JPS6385313A - サグナックリング回転センサおよびサグナックリング回転センサを形成する方法 - Google Patents
サグナックリング回転センサおよびサグナックリング回転センサを形成する方法Info
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- JPS6385313A JPS6385313A JP62233634A JP23363487A JPS6385313A JP S6385313 A JPS6385313 A JP S6385313A JP 62233634 A JP62233634 A JP 62233634A JP 23363487 A JP23363487 A JP 23363487A JP S6385313 A JPS6385313 A JP S6385313A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
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- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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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。
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かつ特
に光フアイバ回転センサに関するものである。さらに特
に、この発明は偏波維持光ファイバを含む光フアイバ回
転センサに関するものである。
に光フアイバ回転センサに関するものである。さらに特
に、この発明は偏波維持光ファイバを含む光フアイバ回
転センサに関するものである。
光フアイバリング干渉計は典型的には逆伝播光波を導く
光フアイバ材料のループを含む。ループを通過した後、
逆伝播波はそれらが光出力信号を形成するために建設的
にまたは破壊的に干渉するように結合される。光出力信
号の強度は干渉の関数として変化し、それは逆伝播波の
相対位相に依存する。
光フアイバ材料のループを含む。ループを通過した後、
逆伝播波はそれらが光出力信号を形成するために建設的
にまたは破壊的に干渉するように結合される。光出力信
号の強度は干渉の関数として変化し、それは逆伝播波の
相対位相に依存する。
光フアイバリング干渉計は回転センシングに特に有益で
あることがわかっている。ループの回転は公知のサグナ
ック効果に従って逆伝播波の間に相対的な位相差を作り
出す。位相差の量はループの角速度の関数である。逆伝
播波の干渉により生じられる光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。回転センシングは光
出力信号を検出することおよび回転速度を決定するため
にそれを処理することにより達成される。
あることがわかっている。ループの回転は公知のサグナ
ック効果に従って逆伝播波の間に相対的な位相差を作り
出す。位相差の量はループの角速度の関数である。逆伝
播波の干渉により生じられる光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。回転センシングは光
出力信号を検出することおよび回転速度を決定するため
にそれを処理することにより達成される。
慣性航法用途に適するようにするために、回転センサは
非常に広いダイナミックな範囲を有さなければならない
。回転センサは1時間あたり0゜01度はどに低いかつ
1秒あたり1OoO度はどに高い回転速度を検出できな
ければならない。測定される上限対下限の比はおよそ1
09である。
非常に広いダイナミックな範囲を有さなければならない
。回転センサは1時間あたり0゜01度はどに低いかつ
1秒あたり1OoO度はどに高い回転速度を検出できな
ければならない。測定される上限対下限の比はおよそ1
09である。
光フアイバ内の光の偏光および光の伝播を成る程度知る
ことはこの発明の理解を容易にするであろう。それゆえ
、ファイバでの光波の伝播および偏波を説明するために
用いられる概念の短い説明が提示される。
ことはこの発明の理解を容易にするであろう。それゆえ
、ファイバでの光波の伝播および偏波を説明するために
用いられる概念の短い説明が提示される。
光ファイバは中央のコアおよび包囲するクラッドを含む
。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも大きい。コア
の直径は非常に小さいのでコアークラッドインターフェ
イスに入射する光は内部反射によりコアに止まる。
。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも大きい。コア
の直径は非常に小さいのでコアークラッドインターフェ
イスに入射する光は内部反射によりコアに止まる。
光波が光波の周波数に等しい周波数を有する直交電界お
よび磁界のベクトルを含む時間変化の電磁界により表わ
されても構わないことは公知である。導波構造を介して
伝播する電磁波は1組の正常モードにより説明され得る
。正常モードは、たとえば光フアイバ導波部材のような
導波構造内の電界および磁界の許容可能な分布である。
よび磁界のベクトルを含む時間変化の電磁界により表わ
されても構わないことは公知である。導波構造を介して
伝播する電磁波は1組の正常モードにより説明され得る
。正常モードは、たとえば光フアイバ導波部材のような
導波構造内の電界および磁界の許容可能な分布である。
電磁界分布は構造内のエネルギ分布に直接関係している
。
。
正常モードは一般には導波構造での周波数および空間分
布の点で波の電磁界成分を説明する数学的関数により表
わされる。導波部材の正常モードを説明する特定の関数
は導波部材のジオメトリに依存する。導波が固定された
寸法の円形の断面を有する構造に限定される光ファイバ
に対し、一定の周波数および空間分布を有する電磁界の
みがひどい減衰なしに伝播する。低い減衰で伝播する電
磁界成分を有する波は正常モードと呼ばれる。単一モー
ドのファイバは所与の周波数の信号に対し、1空間分布
のエネルギ、すなわち1つの正常モードのみを伝播する
。
布の点で波の電磁界成分を説明する数学的関数により表
わされる。導波部材の正常モードを説明する特定の関数
は導波部材のジオメトリに依存する。導波が固定された
寸法の円形の断面を有する構造に限定される光ファイバ
に対し、一定の周波数および空間分布を有する電磁界の
みがひどい減衰なしに伝播する。低い減衰で伝播する電
磁界成分を有する波は正常モードと呼ばれる。単一モー
ドのファイバは所与の周波数の信号に対し、1空間分布
のエネルギ、すなわち1つの正常モードのみを伝播する
。
正常モードを説明する際には、波の伝播の方向に関する
電界および磁界の方向に言及することが便利である。普
通光学軸と呼ばれる、電界ベクトルのみが伝播の方向に
垂直であるならば、波は横方向電気(TE)モードであ
る。磁界ベクトルのみが光学軸に垂直であるならば、波
は横方向磁気(TM)モードである。電界および磁界ベ
クトルの双方が光学軸に垂直であるならば、波は横方向
電磁界(TEM)モードである。
電界および磁界の方向に言及することが便利である。普
通光学軸と呼ばれる、電界ベクトルのみが伝播の方向に
垂直であるならば、波は横方向電気(TE)モードであ
る。磁界ベクトルのみが光学軸に垂直であるならば、波
は横方向磁気(TM)モードである。電界および磁界ベ
クトルの双方が光学軸に垂直であるならば、波は横方向
電磁界(TEM)モードである。
正常モードのいずれも電磁界成分の明確な方向を必要と
せず、さらにたとえばTEモードでは、電界は光学軸に
垂直であるいずれの方向であっても構わない。電磁波で
の電界ベクトルの方向は波の偏波である。一般に、波は
所与のモードに対し許容可能なすべての方向を指す電界
ベクトルの統一分布が存在するランダムな偏波を有する
であろう。波でのすべての電界ベクトルがただ1つの特
定の方向を指すならば、波は線形に偏波される。
せず、さらにたとえばTEモードでは、電界は光学軸に
垂直であるいずれの方向であっても構わない。電磁波で
の電界ベクトルの方向は波の偏波である。一般に、波は
所与のモードに対し許容可能なすべての方向を指す電界
ベクトルの統一分布が存在するランダムな偏波を有する
であろう。波でのすべての電界ベクトルがただ1つの特
定の方向を指すならば、波は線形に偏波される。
電界が互いから90度だけ位相シフトされる等しい大き
さの2つの直交電界成分からなるならば、正味の電界は
波の周波数に等しい角速度で伝播の方向の周囲を回転す
るベクトルであるので、電界は円偏波される。2つの直
線偏波が等しくないかまたは相互に90度以外の位相に
されるならば、波は楕円偏波を有する。一般に、いずれ
の任意の偏波も直交主軸を有する2つの直交直線偏波、
2つの反対方向の円偏波または2つの逆回転楕円偏波の
総和により表わされ得る。
さの2つの直交電界成分からなるならば、正味の電界は
波の周波数に等しい角速度で伝播の方向の周囲を回転す
るベクトルであるので、電界は円偏波される。2つの直
線偏波が等しくないかまたは相互に90度以外の位相に
されるならば、波は楕円偏波を有する。一般に、いずれ
の任意の偏波も直交主軸を有する2つの直交直線偏波、
2つの反対方向の円偏波または2つの逆回転楕円偏波の
総和により表わされ得る。
コアとクラッドの間の境界は電磁界成分での成る公知の
境界条件が満足されなければならない誘電体インターフ
ェイスである。たとえば、インターフェイスに平行な電
界の成分は連続していなければならない。単一モードの
光ファイバはコアークラッドインターフェイスに垂直な
電界成分を有する電磁エネルギを伝播する。ファイバコ
アはクラッドの屈折率よりも大きな屈折率を有しかつ光
は臨界角度よりも大きいかまたはそれに等しい角度でイ
ンターフェイスに衝突するので、本質的にすべての電界
はインターフェイスでの内部屈折によりコアに留まる。
境界条件が満足されなければならない誘電体インターフ
ェイスである。たとえば、インターフェイスに平行な電
界の成分は連続していなければならない。単一モードの
光ファイバはコアークラッドインターフェイスに垂直な
電界成分を有する電磁エネルギを伝播する。ファイバコ
アはクラッドの屈折率よりも大きな屈折率を有しかつ光
は臨界角度よりも大きいかまたはそれに等しい角度でイ
ンターフェイスに衝突するので、本質的にすべての電界
はインターフェイスでの内部屈折によりコアに留まる。
連続性と内部屈折の要件の双方を満足させるため°に、
クラッドでの放射方向の電界成分は迅速に減少する指数
関数でなければならない。指数的に減少する電界は普通
エバネスント電界と呼ばれる。
クラッドでの放射方向の電界成分は迅速に減少する指数
関数でなければならない。指数的に減少する電界は普通
エバネスント電界と呼ばれる。
光信号の速度はそれを介して光が伝播する媒体の屈折率
に依存する。成る材料は異なる偏波に対し異なる屈折率
を有する。2つの屈折率を有する材料は複屈折であると
言われる。単一モードの光ファイバに沿って伝播する信
号の偏波はしばしばモードと呼ばれる。標準的な単一モ
ードの光ファイバは、それが2つの異なる偏波ををする
同一周波数および空間分布の2つの波を伝播するので、
2モードのファイバとみなされるかもしれない。
に依存する。成る材料は異なる偏波に対し異なる屈折率
を有する。2つの屈折率を有する材料は複屈折であると
言われる。単一モードの光ファイバに沿って伝播する信
号の偏波はしばしばモードと呼ばれる。標準的な単一モ
ードの光ファイバは、それが2つの異なる偏波ををする
同一周波数および空間分布の2つの波を伝播するので、
2モードのファイバとみなされるかもしれない。
同一正常モードの2つの異なる偏波成分は2つの偏辣間
の速度差を除いて変化しない複屈折材料を介して伝播し
得る。
の速度差を除いて変化しない複屈折材料を介して伝播し
得る。
円形の複屈折、線形の複屈折、および楕円形の複屈折が
各々異なる偏波モードに関して説明される。成る材料が
円形の複屈折を示すならば、光波の偏波は2つの逆回転
成分の組合わせとして表わされる。円偏波の一方は「右
回り円形」と呼ばれ、他方は「左回り円形」と呼ばれる
。非複屈折材料では、右回り円偏波および左回り円偏波
の双方は同一速度で移動する。光の円偏波された成分の
逆回転電界ベクトルは円形の複屈折に対する偏波モード
を表わす。光が直線偏波されるならば、円偏波ベクトル
は互いに同一位相でありかつ等しい振幅である。光が楕
円偏波されるならば、円偏波ベクトルは等しくない振幅
