JPS62502227A - 安定化したリングレ−ザバイアスシステム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 安定化したリングレーザバイアスシステム１１度１見 見匪見宛」 本発明は一般にリングレーザに係り、そして更に具体的には低い角度レート又は 角速度の回転を感知するためには克服しなければならないロック・イン効果を回 避するようリングレーザをバイアスする方法と装置とに係るものである。

洗ｊ」Ｕ【Δ脱遡− リングレーザは回転のようなノンレシプロカル効果に対して非常に感度が高いの で有用で実際的な装置である。こういうことでリングレーザは回転センサとして 使用できる。この用途ではそれはジャイロスコープの作用をし、そして普通リン グレーザジャイロスコープと称される。

リングレーザ回転センサは次の動作原理に基づいている。

典型的に三角形又は四角形であるリングの周縁を反対方向に進行する進行波モー ドの振動をリングレーザは維持している。回転がないと、反対方向に進行する２ つの波にとって往復光学路は同じであり、そしてこれら２つの波の発生周波数は 同じである。しかし、回転があると一方の方向の光学路は他方の方向の光学路よ りも長くなり、その場合２つの逆方向に進む波の周波数の差は角度レートに比例 している。もしこれら２つの出力ビームを二乗検波のホト・ディテクタに平行し て一緒に入れることにより２つの出力ビームを干渉させると、ホト・ディテクタ この装置の問題は、角速度がある臨界値、典型的には毎時数百度程度を越えなけ れば信号周波数が認められないということである。この臨界値以下ではビートノ ート周波数は消失する。

「コック・イン」として知られるこの現象のためこの装置は臨界的な、即ち「コ ック・イン」レート以下の回転レートに応答できない、ロック・インは２つの反 対方向に進む波の間における後方散乱を介しての、僅かな結合の結果である。

このロック・インレート以下のい＜うかという程度の回転レートに装置が応答す ることを多くの用途において請求められている。好都合なことに、リングレーザ をバイアスしてその装置が休止していても周波数の異なる２つの反対方向の波を 発生することによりその要求に応えることができる。このようにしてロック・イ ン効果は克服され、そしてリングレーザは測定又は感知したいとされている非常 に低い角度レートに感じることができる。ノンレシプロカル効果、即ち２つの進 行方向に対して光学路長が異なるようにする、異方性を持込む効果を利用してバ イアスするのが普通である。典型的にはこれは、ファラディ効果のような制御さ れた回転又はケル磁気・光学効果のような磁気光学効果のいずれかである。

最も直接的な方法は時間的に一定なバイアスをつくるということである。その場 合装置が停止しているとその出力差周波数はバイアス周波数であるが、装置がリ ングの面内の回転を経験していると出力の差周波数はバイアス値から離れていく 、定バイアスの主な問題は、バイアスドリフトと真の回転とを区別できないとい うことである。リングレーザはどちらにも同じように応答する。

それ故、固定バイアスを安定することが大事であるが、これはバイアスを変動さ せる物理的要因の変動を制御しなければならないということである。固定回転バ イアスの場合、リングキャビティを一定のレートで回転し、そしてその一定の角 度（バイアス）レートは安定させなければならないバイアスノ（ラメータである 。固゛定磁気・光学バイアスの場合、加えられる磁界と（温度で変動する）材料 の磁気・光学定数とは安定させなければならないバイアス・パラメータである。

（機械的、磁気的、熱的な）関連パラメータを監視することにより、即ち各関連 パラメータを測定し、そしてその測定値を基準値と比較することにより制御を行 なう。もし２つの値が等しくないと、その差が零となるように修正する。

このようにしてうまく安定させるということは、リングレーザがバイアスパラメ ータの変動に極めて感じ易いということで限界がある。バイアスパラメータの僅 かな変化でもかなりのバイアスシフトを生じ、そしてバイアスを十分に安定させ られるか否かは関連しているバイアスパラメータを高精度で測定しそして制御で きるか否かということにかぎっている。大力の応用において要求される程度まで ノンレシプロカル効果によりつくった固定バイアスを安定させることは実際には 困難である。

固定ノン・レシプロカルバイアスに固有の安定の問題は交流バイアスの採用によ り一部解消される。米国特許３，３７３゜６５０（キルパトリック）に説明され ているこの方法によれば。

バイアスの向きをバイアスサイクル毎に２度、正と負の間で周期的に反転させる 。全リングキャビティの小振巾振動（「機械的展動」）によるか、又はキャビテ ィ内磁気・光学要素に加えられる交番磁界によるかのいずれかで反転を行なうの が典型的である。交番バイアスの利点は、固定バイアスの制御要件よりもその制 御要件は厳格でないということにあるが、その次点はバイアスサイクル毎に２度 ロック・イン領域（ここでは装置は回転を感知しない）を差周波数が通らなけれ ばならないということである。

別の先行技術のバイアス方法は、各方向に１つでなく２つの進行波を、全部で４ つの進行波を発生することにより同じリングキャビティ内に２つの固定バイアス をつくることである。

こうして４つの光学的周波数をこれらのシステムにより発生するのであり、マル チ・オツシレータレーザジャイロ、４波システム、４モードシステム等と呼ばれ ている。米国特許４，００６．９８９　（アンドリンガ）と米国特許３，８６２ ，８０３（インテマ等）で説明され、ているこれらのシステムの目的は、２つの 実質的に等しいバイアス周波数を差引くことによりエラーを相殺することである 。然し、４波システムは複雑さと２波システムには存在しないエラーの項を持込 む、以下の記載から理解されるように本発明は２波システムだけに係るものであ る。

固定バイアスの制御要件は、バイアス情報がリングレーザの出力から直接得られ るならば実質的に減らされる。これを行なう１つの方法は、２つの同方向の波が つくるビート周波数を測定することによりバイアス周波数を得るという米国特許 ３゜８０７．８６６　（ジンゲリー）に教示されている方法に従って第２の対の 波を発生することである。これも４波システムであり、そして他の４波システム と同じ困難に遭遇することへなる。

リングレーザの出力から直接バイアス情報を得る第２の方法は米国特許３，８７ ９，１３０　（グリーンスタイン）に説明されている。この方法によれば、リン グレーザは２波システムとして作動し、そして固定バイアスはキャビティ内の可 飽和アブソーバによりつくられる。バイアス変動は特有の変化を出力の強度に生 じ、これを監視して基準値に対するバイアスのシフトを検出する。゛この方法の 次点はアクシャルモードスペーシング（ａｘｉａｌ　ｍｏｄｅ　ｓｐａｃｉｎｇ ）　ｃ　／　ｐ　（ｃは光速、Ｐはリング周縁）−こよりバイアス周波数は低く されてしまうということであり、リング周縁が小さいとその最小バイアス周波数 は許容できなり）程大きくなる。

λｍカ一 本発明はアクシャルモードスペーシングよりも小さい周波数で２波リングレーザ に固定バイアスを確立する方法と装置とを提供する。バイアスドリフトは真の回 転から区別でき、そしてバイアスエラー信号はリングレーザ出力から直接得るこ とができる。

