JPS61230024A - フア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】 発明の背景 この発明は、一般に、回転センサに関するものであり、
特定的に言えば、ファイバ光学回転センサに関するもの
である。さらに特定的に言えば、この発明は、回転ファ
イバ光学ループのサグナック（Ｓａｇｎａｃ）位相シフ
トを補償して、回転速度および角変位を測定するために
、差動周波数伝搬を用いる、航空機の航法に適するファ
イバ光学回転感知システムに関するものである。

ファイバ光学リング干渉計は、典型的に、互いに逆方向
に伝搬する光波を有するファイバ光学材料のループを含
む。ループを通過した後、互いに逆方向に伝搬する波は
結合され、それゆえにその波は、建設的または破壊的に
干渉し、光学出力信号を形成する。光学出力信号の強度
は、逆方向に伝搬する波の相対位相に依存している干渉
の型と量との関数として変化する。

ファイバ光学リング干渉計は、回転感知に特に有用であ
ることが証明されている。ループの回転はミ位相差の量
がループの角速度の関数である周知のサグナック効果に
従って、互いに逆方向に伝搬する波の間に相対位相差を
作り出す。互いに逆方向に伝搬する波の干渉によって生
じる光学出力信号は、ループの回転速度の関数として、
強度が変化する。回転感知は、光学出力信号を検出し、
かつ光学出力信号を処理し、回転速度を決定することに
よって成し遂げられる。

慣性航法に応用するのに適するものにするために、回転
センサは、非常に広いダイナミックレンジを有しなけれ
ばならない。回転センサは、毎時０．０１’　とイウ低
さ、オヨび毎秒１．０００”という高さの回転速度を検
出することが可能でなければならない。測定されるべき
上限下限の比率は、はぼ１０９である。

オーブンループファイバ光学ジャイロスコープの出力は
、検出された回転速度を示す基準に応答する位相シフト
を有する正弦波形である。その正弦波は、非線形であり
、かっ−価でなく、そのことは正確な測定値を得ること
を困難にしている。

振幅はまた、それが変動する数個のパラメータに依存し
ているため、変動する。

低いバイアスレベル、および回転に対する高い感知を有
するあらゆるファイバジャイロスコープが構成されてい
る。しかしながら、以前のすべてのファイバジャイロス
コープのダイナミックレンジは、非常に制限されており
、かつその出力は、回転速度に関しては非線形である。

発明の概要 この発明は、航空機の航法システムのような応用に用い
るための、以前のすべてのファイバ光学ジャイロスコー
プの欠陥を克服する、すべてのファイバ光学ジャイロス
コープを提供する。この発明は、２つの等しい大きさの
逆方向に伝搬する光波を有する、ファイバ光学材料のル
ープを含む。

感知ループへの光波入力は、予め定められた偏光を有し
、かつその波の偏光は、ループで制御される。感知ルー
プは、周波数シフタ、および位相変調器を含む。サーボ
制御回路は、感知ループ、および位相変調器を制御する
発振器から出力信号を受ける。サーボ制御ループは、感
知ループの出力を零にするように、周波数シフタを制御
する。位相シフトの量を制御するために用いられるフィ
ードバック信号の周波数は、感知コイルの回転速度に線
形に比例する。フィードバック制御信号の各サイクルは
、感知コイルの回転の固定の角度増分に対応し、それゆ
えに、フィードバック制御信号のサイクル数をカウント
することで、回転の量を直接測定することができる。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、この発明による閉ループファイバ
光学ジャイロスコープシステム１０は、低コヒーレント
光ソース１２を含み、これはファイバ１４へ入力力され
る低コヒーレント光のビームを出力する。光は、ファイ
バ１４を介して偏光制御器１６のボート１まで伝搬し、
偏光制御器１６は、ボート２で、予め定められた偏光の
光をファイバ光学方向性結合器１８へ出力する。結合器
１Ｂは、典型的に５０％の結合係数を有し、それゆえに
、光入力の半分は、第２フアイバ２０へ結合し、それか
ら、Ｅｌで示されるようにジャイロスコープシステム１
０から消滅される。

方向性結合器１８への光入力の残りは、方向性結合器１
８のボート２まで伝搬し、それから、線形偏光器２２へ
入力される。線形偏光器２２は、通常、望ましくない偏
光の光をファイバ１４から結合している間に、所望の線
形偏光がファイバ１４内で伝搬することができるように
選択される。

ファイバ１４から結合される望ましくない偏光の光は、
信号強度の損失を表わす。したがって、偏光器２２は、
好ましくは、望ましくない偏光の強度を示す誤差信号を
生じる電子フィードバック回路２４を含む。誤差信号は
、ネガティブフィードバック信号として偏光制御器１６
へ入力され、偏光制御器１６を調整し、それゆえに偏光
器２２への光入力は、本質的に所望の偏光のみを有する
。

選択された偏光の信号は、それから、偏光器２２から、
第２方向性結合器２６のボート１まで伝搬し、その方向
性結合器２６は、好ましくは、等しい強度を有する逆方
向に伝搬する信号をファイバ１４に生じさせるように、
５０％の結合効率を有する。結合器２６を介して真っ直
ぐに伝搬し、かつボート２で出力される光は、その後、
右回り波と呼ばれる。その右回り波は、ファイバ１４の
感知コイル３２を通過する前に、位相変調器３０に出く
わす。

ファイバ光学結合器２６で交差結合され、かつポート４
で出力される光は、左回り波と呼ばれる。

その左回り波は、第２偏光制御器３４上に入射される。

偏光制御器３４から通過する光は、線形偏光器３６に入
り、そのため、選択された線形偏光の光のみがファイバ
１４内に留まることができる。

左回り波の望ましくない偏光コンポーネントは、ファイ
バ１４から結合される。フィードバック回路３８は、望
ましくない偏光強度を処理し、ネガティブフィードバッ
ク信号として、偏光制御器３４へ入力される誤差信号を
生じ、望ましくない偏光の強度を最小にする。

選択された偏光の光は、偏光器３６から周波数シフタ４
０まで伝搬し、周波数シフタ４０は、線形偏光器４２へ
入力される出力を有し、線形偏光器４２は、偏光器３６
と同様に、第２の選択された偏光の光のみがファイバ１
４内を伝搬することができるように調整される。線形偏
光器３６は、周波数シフタ４０に所望の偏光の光を送り
出すようにセットされる。線形偏光器４２に供給される
周波数シフタ４０の出力は、線形偏光器３６の出力に直
交する偏光を有する。偏光器４２は、損失なく、この入
力を通過させるようにセットされる。

偏光器４２から出力される左回り波は、偏光制御器４６
を介して伝搬し、それから感知コイルを通過し、それか
らファイバ１４で、位相変調器３０まで伝搬を続ける。

位相変調器を介して通過した後、交差結合した信号は、
それから方向性結合器２６のボート２上に入射される。

右回り波は、左回り波と反対の方向に、ループ３２を通
過する。感知コイル３２を通過した後、右回り波は、偏
光制御器４６を介して、偏光器４２まで伝搬する。電子
フィードバック回路４４は右回り波で望ましくない偏光
の光の強度を処理し、偏光制御器４６へ入力されるネガ
ティブフィードバック信号を生じる。所望の線形偏光を
有する右回り波の部分は、方向性結合器２６へ入力する
ために、ポート４へ伝搬する前に、ファイバ１４で、周
波数シフタ４０、偏光器３６、および偏光制御器３４ま
で伝搬する。周波数シフタ４０の右回り波の出力は、偏
光器３６が伝搬するようにセットされる偏光を有し、そ
れゆえに偏光器３６は、右回り波に影響を及ぼさない。

方向性結合器２６のポート４へ入力される信号の半分は
、真っ直ぐに伝搬し、ポート３で出力され、かつポート
３と交差結合するポート２への入力の半分とコヒーレン
トに結合される。ポート４で方向性結合器２６へ入力さ
れる信号の半分は、ポート１と交差結合し、かつ結合器
２６を介して、ポート２からポート１まで真っ直ぐに伝
搬した信号の部分と結合される。結合された波は干渉し
、かつ干渉パターンを生じさせる。

再結合された波は、ポート１で結合器２６を出て行き、
かつ線形偏光器２２まで伝搬し、線形偏光器２２は、再
結合された波から望ましくない偏光を除去する。所望の
偏光の再結合された波の部分は、線形偏光器２２から方
向性結合器１８まで伝搬し、そこで、再結合された信号
の半分は、方向性結合器１８のポート２からポート３に
結合し、それから検出器４８上に入射される。

発振器５０は、位相変調器３０、およびコヒーレント復
調器５２に信号を供給し、コヒーレント復調器はまた、
右回り波および左回り波のサグナック位相シフトを示す
検出器４８から信号を受ける。コヒーレント復調器５２
の出力は、電圧制御発振器５６を駆動するサーボループ
電子回路５４へ入力される。電力制御発振器５６の出力
の一部は、周波数シフタ４０へ入力される。電圧制御発
振器５６の出力の残りは、光学ジャイロスコープシステ
ム１０の信号出力を形成し、かつ感知ループ３２の回転
速度およびその角変位を示す。

アップ−ダウンカウンタ５５は、好ましくは、２重チャ
ンネルカウンタであり、電圧制御発振器５６から信号出
力を受ける。信号のゼロクロスをカウントすることによ
って、アップ−ダウンカウンタ５５は、回転速度を示す
信号を生じさせる。

回転速度は、適当な表示装置５７上に表示される。

第２３図を参照すると、ファイバ光学回転センサ１０は
、感知ループ３２Ａを含み、その感知ループ３２Ａは、
第１図に示されるものと実質的に同一の下方分岐、およ
び下方分岐のものと実質的に同一のファイバ光学コンポ
ーネントを含む上方分岐を含む。上方および下方分岐の
対応するコンポーネントは、同一の機能を果たす。

結合器２６から上方分岐への光入力は、位相変調器３０
から偏光制御器３４Ａまで、それから、フィードバック
回路３８と類似のフィードバック回路３８Ａを含む偏光
器３６Ａまで伝搬する。所望の偏光の光は、ファイバ１
４に留まり、かつ望ましくない偏光の光は、フィードバ
ック回路３８Ａによって処理され、偏光制御器３４Ａを
調整し、偏光器３８Ａへの入力を生じさせ、その結果、
所望の偏光の強度を最大にし、かつファイバ１４によっ
て伝搬される光学信号から望ましくない偏光のコンポー
ネントを実質的に除去する。

偏光器３６Ａを出て行った後、信号は、周波数シフタ４
０と実質的に同一である周波数シフタ４０Ａまで伝搬す
る。発振器５６Ａは、その量を制御し、その量だけ、周
波数シフタ４０Ａは、伝搬する光学信号の周波数をシフ
トする。周波数シフトを受けた後、信号は、偏光器４２
Ａまで、それから偏光制御器４６Ａまで伝搬する。フィ
ードバック回路４４Ａは、偏光器４２Ａと偏光制御器４
６Ａとの間で接続される。

