JPS58501876A - 多モ−ドファイバ光学回転センサ - 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】 多モートファイバ光学回転センサ 発明の背景 本発明は、ファイバ光学回転センサに関するもので、特に、多モードファイバの 検知ループを有するサグナック（Ｓａｇｎａｃ）干渉計を用いたファイバ光学回 転センサに関するものである。

本特許出願は、“多モードファイバ光学回転センサ”という名称で１９８１年１ １月６日に出願された同時係属中の我々のアメリカ合衆国特許出願連続番号箱３ １８．８１３号の一部継続出願である。

ファイバ光学回転センサは、通常、ファイバ光学物質のループを備えており、ル ープのまわりを互いに反対方向に伝播する光波が、これに結合する。ループが回 転すると、周知の°゛サグナック効果″によって、ループの回転速度に対応した 量の位相差が、互いに反対方向に伝播する波の間に生ずる。この、互いに反対方 向に伝播する波は、再結合されると、干渉して強め合いや弱め合いが起こり、ル ープの回転速度に応じた強度変化を有する、光学的出力信号を発生する。この光 学的出力信号を検出することにより、回転の検知が行なわれる。

回転によって誘起されたサグナック位相差を正確に検出するためには、このファ イバの物理的性質（たとえば、ファイバ複屈折）に起因して発生する、非回転的 に誘起される位相差を実質的に除去することが必要である。これは、このような 位相差はサグナック位相差と区別できないからであり、したがって、光学的出力 信号中に゛位相誤差″をもたらすからである。互いに反対方向に伝播している波 のついての光路が、このループが静止しているときに、相等しいならば、これら の非回転的に誘起される位相差は除去されており、この干渉計は“相反的（ｒｅ ｃｉｐｒｏｃａｌ　）　”と呼ばれる。一方、これらが等しくない場合には、こ の干渉計は“非相反的（ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ　）”と呼ばれる。

ファイバ光学干渉計回転センサにおける非相反性は、２つの因子によって引き起 こされる。その第１は、光学的ファイバは、異なった伝播速度と位相速度をもつ 、多くの異なった基本モード、たとえばＨＥ　モードやＴＥ、０モード１ などを保持できることである。（ここでの議論では、１つのモードはファイバを 通る１つの特定の光路として見ることができる。）その第２は、光学ファイバの 複屈折は、ファイバに沿って一様ではなく、したがって、モード間の光エネルギ の結合が存在することである。これらの因子の双方が存在すると、互いに反対方 向に進む波のそれぞれが、ファイバループのまわりの異なった光路を進行するよ うになり、したがって、それらが再結合するときに、それらの間に位相差が存在 してしまうことになる。この位相差は、サグナック位相差よりも数桁大きくなり 得るもので、回転的に誘起されたサグナック位相差と区別できず、したがって、 光学的出力信号において、誤差として現われる。上に述べた２つ因子のいずれか が個別に生ずるときには、相反性を崩すにす十分でないことは、強調してお（べ きことである。非相反性を生ずるには、双方の因子がともに存在しなければなら ないのである。

単一モードファイバを利用することによって、相反性を満足させようとする努力 が、従来技術においてなされている。この単一モードファイバは、ただ１つの基 本伝播モード、すなわちＨＥ、、モードを有するものである。単一モードファイ バを使用すれば、前記第１の因子は理論的には除去でき、したがって、相反性を 得ることができる。しかし、実際問題としては、単一モードファイバは、はとん ど縮退した、すなわち、伝播位相速度が若干具なった２つの直交偏波モードを有 することが知られている。伝播位相速度におけるこのような差は、それが非常に 小さいものであれ、単一モードファイバ回転センサに非相反的な動作を生じさせ るに十分なものである。この問題は従来技術において解決サレテオリ、たとえば これは、Ｑｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｆ、　４　１）Ｉ）、　１５２ 　（１９７９年４月）に記載されている、Ｒ，ＵｌｒｉｃｈおよびＭ　、　Ｊ　 ｏｈｎｓｏｎの゛４ファイバリング干渉計偏波解析”という題の、論文に記述さ れているように、単一モードファイバの２つの偏波モードのうちの１つをブロッ クするファイバ光学偏波器を利用することによって解決される。

回転の検知において、多モードファイバを使用するということは、モード数が多 く、また伝播速度が異なるために、仮に注意が払われたとしてもそれはほとんど ないに等しいものであった。ステップインデックス形多モードファイバに対する ものとしてのブラッドインデックス形多モードファイバを利用することによって 、モード間の伝播速度の差を減少させることはできるが、それでも、ファイバの いずれのタイプにおいても、伝播速度における差は相当に大きいため、多モード ファイバは、回転センサへの使用には不向きであると従来は考えられてきた。さ らに、次のような事実があるために、問題はさらに込み入ってくる。すなわち、 多モードファイバの基本モードのそれぞれの中に、厳密には同じではないが、は とんど等しい伝播速度をもつモードパターンの組が存在するのである。ここでは 、これを“−膜化偏波モード（ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉ ｏｎ　ｍｏｄｅＳ）”と呼ぶことにする。特定の基本モードの一般化偏波モード 間の伝播速度の差は、通常、ブラッドインデックス形の多モードファイバの基本 モード間の伝播速度の差と同程度である。特定の場合には、何千にも及ぶ多くの モードが含まれ、それらに伴う伝播速度があるために、単一の多モードファイバ を利用したサグナック干渉回転センサにおいて、相反的動作を行なわせることは 、不可能ないしは少なくとも非現実的であると、従来考えられてきた。

発明の概要 本発明に係る回転センサは、サグナック干渉計配列において、ループを形成する 、多モード光学ファイバの単一かつ連続的な撚り線（５ｔｒａｎｄ　）を備えて いる。ループを閉じるために、ファイバ光学方向性結合器を使用し、これは、互 いに反対方向に伝播する光波のベアを結合し、ループに導く。この結合器は、互 いに反対方向に伝播する光波を、このループを通過した後に再結合して、光学的 出力信号とする。この信号は、光検出器に与えられる。ループが回転すると、互 いに反対方向に伝播する光の間に位相差が誘起され、これは、光学的出力信号の 大きさを回転速度に応じて変化させる。光学的出力信号を検出すれば、回転速度 を直接に知ることができる。

互いに反対方向に伝播する波の間の位相差によって、非回転的に誘起された、光 学的出力信号中の位相誤差は、次の方法で系統的に減少または除去することがで きる。すなわち、く１）伝播モード間の光路の長さの差よりも小さいコヒーレン ト長をもつ、光源からの光を利用すること、（２）十分に大きな検出器を利用し 、実質的にすべての光学的出力信号が検出器表面の上に与えられるようにするこ と、およびく３）伝播モードにおける電界の振幅のそれぞれが、実質的に等しく なるように、光を多モードファイバに結合すること、である。位相誤差をこのよ うにして除去し、または減少させることによって、回転的に誘起されたサグナッ ク位相差を検出することができ、実際的で使用可能な多モード回転センサとなる 。

本発明の多モードファイバ回転センサは、非常に安定であり、温度や振動のよう な環境因子によって生ずる、ファイバ複屈折における変化に比較的鈍感である。

ファイバ複屈折のこのような変化によって生ずる、モード間の位相変化や結合は 、モード全体にわたって平均化される傾向にあり、したがって、光学的出力信号 に対する環境因子の全体的効果は極めて小さい。光学的出力信号の安定性は、モ ードの数の関数となっており、したがって、多数のモードを保持できるファイバ を用いることが望ましい。この点に関しては、本発明においてステップインデッ クス形多モードファイバを使うことが望ましい。それは、ステップインデックス 形ファイバは、同程度のサイズのブラッドインデックス形ファイバよりも、多く のモードを保持できるからである。