本発明に従ってリングレーザキャビティは、キャビティ内に複数の複屈折要素を 配置することにより複屈折となるようにしている。従って、等方性キャビティ内 のモードの空間特性に関するパラメータと偏光とによりキャビティモードは特定 される。反対方向に進む２つの進行波を発生するように２つの異なリングレーザ が停止していると、発生する２つの波の周波数の差はバイアスを表わしている。

キャビティの複屈折の関数である周波数差は、もし前述の２つの偏光モードが隣 接偏光モードであるとアクシャルモードスペーシングよりも小さい。

角度運動に応答して差周波数はバイアス値から離れてずらされる。然しく基準値 に対して）バイアスが変化すると差周波数は変化する。こうしてバイアスのシフ トはキャビティ複屈折から生じ、これは回避できない。

上に述べたように、本発明はバイアスシフトを表わしているが、リングレーザ出 力に基づいて真の回転の効果と区別できるエラー信号を与える。このバイアスエ ラー信号を零とするようキャビティ複屈折を常に調節するか、又はバイアスエラ ー信号を零とするよう、バイアス差引きのため配置した、外部基準周波数源の周 波数を常に調節するサーボコントロールシステムへバイアスエラー信号を入力す る。

回転レートとは無関係であるが、キャビティ複屈折と関係しているリングレーザ 出力の特性を測定することによりバイアスエラー信号を取出す。そのような特性 の１つは、リングレーザから取出された出力ビームの１つの偏光である。そのよ うな特性の別の１つは、キャビティ複屈折が特別な仕方で変えられるとき生じる 差周波数の変化である。

本発明の第１実施例において、リングキャビティの複数の複屈折要素はウェーブ プレートとロチ−ターであり、そしてバイアスエラー信号を取出すため測定され る光学特性はいずれかの出力ビームの偏光状態である。特に、１つの出力ビーム の偏光楕円の配向と楕円率を測定することによりバイアス周波数を決定し、そし て外部基準周波数と比較する。これらの２つの周波数の間の差は零にしなければ ならないバイアスエラーを表わしている。

本発明の第２の実施例において、複数の複屈折要素は半波プレートである２つの 不整列のウェーブプレートを備えている。

こぎてこの不整列角はバイアス周波数の基準値を決定し、そしてバイアスエラー 信号はウェーブプレートの位相エラーを示す（零エラーは完全な半波プレートに て生じる）。

第２の実施例においてバイアスエラー信号は２つの方法により取出される。第１ の方法は（第１の実施例におけるように）偏光に基づいている。キャビティ複屈 折は規定の仕方で変えられ、そのとき出力ビームの偏光は変えられる。従って、 偏光検出装置が発生する信号は変調成分を含み、これらの変調成分を復調して所 望のバイアスエラー信号をつくる。この第２の方法は周波数に基づいている。キ ャビティ複屈折は一連のパルス化したインタロゲーション信号により変えられ、 そしてその一連のステップ毎に周波数測定を行なう。こうして発生した一組の数 を組合せて位相エラーに比例する２つの数をつくり、そしてそれは所望のバイア スエラー信号を構成している。

図　の簡単な　日 第１Ａ図と第１Ｂ図とは、本発明の具体的なサブシステムを示すブロック図であ る。

第２図はサブシステムのあるものを実現する要素を示す部分的な略図である。

第３図は、複屈折キャビティのモードスペクトルの一部を示す。

第４図は、２つの出力ビームの平均周波数が吸収中心周波数に近いときの強度対 キャビティチューニングの変化を示す。

第５図は１本発明の第１実施例の略図である。

第６図は、第２図の実施例を特徴づけている複屈折要素の斜視図である。

第７Ａないし７Ｃ図は、第２実施例の種々のウェーブプレートの形態を示す。

第８図は、バイアスエラー信号を取出すための第１の方法を用いる第２実施例の 略図である。

第９図は、バイアスエラー信号を取出すための第２の方法を用いる第２実施例の 略図である。

第１０図は、第２の方法における２パルスインタロゲーシヨン波形を示すグラフ である。

日の詳細な説日 １肌 本発明の基本的特徴を以下に要約する。

（１）複屈折キャビティを有するリングレーザは、各方向に１つの波が進行する ２波システムとして作動する。

（２）キャビティ内の可飽和アブソーバ−の作用により２つの隣接偏光モードで ２つの波を発生する。

（３）２つの波を異なる周波数で発生する。零回転レートのときの差周波数はバ イアスである。バイアス値からの差周波数のずれを観察することにより回転を検 出する。

（４）キャビティ内に複数の複屈折要素を配置することによりキャビティ複屈折 構造をつくる。

るが、回転レートを感知しない情報をつくる。

第１Ａ図と第１Ｂ図とは、ブロック形式で、本発明の基本的なサブ・システムを 示している。リングレーザシステムは、リングレーザ１２、外部ビームオプティ ックス１５．差周波数装置１７、バイアス情報装置２０、バイアスエラー信号を 零とするサーボ２２．そして路長制御装置２５を備えている。以下に更に詳しく 説明するが、リングレーザ１２は複屈折キャビティを有し、そして２波状態で作 動して２つの出力ビーム成分（まとめて２７で示す）を外部ビームオプティクス １５へ送る。

外部ビームオプティクス１５が２つのビーム成分を送る路は、単一ビーム路３０ 、双ビーム路３２そして単一ビーム路か、又は双ビーム路であるビーム路３３を 含む。路３ｏに沿って送られる単一ビーム成分は、リングキャビティを同調させ る路長制御装置２５へ送られる。路３２に沿って送られる組合されたビームは差 周波数装置１７へ送られてバイアス周波数としてビーム成分間の周波数差を決定 する。路３３に沿って送られたビーム成分は、キャビティの複屈折と関連し、そ してそれ故バイアス値と関連する光学的特性を測定するバイアス情報装置２ｏへ 送られる。

このバイアス情報装置２０の動作は、実際のバイアスと基準値との間の差を表わ す信号を発生するということである。この差は、サーボ２２へ送られるバイアス エラー信号を構成する。

よく知られている仕方でサーボ２２はバイアスエラー信号を零にするように応答 する。本発明に従ってこの零にすることは、差周波数装置１７を調節することに より（第１Ａ図）、又はリングレーザ１２のキャビティの複屈折を調節すること により（第１Ｂ図）実施される。それぞれの方法を採用するシステムを以下に説 明する。

第２図は、リングレーザ１２、外部ビームオプティクス１５、差周波数装置１７ そして路長制御装置２５の要素を示す略図である。

リングレーザ１２のリングキャビティは、第２図で３つの高反射ミラー４１．４ ２．４３として、そして部分透過出力ミラー４４として示されている３つ又はそ れ以上の反射器（ミラー又は反射プリズム）により形成されている。このキャビ ティは励起利得媒体４５と可飽和アブソーバ−４７を含んでおり。

これらは以下に説明するように異なる周波数の逆方向の波の同時発生を促進する ０本発明の目的にとってリングの形は重要ではなく、そして第２図は四角形のリ ングを示しているけれども三角形や他の多角形のリングも等しく使用できる。