または位相である。一般に、楕円偏波された光は楕円形
の程度が変化するかもしれず、さらにその偏波は一方の
極端で直線偏波されるところからもう一方の極端で円偏
波されるところまでの範囲にわたるかもしれない。
各々異なる偏波モードに関して説明される。成る材料が
円形の複屈折を示すならば、光波の偏波は2つの逆回転
成分の組合わせとして表わされる。円偏波の一方は「右
回り円形」と呼ばれ、他方は「左回り円形」と呼ばれる
。非複屈折材料では、右回り円偏波および左回り円偏波
の双方は同一速度で移動する。光の円偏波された成分の
逆回転電界ベクトルは円形の複屈折に対する偏波モード
を表わす。光が直線偏波されるならば、円偏波ベクトル
は互いに同一位相でありかつ等しい振幅である。光が楕
円偏波されるならば、円偏波ベクトルは等しくない振幅
または位相である。一般に、楕円偏波された光は楕円形
の程度が変化するかもしれず、さらにその偏波は一方の
極端で直線偏波されるところからもう一方の極端で円偏
波されるところまでの範囲にわたるかもしれない。
円形に複屈折の材料では、1つの円偏波ベクトルの伝播
の速度は逆回転する偏波ベクトルの伝播の速度よりも大
きい。同様に、線形に複屈折である材料では、直線偏波
されるモードの一方での光の伝播速度は他方の正常な直
線偏波されるモードでの光の伝播速度よりも大きい。線
形の複屈折と円形の複屈折の双方が光波がそれを介して
伝播する材料での成る点で存在するとき、楕円形の複屈
折が結果として生じる。楕円形の複屈折は部分的に線形
の複屈折および円形の複屈折の相対的な大きさに依存す
る複雑な態様で光の偏波に影響を与える。
の速度は逆回転する偏波ベクトルの伝播の速度よりも大
きい。同様に、線形に複屈折である材料では、直線偏波
されるモードの一方での光の伝播速度は他方の正常な直
線偏波されるモードでの光の伝播速度よりも大きい。線
形の複屈折と円形の複屈折の双方が光波がそれを介して
伝播する材料での成る点で存在するとき、楕円形の複屈
折が結果として生じる。楕円形の複屈折は部分的に線形
の複屈折および円形の複屈折の相対的な大きさに依存す
る複雑な態様で光の偏波に影響を与える。
要約すると、いずれの偏波された光も適当な位相および
振幅を有する2つの円形に偏波された波、2つの楕円形
に回転する成分または2つの垂直な直線偏波された電界
成分により表わされ得る。
振幅を有する2つの円形に偏波された波、2つの楕円形
に回転する成分または2つの垂直な直線偏波された電界
成分により表わされ得る。
多くの光フアイバシステムで誤差を最少限にするために
、その動作が偏波依存している光学的装置への入力のた
めに選択された点で公知の偏波状態の光を有することが
望ましいであろうことは公知である。偏波の状態は特に
成る光フアイバ回転センサで重要である。偏波された光
を用いるファイバ回転センシングシステムでは偏波の変
化のせいであるドリフト誤差が偏波器の品質により決定
される。
、その動作が偏波依存している光学的装置への入力のた
めに選択された点で公知の偏波状態の光を有することが
望ましいであろうことは公知である。偏波の状態は特に
成る光フアイバ回転センサで重要である。偏波された光
を用いるファイバ回転センシングシステムでは偏波の変
化のせいであるドリフト誤差が偏波器の品質により決定
される。
光フアイバ回転センサでの直線偏波状態は典型的にはベ
ルブ(Bergh)に与えられた米国特許番号節4,3
86,822号に記載された光フアイバ偏波器のような
成る型の直線偏波器で達成される。偏波器に入力される
偏波状態は一般に任意である。偏波器はファイバから不
所望の偏波の光を結合しかつ選択された所望の偏波のみ
を有する光がファイバを介して伝播するのを許容する。
ルブ(Bergh)に与えられた米国特許番号節4,3
86,822号に記載された光フアイバ偏波器のような
成る型の直線偏波器で達成される。偏波器に入力される
偏波状態は一般に任意である。偏波器はファイバから不
所望の偏波の光を結合しかつ選択された所望の偏波のみ
を有する光がファイバを介して伝播するのを許容する。
ベルブは石英サブストレートの湾曲した溝に装設された
光ファイバの長さを含む光フアイバ偏波器を開示してい
る。サブストレートおよび光ファイバの一部は相互作用
領域を形成するためにファイバからクラッドの一部を除
去するために研削されかつ研磨される。溝中のファイバ
の部分は研磨された表面の方を見られるように凸状に湾
曲されている。複屈折水晶は光フアイバ材料のコアに極
めて近接して相互作用領域上のサブストレートに装設さ
れる。水晶は光フアイバ内で伝播する光の経路を部分的
に横切るように位置決めされ、エバネスント電界カプリ
ングが光ファイバから水晶への不所望の偏波の光を結合
するようにする。
光ファイバの長さを含む光フアイバ偏波器を開示してい
る。サブストレートおよび光ファイバの一部は相互作用
領域を形成するためにファイバからクラッドの一部を除
去するために研削されかつ研磨される。溝中のファイバ
の部分は研磨された表面の方を見られるように凸状に湾
曲されている。複屈折水晶は光フアイバ材料のコアに極
めて近接して相互作用領域上のサブストレートに装設さ
れる。水晶は光フアイバ内で伝播する光の経路を部分的
に横切るように位置決めされ、エバネスント電界カプリ
ングが光ファイバから水晶への不所望の偏波の光を結合
するようにする。
バイアス誤差は回転センサとして光フアイバサグナック
リングを用いる際の誤差の主な原因である。回転センサ
のバイアスは信号入力がないときは信号出力である。バ
イアスが一定であるならば、入力信号への回転センサの
応答を決定するための信号入力があるときにはそれは出
力信号から減じられても構わない。しかしながら、バイ
アスは時間および温度変化にわたって一定のままではな
い。
リングを用いる際の誤差の主な原因である。回転センサ
のバイアスは信号入力がないときは信号出力である。バ
イアスが一定であるならば、入力信号への回転センサの
応答を決定するための信号入力があるときにはそれは出
力信号から減じられても構わない。しかしながら、バイ
アスは時間および温度変化にわたって一定のままではな
い。
ファイバジャイロスコープでのバイアス誤差の主な原因
はファイバでの不完全な偏波器および偏波交差カプリン
グから生じる。理想的な偏波器は無限の消光比を有する
べきである。偏波器の消光比は出力信号での不所望の偏
波の強度の入力信号でのその強度に対する比である。こ
の誤差の原因は最初にOpt、Lett、第20巻第6
号154頁(1981年)でキントナー(Kintne
r)により確認された。偏波の不安定性は古典的な通信
システムでの信号フェージングに類似する態様で光干渉
システムに現われる。
はファイバでの不完全な偏波器および偏波交差カプリン
グから生じる。理想的な偏波器は無限の消光比を有する
べきである。偏波器の消光比は出力信号での不所望の偏
波の強度の入力信号でのその強度に対する比である。こ
の誤差の原因は最初にOpt、Lett、第20巻第6
号154頁(1981年)でキントナー(Kintne
r)により確認された。偏波の不安定性は古典的な通信
システムでの信号フェージングに類似する態様で光干渉
システムに現われる。
偏波された光で動作する光フアイバジャイロスコープは
バイアス誤差を0.O1deg/hrより低く保つため
に100dBを超える消光比を有する偏波器を必要とす
る。偏波されない光を用いる前の光フアイバジャイロス
コープは60ないし100dBの範囲の消光比を必要と
しかっジャイロスコープの至るところで高品質偏波維持
(PM)ファイバの使用を必要とする。光フアイバジャ
イロスコープでPMファイバを使用する利点はファラデ
イー効果により減じられた偏波器消光比要件および減じ
られたバイアス誤差である。ジャイロスコープを形成す
るためにPMファイバが使用されるときには能動偏波制
御を用いることはまた不必要である。しかしながら、P
Mファイバは非常に高価であるので光フアイバジャイロ
スコープの至るところでそれを使用することは実用的で
はない。
バイアス誤差を0.O1deg/hrより低く保つため
に100dBを超える消光比を有する偏波器を必要とす
る。偏波されない光を用いる前の光フアイバジャイロス
コープは60ないし100dBの範囲の消光比を必要と
しかっジャイロスコープの至るところで高品質偏波維持
(PM)ファイバの使用を必要とする。光フアイバジャ
イロスコープでPMファイバを使用する利点はファラデ
イー効果により減じられた偏波器消光比要件および減じ
られたバイアス誤差である。ジャイロスコープを形成す
るためにPMファイバが使用されるときには能動偏波制
御を用いることはまた不必要である。しかしながら、P
Mファイバは非常に高価であるので光フアイバジャイロ
スコープの至るところでそれを使用することは実用的で
はない。
発明の概要
この発明は光フアイバ回転センサでの信号フェージング
の困難さおよび回転センサの至るところでファイバを維
持する偏波を使用する経費の双方を克服する。この発明
は偏波器消光比要件を減じかつ能動偏波制御を使用する
必要を消去する偏波維持モジュールを含む。この発明に
従った二重ファイバジャイロスコープは通常の単一モー
ドファイバから形成されるセンシングコイルををさらに
含み、それはそのモジュールで用いられる偏波維持ファ
イバよりもはるかに廉価である。
の困難さおよび回転センサの至るところでファイバを維
持する偏波を使用する経費の双方を克服する。この発明
は偏波器消光比要件を減じかつ能動偏波制御を使用する
必要を消去する偏波維持モジュールを含む。この発明に
従った二重ファイバジャイロスコープは通常の単一モー
ドファイバから形成されるセンシングコイルををさらに
含み、それはそのモジュールで用いられる偏波維持ファ
イバよりもはるかに廉価である。
この発明に従ったサグナックリング回転センサは光信号
源および光信号源から信号を受取るために配置された偏
波維持モジュールを含む。第1の実施例では、この発明
はセンシングコイルに偏波されない時計回りの(CW)
ビームおよび時計と反対回りの(CCW)ビームを与え
る。第2の実施例では、偏波維持モジュールはサグナッ
クリングに第1の偏波された光ビームおよび第2の偏波
されないビームを与えるための手段を含む。第1および
第2のビームはそれぞれCWおよびCCWで示されるで
あろう。このセンサはまた各ビームの予め定められた偏
波成分を変調するための手段を含む。サグナックリング
を形成する非偏波維持光ファイバのコイルは閉じた経路
の周囲で偏波されたCWビームと偏波されないCCWビ
ームを導き、センシングコイルの回転がビーム間で干渉
パターンを変えるようにする。検出器はコイルの回転を
示すために干渉パターンの変化を示す電気的な信号を生
じる。
源および光信号源から信号を受取るために配置された偏
波維持モジュールを含む。第1の実施例では、この発明
はセンシングコイルに偏波されない時計回りの(CW)
ビームおよび時計と反対回りの(CCW)ビームを与え
る。第2の実施例では、偏波維持モジュールはサグナッ
クリングに第1の偏波された光ビームおよび第2の偏波
されないビームを与えるための手段を含む。第1および
第2のビームはそれぞれCWおよびCCWで示されるで
あろう。このセンサはまた各ビームの予め定められた偏
波成分を変調するための手段を含む。サグナックリング
を形成する非偏波維持光ファイバのコイルは閉じた経路
の周囲で偏波されたCWビームと偏波されないCCWビ
ームを導き、センシングコイルの回転がビーム間で干渉
パターンを変えるようにする。検出器はコイルの回転を
示すために干渉パターンの変化を示す電気的な信号を生
じる。
この発明に従ったサグナックリング回転センサはまた対
の主軸を有する第1の偏波維持光ファイバの長さを含む
かもしれない。回転センサは第1の偏波維持光ファイバ
に光信号を与えるための手段をさらに含むかもしれない
。光信号は第1の偏波維持光ファイバの主軸の一方に平
行な第1の直線偏波成分およびもう一方の主軸に平行な
第2の直線偏波成分を有する。第1の偏波器は第1の偏
波維持光ファイバの主軸に対し45°の角度で配向され
た偏波軸に沿って偏波される光を通しかつ他の偏波を減
衰する。
の主軸を有する第1の偏波維持光ファイバの長さを含む
かもしれない。回転センサは第1の偏波維持光ファイバ
に光信号を与えるための手段をさらに含むかもしれない
。光信号は第1の偏波維持光ファイバの主軸の一方に平
行な第1の直線偏波成分およびもう一方の主軸に平行な
第2の直線偏波成分を有する。第1の偏波器は第1の偏
波維持光ファイバの主軸に対し45°の角度で配向され
た偏波軸に沿って偏波される光を通しかつ他の偏波を減
衰する。
光カプラは第1の偏波維持光ファイバと第2の偏波維持