回転速度および角変位を測定するために、完全なジャイ
ロスコープシステム１０の動作方法を説明する前に、ジ
ャイロスコープシステム１０のファイバ光学コンポーネ
ントの構造および動作方法を説明する。

ファイバ光学方向性結合器 光学結合器１ｇと２６はともに、実質的に同一である。

したがって、光学結合器１８の構造および動作方法の次
の説明は、この発明の単一モードファイバ構成で使用さ
れる結合器のすべてに適用できる。

第１図に図解される、結合器１８．２６のように、単一
モードの応用で用いるのに適するファイバ光学方向性結
合器は、１９８０年、３月２９日発行のエレクトロニク
ス争しターズ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＬｃｓ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ）、第１６巻、第７号、２６０−２６１頁に説明さ
れる。

第２図および第３図に図解されるように、たとえば、結
合器１８は、１対のサブストレートまたはブロック６６
および６８の光学的に平坦な向かい合った表面にそれぞ
れ形成される１対の湾曲した溝６２および６４にそれぞ
れ載置される１対の単一モードの光学ファイバ５８およ
び６０を含む。

溝６２に載置されるファイバ５８を有するサブストレー
ト６６は結合器の半分７０を含み、かつ溝６４に載置さ
れるファイバ６０を有するサブストレート６８は、結合
器の半分７２を含む。

湾曲した溝６２および６４はそれぞれ、ファイバ５８お
よび６０の直径に比べて非常に大きい曲率半径を有する
。溝６２．６４の幅は、ファイバの直径よりわずかに大
きく、そのため、ファイバ５８および６０は、溝６２お
よび６４の底部壁によって規定される経路にそれぞれ一
致することができる。溝６２および６４の深さは、それ
ぞれサブストレート６６および６８の中央での最小値か
ら、それぞれサブストレート６６および６８の端部での
最大値まで変化する。溝の深さの変化のため、ファイバ
光学ファイバ５８および６０は、溝６２および６４にそ
れぞれ載置されるとき、サブストレート６６．６８の中
央へ向かって徐々に収束し、かつ端部へ向かって発散す
ることができ、それによって、モード摂動を介してパワ
ー損失を生じさせる、ファイバ５８．６０の方向のいか
なる鋭い曲がりまたは急激な方向の変化をも除去する。

溝６２および６４は、断面が矩形であるが、他の適当な
断面形状、たとえば、ファイバ５８゜６０を収容するＵ
字形またはＶ字形を用いてもよいことが理解されよう。

示される実施例でのサブストレート６６．６８の中心に
おいて、ファイバ５８．６０がそれぞれ載置される溝８
２．６４の深さは、製造後のファイア（５８，６０の直
径より小さい。サブストレート６６．６８の端部におい
て、溝６２．６４の深さは、好ましくは、ファイバ５８
．６０の直径と少なくとも同じくらいである。ファイバ
光学材料は、ファイバ５８．６０の各々から、たとえば
研削および研磨によって除去され、サブストレート６６
．６８の直面する表面と同一平面上にある楕円形の平ら
な表面を形成する。ファイバ光学材料が除去されたこれ
らの楕円形の表面は、相互作用領域７４を形成する。し
たがって、除去されたファイバ光学材料の量は、サブス
トレート６６．６８の端縁へ向かう零から、サブストレ
ート６６゜６８の中心部へ向かう最大値まで徐々に増加
する。

ファイバ光学材料のこのテーバ状の除去により、ファイ
バ５８．６０は、徐々に収束および発散することができ
、これは、逆方向の反射および光エネルギの過度の損失
を避けるのに有利である。

示される実施例では、結合器の半分７０および７２は実
質的に同一であり、かつサブストレート６６および６８
の表面が直面するように置くことによって組立てられ、
それゆえに、ファイバ５８および６０の対向する表面は
、面した関係に並置される。

光は、相互作用領域におけるエバネセントフィールド結
合によって、ファイバ５８．６０間を転送される。適当
なエバネセントフィールド結合を保証するために、ファ
イバ５８．６０から除去される材料の量が、ファイバ５
８．６０のコア部分間の間隔が予め定められた臨界ゾー
ン内にあるように注意深く制御されなければならないこ
とが知られている。エバネセントフィールドは、クラッ
ドへ短い距離だけ延び、かつファイバコアの外側で、距
離とともに大きさが急速に減少する。したがって、十分
な材料は、ファイバ５８．６０のエバネセントフィール
ド間で、ファイバ６０．５８のコアとそれぞれ重なるこ
とができるように除去されなければならない。極めて少
量の材料が除去されれば、コアは、エバネセントフィー
ルドが所望の導波モードの相互作用を生じさせることが
できるほど十分接近しないだろう。したがって、その結
果、不十分な結合となる。逆に、極めて多量の材料が除
去されれば、ファイバの伝搬特性は変えられ、その結果
、モード摂動による光エネルギの損失を生じる。しかし
ながら、ファイバ５０のコア間の間隔が臨界ゾーン内に
あるとき、各ファイバ５８．６０は、他のファイバ５Ｌ
６０から、エバネセントフィールドエネルギのかなりの
部分を受け、かなりのエネルギ損失なしに良好な結合を
成し遂げる。臨界ゾーンは、ファイバ５８および６０の
エバネセントフィールドが、エバネセントフィールド結
合を提供するのに十分な強さで、ファイバ６０．５８の
コアにそれぞれ重なる領域、すなわち、各コアが他のコ
アのエバネセントフィールド内にある領域を含む。しか
しながら、前に示したように、モード摂動は、コアが互
いに極めて近接するときに生じる。たとえば、弱い導波
モード、たとえば、単一モードのファイバにおけるＨＥ
１１モードに対しては、モード摂動は、ファイバ５８．
６０から十分な材料が除去され、ファイバコアを露出す
るとき、生じ始める。したがって、臨界ゾーンは、エバ
ネセントフィールドが、実質的なモード摂動により誘起
されるパワー損失なしに結合を生じるのに十分な強度で
重なるコア間隔として規定される。

特定の結合器に対する臨界ゾーンの広がりは、多くの相
関するファクタ、たとえばファイバ自身のパラメータ、
および結合器の幾何形状に依存する。さらに、ステップ
型屈折率のプロフィールを有する単一モードファイバに
関しては、臨界ゾーンはかなり狭い。示されるタイプの
単一モードファイバ結合器において、結合器の中心にお
けるファイバ５８．６０間の必要な中心間隔は、典型的
に、コアの直径の数倍（たとえば２−３倍）より小さい
。

好ましくは、ファイバ５８および６０は、（１）互いに
同一であり、（２）相互作用領域７４において同一の曲
率半径を有し、かつ（３）相互作用領域７４を形成する
ために、そこから除去される等しい量のファイバ光学材
料を有する。したがって、ファイバ５８．６０は、相互
作用領域７４を通じて、それらの対向する表面の平面で
対称であり、それゆえに、それらの対向する表面は、重
ねられれば同一の広がりを有する。それゆえに、２つの
ファイバ５８および６０は、相互作用領域７４において
同一の伝搬特性を有し、それによって、異種の伝搬特性
に関連する結合における減少を避ける。

サブストレートまたはベース６６．６８は、適当な剛性
材料で製作されてもよい。好ましい実施例では、ベース
６６．６８は各々、一般に、はぼ長さ１インチ、幅１イ
ンチ、および厚さ０．　４インチの融解石英ガラスのサ
ブストレートを含む。

この実施例では、光学ファイバ５８．６０は、適当なセ
メント（示されていない）、たとえばエポキシ接着剤に
よって、それぞれ溝６２．６４に固定される。融解石英
サブストレート６６．６８の一利点は、ガラスファイバ
と類似の熱膨張係数を有することである。この利点は、
サブストレート６６．６８、およびファイバ５８．６０
が、製造工程中に何らかの熱処理を受ける場合に特に重
要である。いくつかの応用のために、結合器１８は、２
つのファイバ５８および６０のみを含み、対応する露出
されたコア部分が、サブストレート６６゜６８に固定さ
れることなく、ともに融解されまたは接着されてもよい
。

第２図の結合器１８は、１．　２．　３および４で示さ
れる４つのボートを含む。第２図の社史図を見ると、フ
ァイバ５８および６０にそれぞれ対応するボート１およ
び４は、結合器１６の左側にあり、一方ファイバ５８お
よび６０にそれぞれ対応するボート２および３は、結合
器１６の右側にある。説明のために、入力光は、ボート
１に与えられると仮定する。入力光は、結合器１８を介
して通過し、かつファイバ５８と６０との間の結合に依
存し、ボート２およびボート４の一方または両方で出力
される。用語「結合定数」は、全出力パワーに対する結
合されたパワーの比率として規定される。上の例では、
結合定数は、ボート３で出力されたパワーを、ボート２
および３で出力されたパワーの和で割った比率に等しい
。この比率はまた、「結合効率」と呼ばれ、かつそのよ
うに用いられるとき、典型的に、パーセントとして表示
される。したがって、用語「結合定数」がここで用いら
れるとき、対応する結合効率は、結合定数の１００倍に
等しいことを理解しなければならない。たとえば０．　
５の結合定数は、５０％の結合効率に等しい。

結合器１８は、サブストレート６６．６８の対向する表
面をずらすことによって、結合定数を、０と１．０との
間の任意の所望の値に調節するように合わせられる。調
整は、サブストレート６６゜６８を、互いに横方向また
は長手方向にスライドすることによって成し遂げられる
。

結合器１８は、非常に方向性があり、一方の側に与えら
れるパワーのほぼすべては、結合器１８の他方の側のボ
ートで出力される。実質的に、入力ポート１に与えられ
る光のすべては、ボート４への認識可能な逆方向性のあ
る結合なしに、ボート２および３まで配送される。同様
に、実質的に、ボート２への光入力のすべては、ボート
１および４まで配送される。さらに、その方向特性は対
称的であり、それゆえに実質的に、ボート４またはボー
ト１に与えられる光のすべては、ボート２およびボート
３まで配送される。さらに、結合器１８は、偏光に関し
て本質的に差別的でなく、したがって、入力された光の
偏光を維持する。したがって、たとえば、第２図に見ら
れるように、垂直偏光を有する光ビームがボート１へ入
力されれば、ボート１からボート３に交差結合された光
、ならびにボート１からボート４まで真っ直ぐに通過す
る光は、垂直偏光を維持する。