本発明の多モードファイバ回転センサは、単一モードファイバ回転センサの現在 の技術的状況を越えた、著しい利点を有するものである。最も重要な利点の１つ は、本発明は、組立てに要する費用が非常に少ないことである。これは、多モー ドファイバや、多モード用部品（たとえば結合器）などが、単一モードファイバ や部品に比べて、安価かつ、使用も容易であるからである。さらに、空間的にコ ヒーレントではない光を使うことができるため、この回転センサは、光源として 、高価な、空間的に高いコヒーレンス長をもつレーザではなく、安価な発光ダイ オード（ＬＥＤ）を利用できる。

他の利点は、多モードファイバ検知ループは、カー効果に対する感受率がより低 いことである。それは、本発明においては、この効果は多数のモードにわたって 、空間的に平均化されるからである。感受率がこのように減少する他の理由は、 多モードファイバのコアの直径が大きくなると、それに従って、ファイバにおけ る光強度が低くなることである。さらに、多モードファイバは、外部磁界によっ て誘起されるファラデー効果に対しても感受性が低い。それは、ファイハノモー ド複屈折（ｍｏｄａｌ　ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ）が、ファラデー効果によっ て誘起される複屈折よりも大きいからである。本質的に、多モードファイバの直 線複屈折が、ファラデー効果によって誘起される回転複屈折を圧倒しているので ある。最後に、多モード回転センサは、単一のファイバ光学物質の連続的な撚り 線を用いることにより、対応する単一モードセンサのように、全ファイバシステ ムとして構成することができる。

本発明の第２の実施例においては、透過ホログラムを備えるモードファイバを用 いて、前述した非回転的に誘起された位相誤差を除去することができる。このホ ログラムフィルタは、光源からの光が、一旦フィルタを通り抜けてループに向か い、再び検出器に向かう道筋をとることにより、多モードファイバの単一のモー ドのみが利用されるように配置される。

本発明のこれらの性質および他の性質は、図面を参照するこによって完全に理解 されよう。

第１図は本発明の回転センサの概要図であって、光源からの光が結合する、光学 ファイバの単一の連続的な撚り線および、このような単一の連続的な撚り線から 構成される、多モード検知ループを示す。また第１図は、ファイバループを通っ て互いに反対方向へ伝播する波の間の位相差を検出するための検出システムを示 している。

第２図は、ファイバループ１６の概念的モデルを示す概要図であって、モードの ベアを例として、ファイバループを通る際の、互いに反対方向に伝播する波の電 界成分を示している。

第３図は、第２図の概念的モデルの概要を示す図であって、ファイバループを通 過した後の、互いに反対方向に伝播する波の電界成分を示している。

第４図は、光学的出力信号のベクトル図であって、第３図に示した電界成分から 生ずる、“ｄｃＨ項のベクトル和を実軸に沿って示す。また、第３図に示した電 界成分から生ずる、干渉項のベクトル和を、フェーサの態様によって回転した、 他のベクトルとして示す。さらに、〈１）回転的に誘起されたサグナック位相差 、および（２）非回転的に誘起された位相差によって生ずる位相誤差、に対する 干渉項を表現するベクトルの応答を示す。

第５図は、第４図のベクトル図に対応した、サグナック位相差と、検出器によっ て測定された光学強度との関係を示すグラフであり、非回転的に誘起された位相 誤差の効果を示すものである。

第６図は、グループ■の電界成分にＪ：って生ずる干渉項のベクトル図である。

第７図は、第６図の２つのベクトルのベクトル和を表わす合成ベクトルを示すベ クトル図であり、このような合成ベクトル和に伴った位相誤差を示している。

第８図は、大きさを等しいと置いた、第６図のベクＦ・ルを示すベタ１〜ル図で ある。

第９図は、第ε図のベクトルのベクトル和を表わす合成ベクトルのベクトル図で あり、ベクトルの大きさを等しいとコくことによって除去される位相誤差を示し ている。

第１０図は、第１図の結合器の間に延びたファイバ部分の概要図であり、切断さ れたファイバ部分、およびその間に挿入された、透過ホログラフを備えるモード フィルタを示している。

第１１図は、第１０図の透過ホログラフフィルタを作成するための技術を示す概 要図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図に示す、好ましい実施例においては、単一の連続的長さをもつか、または 撚り線とされた多モー下光学ファイバ１１に、ＣＷ光を導き入れるための光源１ ０を僅えている。ここで使われるような“多モードファイバ°′とは、使用され る特定の光源からの光の複数の基本モードを保持できるファイバを意味し、１つ の基本モードのみを保持できる単一モードファイバに対するものである。ファイ バ１１は第１の方向性結合器１２の、ＡおよびＣの符号を付けたポートを通り抜 け、第２の方向性結合器１４の、／＼およびＣの符号を付けたポートを通り抜け る。したがって、ファイバ１１は、光源１０から結合器１２のポートＡへと延び 、そして、結合器１２のボートＣカーら、結合器１４のポートＡへと延びている 。結合器１４のポートＣがら延びたファイバ１１０部分は、巻かれてルーフ１６ を形成する。

特定の例においては、ルー１１６は１０００回の巻きを備えてＪ５す、それぞれ は、約１５０平方ｃｍの面積を囲んでいる。ファイバ１６からのファイバ１１の 終端は、結合器１４のＤおよびＢの符号を付けたポートを通り抜ける。ポートＤ はループ１６に近い位置にある。ファイバ１１の微小部分１７は、結合器１４の ポーｌ−Ｂがら延びて、無反射開放端となって終わる。

第２のファイバ］９は、方向性結合器１２の、ＤおよびＢの符号を付けたポート を通り抜番プる。ポートＤがら出たファイバ１９は、無反射開放端となって終わ る。しかし、結合器１２のポートＢから出ｌζファイバ１９の部分は、光学検出 器２０に光学的に結合し、この検出器は、そこに入社する光の強度に比例した出 力信号を発生する。

本発明はまた、ロック−イン増幅器２４．信号発生器２６および位相変調器２８ を備えている、検出電子回路２２を含んでいる。特定の例においては、この位相 変調器２８は、たとえば約１ないし２インチの直径を持つＰＺＴシリンダを有し ており、ファイバループ１６の部分は、このまわりに、たとえば４ないし１０回 巻かれている。このファイバは、適当な粘着物質によってＰＺＴシリンダに取付 けられており、ファイバ１１は、このシリンダ２８の動径方向の広がりに対して 延びるようになっている。これに関して、位相変調器２８は、信号発生器２６か らライン３０の上に与えられる、たとえば１Ｏ−１００ｋＨｚの範囲にある周波 数を有する、ＡＣ変調信号によって駆動される。検出電子回路２２が正しく動作 するためには、この位相変調器２８が、検知ルーフ１６の中央ではなく、ループ １６の一端に、たとえば結合器１４のポートＤに近接して配置されていることが 重要である。発生器２６からのＡＣ変調信号はまた、ライン３２上から、ロック −イン増幅器２４へ与えられる。この増幅器は、増幅器２４が、変調周波数にお ける検出器出力信号を同期的に検出できるように、発生器２６からの変調信号を 基準信号として利用している。したがって、増幅器２４は、位相変調器２８の基 本周波数（すなわち、第１調和周波数）における帯域通過フィルタを有効に与え るものであり、この周波数のすべての他の調和周波数をブロックする。この技術 に熟練した人達には、この検出器出力信号の調和成分は、動作範囲にわたって、 ルーフ１６の回転速度に比例することが理解されよう。増幅器２４は、この第１ の調和成分に比例した信号を出力し、回転速度を直接に指示する。

