転的に 誘起した移相と独立しているからである。したがって、第７図のベクトル図に示 すように、ルー１１６が回転されると、そのような回転により誘起される３　ａ ｇｎａｃ移相φ５によって、ベクトルＩ＋　（干渉項を表わす）は位相器の態様 で角度φ５回転し、他方ベクトルＩｎ＋（非干渉項を表わす）はそのような３　 ａｇｎａａ移相によっては影響を受けない。角度、の関数として、“実軸”上の ベクトル１１の投影の大きさくａ　）と、ベクトルＬ＋の大きさくｂ）との和を プロットすることによって、検出１２０に与えられる光の観察された強度ＩＴの グラフが与えられる。観察された全強度１．のグラフはコサイン関数（参照数字 ５６で示される）であるとして第８図に示されており、これはベクトル■。Ｉの 大きさに等しい平均強震と、ベクトルＩ。１のおよび■１の大きさの和に等しい 最大強度と、ベクトルＩｎｉおよび１１の大きさの差に等しい最小強度とを有す る。このように、光検出器２０（第１図）に印加される強８ 度１．は回転的に誘起した移相に応答してコサイン関数５６に従って変化すると いうことがわかる。

しかしながら、第８図に示したコサイン関数５６の傾斜は典型的には０転検知に おいて遭遇するψ、の小さな値に対して比較的平らであるので、検出器２０ての 組合わされた波Ｗ１．Ｗ２の強度１７はループ１６の回転に対して比較的感じな い。したがって　π／２（また：まぞの苛攻倍）′ビは第８図のコサインＦｒＪ ４敗５６をバイアスするのが１ましく、それによってこの：Ｉ、！イン関Ｗ１５ ６を１つ図に示すよう【こサイン関数５８に変換する。逆伝播波間の相対位相差 をπ／２だけ非相反的にバイアスする効果は′：ｇ１０図に示す位置へπ／２だ けペン！−ルｆ、を回転させることであるということがわかる。第９図および第 １０図から、位相バ、イアスされたルーフ１６が静止しているとき、システムの 作動点は６０で示された点にあることが明らかである。この動作点６０は第９図 に覗もよく見られるように、最大傾斜を有する強度曲１５３の部分上、にあるの で１そのような動作点６０は回転に対して最大の感度を与える。

この発明の回転センサの１述した非相反バイアスは、第１図を参照してＩＩ論し たように、ループ１Ｇの非相反位相器１７を配置することに上って達成される。

０の ｒし〜ブ１６が静止してＩ入るとき、動作１６０の複屈折の変化の効果について 今調べる。

９ 周知のように、ファイバの複屈折は濃度のような周囲のノ７クタによって影響を 受ける。さらに１複屈折の変化は上述したように、複屈折依存位相角φらにおけ る対応の変化を生じる。しかしながら、複屈折における変動のさらに他の効果は θとして示される第２の複屈折依存項に関係する。ここに用いられるように、項 θは、偏光状態がルー１１６のファイバ１６によって回転される角度として屑定 される。このように、それは単一モードファイバ１１のモード間の交差結合の測 定である。

θの変化の効果はＸおよびＹチャネル間の光交差結合の量を変化させることであ る。したがって、“まっすぐな”コンポーネントの関連のベクトルの大きさは交 差結合コンポーネントに関連するベクトルの大きさに反比例して変化する。第６ 図のベクトル５２．５３および５４に与えられるように、これは“逆ベクトル大 きさ関係”として示される。

