JPS6317572A - 光源波長安定化回路 - 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】 「従来の技術」 例えば、スパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）と
よばれている広帯域縦モード半導体光源は、光フアイバ
ジャイロにおいて光ファイバからの後方レイリー散乱、
光フアイバ中におけるカー効果および光フアイバ中にお
ける光の偏光度変動によるジャイロ出力への影響を抑え
るため必要不可欠な光源である。

一般に半導体光源の屈折率及びエネルギバンドギャップ
等は温度によって変化し、その結果、出射光の波長が変
化する。波長の温度係数は、Ａ　ｊ！　ＧａＡｓ　／　
ＧａＡｓ系ＳＬＤで約４６０ｐｐｍ　／’Ｃ程度はある
。

光フアイバジャイロにおいて少なくとも一周する光フア
イバループで生じるサグナック効果による位相差ΔφΩ
は、 Ｃλ ここでＲ；光フアイバループの半径 Ｌ；；ファイバループ長 λ；光源の波長 Ω；入六方角速 度；光速 で表わされる。この＋１）式におけるスケールファクタ
にΩ　（＝４πＲＬ／Ｃλ）の温度変化量は＝□（α、
−αλ）　　　　・・・（２）Ｃλ ここでα、；石英光ファイバ長の温度係数（線膨張係数
）　　；　０．３　ｘ　１０−”／”ｃα２；波長の温
度係数約４６０ｐｐｍ／℃となり、スケールファクタＫ
Ｑは波長の温度変動の影響を直接受ける。スケールファ
クタにΩは、光フアイバジャイロの入出力のスケールフ
ァクタに関連しており、スケールファクタにΩの変動は
、光フアイバジャイロのスケールファクタの変動に対し
、一般に１：ｌで対応する。ちなみに航空機に搭載の慣
性航法装置（ＩＮＳ）等に使用されるジャイロは、０．
０１°／ｈｒ以下のドリフト性能とｔｏｐｐｓ程度以下
のジャイロスケールファクタの安定性が要求される。し
たがって光フアイバジャイロをこの慣性航法装置に適用
する場合、光源の波長変動は、少なくとも１０ｐｐＩ１
）又はそれ以下に抑える必要がある。

単一モード半導体レーザの場合、例えば第９図に示され
るようなファプリペロー干渉計による波長安定化システ
ムを使用し光源波長を安定化している。すなわち単一モ
ード半導体レーザ１）よりの出射光はレンズ１２を介し
てファプリペロー干渉計１３に入射され、ファプリペロ
ー干渉計１３内で二つの高反射鏡１４．１５間で反射さ
れ、その一部の光は高反射鏡１５を通じて外部へ取出さ
れて受光器１６に入射され、電気信号に変換される６発
振器１７の出力により高反射鏡１５に付けられた電歪振
動子１．８が駆動され、高反射鏡１５が軸方向に往復変
位される。発振器１７の出力により受光器１６の出力が
同期検波回路１９で同期検波され、その検波出力は積分
器２０を通じて温度制御器２１へ供給され、温度制御器
２１は半導体レーザ１）の波長が一定になるように半導
体レーザ１）の温度を制御する。なお半導体レーザ１）
へ駆動電流を供給する駆動回路２２が半導体レーザ１）
に接続されている。

半導体レーザ１）からは例えば第１０図Ａに示すような
単１波長の光を出射し、この光波長が設定波長と一致す
ると、受光器１６の出力に発振器１７の変調信号周波数
の偶数次の周波数成分が生じ、 同一周波数成分は生じない。半導体レーザ１）の光波長
が設定値よりずれると変調信号周波数成分が現われ、そ
のずれの方向に応じた極性と、ずれと対応したレベルの
出力が同期検波回路１９から得られ、この出力により光
波長が設定値になるように半導体レーザ１）の温度が制
御される。

スパールミネットダイオード（Ｓ　Ｌ　Ｄ）のような広
帯域縦モード光源では、第１０図Ｂに示すようにスペク
トル幅が広く　（１０〜２Ｑｎｓ＋）、スペクトル分布
の形が対称でなく、かつパワースペクトルの最大ピーク
の波長が明確でなく、又駆動電流によってスペクトル分
布の形が変わるなどの理由で、パワースペクトルの最大
ピーク値に追従するファブリペロ−干渉計安定化システ
ムは、広帯域縦モード光源の波長安定には不適当である
。

従来このような問題点を解決するため例えば第１）図に
示すような光源波長安定化システムが考えられていた（
Ｈ，Ｃｈｏｕ他、０ＰＴＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ５Ｖｏ１．
１０．ｔＩｋＬ１２．　Ｄｅｃ、　１９８５．６１２〜
６１４　、文献１）。