この検出器回路２２のその他の詳細は、１９８２年１０月１４日にＷＯ３２１０ ３４５６号として発行された“ファイバ光学回転センサ”という名称の国際特許 出願第ＰＣＴ／ＵＳ８２１００４００号に記述されており、ここに援用して含め る。この検出系はまた、Ｏｐｔｉｃｓ　ｌ　ｅｔｔｅｒｓ。

Ｖｏｌ、　６．　Ｎｏ、１０　（１９８１年１０月）ｐｐ、５０２−５０４にも 記載されている。本発明に適当な他の検出システムが、ＳＰ　Ｉ　Ｅ、　Ｖｏｌ 、　１５７．レーザ内部回転センサ（１９７８）、ｌ）０．１３１−１３６にお いて発行された、Ｊ、　Ｌ、　Ｄａｖｉｓと３　、Ｅ　ｚｅｋｉｅｌの著作にお いて記述されている。

ファイバ１１に利用される多モードファイバのタイプは、本発明の動作において 、決定的なものではないものと信じられている。したがって、ブラッドインデッ クス形と同様、ステップインデックス形の多モードファイバも使用できる。

しかしながら、温度や振動などのような環境の影響に対する回転センサの動作は 、モードの数に依存するものと思われる。したがって、同程度のサイズをもつブ ラッドインデックス形ファイバよりも多くのモードを保持できる、ステップイン デックス形ファイバの方が望ましい。ここに示した実施例においては、ファイバ １１は、約５０ミクロンのコア直径を有する、ステップインデックス形ファイバ を備えており、ファイバ１９はファイバ１１と同一のものである。

結合器１２および１４として使用するに適当なファイバ光学方向性接合器が、３ ｕｚａｋｉに対して１９７９年１月３０日に発行された、アメリカ合衆国特許第 ４．１３６．９２９号において開示されており、ここに援用して含める。

この特許の第３ａ図ないし第３ｃ図において示されているように、この結合器は 、それぞれの多モードファイバが取付けられる、弓形の溝を有するブロックのペ アを備えている。このブロックの表面は切断されて磨かれており、クラッドとコ アの一部分は、このファイバの１つの側から取り除かれている。その後、ブロッ クの表面は、並べられたファイバのコアの部分を露出された状態で、面と面が向 がい合う関係に配貨される。望ましくは、第１図の結合器１２および１４のそれ ぞれは５０％の結合比を有し、ボートＡから入った光は、ポートＣとＤとに等分 される。第１図の回転センサもまた、結合器１２．１４の代わりにビームスプリ ッタを用いることによって、バルク光学要素から構成されることができる。

本発明に正しい動作をさせるためには、光源１ｏが重要である。特に、光源１０ は、強い非コヒーレント性をもつ光を発生し、ファイバのモードのそれぞれにお ける光の相対的な位相が互いに、本質的に乱雑となる。さらに、それぞれのモー ドの電界振幅の大きさが等しくなるように、光が結合されてファイバに入る必要 がある。後に議論するように、これらの要請の双方が満足される程度にまで、非 回転的に誘起された位相誤差の特定のタイプが除去される。

光源１０として使用するに好ましい光源は、７００ないし９００　ｎｍのオーダ の波長を有する、表面発光形の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ＬＥＤは広が りをもった光源であるため、それぞれのモードが同じ光強度をもって放射される 傾向にある。さらに、ＬＥＤによって生ずる光は、高い非コヒーレント性をもっ ている。一般に、ＬＥＤは、レーザに比べて安価であるため、光源として使用す るに特に望ましいものである。

この代わりに、第１図の仮想線で示されているように、光源１０に接近した位相 変調器４ｏを用いることによって、コヒーレント光源を利用して非コヒーレント 光を発生させることもできる。変調器４０は、変調器２８と同じタイプ、たとえ ば、まわりにファイバ１１が巻かれているＰＺＴシリンダ、であってもよい。変 調器４０は、電子回路２２の検出バンド幅よりも高い、高周波信号または乱雑信 号のいずれかを発生する信号発生器（図示せず）によって駆動される。しかしな がら、この信号発生器の動作周波数は、信号発生器２６の周波数とは異なったも のである必要がある。

さらに、この変調は、ループ１６に到達′する前に行なわれておかねばならない ということは重要なことである。そうでないと、このような変調は、回転信号を 平均化してゼロにしようとするであろう。

非コヒーレント光を与えることに加えて、変調器４ｏがモードスクランブラ（ｒ ａｏｄｅ　５ｃｒａＩＩｌｂｌｅｒ　）として機能し、ファイバのモード中に光 を均等に分布させてもよい。本質的には、比較的小さな直径（たとえば１／２− １インチ）のＰＺＴシリンダのまわりに、たとえば５−１０回はどファイバを巻 き付けることにより、モード間の十分な結合が得られ、モードの電界振幅を実質 的に等しくする。

回転センサが正しい動作を行なうためには、光検出器２０もまた決定的な重要性 を有する。特に、光検出器は、ファイバ軸に垂直に置かれたときにファイバ１９ がら出てくる光のすべてを実質的に遮断するに足る、十分に大きな表面積をもっ ている必要がある。光検出器２ｏの直径は、典型的には、２−１０ＩＩＩｌの範 囲にあり、その厳密なサイズは、多モードファイバ１９の直径ファイバ１９の開 口数（ファイバ１９から出るときの光の広がりを示すもの）および、ファイバ１ ９の終端と光検出器２ｏとの間の距離に依存する。ここに示した実施例において は、光検出器２ｏは、直径１０１１１の通常のＰＩＮまたはアバランシ・シリコ ン光ダイオードである。

動作において、連続光波Ｗｉが、光源１ｏがら入り、ファイバ１１を通って伝播 する。波ｗ１が、結合器１２を通るとき、光の一部分（たとえば５０パーセント ）が、ポートＤを通して失われる。残りの光は、結合器１２のポートＣから、結 合器１４に向かい、ここで、この光は、２つの波Ｗ、とＷ２どに等分され、これ らはループ１６のまわりを、互いに反対方向に伝播する。ルーフ１６を通り抜け た後、この波Ｗ、とＷ２は、結合器１４によって再結合され、光学的出力信号Ｗ Ｏを形成する。再結合された波ＷＯの一部分は、結合器１４のボートＢを通じて 失われ、一方、残りの部分は、結合器１４のボートＡから、結合器１２のポート Ｃまで進行する。ここで、これは再び分離され、その一部分くたとえば５０％） は、ファイバ１９へと転送される。ファイバ１９の終端を出るとすぐに、波ＷＯ は、光検出器２０の上に与えられ、この光検出器は、波ＷＯの光強度に比例した 電気信号を出力する。この光学的出力信号の強度は、波Ｗ１とＷ２との間の干渉 のタイプ〈すなわち、強め合いか、弱め合いか）および干渉の量に比例して変化 する。したがって、この強度は、波Ｗ１とＷ２との間の位相差の関数となってい る。ここで、ファイバ１１が″理想的″（すなわち、ファイバの複屈折は、その 長さ方向に沿って一様である）と仮定すれば、光学的出力信号の強度を測定する ことにより、回転的に誘起されたサグナック位相差を、したがって、ファイバル ープ１６の回転速度を正確に知ることができる。