第９図に示した動作点６０の複屈折の効果を調べる際に、この動作点６０の安定 性はベクトル５２（ａ）ないし５２（ｈ）（第６図）からなる、ベクトルＩ。、 （第１０図）の大きさおよび方向の安定性に依存するということを注目するのが ｌｌ要である。位相角φ已に（９；ｔ　８１！屈折により誘起された変化に関し て、コンボーネン］−ベクトル５２（ａ）ないしくｈ）のいずれもこの位相角φ らに依存せず、かつしたがってベクトルＩｎ＋の方向は複屈折の変化によって０ 影響を受けないということが思い出されよう。しかしながら、これらのベクトル ５２（ａ）ないしくｈ）Ｇ；を角θに関連の“逆ベクトル太き８１＠係”に従っ て大きさが変化する、なぜならばベクトル５２（ａ）ないしくｈ）の個々の大き さはＸおよびＹチャネル間の交差結合の程度に依存するからである。しかしなが ら、エネルギの保存のため、これらのベクトルｂ２（ａ）ないしくｈ　）の和は 一定のままであり、かつしたがって、ベクトル■。１の大きさは複屈折の変化に かかわらず安定したままである。それゆえに、ベクトルＩ。１の大きさおよび方 向はともに安定したままであるので、動作点６０は複屈折の変化に無関係であり 、かつθおよびφらの値の変化に無関係である。

５８の 第９図に示す動作点６０は複屈折の変化にかかわらず安定したままであるけれど も、強度曲線５８の振幅は、一般に、複屈折に依存することがわかる。

強度曲線５８の大きさは回転検出ベクトルＩｔ　（４１０図）の大きさによって 決定され、その大きさは干渉項を表わす、個々のコ゛ンボーネントベクトル５３ 　＜８　）ないしくｄ）　（第６図）からなるということが思い出されよう。

さらに、ベクトル５３　（Ｃ）および５３（ｄ）（交差結合した干渉コンポーネ ントを表わす）は複屈折依存位相角度φＢに方向において依存するということが 思い出されようしたがって、ベクトル５３　（Ｃ）および５３　（ｄ　＞の大き １ さはまた位相角φうに依存し、かつしたがって、そのような角の複屈折により誘 起した変化に従って変化する。しかしながら、ベクトル５３　（ｃ　）および５ ３（ｄ）と興なりベクトル５３　（ａ　）および５３　（ｂ　）は位相角φａに 依存しないので、これらのベクトルの大きさはこの複屈折に依存する位相角度φ ａの変化に応答して変化しない。

ベクトル５３　（Ｃ）および５３　（ｄ　）のみがその大きさにおいて位相角Φ うに依存するが、ベクトル５３（ａ）ないしくｄ）および５４（ａ）および（ｂ ）のすべては、“逆ベクトル大きざ関係”により、θにおける変化とともに変化 する、なぜならばこれらのベクトルの大きさはＸおよびＹチャネル間の交差結合 の程度に依存するからであるしかしながら、この゛逆ベクトル太きさ関係”は直 接的な意味において、ベクトル５３（ａ）、５３（ｂ）、５４（ａ）および５４ （ｂ）へのみ適用できるということを認識するのが重要である、なぜな−らばベ クトル５３（０）および５３　（ｄ　）はベクトル５４　（ａ　）　＃よび５４ 　（ｂ　）の干渉強度ベクトル軸上の投影にすぎないからである。このように、 “逆ベクトル太きさ関係”はベクトル５３　（ｃ　）および５３（ｄ）へ間接的 にのみ適用できる、なぜならばこれらの投影の大きさはベクトル５４（ａ）およ び５４（ｂ）の大きさにおいて変動のスケールの定められた関数として変化する 。ベクトル５３　（（！　）および５４　（ｂ　）はこれらのベクトルがベクト ル５３（ａ）および５３　（ｂ　）２ とともにベクトルＩ＋　（第ｉ　ｏｔｍ＞を含むので、ｗ＆に興味あるというこ とが思い出されよう。

エネルギの保存のため、ベクトル５３　（ａ　＞、　５３　（ｂ　）、　５４　 ＜ａ　）および５４　（ｂ　）の個々の大きさの総和が一定である。しかしなが ら、ベクトル５３　（ｃ　）および５３（ｄ）はベクトル５４（ａ）および５４ 　（ｂ　）のスケールの定められた関数であるので、ベクトル５３　（ａ　）な いしくｄ）からなるベクトルＩ＋　（第１０図）の大きさは一定ではなく、した がってθの変化とともに変化する。それゆえに、位相器１１、かつしたがって強 度曲線５８（第９図）はθの関数として振幅が変化する。これは第１１図に図解 されており、θの種々の値に対する第９図の強度−１５８を示している。