ファイバ５８．６０の一方から他方へ交差結合される光
は、π／２の位相シフトを受け、一方交差結合されない
光は、結合器１８を介して伝搬される間、位相がシフト
されない。したがって、たとえば、光がボート１へ入力
されれば、ボート３で出力された交差結合される光は、
π／２だけ位相が進み、一方ボート２まで真っ直ぐに通
過する光は、位相が変化されずに維持される。

結合器１８は、低損失装置であり、典型的に、０．１な
いし０．　２％のオーダの挿入損失または通過損失を有
する。ここで用いられるような、用語「挿入損失」はミ
結合器１８を介して、一方側から他方側まで通過する光
の実際の散乱損失を意味する。たとえば、光がボート１
に与えられ、かつその光の９７％が、ポート２および３
（組合わされた）に達すれば、挿入損失は、０．０３（
３％）であろう。用語「結合器伝送」は、１−挿入損失
として規定される。したがって、挿入口損失０．０３（
３％）であれば、結合器伝送は、０゜９７（９７％）で
ある。

偏光器 第１図に含まれる偏光器２２．３６および４２は、実質
的に同一である。それゆえに、偏光器の次の説明は、便
宜上、偏光器２２のみを意味する。

第７図および第８図を参照すると、偏光器２２は、光学
的に平坦な表面８０を有するサブストレート７８を含む
。コア７５およびクラッド７７を有するファイバ光学導
波管１４は、サブストレート７８の光学的に平坦な表面
８０に形成される湾曝　　　　　　　　曲した溝内に載
置される。サブストレート７８の主要な機能は、予め定
められた位置にファイバ光学導波管１４を保持すること
であるので、サブストレート７８は、任意の適当な剛体
材料がら形成されてもよい。好ましい実施例では、サブ
ストレート７８は、融解石英のブロックを含む。がっ適
当なセメント、たとえばエポキシ接着剤は、スロット８
４にファイバ光学導波管１４を固定する。

第８図に最もよく示されるように、サブストレート７８
の中央領域において、スロット８４の深さは、ファイバ
光学導波管１４の直径より小さい。

クラッド７７の外部部分は、光がファイバ光学導波管１
４から結合される相互作用領域８６を形成するために除
去される。クラッド７７は、相互作用領域８６で除去さ
れ、サブストレート７８の光学的な平坦な表面８ｏと同
一平面上にある平坦な表面８８を形成する。サブストレ
ート７８の端縁では、スロット８４の深さは、好ましく
は、ファイバ光学導波管１４の直径と少なくとも同じく
らいであり、それゆえにクラッド７７は、損なわれない
で維持される。それゆえに、除去されるクラッド７７の
量は、結合器の半分７２の場合と同様に、サブストレー
ト７８の端縁での零がら、相互作用領域８６の中央部近
くの最大限まで徐々に増加する。

複屈折材料から形成される結晶８９は、相互作用領域８
６のファイバ光学導波管１４のコア７５に極めて近接し
て、サブストレート７８上に載置される。結晶８９は、
サブストレート７８の光学的に平坦な表面８０に対向す
る光学的に平坦な表面９０を育する。結晶８９は、ファ
イバ光学導波管１４での光伝搬経路を部分的に交差する
ように位置決めされ、それゆえにエバネセントフィール
ド結合は、ファイバ光学導波管から結晶８９へ光を結合
する。

結晶８９は、異なる偏光の光に対して、異なる波速度を
提供するために、複屈折材料からなる本体を含む。結晶
８９での波速度がファイバ１４での波速度より小さい偏
光で、ファイバ光学導波管１４によって運ばれる光は、
結晶８９にバルク波を励起し、そのために、光はファイ
バ１４がら拡張する。結晶での波速度がファイバでの波
速度より大きい偏光に対して、どのようなバルク波も結
晶８９に励起されず、それゆえにそのような偏光を有す
る光は、ファイバ光学導波管１４によって案内されて留
まる。それゆえに、複屈折材料の結晶８９の適当な選択
および配向のために、第１の選択される偏光の光は、フ
ァイバ光学導波管１４内に維持され、一方第２の選択さ
れる偏光の光は、そこから除去され、かつ結晶８９を介
して、ファイバ光学導波管１４から伝送される。結晶８
９の屈折率は、結晶８９の主軸の一方に沿って偏光を有
する波が、ファイバ光学導波管１４におけるよりゆっく
り結晶８９内を伝搬し、かつ第２の主軸に沿って偏光を
有する波は、ファイバ光学導波管１４におけるより速い
速度で結晶内を伝搬するくらいである。

結晶８９は、少なくとも、ファイバ光学導波管１４のコ
ア７５の屈折率と等しい、または大きい一つの屈折率、
およびクラッド７７の屈折率と等しい、または小さいも
う１つの屈折率を有するように選択される。好ましい実
施例では、結晶８９は、コア７５の屈折率より大きい１
つの屈折率、およびクラッド７７の屈折率より小さい２
つの屈折率を有する。屈折率のこの関係のため、結晶８
９の配向は、他の偏光のロシネス（ｌｏｓ　１ｎｅＳＳ
）に影響することなく、１つの偏光のロシネスを調整す
ることができる。図解された実施例では、結晶８９は、
好ましくは、最も大きい屈折率の軸が光学的に平坦な表
面８８の平面にあるように切断される。

好ましい実施例では、コア部分７５の直径は、４ミクロ
ンのオーダであり、かつ結晶８９とコア７５との間の分
離は、０．１ミクロンのオーダである。この実施例では
、湾曲した溝８４は、２５ｃｍのオーダの曲率半径を有
し、かつファイバ光学導波管１４と結晶８９との間の相
互作用領域は８６、長さほぼ１ｍｍである。

好ましい実施例では、ファイバ光学導波管１４のコア７
５は、はぼ１．４６の効果的な屈折率を有する無定型二
酸化珪素から形成される。かつ結晶８９は、五硼酸カリ
ウム（ＫＢ５０８・４Ｈ２０）結晶を含み、これは、真
空中では６３３ｍｍの波長で、次の屈折率、ｎ　　＝１
．４９．ｎｂ−１，４３，およびｎ　　−１，４２、を
をし、ここでａ、ｂおよびＣは、結晶８９の対称軸に対
応する。結晶８９は、垂直す軸に垂直な平面で切断され
る。かつ切断面９０は、研磨され、かつ相互作用領域８
６に、ファイバ光学導波管１４に対して置かれる。結晶
ファイバ界面９０に垂直に偏光された光に対して、結晶
８９の屈折率（１５ｍｌ。

４３）は、ファイバ光学導波管１４の屈折率１．４６よ
り小さく、そのため、ファイバ光学導波管１４内の光伝
搬は、結晶ファイバ界面９０での全白反射のため、そこ
に留まる。

結晶ファイバ界面９０に平行な偏光に対する屈折率ｎは
、次の関係によれば、ｎ＝１．４２とｎ＝１．４９との
間にある。

ここでθは、伝搬方向と結晶のＣ軸との間の角度である
。効果的な偏光器では、ファイバ光学導波管１４から結
晶８９への結合効率は、結晶８９での被速度が、ファイ
バ光学導波管１４での被速度により近接するにつれて増
加するので、結晶８９のの配向は、結晶８９でのより遅
い被速度をファイバ光学導波管１４内の被速度に非常に
近接させるように選択される。

アセンブリの好ましい方法では、ファイバ１４は、適当
なセメントを用いて、湾曲した溝８４に接着され、かつ
ファイバ１４およびサブストレート７８は、クラッド７
７の所望の量が相互作用領域８６のファイバ光学導波管
から除去されるまで、ともに接地され、かつ研磨される
。結晶８９の研磨された面９０は、それから、サブスト
レート７８の表面８０に対して置かれ、かつその間の分
離をわずか１ミクロンまで減じるために圧力が加えられ
る。はぼ１．４５の屈折率を有する屈折率整合の油が、
毛管現象によって、結晶８９とファイバ光学導波管１４
との間に挿入され、結晶８９とファイバ光学導波管との
間に光学整合を提供し、かつサブストレート７８上の結
晶８８を適当に位置決めするために克服されなければな
らない摩擦力を減じる。

第９図を参照すると、横方向電磁（ＴＥＭ）波は、典型
的に、単一モードファイバに２つの偏光モードを有する
。偏光器２２へ入力される光は、光波の伝搬方向を示す
第１の矢印９２、および矢印９２に垂直で、偏光の一方
向を示す第２の矢印９４によって表わされる。偏光の他
の方向は、矢印９２と９４との交差点で、中心に点のあ
る円９６によって示される。円９６および点は、光学的
に平坦な表面９０および８０に平行な、紙面から外へ向
かう偏光ベクトルを表わす。上述したように、結晶８９
は、ファイバ光学導波管１４について切断されかつ配向
されて、偏光ベクトル９４によって表わされる光に対す
る結晶８９の屈折率は、ファイバ光学導波管１４の実効
屈折率より小さく、それゆえに、偏光ベクトル９４によ
って示される偏光を有する光は、結晶ファイバ界面での
全白反射によって、ファイバ光学導波管を介して、結晶
８９を通って伝搬する。結晶ファイバ界面９０に平行に
偏光された光に対して、結晶８９の屈折率は、ファイバ
の実効屈折率とほぼ等しいか、または大きく、それゆえ
に、結晶８９でのこの偏光に対する波速度は、ファイバ
光学導波管１４での波速度にほぼ等しいか、または小さ
い。それゆえに、結晶ファイバ界面９０に平行に偏光さ
れた光は、結晶８９にバルク波を励起し、かつファイバ
光学導波管９４から出る。その結果、ファイバ光学導波
管１４内に留まる光は、結晶８９の平面９０に垂直な方
向に、非常に偏光される。

偏光器２２の消滅比は、ファイバ光学導波管１４に保持
される望ましくない偏光モードを有する光の、ファイバ
光学導波管１４内に保持される所望の偏光モードの光に
対する比であり、両モードの偏光器２２への入力を等し
いと仮定する。前述の説明に従って構成される偏光器２
２は、わずか数パーセントの所望の偏光の光のスルーブ
ツト損失とともに、８０ｄＢより多く消滅比を提供する
ことが可能である。偏光器２２の２つの最も重要なパラ
メータは、消滅比および挿入損失である。

光学ジャイロスコープの応用は、８０ｄＢより大きい消
滅比、および１０％より小さい挿入損失を必要とする。

偏光器２２は、約１００ｄＢの消滅比を成し遂げること
ができ、一方最高のバルク光学偏光器は、約５Ｏ−６０
ｄＢの消滅比を有する。

偏光制御器 ファイバ光学装置、たとえば回転センサ１０の性能は、
ファイバ内の偏光状態に決定的に依存する。この発明の
ジャイロスコープシステム１０に含まれるファイバ光学
偏光器１６．３４および４６は、ファイバ光学導波管１
４での偏光状態を電子的に制御し、任意の偏光入力状態
を選び、かつそれを所望の偏光出力状態に変換する。こ
の偏光の変換は、ファイバ光学導波管１４で案内される
光の光学経路に、３つの調整可能な複屈折部を置き、偏
光器２２への偏光入力状態を制御することによって成し
遂げられる。