ファイバの長さとの間で光信号を結合する。第2の偏波
維持ファイバは第1の偏波維持光ファイバの主軸に平行
である主軸を有する。第2の偏波維持ファイバへ結合さ
れる光は時計と反対回りのビームを形成しさらに第1の
偏波維持光ファイバに留まる光は時計回りのビームを形
成する。
ファイバの長さとの間で光信号を結合する。第2の偏波
維持ファイバは第1の偏波維持光ファイバの主軸に平行
である主軸を有する。第2の偏波維持ファイバへ結合さ
れる光は時計と反対回りのビームを形成しさらに第1の
偏波維持光ファイバに留まる光は時計回りのビームを形
成する。
偏波維持光ファイバの第3の長さは光導波部材とセンシ
ングコイルとの間で接続される。光導波部材は第2の偏
波維持ファイバと第3の偏波維持ファイバとの間で信号
を導くために位置決めされる。
ングコイルとの間で接続される。光導波部材は第2の偏
波維持ファイバと第3の偏波維持ファイバとの間で信号
を導くために位置決めされる。
光導波部材は第2および第3の偏波維持ファイバの主軸
に対し45′″の角度で配向される主軸を有する。光導
波部材での予め定められた偏波の光の位相は1対の偏波
器の間に設置された位相変調器により変調される。偏波
器は光導波部材での時計回りのビームおよび時計と反対
回りのビームの偏波がそれらが位相変調器へ到達する前
に予め定められた偏波を有するようにする。光導波部材
は好ましくはニオブ酸リチウムのサブストレートに形成
されさらに位相変調器の電極および隣接する偏波器は好
ましくは位相変調器を偏波器の間にして光導波部材上に
位置決めされる。
に対し45′″の角度で配向される主軸を有する。光導
波部材での予め定められた偏波の光の位相は1対の偏波
器の間に設置された位相変調器により変調される。偏波
器は光導波部材での時計回りのビームおよび時計と反対
回りのビームの偏波がそれらが位相変調器へ到達する前
に予め定められた偏波を有するようにする。光導波部材
は好ましくはニオブ酸リチウムのサブストレートに形成
されさらに位相変調器の電極および隣接する偏波器は好
ましくは位相変調器を偏波器の間にして光導波部材上に
位置決めされる。
サグナックリング回転センサを形成するためのこの発明
の方法は光信号源から偏波維持モジュールへと信号を導
入しかつ偏波されない時計回りのかつ時計と反対回りの
ビームおよび偏波維持モジュールから出力される偏波さ
れない時計と反対回りのビームを生じる段階を含む。こ
の方法は偏波維持モジュールでの光の予め定められた偏
波成分を調整することおよび偏波されない光の時計回り
のビームおよび偏波されない時計と反対回りのビームを
受取るために偏波維持モジュールに非偏波維持光ファイ
バのコイルを接続することをさらに含む。
の方法は光信号源から偏波維持モジュールへと信号を導
入しかつ偏波されない時計回りのかつ時計と反対回りの
ビームおよび偏波維持モジュールから出力される偏波さ
れない時計と反対回りのビームを生じる段階を含む。こ
の方法は偏波維持モジュールでの光の予め定められた偏
波成分を調整することおよび偏波されない光の時計回り
のビームおよび偏波されない時計と反対回りのビームを
受取るために偏波維持モジュールに非偏波維持光ファイ
バのコイルを接続することをさらに含む。
この方法は1対の主軸を有する第1の偏波維持光ファイ
バの長さを含むように偏波維持モジュールを形成しかつ
第1の偏波維持光ファイバに光信号を与える段階をさら
に含むかもしれない。光信号は第1の偏波維持光ファイ
バの主軸の一方に平行な第1の直線偏波成分およびもう
一方の主軸に平行な第2の直線偏波成分を有する。この
方法はまた第1の偏波軸に沿って偏波される光を通しか
つ第1の偏波維持光ファイバの主軸に対し45゜の角度
で第1の偏波軸を配向して偏波維持光ファイバの第1の
長さに隣接する別な偏波を減衰する第1の偏波器を設置
することを含むかもしれない。
バの長さを含むように偏波維持モジュールを形成しかつ
第1の偏波維持光ファイバに光信号を与える段階をさら
に含むかもしれない。光信号は第1の偏波維持光ファイ
バの主軸の一方に平行な第1の直線偏波成分およびもう
一方の主軸に平行な第2の直線偏波成分を有する。この
方法はまた第1の偏波軸に沿って偏波される光を通しか
つ第1の偏波維持光ファイバの主軸に対し45゜の角度
で第1の偏波軸を配向して偏波維持光ファイバの第1の
長さに隣接する別な偏波を減衰する第1の偏波器を設置
することを含むかもしれない。
この方法はまた第1の偏波維持光フィイバと第2の偏波
維持ファイバの長さとの間で光信号を結合することを含
む。第2の偏波維持ファイバは第1の偏波維持光ファイ
バの主軸に対して平行である主軸を有する。第2の偏波
維持ファイバへ結合される光は時計と反対回りのビーム
を形成しさらに第1の偏波維持光ファイバに留まる光は
センシングコイルで時計回りのビームを形成する。この
方法は第2の偏波維持ファイバから第2および第3の偏
波維持ファイバの主軸に対し45°の角度で配向される
主軸を有する光導波部材へ信号を結合することをさらに
含む。信号は光導波部材から偏波維持光ファイバの第3
の長さへ結合される。
維持ファイバの長さとの間で光信号を結合することを含
む。第2の偏波維持ファイバは第1の偏波維持光ファイ
バの主軸に対して平行である主軸を有する。第2の偏波
維持ファイバへ結合される光は時計と反対回りのビーム
を形成しさらに第1の偏波維持光ファイバに留まる光は
センシングコイルで時計回りのビームを形成する。この
方法は第2の偏波維持ファイバから第2および第3の偏
波維持ファイバの主軸に対し45°の角度で配向される
主軸を有する光導波部材へ信号を結合することをさらに
含む。信号は光導波部材から偏波維持光ファイバの第3
の長さへ結合される。
この方法は光導波部材で予め定められた偏波を有する光
の位相を変調することをさらに含む。
の位相を変調することをさらに含む。
この方法は第2の偏波維持ファイバから位相変調器に入
射する信号が予め定められた偏波ををするように光導波
部材で時計と反対回りのビームを偏波すること、時計回
りのビームおよび時計と反対回りのビームのためにセン
シングコイルを提供するために光導波部材と第1の偏波
維持光ファイバとの間で光ファイバのループを接続する
こと、およびセンシングコイルから位相変謝器に入射す
る信号が予め定められた偏波を有するように光導波部材
で時計と反対回りのビームを偏波することをさらに含む
。
射する信号が予め定められた偏波ををするように光導波
部材で時計と反対回りのビームを偏波すること、時計回
りのビームおよび時計と反対回りのビームのためにセン
シングコイルを提供するために光導波部材と第1の偏波
維持光ファイバとの間で光ファイバのループを接続する
こと、およびセンシングコイルから位相変謝器に入射す
る信号が予め定められた偏波を有するように光導波部材
で時計と反対回りのビームを偏波することをさらに含む
。
好ましい実施例の説明
第1図を参照すると、二重光フアイバジャイロスコープ
20は光源22を含み、それは好ましくはコヒーレント
光を放射するスーパールミネセント・ダイオード(SL
D)である。光源22の光出力はA点でPM光ファイバ
24に人力される。
20は光源22を含み、それは好ましくはコヒーレント
光を放射するスーパールミネセント・ダイオード(SL
D)である。光源22の光出力はA点でPM光ファイバ
24に人力される。
光ファイバ24は好ましくは単一モードの光ファイバで
ある。ファイバ24に入力される光は次いで第1図でB
点に設置された光カプラ28へ伝播する。カプラ28は
それに入射する光信号の一部をPM光ファイバ29へ結
合する。ファイバ24に残っている光はC点に設置され
た直線偏波器30に入射する。
ある。ファイバ24に入力される光は次いで第1図でB
点に設置された光カプラ28へ伝播する。カプラ28は
それに入射する光信号の一部をPM光ファイバ29へ結
合する。ファイバ24に残っている光はC点に設置され
た直線偏波器30に入射する。
偏波器30を横切った後で、ファイバ24での光は次い
でD点で第2の光カプラ32に到達する。
でD点で第2の光カプラ32に到達する。
光カプラはPM光ファイバ34へ第1の光の部分を結合
する。ファイバ34へ結合される光は二重光フアイバジ
ャイロスコープ20に対して時計と反対回りのビームを
形成する。ファイバ24に留まる光は二重光フアイバジ
ャイロスコープ20に対して時計回りのビームを形成す
る。
する。ファイバ34へ結合される光は二重光フアイバジ
ャイロスコープ20に対して時計と反対回りのビームを
形成する。ファイバ24に留まる光は二重光フアイバジ
ャイロスコープ20に対して時計回りのビームを形成す
る。
ファイバ34はモジュール35へ時計と反対回りのビー
ムを導く。モジュール35は好ましくはニオブ酸リチウ
ムチップを含むサブストレート36を含む。第1図、第
9図および第10図に示される統合光導波部材38はE
点でファイバ34に結合され、それらの間で光信号を伝
送する。位相変調器42は1対の偏波器44および46
の間でニオブ酸リチウムチップ38に形成される。第1
図のF点では成る長さの2Mファイバ48が統合光導波
部材38に隣接して装設される。
ムを導く。モジュール35は好ましくはニオブ酸リチウ
ムチップを含むサブストレート36を含む。第1図、第
9図および第10図に示される統合光導波部材38はE
点でファイバ34に結合され、それらの間で光信号を伝
送する。位相変調器42は1対の偏波器44および46
の間でニオブ酸リチウムチップ38に形成される。第1
図のF点では成る長さの2Mファイバ48が統合光導波
部材38に隣接して装設される。
センシングコイル49は端部49AがG点でファイバ3
4に接続されかつ端部49BがH点で2Mファイバ48
に接続される。センシングコイルは好ましくはおよそl
kmの単一モードの光ファイバを含む。G点およびH点
での接続は好ましくは非反射性接続である。
4に接続されかつ端部49BがH点で2Mファイバ48
に接続される。センシングコイルは好ましくはおよそl
kmの単一モードの光ファイバを含む。G点およびH点
での接続は好ましくは非反射性接続である。
第13図を参照すると、非反射性接続は接続がファイバ
に垂直にならないような角度で接続されるようにファイ
バ端部を研磨することにより形成されるかもしれない。
に垂直にならないような角度で接続されるようにファイ
バ端部を研磨することにより形成されるかもしれない。
接続とファイバとの間の角度は接続から反射される光が
臨界角度よりも小さい角度でコアークラッド境界に衝突
するように選択される。反射された光は次いでファイバ
を出てさらに回転速度の測定で誤差のいかなる原因も提
示しない。
臨界角度よりも小さい角度でコアークラッド境界に衝突
するように選択される。反射された光は次いでファイバ
を出てさらに回転速度の測定で誤差のいかなる原因も提
示しない。
二重ファイバジャイロスコープ20の動作の方法を説明
する前に、それに含まれる成分の説明が提示される。
する前に、それに含まれる成分の説明が提示される。
光カプラ
光カプラ28および32の双方は実質的に同一構造であ
っても構わず、それゆえ、光カプラ28の次の説明は光
ファイバ24.29および34が単一モードのファイバ
であるときには二重光フアイバジャイロスコープシステ
ム20に含まれるすベての光カプラに適用可能である。
っても構わず、それゆえ、光カプラ28の次の説明は光
ファイバ24.29および34が単一モードのファイバ
であるときには二重光フアイバジャイロスコープシステ
ム20に含まれるすベての光カプラに適用可能である。
二重光フアイバジャイロスコープ20の多重モードファ
イバ実現化例に対し、適当な多重モードカプラ(示され
ていない)が当該技術分野では公知である。
イバ実現化例に対し、適当な多重モードカプラ(示され
ていない)が当該技術分野では公知である。
多重モード用途でのセンサを形成するのに適当な成る型
の多重モードカプラがジョーン・ジェイ・フリンゾ(J
ohn J、Fl ing)により米国特許出願第8
16.881号に記載されている。その出願はこの発明
の譲受入りフトン・システムズΦインコーボレーテッド
(LittonSystems、Inc、)に譲渡され
ている。
の多重モードカプラがジョーン・ジェイ・フリンゾ(J
ohn J、Fl ing)により米国特許出願第8
16.881号に記載されている。その出願はこの発明
の譲受入りフトン・システムズΦインコーボレーテッド
(LittonSystems、Inc、)に譲渡され
ている。
第1図のカプラ28および32のように単一モード用途
での使用に適している光フアイバ指向性カプラが198
0年3月29日発行のエレクトロ261頁およびショー