第１１図から、θが０に等しいときは、第９図の強度曲線５８は最大振幅にあり 、かつしたがってθのこの値に対し、ベクトル■、はベクトルＩｉ＋　と同じ大 きさを有するということがわかる。θ−０°で、交差結合干渉項を表わすベクト ル５４（ａ）および５４　（ｂ　）はＯの大きさを有する（光のすべてが゛まっ すぐな゛′コンポーネントにある）ので、これが生じる。これは意義のあること である、なぜならばベクトル５４　（ａ　）および５４　（ｂ　）　、ならびに それらの関連の投影５３　（Ｃ）および５３（ｄ）は複屈折依存位相角φ６にそ の大きさが依存する唯一のベクトルであるからである。したがって、θがＯのと きのこれらの複層３ 折に依存するベクトルを除去した状態で、この発明の回転センサの動作は複屈折 の変化に無関係である。

規格化された強度１丁、周囲のファクタθ、襦屈折依存移相φＢ闇および回転的 に誘起された３　ａｇｎａｃ移相Φ、移相一般的な関係は次のように表わされる 。項“φ／２”は移泪器１７（第１図）によって導入される非相反位相バイアス とし°（認識される。

ＩＴ−１／２＋１／２　（ｃｏｓ　２θ−５ｉｎ　２　θ　ｃｏｓφ６）ＣＯＳ 　（φ、−π／２）　・・・（１７）θが０に等しいとき、方程式１７は次のよ うに１換えられる。

ＩＴ−１／２＋１／２．００８（φ、−π／２）　・・・（１８）このように、 上で指摘したように、もしも偏光の状態がθがＯに等しくなるように制御されれ ば、検出器２０（第１図）で測定された強度ＩＴはＳ　ａｇｎａｏ移相φ、の関 数であり、かつ変数θおよびφａｋ−−関係である。

そのような偏光状態の制御は第１図を参照して議論した、偏光゛制ｍｖｉ装置１ ８を用いることによって周知のように行なわれる。しかしながら、実際は、偏光 状態を正確に制御することは国難であり、かつしたがって、そのような制御ｌ＠ ｆｆ１１８を用いると一般的に変数θおよびφＢに対するＩＴの依存性が減少す るにすぎない。いずれの場合においてもルーフ１６が静止しているときの安定動 作点６０を与えることによって、この発明の回転センサは、（Ｏ以外の）安４ 定した動作点を有しない、偏光回転センサよりも勝れた回転検知精度を作り出す ことができることが認識されよう。

変数θおよびφＢの依存性を減少させる代わりの方法、かつしたがってこの発明 の回転検知精度を改善する方法は、システムが、安定した周囲に無関係な動作点 ６０で作動するように連続的にバイアスされるように、逆伝播波間の相対移相を 非相反的にｐＩ変的にバイアスで１−ることである。必要とされるそのような非 相反バイアスの畳は回転的に誘起される移相φ５に等しいので、検出器出力信号 はそのような移相の量を可変的に制御するためフィードバック信号として用いら れてもよい。これは検出器２０からライン７２を介して制御装置７０へ与えられ る検出器出力信＠（検出器２０によって測定された強［Ｉ　ｔを表わす）を示す 第１２図を参照することによってより十分に理解されよう。制御装置７０は、基 準強度信号発生器７８からライン７６を介して制御装置７０へ送られる、曲線５ ８（第９図）の平均値を表わす、基準強度信号で、ライン７２の信号を比較する 。検出器強度信号と基準強度信号との闇の差はライン８０を介して移相器８２へ 送られ、それはライン８゛０の信号に比例するルー１１６へ非相反移相を導入す る。この非相反移相は回転的に誘起した３　ａｇｎａｃ移相をずらせ、かつした がって、安定した動作点６０（第９図）へそのシステムを戻す。通常どおり、移 相１）８２は、たとえば、ループ１６の一部へ磁界を与える。移相器８２への電 流またはそ５ れにかかる電圧はそれによって誘起された移相の測定として用いられてもよい。