第４図は、第１図の回転センサで、たとえば偏光制御器
１６として用いるのに適する偏光制御器の１つのタイプ
を示す。偏光制御器１６はベース９８を含み、その上に
複数の直立ブロック９９−１０２が載置される。隣接す
るブロック９９−１０２間に、スプール１０３−１０５
が、シャフト１０６−１８０上にそれぞれ正接に載置さ
れる。

シャフト１０６−１０８は、互いに軸方向に整列され、
かつ対応するブロック９９−１０２間に、口軽自在なよ
うに載置される。スプール１０３−１０５は、一般に円
筒状であり、かつシャフト１０６−１０８に対して正接
に位置決めされ、スプール１０３−１０５の軸は、シャ
フト１０６−１０８の軸にそれぞれ垂直である。ファイ
バ１４は、喀　　　　　　　　シャフト１０６−１０８
の軸内径を介して延び、かつスプール１０３−１０５の
各々のまわりで巻かれ、３本の対応するコイル１０９−
１１１を形成する。コイル１０９−１１１の半径は、コ
イル１０９−１１１の各々に複屈折媒体を形成するよう
にファイバ１４に応力がかけられるくらいである。３本
のコイル１０９−１１１は、シャフト１０３−１０５の
軸のまわりでそれぞれ互いに独立して回転され、ファイ
バ１４の複屈折の配向を調整し、したがって、それを介
して通過する光の偏光を制御する。

コイル１０９−１１１の直径および巻数は、外側のコイ
ル１０９および１１１が、４分の１の波長の位相遅延を
提供し、一方中央のコイル１１０が、２分の１の波長の
位相遅延を提供するくらいである。４分の１の波長のコ
イル１０９および１１１は、偏光の楕円率を制御し、か
つ２分の１の波長のコイル１１０は、偏光の方向を制御
する。

偏光制御器１６は、ファイバ１４を介する光伝搬の偏光
の全範囲の調整を提供する。

第５図および第６図は、ジャイロスコープシステム１０
で用いるための偏光制御器の好ましいタイプを図解する
。第７図に示されるように、偏光制御器３４および４６
の各々は、それぞれ３つのファイバスクイーザ１２６−
１２８および１３０−１３２を含み、ファイバ光学導波
管１４に異方性の応力をかけ、光弾性効果によって複屈
折を誘起する。光弾性効果は、かえられる応力に応答し
て、ファイバ１４の屈折率を変化させる。第５図および
第６図を参照すると、ファイバスクイーザ１２６−１２
８、および１３０−１３２の各々は、一般に矩形のフレ
ーム１３８の矩形のアパーチャ１３６内に載置される圧
電アクチュエータエレメント１３４を含む。圧電アクチ
ュエータエレメントの一端部は、圧電エレメントとフレ
ームの一部分との間に保持されるファイバ光学導波管１
４と接触させる。電界の圧電材料への印加は、印加され
る電界に応答して、繰返し可能な予測可能な態様で、そ
こに応力を生じさせることは周知である。

通常、圧電アクチニエータエレメント１３４に生じる応
力は、印加される電界に比例する。

ファイバ光学偏光システム２２は、偏光器２２の一方側
に３つのファイバスクイーザ１２６−１２８、および偏
光器２２の他方側に３つのファイバスクイーザ１３０−
１３２を含み、偏光器２２で、任意の偏光入力状態をい
ずれかの方向から偏光の固有の線形状態に変化させる。

ファイバ内で、偏光制御器と偏光器２２との間に存在す
る複屈折を無視することができれば、（これは限られた
経路長さについてはほぼあてはまる）、この変換は、２
つのスクイーゾ、たとえばスクイーゾ１２６゜１２７で
成し遂げられる。ファイバ光学導波管１４の複屈折が、
偏光制御器４６と偏光器２２との間で無視することがで
きないほどの経路長さであれば、偏光器２２への入力に
対する偏光の所望の線形状態を生じさせるために、第３
のスクイーゾ１２８が必要とされる。所望の偏光の変化
を生じるために、必要な電圧およびファイバ上に働く単
位長あたりの力は減じられ、または偏光制御器のダイナ
ミックレンジは、圧電アクチェエータエレメントの長さ
を増加することによって広げられる。

第５図を参照すると、ファイバスクイーザ１２７−１２
８は、それを介して通過するファイバ光学導波管と整列
して置かれる。各スクイーゾは、ファイバに応力をかけ
る規定された軸を有する。

所望の偏光の変換を生じさせるために、かけられた応力
の軸は、互いに４５°に整列される。各スクイーゾは、
スクイーゾの軸に平行である位相シフト、およびスクイ
ーゾの軸に垂直である第２位相シフトを成し遂げる。そ
れゆえに、３つのファイバスクイーザ１２６−１２８は
、互いに垂直な、かつファイバ光学導波管に垂直な２つ
の軸に沿って、偏光を変化させることが可能である。

ファイバスクイーザで用いられる圧電材料は、８５℃よ
り大きいキュリ一温度を有するのが好ましい。圧電効果
は、キュリ一温度より大きい温度で消滅するが、この仕
様は、実施上、チタン酸塩−ジルコン酸塩のような材料
を用いることによって、容易に応じられる。そのような
圧電材料は、約３００℃のキュリ一温度を有する。約８
．９ｍｍの高さ、約６．４ｍｍの長さ、および約３８２
ｍｍの厚さ、および約１０ボルトの印加電圧を有する実
用的な大きさの圧電アクチュエータエレメントは、直径
約１００ミクロンであるファイバに１８０℃の位相変化
を生じさせることが予測される。±７２０６のダイナミ
ックレンジは、このように０ないし８０ボルトの制御電
圧範囲を必要とし、このため、ファイバ上に、ファイバ
に損傷を生じさせるしきい値力以下の大きさのオーダで
ある、はぼ８Ｘ１０　　ｄｙｎｅ／ｃｍの力を生じさせ
る。

制御回路 第７図、第１０図および第１１図を再び参照すると、結
晶８９は、その上に１対の平面１４０゜１４２を有し、
平面１４２には第１光検出器１４４が載置され、かつ平
面１４２には第２光検出器１４６が載置される。第１光
検出器１４４は、その上に、最初ファイバ光学導波管１
４内を右から左へ伝搬しており、その後ファイバ光学導
波管１４から結晶８９へ結合される光を入射するように
配置される。第２光検出器１４６は、その上に、最初フ
ァイバ光学導波管１４を左から右に移動しており、かつ
そこから結晶８９に結合された光を入射するように配置
される。第１光検出器１４４は、信号を第１制御器１４
８へ出力し、第１制御器１４８は、ファイバ光学導波管
１４に関して、第５図に示されるように配向されるファ
イバスクイーザ１２Ｂ−１２８へ出力信号を出力する。

第２光検出器１４６は、制御信号を第２制御器１５０へ
出力し、第２制御器１５０は、制御信号をファイバスク
イーザ１３０−１３２へ出力する。このように、ファイ
バ光学偏光器システム３４は入力光信号の方向にかかわ
らず、所望の偏光出力の光を生じることが可能である。

任意の偏光状態は、コンポーネントＥｘおよびＥ　によ
って表わされ、ここでＥ　は、第９図にｙ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｘ関して前で説明し
たように、第９図の平面から外へ向けられ、かつファイ
バー４に垂直であるように丸で囲まれた点によって表わ
される。Ｅ、はまた、ファイバー４に垂直である。入っ
て（る光の偏光状態は、２つのパラメータ、ＡおよびΔ
によって規定され、この場合Ａ２−Ｅ　　２／Ｅ２であ
す、ＥはＥ　２＋Ｅ　２に等しく、かつΔは、Ｘｘ　　
　　　　　ｙ 一部光とｙ−変更との間の位相差である。それゆえに、
入ってくる信号は、次のようなマドｌルックス表示で表
わされる。

制御されるべきパラメータは、ｒ　およびｒ２■ であり、これは、スクイーザの軸に関して、ファイバス
クイーザ１２６．１２８による並列と直列位相シフトと
の間の差である。第１０図に示されるように、偏光器２
２への光入力、およびそこからの光出力は、ｙ一方向に
のみ偏光を有するのが望ましい。上で説明したように、
結晶８９は、ファイバ光学導波管１４内で左から右に移
動するＸ一方向に偏光された光を、ファイバから第２光
検出器１４６の方へ結合する。偏光器２２への光入力の
すべてが所望の偏光を有すれば、結晶を介して、第２光
検出器１４６上へ入射される光はないだろう。それゆえ
に、第２光検出器１４６上へ入射される光は、第１制御
器１５０によって処理される誤差信号としてみなされ、
第１制御器１５０は、それから制御信号を第１スクイー
ザ１２６−１２８に送り、誤差信号を零にする。光検出
器１４６で観測される誤差信号は、位相差ｒ１とｒ２と
の関数であり、これらは、ファイバスクイーザ１２６お
よび１２８に印加される制御電圧に関して線形である。

この誤差信号は次の式によって与えられる。

第１１図は、偏光器２２への偏光入力を制御する誤差信
号のコンピュータプロットを図解する。

曲線（ａ）は、変数としてｒ２を用い、Ａ−１゜Δ−４
５’お、Ｊ：びｒｌｌ−４５である。曲線（ｂ）は、変
数としてｒｌを用い、Ａ−０，７０７，Δ−３０’およ
びｒ２−４５１である。曲線（ｃ）は、変数としてｒｌ
を用い、Ａ−０，Δ−３０’およびｒ’　２　”　４５
°である。与えられた偏光入力状態に対して、誤差信号
は、ｒ　またはｒ２のいずれかとシヌソイドに変化する
。Ａ−０またはＡ−１の特別な場合には、誤差信号は、
特別な場合の各々では、ｒｌを含む項の係数が０である
ので、ｒｌから独立している。これらの特別な場合には
、入ってくる偏光状態は、ファイバスクイーザ１３０の
軸に平行であるかまたは直交する。ファイバスクイーザ
１３０に印加される制御電圧が変化するにつれて、光の
位相は、ｒ　に等しい量だけ変化するが、偏光状態は一
定に留まる。入ってくる偏光状態が、ファイバスクイー
ザ１３０の軸と整列されれば、ｒ２は、Ｏ１±２π、±
４πなどにあり、所望の出力を得る。入ってくる偏光状
態が、ファイバスクイーザ１２６に直交すれば、ｒ２は
、±π、±３πなどにあり、偏光器２２へ入力するため
にファイバに光の偏光の所望の整列を得る。