(Shaw)等に与えられた1985年1月15日に発
行された米国特許第4.493,528号に記載されて
いる。その特許はり一ランド・スタンラオード・ジュニ
ア・ユニバーシティ (Leland 5tanfo
rdJunior University)の評議委
員会に譲渡されている。
での使用に適している光フアイバ指向性カプラが198
0年3月29日発行のエレクトロ261頁およびショー
(Shaw)等に与えられた1985年1月15日に発
行された米国特許第4.493,528号に記載されて
いる。その特許はり一ランド・スタンラオード・ジュニ
ア・ユニバーシティ (Leland 5tanfo
rdJunior University)の評議委
員会に譲渡されている。
第2図ないし第4図に例示されるように、カプラ28は
それぞれ1対のサブストレート50および52に装設さ
れる第1図の光ファイバ24および29を含む。ファイ
バ24はサブストレート50の光学的に平坦な表面58
に形成される湾曲した溝54に装設される。同様に、フ
ァイバ29はサブストレート52の光学的に平坦な表面
60に形成される湾曲した溝56に装設される。サブス
トレート50およびそれに装設されるファイバ24はカ
プラハーフ62を含み、さらにサブストレート52およ
びそれに装設されるファイバ29はカプラハーフ64を
含む。
それぞれ1対のサブストレート50および52に装設さ
れる第1図の光ファイバ24および29を含む。ファイ
バ24はサブストレート50の光学的に平坦な表面58
に形成される湾曲した溝54に装設される。同様に、フ
ァイバ29はサブストレート52の光学的に平坦な表面
60に形成される湾曲した溝56に装設される。サブス
トレート50およびそれに装設されるファイバ24はカ
プラハーフ62を含み、さらにサブストレート52およ
びそれに装設されるファイバ29はカプラハーフ64を
含む。
湾曲した溝54および56は各々ファイバ24および2
9の直径と比べると大きい曲率半径を有し、それらは通
常実質的に同一である。溝54および56の幅はファイ
バ24および29がそれぞれ溝54および56の底の壁
により規定される経路に一致することを許すためにファ
イバの直径よりもわずかに大きい。溝54および56の
深さはそれぞれサブストレート50および52の中央で
の最小からサブストレート50および52の端縁での最
大まで変化する。溝の深さの変化は、光ファイバ24お
よび29がそれぞれ溝54および56に装設されるとき
次第に中心に向かって収束しかつそれぞれサブストレー
ト50および52の端縁に向かって分岐することを許容
する。ファイバ24および29の漸進的な曲率はモード
の摂動を介して出力の損失を回避するためにファイバ2
4および29の方向への鋭い屈曲または他の突然の変化
が起こることを妨げる。溝54および56は断面が矩形
であっても構わないが、U型またはV型のような他の断
面形状がカプラ28を形成する際に用いられても構わな
い。
9の直径と比べると大きい曲率半径を有し、それらは通
常実質的に同一である。溝54および56の幅はファイ
バ24および29がそれぞれ溝54および56の底の壁
により規定される経路に一致することを許すためにファ
イバの直径よりもわずかに大きい。溝54および56の
深さはそれぞれサブストレート50および52の中央で
の最小からサブストレート50および52の端縁での最
大まで変化する。溝の深さの変化は、光ファイバ24お
よび29がそれぞれ溝54および56に装設されるとき
次第に中心に向かって収束しかつそれぞれサブストレー
ト50および52の端縁に向かって分岐することを許容
する。ファイバ24および29の漸進的な曲率はモード
の摂動を介して出力の損失を回避するためにファイバ2
4および29の方向への鋭い屈曲または他の突然の変化
が起こることを妨げる。溝54および56は断面が矩形
であっても構わないが、U型またはV型のような他の断
面形状がカプラ28を形成する際に用いられても構わな
い。
第2図ないし第4図を参照すると、サブストレート50
および52の中心では溝54および56の深さはファイ
バ24および29の直径よりも小さい。サブストレート
50および52の端縁では、溝54および56の深さは
好ましくは少なくともファイバの直径と同じくらいの大
きさである。光フアイバ材料はサブストレート50およ
び52の向かい合う表面58および60と共面をなすフ
ァイバ24および29で楕円形のブレーナ状表面58お
よび60を形成するためにラッピングのようないずれの
適当な方法によってもファイバ24および29の各々か
ら除去される。楕円形の表面はファイバ24および29
の各々により伝播される光のエバネスント電界が別なフ
ァイバと相互作用する相互作用領域66を形成するため
に向かい合う関係で並置される。除去される光フアイバ
材料の量はサブストレート50および52の端縁の近く
での零からそれらの中心での最大量まで漸進的に増加す
る。第2図および第3図に示されるように、光フアイバ
材料の次第に少なくされる除去はファイバ24および2
9が漸進的に収束しかつ分岐することを可能にし、それ
は相互作用領域66での後方反射および光エネルギの過
度の損失を回避するために育利である。
および52の中心では溝54および56の深さはファイ
バ24および29の直径よりも小さい。サブストレート
50および52の端縁では、溝54および56の深さは
好ましくは少なくともファイバの直径と同じくらいの大
きさである。光フアイバ材料はサブストレート50およ
び52の向かい合う表面58および60と共面をなすフ
ァイバ24および29で楕円形のブレーナ状表面58お
よび60を形成するためにラッピングのようないずれの
適当な方法によってもファイバ24および29の各々か
ら除去される。楕円形の表面はファイバ24および29
の各々により伝播される光のエバネスント電界が別なフ
ァイバと相互作用する相互作用領域66を形成するため
に向かい合う関係で並置される。除去される光フアイバ
材料の量はサブストレート50および52の端縁の近く
での零からそれらの中心での最大量まで漸進的に増加す
る。第2図および第3図に示されるように、光フアイバ
材料の次第に少なくされる除去はファイバ24および2
9が漸進的に収束しかつ分岐することを可能にし、それ
は相互作用領域66での後方反射および光エネルギの過
度の損失を回避するために育利である。
光は相互作用領域66でエバネスント電界カプリングに
よりファイバ24と29の間を移動する。
よりファイバ24と29の間を移動する。
光ファイバ24は中央のコア68および包囲するクラッ
ド70を含む。ファイバ29は実質的にそれぞれコア6
8およびクラッド70と同一であるコア72およびクラ
ッド74を有する。コア68はクラッド70の屈折率よ
りも大きい屈折率を有し、さらにコア68の直径はコア
68内で伝播する光がコアークラッドインターフェイス
で内部に反射するようなものである。光ファイバ24に
より導かれる大抵の光エネルギはそのコア68に閉じ込
められる。しかしながら、ファイバ68に対する波動方
程式の解および公知の境界条件の適用は、エネルギ分布
が主にコア68にあるけれどもクラッド内に拡がりかつ
ファイバの中心からの半径が増加するにつれて指数的に
減少する部分を含むことを示す。ファイバ68内のエネ
ルギ分布のの指数的に減少する部分は一般にエバネスン
ト電界と呼ばれる。ファイバ24により最初に伝播され
る光エネルギのエバネスント電界がファイバ29へと十
分に距離を拡張するならば、エネルギはファイバ24か
らファイバ29へ結合する。
ド70を含む。ファイバ29は実質的にそれぞれコア6
8およびクラッド70と同一であるコア72およびクラ
ッド74を有する。コア68はクラッド70の屈折率よ
りも大きい屈折率を有し、さらにコア68の直径はコア
68内で伝播する光がコアークラッドインターフェイス
で内部に反射するようなものである。光ファイバ24に
より導かれる大抵の光エネルギはそのコア68に閉じ込
められる。しかしながら、ファイバ68に対する波動方
程式の解および公知の境界条件の適用は、エネルギ分布
が主にコア68にあるけれどもクラッド内に拡がりかつ
ファイバの中心からの半径が増加するにつれて指数的に
減少する部分を含むことを示す。ファイバ68内のエネ
ルギ分布のの指数的に減少する部分は一般にエバネスン
ト電界と呼ばれる。ファイバ24により最初に伝播され
る光エネルギのエバネスント電界がファイバ29へと十
分に距離を拡張するならば、エネルギはファイバ24か
らファイバ29へ結合する。
適当なエバネスント電界カプリングを確実にするために
、ファイバ24および29から除去される材料の量はフ
ァイバ24および29のコアの間の間隔が予め定められ
た臨界区域内にあるように、注意深く制御されなければ
ならない。エバネスント電界はクラッド内へと短い距離
を延ばしかつファイバコアの外側では距離とともに大き
さが迅速に減少する。このように、十分な光フアイバ材
料は2つのファイバ24および29により伝播される波
のエバネスント電界の間のオーバーラツプを許容するよ
うに除去されるべきである。除去される材料があまりに
わずかであると、コアはエバネスント電界が導かれた波
との所望の相互作用を引き起こすのを許容するのに十分
なだけ近接されず、それゆえ不充分なカプリングが生じ
る。
、ファイバ24および29から除去される材料の量はフ
ァイバ24および29のコアの間の間隔が予め定められ
た臨界区域内にあるように、注意深く制御されなければ
ならない。エバネスント電界はクラッド内へと短い距離
を延ばしかつファイバコアの外側では距離とともに大き
さが迅速に減少する。このように、十分な光フアイバ材
料は2つのファイバ24および29により伝播される波
のエバネスント電界の間のオーバーラツプを許容するよ
うに除去されるべきである。除去される材料があまりに
わずかであると、コアはエバネスント電界が導かれた波
との所望の相互作用を引き起こすのを許容するのに十分
なだけ近接されず、それゆえ不充分なカプリングが生じ
る。
あまりに多くの材料の除去はファイバの伝播特性を変え
、モード摂動のせいでファイバからの光エネルギの損失
を生じる。しかしながら、ファイバ24および29のコ
アの間の空間が臨界区域内にあるとき、各ファイバ24
および29はかなりのエネルギ損失なしに良いカプリン
グを達成するために他のファイバからエバネスント電界
エネルギのかなりの部分を受取る。臨界区域はファイバ
24および29のエバネスント電界が良いエバネスント
電界カプリングを提供するために十分にオーバーラツプ
し各コアが他のコアにより導かれる光のエバネスント電
界内にある領域を含む。単一モードのファイバにより導
かれるHE、、モードのような弱く導かれたモードに対
し、モード摂動はファイバコアが露出されるときに生じ
ることが信じられている。それゆえ、臨界区域はエバネ
スント電界が実質的なモード摂動誘導出力損失を引き起
こすことなしにカプリングを引き起こすために十分オー
バラップすることを引き起こすコア間隔である。
、モード摂動のせいでファイバからの光エネルギの損失
を生じる。しかしながら、ファイバ24および29のコ
アの間の空間が臨界区域内にあるとき、各ファイバ24
および29はかなりのエネルギ損失なしに良いカプリン
グを達成するために他のファイバからエバネスント電界
エネルギのかなりの部分を受取る。臨界区域はファイバ
24および29のエバネスント電界が良いエバネスント
電界カプリングを提供するために十分にオーバーラツプ
し各コアが他のコアにより導かれる光のエバネスント電
界内にある領域を含む。単一モードのファイバにより導
かれるHE、、モードのような弱く導かれたモードに対
し、モード摂動はファイバコアが露出されるときに生じ
ることが信じられている。それゆえ、臨界区域はエバネ
スント電界が実質的なモード摂動誘導出力損失を引き起
こすことなしにカプリングを引き起こすために十分オー
バラップすることを引き起こすコア間隔である。
特定のカプラに対する臨界区域の程度はファイバのパラ
メータおよびカプラのジオメトリのような多数の要因に
依存する。臨界区域はステップインデックス断面を有す
る単一モードのファイバに対しては全く狭くても構わな
い。ファイバ24および29の中心から中心までの間隔
は典型的にはコアの直径の2個ないし3個分よりも小さ
い。
メータおよびカプラのジオメトリのような多数の要因に
依存する。臨界区域はステップインデックス断面を有す
る単一モードのファイバに対しては全く狭くても構わな
い。ファイバ24および29の中心から中心までの間隔
は典型的にはコアの直径の2個ないし3個分よりも小さ
い。
第1図のカプラ28はA%B、CおよびDと表示される
4個のボートを含む。それぞれカプラ28の左側と右側