本発明に従ってリングキャビティは、キャビティを複屈折とする複数の複屈折要 素５０を含んでいる。こぎで使用する「複数」とは、同じ型式の単一の複屈折要 素と等価の同様の複屈折要素の組合せを排除している。例えば、軸がすべて平行 となっている一連のウェーブプレートは単一のウェーブプレートと等価であり、 そしてそれ故複数ではない、同様に、一連のロチ−ターは単一のロチ−ターであ り、複数ではない。

本発明の実施例は特定の複数により特徴づけられている。

２つの実施例を以下に説明する。第１の実施例では、特定の複数はカルテシアン 複屈折要素とロチ−ターとを備え、そして第２の実施例では、特定の複数は半波 プレートである２つの不整列のウェーブプレートを備えている。

どのような実施例においても複屈折要素５０の複数はリングキャビティの主偏光 異方性を構成している。即ち、偏光に関して等方性ではないのである。然し、複 屈折要素５０が第２図に示すように別個の要素から成るということは要素ではな い。

複数の複屈折要素５０のうちの１つ又はそれ以上が、キャビティミラー又はセル ウィンドウのような他の機能も果す反射又は透過要素を備えていてもよい。

基本的なリングレーザ動作の説明をこ＼でしておき、その後で第２図のその他の 要素を説明する。

複屈折キャビティにおいて、等方性キャビティの空間モードを限定するパラメー タに加えて、偏光を基礎にしてモードを区別する。第３図は複屈折キャビティの モードスペクトルの一部を示す。破線５２．５３は等方性キャビティに対し限定 される、モード整数ｑとｑ＋１を有する２つの隣接軸モードの周波数を示す。複 屈折のため各軸モードは２つの成分に分けられる。

これらの分極モードの周波数は軸モードｑに対しては実線５４．５５により、そ してモードｑ＋１に対しては実線５７．５８により示されている。

一般に、各空間モードに対して２つの偏光モードは異なる周波数と異なる偏光と を有している。隣接偏光モード間の周波数分離は、隣接偏光モードが同じ軸モー ドへ屈しても、隣接軸モードへ屈しても、どちらにしてもアクシャルモードスペ ーシングよりも小さい。

時計方向（ｃｗ）の波を第１の偏光モードで発生するように、そして反時計方向 （ｃａｗ）の波を第２の、そして隣接偏光モードで発生するように本発明に従っ てリングレーザ１２を作動する。これらの２つの波だけが発生される波である。

特に。

ｃｃｗの向きに進行する第１の分極モードに属する波はなく、モしてｃｗの向き に進行する第２の分極モードに属する波はなり鳥。

可飽和アブソーバ−４７は上に説明した２波動作を達成させる。この所望の２波 動作を促進する可飽和アブソーバ−の役割は等方性キャビティ内で隣接軸モード で発生させられた２つの波について米国特許３，８７９，１３０に詳細に説明さ れている。本発明において、この可飽和アブソーバは同じ役割を演じるが、非等 方性の（この場合は複屈折の）キャビティの隣接偏光モードで２つの波を発生し ている。

米国特許３，８７９，１３０に説明しているように、先ず偏光モードで単方向発 生を励起し、次にキャビティを同調させてその一つの偏光モードと隣接偏光モー ドとの平均周波数を可飽和アブソーバ−の共振の中心周波数ｆｏと実質的に一致 させるようにすることにより所望の２波動作状態を確立する。キャビティ路長を 調整することにより同調させる。

平均周波数を吸収中心周波数に同調させてしまうと、所望の２波動作となり、も しその指示された同調状態が満足されないと１つの波しか発生しない。個の振舞 は路長安定を基礎としており、そして２つの隣接偏光モードで反対方向に進行す る波の同時発生を保証している。

この方法を第４図を参照して説明する。この図は、２つの隣接偏光モードの平均 周波数ｆの関数として２つの出力ビーム強度工、と工２の変化を示している。キ ャビティが同調させられると平均周波数は変化する。同調条件ｆ＝ｆｏが満足さ れると。

第１の波の強度１１は極小点を通り、そして第２のそして反対方向の波の強度Ｉ ２は極大点を通る。いずれかの出力ビームの強度、又は２つの出力ビームの強度 の差を監視することにより所望の同調条件ｆ＝ｆｏが満足されるときを決定でき る。第４図に示されるタイプの振舞は、２つの非隣接偏光モードの平均周波数が 吸収中心周波数へ同調しても観察されるが、この場合はその差周波数は隣接偏光 モードの場合に観察されるものよりも高い。

本発明の目的に適合するようにするためアブソーバ−はレーザー動作周波数とは ゾ同じ周波数で吸収共振しなければならない。レーザー動作周波数は利得媒・体 の選択された作動共振の周波数帯間にある。こうして必要な条件とは、利得媒体 の作動共振と一致する周波数帯を有する吸収共振が存在するということである。

ヘリウム・ネオン利得媒体に対して適当なアブソーバ−は波長３．４ミクロンで の動作ではメタンを、そして波長０．６３ミクロンの動作では励起ネオンを含む 。

一度所望の２波状態が確立されると、キャビティには反対方向に進む周波数の異 なる２つの波（４８，４９）が現われる。

リングレーザが停止している間その周波数差はバイアス周波数である。これは、 もし同じ軸モードの偏光モードを使用すると第３図の線５４と５５として示され る２つの偏光モードの間の周波数差であり、もし２つの偏光モードが隣接軸モー ドに属するならば線５５と５６として示される２つの偏光モードの間の周波数で ある。どちらの場合でも回転に対する応答は一方の周波数を高い値へそして他方 の周波数を低い値へずらせるということである。こうして、差周波数はバイアス のため変えられる。

レーザの動作上の説明を基に第２図のその他の要素を説明する。

゛　部分透過ミラー４４を介してキャビティから波４４と４９の一部を取出して 外部ビーム成分６７と６８つくる。基部ビームオプテイクス１５には多くの態様 がある。例として第２図は３つのビームスプリッタ７１．’７２．７３を示して おり、これらは２つの出力ビームロ７と６８の一部を組合せ、路３２に沿ってこ れら２ビ一ム成分は実質的に平行に且つ同時に存在する。

更に、外部ビームオプテイクスは単一ビーム成分７５．７６を利用できるように もしている。ビーム成分７５は路３０を進み、路長制御のための信号となる。ビ ーム成分７６を使用して、以下に説明するように単一ビームの偏光状態に基づい てバイアスエラー信号を発生する。

路長制御装置２５は、路３０に挿入したホト・ディテクタ７８、サーボ８０そし てミラー４１へ取り付けた圧電トランスデユーサ８２のような同調要素を含む、 ホト・ディテクタ７８からの電気信号に応じて同調要素８２へ電圧を加えること により路長サーボ８０は、ミラー４１の位置を調整する。この信号は、ビーム６ ７が強度工、へそしてビーム６８が強度Ｉ２へ対応するか、又はビーム６７が強 度工２へそしてビーム６８が強度１１へ対応するかによって、強度Ｉ、又はＩ２ に比例する。サーボ制御技術で知られている普通の方法に従って、サーボ８０は 第４図に示す強度対同調ファンクションに基づいて停止点へキャビティの同調を ロックする。停止点においてファンクションの第１導関数は零である。