制御信号は、ｒ　およびｒ２の変調によって得られ、誤
差信号上の効果を観測する。変調は、反復システム、た
とえば逐次論理回路網１５２を用いる第１０図に示され
るシステムによって成し遂げられる。光検出器１４６の
出力は、前置き増幅器およびフィルタ回路網１５４へ入
力され、フィルタ回路網１５４はまた、適当なバイアス
回路網１５６からの人力を受ける。増幅されかつフィル
タされた信号は、逐次論理回路網１５２へ入力するため
の８ビツトＡＤ変換器であってもよい、アナログディジ
タル変換器１６０へ入力される。逐次論理回路網１５２
は、ファイバスクイーザ１２６および１２８を、そこか
ら検出される出力を最小にするように駆動するアルゴリ
ズムでプログラムされる。反復して、かつ検出される誤
差信号に比例する量だけ、逐次論理回路網１５２は、代
わりに、予め選択された値以下の最小誤差信号に達する
まで、１対の結晶ドライバ１６２および１６４をそれぞ
れ介して、ファイバクラッド１２６および１２８に補正
を加える。サンプリングおよび補正速度が、好ましくは
毎秒２．０００より大きいため、逐次論理回路網１５２
に発生されるノイズは、ジャイロスコープの応用のため
のファイバ光学システムの帯域幅よりかなり高い。一般
に、発生されるノイズは、興味ある信号帯域外に置かれ
る。

偏光器２２および偏光制御器１６は、好ましくは、次の
仕様によって協働する。

消滅比　　　　　　　　　＞８０ｄＢ 損失　　　　　　　　　　く１０％ 制御帯域幅　　　　　　　５００Ｈｚ 偏光ノイズ抑制比　　　　４０ｄＢ 交差−偏光抑制比　　　　２０ｄＢ 設計波長　　　　　　　　８２０ｎｍ このように、ファイバ光学偏光器２２および偏光制御器
１δは、任意の偏光の入ってくる光を処理し、かつ予め
選択された偏光の出力光信号を最小限の損失で生じさせ
るが、すべてのファイバ光学ジャイロスコープ１０の感
知コイル３２へ入力するための光信号を処理するのに適
する。

周波数シフタ 第１２図は、角速度ｆで回転している２分の１波長板１
７上に入射する円形に偏光された入力光を表わす。入力
波は、周波数ｆ　を有するように示される。その波は、
正の２方向に移動しており、かつＸおよびｙ軸に沿って
、９０”位相がずれている等しい大きさの偏光ベクトル
を有する。それゆえに、偏光ベクトルは、伝搬方向に向
かって見ながら観察されるとき、２軸のまわりを右方向
に角速度Ｘ　で回転するように思われる。２分の１波長
板１７は、偏光ベクトルと同じ方向に回転し、それゆえ
に出力波は、入力周波数ｆ　から周波数シフトされ、ｆ
ｏ　＋２ｆの周波数を有する。

第１３図は、周波数シフタ１７から可能な周波数出力を
図解的に表わす。入力周波数がｆｏであれば、周波数ｆ
で入力ビームの偏光の方向に２分の１波長板を回転させ
ると、ｆ　＋２ｆの出力が生じる。周波数ｆで円形に偏
光される入力波の偏光と反対の方向に２分の１波長板１
７６を回転させると、ｆ　　−２ｆの出力周波数が生じ
る。回転周波数ｆを制御すると、４分の１波長板の出力
周波数が、ｆ　＋２ｆ　　　の範囲を有することがｏ　
　　　　　　　ｍａｘ でき、ここでｆ　　　は、２分の１波長板１７の　ａ　
Ｘ 最大回転周波数である。

第１４図は、ファイバ光学周波数シフタ１８０を図解し
、ここで電歪材料は、ファイバ１４のクラッド７７を取
巻くジャケット１８２を形成する。

ジャケット１８２を形成するのに適する材料は、通常Ｐ
ｖＦ２と呼ばれるポリフッ化ビニリデン、および酸化亜
鉛ＺｎＯである。ＰｖＦ２は、一般に溶解物からファイ
バ１４上に与えられる。絶縁物１９０によって分離され
る複数の電極１８４−１８７は、ジャケット１８２上で
コーティングされる。電極１８４−１８７を形成するの
に適する材料は、ジャケット１８２上にスパッタリング
または塗付される任意の電気的導電物質である。第１５
図に示される実施例では、ＰｖＦ２の層は、クラッド７
７の直径の２−３倍でなければならず、それゆえに、電
極１８４−１８７へ電界を印加すると、ファイバ１４に
回転複屈折が生じる。電極１８６および１８７は接地さ
れ、かつ電極１８５は、発振器１９２から、周波数ｆを
有する電気信号を受ける。位相シフタ１９４は、発振器
１９２と電極１８４との間に接続される。位相シフタ１
９４の出力は、好ましくは、入力から９０°だけシフト
された位相であり、それゆえに電極１８４および１８５
は、そこに印加される、９０＠の位相差がある電気信号
を有する。

ＰｖＦ２ジャケット１８２の厚さが、ファイバクラッド
７７の直径の２−３倍であれば、電極１８６および１８
７が接地されていて、電極１８４および１８５に９０’
位相がずれた信号を印加すると、ＰＶＦ２　ジャケット
１８２に、９０°位相がずれている２つの電界ベクトル
を生じる。その結果化じる電界は、発振器の周波数ｆで
回転する。

電界ベクトルによって、ＰｖＦ２材料は、ファイバ１４
のまわりで収縮し、一般に、楕円構成を形成する。

回転電界ベクトルは、ジャケット材料１８２に作用し、
かつ回転力ベクトルを生じる。回転力ベクトルは、ジャ
ケット１８２およびファイバ１４に、回転応力の場を生
じる。回転応力は、光学ファイバ１４のコアに、回転歪
の変化を生じさせ、それは、光弾性効果によって、屈折
率を応力の方向に変化させる。それゆえに、回転応力の
場は、ファイバ１４の回転複屈折を生じさせる。複屈折
材料を介して伝搬する光波は、複屈折に依存する位相シ
フトを被ることは周知である。

第１５図は、第２ファイバ光学周波数シフタ１９６を図
解し、これは、第４図の周波数シフタ１８０の変形であ
る。電極１９８は、ファイバクラッドの周囲でコーティ
ングされ、かつ接地される。

発振器１９２は、対向する電極１８４および１８６に直
接接続され、かつ９０’の位相シフタ１９４を介して、
電極１８４および１８６に接続される。第１５図の電極
の構成の利点は、電圧発振器１９２の同じ出力、および
ジャケット１８２の厚さに対して、第４図の実施例で可
能であるより高い電界を、ジャケット１８２に提供する
ことである。ジャケット１８２の電界は、接地された電
極と接地されていない電極との間の距離に反比例してい
る。第１５図に示されるように、ファイバのまわりに接
地された電極１９８を有しているため、接地された電極
と接地されていない電極との間の距離は、ｉ１４図の構
成の場合より低い。

第１６図を参照すると、この発明によって、６つの実質
的に同一の電極２０１−２０６を用いる周波数シフタ２
００を構成することが可能である。

中央の電極１９８が、第１６図に示されるように接地さ
れる。接地されていない電極２０１−２０６は、発振器
、たとえば発振器１９２によって駆動され、隣接する電
極は、互いに１２０°位相がずれている信号によって駆
動される。発振器１９２と電極２０２および２０５との
間に接続される１２０、″″位相シフタ２Ｇｇ、および
発振器１９２と電極２０３および２０６との間に接続さ
れる１２０’の位相シフタ２０９は、所望の位相差を提
供する。第１６図の電極構成は、第１５図の実施例で可
能であるより薄い膜を、ジャケット１８２として使用す
ることができる。第１５図に示される実施例の電極１８
４−１８７および１９８は、ファイバに正反対の締付け
を加え、その結果、単に２つの垂直なファイバの締付け
となるが、ジャケット１８２の材料が、ファイバクラッ
ド７７の直径の２−３倍より小さい場合には、回転複屈
折はない。第１７図の電極の構成は、ファイバに２つの
垂直な締付けを加えない。それゆえに、それぞれ、発振
器１９２によって直接電極２０１および２０４、かつ１
２００位相シフタを介して電極２０２および２０５、か
つ−１２０°位相シフタを介して電極２０３および２０
６を駆動することによって、ジャケット１８２およびフ
ァイバコア７５に、回転磁界および回転複屈折を容易に
生じる。

出力発振器１９２の電圧を適当に制御し、かつジャケッ
ト１８２の厚さおよび長さを適当に選択することによっ
て、長尽のファイバ１４の複屈折を制御することが可能
であり、それゆえに、それは入力光波に対する回転２分
の１波板であるように思われる。ジャケット１８２の長
さは、ファイバ１４およびジャケット１８２を含む材料
の機械および電磁曲線によって一部決定される。ジャケ
ット１８２の長さを決定する際に他に考慮すべきことは
、ジャケット１８２に印加されるピークの電磁界、およ
びジャケット１８２の絶縁破壊の強さである。ファイバ
の複屈折はまた、ジャケット１８２の大きさを決定する
際に考慮しなければならない要素である。理想的な場合
は、ジャケット１８２に囲まれるファイバ１４の長さが
、ピークの印加される電界において、明らかに波長の２
分の１であることである。

第１７図を参照すると、ファイバ光学周波数シフタ２１
２は、半結合器２１６に隣接して置かれる電気−光学活
性複屈折材料のブロック２１４を含む。半結合器２１６
は、長尽のファイバ１４を含み、コア７５およびクラッ
ド７７は、サブストレート２３６のスロット２４４内に
配設され、このファイバ１４は、好ましくは石英のブロ
ックである。クラッド７７の部分は、溝２２４の外部端
縁で、ファイバ１４から除去され、相互作用領域２２８
を形成している。溝２２４は、第２図に示されるように
、好ましくは、凸面状に曲げられる。

溝２２４は、第１７図に示されるように、矩形の断面を
有してもよく、または溝２２４は、他の都合の良い底部
表面を有してもよい。半結合器２１６の形成は、通常、
最初に、第２図の半結合器７０および７２を形成するた
めに用いられるステップと類似のステップを含む。

ファイバを伝搬する光のエバネセントフィールドが浸透
する、ブロック２１４の比較的小さい部分２３２のみが
、光学ファイバ１４の複屈折に影響する。破線２３３で
示されるように、関係する領域は、コア７５に中心があ
る約１０ミクロンの半径を有する円弧である。入力光波
の位相特性のみが、ファイバ１４の光とブロック２１４
との相互作用において重要である。