第１）図において波長が安定している基準光源としての
Ｈｅ　−Ｎｅレーザ２４からの光は、ビームスプリンタ
２５によってマイケルソン干渉計２６に入射される。マ
イケルソン干渉計２６に入射された光は、まずビームス
プリッタ２７で二分され、固定の全反射鏡２９と可動反
射鏡３１とに入射されそれぞれで反射された後、再びビ
ームスプリフタ２７で結合され干渉する。この干渉光は
、波長分離ビームスプリッタ３２によって選択反射され
、波長フィルタ３３を通った後、受光器３４に到達する
。受光器３４で光電変換された信号は、同期検波回路３
５においてマイケルソン干渉計２６の可動反射鏡３１を
駆動している周波数ｆ、の信号で同期検波された後、そ
の検波出力はサーボ回路３６に供給される。サーボ回路
３６は、同期検波回路３５からの出力（誤差信号）が零
となるよう電歪振動子３７への印加電圧を制御する。電
歪振動子３７により可動反射鏡３１が前後に変位される
。すなわち、マイケルソン干渉計２６の固定反射鏡、可
動反射鏡間の光路差が零ではないある一定値を持った位
置ΔＬ０になるようビームスプリッタ２７と可動反射鏡
３１との間の距離が自動調整される。

一方広帯域縦モード光源３８よりの出射光は光ファイバ
３９に入射され、これよりレンズ４１で平行光にされた
後、ビームスプリンタ２５を通りマイケルソン干渉計２
６に入射される。マイケルソン干渉計２６に入射された
光は、まずビームスプリンタ２７で二分され、固定反射
鏡２９と可動反射鏡３１とでそれぞれ反射された後、再
びビームスプリ、り２７で結合され、干渉する。その干
渉光は、波長分離ビームスプリッタ３２によって選択透
過され、受光器４２に到達する。

受光器４２で光電変換された信号は、同期検波回路４３
によってマイケルソン干渉計２６の可動反射鏡３１を駆
動している周波数ｆ、％の信号で同期検波され、その検
波出力はサーボ回路４４に供給される。サーボ回路４４
は、同期検波回路４３からの出力誤差信号が零となるよ
うに広帯域縦モード光源３８の駆動電流を調整する。

すなわち前記Ｈｅ　−Ｎｅレーザ２４の干渉計２６によ
る第１の閉ループによって一定値に制御されたマイケル
ソン干渉計２６の光路差ΔＬ０において広帯域縦モード
光ａ３８による干渉計２６の位相２π 差　Δφ（＝□ΔＬＯ）が２ｍπ又は（２ｍλ ＋１・）π（ｍ＝１．２．３・・・）となるよう、広帯
域縦モード光源の波長λが、駆動電流を変えて調整され
る。

このようにして、波長の安定したＨｅ　−Ｎｅレーザ２
４を基準として広帯域縦モード光源３８の波長が一定に
自動調整される。ちなみに前記文献１によれば、広帯域
縦モード光源３８としてのＳＬＤの波長は、１　ｐｐｍ
より小さい安定度に保つことができると述べている。な
お第１）図において発振器４５から周波数　Ｉ、の信号
が同期検波回路３５．４３、サーボ回路３６へ供給され
ている。

「発明が解決しようとする問題点」 ジャイロは、航空機、ロケット、衛星等の姿勢制御、慣
性航法システム、誘導航法システム等に使用されるもの
で、小型軽量及び高信顧性が要求される。光フアイバジ
ャイロで必要な広帯域縦モード光源の波長の安定化は従
来においては先に述べたように波長の安定な基準の光源
としてＨｅ　−Ｎｅレーザを使用するため外観が大きく
、かつＨｅ　−Ｎｅレーザ駆動のために高電圧を使用す
るため小型、軽量化が困難である。

「問題点を解決するめたの手段」 この発明によれば光源からの光は第１光分配結合器によ
り２分配され、その２分配された各先は端面がそれぞれ
反射面とされた長さが異なる第１゜第２光ファイバに入
射され、その各端面より反射され、上記第１光分配結合
器に戻って互に結合干渉した干渉光は受光器により電気
信号に変換され、その変換出力から光波長変動と対応し
た制御信号が変動検出手段で検出され、その制御信号が
光源波長制御手段へ供給されて光源波長が、その変動を
打消すように制御される。この光源波長の制御は光源の
温度を制御し、又は光源の駆動電流を制御して行う。

更に、第１．第２光ファイバは温度的に一体とされ、こ
のため互に融着された融着ファイバを用いることができ
る。変動検出手段としては受光器の出力と基準値とを比
較器で比較し、その差出力を上記制御信号とするものを
用いることができる。