２乗検波のホト・ディテクタに平行に同時に２つの出力ビームを入れることによ り差周波数を検出するのが普通である。

差周波数装置１７はホト・ディテクタ８５、偏光子８７、安定基準周波数源８８ 、ミキサ９０そしてカウンタ９２を含む。基準周波数源８８は、石英又はルビジ ウムの周波数基準器のような基準周波数発振器と調整式周波数合成網を備える６ ２つの平行ビーム成分は共通路３２に沿ってホト・ディテクタ８５の面へ送られ 、このホト・ディテクタの出力は光学差周波数に等しい周波数の成分を有する電 気信号である。偏光子８７は、ディテクタ８５に入る２つのビームが同じ偏光を 有してディテクタの面を横切って動く光線の縞が高いコントラストを持つように することを保証している。ホト・ディテクタ８５の出力と基準周波数源８８の出 力とをミキサ９０で組合せてバイアス周波数を取除き、カウンタ９２で測定され る出力が回転にだけ関係するようにしている。従って、基準源８８の周波数とバ イアス周波数とは等しくなるよう調整される。バイアス周波数はこうしてミキサ ９０で差し引かれるので、ミキサの出力は回転により生じる光学差周波数におけ るずれに等しい周波数の電気信号である。カウンタ９２はミキサの出力信号のサ イクルを計数し、各サイクルは特定の角運動に対応する。バイアス差引により装 置は零入力（角度レート）に対して零出力（カウンタ９２）を示す。

本発明において、２つの逆方向に進行する波は隣接偏光モードで発生する。この ことは、任意のキャビティ複屈折に対しアクシャルモードスペーシングよりもバ イアス周波数が小さいことを保証する。バイアス周波数ｆＢとキャビティ複屈折 φとの関係は次式により与えられる。

こ＼でＣは光速であり、モしてｐはキャビティの路長である。

キャビティの複屈折φを適当に選択することにより所望のバイアス周波数を発生 できる。例えば、路長Ｐ＝３０ｃｍではもしキャビティ複屈折φ＝π１５ラジア ンであるとバイアス周波数は１００　Ｍ　Ｈｚとなる。キャビティ複屈折φがπ １５０ラジアンであるとバイアス周波数は１０　Ｍ　Ｈｚである。

このようにしてキャビティ複屈折は主バイアスパラメータである。複屈折の変動 は、温度変化と応力状態の変化のため避けることはできない。もしキャビティ複 屈折が変化すると、バイアス周波数は変化し、そして誤って回転と解釈してカウ ンタ″９２に信号を記録してしまうことがある。

リングレーザ出力のある特性に基づいてキャビティの複屈折の変化によるバイア ス周波数の変化を検出して本発明は上記の問題を克服する。一度バイアスシフト が検出されると、基準周波数′ｇ８８の適正調整によりそのバイアスシフトを補 償するか（第１Ａ図）、又はバイアス周波数をそれの当初の値へ戻すようにキャ ビティ複屈折を調整する（第１Ｂ図）。

完全なシステムを設計するのに必要なことは、（１）特定の実施態様（即ち、特 定複数の複屈折要素）を定める： （２）その実施態様に適切な、バイアスシフト検出のための特定のバイアス情報 装置２０を決定し；（３）第１Ａ図又は第１Ｂ図の何れかにより、適当な制御方 法を選択することである。

以下に説明する２つの実施態様は、バイアスシフトを検出しそしてバイアス・エ ラー信号に応答し、所望の制御を実施する異なる方法と装置とを説明するのに役 立つ。

第１実施態様 第５図は、本発明の第１実施態様の略図である。リングレーザ１２、外部ビーム オプティクス１５、路長制御装置２５そして差周波数装置１７は上に述べたよう に、第２図に示す素子で実現されている。

第１の実施態様の特徴は、デカルト複屈折要素９５とロチ−ター９７とを備えて いることにある。バイアス情報を得るため測定した光学的特性は、出力ビームの 一つ、特定すればビーム成分７６の偏光状態である。バイアス情報２ｏは偏光デ ィテクタ９８１周波数カウンタ９９、コンピュータ１００、そして適当なインタ ーフェース（図示せず）を備えている。偏光ディテクタ９８により測定された偏 光パラメータを計算したバイアス値コンピュータ１００により変換する。コンピ ュータ１００はこの計算したバイアス周波数基準周波数源８８からの信号の周波 数と比較し、そしてその差を表わすバイアスエラー信号をサーボ２２へ送る。零 でないバイアスエラーに応答して、サーボ２２は源８８の周波数を調整して差を 零にする。それ故この第１の実施態様は第１Ａ図の零化法を実現している。

デカルト複屈折要素は典型的にはウェーブプレートであるが、２つの相互に直交 する固有軸に沿う２つの偏光成分の間に位相ずれを持込む要素でもある。普通の ウェーブプレートは４分の１波長と２分の１波長のウェーブプレートであり１位 相ず九はそれぞれ７ｃ／２ラジアンとπラジアンとである。ロチ−ターは円形の 複屈折を呈し、そして反対偏光の２つの成分間に位相ずれを持込むロテータは自 然ロテータ又はファラデイロテーこの形態に対してはキャビティ複屈折φは次の 関係から決まるつ ｃｏｓＵ／２）　＝ｃｏｓ（β／２）　ｃｏｓ（β／２）（式２）ここでαは円 形複屈折であり、そしてβはデカルト複屈折である。

別の、しかし等価の形態ではデカルト複屈折要素は、ｐ−５複屈折、即ちｐとＳ の偏光成分（通常の表示で、リングの面にそれぞれ平行であり、そして垂直であ る成分）の間での反射の際の位相ずれの差を呈する１つ又はそれ以上のキャビテ ィリフレクタとして使用される。この別の形態ではすべてのりフレフタに対して 全ｐ−ｓ複屈折は正味のデカルト複屈折βである。

０．６３ミクロン又は３．４ミクロンの波長で作動するＨｅ−Ｎｅレーザのロチ −ターとウェーブプレートの適当な材料は石英である。石英は、もしビームがそ の光学軸（Ｘカット石英）に沿って進むとロチ−ターのように働くが、もしビー ムがその光学軸に垂直方向に進むと（Ｘカット石英）、デカルト複屈折を生ずる 。ビームの進行方向における石英の厚みが、その場合によって円形複屈折又はデ カルト複屈折の量を決める。

この第１の実施態様については上に説明したように、いずれかの出力ビームの偏 光状態を決定する測定がなされる。円形複屈折とデカルト複屈折との両方が非零 であるとされるか、又はそうでなければ任意であるとされる。それ故ビームの偏 光は楕円であり、そしてその測定されたパラメータはウェーブプレート９５の固 有軸の向きに対しての偏光楕円の主軸の配向θでθとρの値を知ると次の関係か ら円形複屈折αとデカルト複屈折βとを知ることができる。