ブロック２１４は、電気−光学活性複屈折材料、たとえ
ばリチウムニオブ塩酸から形成される。好ましくはブロ
ック２１４は、亜硝酸ナトリウムまたはニチオン酸カリ
ウムのような材料から形成され、それらの材料は、ファ
イバ１４と類似の屈折率を有する。複屈折材料が、非複
屈折ファイバを伝搬する光のエバネセントフィールドに
置かれるとき、複合構造は複屈折となる。複屈折材料の
主軸は、複合構造の主軸を定める。ファイバ１４が単一
モード光学ファイバであれば、ファイバ１４は、電気お
よび磁気ベクトルが、主として、ファイバ１４を介して
光の伝搬方向に通過するモードのみを案内する。それゆ
えに、ファイバ１４のフィールドは、ファイバコア７５
を横切って向けられ、かつクラッド７７内にエバネセン
トフィールドを有する。エバネセント波は、互いに直交
し、かつ複屈折電気−光学材料のブロック２１４の主軸
に沿っである２つのコンポーネントから形成されるとみ
なされる。

第１７図を再び参照すると、電極２５２は、クラッド７
７と接触して、溝２２４の底部に位置決めされる。電極
２５２は、第１７図に示されるように、平坦であっても
よく、またはクラッド７７の湾曲した形に適合してもよ
い。

電気−光学活性材料のブロック２１４は、そこに付着さ
れる複数の電極２３８，２４０および２４２を有する。

電極２３８は、第１７図に示されるように、一般に相互
作用領域２２８と平行に整列されて、ブロック２１４上
に置かれる。電極２４０および２４２は、ブロック２１
４の端部面２４４および２４６にそれぞれ載置される。

第１７図に示されるように、電極２４０および２５２は
接地される。発振器２４８の出力は電極２３８に、およ
び位相シフタ２５０に直接接続される。位相シフタ２５
０は、好ましくは、入力から９０”だけ位相シフトされ
る出力を生じる。位相シフタ２５０の出力は、電極２４
２に接続され、そのため電極２３８および２４２は、９
０°位相が外れている電圧によって駆動される。

複屈折材料２１４、および相互作用領域２２８の長さが
正確に選択され、それから電極２４０および２５２が接
地されている状態で、発振器２４８から直接電極２３８
に、および位相シフタ２５０を介して電極２４２に電圧
が印加されれば、回転２分の１波長板を、実際、ファイ
バ１４に形成することができる。９０’位相の外れた電
圧を電極２３８および２４２に印加すると回転電界を形
成し、それによって電気−光学活性複屈折材料２１４は
、そこで回転複屈折となる。ブロック２１４の複屈折は
、周波数シフタ２１２の複屈折を定めるため、ファイバ
１４中を伝搬する光は、相互作用領域２２８に隣接する
コア７５の部分を介して移動するとき回転複屈折に出く
わす。相互作用領域２２８を介して伝搬する円形に偏光
された光は、上で説明したように、位相シフトを被る。

摂動が、回転複屈折、または入力光の偏光状態に存在す
れば、調波は、周波数シフト動作中に発生される。

サブストレート２１６に載置されるファイバー４を存す
ることなく、エバネセントフィールド周波数シフタを形
成することは可能である。クラブドア７の所望の部分は
、相互作用領域２２８を形成するために接地されてもよ
い。電極２５２は、ファイバー４に直接接着され、かつ
電極２３８−２４２は、複屈折ブロック２１４に接着さ
れてもよい。

相互作用領域２２８は、周波数ｆ　＋２ｆを有する出力
波を生じるために、明らかに半波長の奇数倍に等しい長
さを有しなければならず、ここでｆは発振器の周波数で
ある。相互作用領域２２８の長さが半波長の奇数倍でな
ければ、搬送周波数ｆ　の一部分は、周波数シフタ２１
２を介して伝送される。

第１４−第１７図の周波数シフタ４０の出力の振幅は、
次の式によって与えられる。

Φ（ｔ）−Ａｅｘｐ　［ｊ　　（ｆ　　＋２ｆ）ｔ１＋
Ｂｅｘｐ　［ｊ　ｆ　　ｔｌ　　　　　（４）出力波の
強度は振幅の二乗であり、かつ次の式によって与えられ
る。

１−１Φ（ｔ）＋２　　　　　　　　　　（５）、　　
　−Ａ２十８２＋２ＡＢｃｏｓ　　（２ｆ　ｔ）　　　
（６）係数Ａは、通常Ｂよりはるかに大きく、そのため
、Ｂ２は無視することができる。第１８図は、周波数シ
フタ２５４の出力周波数を制御して、望ましくない搬送
周波数コンポーネントを最小にするフィードバック制御
システム２５３を図解する。周波数シフタ２５４は、第
１４図−第１７図に示される周波数シフタ１８０．１９
６，２００．および２１２のいずれであってもよい。

周波数シフタ２５４は、その上に、光源からｆ。の周波
数の光波が入射される。入射波は、光源１４から周波数
シフタ２５４に向かって見て右回りの円形の偏光を有す
る。周波数シフタ２５４からの振幅出力は、方程式（１
）によって与えられる。項Ｂｅｘｐ　［ｊ　ｆ　　ｔｌ
は、周波数シフタ２５４を介して伝搬している搬送入力
信号の望ましくない部分を表わす。周波数シフタ２５４
の出力ビームは、ビームスプリッタ２５８上に入射され
、これは、たとえば、入射光のほぼ９０％をまっすぐに
伝送し、−万人射光のほぼ１０％を偏光器２６０上に反
射してもよい。

出力強度の望ましくない部分は、入力波と同じ偏光を有
し、−力出力強度の所望の部分は、反対の偏光を有する
。偏光器２６０は、多波の一部分だけ伝送する。偏光器
２６０の出力は光検出器２６２上に入射され、その光検
出器２６２は、方程式（６）の第３項を示す誤差信号を
出力する。

誤差信号は、ロックイン増幅器２６４に入力される。電
源２６６は、電源Ｖを電圧制御発振器２６８に供給し、
その電圧制御発振器２６８は、電圧Ｖの関数である周波
数ｆを有する発振電圧を生じる。電圧制御発振器２６８
の出力は、可変利得増幅器２７０によって増幅され、周
波数シフタ２５４および２倍器２７２に制御信号を与え
る。２倍器２７２は、２ｆの周波数を存する出力信号を
ロックイン増幅器２６４に与え、それによって、ロック
イン増幅器２６４は、方程式（６）の第３項の周波数で
ある周波数２ｆを有する信号のみ増幅させる。ロックイ
ン増幅器２６４の出力は、方程式（６）の第３項、２Ａ
Ｂｃｏｓ　（２ｆ　ｔ）の係数、２ＡＢに比例する電圧
である。ロックイン増幅器２６４の出力は、フィルタ２
７４を介して、１つの接地された入力を有するコンパレ
ータ２７６まで通過する。それゆえに、コンパレータ２
７６へ入力される２ＡＢに比例する電圧が零でなければ
、コンパレータ２７６は、負のフィードバック信号とし
て、可変利得増幅器２７０の利得制御へ入力される出力
電圧を生じ、周波数シフタ２５４への制御信号入力の電
圧を増加するかまたは減少する。ネガティブフィードバ
ック信号は、係数Ｂを減少させ、これによって誤差信号
が減少し、かつ周波数シフタ２５４の出力は、所望の周
波数を有する。

ファイバ光学ジャイロスコープ１０に用いられる周波数
シフタ３００の他のタイプを、第２０図に示す。周波数
シフタ３００は、アルミニウムのような材料から形成さ
れるブロック３０４と、融解石英のような材料から形成
されるブロック３０６との間に保持される長尽の光学フ
ァイバ３０２を含む。光学ファイバ３０２は、好ましく
は、光学周波数範囲で、単一モードの電磁エネルギを伝
搬するように形成される。石英ブロック３０６は、好ま
しくは、楔形の構成を有するように形成され、そのため
、ブロック３０６の第１表面３０８は、光学ファイバ３
０２と接触させ、かつブロック３０６の第２表面は、フ
ァイバ３０２の長手方向軸に対しである角度をなして配
向される。アルミニウムブロック３０４は、どのような
所望の形を有してもよく、図解のためにのみ、矩形の横
断面を有するように示す。たとえばＣｒ−Ａｕを含む金
属層３１２は、表面３１０上に形成され、かつたとえば
ＰＺＴから形成されるトランスデユーサ３１４は、金属
層３１２上に載置される。ＰＺＴトラｈユーサ３１４は
、表面３１８上に形成され、石英ブロック３０６の表面
３１０から向きが逸れているＣｒ−Ａｕの金属層を有し
てもよい。トランスデユーサ３１４は、適当な発振器３
１６によって駆動され、ファイバ３０２に音波を送り出
してもよい。

ファイバ３０２は、単一モードファイバであり、単一伝
搬モードの２つの直交する偏光を支える。

ファイバ３０２は複屈折であるので、ファイバの電界の
異なる方向に対して、異なる屈折率を有する２つの偏光
がある。２つの偏光は、正常に分離され、そのため一方
の偏光から他方の偏光にエネルギは転送されない。ファ
イバ３０２にかかる空間的に周期的な応カバターンは、
２つの偏光の間の結合を誘起し、それらの間でパワー転
送をすることになる。パワー転送は、応カバターンの空
間期間が、ファイバ３０２のビート長さに等しい場合の
み累積すると考えられている。光学ファイバ３０２のビ
ート長さは、ＬＢ−λ／Δｎであり、ここでΔｎは２つ
の偏光に対する屈折率の差であり、かつλは光学波長で
ある。応カバターンは、応力が副屈折の主軸に対して４
５°で向けられるとき２つの変更の結合を生じさせるの
が最も効果的であると考えられている。

トランスデユーサ３１４は、移動している音波によって
、ファイバ３０２に移動応カバターンを形成する。応カ
バターンが、ファイバに沿って移動ずれば、結合領域の
動きのため、一方の偏光から他方の変更に結合される光
は、移動応カバターンの周波数に等しい量だけ周波数シ
フトされる。

参照に便利なように、偏光の一方を「低」と呼び、かつ
他方の偏光を、「高」と呼ぶ。絶縁媒体における光波の
速度は、絶縁の屈折率によって割られた光の自由空間速
度、すなわちｖ　ｍ　ｃ　／　ｎである。

それゆえに、複屈折媒体のおいて屈折率が大きい方の偏
光は低速波であり、かつ屈折率が小さい方の偏光は高速
波である。

第１９図を参照すると、ライシ３２０は、ファイバ３０
２に入射される波長λ　の平面音波頭を表わす。位相整
合は、音波の伝搬方向に、ビート長さＬ８のコンポーネ
ントが音波長に等しいとき生じる。それゆえに、第１９
図から、ＬＢＳｉｎθ−λ　が見られる。波速間の周知
の関係を用いて、前の方程式から音波長を除去するため
に、周波数および波長は、音響周波数をｆ　＝　ｖ　／
　（Ｌ　ＢｓＬｎθ）として与え、ここでＶはファイバ
３０２での音波速度である。