あるいは変動検出手段は第１．第２光ファイバを伝搬す
る光を位相変調する位相変調手段と、受光器の出力中の
上記位相変調にともなう基本波又はその高次調波を同期
検波して上記制御信号を出力する同期検波回路とより構
成することができる。

位相変調手段としては融着ファイバを、その第１、第２
光ファイバ重ね方向が半径方向になるように巻き、その
巻き径を伸縮させて、第１．第２光ファイバを伝搬する
光の位相を変調する手段とすることができ、あるいは融
着ファイバを、その第１．第２光ファイバ重ね方向に交
番湾曲運動させて第１．第２光ファイバを伝播する光の
位相を変調する。または融着ファイバの端面部分に交番
の温度変化を与えて第１．第２光ファイバを伝搬する光
の位相を変調するようにしてもよい。

更に変動検出手段としては、光源の温度又は駆動電流を
交番変化させるなどにより光源波長を交番変化させて、
その光源からの光を周波数変調する周波数変調手段と、
受光器の出力中の、上記周波数変調手段による光周波数
変調にともなう基本波又はその高次調波を同期検波して
上記制御信号を出力する同期検波回路とより構成するこ
とができる。

「第１実施例」 第１図はこの発明の実施例を示す。

光源３Ｂは、例えば広帯域縦モードを持ったスパールミ
ネッセントダイオード（ＳＬＤ）のようなものである。

光源３８からの光は、マイケルソン干渉計４６の入力端
（光ファイバ）に入射される。マイケルソン干渉計４６
に入射された光は、光分配結合器４７によって部分され
、光ファイバ４８と４９とにそれぞれ伝搬され、その各
光ファイバ４８．４９の端面５１．５２でそれぞれ反射
される。端面５１，５２は、それぞれ効率よく反射する
ように例えばアルミニウムを蒸着し、反射膜を施こして
もよい。

端面５１，５２でそれぞれ反射した光は、再び光分配結
合器４７で結合され、干渉し、その干渉光は受光器５３
に到達する。ここでマイケルソン干渉計４６の光ファイ
バ４８．４９の各長さをＬｌ、Ｌｘとすると、マイケル
ソン干渉計４６の光路差ΔＬは、Ｌ　ＩＬ　ｔで表わさ
れ、その結果干渉計４６の位相差Δφは、 ２πｎ Δφ＝　−（Ｌｌ　−Ｌｚ　）　　　　・・・（３）λ ｎ；光ファイバの屈折率 λ；光源３８の波長 となる、一方干渉光の強度■は、位相差Δφに対し、 １＝Ｉｏ　　（１＋ｃｏｓ　　Δφ）　　　　　　　　
・・・（４）■。；平均光量 で表わされる。

干渉光の強度■は、受光器５３において光電変換され、
比較器５４において基準電源５５からの基準信号と比較
される。ここで、基準電源５５からの基準信号が、マイ
ケルソン干渉計４６の位相差Δφかに／２　（４ｍ＋１
）（ｍ＝０．１．２−）における前記光電変換信号と等
しく設定されていたとする。但し光路差ΔＬ　（−Ｌｌ
　−Ｌ、　）　、光ファイバの屈折率ｎ及び平均光量Ｉ
０は一定と仮定する。

今ここで上記状態から何らかの原因で光源３８の温度が
上昇し、そのため光源３８の発光波長が大きくなったと
すると（３）式よりマイケルソン干渉計４６の位相差Δ
φは、π／２（４ｍ＋１）より小さくなり、その結果干
渉光の強度■は、大きくなり、したがってその光電変換
信号も大きくなる。

その結果比較器５４は、負の誤差信号を出力する。

比較器５４からの負の誤差信号は、積分器５６で負に増
加する方向に積分されて、温度制御器５７に供給される
。温度制御器５７は、光源３８の温度を制御する回路で
、入力電圧に対し正の特性を持たせてあり、積分器５６
からの負に増加する電圧を受けて光源３８の温度を下げ
る。その結果光源３８の発光波長は、小さくなる。

このようにしてこの系は、積分器５６の入力電圧が零に
なるところ、すなわち位相差Δφがπ／２（４ｍ＋１）
のところで平衡するようになり、光源３８の波長λを一
定に保つことができる。

所で（３）式において温度によって変化するパラメータ
は、光源３８の波長λのみでなく、光ファイバの屈折率
ｎ、及びマイケルソン干渉計４６の各技、つまり光ファ
イバ４８．４９の光路長Ｌｌ。