゛　α　＝　４０　（式３ａ） θとρの測定値は角運動と無関係であり、バイアス周波数は偏光パラメータθと ρを測定するだけでいつでも決定できる。

偏光パラメータの測定方法は偏光測定の分野又は偏光分析法として知られている 分野でよく知られている。更ｔこ、そのような測定をする器機は市場で購入でき る。偏光ディテクター９８は偏光計である。ビームスプリンタ７１．７２は偏光 保存複屈折であるべきであり、それによりビーム成分７６は出力ビームロ７と同 じ偏光状態を有するようにする。又は、ミラー４４以外のキャビティリフレクタ は部分透過にして偏光ディテクタ９８に直接入る出力ビームを得るようにする。

簡単な別の偏光ディテクタ９８は偏光プリズムとホト・ディテクタを備え、偏光 プリズムの向きは可変としている。ホト・ディテクタが記録する強度を最大とす る偏光子の向きは主軸の向きθであり、そしてパラメータρは次式により与えら れる。

こＮでＩ　ｗｉｎは偏光子の向きを変えたときホト・ディテクターが記録する最 小強度であり、Ｉｍａｘは最大強度である。

第２実施態様 第２実施態様を特徴づけている複屈折要素５０は２つの不整列の半波ウェーブプ レートである。この第２実施態様は第１Ｂ図に示す零化法を実施するものであり 、キャビティ複屈折はバイアスエラー信号に応答してサーボ２２により調整され ている。バイアスエラー信号を引出すため測定される光学的特性が異なる２つの 変形態様を説明する。第１の態様では測定は一方のビームの偏光状態についてな され、第２の態様では測定は差周波数についてなされる。

第６図は、複屈折要素５０の組合せの斜視図であり、固有軸が整列していない２ つのウェーブプレート１０５，１０７から成る。ｒ公称半波プレート」とは、公 称位相シフトがπラジアンであるが、製作１生じる不精確と位相シフトが温度や 応力により変化するということで公称のπラジアンからどうしても真の位相シフ トが異なってしまう、半波プレートとしてつくられたウェーブプレートのことで ある。

精確にπラジアンに等しい位相シフトをそれぞれ有している２つの完全な半波プ レートでは偏光モードで発生した波は（普通の表現では右円形偏光と左円形偏光 という）反対の円方向の完全な円形偏光となる。この場合のキャビティ複屈折φ は次式により与えられる。

φ＝４ψ　（式５） こ＼でψは、一方の半波プレートのファースト軸と他方の半波プレートのスロー 軸との間で測定された不整列角である６もしリングレーザが同じ軸モードに屈す る２つの隣接偏光モードで作動していると、バイアス周波数ｆＢは次式で与えら れる。

もし隣接偏光モードが隣接軸モードに屈すると、バイアス周波数ｆＢは次式によ り与えられる。

いずれの場合もバイアス周波数は、π／２ラジアンよりも小さい不整列角ψに対 してアクシャルモードスペーシングよりも小さい。

この第２の実施態様においてはウェーブプレート１０５と１０７とは相互に、又 は共通の支持構造体へしっがりと取付けられ、不整列角ψは固定されている。そ の場合バイアス周波数は、もし２つのウェーブプレートが完全な半波プレートで あると上記の式に示す公称値を有する。πラジアンの基準値からの個々の位相シ フトのずれは、こ＼では基準値である公称値からバイアス周波数をシフトさせる 位相エラーを表わしている。

第２の実施態様によれば、個々のウェーブプレートの位相エラーはバイアスエラ ー信号を発生し、そしてバイアスエラー信号への応答は位相エラーを零にするよ うキャビティ複屈折を調節することによりなされる。これを可能とするため、２ つのウェーブプレートの位相シフトは調整できなければならない。

更に、再変形態様に対しバイアスエラー信号は規定の仕方で位相シフトを摂動す ることにより取出される。このためにも位相シフトは調整できなければならない 。

２つのウェーブプレートの固有軸の配向を第６図に示す。

各ウェーブプレートの２つの固有軸はビームの進行方向（±２方向）に対し、そ して相互に直交している。こうして、ウェーブプレート１０５の固有軸はＸ方向 とＸ方向とに沿っており。

ウェーブプレート１０７の固有軸はＸ′とＸ′とに沿っている。

第７Ａ図は、第２実施態様に適当な位相可変のウェーブプレートの第１の形態を 示す斜視図である。２つのウェーブプレート１０５′と１０７′とは共通の支持 体１０８へ固定されており、この支持体はガラス、ガラス・セラミック又は他の 低い温度膨張係数の材料でよい。位相シフトは電気・光学効果により変えられる 。最も簡単な方法は、ビーム進行方向（±２）に直角な方向にウェーブプレート へ電界をかけることである。この場合平行電極を各ウェーブプレートへ取付ける 。ウェーブプレート１０５′の電極にリード線１１２が、そしてウェーブプレー ト１０７′の電極にリード線１１３が取付けられる。

第７Ｂ図は１本発明の第２実施態様の第２のウェーブプレートの形態を示す斜視 図である。２つのウェーブプレート１０５″と１０７”は共通の支持からだへし っかり取付けられる。

共通の支持体はこの場合中空円筒ブロック１１５である。円筒ブロック１１５は 円筒軸の周りに内部孔をあけられており、その軸に沿って２つの方向反対のビー ムが進行する。円筒ブロック１１５の材料組成は第７Ａ図の支持ブロック１０８ の材料組成と同じである。ウェーブプレート１０５”と１０７　”とは上に述べ たように相互に配向されており、そして円筒の端へ取付けられている。ウェーブ プレートの位相シフトは光弾性効果により変えられる。各半波プレートの周縁に 複数の圧電アクチュエータ１１７を設ける。圧電アクチュエータ１１７へ加える 電圧信号により変形を生じさせ、その結果ウェーブプレート１０５”と１０７” の位相シフトを変える。

第７Ｃ図は、本発明の第２実施態様の第３のウェーブプレートの形態を示す。２ つのウェーブプレート１０５”と１０７”とは円筒であり、そして例えばそれら の周縁に沿って溶接することにより相互にしっかりと取付けられている。方向反 対のビームが円筒軸（±２方向）に沿って進行する。半波プレートの位相シフト は電気・光学効果により変えられる。この組立体は電極マウント１２０へ取付け られた第１対の電極と、電極マウント１２２へ取付けられた第２対の電極とを有 している。４つの電極面はすべて、２つのウェーブプレートの接合部における円 面により限定される面内にある。マウント１２０へ取付けられた電極間に加えら れる電圧がつくる電界は、ウェーブプレート１０７”’が占める体積内に空間的 に集中させられ、そして軸に沿う点で円筒軸に直角となっている。この印加電圧 は、他方のウェーブプレート１０５”’に知覚し得る程の影響を与えることなく ウェーブプレー）−１０７”’の位相シフトを変える。同様に、マウント１２２ へ取付けられた電極間に加えられた電圧はウェーブプレート１０７”’に知宜し 得る程の影響を与えることなくウェーブプレート１０５”’の位相シフトを変え る。

本発明の第２実施態様におけるウェーブプレートの形態とは関係なく、もしレー ザ利得媒体がヘリウム・ネオンであれば可視光線動作では適当なウェーブプレー トの材料は石英、ＤＫＰ、ＬｉＮｂＯ３又はＬ　ｉ　Ｔ　ａ　Ｏａであり、そし て赤外線動作では石英又はＭｇＦ２である。