したが〕て、センサ８４はライン８０上の信号に関連する電流を測定するために 設けられる。

このセンサ８４はライン８０上のＩＩ流に比例する信号を出力し、かつそのよう な信号をライン８６を介して制御装置７０へ送る。制御＠ｖ！１７０は、移相セ ンサ８４から信号に応答して、それに関連のｌＩＪ　私を計算し、表示パネル８ ８にその値を表示する。

このように、第１２図に示Ｔ回路を用いて、この発明の回転センサは安定した、 環境的に独立の動作点６０で作動するようにバイアスされ、それによって実質的 に回転検知精度を改善する。

上述した鍋光ｌｌｌ−装置１８（第１図）または移相器８２（第１２図）がなく ても、この発明の回転センサは偏光を利用する回転センサと比べて、より安定し ており、かつしたがって複屈折における長期間の環境的に誘起された徐々に生じ る変化に対してうそれほど感じない。これは、検出器２０で測定された強度Ｘ丁 の平均値の標準偏差を調べることによって実験的にこのような標準偏差は出力量 光子を備えた偏光回転センサに対するよりも、この発明の偏光されない光の回転 センサに対する方が小さいということがわかった。標準偏差のこの減少は偏光状 態の回転θの複屈折誘起変化と、移相φＢの複屈折誘起変化との間のずれ効果に よるものと思われる。それゆえに、この発明は与えられ６ た安定性を達成するのに必要とされるろ波およびフィードバックのレベルを減少 させる、回転信号の安定性における重均を与える。

の　な　゛。

周知のように、第１図の結合器１４のような結合器は付加的な複屈折を回？ｌｒ 　”：’、ン１ナヘ導くことができる。さらに、二の廟屈折は周囲抄フ？クタの 変化とともに代わり、かつ］ノたがって、ちしらその効果が、逆伝播波Ｗ１．Ｗ ２ｆｌに」５けるように非相反的であれば、結合器は付加的な複屈折依存移相を 与える。

結合ａ誘起され、″；；ａ屈折が回転センサの相反動作に影響を与えるのを防止 するために、この発明は２個の結合１２゜１４（第１図）を用いている。結合１ １１４は第１３図および第１４図においζ、拡大され、かつ概略的に示されてい る。まず第１３図？多照して、光１１１０（第１図）からの、矢印“Ｕ　Ｐ　” で示される偏光されない光は、結合１１１２（第１図）を開いて結合器１４へ進 み、そこで、それは２１ツの逆伝播波〜Ｖｌ、Ｗ２に分けられる。しかしながら 、これうの波の１つだけ〜■２が結合器１４のボートＡからボート９へ交差結合 さ１ｔ、他方の波Ｗ１は結合器１４のボートｉ＼からボー１〜Ｂ／＼ま）ｆぐに 道む。そのような交差結合は波Ｗ１．Ｗ２間のＶ３８・器誘起移相を導入する、 なぜならば波ゝ、Ｖ　２は、交差結合のため、わずかに異なる経路を進むからで ある。しかしなから、波Ｗｌ、Ｗ２がルーフ１６を横７ 切った後、彼Ｗ１はボートＤからボートＡへ交差結合され、他方波−Ｊ＼゛２は 、ボー）−Ｄからボーｔ−Ａへまっすぐに進む。

このように、波Ｗ１．Ｗ２はボート八で再結合されとき、波Ｗ１．〜Ｖユ２の各 々は−Ｈ交差結合され、それによってそれらの経路を等しくする。それゆえに、 ビームが分割されるときの波Ｗ２のｐＡ達の結合器誘起された移相は、披Ｗ１゜ Ｗ２が會幇合されたときの波Ｗ１に関連の結合器誘起された移相によ−２で打ち 消される。したがって、結合器１４に関連の複Ｔ近誘起された移相は波Ｗｌ、Ｗ ２に関して相反的であり、かつそれゆえに、この発明の回転センサの動作は相反 的である。結合１１１２（第１図）の目的は検出器２０（第１図）ｆ＼伝達する ため、再結合された被Ｗ１．Ｗ２をファイバ１１からファイバ１９（第１図）へ 転送するだけであるということが理解されよう。