Ｌオがある。光ファイバに石英を使った場合の屈折率ｎ
の温度係数は３　Ｘ　１０−’／’Ｃ程度であるため必
要に応じ周囲の温度を監視していれば温度補正が可能で
あるが、マイケルソン干渉計の各光ファイバ長Ｌ＋、Ｌ
ｚについては、温度係数としての線膨張係数α、は、０
．３　Ｘ　１０−’／’Ｃと非常に小さい、１０〜２０
ｎ−のバンド幅を持った広帯域縦モード光源を使用した
場合、可干渉距離は、３０〜８０μ論程度であり、マイ
ケルソン干渉計４６の光路差ΔＬとしては可干渉距離以
内が好ましし１．そこでここでは、ΔＬを１０μ−とす
ると、このΔＬに対し光ファイバ長Ｌｌ、Ｌ！が１０’
〜１０ｓ近く長いため、わずかな光フアイバ間の温度差
が、光路差ΔＬの重大な変動をまねくおそれがある。以
下に温度差と光路差との関係式を示す。

光路差ΔＬの温度変動ΔＬ′ Δｔ、’−Ｌ＋（１＋αＬＴＩ）　　Ｌｘ（１＋αＬＴ
２）＝ｍｉ、＋−Ｌ、＋α、Ｌ、Ｔ、−αＬＬ、Ｔ。

ここでΔＬ　（”Ｌｌ　　Ｌｉ）＜Ｌｌ、Ｌｘとすると
Ｌ＋≧Ｌ８寓りとなり ΔＬ””Ｌｌ　　Ｌｘ＋α、・Ｌ　（Ｔ＋　　Ｔｚ）＝
ΔＬ＋α、・Ｌ・ΔＴ　　　　　・・・（５）ここでＴ
＋　、Ｔｔ　　；各光ファイバ（Ｌｌ　、Ｌｘ　）の温
度 となる。

一方光路差ΔＬからそのシフト量（比率）Ｒはで表わさ
れる。（３）式より光源波長の安定性を１０ｐｐｍ以内
に抑えようとすると光路差ΔＬの安定度は、少なくとも
３ｐｐ１）以下には抑えたい、光路差ΔＬをａ　ｐｌ）
ｍ以内に抑えようとすると、光ファイバ４８．４９の温
度差ΔＴは、（６）式よりα、・Ｌ となり、これに次のデータをあてはめると、ΔＬ＝１０
μｍ Ｌ＝１０ｃｍ Ｒ＝３ｘ、ｌ　Ｏ−’　（３ｐｐ＋ｗ　）αＬ　＝０．
３　Ｘ　１０−ｈ／　℃ ΔＴ　＝　０．００１℃となる。この温度差は、１Ｏｃ
Ｉｌの光ファイバ４８．４９を接近させただけでは達成
することが不可能に近い。そこで例えば第２図に示した
ように二本の光ファイバ４８．４９を融着し、融着ファ
イバ６０とし、その一部を加熱延伸し、両方の光ファイ
バ４８．４９のコア４８ａ。

４９ａの径を細くすると共に互に接近させることにより
、マイケルソン干渉計４６の光分配結合器４７とする。

このようにするとマイケルソン干渉計４６の光ファイバ
４８と４９との温度分布は同じになり、光路差ΔＬは、
温度変動に対し安定に保持することができるようになる
。

しかし厳密には、光路差ΔＬ自身が温度係数を持ってい
るが、これは０．３　Ｘ　１０−’／’Ｃ程度であり必
要に応じ、周囲温度を監視して温度補正を行えば問題と
はならない。この温度補正は比較的簡単である。

二本の光ファイバ４８．４９の配列は、光分配結合器４
７を作製する場合において重要になる。

第２図中のＡ−Ａ断面を第３図Ａに示す。これはシング
ルモード光ファイバの場合で、光フアイバ配列について
特に考慮する必要はないが、応力付与形偏波面保存光フ
ァイバの場合、光分配結合器において漏話（クロストー
ク）に対する性能を高めるため、第３図Ｂ−Ｄに示すよ
うな配列とすることが好ましい。更に外部からのストレ
スの影響を緩和するために第３図已に示すように融着し
た光ファイバ６０に被覆５９を施してもよい。

第１図で示した構成例では、干渉光の強度■の光電変換
信号をそのまま基準電源５５からの基準信号と比較して
いるため平均光量１．の変動の影響を直接受ける。第１
図では、光源３８からの光パワを一定に保つために、光
源３８からの出射光の一部をフォトディテクタ６１で検
出し、その検出出力を自動光量安定装置６２へ供給して
光源３８に流れる電流を制御している。受光器５３に到
達する平均光量■。は、フォトディテクタ６１と光源３
８との光結合係数、光源３８とマイケルソン干渉計４６
の入力用ファイバとの光結合効率及びフォトディテクタ
６１の暗電流等の温度変動で変化し、光源波長λの安定
性に悪影響を及ぼす。