第８図は、第２実施態様の第１形態の略図であり、バイアスエラー信号は一方の 出力ビームの変調偏光の測定がら取出される。特に、２つの公称半波プレートの 位相シフトは変調器１２４からの信号により変調され、２つの出力ビームの偏光 も変調される。単一ビーム成分７６は外部ビームオプティックス１５によりバイ アス情報装置２０へ送られ、この装置は偏光ディテクター１２５と復調器１２７ とを備えている。偏光ディチク′り１２５はホト・ディテクターを従えている偏 光子を備えてぃる、ウェーブプレート組立体へ加えられた変調信号を表わしてい る変調器１２４からの信号と一緒に偏光ディテクター１２５からの電気出力信号 を受取る位相感知（又は同期）ディテクタ７を復調器１２７は備えている。

変調信号は２つの周波数成分を含み、そして２つのウェーブプレートの位相シフ トの線形組合せ（和と差）を変調するような仕方で加えられる。第１変調周波数 を有する変調信号の第１成分は２つのウェーブプレートにおいて等しい位相シフ ト変化をつくる。第２変調周波数を有する第２成分は大きさが等しいが、符号反 対の位相シフトの変化を２つのウェーブプレートにつくる。変調信号は、上に述 べたように、電気・光学的効果又は光弾性効果のいずれかにより常に加えられて いる。

偏光ディテクター１２５の電気信号出力は、第１と第２の変調周波数の周波数成 分を含んでいる。ディテクタの出力信号は２つの変調周波数で（復調器１２７に より）復調されて、第１と第２の復調振巾をつくり、これらの振巾は一緒になっ てサーボ２２へ加えられるバイアスエラー信号を構成する。第１の復調振巾に応 答してサーボ２２が位相シフトの和を調整し、そして第２の復調振巾に応答して 位相シフトの差を調整し、それにより零とされる。上に述べたように電気光学的 又は光弾性的効果により調整を行なう。

それは、個々のウェーブプレートの位相シフトではなくて、変調され、調整され る２つの位相シフトの特定の線形組合せであるので、変調のための信号と調整の ための信号とはそのまま特定の線形組合せを変調又は調整することにより加えら れる。

第７Ａ図から第７Ｃ図を参照して説明した３つのウェーブプレートの形態につい ては信号は電圧信号である。第１の比と第２の比とをそれぞれ有するウェーブプ レートの各々の電圧をかけることにより第１と第２の変調信号を発生する。第１ の比とは２つの位相シフトが等量だけ変化し、第２の比とは２つの位相シフトが 同量であるが、符号反対の大きさだけ変化する。第１と第２の比は位相シフトを 調整するための信号に等しく適用されてバイアスエラー信号を構成している２つ の復調振巾を零とする。

簡単な例として、第７Ｃ図の形態を考える。この形態では２つのウェーブプレー ト１０５”′と１０７”′は同じ材料から同じようにつくられている。電極マウ ント１２０と１２２との間の角不整列が２つの半波プレートの間の不整列角ψに 等しい特別な場合には電気・光学係数（単位電圧当りの位相シフト）は２つのウ ェーブプレートで同じである。この場合、第１の電圧比は＋１であまり、第２の 電圧比は−１である。

第９図は、第２の実施態様の第２の変形であり、バイアスエラー信号は′一連の 差周波数の測定を実施していくことにより取出される。即ち、一連の個別のパル スインタロゲーション信号により２つの公称半波プレートの位相シフトは変えら れ、このとき差周波数は各パルスの時間巾中に変えられる。

第２実施態様のこの第２変形ではバイアス情報装置２０が測定する光学特性は差 周波数である。しかし、光学的差周波数を測定する装置は既にある、即ち偏光子 ８７と路３２上の双ビームをうけるホト・ディテクター８５であり、既に利用で きる差周波数装置１７を使用すれば足りる。

各インタロゲーション信号は時間的にずれた２つのパルスから成り、もしこれら の２つのパルスが同時にあったとすると時間軸上で相互に鏡像となるような形を している。第１０図は、同じ時間巾τを有し、パルス振巾は大きさ等しく、符号 反対の矩形パルスを示している。

これらのパルスはパルス信号源１３７により発生される。

第７図のウェーブプレートではこれは、位相シフトの線形組合せに各パルスが変 化を生じさせるようにウェーブプレートへ加えられる電圧信号である。特に、− 組のパルスについて線形組合せは２つのウェーブプレートの位相シフトの和であ り、別の組のパルスについて線形組合せは差である。これは、上に説明した第１ と第２の比をそれぞれ有するウェーブプレートへ電圧を加えることにより達成さ れる。

２パルスインタロゲ一ジ３ン信号は順次に和と差と入加えられる。第１０図の矩 形ではそのシーケンスの一部分の間で個々の位相シフトの和は第１パルスの時間 中値Ａ＋ΔＡをとり、そして第２パルスの時間中値Ａ−ΔＡをとる。こシでＡは インタロゲーションパルスのないときの和である。同様に、インタロゲーション シーケンスの第２の部分として、個々の位相シフトの間の差は第１パルスの期間 中は値Ｂ＋ΔＢを、そして第２パルスの期間中は値Ｂ−ΔＢをとる。こ＼でＢは インタロゲーションのないときの差である。完全な半波プレートではＡは２πラ ジアンでＢは０である。

この第２変形では、バイアスエラーカウンタ１４０は、各インタロゲーションパ ルスの時間中、光学的差周波数を表わす周波数を有している信号のサイクルの数 を記録している。光学的周波数を「表わしている１周波数とは、差周波数か、又 は既知周波数だけ差周波数から異なる周波数（周波数シフト）か、又は既知数を 差周波数に乗するかもしくは既知数で差周波数を除するかして得た周波数（周波 数増倍もしくは低減）か、又はこれらの組合せにより得た周波数のいずれかであ る。

光学的差周波数を表わしているそのような周波数はミキサー９０から得られ、そ してバイアスエラーカウンタ１４０により受けとられる。カウンタ１４０はイン タロゲーションパルスによりゲートされる、即ちカウンタは開いて各パルス時間 中カウンタを蓄積し、その他は閉じている。２パルスインタロゲーシヨン中バイ アスエラーカウンタ１４０は第１パルス中に蓄積されたカウントの数と第２パル ス中に蓄積されたカウントの数との間の差を記録する。１つの完全なインタロゲ ーションの結果は２つの数であり、第１の数は２バルスインタロゲーシヨンが位 相シフトの和についてなされるときのカウントの数の差であり、そして第２の数 は２パルスインタロゲーシヨンが位相シフトの差についてなされるときのカウン トの数の間の差である。

もしこれら２つの数が両方とも零であると、位相エラーは両方とも零で、２つの ウェーブプレートは完全な半波プレートであることシ、バイアス周波数が公称値 であることを示す、もしこれらの数が両方とも零でないと、サーボ２２はこれら の数に比例するエラー修正信号を発生し、それにより位相エラーの和と明したよ うに調整される。