音波とファイバ３０２によって伝搬される２つの光学偏
光との間の相互作用の固有の性質を、周波数−波数図面
を用いて説明することができる。

第２１図を参照すると、音波がファイバ３０２での光と
同じ方向に移動すれば、高速モードで偏光され、かつ周
波数ωを有する光は低速モードに結合し、その結果生じ
た波は周波数ω＋ω　を有し、ここでω　は、音波周波
数である。低速モードで伝搬する光は高速モードに結合
し、かつω−ω８に周波数シフトする。

第２０図に示されるように、音波がファイバでの光の方
向と反対の方向に伝搬すれば、そのシステムの周波数シ
フティング特性は逆になる。特定的に、高速モードで伝
搬する光は低速モードに結合し、周波数はω−ω　に変
わり、かつ低速モードで伝搬する光は高速モードに結合
し、周波数はω＋ω工に変わる。

それゆえに、１つの偏光の光が、周期的な移動窓カバタ
ーンを有するファイバ３０２の部分に衝突すると仮定す
れば、周波数シフタ３００は、単側波帯周波数シフタで
ある。実際には、選択された偏光は、偏光器の有限消滅
率のために、ジャイロスコープ１０および他の要因の中
に、反対の周波数シフトを有する、小さい量の搬送周波
数および側波帯を有してもよい。

敷正互珪 ジャイロスコープシステム１０およびその様々なファイ
バ光学コンポーネントを説明してきたのテ、ファイバ光
学ジャイロスコープ１０の動作方法を詳細に説明する。

右方向の光学波は、位相変調器３０を介して時間ｔで通
過し、これによってΦ　ｓＬｎωｍｔの位相シフトが生
じ、ここでΦ　およびω。は、それぞれ位相変調器３０
によって出力される信号の振幅および周波数である。線
形偏光器３６および４２は直交している。たとえば、線
形偏光１１３６がＸ偏波を伝搬すれば、線形偏光８４２
はｙ偏波を伝搬する。偏光器４２および偏光制御器４６
は、偏光制御器４６のサーボ制御のため高能率で、制御
回路４４によって右回り波をｙ偏波に変換し、その制御
回路４４は、偏光器４２から誤差信号ビックオフを用い
て偏光制御器４６を調整し、所望のｙ偏波を伝搬する。

周波数シフタ４０は、第１２図および第１３図に関連し
て説明されるように、右回り波の周波数を、ｆ　からΔ
ｆにシフトし、かつ右回り波の偏光を、ｙからＸに変化
させる。

偏光制御器３４は、制御回路３８および偏光器３６上の
誤差信号ビックオフの働きの下で、Ｘ偏波右回り波を、
偏光器２２で線形である偏光状態に変換し、相反性のた
め、制御回路３６のための誤差信号を形成する。右回り
波は次に、方向性結合器２６、偏光器２２および方向性
結合器１Ｂを介して通過し、光検出器４８上に入射する
信号を生じる。光検出器２８上に入射する右回り波の全
位相は、次の式によって与えられ、 ΦＣＷ”　１／２Φ＋Φｍ５１ｎωｍｔ＋２πｆＯＴユ
ニでｆ　はソースの周波数であり１．かつＴはル−プ２
８のまわりの伝搬時間であり、かつΦＳはサグナック位
相シフトである。左回り波は、偏光制御器３４を介して
通過し、かつ偏光制御器３４のサーボ制御のため高能率
で、偏光器３６からの誤差信号ビックオフを用いる制御
回路３８によりてＸ偏波され、偏光制御器３４への入力
のための制御信号を生じ、所望のＸ偏波された出力を与
える。左回り波の周波数は、周波数シフタ４０を介して
通過した後、ｆ　＋Δｆとなる。周波数シフり４０はま
た、左回り波の偏光を、Ｘからｙに変化させる。線形偏
光器４２および偏光制御器４６は、左回り波が感知ルー
プを通過し、かつ相反性のため偏光器２２上に入射され
た後、左回り波を、線形である偏光状態に変換する。左
回り波は、位相変調器を介して時間ｔ＋Ｔで通過し、Ｔ
は上で規定されている。左回り波は、位相変調器で、Φ
ｍ　ｓ　ｉ　ｎω（ｔ＋Ｔ）の位相シフトを受ける。左
回り波は、方向性結合器２Ｂを介して、線形偏光器２２
および方向性結合器２Ｂを光検出器４８まで伝搬する。

左回り波の全位相は、 Φｃｃｗ−−１１２Φ十Φ　ｓ１ｎω　（ｔ＋Ｔ）ｍ　
　　　　　　ｍ ＋２π（ｆ　＋Δｆ）Ｔ　　　　Ｃ８）であり、その変
数は、既に規定されている。検出器４８からの光電流ま
たは電気信号Ｓは、好ましくはフォトダイオードであり
、その上に入射される右回り波および左回り波のどちら
も、Ｓ　−１／２　Ｓ　　　（ｉ＋ｃｏｓ　　（Φｃｗ
−Φｃｃｗ））であり、Ｓは振幅定数である。

０ｍ　π／Ｔを選ぶことによって、方程式（９）の信号
は、次のようになる。

Ｓ　−１／２　Ｓ　　（１＋ｃｏｓ　　（Φｓ＋２πΔ
ｆＴ＋２Φ　ｓｉｎωｔ））　　　　　　　（１０）ｍ
　　　　　　　ｍ コヒーレント復調器５２によって、位相変調器３０を駆
動する発振器５０からのｓｉｎω　ｔの形の基準信号と
同相にコヒーレント復調した後、復調器４８の出力は次
のようになる。

Ｓ、、−８ＯＪ１（２Φｍ）　ｓｉｎ　（Ｏ，＋　２π
ΔｆＴ）ループエレクトロニクス回路５４は、すべての
Φ８に対してＳ。−０を有するような態様でｆと関係の
ある電圧制御発振器５６の出力を連続的に調整する。そ
れゆえに、 ｓｉｎ　（Φ　＋２πΔｆＴ）−０（１２）であり、さ
らに次のような結果を与える。

Φ　−−２πΔｆＴ システムパラメータによるサグナック位相シフトは、 ２πＬＤΩ／（λＣ）調−２πΔｆ　　Ｌ／ｃとなり、
それゆえに、Ω−−λｎΔｆ／Ｄであり、ここでλは自
由空間ソース波長であり、ｎは導波モードの実効屈折率
であり、かつＤは感知ループ３２の直径であり、Ωは感
知ループ３２の入力回転速度であり、かつＣは光の自由
空間速度である。

このように、電圧制御発振器５６の出力周波数は、感知
ループ３２の回転速度に線形に比例する。さらに、ジャ
イロシステム１０は速度積分である。

電圧制御発振器５６によって出力される周波数Δｆの波
形の各サイクルは、感知ループ３２の回転における固定
の角度増分に等しい。回路構成は校正され、かつ角回転
速度および角変位を与える続出装置、たとえばカウンタ
５５およびディスプレ５７を含む。

上述の分析から、位相シフタ４０はＤＣのまわりで動作
すると仮定される。第２３図を参照すると、位相シフタ
４０が中間周波数のまわりで動作すれば、偏光制御器３
４、偏光器３６、周波数シフタ４０、偏光器４２および
偏光制御器４６は、位相変調器３０と感知コイル３２と
の間で偏光制御器３４Ａ１偏光器３６Ａ１周波数シフタ
４０Ａ１偏光器４２Ａおよび偏光制御器４６Ａによって
、二重にされなければならず、そのためカウンタ伝搬波
は同じ光学通路を横切る。各周波数シフタから方向性結
合器２６までの距離は、ジャイロシステム１０でのバイ
アスドリフトを避けるために同一でなければならない。

本質的な動作特性は、右回り波および左回り波は、同じ
偏光通路を含む同一の光学通路を横切り、かつ周波数シ
フトｆは、右回り波と左回り波とが方向性結合器２６で
再び結合されるとき、その間の位相差を零にするように
調整されるということである。回転速度はそれから、所
望の零位相差を成し遂げるのに必要な周波数シフトの量
によって定められる。周波数シフタによって、そこを介
して通過する光に周波数シフトｆが生じ、それが電圧制
御発振器５６によって出力される信号の周波数の関数で
ある。それゆえに、回転速度を知るのに必要なものは、
ソース波長、ファイバ１４での導波モードの実行屈折率
、および感知ループの直径である。

光学ファイバ１４は、好ましくは、単一モードファイバ
であり、たとえば、約８０ミクロンの外部クラッド直径
、および約５ミクロンのコア直径を有する。感知ループ
３２は、スプールまたは他の適当な支持物（示されてい
ない）のまわりで巻かれる複数の巻を含む。好ましい実
施例では、感知ループ３２は、約７ｃａ＋の直径を有す
る形の上で巻かれるほぼ２．８００巻の単一モードファ
イバを有する。

ループ３２は、好ましくは、中心の巻きは内部で、かつ
外側の巻きは外部で巻かれ、そのため環境変化、たとえ
ば変化する温度勾配および変分による妨害を効果的に取
消すために、巻線は対称である。感知ループ３２の好ま
しい構成では、ファイバ１４は、感知コイル３２の両端
に自由に接近可能である。感知ループは、２つの供給ロ
ールとなるようにファイバ１４を形成することによって
巻かれ、その各々は、ファイバ１４のほぼ半分の長さを
含んでもよい。中心で開始すると、ファイバ１４は２つ
のロールからスプール上に巻かれ、または反対方向に形
成し、感知コイル３２を形成する。巻線がスプール上に
形成するとき、ファイバ１４の両端部は、既にコイルの
外側にある。

方向性結合器２６のポート１から放射する出力波の振幅
は、互いに逆方向に伝搬する波の間の位相差を示す。ル
ープの回転による位相シフト以外の望ましくない位相シ
フトを除去するために、同じ光学通路を移動する互いに
逆方向に伝搬する波の部分のみ検出することが重要であ
り、それによって、環境条件、たとえば温度変動による
光学通路の遅い変化が、右回り波と左回り波との両方の
位相を等しくもたらすことを保証する。ボート１を介し
て偏光器２２から出て行く互いに逆方向に伝搬する波の
部分は、同じ光学通路を移動し、かつ偏光制御器３４、
偏光器３６、制御回路３８、偏光制御器４６、偏光器４
２および制御回路４４は、感知ループ３２への被入力、
および感知ループ３２からの波出力は、偏光の１つの状
態を有することを保証する。