好ましくは、結合１ａ１４の結合係数は０．５である。ここに用いられるように 、用語、結合係数（Ｃ）は結合される光ビームのその部分の出力または強度と、 そのような光ビームの全出力または強度との比である。したがって、完全結合の とぎは、Ｃ−１であり、結合していないときはＣ−〇である。

０　、５Ｌ／；結合係数は、波Ｗ１．Ｗ２が結合器１４によって再ｖｉ合ｄれた 後それらの波の最大強度をそのような係数が与えるので有利である。偏光されな い光が結合器１４によって波〜″−１，Ｗ２へ分割された後の偏光されない光の 強８ 度を分析し、次いでそれらの波が）レープ１６を槙−リり結合器１４；Ｊよって 再結合さ゛れた後の披Ｗ１．Ｗ２．ど分析することによ〕でより十分に理解され よう。したがり−ξ、結合器１４へ入る偏光されない光ツメ波Ｗ１．Ｗ２へ２１ 割されるとさ、：ａ　Ｗ　２を表わす偏光されない光（ＬＩＰ）の粘合部分はＣ ！　４　ｄ３よびＩｕＰの積に等しい強度を有し、ここにおいＣ’　ｉ　ＬＩ　 Ｐはそのような偏光さヘシない光の強度−ルカし、Ｃ７４−４結合器１４の結合 係数である。波Ｗ１をＡ　ヘ’−’　−Ｊ”３−光され１♂い光の結合されない 部分は、それゆえに１、；−Ｃ４，ン６よびＩｕＰの積に等しい強度を有する。

波〜Ｉｉ。

Ｗ２がループ１６を横切った後、それらは各々結合器ｊ４によって分割される。

したが−〕で、ｆｗ＋とじで示ｄれる、波Ｗ１の出力および対応する強度は、結 合係数Ｃ５，に従つ一ζ分ｉ！、ｌｊされ、そのためその一部＋Ｃ＋＊Ｉｗ１は ボートＤからポート八へ結合され、キーの状態では、結合されない部分（ｉ　Ｃ ＋＋）Ｉｖ、はボートＤからボートＣへ直接通過丈る。同様に、Ｉｗｚとして示 される波Ｗ２の出力および対応する強度が分割され、そのため部分Ｃ＋＋Ｉｗｚ はボートＢから丞−１〜Ｃへ結合し、その状態では残りの結合されない部分（Ｉ 　Ｃ＋＋　ン１ｗｚはボート巳からボートハノ＼直接通過舊る。上で示したよう に、ボーｈ　Ａの光のみが興味ある、なぜならばこの光は結合ｉｉ＊起しｌζ複 屈折に無関係だからである。このように、ボートＡの組合わせられた彼Ｗ１．Ｗ ２の強度１１３．ヤ２につい−（結合係数９ の効果が調べられよう。合波Ｗ１．Ｗ２は結合器１４を２回通過したので、しか し１回だ【プ結合されたので、ボートＡで再結合した波Ｗ１．Ｗ２の強度Ｉ　Ｗ 　＋　＋　Ｗｌ　２は次のように規定される。

Ｉｗ＋ｖ２−［Ｃａ−（１−ＣＩ４　）（ＩＶ＋　）］＋ＬＣＩ４　（１’Ｃ＋ ＋　）　（ｆｗｚ）］方程式（１９）の項Ｃ４＝（Ｉ　Ｃ＋＋＞は、Ｃ，４−０ ゜５のとき最大であるので、その強度ＩＷＩ＋Ｗ□は結合器１４の結合係数が０ ．５のとき最大であるということが認められる。

この同じ理由づけは第１図の結合器１２にも当てはまる。

たとえば、結合１１２のポート八での光源１０からの偏光されない光の強度をＩ 、として示すと、結合器１２のボートＢの！、の強度は（Ｉ　Ｃａｔ）Ｉｓであ り、ここにおいてＣ１ｔは結合１１２の結合係数である。さらに、粘合器１２の ボートＢからのこの光がルーフ１６を横切り結合された波Ｗ１．Ｗ２の形式でそ こへ戻った後、これらの組合わせられた波の強度Ｉｖ＋＋ｖｚは次のように表わ される。