「第２実施例」 そこで第４図に第１図と対応する部分に同一符号を付け
て示すように融着ファイバ６ｏを円筒状の電歪振動子６
４に巻きつけた位相変調器６５をマイケルソン干渉計４
６に配置し、電歪振動子６４に発振器６６より周波数ｆ
、の交流電圧を加えると、電歪振動子６４は、半径方向
に振動し、その結果融着ファイバ６０の両方の光ファイ
バ４８．４９は伸縮する。この場合、融着光ファイバ６
０は、第５図に示すように光ファイバ４８が外側、光フ
ァイバ４９が内側となるように巻きつけであるため、内
側の光ファイバ４９と外側の光ファイバ４８とは、伸縮
長が異なり、結果としてマイケルソン干渉計４６に、電
歪振動子６４に印加する周波数ｆ、の信号で光位相変調
Ｐ（１）が加わる。その結果、干渉光の強度■は、 ■＝Ｉｏ（１＋ｃｏｓ（Δφ＋ｐ（ｔ）））ここでＰ　
（ｔ）　＝φｗａｘ−ｓｉｎ　ω、ｔ１＝１゜（１＋ｃ
ｏｓΔφ（Ｊ６（Ｘ）　＋２Ｊｚ（ｘ）ｃｏｓ２ω、ｔ
＋・・・＋２Ｊｚ＋ｍ（ｘ）ｃｏｓ２ｍω、ｔ＋・・・
）＋ｓｉｎΔφ（２Ｊ＋　（ｘ）ｓｉｎ　　ωａｔ＋２
Ｊ３（ｘ）ｓｉｎ３ω、ｔ＋−＋２Ｊｚｓ−＋（ｘ）ｓ
ｉｎ（２ｍ　　ｌ）ω１Ｉｔ）Ｌ・・・（７） ここでＪ、；ｎ次のベッセル関数（ｎ＝０．　１゜２・
・・） ｘ　（＝φ＋ｗａｘ）　ｉ最大位相偏移ω、（−２πｆ
、）；位相変調角周波数となる。

（７）式から明らかなように干渉光の強度■には、ｃｏ
ｓΔφに比例する項とｓｉｎΔφに比例する項が含まれ
ている。第４図において、受光器５３によって光電変換
された信号を同期検波回路６７において発振器６６の出
力で同期検波し、ｓｉｎΔφに比例する成分の内、変調
周波数ｆ、と同一成分■１を取り出している。■１は次
式で表わされる。

Ｖ＋＝　ＩＮＫ　Ｊ＋（ｘ）ｓｉｎΔφ　　　　　・（
８１に；電気回路の利得（金兄電変換利得）次に同期検
波回路６７の出力ｖ１は、積分器５６で積分され温度制
御器５７に供給される。温度制御器５７は、積分器５６
の出力を受けて同期検波回路６７の出力ｖ１が零すなわ
ち位相差Δφがｍπ（０，１，２・・・）になるように
光ｔＡ３日の温度を制御する。

今ここで光１３８の温度が何らかの原因で上昇し波長が
大きくなったとすると、マイケルソン干渉計４６の位相
差Δφは、平衡点であるｍπ（０゜１．２．３・・・）
に対し小さくなる（（３）式参照）。

その結果同期検波回路６７の出力■１は、（８）式から
平衡点のｍπのｍの値が偶数次の時は負の電圧をｍが奇
数次の時は正の電圧を出力する。

今ｍの値が偶数次の場合、正の誤差信号は、積分器５６
で正の方向に増加する方向に積分され、温度制御器５７
に供給される。温度制御器５７は、光源３８の温度を制
御する回路で入力電圧に対し負の特性を持たせてあり、
積分器５６からの正に増加する電圧を受けて光ａ１３８
の温度を下げる方向に働くように系が構成しであるため
、光源波長λを安定に保つことができる。

一方ｍの値が奇数次の場合は、どこかの回路捲性を反転
してやればよい、上述の場合平衡点がｖ１＝０であるた
め光ｒＡ３日の光量、光電変換効率、受光器５３の暗電
流等の変動の影響を受けず、光源３８の波長を安定に保
つことができる。

一方ｓｉｎΔφに比例する成分は、位相変調周波数の一
次成分のみならず、奇数次の高調波にも含まれておりこ
れらも利用することができる。又ｃｏｓΔφ成分も（７
）式に示すように位相変調周波数ｆ、の偶数次の高調波
に含まれており、これらの信号を同期検波して取り出し
、波長λの安定のための制御信号として使用することも
可能である。