にあるボートAおよびBはファイバ24に対応する。ボ
ートCおよびDは同様にファイバ29に対応する。説明
のために、光信号入力がファイバ24を介してボートA
に与えられることが仮定される。信号はカプラ28を通
過しかつファイバ24および29の間のカプリングの量
に依存してボートBまたはDのいずれが1つまたはその
両方で出力される。「カプリング定数」は結合されたパ
ワーの全出力パワーに対する比と定義される。上の具体
例では、カプリング定数はボートBおよびDでのパワー
出力の総和で除算されるボート28Dで9パワー出力の
比率である。この比率はしばしば「カプリング効率」と
呼ばれ、それは典型的にはパーセントで表現される。そ
れゆえ、「カプリング定数」という用語がここで用いら
れるとき、対応するカプリング効率はカプリング定数の
100倍に等しいことが理解されるべきである。
4個のボートを含む。それぞれカプラ28の左側と右側
にあるボートAおよびBはファイバ24に対応する。ボ
ートCおよびDは同様にファイバ29に対応する。説明
のために、光信号入力がファイバ24を介してボートA
に与えられることが仮定される。信号はカプラ28を通
過しかつファイバ24および29の間のカプリングの量
に依存してボートBまたはDのいずれが1つまたはその
両方で出力される。「カプリング定数」は結合されたパ
ワーの全出力パワーに対する比と定義される。上の具体
例では、カプリング定数はボートBおよびDでのパワー
出力の総和で除算されるボート28Dで9パワー出力の
比率である。この比率はしばしば「カプリング効率」と
呼ばれ、それは典型的にはパーセントで表現される。そ
れゆえ、「カプリング定数」という用語がここで用いら
れるとき、対応するカプリング効率はカプリング定数の
100倍に等しいことが理解されるべきである。
カプラ28はエバネスント電界のオーバーラツプの領域
の寸法を制御するためにファイバ24および29の向か
い合った表面をオフセットすることにより、0と1.0
の間のいずれの所望の値にもカプリング定数を調節する
ように同調されるであろう。同調は互いに関して横にま
たは縦にサブストレート50および52を摺動すること
により達成されるであろう。
の寸法を制御するためにファイバ24および29の向か
い合った表面をオフセットすることにより、0と1.0
の間のいずれの所望の値にもカプリング定数を調節する
ように同調されるであろう。同調は互いに関して横にま
たは縦にサブストレート50および52を摺動すること
により達成されるであろう。
カプラ28は高度に指向性であり、それの一方の側部で
与えられる実質的にすべてのパワーはもう一方の側部の
ボードで出力される。ボートAまたはCのいずれかに人
力として与えられる実質的にすべての光は明らかな逆指
向性カプリングなしにボートBおよびDに伝達される。
与えられる実質的にすべてのパワーはもう一方の側部の
ボードで出力される。ボートAまたはCのいずれかに人
力として与えられる実質的にすべての光は明らかな逆指
向性カプリングなしにボートBおよびDに伝達される。
指向性特性はボートBまたはDのいずれかに与えられる
成る光がボートAおよびBに伝達される点で対称的であ
る。カプラ28は偏波に関して本質的に非弁別的であり
かつそれに入力される光の偏波を保つ。
成る光がボートAおよびBに伝達される点で対称的であ
る。カプラ28は偏波に関して本質的に非弁別的であり
かつそれに入力される光の偏波を保つ。
ファイバ24および29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るが、交差結合される
ことなしにカプラ28を真直ぐに通過する光は位相がシ
フトされない。たとえば、カプラ28が0.5のカプリ
ング定数を有しさらに光信号がボートAへ入力されるな
らば、BおよびDでの出力は等しい大きさであろうが、
ボートDでの出力はボート28Bでの出力に関し位相が
π/2だけシフトされるであろう。
る光はπ/2の位相シフトを受けるが、交差結合される
ことなしにカプラ28を真直ぐに通過する光は位相がシ
フトされない。たとえば、カプラ28が0.5のカプリ
ング定数を有しさらに光信号がボートAへ入力されるな
らば、BおよびDでの出力は等しい大きさであろうが、
ボートDでの出力はボート28Bでの出力に関し位相が
π/2だけシフトされるであろう。
サブストレート50および52
サブストレート50および52はいずれの適当に剛性の
材料から製造されても構わない。成る好ましい実施例で
は、サブストレート50および52は一般におよそ2.
5cmの長さ、2.5cmの幅および1.0cmの厚さ
の溶融された石英ガラスの矩形ブロックを含む。ファイ
バ24および29はエポキシ樹脂のような適当な接合材
(示されていない)により湾曲した溝54および56に
固定されるであろう。溶融石英サブストレート50およ
び52はファイバ24および29の係数に似た熱膨張の
係数を有し、それはサブストレート50および52およ
びファイバ24および29が製造または使用の間何らか
の熱処理を受けさせられるならば予め定められたカプリ
ング特性を維持する際に重要である。成る用途に対し、
カプラ28は2個のファイバ24および29のみを含む
かもしれず、2個の楕円形の領域はサブストレート50
および52に保持されることなしにともに溶融されるか
または接着される。
材料から製造されても構わない。成る好ましい実施例で
は、サブストレート50および52は一般におよそ2.
5cmの長さ、2.5cmの幅および1.0cmの厚さ
の溶融された石英ガラスの矩形ブロックを含む。ファイ
バ24および29はエポキシ樹脂のような適当な接合材
(示されていない)により湾曲した溝54および56に
固定されるであろう。溶融石英サブストレート50およ
び52はファイバ24および29の係数に似た熱膨張の
係数を有し、それはサブストレート50および52およ
びファイバ24および29が製造または使用の間何らか
の熱処理を受けさせられるならば予め定められたカプリ
ング特性を維持する際に重要である。成る用途に対し、
カプラ28は2個のファイバ24および29のみを含む
かもしれず、2個の楕円形の領域はサブストレート50
および52に保持されることなしにともに溶融されるか
または接着される。
第3図ないし第7図を参照すると、サブストレート52
は1対の側部積層板53および55および中央積層板5
7から形成されるかもしれない。
は1対の側部積層板53および55および中央積層板5
7から形成されるかもしれない。
側部積層板53および55は好ましくは矩形の平行六面
体として形成される。中央積層板57は矩形の平行六面
体から形成されても構わないが、中央積層板57の端縁
76は凸形曲線を形成するように機械加工される。中央
積層板57は好ましくはおよそ0.400インチの長さ
およびおよそ0゜05インチの幅を有する。中央積層板
57の最大の高さは好ましくはおよそ0.045インチ
である。側部積層板53および55は実質的に互いに同
一である。たとえば、側部積層板53は好ましくおよそ
0.400インチの長さ、およそ0.040インチの厚
さであり、さらに中央積層板の0゜045インチの高さ
よりもわずかに高い。0.050インチの高さは側部積
層板53および55に対し満足がいくことがわかってい
る。
体として形成される。中央積層板57は矩形の平行六面
体から形成されても構わないが、中央積層板57の端縁
76は凸形曲線を形成するように機械加工される。中央
積層板57は好ましくはおよそ0.400インチの長さ
およびおよそ0゜05インチの幅を有する。中央積層板
57の最大の高さは好ましくはおよそ0.045インチ
である。側部積層板53および55は実質的に互いに同
一である。たとえば、側部積層板53は好ましくおよそ
0.400インチの長さ、およそ0.040インチの厚
さであり、さらに中央積層板の0゜045インチの高さ
よりもわずかに高い。0.050インチの高さは側部積
層板53および55に対し満足がいくことがわかってい
る。
カプラは2つの側部積層板53および55の間に中央積
層板57を設置することにより形成される。積層板53
.55および57は中央積層板57の2つのより多きな
平坦な表面が側部積層板53および57の2つのより多
きな矩形の表面の間で保持されるように縦に並べられる
。第7図を参照すると、中央積層板57は側部積層板5
3の一部が中央積層板57の湾曲した端縁76を超えて
延びるように実施的には完全に側部積層板53に接して
位置決めされる。側部積層板55は側部積層板53と対
称的になるように中央積層板57に接して設置される。
層板57を設置することにより形成される。積層板53
.55および57は中央積層板57の2つのより多きな
平坦な表面が側部積層板53および57の2つのより多
きな矩形の表面の間で保持されるように縦に並べられる
。第7図を参照すると、中央積層板57は側部積層板5
3の一部が中央積層板57の湾曲した端縁76を超えて
延びるように実施的には完全に側部積層板53に接して
位置決めされる。側部積層板55は側部積層板53と対
称的になるように中央積層板57に接して設置される。
中央積層板の高さが0.045インチの高さの中央積層
板よりも約0.005インチ大きいので、凸状の溝は側
部積層板53および55の間に形成される。
板よりも約0.005インチ大きいので、凸状の溝は側
部積層板53および55の間に形成される。
3つの積層板53.55および57は溝56を形成する
ようにともに位置決めされかつ次いでいずれの従来のク
ランプ手段によってもともにぴったりとクランプされる
。ファイバ24が溝56に設置された後で、張力はそれ
が湾曲した溝56の曲率に一致するようにファイバに与
えられる。積層板53.55および57およびファイバ
24は次いでともに接着される。
ようにともに位置決めされかつ次いでいずれの従来のク
ランプ手段によってもともにぴったりとクランプされる
。ファイバ24が溝56に設置された後で、張力はそれ
が湾曲した溝56の曲率に一致するようにファイバに与
えられる。積層板53.55および57およびファイバ
24は次いでともに接着される。
カプラハーフを形成するための接着工程は1段の接着工
程でカプラハーフに適当な接着剤を適用することを含む
にすぎないかもしれない。それぞれ積層板53および5
5上の表面73および75は次いでファイバ24の所望
の量が相互作用領域を形成するために除去されてしまう
までラッピングされる。
程でカプラハーフに適当な接着剤を適用することを含む
にすぎないかもしれない。それぞれ積層板53および5
5上の表面73および75は次いでファイバ24の所望
の量が相互作用領域を形成するために除去されてしまう
までラッピングされる。
光カプラは互いに向かい合うファイバのプレーす状部分
とともに2個のカプラハーフを接着することにより形成
される。カプラハーフはそれらがともにクランプされる
一方でサブストレートに適当な接着剤を適用することに
より上で説明されたようにともに接着されるであろう。
とともに2個のカプラハーフを接着することにより形成
される。カプラハーフはそれらがともにクランプされる
一方でサブストレートに適当な接着剤を適用することに
より上で説明されたようにともに接着されるであろう。
しかしながら、ファイバ24および29をともに接着す
るためのレーザ融着方法は接着剤ボンディングよりも成
る用途に対してはより高品質のカプラを生ずるであろう
。
るためのレーザ融着方法は接着剤ボンディングよりも成
る用途に対してはより高品質のカプラを生ずるであろう
。
カプラ28は所望のカプリング定数を有するように形成
されるかもしれない。所望のカプリング定数の達成を確
実にするための1つの方法はレーザ(示されていない)
からファイバ24の端部へ光信号を入力する段階を含む
。入力ビームが相互作用領域66に衝突した後、ファイ
バ24および29から発出する光信号の強度は、サブス
トレートが所望のカプリング効率を達成するように操作
される間適当な光検出器(示されていない)を用いてモ
ニタされる。カプリングの量はプレーナ状ファイバ表面
のオーバラップの量を調節するようにサブストレートを
動かすことにより変えられても構わない。
されるかもしれない。所望のカプリング定数の達成を確
実にするための1つの方法はレーザ(示されていない)
からファイバ24の端部へ光信号を入力する段階を含む
。入力ビームが相互作用領域66に衝突した後、ファイ
バ24および29から発出する光信号の強度は、サブス
トレートが所望のカプリング効率を達成するように操作
される間適当な光検出器(示されていない)を用いてモ
ニタされる。カプリングの量はプレーナ状ファイバ表面
のオーバラップの量を調節するようにサブストレートを