Ｉｗ＋ｖｚ＝ｆ（φｓ　、Ｃａ　４　）　（Ｉ　Ｃａ　２　）　Ｉｓ・・・（２ ０） ここにおいて、ｆ　（φ３．０＋４）は３　ａｇｎａｃ移相および０ 結合１１１４の結合係数の関数である。Ｉｗ＋ｓｗｔはファイバ１９（第１図） を介して検出器２０（第１図）へ伝達するため結合器１２（第１図）へ分割され るとき、結合器２０の強度Ｉｔは結合係数の条件で、 Ｉ　丁−ＣＩ＋　２　（Ｉｗ＋　１２　）　・・・　（２１＞であり、また（ｊ 方程式（２０）を方程式（２１）に代入しχ　、 Ｉニーｔ　（φＳ＋Ｃ＋＋＞ ［（Ｃａ　２　）　（Ｉ　Ｃ１ｚ　）］　Ｉｓ　・・・（２２）である。このよ うに、ｆ（φＳ　Ｉ　ｃ＋　４　）の与えられた値に対して、強度１．は結合１ １２のための結合係数が０゜５のとき最大である。それゆえに、結合！１１２． １４の両方が０．５の結合係数を有するのが好ましい。

さらに、同様な理由づけが第１図の結合１３４にも適用できる。ファイバ１１を 介して光源１０からの光出力は直角偏光モードの両方に対して実質的に等しい強 度のものであるということが思い出されよう、なぜならばこれは実質的に偏光さ れない光を作り出すからであり、したがって光源２６．２７が等しい強度のもの であるとすれば、結合器３４は偏光されない光を作り出すために０．５の結合係 数を有すべきである。もしも粘合係数が０．５以外のものであれば、光源のそれ ぞれの強度はしたがって出力が偏光されないように調整されるべきである。この ように、たとえば、結合係数が０．６であれば、光源２６は光１１２６．２１ ７０組合わせられた強度の６０％を与え、かつ光源２７はそのような強度の４０ ％を与えるべきである。一般に、光１！ｉ２６＜これはファイバ１１へ直接の出 力を与え、かつしたがって直接ボルトＢへ与える）は結合係数に等しい強度の一 部を与え、他方光１１ｉＩ２７（これはボートＢへ結合するためファイバ３２へ 出力を与える）は１マイナス枯合係数に等しい強度の一部を与えるべぎである。

要約すると、この発明は、実質的に偏光されない光を用いることによって、偏光 子または他の特別の装置を用いることなく相反性を達成する。さらに、π／２の 奇数倍へ非相反力にバイアスされるとき、システムは静止状態で安定した動作点 を有し、これは偏光状態の回転θまたは複屈折依存移相φａＵ）１１！化には感 じない。