第４図は、融着した２本のファイバを円筒上の電歪振動
子６４に巻きつけた例を示したが、融着した光ファイバ
６０を第５図Ａに示すように曲げることによって光路差
を生じさせても同様に利用できる。

「第３実施例」 第６図は、第４図に示した構成において位相変調器６５
の代りに、融着した光ファイバ６０の先端部分に交番の
熱変化を与えることにより光路差を変化させ結果として
マイケルソン干渉計４６の位相差に光位相変調を与えよ
うとしたものである。

つまり発振器６６の出力を温度制御回路６８を介して温
度素子６９に供給し、温度素子６９による発熱を融着フ
ァイバ６０の端部に与える。このようにマイケルソン干
渉計４６の先端に熱変化ΔＴ（ｔ）（＝ΔＴｍａｘ　ｓ
ｉｎω、１）を与えるとその時の位相変化Ｐ（ｔ）は、 λ αＬ　；石英光ファイバの線膨張係数 ０．３　ｘ　ｌ　Ｏ−”７℃ α７　；石英光ファイバの屈折率の温度係数３　Ｘ　Ｉ
　Ｏ−’／’Ｃ ４Ｚ、　　・ΔＴｍａｘ　１ｓｉｎω、１λ ・・・（９） となり、マイケルソン干渉計４６に光位相変調を与える
ことができ、その結果マイケルソン干渉計４６の干渉光
の強度は、第４図に示した構成の場合と同じ＜（７）式
で示される。したがってこの第６図に示した構成におい
ても前記と同様の制御で光［３Ｂの波長λを安定に保つ
ことができる。

「第４実施例」 第７図は、光源３８の周囲温度を交番に変化させ、光源
３８の波長を変調する光源波長安定化回路の実施例を示
す図である。光源３８よりの光は、光アイソレータ７２
を介して光分配結合器７３に入射され、これより偏光子
７４を通じて干渉計４６に入射される。光分配結合器７
３よりの光は受光器５３に入射され、その電気出力は同
期検波回路６７で同期検波されて差動増幅器７５へ供給
される。差動増幅器７５は、非反転入力側に供給された
発振器６６からの変調用信号と同期検波回路６７からの
出力との誤差信号を積分器５６に供給する。積分器５６
は、誤差信号を積分し、その出力を温度制御器５７に供
給する。温度制御器５７は、差動増幅器７５からの誤差
信号が零となるよう光ａ３Ｓの周囲温度を制御し、光源
３８の波長を制御する。光′ａ３８の光の波長は、注入
電流を変えても変ることができるため温度制御器５７の
代わりに、光源３日の注入電流を制御できるように構成
した注入電流制御回路を使ってもよい。

以上より発振器６６からの変調用信号 Ｖｓ（−に、ｓｉｎωａｔ）と同期検波回路６７からの
出力Ｖａ　（ＫａｓｉｎΔφ）は等しくなる。即ちＫｍ
　ｓｉｎ　ａ’＋ｍｔ＝Ｋａ　ｓｉｎ　Δφとなり、Ｋ
。

ｓｉｎ　　Δφ＝　　　　　　　ｓｉｎω、ｔに−、Ｋ
ａ　　；振幅 ω、（−２πｆ、）；変調角周波数 ここで位相変調度（Ｋ、／に４＞が小さいとすると Ｋ。

Δ　φ　−ｓｉｎ　　ω、１　　　　　　　　　　　・
・・α〔となりマイケルソン干渉計４６の位相差Δφを
、変調周波数ｆ、で変調することができる。

又十分位相変調度を上げたい場合、第７図において点線
で示したリニアライザ７６を同期検波回路６７と差動増
幅器７５との間に配置すると、位相差Δφの位相変調は
０１式と同じ式になり、正弦法に近い位相変調を加える
ことができる。αω式に示される位相差Δφの位相変調
は、（３）式に示され２πｎ る　Δφ＝□ΔＬにおいて光源波長λをλ 変化して達成される。

光アイソレータ７２は、マイケルソン干渉計４６からの
戻り光が光源３８に戻り光源３８の光パワースペクトラ
ム、光強度等に悪影響を与えるのを防止するため、前記
戻り光が光源３８へ戻るのを防止する役目をする０通常
、光の位相を情報の媒体として使用する場合、使用する
光ファイバは、伝搬モードと直交モードとのクロストー
クを減らすため偏波面保存光ファイバが使用される。