動かすことにより変えられても構わない。
ファイバ24および29が所望のカプリング定数を提供
するように位置決めされた後で、エネルギはそれらのイ
ンターフェイスに与えられる。エネルギ源は好ましくは
Co2レーザ(示されていない)であり、さらにそれは
ガラス転移温度に近い温度までファイバ24および29
を加熱する出力ビームを生じるべきである。エネルギ源
はまたファイバ24および29に熱の所望の量を与える
ための超音波発生器、誘導加熱源または他の適当な装置
であっても構わない。
するように位置決めされた後で、エネルギはそれらのイ
ンターフェイスに与えられる。エネルギ源は好ましくは
Co2レーザ(示されていない)であり、さらにそれは
ガラス転移温度に近い温度までファイバ24および29
を加熱する出力ビームを生じるべきである。エネルギ源
はまたファイバ24および29に熱の所望の量を与える
ための超音波発生器、誘導加熱源または他の適当な装置
であっても構わない。
転移温度はファイバ24および29が形成されるガラス
の融点よりも低い。転移温度はファイバ24および29
を含む材料に依存する。大抵の光ファイバは屈折率を制
御するためにそれに付加される二酸化ゲルマニウムまた
はボロンのようなドープ剤で二酸化シリコンから形成さ
れる。そのようなファイバは典型的なは1220℃ない
し1200℃の範囲の転移温度を有する。転移温度は結
合されるべきファイバに対し実験的に決定されるべきで
あり、さらにレーザ98からのエネルギ出力はボンディ
ングされた領域の温度が転移温度を超えないことを確実
にするために制御されるべきである。光ファイバの転移
温度は温度が増加するにつれてファイバが軟らかくなり
始めるときに達成される。
の融点よりも低い。転移温度はファイバ24および29
を含む材料に依存する。大抵の光ファイバは屈折率を制
御するためにそれに付加される二酸化ゲルマニウムまた
はボロンのようなドープ剤で二酸化シリコンから形成さ
れる。そのようなファイバは典型的なは1220℃ない
し1200℃の範囲の転移温度を有する。転移温度は結
合されるべきファイバに対し実験的に決定されるべきで
あり、さらにレーザ98からのエネルギ出力はボンディ
ングされた領域の温度が転移温度を超えないことを確実
にするために制御されるべきである。光ファイバの転移
温度は温度が増加するにつれてファイバが軟らかくなり
始めるときに達成される。
ファイバ24および29の接合上にレーザの出力を付与
することがそれらをともに溶融させる。
することがそれらをともに溶融させる。
上で説明された方法はボンディングされた領域がファイ
バ24および29を含む材料と同一の物理的構造および
同一の光学特性を有する結果を生じることがわかってい
る。したがって、屈折率の局所的なむらは回避され、結
合された領域の、結果として生じる相互作用領域66は
分子的に一貫した材料に対し期待されるように至るとこ
ろでうまく作用される屈折率ををする。ファイバ24お
よび29からの光を結合する段階はそれらがラッピング
される間ラッピングの深さの製作の十分な制御が予め定
められたカプリング効率を有するようにカプラ28を形
成することを許容する。
バ24および29を含む材料と同一の物理的構造および
同一の光学特性を有する結果を生じることがわかってい
る。したがって、屈折率の局所的なむらは回避され、結
合された領域の、結果として生じる相互作用領域66は
分子的に一貫した材料に対し期待されるように至るとこ
ろでうまく作用される屈折率ををする。ファイバ24お
よび29からの光を結合する段階はそれらがラッピング
される間ラッピングの深さの製作の十分な制御が予め定
められたカプリング効率を有するようにカプラ28を形
成することを許容する。
導波部材38
第8A図ないし第8E図はサブストレート36での光導
波部材38の形成を例示する。最初サブストレート36
はフォトレジスト層120で覆われている。ガラスフォ
トマスクプレート121はフォトレジスト層120上に
設置される。プレート121は標準的なフォトリダクシ
ョン技術を用いることにより部分122および124が
不透明でありかつ長手の矩形の部分126を残すように
間隔をあけられている所望のパターンを生じるように準
備される。第8A図の矢印はガラスプレート121およ
びフォトレジスト層120の露出された部分126に衝
突する紫外(UV)光を示す。
波部材38の形成を例示する。最初サブストレート36
はフォトレジスト層120で覆われている。ガラスフォ
トマスクプレート121はフォトレジスト層120上に
設置される。プレート121は標準的なフォトリダクシ
ョン技術を用いることにより部分122および124が
不透明でありかつ長手の矩形の部分126を残すように
間隔をあけられている所望のパターンを生じるように準
備される。第8A図の矢印はガラスプレート121およ
びフォトレジスト層120の露出された部分126に衝
突する紫外(UV)光を示す。
部分122および124はUV光がフォトレジスト層1
20の露出された部分126のみに影響を与えるように
UV光を通さない。第8B図を参照すると、適当な現像
液にフォトレジスト部分126を置くと、1対のフォト
レジスト部分127および128のみがサブストレート
36に付着して残り、それらはそれぞれガラスプレート
122および124のすぐ下にあったものである。
20の露出された部分126のみに影響を与えるように
UV光を通さない。第8B図を参照すると、適当な現像
液にフォトレジスト部分126を置くと、1対のフォト
レジスト部分127および128のみがサブストレート
36に付着して残り、それらはそれぞれガラスプレート
122および124のすぐ下にあったものである。
第8C図を参照すると、チタン層130はフォトレジス
ト部分126がそれから除去されたサブストレート36
上に形成される。チタン層130は薄い金属フィルムを
形成するために、蒸着のようないずれの適当な方法によ
っつで形成されても構わない。残余のフォトレジスト部
分127および128はまたそれらの上に形成されるチ
タン層132および134を有するが、層130はフォ
トレジスト層127および128の端縁により明確に規
定される本質的に平行な側部を存する。
ト部分126がそれから除去されたサブストレート36
上に形成される。チタン層130は薄い金属フィルムを
形成するために、蒸着のようないずれの適当な方法によ
っつで形成されても構わない。残余のフォトレジスト部
分127および128はまたそれらの上に形成されるチ
タン層132および134を有するが、層130はフォ
トレジスト層127および128の端縁により明確に規
定される本質的に平行な側部を存する。
アセトンのような溶媒にサブストレート36を置くとフ
ォトレジスト部分127および128が除去され、サブ
ストレート36上に第8D図に示されるチタンの輪郭の
はっきりした層130のみが残る。層130は第8D図
におけるような端部から見られるような実質的に矩形の
断面を有する。
ォトレジスト部分127および128が除去され、サブ
ストレート36上に第8D図に示されるチタンの輪郭の
はっきりした層130のみが残る。層130は第8D図
におけるような端部から見られるような実質的に矩形の
断面を有する。
チタン層130がその上にあるサブストレート36は当
該技術分野では公知のように、高温のオーブンに置かれ
、サブストレート36へのTL”イオンの散布が第8E
図に示される一般に矩形の導波部材38を形成すること
を引き起こすのに足る時間焼かれる。
該技術分野では公知のように、高温のオーブンに置かれ
、サブストレート36へのTL”イオンの散布が第8E
図に示される一般に矩形の導波部材38を形成すること
を引き起こすのに足る時間焼かれる。
偏波器30
第11図および第12図を参照すると、偏波器30は好
ましくは石英ブロックから形成され、その中に湾曲した
満164を有するサブストレート162を含むハーフカ
プラ160を含む。光ファイバ24の長さは溝164で
固定される。サブストレート160の一部はファイバ2
4のクラッドの中に拡張する表面120を形成するため
に研削されかつ研摩されている。研削および研摩動作は
相互作用領域166を形成するためにクラッドの一部を
除去する。光学的に平坦な表面30を有する複屈折水晶
168はサブストレート160の表面170に装設され
る。相互作用領域では、ファイバ24で伝播する光のエ
バネスント電界は複屈折水晶168と相互作用する。
ましくは石英ブロックから形成され、その中に湾曲した
満164を有するサブストレート162を含むハーフカ
プラ160を含む。光ファイバ24の長さは溝164で
固定される。サブストレート160の一部はファイバ2
4のクラッドの中に拡張する表面120を形成するため
に研削されかつ研摩されている。研削および研摩動作は
相互作用領域166を形成するためにクラッドの一部を
除去する。光学的に平坦な表面30を有する複屈折水晶
168はサブストレート160の表面170に装設され
る。相互作用領域では、ファイバ24で伝播する光のエ
バネスント電界は複屈折水晶168と相互作用する。
ファイバ24が単一モードのファ°イバであるならば、
伝播される唯一のモードは電界および磁界の方向がファ
イバ24を介する波の伝播の方向にほぼ垂直であるモー
ドである。第11図では、ベクトルAはファイバ24を
介する光の伝播の方向を表わし、さらにベクトル176
は光波の伝播の方向に垂直な偏波を表わす。伝播の方向
および垂直な偏波はページの平面にある。ベクトルAお
よびBの角頂のドツトは相互作用区域166でのファイ
バ24と複屈折水晶168の間のインターフェイスに平
行でかつページの面に垂直な偏波ベクトルを表わす。
伝播される唯一のモードは電界および磁界の方向がファ
イバ24を介する波の伝播の方向にほぼ垂直であるモー
ドである。第11図では、ベクトルAはファイバ24を
介する光の伝播の方向を表わし、さらにベクトル176
は光波の伝播の方向に垂直な偏波を表わす。伝播の方向
および垂直な偏波はページの平面にある。ベクトルAお
よびBの角頂のドツトは相互作用区域166でのファイ
バ24と複屈折水晶168の間のインターフェイスに平
行でかつページの面に垂直な偏波ベクトルを表わす。
水晶168は水晶−ファイバインターフェイスに垂直に
偏波される光に対し水晶168の屈折率がファイバ24
の屈折率よりも小さいような配置される。それゆえに、
偏波が水晶−ファイバインターフェイスに垂直な光フア
イバ24内で伝播する光は水晶−ファイバインターフェ
イスでの全内部屈折のために光ファイバ24に留まる。
偏波される光に対し水晶168の屈折率がファイバ24
の屈折率よりも小さいような配置される。それゆえに、
偏波が水晶−ファイバインターフェイスに垂直な光フア
イバ24内で伝播する光は水晶−ファイバインターフェ
イスでの全内部屈折のために光ファイバ24に留まる。
水晶−ファイバインターフェイスに平行な偏波に対する
水晶168の屈折率は、水晶−ファイバインターフェイ
スに平行に偏波される光が光ファイバ24を出て復屈折
水晶168へ結合するように、光ファイバ24の屈折率
よりも大きくなるように選ばれる。
水晶168の屈折率は、水晶−ファイバインターフェイ
スに平行に偏波される光が光ファイバ24を出て復屈折
水晶168へ結合するように、光ファイバ24の屈折率
よりも大きくなるように選ばれる。
ここに説明される偏波器30はベルブ(Bergh)に
与えられた米国特許第4,386,822号で開示され
た偏波器と本質的に同一である。
与えられた米国特許第4,386,822号で開示され
た偏波器と本質的に同一である。
位相変調器42
第9図を参照すると、位相変調器42はニオブ酸リチウ
ムチップ36上に形成される1対の電極100および1
02を含む。電極100は直接導波部材38上にあり、
さらに電極102は電極100の横に設置される。電圧
[104は導波部材38に電界を形成するために電極1
00および102に接続される。
ムチップ36上に形成される1対の電極100および1
02を含む。電極100は直接導波部材38上にあり、
さらに電極102は電極100の横に設置される。電圧
[104は導波部材38に電界を形成するために電極1
00および102に接続される。
第9図に示されるように、電界は導波部材38では主に
垂直である。導波部材38は屈折率n −ng +n1
(E)を有し、ここではnQは屈折率の定数成分で
ありさらにn+ (E)は付与された電界Eの関数で
ある。導波部材38での電界は第10図で見られるよう
に本質的に垂直な方向にあるので、電界の垂直な成分の
みが屈折率に影響を与える。導波部材38の屈折の変化
はその有効な光の長さが変化することを引き起こす。そ