２ ４２夕３ イック４ ４７り３　４７りＬ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　偏光されない光を用いる、光フアイバ回転センサであって、 ループ（１６）を形成する光ファイバ（１１）と、実質的に偏光されない光を作 り出しかつ光学的に前記偏光されない光を前記光ファイバ（１１）へ結合するた めの光源（１０）と、 前記ループへ光学的に結合され、前記ファイバ（１１）において前記偏光されな い光を、各々が前記ループ（１１を介して逆方向に伝播する２つの浚に分割し、 かつ前記２つの逆方向に伝播する波を組合ね電で先出力信号を規定する波を与え るための手段（１４）とを−え、前記光出力信号波は前記ループ（１６）の回転 に応答して光学強度が変化し、かつ 前記ファイバ（１１）へ光学的Ｓ：輪合されて前記ループ（１６）の前記Ｗ＠の 連さを示すため前記出力信号を検知するための検出−（２０）をさらに備え、前 記回転センサの精度は前記実質的に偏光されない光が偏光されない程度に依存す る、光フアイバ回転センサ。 ２、　前記光ファイバ（１１）は２個の直交偏光モードを有する単一モード光フ ァイバである、請求の範囲第１項記載の光フアイバ回転センサ。 ３、　前記実質的に偏光されない光は実質的に前記ファイバ（１１）の複屈折に より誘起される前記波間の移相を除３ 去し、前記ｉＮ屈折依存の移相が除去される程度は、前記実質的に偏光ざ１しな い光が偏光されない程度に依存する、請求のＩＩ＠第１項記載の光ファイバ回転 センサ。 ４、　前記逆伝播ｆる被をバイアスして前記ループ（１６）が静止状態にめると き前記波間に約ｘ　ｙ”　２の位相差を与えるための移相器（’ｉ／）をざらに −えた、！にの範１ｌｊ８１項記載の光フフイバ四転セング。 ５、　前記逆伝播波のＩｔｉ記バイアスレこよつで、前記出力信号波の強度は前 記ルーフ（１６）が静止しているとき、周囲のファクタにＲ質的に無関係であり 、前記強度の程度は前記光が偏光されない程度に依ｑする、請求のＩＩＩＩＩＩ ４項記載の光ファイバ回転センサ。 ６、　前記遵法ｍａをバイアスして、謔配波麟の前記１転応答移相にばば等しい 移相な与えるための手段（７０，７８，８２，８４＞をざらに惜え、前２移相に よって、前記ａ啄センサは、前記ループ（１６）が静止しているかどうかにかか わらず、Ｒ１１的に安定しＣおり周囲のファクタに無関係である＞２（６０）で 作動し、周囲のノ７クタからの独立性および賓疋の程度は前記光が偏光されない 程度に依存する、請求の範８ｗ４１項記載の光フアイバ回転センサ。 ７、　前記バイアス手段（７０，７３，８２，８４）は、移相１（８２）と、 前記出力信号波に応答して謔記移イ１１遥（８２）を駆動するための手段（７０ ）とを含む、請求の１ａ園第６項記載の光フ１イバ回転センサ。 ８．　前記光ＩＩ（１０）は相互に直交する偏光を有する光を与える１対のレー ザ光ＩＩ（２６，２７）を含み、前記対のレーザ光ａｌｌ（２６，２７）のうち の１つからの光は前記対のレーザ光１［（２６，２７）の他方からの光に関して 実質的に非コヒーレントであり、かつ前記直交偏光のうらの１つの前記光の平均 強度は前記直交偏光の他方における前記光の強度に実質的に等しい、請求の範囲 第１項記載の光フアイバ回転センサ。 ９６　前記光源は、 前記ファイバ（１１）へ光学的に結合される第１のレーザ光Ｉｔ（２６）と、 第２のファイバ（３２）へ光学的に結合される第２のレーザ光Ｉｔ＜２７＞と、 前記ファイバ（１１）を前記１２のファイバ（３２）へ光学的に結合するための 結合器（３４）とを備え、前記結合ｅ　（３４）は予め定められた結合係数を１ し、前記第１′のレーザ光源（２６）は前記結合係数に筈しい前記レーザ光ＩＩ （２６，２６）の組合わせられた全出力の一部を与え前記第２のレーザ光１１（ ２７）は１マイナス前記結合係数に等しい前記全出力の一部を与える、請求の範 囲第１項記載の光フアイバ回転センサ。 １０、　前記分割および組合わせ手段は、（１）前記逆伝播波が実質的に等しい 強度を有するように前記偏光されな５ ぃ光を分割し、かつ（１１）前記逆伝播波を組合わせて前記光出力信号を形成す る、結合係数を１する帖−８ｍ１（１４）を備え、前記逆伝播波は前記結合ＩＩ （１４）を介７シ１等しい１Ｉｌｌｉを進む、請求の１！囲第１項記載の光ファ イバ回転センサ。 １１、請求の範囲第１項ないル箪’＋ｏ＊のいずれかに記載の光フアイバ回転セ ンサの使用。 １２、　単一モードの光ファイバの残留複屈折によって生じる光のコヒーレント コンポーネント闇の位相表化を打ち消すように光フアイバ回転センサにおいｔ　 ４１．−モードの光ファイバを付勢する方法であって、前記方法は実質的に偏光 されない光で前記光ファイバを付勢するステップを含む、方法。 ６