前に指摘したように、現在の技術状態における多モードファイバは、（１）これ らが複屈折的であり、（２）複屈折は、ファイバの長さ方向に沿って一様ではな い、という点で゛理想的”からはほど遠い。したがって、回転的に誘起されたす ｉナラク位相差と区別できない、非回転的に誘起された位相差（すなわち、位相 誤差）を生ずることになる。本発明においては、これらの位相誤差を除去または 減少させるために、３つの異なった手法を用いている。すなわち、それは、（１ ）高い非コヒーレント性をもつ光を発生する光源を用いることにより、ファイバ のそれぞれのモードで放射された光の相対的な位相を本質的に互いに乱雑にする 、（２）それぞれのモードにある光の電界振幅を等しくする、（３）実質的に、 光学的出力信号パワーのすべてをとらえることのできる、比較的大きな表面積を 持つ検出器を使用する、ことである。これらの手法のそれぞれは、位相誤差の特 定の組または群を対象としたものである。

このようにして、位相誤差を除去し、または減少させることは、第２図を参照し てより完全に理解できよう。第２図では、完全直交モードの任意の組から選ばれ た多モードファイバの、２つの任意のモードの概念的モデルを描いたものである 。この完全直交モードは、このような直交モードの組の電界の線形結合として、 多モードファイバにおける任意の伝播電界パターンを記述することを可能とする ものである。それぞれのモードは、使のモードとは異なった伝播速度をもつもの と仮定する。さらに、複屈折は、ファイバの長さ方向に沿って一様に分布してい ないという事実を考慮して、モード間の光エネルギの結合があるものと仮定する 。エネルギのこのような結合を、ここでは、゛クロス結合”と呼ぶことにする。

実際には多モードファイバは、たとえば、信子ものモードを持つことができるも のと認められるが、本発明の目的のためには２つのモードのみを考え、後に数学 的に示すように、この２つのモードの場合をＮモードの場合に拡張できるものと 理解する。

第２図の概念的ファイバモデルは、検知ループ１６（第１図）を表現するために 利用される。互いに反対方向に伝播する波Ｗ　＋　、　Ｗ　２は、結合器１４に よって、ルーフ１６へ結合するものとして、破線の矢印で概念的に示されている 。この多モード光学ファイバの、例示的に任意に選ばれた２つのモードは、第２ 図において端子Ｃ′およびＤ−のベアを結ぶ第１の線と、端子ＣｒｔおよびＤ　 ｎの第２のベアを結ぶ、第１の線とは平行な第２の線とによって、概念的に表現 されている。第２図の左側にある端子Ｃ′およびＣ″は、結合器１４のポートＣ に対応し、また、第２図の右側にある端子り一およびＤ　”は、結合器１４のボ ートＤに対応する。前述した、端子を結ぶ第１の第２の線は、それぞれ、ファイ バループ１６の任意のモードｉおよびｊを表現するために用いられている。

、モード１とｊとの間のクロス結合は、′ブランチ１”および“ブランチ２”の 符号を付けた、線のベアでそれぞれ表現される。ブランチ１は、端子ＣパとＤ− との間のクロス結合を表現し、一方でブランチ２は、端子Ｃ−とＤ　Ｌ′との間 のクロス結合を裏下する。２つのブランチ１および２の間には、結合は存在しな いものと理解されるが、参照符号５０によって示されたブランチ１とブランチ２ のと交差を゛結合中心”と呼ぶことにする。結合中心５０は、ファイバループの 中心から離れているものとして示されており、ファイバ複屈折はその長さ方向に 沿って一様ではなく、したがって、ファイバループ１６のまわりに、対称的に分 布しないことを示している。したがって、クロス結合した光は、一方のモードが 、他方よりもより長い経路を進行し、このため、それらの間に非回転的に誘起さ れた位相差を生ずる。

第２図に示すように、波〜ｖ１は、ファイバループ１６に結合して、モードＩお よびｊは、それぞれ躍界振８Ｅ　およびＥ　を生ずる。同様に、Ｗ２は、結合さ れてモードＩ添字プラス（＋）およびマイナス（−）は、伝播の方向を示し、ル ーフ１６のまわりの時計回り方向はプラス（＋）符号で、ループ１６の周の反時 計回り方向はマイナス（−）符号で示される。

モードＩおよびＪのそれぞれの光が、ファイバループ１６を通過するとき、モー ド間のエネルギの結合が起こり、それぞれの電界は２つの成分、すなわら添字“ ｓ　”で示される“直進”成分と、添字”ｃ”で示されるバクロス結合”成分と に分離される。したがって、Ｅｌ　は、ルーフ１６を通過する間にモードｉのま ま残る直進成分Ｅ１．と、ルーフ１６を通過する間にモードｊとクロス結合する クロス結合とに分１され：ＥＪ　は、Ｅ；。とＥｊ、とに分離され：また、Ｅ７ 　は、Ｅ″Ｊ、とＥｌｃとに分離される。

光波がフフイバルー１１６を通過した後は、第３図に示したように端子Ｃ−にお ける光は、成分Ｅ；うとＥｌ２とを備え；端子Ｃｎにおける光は、成分ＥＳＳど ＥＪｌとを備え、端子り一における光は、成分Ｅ１．とＥｌｃとを備え；端子Ｄ 　”における光は、成分ＥＪＳとＥＪＣとを備える。これら８個の電界成分は結 合器１４によって結合され、光学的出力信号ＷＯを与える。この技術に熟練した 人達は、一般に、任意の２つの電界成分、たとえばＥｌｓおよびＥｌこの重ね合 １つせによって、検出器２０によって測定される合成強度（１）は、次のように 定められることがわかるであろう。

Ｉ　＝　Ｉｇ、、、、ｌ　＋ＩＥＩｃＩ　＋　２１Ｅ７ｓｌ　ｌＥＥｌ　Ｃ０５ ％　（１）但し、この特定の例では、φは、電界成分ＥＩＳとＦｌ、との間の位 相差である。

第（１）式の最初の２つの項すなわち、ｌ　Ｅ、、ｌ　’およびｌ　Ｅｉｃ　ｌ 　２は、定常状態または“ｄ　、　ｃ　、　”項であり、−六、最後の項は電界 Ｅ１５とＥｌｃとの間の位相差φにに存する大ぎさをもった“干渉パ項である。

　一般に、上に述い８個のｄｃ″項、および位相に依存する２８個の゛干渉”項 、からなる光学強度を検出器２０（第１図）に与える。

位相依存項の組合わせの数は、実際には、ｎ（ｎ−１）または５６個の位相依存 項である。しかしながら、これらの項の半分は、単に、他の半分の順序を入替え たものにすぎず、結局、２８個の余分な項がある。