蟇盗 要約すると、本発明はバイアス周波数がアクシャルモードスペーシングよりも小 さいバイアス周波数で２波リングレーザのバイアスの安定を達成している。バイ アスシフトはリングレーザの出力を監視することにより真の回転から区別される 。

本発明の好ましい実施例を上に完全に説明し、そして幾つかの代替的構成と変更 とを述べたけれども他にも種々構成を変えることはできる。例えば、矩形パルス を使用した２パルスインタロゲーシヨンシーケンスを示したが、他のパルスの形 も利用できる。それ故、本文の説明は本発明の技術範囲を制限するものではなく １本発明の技術範囲は添付の請求の範囲により限定されるものである。

ＦＩＧ、ＪＡ。

ＦＩＧ、ＩＢ。

ＦＩＧ、ＪＢ。

ＦＩＧ、８゜ ＦＩＧ、９゜ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　０ＮｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮλＬ　ＡＰＰｌ、、ＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ 、　ＰＣＴ／ＵＳ　８６１００１９１　（ＳＡ　１２７３４）ＵＳ−Ａ−３８７ ９１３０２２１０４／７５　Ｎｏｎｅ

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．リングギヤビティ内に励起利得媒体を含み、反対方向に進み、周波数が異な る（周波数の差は回転に応答するが、停止時のリングレーザのバイアス周波数を 表わしている）２つの進行波を発生するリングレーザを作動する方法において、 キャビティ内に複数の複屈折要素を配置し（この時キャビティは複屈折状態とな り、そしてキャビティモードは偏光とアクシャルモード数とにより特徴づけられ る偏光モードである）；隣接の第１と第２の偏光モードで２つの進行波を発生し ；キャビティから取出した、進行波のうちの少なくとも１つに関係する１つ又は それ以上の光学的特性を測定し；このようにして測定した光学的特性に基づいて バイアスエラー信号（このバイアスエラー信号はバイアス周波数の変化に応答す るが、回転レートには実質的に不感である）を取出し；そして、 バイアスエラー信号を零とする諸段階を備えたリングレーザの作動法。
2. ２．利得媒体の作動共振周波数帯と実質的に一致する周波数帯を有する吸収共振 をする可飽和アブソーバーをキャビティ内に配置し； 第１偏光モードで第１進行波の振動を確立し；第１偏光モードと隣接の第２偏光 モードとの平均周波数が吸収共振の中心周波数と実質的に一致するようにキャビ ティを同調させて、第１進行波と周波数が異なり、そして第１進行波と方向反対 の第２進行波を同時に確立するサブ段階を前部の段階が含んでいる請求の範囲第 １項の方法。
3. ３．隣接モードは同じアクシャルモード数により特徴づけられている請求の範囲 第１項の方法。
4. ４．隣接偏光モードは１だけ異なるアクシャルモード数により特徴づけられてい る請求の範囲第１項の方法。
5. ５．前記の複屈折要素を配置する段階では、キャビティ内にデカルト複屈折要素 とロテーターを配置し、そして前記の光学的特性を測定する段階、前記のバイア スエラー信号を取出す段階そして前記のバイアス信号を零とする段階では、バイ アス差引のため、キャビティ外に基準周波数源を配置し（基準周波数源が発生す る周波数は調整できるが、ほぼバイアス周波数に少なくとも等しい）； キャビティから取出した、１つの進行波の偏光楕円の配向と楕円率とを測定し； こうして測定した配向と楕円の数値を規定のバイアス計算式に入れることにより バイアス周波数の計算値を決定し；この計算したバイアス周波数を基準周波数源 の周波数から差引き（その周波数差はバイアスエラー信号を表わしている）；そ して、 バイアスエラー信号を零とするように基準周波数源の周波数を調節する請求の範 囲第１項の方法。
6. ６．バイアスエラー信号を零とする段階でキャビティ複屈折を調節するようにし ている請求の範囲第１項の方法。
7. ７．前記の測定と取出しの段階では、 キャビティ複屈折を変調し（このとき２つの進行波の偏光が変調される）； 偏光子とホト・ディテクタとを備える偏光ディテクタへキャビティから取出した 進行波の１つを向け、変調された偏光を測定し；そして ホト・ディテクタの電気信号出力を復調してバイアスエラー信号を取出す請求の 範囲第６項に記載の方法。
8. ８．前記の配置段階では、固有軸を揃えないで、キャビティ内に２つの公称半波 プレートを配置する請求の範囲第７項の方法。
9. ９．キャビティ複屈折を変調する段階で、２つの公称半波プレートの位相シフト の和と差とを独立して変調し（和は第１変調周波数で変調され、そして差は第２ の、異なる変調周波数で変調される）； 前記の復調段階で、第１と第２の変調周波数で電気信号を復調してバイアスエラ ー信号を一緒になって構成する第１と第２の復調振巾を得；そして 前記の調整段階で、位相シフトの和と差を調節する請求の範囲第８項の方法。
10. １０．前記の測定と取出し段階とで、一連の個々別々の時間中キャビティ複屈折 を変え； ２つの進行波間の周波数の差を表わしている周波数を有する電気信号のサイクル 数を、各時間中、計数し；そして異なる時間に記録したカウントの数を規定の仕 方で組合せて、バイアスエラー信号を表わす一組の数を得る請求の範囲第６項記 載の方法。
11. １１．キャビティ複屈折を変える段階は、１つ又はそれ以上のパルスインタロゲ ーション処理を含み、各処理は複数の複屈折要素の位相シフトの特定の線形組合 せにより特徴づけられ、そして２つのステップを順次に遂行し、各ステップで位 相シフトの線形組合せはある決まった時間中だけ零でないパルス波形により定ま る変化をうけ、第２ステップでパルス波形は第１ステップのパルス波形の負であ り、そして前記の組合せ段階では、順次に遂行される２つのステップ中に記録さ れたカウントの数の間の差をとり、インタロゲーション処理ごとに１つのそのよ うな差があり、そのような差の数の組がバイアスエラー信号を表わす請求の範囲 第１０項記載の方法。
12. １２．複数の複屈折手段が固有軸を揃えていない２つの公称半波プレートを備え 、 ２つのインタロゲーション処理があり、第１のインタロゲーション処理は２つの 半波プレートの位相シフトの和により特徴づけられ、第２のインタロゲーション 処理は差により特徴づけられており、そして 前記の調整段階では位相シフトの和と差とを調整する請求の範囲第１１項の方法 。
13. １３．パルス波形は、別々の時間間隔中に一定の値を有し、その他の時間中はゼ ロである請求の範囲第１１項に記載の方法。