れゆえ、電界を制御することは光波が電極100の下の
導波部材38で移動するのに所要の時間を制御するため
の手段を提供する。移動時間のこの変化は波の位相の変
化として見られるであろう。位相変調器42は導波部材
38で水晶の種々に沿って非対称的に偏波される信号の
位相を変調するので、導波部材38の一方の主軸に沿っ
て偏波される波のみが位相変調器42に入ることを許さ
れる。
垂直である。導波部材38は屈折率n −ng +n1
(E)を有し、ここではnQは屈折率の定数成分で
ありさらにn+ (E)は付与された電界Eの関数で
ある。導波部材38での電界は第10図で見られるよう
に本質的に垂直な方向にあるので、電界の垂直な成分の
みが屈折率に影響を与える。導波部材38の屈折の変化
はその有効な光の長さが変化することを引き起こす。そ
れゆえ、電界を制御することは光波が電極100の下の
導波部材38で移動するのに所要の時間を制御するため
の手段を提供する。移動時間のこの変化は波の位相の変
化として見られるであろう。位相変調器42は導波部材
38で水晶の種々に沿って非対称的に偏波される信号の
位相を変調するので、導波部材38の一方の主軸に沿っ
て偏波される波のみが位相変調器42に入ることを許さ
れる。
偏波器44および46
偏波器44および46は好ましくは本質的に同一である
ので、偏波器44のみがここで詳細に説明される。第1
0図を参照すると、金属ストリップ106は導波部材3
6上のニオブ酸リチウムチップ36に置かれる。金属ス
トリップ106は好ましくはアルミニウムから形成され
る。誘電体バッファ層112はストリップ106とニオ
ブ酸リチウムチップ36の間に置かれる。偏波器44は
入射光の水平に偏波された成分を通しかつ垂直に偏波さ
れた成分を減衰する。
ので、偏波器44のみがここで詳細に説明される。第1
0図を参照すると、金属ストリップ106は導波部材3
6上のニオブ酸リチウムチップ36に置かれる。金属ス
トリップ106は好ましくはアルミニウムから形成され
る。誘電体バッファ層112はストリップ106とニオ
ブ酸リチウムチップ36の間に置かれる。偏波器44は
入射光の水平に偏波された成分を通しかつ垂直に偏波さ
れた成分を減衰する。
偏波維持ファイバ
偏波維持ファイバは異なる偏波に対しかなり異なる屈折
率を有する。ファイバ16へ入力される光はファイバ軸
の双方に沿った偏波成分を有するので、これら偏波の双
方はともに混合することなしにファイバで伝播するであ
ろう。偏波維持ファイバ24.34および40は後で説
明される種々の技術により形成されるであろう。すべて
の偏波維持ファイバは本質的に同一であるので、そのよ
うなファイバの後の説明はファイバ24のみに言及する
。
率を有する。ファイバ16へ入力される光はファイバ軸
の双方に沿った偏波成分を有するので、これら偏波の双
方はともに混合することなしにファイバで伝播するであ
ろう。偏波維持ファイバ24.34および40は後で説
明される種々の技術により形成されるであろう。すべて
の偏波維持ファイバは本質的に同一であるので、そのよ
うなファイバの後の説明はファイバ24のみに言及する
。
ファイバ24での光の速度はv −c / nであり、
ここではCは真空状態での光の速度でありさらにnは考
慮中の特定の偏波に対するファイバの屈折率であるので
、この2つの偏波はファイバで異なる速度を有する。低
速波は速度v3mc/nlを有し、さらに高速波は速度
v、c/n2を有し、二二ではn2 <n、である。
ここではCは真空状態での光の速度でありさらにnは考
慮中の特定の偏波に対するファイバの屈折率であるので
、この2つの偏波はファイバで異なる速度を有する。低
速波は速度v3mc/nlを有し、さらに高速波は速度
v、c/n2を有し、二二ではn2 <n、である。
成る型の偏波維持ファイバは第15図に示されるような
層状のコア200および包囲するクラッド202ををす
る。コア200は、コアの伝播定数が偏波依有するよう
に、異なる偏波の波に対し異なる屈折率を有する。クラ
ッド202は好ましくはコア屈折率の双方より小さい屈
折率を有する。
層状のコア200および包囲するクラッド202ををす
る。コア200は、コアの伝播定数が偏波依有するよう
に、異なる偏波の波に対し異なる屈折率を有する。クラ
ッド202は好ましくはコア屈折率の双方より小さい屈
折率を有する。
コア200およびクラッド202はクラッド屈折率が一
方のコア屈折率よりも大きくかつ他方のコア屈折率より
も小さいような屈折率を有するかもしれない。そのよう
なファイバはしばしば偏波ファイバと呼ばれる。より大
きな屈折率を有する材料から2つの同一でない誘電体間
のインターフェイスに入射する光は入射の角度が臨界角
度よりも小さいならば内部に反射されるであろう。それ
ゆえ、偏波維持ファイバは双方の偏波の光を導く。
方のコア屈折率よりも大きくかつ他方のコア屈折率より
も小さいような屈折率を有するかもしれない。そのよう
なファイバはしばしば偏波ファイバと呼ばれる。より大
きな屈折率を有する材料から2つの同一でない誘電体間
のインターフェイスに入射する光は入射の角度が臨界角
度よりも小さいならば内部に反射されるであろう。それ
ゆえ、偏波維持ファイバは双方の偏波の光を導く。
2つの偏波に関してコアの伝播定数は異なるかまたは退
化しないので、エネルギはそれらの間で容易には結合し
ない。それゆえ、偏波維持ファイバ24により伝播され
る光は偏波の変化を経験しない。
化しないので、エネルギはそれらの間で容易には結合し
ない。それゆえ、偏波維持ファイバ24により伝播され
る光は偏波の変化を経験しない。
複屈折の性質を有するコアは第16図に示されるように
層208および207が特定の屈折率を有するように適
当に材料を選ぶことによりかつわずかな厚さf、および
f2を適当に選ぶことにより合成され得る。第15図を
参照すると、コア200は第1の材料の層218ないし
220および第1の材料とは異なる屈折率を有する第2
の材料の層222および223からなる。コア200は
2つの材料の多くの層を含むかもしれないが、5つの層
218.219.220.222および223のみが例
示および説明の便宜のために示されている。
層208および207が特定の屈折率を有するように適
当に材料を選ぶことによりかつわずかな厚さf、および
f2を適当に選ぶことにより合成され得る。第15図を
参照すると、コア200は第1の材料の層218ないし
220および第1の材料とは異なる屈折率を有する第2
の材料の層222および223からなる。コア200は
2つの材料の多くの層を含むかもしれないが、5つの層
218.219.220.222および223のみが例
示および説明の便宜のために示されている。
コア200は大抵の光ファイバにおけるのと同様、断面
が円形であるように示されている。コア200およびク
ラッド202を含む材料は2軸およびy軸に沿った偏波
に対するコア屈折率がクラッド202の屈折率よりも大
きいように選ばれる。
が円形であるように示されている。コア200およびク
ラッド202を含む材料は2軸およびy軸に沿った偏波
に対するコア屈折率がクラッド202の屈折率よりも大
きいように選ばれる。
それゆえ、フオームファイバ24への2方向の入力に沿
って偏波される波は2方向に偏波されたままとなる。
って偏波される波は2方向に偏波されたままとなる。
通常の光ファイバと異なり、フオーム複屈折単一モード
のファイバ24はそこで伝播する波の偏波状態を維持す
るであろう。ファイバ24では2つの偏波に対する屈折
率間の差は2つの直交偏波を有する波の伝播定数間の実
質的な差が存在するほど十分に大きい。伝播定数間の差
は偏波状態間の退化を除去しかつ一方の偏波の波が通常
の状態の下でもう一方の偏波に結合することを防ぐ。波
と波の間のエネルギの結合はその波が本質的に同一速度
を存することを必要とする。速度が異なれば、2つの状
態の間に明らかな結合は存在しない。
のファイバ24はそこで伝播する波の偏波状態を維持す
るであろう。ファイバ24では2つの偏波に対する屈折
率間の差は2つの直交偏波を有する波の伝播定数間の実
質的な差が存在するほど十分に大きい。伝播定数間の差
は偏波状態間の退化を除去しかつ一方の偏波の波が通常
の状態の下でもう一方の偏波に結合することを防ぐ。波
と波の間のエネルギの結合はその波が本質的に同一速度
を存することを必要とする。速度が異なれば、2つの状
態の間に明らかな結合は存在しない。
第16図を参照すると、第15図に示されるような偏波
維持ファイバを製造する方法は第1に異なる屈折率を有
する材料の交互の層208および209のスタック20
6を形成することを含む。
維持ファイバを製造する方法は第1に異なる屈折率を有
する材料の交互の層208および209のスタック20
6を形成することを含む。
スタック206は本質的にモノリシックなブロックを形
成するために加熱される。ブロックは次いでコア200
のような使用に適する値までその寸法を減じるために、
連続するダイスを介して線引きされるかまたはそうでな
ければ当該技術分野で公知の方法により引き延ばされる
であろう。線引きの前に、ブロックは円形の断面ををす
るコアを生じるために円筒を形成するように研削される
であろう。コア200の双方の屈折率よりも小さい屈折
率を有するクラッドはコアにバルク二酸化シリコン5i
02を溶融し、コアに5i02管を収縮することのよう
ないくつかの標準的な技術のいずれによっても、または
ガス状の混合物からの5i02の反応生成によりそれに
付加されても構わない。
成するために加熱される。ブロックは次いでコア200
のような使用に適する値までその寸法を減じるために、
連続するダイスを介して線引きされるかまたはそうでな
ければ当該技術分野で公知の方法により引き延ばされる
であろう。線引きの前に、ブロックは円形の断面ををす
るコアを生じるために円筒を形成するように研削される
であろう。コア200の双方の屈折率よりも小さい屈折
率を有するクラッドはコアにバルク二酸化シリコン5i
02を溶融し、コアに5i02管を収縮することのよう
ないくつかの標準的な技術のいずれによっても、または
ガス状の混合物からの5i02の反応生成によりそれに
付加されても構わない。
GeO2(n2 =1.593)はスタック206で高
屈折率成分として用いられさらに5i02は低屈折率成
分として用いられるかもしれない。
屈折率成分として用いられさらに5i02は低屈折率成
分として用いられるかもしれない。
シリカおよびゲルマニアの双方はそれらの低損失および
物理的互換性のせいで事実上すべての単一モードおよび
多重モードファイバで用いられる。
物理的互換性のせいで事実上すべての単一モードおよび
多重モードファイバで用いられる。
適当なわずかな厚さと非均質的に組合わされてそれらは
コア20を形成し、n2およびnyの双方は溶融された
シリカによりクラツディングされるのに十分大きい。
コア20を形成し、n2およびnyの双方は溶融された
シリカによりクラツディングされるのに十分大きい。
定評のある光学製造技術は純粋なバルクSiO2から5
i02プレートを製造するために用いられ得る。GeO
□成分はあまりに薄いので機械製造技術により形成され
ることができない。GeO2層は5in2サブストレー
トにGeO,2フイルムをスパッタリングすることによ
り形成されるであろう。GeO2層はまたGeの層でS
IO□を被覆しかつチューブ炉でそれを酸化してGeC
)2にすることにより形成されるかもしれない。
i02プレートを製造するために用いられ得る。GeO
□成分はあまりに薄いので機械製造技術により形成され
ることができない。GeO2層は5in2サブストレー
トにGeO,2フイルムをスパッタリングすることによ
り形成されるであろう。GeO2層はまたGeの層でS
IO□を被覆しかつチューブ炉でそれを酸化してGeC
)2にすることにより形成されるかもしれない。
偏波維持ファイバ24のような使用に適する高複屈折フ
ァイバのまた別な型が次の米国特許に開示されている: 偏波保持単一モード先導波部材に対しバガバチューラ(
Bhagavatula)等に1985年10月290
に発行された米国特許第4,549.781号、 高複屈折ファイバを製造する方法に対しプリーベル(P
leibel)等に1985年7月16日に発行された
米国特許第4.529,426号、導波部材および導波
部材を製造する方法に対しヒユーバー(Huber)等
に1984年8月14日に発行された米国特許第4,4
65,336号、および 偏波保存光ファイバを作る方法に対しバーキー(Ber
key)に1985年12月31日に発行された米国特
許4,561,871号動作の方法 PMファイバがA点とG点の間およびA点とH点の間の
二重光フアイバジャイロスコープのセクションでのみ用