８ｍのｄｃ項は、第４図において符号１ｄｃで示された単一のベクトル和として 示され、一方、２８個の干渉項は、第４図において符号１ｉで示された単一のベ クトルとして示されている。これらのベクトルＬｌｃおよび１１は、複素平面に おいて描かれている。ファイバループ（第１図）が回転すると、この位相依存ベ クトル■ｉがフェーサの態様でサグナック効果による、回転的に減少された位相 差φＳに等しい角度だけ回転する。干渉ベクトルＩｉの、実軸上への射影は、ベ クトルＬ＋（Ｈに加えられたとき、検出器２０（第１図）で測定されるものとし ての、光学的出力信号ＷＯの全光学強度Ｉ、Ｅ□となる。第５図において、この 光学強度１０吋は、サグナック位相差φＳの関数として描かれ、曲線５２に示さ れたようになる。

第２図を参照して前に説明したように、モード１とｊとの間の結合によって、フ ァイバループ１６が非相反的となり、前述した、電界成分の間の非回転的に誘起 された位相差を生じ、また、回転的に誘起されたサグナック位相差φＳと区別で きない、蓄積された位相誤差φｅを生ずることになる。位相誤差φｅは、フェー サＩｉを回転させ、たとえば、第４図の実線において示した位置から、破線で示 した位置へと移動させる。第５図の曲線５２は、量φｅだけ、たとえば、第５図 の実線で示した位置から破線で示した位置へと移動する。

蓄積された位相誤差φｅを除去または減少させるためには、第２図を参照して議 論した、８個の電界成分の重ね合わせから生ずる、２８個の干渉項を解析するこ とが必要である。最初に、電界成分ビ　とＥＴ　、およびＦトとＥＬは、１５　 １Ｓ 位相誤差に寄与しないと認められる。それは、これらの成分によって表わされる 光は、クロス結合せず、これらのモードのうちの１つの単一モードでループを通 過するからである。しかしながら、他の２６個の干渉項は、蓄積位相誤差φｅに 寄与できる。これらの２６個の干渉項は、３つのグループ、すなわち、以下に示 すグループエ、グループ■およびグループ■に分類されることのできる、電界成 分の２６個のベアに対応する。

り」仁二プニＬ　りＬ−二７１１ 干渉する電界成分のみを上に掲げ、干渉環そのものは記載されていないが、上に 掲げられた成分のベアのそれぞれに対する干渉環は、第（１）式を参照した例に 従って、容易に計算されるものと理解されよう。

グループ■は、異なったモードで出発するが、ループ１６を通過した後に同じモ ードで結合器１４に到達するような電界成分のベアを含んでいる。たとえば、グ ループエにおける成分のベアの最初のものは、モードｉで出発し、ループ１６を 通過する間モードｉのまま残る直進成分Ｅ１５、およびモードｊで出発し、ルー プ１６を通過する間に、モードｉとクロス結合する、クロス結合成分Ｅ、ｃを備 えている。通常は、これらの成分は第（１）式を参照して説明されるように、互 いに干渉するものである。

しかしながら、非コヒーレント光波の間の位相差は乱雑であるため、非コヒーレ ント光波成分の間の干渉は、平均化されて、検出器２０においてゼロとなる。し たがって、それぞれのモードが非コヒーレントの光によって放射されること、す なわち他のモードにある光に対して乱雑であることを保証することにより、グル ープエの干渉環は除去することができる。したがって、たとえば、モードｉが、 モードｊにある光に対して非コヒーレントである光によって放射されるならば、 たとえば成分Ｅ１．とＥｔｃ　との間の平均干渉はゼロとなる。それは、それら の間の位相差は乱雑であり、したがって、平均化されて検出器２０においてゼロ となるからである。同様に、残りの成分、たとλばＥｌ、とＥ−：Ｅ７とＥＴ　 、などの間の干渉は、平均化されてゼロ＋Ｃ＋Ｓ　ＩＣ となる。このため、前述したような非コヒーレント光源１０を利用することによ り、グループエに掲げられた成分の間の干渉、したがって、このような干渉によ って生ずる位相誤差を減少または除去することができる。

グループエの位相誤差を減少させるために必要とされる、非コヒーレンス性の程 度は、モード間の光路長の差の関数である。光源からの光のコヒーレンス長が、 ２つの与えられたモードの間の光路長の差より小さい範囲では、これらの２つの モードに対するグループ■の成分の間の平均干渉、したがって位相誤差は減少す る。Ｎモードの場合には、光源のコヒーレンス長が最も長い光路と、最も類い光 路との間の差よりも小さいときに、位相誤差の減少が生ずる。しかしながら、グ ループエの誤差を実質的に完全に除去するためには、コヒーレンス長はモード間 の最も短い光路長の差よりも小さくなければならない。

グループエの項による、蓄積された位相誤差φｅ　Ｎ）と、コヒ−レンス長との 間の関係は、コヒーレンス長が光路長の差よりも大きな、モードのベアのすべて の可能な結合（基本モードのほか、−膜化偏波モードも含む）の数を確認するこ とによって、近似的に得ることができる。この数を、゛に′と呼ぶことにする。

位相誤差φｅ　（Ｉ）は、したがって、 を含むモードの数である。

たとえば、Ｎ＝３０００モードを有するファイバにおいては、経路長の組合わせ の数はＮ（Ｎ−１＞ないしはく３０００）２となり、これは、９００００００の 可能な組合わせを生じる。これらの経路の組合わせの１％が、光源のとなり、し たがって、この例における、グループエの誤差による、誤差への寄与は、１０　 ラジアンにすぎない。最も現実的な場合において、全位相誤差φｅは、オーダと して、この値たとえば１０　ラジアンを越えない量でなければならない。この値 を第（２）式に代入すると次のようにしたがって、光源１０のコヒーレンス長は 、第（４）式を満足するように選ばねばならない。しかしながら、一般に、コヒ ーレンス長が短くなると、それに従って、グループ■の位相誤差は小さくなる。

この技術に熟練した人達には、ファイバモードの光路長は、ファイバの製造によ って与えられたモード分散データを用いて、計算されまたは計測されることは理 解されよう。

グループ■は、ルー１１６を通過した後に、出発時のモードがどうであったかに かかわらず、異なったモードとなるような電界成分のベアを含んでいる。したが って、たと交しており、直交モードの電界は干渉しないため　グループ■の間の 干渉は起こらない。しかしながら、グループ■の、ベアになった電界のフィール ドパターンは、パ全体的な”意味において直交しているにすぎないことを認識す ることが重要である。これは、フィールドパターン全体がファイバ軸に直角な面 にわたって空間的に平均化され、干渉が除かれねばならないことを意味する。も し、このような空間的な平均化が、フィールドパターンの一部のみにおいて行な われるのであれば、直交性は存在しないこととなろう。たとえば、モードｉおよ びｊの全体的なフィールドパターンが、実質的に空間的な平均化を受けることを 保証するために、本発明は、前述したように、ファイバ１９の終端から出る光の すべてを実質的にとらえる程度に、十分に大きな表面積をもった検出器２ｏを利 用している。

とＥＪｃとの重ね合わせによって生ずる他の干渉環によって、２個だけの干渉環 が生ずる。したがって、それぞれの干渉環が成分の１つのベアから生じ、そのう ちの１つは第１のモードから出発し、ルーフ１６を通過する間に第２のモ−ドと クロス結合する。一方、同じ第１のモードから出発した他方のモードは、同じ第 ２のモードへクロス結合するが、ルーフ１６を反対方向に進行している。これら の干渉環は、たった２個ではあるが、環境に対する感受性が非常に高く、サグナ ック位相差よりも大きなオーダをもち得るような量の、位相誤差を生ずることが 可能である。