14. １４．リングギヤビティ内に励起利得媒体を含み、反対方向に進み、周波数が異 なる（周波数の差は回転に応答するか、停止時のリングレーザのバイアス周波数 を表わしている）２つの進行波を発生するリングレーザを作動する方法において 、キャビティ内にデカルト複屈折要素とロテーターを配置し；隣接偏光モードで ２つの進行波を発生し；キャビティから取出した、前記の２つの進行波の間の周 波数差（これは回転の測度である）をバイアス周波数に対して検出し； キャビティから取出した、進行波の１つの偏光状態を表わす偏光楕円の配向と楕 円率とを測定し；バイアス差引のため配置した外部基準周波数源の周波数と前記 の偏光楕円の配向と楕円率の測定値を独立変数として有する、規定の式から計算 したバイアス周波数との間の差を決定し（この差はバイアスエラー信号を表わす ）；そして基準周波数源の周波数を調整してバイアスエラー信号を零とする諸段 階を備えるリングレーザの作動法。
15. １５．リングギヤビティ内に励起利得媒体を含み、反対方向に進み、周波数が異 なる（周波数の差は回転に応答するが、停止時のリングレーザのバイアス周波数 を表わしている）２つの進行波を発生するリングレーザを作動する方法において 、固有軸が揃えられておらず、そして位相シフトは調整することができる２つの 公称半波プレートをリングギヤビティ内に配置し； 隣接偏光モードで２つの進行波を発生し；キャビティから取出した２つの進行波 の間の周波数差（この周波数差は回転の測度である）をバイアス周波数に対して 検出し； ２つの半波プレートの位相シフトの和と差とを規定の仕方で変え、 この偏光段階へのリングレーザの応答を示す、キャビティから取出した２つの進 行波の少なくとも１つの光学的特性を測定し； 前記の変更段階へのリングレーザの応答に基づいてバイアスエラー信号を取出し ；そして 位相シフトの和と差とを調整してバイアスエラー信号を零とする諸段階を備える リングレーザの作動法。
16. １６．閉路に沿って進む進行波モードの振動を支持するリングキヤビティ； このキャビティを複屈折とするためキャビティ内にそれぞれ配置されている複数 の複屈折手段（キャビティモードは偏光とアクシャルモード数とにより特徴づけ られている）；２つの進行波だけを発生する作動状態を確立するため前記のキャ ビティ内に配置されている手段（２つの波は異なる周波数と反対の進行方向とを 有し、隣接偏光モードで発生されていて、周波数の差は回転に応答し、停止時の リングレーザのバイアス周波数を表わしている）； 第１と第２のビーム成分をつくるため前記のキャビティから前記の第１と第２の 進行波の一部分を取出す手段；第１と第２の外部ビーム路に前記の第１と第２の ビーム成分を向ける手段（第１と第２の外部ビーム路は第１と第２のビームが同 時に存在する共通路部分を含んでいる）；この共通路部分に配置され、前記の第 １と第２のビーム成分の間の周波数差を前記のバイアス周波数に対し決定する手 段；前記の第１と第２のビーム路の少なくとも一方に配置され、前記の２つのビ ーム成分の少なくとも１つに関する１つ又はそれ以上の光学的特性を測定する手 段； こうして測定した光学的特性に基づいてバイアスエラー信号を取出す手段；そし て このバイアスエラー信号を零にする手段を備えた回転を感知するリングレーザシ ステム。
17. １７．前記の作動状態を確立する手段が、前記の閉路に配置された励起利得媒体 ；この利得媒体の作動共振の周波数帯と実質的に一致する周波数帯を有する吸収 共振を有し、前記の閉路内に配置されている可飽和アブソーバー；そして 前記の吸収共振の中心周波数に実質的に等しい前記の隣接偏光モードの平均周波 数を保持する同調手段を備える請求の範囲第１６項のリングレーザシステム。
18. １８．前記の利得媒体がＨｅ−Ｎｅを含み、前記のアブソーバーは励起されたネ オンを含み、そして前記のリングレーザは０．６３ミクロンの波長で動作する請 求の範囲第１７項のリングレーザシステム。
19. １９．前記の利得媒体がＨｅ−Ｎｅを含み、前記のアブソーバーは励起されたネ オンを含み、そして前記のリングレーザは３．４ミクロンの波長で動作する請求 の範囲第１７項のリングレーザシステム。
20. ２０．前記の同調手段は 前記の２つのビーム成分の少なくとも１つのビーム成分の強度を検出するディテ クター手段；及び強度同調曲線の静止点に相当する値にキャビティ路長を保つよ うに、検出した強度に対応してキャビティの路長を調整するサーボ手段を備えて いる請求の範囲第１７項のリングレーザシステム
21. ２１．前記のバイアス周波数に対し周波数の差を決定するための前記の手段が、 ２つの同時のビームが入射するホト・ディテクタ；このホト・ディテクタに入射 する前に２つの同時のビームが通る偏光子； バイアス周波数と実質的に等しい周波数の信号をつくる外部基準周波数源； 前記のホト・ディテクタの電気信号出力の周波数から前記の基準周波数源の周波 数を差引くことができるように前記の基準周波数源の出力と前記のホト・ディテ クタの出力とを組合せるための周波数混合手段；そして この混合手段の出力である信号のサイクルの数を計数する周波数計数手段を備え ている請求の範囲第１６項のリングレーザシステム。
22. ２２．前記の測定手段が、一方のビーム路に配置されて、そのビーム成分の偏向 楕円の配向と楕円率とを測定する偏光検出手段を備えている請求の範囲第２１項 のリングレーザシステム。
23. ２３．前記の外部基準周波数源の周波数は調整可能であり；そして、 前記の零にする手段は、バイアスエラー信号に応答して、前記の外部基準周波数 を調整するサーボ手段を備えている請求の範囲第２１項に記載のリングレーザシ ステム。
24. ２４．前記の複数の複屈折手段はデカルト複屈折手段とロテーターを備えている 請求の範囲第１６項又は第２３項のリングレーザシステム。
25. ２５．前記の複数の複屈折手段は、固有軸が揃えられていない２つの公称半波プ レートを備えている請求の範囲第１６項のリングレーザシステム。
26. ２６．前記の測定手段と前記のバイアスエラー取出し手段とが、 第１変調周波数において２つの半波プレートの位相シフトの和を変調し、そして 第２の、異なる周波数において前記の位相シフトの差を変調する手段； 外部ビーム成分の一つの偏向を表わす出力信号を与える偏向検出手段；及び 一緒になってバイアスエラー信号を表わす第１と第２の復調振巾をつくるように 前記の第１と第２の変調周波数で前記の偏向検出手段の出力信号を復調する同期 検出手段を備える請求の範囲第２５項のリングレーザシステム。
27. ２７．前記の偏光検出手段が偏光子とホト・ディテクタを備えている請求の範囲 第２６項のリングレーザシステム。
28. ２８．前記の零にする手段が、バイアスエラー信号に応答して前記の位相シフト の和と差とを調節するためのサーボ手段を備える請求の範囲第２６項のリングレ ーザシステム。
29. ２９．前記の変調手段が、そして前記のサーボ手段が、位相シフトの和と差とを 変えるため前記の半波プレートへ電界を加えるための電圧手段を備えている請求 の範囲第２８項のリングレーザシステム。
30. ３０．前記の変調手段が、そして前記のサーボ手段が、前記の半波プレートへ取 付けた圧電アクチュエータと、前記の位相シフトの和と差を変えるため前記の圧 電アクチュエータへ信号を加える電圧手段を備えている請求の範囲第２８項のリ ングレーザシステム。