位相変調器３０は、互いに逆方向に伝搬する波の位相を
変調し、出力信号をバイアスし、かつジャイロシステム
１０の感度を改良し、かつ感知ループ３２の回転方向を
指示する。位相変調器３０は、典型的に、公知の態様で
、ファイバ１４の長８＊□よ屈折率を変ヨす、圧電、つ
♂す、−や（示されていない）を含む。発振器５０は、
適当な電圧レベルおよび周波数、たとえば、１２ボルト
ＲＭＳの電圧および１２６ｋＨｚの周波数で、変調信号
を与える。位相変調の振幅は、２つの互いに逆方向に伝
搬する波に対して同一であるが、相対位相差は、感知ル
ープ３２を介する伝搬時間のため、２つの波間に生じる
。

図解された実施例では、ファイバ光学コンポーネントの
すべては、システムの全体を通じて連続して延びるファ
イバ１４を用いて形成される。ファイバ光学コンポーネ
ントは、ファイバ光学技術において周知であるように、
別々に形成され、かつ紫外線硬化接着剤で接着すること
によって、ともに接続される。現在入手可能なファイバ
接続装置（示されていない）のため、光学ファイバは、
スプライスでのエネルギ損失がほぼ１％で、ともに接続
することができる。しかしながら、ファイバ１４は、好
ましくは、スプライスでの反射および散乱によるノイズ
を除去するために、連続ストランドである。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、閉ループの概略表示であり、この発明による
すべてのファイバ光学ジャイロスコープは、感知ループ
、およびループの角回転速度および角変位を定めるため
に、感知ループの出力を処理する装置を含む。 第２図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに含
まれるファイバ光学方向性結合器の概略表示である。 第３図は、第２図のライン３−３についての横断面図で
ある。 第４図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに含
まれる偏光制御器を概略的に図解する。 第５図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに含
まれる第２偏光制御器の斜視図である。 第６図は、第５図の偏光制御器の一部分の横断面図であ
る。 第７図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに含
まれる偏光制御システムの概略表示である。 第８図は、第７図の偏光制御システムの部分的な横断面
図である。 第９図は、第７図の偏光器システムの動作特性の概略表
示である。 第１０図は、第７図の偏光器システムの概略表示、およ
び制御回路のブロック図である。 第１１図は、第１０図の制御回路構成への誤差信号出力
を、様々なパラメータの働きとしてグラフで図解する。 第１２図は、回転２分の１波長板を用いて、光波の周波
数シフトを概略的に図解する。 第１３図は、回転２分の１波長板を用いて、可能な周波
数シフトをグラフで図解する。 第１４図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに
含まれる周波数シフタを図解する。 第１５図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに
含まれる第２ファイバ光学周波数シフタを概略的に図解
する。 第１６図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに
含まれる第３周波数シフタを概略的に図解する。 第１７図は、第１図のファイバ、光学ジャイロスコープ
に含まれる第４ファイバ光学周波数シフタを概略的に図
解する。 第１８図は、第１５図−節１８図の周波数シフタの周波
数出力を制御するために用いられる回路構成のブロック
図である。 第１９図は、光学ファイバに入射する音波を図解する。 第２０図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに
含まれるバルク波周波数シフタを図解する。 第２１図は、第２０図の周波数シフタ中を音波と同じ方
向に伝搬する光に対する、周波数と波数との関係のグラ
フ表示である。 第２２図は、第２０図の周波数シフタ中を音波と反対の
方向に伝搬する光に対する、周波数と波数との関係のグ
ラフ表示である。 第２３図は、第１図のファイバ光学ジャイロスコープに
含まれる第２感知ループを図解する。 図において、１ないし４はポート、１０はジャイロスコ
ープシステム、１２はコヒーレント光ソース、１４．５
８．６０および３０２は光学ファイバ、１６．３４．４
６および１５０は偏光制御器、１８および２６は方向性
結合器、２２．３６゜４２および２６０は偏光器、２４
．３８．４４および５４は制御回路、３０は位相変調器
、３２は感知ループ、５４はループエレクトロニクス回
路、４０．１８０，１９６，２００．２０８，２１２゜
２５４および３００は周波数シフタ、４１１１，１４４
．１４６および２６２は検出器、５０，１９２゜２４８
および３１６は発振器、５２はコヒーレント復調器、５
６および２６８は電圧制御発振器、５５はアップダウン
カウンタ、５７は表示装置、６６．６８．７８，２１６
および２３６はサブストレート、？０．７２お゛よび２
１６は半結合器、１７は２分の１波長板、７４．８６お
よび２２８は相互作用領域、７５はコア、７７はクラッ
ド、８９は結晶、９０は結晶ファイバ界面、１０３ない
し１０５はスプール、９９ないし１０２，２１４．３０
４および３０６はブロック、９８はベース、１０９ない
し１１１はコイル％、　１０６ないし１０８はシャフト
、１２６ないし１２８．１３０および１３２はファイバ
スクイーザ、１’３４はアクチュエータ、１３６はアパ
ーチャ、１３８はフレーム、１５２は逐次論理回路網、
１６２および１６４は結晶ドライバ、１８２はジャケッ
ト、１９０は絶縁物、６２．６４および８４は溝、２２
４はスロット、２２８は複屈折材料、２５３はフィード
バック制御回路、２′５８はビームスブリック、２６４
はロックイン増幅器、２７０は可変利得増幅器、２７２
は２倍器、２７６はコンパレータ、１９４，２９４．２
０９および２５０は位相シフタ、３１２は金属層、３１
４はトラ♂−ユーサ、１８４ないし１８７．１９８．２
０１ないし２０６．２１４，２３８ないし２４２，２５
２゜２６６．３０４および３０６は電極である。 特許出願人　リットン・システムズ・ インコーボレーテッド Δ１＝！−シーｎ　　　　　　　１１カ〔ｌ・・ラメ−
７ｊＬＦ９Ｉ−１８ ｖ２ Ｆ勾、／Ｊ Ｆり、２０　　　　　ノ３００

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）感知コイルが形成された長尽の光学ファイバと、
   感知コイルの回転によって、互いに逆方向に伝搬する１
   対の波に位相シフトが生じるように、予め定められた位
   相の１対の互いに逆方向に伝搬する光ビームを感知コイ
   ルに導入する装置とを含むファイバ光学回転センサであ
   って、位相シフトは、感知コイルの回転を示し、長尽の
   光学ファイバに形成され、互いに逆方向に伝搬する波の
   各々に位相シフトを生じ、感知コイルの回転によって生
   じる位相シフトを補償する装置、および補償装置によっ
   て生じる位相変化を示す位相変化信号を生じさせ、感知
   コイルの回転速度を示す装置を備えることを特徴とする
   、ファイバ光学回転センサ。
2. （２）位相変化信号は、感知コイルの回転速度を示す周
   波数を有する振動信号である、特許請求の範囲第１項記
   載のファイバ光学回転センサ。
3. （３）位相変化信号の各振動は、感知ループの予め定め
   られた増分角変位を示す、特許請求の範囲第２項記載の
   ファイバ光学回転センサ。
4. （４）補償装置は、光学ファイバに形成され、互いに逆
   方向に伝搬する波の周波数をシフトし、感知コイルの回
   転によって誘起される位相シフトを補償する周波数シフ
   タ、および 互いに逆方向に伝搬する波の周波数シフトの量を感知し
   、感知コイルの回転速度を示すカウンタ信号を生じさせ
   るカウンタ装置を含む、特許請求の範囲第１項記載のフ
   ァイバ光学回転センサ。
5. （５）互いに逆方向に伝搬する波間の位相差を示す検出
   信号を発生させる検出器をさらに含み、補償装置は、検
   出器信号を最小にするように、逆方向に伝搬する波の位
   相を調整する、特許請求の範囲第４項記載のファイバ光
   学回転センサ。
6. （６）補償装置は、 長尽の光学ファイバに形成され、１対の互いに逆方向に
   伝搬する波の第１の波が感知コイルを横切った後、互い
   に逆方向に伝搬する波の第１の波の周波数をシフトする
   第１周波数シフタ、および長尽の光学ファイバに形成さ
   れ、１対の互いに逆方向に伝搬する波の第２の波が感知
   コイルを横切った後、互いに逆方向に伝搬する波の第２
   の波の周波数をシフトする第２周波数シフタを含む、特
   許請求の範囲第４項記載のファイバ光学回転センサ。
7. （７）第１周波数シフタによって生じる位相シフトの量
   を制御する第１発振器、および 第２の周波数シフタによって生じる周波数シフトの量を
   制御する第２発振器、をさらに含む、特許請求の範囲第
   ４項記載のファイバ光学回転センサ。
8. （８）検出器は、 検出器信号を基準信号で復調し、誤差信号を生じさせる
   コヒーレント復調器、 誤差信号を処理し、制御信号を生じさせる装置、および 制御信号に応答して、駆動信号を周波数シフタに与え、
   予め定められたしきい値以下に誤差信号を維持する装置
   を含む、特許請求の範囲第４項記載のファイバ光学回転
   センサ。
9. （９）長尽の光学ファイバに形成され、１対の互いに逆
   方向に伝搬する波の第１の波が感知コイルを横切った後
   、逆伝搬波の第１の波の周波数をシフトする第１周波数
   シフタ、および 長尽の光学ファイバに形成され、１対の互いに逆方向に
   伝搬する波の第２の波が感知コイルを横切った後、互い
   に逆方向に伝搬する波の第２の波の周波数をシフトする
   第２周波数シフタをさらに含み、第１および第２周波数
   シフタは、感知コイルに関して、長尽の光学ファイバと
   対称に位置決めされる特許請求の範囲第４項記載のファ
   イバ光学回転センサ。
10. （１０）感知コイルの回転が、互いに逆方向に伝搬する
    光波の位相シフトを生じさせるように、感知コイル中を
    伝搬する、予め定められた位相の１対の互いに逆方向に
    伝搬する光ビームで回転を感知する方法であって、位相
    シフトは、感知コイルの回転速度を示し、 感知コイルの回転によって生じる位相シフトを、検出器
    信号を零にするように補償するために、互いに逆方向に
    伝搬する波の各々に周波数シフトを生じさせ、かつ 感知コイルの回転速度を示すために、周波数シフトを示
    す信号を発生させるステップを含むことを特徴とする、
    方法。
11. （１１）感知コイルの回転速度を定めるために、周波数
    シフトを測定するステップをさらに含む、特許請求の範
    囲第１０項記載の方法。
12. （１２）感知コイルの回転速度を定めるために、周波数
    シフトを測定し、かつ 感知コイルの角変位を定めるために、周波数変化信号の
    振動をカウントするステップをさらに含む、特許請求の
    範囲第１０項記載の方法。