が得られる。

が得られる。但し、η１．は、モードｉとＪとの間に結合された電界エネルギの 部分であり、η９．は、モード１とＪとの間に結合された光学的強度の部分であ り；φｐは、端子ＣｒｔとＤ−との間で、一方のモードから他方のモードｌ＼と クロス結合された光に対する、全蓄積位相であり、；φｑは、端子Ｃ−とＤ　ｎ との間で一方のモードから他方のモードへとクロス結合される光に対する全蓄積 位相である。

これらの干渉環（５）および（６）に対応するベクトルが、第６図の複素平面に 、それぞれベクトル５６および５８として描かれている。干渉環（５）と〈６） とは、単にそれぞれベクトル５６と５８との実軸への射影にすぎないことは理解 されよう。ベクトル５６と５８とはベクトル的に加算されて、第７図に示す合成 ベクトル６０どなる。図を簡明にするために、第６図および第７図では、ザブブ ック位相差はゼロであると仮定しである。第７図に示されているように、ベクト ル６０は実軸から位相角φｅ　（Ｉｆｆ）だけ傾いており、これはグループ■の 成分の間の干渉によって、非回転的に誘起された位相誤差を示している。ベタ１ 〜ル６０の、実軸上への射影は、単に、２の干渉環（５）および（６）の代数和 である： 検出器２０は、実軸に沿ったベクトル６０の成分のみを検知しているものである ため、検出器２０の出力は代数和（７）に比例している。したがって、位相誤差 φｅ（ｌｆｆ＞（第７図）は、対応する誤差を検出器２０に生じさせることがわ かるであろう。

もし、１Ｅｉ１２および１Ｅｊｌ’が等しいときには、この形では、量φｐ−φ ｑの変化による効果は、回転的に誘起させたサグナック位相差φＳと区別可能で ある。これは、第８図および第９図を参照するとより完全に理解できるであろう 。すなわち、これらの図は大きさの等しいベクトル５６および５８を作ることに よる、合成ベクトル６０に対する効果を示している。量φｐ−φｑの値にかかわ らず、合成ベクトル６０は常に、実軸に向っており、したがって、ベクトル６０ の方向は量φｐ−φｑの変化と無関係であることがわかるであろう。このような 変化によって、ベクトル６０はその大きさがゆらぐが、このようなゆらぎは検出 器２０の出力に実質的な影響を与えない。それは、後に議論するように、これら の量的ゆらぎは、多モードファイバの多くの他のモードからの、対応する量的ゆ らぎとともに平均化され、したがって、これらのゆらぎの全ての和はゼロになる 傾向があるからである。

このため、それぞれのモードにある光の強度が、他のモードのものと同じ強度を 持つ光によって発生される範囲において、グループ■による位相誤差は、除去さ れることになる。望ましくは、このモードにある光は、結合器１４に到達して、 分離されて反対方向に伝播する波となる時刻までに、強度が等しくなる必要あり 、これによってグループ■の干渉環が、検出器２０における位相誤差をキャンセ ルする、適当な大きざと位相角をもつようになる。さらに、モードのすべては、 光が結合器１４で分離されるときまでに発生されていなければならない。それは 、モードがどの、ような光強度をも持っていなければ、そのモードの強度を等し くすることもなく、それによってグループ■の位相誤差が生ずるからである。も ちろん、すべてのモードが発生されていないような場合でも、複数のモードのう ちのい（つかが実質的に等しい強度となっている限り、グループ■の位相誤差は ある程度は減少する。上述したように、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を 利用して、ファイバモードのすべての中に、光強度を分布させている。

上の解析は、多モードファイバの中におけるモードのベアのすべての組合せに対 して適用でき、同じ結果すなわち位相誤差の除去がなされるであろう。さらに、 多くのモードを利用すれば、検出された光信号の環境に対する感受性が減少する 傾向にある。この件については、第４図および第５図を参照した議論から、検出 器２０によって測定された全光学強度（■、町）が次のようになることが思い出 されモードが振幅の等しい電界（Ｅ）を有する光によって発生されるものと仮定 すると、■　は簡単に；１ｃＪｃ＝２ｉソ１旦１” 、　（１１） となる。ここで、Ｎはファイバモードの数であり、基本モードおよび一般化偏波 モードの双方を含む。

さらに、それぞれのモードによる光が、他のすべてのモードに対して非コヒーレ ントであり、検出器２０が全体的な直交性を保証する十分な表面積を有するもの とすれば、グループＩおよびグループ■の干渉環はゼロとなり、第ここで；η＝ 、は、−モードがらＵ″′　モードへ、またはｕ１モードからＨｔｈ　モードへ の、いずれかの結合を受けた、光学パワーの部分である。籠は、クロス結合を起 こさずに、与えられたモード、たとえばに＋ｈＮモードままとなっているような 、光学パワーの結合していない部分である。

さらに、φ８．は、（１）１つのモードに、ｕで発生し、他方のモードに、ｕに クロス結合して、ルーフ１６をプラス（＋）の方向に通過する光、および（２） 同じ１つのモードに、ｕで発生し、同じ他のモードに、ｕにクロス結合するが、 ループ１６を他方の方向またはマイナス（−）方向に通過する光の全蓄積位相差 である。モード１．Ｊに関連した、上記議論（第２図）においては、位相角φ８ ｕは、量φｐ−φｑに等しい。

項の和から生ずる光学強度である。これらの、上述した“直進″成分は、位相誤 差を生じないが、それにもががねらず、これらは回転的に誘起された゛″サグナ ツク位相差に応答して干渉する。第（１２）式の右辺の残りの項は、グループ■ の成分に伴なう干渉環の和から生ずる光学的強度である。（第（１２）式を、第 〈９）式と比較のこと。）すべてのモードが同じ強度を持つ限り、このような干 渉環が、位相誤差を生ずることはないことを思い出すであろう。

進″干渉項と、グループ■の“クロス結合”干渉環との双方が、Ｎモードにわた って足し合され、その後Ｎで割られると、これらはＮモードにわたって平均化さ れたものとみることが可能であることがわかるであろう。もし、多くのモードが ある場合には、ファイバの摂動にょるξとηの変化が平均化され、より安定な信 号となる。信号の安定性は１／−＆に比例する。

これに加えて、位相角φｋｕは、０がら３６ｏ°の間の任意の値をとることがで き、この値は、正または負のいずれにもなり得るということは、注意しておくべ きことである。

したがって、モードの数が増加すると　（ＯＳ　φζ」の平均値は、ゼロに向か い、このため、第（１３）式は、次のよう実際問題としては、 であり、また である。第（１５）式を第（１４）式へ代入し、第（１４）式と第（１５）式を 第（１０）式に代入すると次のようにしたがって、検波器２０によって測定され る光学的出力信号ＷＯは、第５図の実線で描かれた曲線５２によって示されるよ うに、回転的に誘起されたサグナック位相差φＳに応答して変化することになる 。グループＩ　、Ｉ［および■の位相誤差を取除くことにより、全蓄積位相誤差 φｅはゼロとなり、曲線５２は、たとえば第５図のφＳ軸に沿って移動しなくな るように、位相に関して安定になる。さらに、曲線５２の振幅は、安定のままで あるようになり、環境因子によって発生ずる複屈折における変化に対して実質的 に鈍感となる。それは、残りの干渉環がファイバのＮモードにわたって平均化さ れるからである。曲線５２の振幅の安定性は１／瓜に比例する。