第３図のＡ−Ａ断面に示した偏波面保存光ファイバの配
列は、マイケルソン干渉計の技ファイバ４８．４９に使
用する融着した光ファイバの一部を加熱延伸して作製す
る光分配結合器４７において、伝搬モードと直交モード
との間のクロストークを小さくする最も良い配列であり
、第３図に示したような応力付部５８をもつサイドピッ
ド形偏波面保存光ファイバだけでな（、楕円ジャケット
形、楕円クランド形等の偏波面保存光ファイバについて
も、偏波面の主軸を合せて実施することが重要となる。

第７図中の偏光子７４は、マイケルソン干渉形４６に一
つのモードの偏光のみ入射し、かつマイケルソン干渉計
４６からの戻り光の内、前記入射光と同一の偏光の光の
み通すもので、伝搬モードに ドの光同志の干渉による光検出誤差を防止するために用
いられる。したがって光アイソレータ７２、偏光子７４
及び偏波面保存光ファイバは、光源波長安定化回路の性
能向上をはかる上で重要な素子となる。

なお、第７図において光分配結合器７３の分配光をフォ
トディテクタ８７で受光し、その光のレベルを検出し、
この検出出力をスイッチ８８でフォトディテクタ６１の
出力と切替えて光量安定化回路６２へ供給し、出力光の
レベルを安定化してもよい。

「応用例」 第８図は、この発明の光源波長安定化回路の一実施例を
光フアイバジャイロに採用した例を示す。

この例は、光ａ！３８からの光を光分配結合器７７で一
部分岐し、第６図で示した光源波長安定化回路に入射し
、光源３８の波長の安定化をはかっている。第６図と異
なることは、光源波長安定化回路からの戻り光が光分配
結合器７７を介し受光器７Ｂ及び光源３Ｂへ入射するの
を防止するために配置した光アイソレータ７２と光分配
結合器７３及び偏光子７４を第７図の場合と同様に配置
したことである。これらの部品は、この発明の他の実施
例についても同様に配置することが可能であり又取り外
すこともできる。これらの判断は、波長安定に対する要
求条件により判断される。

光Ｂ３Ｂよりの光は光分配結合器７７を経て偏光子７９
で特定の偏向成分のみが取出され、光分配結合器８１を
経て角速度検出用光フアイバループ８２の両端にそれぞ
れ分配入射される。その一方に入射される光は位相変調
器８３で発振器８４からの信号により光位相変調される
。光フアイバループ８２を互いに逆まわりして光分配結
合器８工に戻った光は互いに干渉し、その干渉光は光分
配結合器７７により分岐され、受光器７８に到達する。

この場合の干渉光の強度Ｉ０は、１ｏ＝Ｃ（１＋ｃｏｓ
ΔφΩ（Ｊｏ　（ｘ）　＋　２Ｊｚ　（ｘ）　ｃｏｓ２
　ωＪ　’＋　−＋２Ｊｚａ（ｘ）ｃｏｓ２ｏ＋ω′ｔ
＋・・・）＋ｓｉｎΔφΩ（２Ｊ　＋　（ｘ）　ｓ　ｉ
ｎωｔ′＋　（２Ｊ　３　（ｘ）　ｓ　ｉｎ３ωｔ′＋
−”２Ｊｚ＋ｎ−＋（ｘ）ｓｉｎ（２ｍ−１）ωｔ’＋
・　））・・・αυ となる。

ここでＣ：定数 Ｊ、ｌ　：１次のベッセル関数（ｎ＝０．１゜２．３．
・・・） ｘ　：　２　Ａｓ１ｎπｊ０τ Ａ：変調指数 τ：光ファイバループ８２を通る光の伝搬時間 ｆｏ　：位相変調器８３の駆動周波数 ｔ’：ｔ−τ／２ Ｑｌｌ弐から明らかなように干渉光の強度Ｉ０には、ｃ
ｏｓΔφΩに比例する項と、ｓｉｎΔφΩりこ比例する
項とが含まれている。この干渉光の強度Ｉ０の光電変換
信号を、同期検波回路８５において位相変調器８３の駆
動周波数Ｊｏの信号で同期検波すると、その出力ｖ１は Ｖ＋−に、Ｊ＋（ｘ）ｓｉｎΔφＱ　　　　　　−０２
となり、端子８６に出力される。ここでΔφΩは、光フ
アイバループ８２で生じるサグナンク位相シフトで Ｃλ で示される。従って（２）式から同期検波回路８５の出
力■１を計測すれば、光フアイバループ８２に入力され
た角速度ΩΦ値を知ることができる。０口式において光
源波長λは、先にも述べた通り温度によって大きく変わ
る（約４６０ｐｐｍ　／　’Ｃ）。