本発明の回転センサはまた、ファイバループにおいて後方散乱された光の効果を もさらに減少させる。この件については、現在の技術状態における光学ファイバ は、光学的に完全でなく、微小な量の光を散乱してしまう不完全性を持っている ことは気が付くであろう。この減少は一般に、レイリー散乱と呼ばれている。こ のような散乱によって、ある程度の光がファイバから失われるものの、このよう な損失の量は比較的小さく、したがって、大きな関心事ではない。

レイリー散乱に伴なう主要な問題は、その最初の伝播方向と反対の向きに、ファ イバ中を伝播するように反射される光の部分に関係している。これは一般に、“ 後方散乱”項と呼ばれる。このような後方散乱がルーフ１６を同じ向きに進行す る光に対してコヒーレントである限り、それは、強め合いまたは弱め合うように 干渉し、それによって光検知器２０によって測定された光学的検知出力ＷＯの強 度が変化する。本発明では、それぞれのモードが他のモードと非コヒーレントな 光によって発生される光源１ｏを用いることにより、このような干渉は減少する 。したがって、たとえばモードｉから出発するが、他のモードたとえばモードｊ によって捉えられる後方散乱光は、この点他方のモードたとえばモードｊと干渉 しない。さらに、光波が結合器１４において再結合されるとき、たとえばモード ｉにある光は、モード１で出発し、他のモードたとえばモードｊで捉えられた後 方散乱光とは干渉しない。それは、これらのモードは直交しているからである。

したがって、干渉を生ずる、唯一の後方散乱光は、特定のモードで出発し、ルー フ１６を通過する間、同じモードのままであるような、後方散乱光である。効果 において、後方散乱光は、Ｎモードにわたって平均化され、後方散乱光からの干 渉の量は、モードの数に逆比例することになる。このため、後方散乱を減らすに は、多くのモードを持ったファイバを使用することが望ましい。

第１図および第１０図に示された本発明の第２の実施例においては、単一モード （すなわち、特定の基本モードの中の単−一般化偏波モードのうちの１つ）を通 過させ、一方、他のすべてのモードにある光を阻止する双方向性（ｂｉｄｉｒｅ ｃｔｉｏｎａｌ　）モードフィルタを利用する。この好ましい実施例では、モー ドフィルタは結合器１２および１４の間の、ファイバ１１の光路中に位置する透 過ホログラム７０を備えており、入力光波Ｗ１がフィルタ７０を通って、ループ １６の方向へと向い、また、出力光波Ｗｏは、これど同じフィルタを通って検出 器２０の方向へと向う。第１０図を参照すると、フィルタ７０は、ファイバ１１ の光路中に、ファイバ１１の連続的な撚り線を結合器１２と１４との間の所望の 位置で切断し、２つのファイバ部分１１ａおよび１１ｂを与えることによって配 置されている。そして、フィルタ７０はファイバ部分１１ａおよび１１ｂの間に 置かれ、入ってくる波Ｗｉと出ていく波ＷＯとを遮る。

この技術に熟練した人達は、このようなホログラムフィルタ７０が、第１１図に 示した方法を利用することによって作られることに気付くであろう。ここに示す ように、この方法は、非常に短い（たとえば１０ＣＩＤ）であることを除けば、 それぞれファイバ部分１１ａおよび１１ｂに同一である、多モードファイバ８０ ．８２のペアを利用する。ファイバ８０と８２とのペアおよび、ホログラフプレ ート８４は、ファイバ部分１１ａ、１１ｂおよびフィルタ７０が所望の位置とな るよう、厳密に、相対的に配置される。ファイバのペア８０．８２のこの所望の 単一モード（すなわち、フィルタ７０ＬよつＣ送出されるべきモード）は、それ ぞれ光波Ｗａ　、　Ｗｂのペアによって発生され、これら双方は、プレート８４ に向って伝播するよう向けられる。このため、ファイバ８０．８２から出た光は 、ホログラフプレート８４によって遮られる。ここに示した実施例において、フ ァイバ８０．８２は、波Ｗａ、Ｗｂがその互いに反対側の方向からプレートに当 たり、プレート８４の、厳密に同じ面積を覆う。小ログラフプレート８４は、こ のような方法で露光した後、このプレートは現像され、ファイバ部分１１ａおよ び１１ｂの間に置かれ、フィルタ７０を与える。フィルタ７０およびファイバ部 分１１ａ、１１ｂが、フィルタ７０の製造の間に用いられたホログラフプレート ８４およびファイバのペア８２．８４があった位置に、相対的に、厳密に置かれ る限り、フィルタ７０は、所望の単一のモードのみを通過させ、他のすべてのモ ードを阻止する。

モードフィルタ７０を使うことによる位相誤差の除去は、第２図を参照して議論 されたモードｉおよびＪの概念的モデルを参照してより完全に理解されよう。こ の件については、フィルタ７０は、モードｉの光を通過させ、一方、他のすべて のモード、たとえばモードＪを阻止する。したがって、入ってくる光波Ｗｉがフ ィルタ７０を通過した後、ファイバ部分１１ｂ　（第１０図）に入ってくる唯一 の電界成分は、ＥＩとなる。ルーフ１６を通過する間、モード間のクロス結合に 起因するモードミキシングが起こり、互いに反対方向に伝播する光が結合器１４ において再結合され、光学的出力信号ＷＯを形成するとき、次に示す電界成分の ペアに対応する干渉項のみが存在する：光学的出力信＠ＷＯが、フィルタ７０を 通ってファイバ部分１１ｂからファイバ部分１１ａ　（第１０図）へ通過すると き、“Ｊ”の添字を持つ成分のすべては取除かれ、干渉成分Ｅ丁、およびＥ；の みを残す。これらの成分のペアの間の干渉は、位相誤差へは寄与しないため、検 出器２０で測定された光学的出力信号ＷＯには、位相誤差は存在しない。この第 ２の実施例の光学的出力信号ＷＯは、実質的にその強度が、最初に述べた実施例 の強度より小さくなっている。これは、多モードファイバの単一のモードのみを 使用しているためであり、最初の実施例と同様、この第２の実施例は、比較的安 価な多モードファイバを使うことができるという利点を有する。

虚軸 イラク、４ ４７り５ ル曵史 坊 虚軸 す イ７夕、１０ イワ夕、〃

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　光波を発生する光源手段１０： 前記光波についての複数の基本モードを保持し、サグナック効果に従って回転の 検知を行なうループを形成する多モード光学ファイバ１１； 前記光波を前記ルーフ１６に結合して、前記ループを互いに反対方向にまわって 伝播する光波のペアを与え、かつ前記光波のペアを結合し、前記ルー１１６を通 過した後の前記波のペアの間の位相差に比例する強度を持った光学的出力信号を 形成する手段１４： 前記光波のペアの間の非回転的に誘起された位相差を減少させ、サグナック効果 によって誘起された位相差の検出を可能とする手段１０，２０； を備える、多モードファイバ光学回転センサ。 ２、　前記光学的出力信号を検出して、前記ループ１６の回転速度を測定する手 段２０、をさらに備え、前記検出手段２０によって検出された前記光学的信号は 前記多モードファイバ１１のすべてのモードからの光を含む、請求の範囲第１項 記載の回転センサ。 ３、　前記光源手段１０は、前記７７１′バ１１の複数のモードを放射し、前記 多モードファイバ１１のそれぞれのモードは、他のモードに放射された光に対し て実質的に非コヒーレントな光によって放射される、請求の範囲第１項記載の回 転センサ。 ４、　前記光源手段１０によって生成された光のコヒーレンス長は二に≦０．０ １Ｎ２のようなものであり、但し二Ｎは前記光ｉｉｏに対する前記多モードファ イバ１１の伝播モードの数、であって；には、前記ルーフ１６の中の光路差が、 前記コヒーレンス長よりも大きいようなモードのペアの数である、請求の範囲第 ３項記載の回転センサ。 ５、　前記光源手段１０は発光ダイオードを備える、請求の範囲第３項記載の回 転センサ。 ６、ｔｉｊＪ記光源手段１０は、前記光源手段１０によって生成された光を位相 変調する手段４０を備える、請求の範囲、第３項記載の回転センサ。 ７、　前記位相変調手段４０は、乱雑な周波数において駆動されている、請求の 範囲第６項記載の回転センサ。 ８、　前記光学的出力信号を検出して、前記ルーフ１６の回転速度を測定する手 段２０．２２をさらに備え、前記位相変調手段４０は、前記検出手段２０．２２ のバンド幅の外側にある周波数で駆動されている、請求の範囲第６項記載の回転 センサ。 ９、　前記位相変調手段４０は、前記光源手段１０と前記結合手段１４との間に 配置されている、請求の範囲第６項記載の回転センサ。　″ １０、　前記結合手段１４は、ファイバ光学方向性結合器を備える、請求の範囲 第１項記載の回転センサ。 １１、　前記減少手段１０．２．、Ｏは、前記光学的出力信号のすべてを実質的 に遮る検出器２０を備える、請求の範囲第１項記載の回転センサ。 １２、　前記光学手段１０からの前記光波は、前記ファイバ１１の複数のモード へと放射され、その放射は、複数のモードのそれぞれにある光が実質的に等しい 強度を持つように行なわれる、請求の範囲第１項記載の回転センサ。 １３、　前記光源手段１０は、発光ダイオードを備える、請求の範囲第１１項記 載の回転センサ。 １４、　前記光源手段１０は、前記複数のモードにある前記光のそれぞれの強度 を等しくするためのモードスクランブラ４０を備える、請求の範囲第１２項記載 の回転センサ。 １５、　前記減少手段は、モードフィルタ７０；をざらに備え、 前記多モードファイバはさらに 前記光源手段１０と前記モードフィルタ７０との間の光路を与える第１のファイ バ部分１１ａ：前記モードフィルタ７０と前記結合手段１４との間の光路を与え る第２のファイバ部分１１ｂ：を形成し：前記第１と第２のファイバ部分１１ａ 、１１ｂは前記モードフィルタ７０が前記光波および前記光学的出力信号のいず れをも遮るように前記モードフィルタ７０とともに動作して、前記光源手段１０ と前記結合手段１４との間の光路を与え、前記モードフィルタ７０は、前記ファ イバの前記複数の基本モードの１つの単一基本モードのみからの光を、また前記 単一基本モードの中の１つの単−一般化偏波モードのみからの光を通すが、他の すべてのモードからの光を特徴とする請求の範囲第１項記載の回転センサ。 １６、　前記モードフィルタ７０はホログラムを備える、請求の範囲第１５項記 載の回転センサ。 １７、　発光ダイオード； 前記発光ダイオードによって生成された光の、複数の基本モードを保持する多モ ード光学ファイバ１１、を備え、前記ファイバは回転を検知するルーフ１６を形 成し、前記ダイオードは前記ファイバ１１への光を与えるように結合された、多 モードファイバ光学回転センサ。 １８、　前記ダイオードからの光を結合して、前記ループのまわりを互いに反対 の向きに伝播する光波のベアを与え、前記光波を結合して光学的出力信号を形成 する手段１４、および 前記光学的信号のすべてを実質的に遮るようにサイズと配置が定められた検出器 ２０、をさらに備える、請求の範囲第１７項記載の回転センサ。 １９、　光波のベアを結合して、前記光波における複数の基本モードを保持する 多モードファイバから形成された多モードファイバループ１６を通して互いに反 対方向に伝播させ； 前記多モードファイバループ１６を回転して、前記光波の間の位相差をサグナッ ク効果によって誘起させ：前記光波を結合して光学的出力信号を形成させ；前記 光学的出力信号を検出器２０に与え；前記検出器２０を、前記光学的出力信号の すべてを実質的に遮るに十分な大きな表面積を持つように選択することによって 、前記互いに反対方向に伝播する波の間に非回転的に誘起された位相差を減少さ せることを含む、サグナック干渉計において回転を検知する方法。 ２０、　光波のベアを結合して、前記光波における複数の基本モードを保持する 多モードファイバから形成された多モードファイバループ１６を通して伝播させ ；前記多モードファイバ１１の前記複数のモードのそれぞれを、前記多モードフ ァイバの他の前記複数のモードに放射された光に対して実質的に非コヒーレント の光を用いて放射させることにより、前記光波の間に非回転的に誘起された位相 差を減少させ；かつ、 前記互いに反対方向に伝播する光波の間の位相差を検出することを含む、サグナ ック干渉計において回転を検知する方法。 ２１、　次のような関係を持つコヒーレンス長を有する光源１０を選択すること をさらに含む、請求の範囲第２０項記載のサグナック干渉計において回転を検知 する方法。 Ｋ≦０．０１Ｎ２ ス長よりも大きな光路差を持つモードのベアの数である。 ２２、　光波を結合して、前記光波の複数の基本モードを保持する多モード光学 ファイバ１１から形成されたファイバループ１６を通して、互いに反対方向に伝 播させ：かつ、前記多モードファイバ１１のモードにある光の強度を実質的に等 しくすることにより、前記光波のベアの間に非回転的に誘起された位相差を減少 させることを含む、サグナック干渉計において回転を検知する方法。 ２３、　前記減少を行なうステップは、発光ダイオードからの光を結合して前記 ファイバ１１に与えることを含む、請求の範囲第２２項記載のサグナック干渉計 において回転を検知する方法。 ２４６　＃記減少を行なうステップは：光ｉ１０からの光を結合して前記ファイ バ１１に与え：前記光源１０からの前記光をモードスクランブラ４０を通して通 過させることを含む、請求の範囲第２２項記載のサグナック干渉計において回転 を検知する方法。 ２５、　光波のベアを結合し、前記光波の複数の基本モードを保持する多モード ファイバ１１から形成された多モードファイバループ１６を通して伝播させ：（ １）　前記多モードファイバ１１の前記複数のモードのそれぞれを、前記多モー ドファイバ１１の他の前記複数のモードに対して実質的に非コヒーレントな光に よって放射させ：
2. （２）　前記多モードファイバ１１のモードにある光の強度を実質的に等しくさ せることによって、前記光波のペアの間に非回転的に誘起された位相差を減少ざ ゼることを含む、サグナック干渉計において回転を検知する方法。 ２６、　前記減少を行なうステップはざらに：前記光学的出力信号のすべてを実 質的に遮るに十分な大ぎな表面積を持つ検出器２０を選択し：かつ前記検出器２ ０を前記光学的出力信号のすべてを実質的に遮るように位置決めすることを含む 、請求の範囲第２５項記載のサグナック干渉引において回転を検知する方法。