したがって従来から光源波長λの安定化が要求されてい
た。この発明によれば前述に示したように光源３８の安
定化が可能となり、光源波長λの温度変動の問題は、解
消される。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば光源波長安定のため
に波長の安定したＨｅ　−Ｎｅレーザのような基準光源
を使用しなくてもよく、構成が簡単であるため、小型、
軽量化がはかれ信頼性の向上がはかりやすい。

この発明の光源波長安定化回路を光フアイバジャイロに
適用した場合、光源波長λをパラメータにもつジャイロ
出力のスケールファクタを安定に保つことができ、光フ
アイバジャイロの高精度化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、第２
図は融着ファイバの例を示す平面図、第３図は融着ファ
イバの各種例を示す断面図、第４図はこの発明の第２実
施例を示すブロック図、第５図は第４図中の位相変調器
６５の部分の詳細を示す平面図、第５図Ａは融着ファイ
バを交番弯曲運動させる状態を示す図、第６図はこの発
明の第３実施例を示すブロック図、第７図はこの発明の
第４実施例を示すブロック図、第８図はこの発明の光源
波長安定化回路の一例を備えた光フアイバジャイロの例
を示すブロック図、第９図は従来の単一モード半導体レ
ーザに対する波長安定化回路を示すブロック図、第１０
図Ａは単一モード半導体レーザのスペクトラムを示す図
、第１Ｏ図Ｂは広帯域縦モード光源のスペクトラムを示
す図、第１）図は従来の広帯域縦モード光源に対する波
長安定化回路を示すブロック図である。 特許出願人　　日本航空電子工業株式会社代　　　理　
　　人　　　草　　野　　　　　　　卓呵　ご　８ 「←ｒ・・ オ　２　Ｚ オ　３　図 ＡＢＣＤ　　　　　　　Ｅ 才　５　Ｚ す 士　５　図　Ａ ６゜ 十　９７ 才１ｏ　図　Ａ 浪長（ｎｍ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光を二分配する第１光分配結合器と、 その第１光分配結合器により分配された各光がそれぞれ
   入射され、端面がそれぞれ反射面とされ、かつ長さが異
   なる第１、第２光ファイバと、これら第１、第２光ファ
   イバの各端面より反射され、上記第１光分配結合器に戻
   って互いに結合干渉した干渉光を電気信号に変換する受
   光器と、その受光器の出力より波長変動と対応した制御
   信号を検出する変動検出手段と、 その変動検出手段の制御信号により上記光源の光波長を
   これがほぼ一定になるように制御する光源波長制御手段
   とを具備する光源波長安定化回路。
2. （２）上記第１、第２光ファイバは互いに融着一体化さ
   れた融着ファイバであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光源波長安定化回路。
3. （３）上記第１光分配結合器は、融着された上記第１、
   第２光ファイバの一部が加熱延伸作製されたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光源波長
   安定化回路。
4. （４）上記変動検出手段は上記受光器の出力と基準電源
   の基準値とを比較し、その差に応じた出力を上記制御信
   号として出力する比較器であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項及び第３項記載の光源波長安定化回路。
5. （５）上記変動検出手段は上記第１、第２光ファイバを
   伝搬する光を位相変調する位相変調手段と、上記受光器
   の出力中の上記位相変調手段の光位相変調にともなう基
   本波又はその高次周波を同期検波して上記制御信号を出
   力する同期検出回路とよりなることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項及び第３項記載の光源波長安定化回路。
6. （６）上記位相変調手段は上記融着ファイバを、その第
   １、第２光ファイバ重ね方向が半径方向になるように巻
   き、その巻き径を伸縮させて、上記第１、第２光ファイ
   バを伝搬する光の位相を変調する位相変調手段であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光源波長安
   定化回路。
7. （７）上記位相変調手段は、上記融着ファイバを、その
   第１、第２光ファイバ重ね方向に交番湾曲運動させてそ
   の第１、第２光ファイバを伝搬する光の位相を変調する
   位相変調手段であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の光源波長安定化回路。
8. （８）上記位相変調手段は上記融着ファイバの端面部分
   に交番の温度変化を与えて上記第１、第２光ファイバを
   伝搬する光の位相を変調する位相変調手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光源波長安定化
   回路。
9. （９）上記変動検出手段は上記光源波長を交番変化させ
   てその光源からの光を周波数変調する周波数変調手段と
   、上記受光器の出力中の、上記周波数変調手段による光
   周波数変調にともなう基本波又はその高次調波を同期検
   波して上記制御信号を出力する同期検波回路とよりなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項及び第３項記載
   の光源波長安定化回路。