いられるときPMファイバを用いる利点が実現され得る
。ファイバセンシングコイル49は今なお低価格の単一
モードファイバから作られる。このように、二重光フア
イバジャイロスコープ20はPMファイバおよび低価格
の単一モードファイバの利点を有する。
ァイバのまた別な型が次の米国特許に開示されている: 偏波保持単一モード先導波部材に対しバガバチューラ(
Bhagavatula)等に1985年10月290
に発行された米国特許第4,549.781号、 高複屈折ファイバを製造する方法に対しプリーベル(P
leibel)等に1985年7月16日に発行された
米国特許第4.529,426号、導波部材および導波
部材を製造する方法に対しヒユーバー(Huber)等
に1984年8月14日に発行された米国特許第4,4
65,336号、および 偏波保存光ファイバを作る方法に対しバーキー(Ber
key)に1985年12月31日に発行された米国特
許4,561,871号動作の方法 PMファイバがA点とG点の間およびA点とH点の間の
二重光フアイバジャイロスコープのセクションでのみ用
いられるときPMファイバを用いる利点が実現され得る
。ファイバセンシングコイル49は今なお低価格の単一
モードファイバから作られる。このように、二重光フア
イバジャイロスコープ20はPMファイバおよび低価格
の単一モードファイバの利点を有する。
第1図を参照すると、5LD22 (または他の広帯域
源)からの光はA点でファイバ24に結合される。5L
D22から出力される光の偏光の方向は第14図に示さ
れるようにファイバ24の一方の主軸と整列される。5
LD22はまた偏光されない光成分を発するので、この
偏光されない光のいくらかはファイバ24のもう一方の
主軸へ結合される。カプラ28のB点でのファイバ24
および29の主軸は偏波が結合しないようにするために
互いに整列される。カプラ28は好ましくはそれに入射
する光の50%をファイバ24および29の一方から他
方のファイバへ交差結合する。
源)からの光はA点でファイバ24に結合される。5L
D22から出力される光の偏光の方向は第14図に示さ
れるようにファイバ24の一方の主軸と整列される。5
LD22はまた偏光されない光成分を発するので、この
偏光されない光のいくらかはファイバ24のもう一方の
主軸へ結合される。カプラ28のB点でのファイバ24
および29の主軸は偏波が結合しないようにするために
互いに整列される。カプラ28は好ましくはそれに入射
する光の50%をファイバ24および29の一方から他
方のファイバへ交差結合する。
2つの主軸で0点に置かれた偏波器30へ伝播する信号
は互いに関係がない。この信号はA点から0点までの間
ではPMファイバ24で相関関係がなく、さらにA点と
0点の間には本質的には交差結合は存在しない。
は互いに関係がない。この信号はA点から0点までの間
ではPMファイバ24で相関関係がなく、さらにA点と
0点の間には本質的には交差結合は存在しない。
偏波器30はそれに入力される光信号の垂直に偏波され
た成分を通しかつ光の水平な成分を減衰する。ファイバ
24の主軸は偏波器30の軸に対して45°の角度で配
向される。本質的に0点で偏波器30を離れるすべての
光はファイバ24の2つの主軸の間で公平に分裂される
。2つの偏波を有する光波間の相関関係は、0点とD点
の間の距離が一方の偏光解消の長さよりも大きいならば
大いに減じられる。偏光解消の長さはファイバグループ
の速度分散およびソース帯域幅の関数である。通常偏光
解消の長さは約12cmである。それゆえ0点とD点の
間の距離は約25cmである。
た成分を通しかつ光の水平な成分を減衰する。ファイバ
24の主軸は偏波器30の軸に対して45°の角度で配
向される。本質的に0点で偏波器30を離れるすべての
光はファイバ24の2つの主軸の間で公平に分裂される
。2つの偏波を有する光波間の相関関係は、0点とD点
の間の距離が一方の偏光解消の長さよりも大きいならば
大いに減じられる。偏光解消の長さはファイバグループ
の速度分散およびソース帯域幅の関数である。通常偏光
解消の長さは約12cmである。それゆえ0点とD点の
間の距離は約25cmである。
D点でのカプラ32は波を時計回りの(CW)波と時計
と反対回りの(CCW)の波に分裂する。
と反対回りの(CCW)の波に分裂する。
カプラ32のD点でのファイバ32および34の主軸は
整列され、これゆえ主軸での波の間の相関関係は低く保
たれる。
整列され、これゆえ主軸での波の間の相関関係は低く保
たれる。
CW波はG点でのPMファイバ24から単一モードセン
シングコイル49へ通過する。センシングコイル49を
介して伝播した後で、CW波はH点でPMファイバ48
に入る。CW波およびCCW波は本質的にセンシングコ
イル49では偏波されない。
シングコイル49へ通過する。センシングコイル49を
介して伝播した後で、CW波はH点でPMファイバ48
に入る。CW波およびCCW波は本質的にセンシングコ
イル49では偏波されない。
二重光フアイバジャイロスコープ20が開ループで動か
されるならば、PMファイバはH点からカプラ32へ動
く。第1図に示されるように、偏波感応性である位相変
調器は閉ループ動作に対し使用される。PMファイバ3
4および48はそれぞれE点およびF点でLiNb0.
チップ36に装設される。PMファイバ34および48
の主軸は互いに対し平行にかつ光導波部材38の主軸に
対し456の角度で配向される。チップ36上の2つの
偏波器44および46は位相変調器の最も高感度の軸に
沿って偏波の成分を選択する。この軸は垂直軸であるよ
うに示されているが、水平軸が満足のいくように用いら
れ得るであろう。
されるならば、PMファイバはH点からカプラ32へ動
く。第1図に示されるように、偏波感応性である位相変
調器は閉ループ動作に対し使用される。PMファイバ3
4および48はそれぞれE点およびF点でLiNb0.
チップ36に装設される。PMファイバ34および48
の主軸は互いに対し平行にかつ光導波部材38の主軸に
対し456の角度で配向される。チップ36上の2つの
偏波器44および46は位相変調器の最も高感度の軸に
沿って偏波の成分を選択する。この軸は垂直軸であるよ
うに示されているが、水平軸が満足のいくように用いら
れ得るであろう。
CW光は偏波器46で偏波され、位相変調器42により
位相変調され、かつE点でPMファイバ34へ注入され
る。この光はファイバ34の主軸に459の記号で再注
入されるので、双方の偏波モードは等しく励起され、さ
らにこの光はD点とE点の間の距離が一方の偏光解消の
長さよりも大きければ偏波されなくなる。
位相変調され、かつE点でPMファイバ34へ注入され
る。この光はファイバ34の主軸に459の記号で再注
入されるので、双方の偏波モードは等しく励起され、さ
らにこの光はD点とE点の間の距離が一方の偏光解消の
長さよりも大きければ偏波されなくなる。
CCW光は偏波器44により偏波され、位相変調器42
により位相変調され、かつF点でPMファイバ48へ注
入される。F点での光の一波はファイバ48の主軸に対
し45°の角度である。
により位相変調され、かつF点でPMファイバ48へ注
入される。F点での光の一波はファイバ48の主軸に対
し45°の角度である。
CW偏波光はF点とH点の間の距離が一方の偏光解消の
長さよりも大きければ偏光解消される。
長さよりも大きければ偏光解消される。
CCW偏波光はH点で単一モードファイバセンシングル
ープ4つへ注入される。CCW波は次いでそれがPMフ
ァイバ24へ注入されるGへ伝播し、それはD点でカプ
ラ32へCCW波を導く。CWおよびCCW波はD点で
スーパーインポーズされる。スーパーインポーズされた
波は光の半分が偏波器30を通過する6点へ伝播する。
ープ4つへ注入される。CCW波は次いでそれがPMフ
ァイバ24へ注入されるGへ伝播し、それはD点でカプ
ラ32へCCW波を導く。CWおよびCCW波はD点で
スーパーインポーズされる。スーパーインポーズされた
波は光の半分が偏波器30を通過する6点へ伝播する。
偏波器30を通過する光は次いで光の半分がファイバ2
9へ結合されるB点へ伝播し、それは信号を光検出器9
0へ導く。
9へ結合されるB点へ伝播し、それは信号を光検出器9
0へ導く。
ここに記載される閉ループ二重光フアイバジャイロスコ
ープ20のシステムは偏光解消−偏波工程のせいで付加
的な9dBの損失を有する。このシステムが開ループで
動かされるならば、付加的な損失はわずか6dBである
。
ープ20のシステムは偏光解消−偏波工程のせいで付加
的な9dBの損失を有する。このシステムが開ループで
動かされるならば、付加的な損失はわずか6dBである
。
第1図を参照すると、位相変調器42が偏波不感応型で
あるならば、偏波器44および46は除去され得る。こ
の場合、PMファイバ34は位相変調器42の軸と任意
に整列されるだろう。F点からH点へのPMファイバ4
8は除去され、さらに単一モードファイバセンシングコ
イルは直接に位相変調器42へ接続される。この形状は
付加的な6dBの損失を有する。
あるならば、偏波器44および46は除去され得る。こ
の場合、PMファイバ34は位相変調器42の軸と任意
に整列されるだろう。F点からH点へのPMファイバ4
8は除去され、さらに単一モードファイバセンシングコ
イルは直接に位相変調器42へ接続される。この形状は
付加的な6dBの損失を有する。
二重光フアイバジャイロスコープ20はまた一方のビー
ム、たとえばCWビームがセンシングコイルで偏波され
かつ他方が偏波されないならば回転センサとして適当に
機能するであろう。第1図および第14図を参照すると
、6点でファイバの主軸が偏波器30の軸に平行に整列
されるようにファイバ24を回転することはセンシング
ループ49に与えられるCWビームが偏波されることを
引き起こす。CCWビームはビームがセシングループ4
9に入る前になお変調器35により偏光解消されるであ
ろう。CWビームはファイバ48およびモジュール35
を介して伝播する間に偏光解消されるであろう。それゆ
え、システム10の光出力を生じるためにカプラ30で
結合する波は偏波されない。
ム、たとえばCWビームがセンシングコイルで偏波され
かつ他方が偏波されないならば回転センサとして適当に
機能するであろう。第1図および第14図を参照すると
、6点でファイバの主軸が偏波器30の軸に平行に整列
されるようにファイバ24を回転することはセンシング
ループ49に与えられるCWビームが偏波されることを
引き起こす。CCWビームはビームがセシングループ4
9に入る前になお変調器35により偏光解消されるであ
ろう。CWビームはファイバ48およびモジュール35
を介して伝播する間に偏光解消されるであろう。それゆ
え、システム10の光出力を生じるためにカプラ30で
結合する波は偏波されない。
偏波高感応および不感応双方のまたはモード高感応また
は不感応の周波数シフタは位相変調器の変わりに使用さ
れ得る。偏波またはモード高感応周波数シフタが用いら
れるならば、付加的な9dBの損失が存在する。周波数
シフタが偏波されるかまたはモード不感応であるならば
、付加的な損失はわずか6dBまで減じられる。
は不感応の周波数シフタは位相変調器の変わりに使用さ
れ得る。偏波またはモード高感応周波数シフタが用いら
れるならば、付加的な9dBの損失が存在する。周波数
シフタが偏波されるかまたはモード不感応であるならば
、付加的な損失はわずか6dBまで減じられる。
第1図のファイバの長さでの次の条件は好ましくはコヒ
ーレントなフレネル反射のせいでノイズを回避するため
に満足される: IDC−DEl 〉 Looh IEFI > Looh IFHl 〉 Looh l DG−DP I > LoohIDC−DHI
> Looh これらの条件はコヒーレンス長し。ohが典型的なスー
パールミネセンスのダイオードに対し約50μmである
ので実際に容易に満たされる。
ーレントなフレネル反射のせいでノイズを回避するため
に満足される: IDC−DEl 〉 Looh IEFI > Looh IFHl 〉 Looh l DG−DP I > LoohIDC−DHI
> Looh これらの条件はコヒーレンス長し。ohが典型的なスー
パールミネセンスのダイオードに対し約50μmである
ので実際に容易に満たされる。
第1図はこの発明の二重光フアイバジャイロスコープを
概略的に例示する。 第2図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに含
まれるかもしれない光カプラの断面図である。 第3図は第2図の線3−3で破断された断面図である。 第4図は第2図および第3図の光ファイバエバネスント
電界カプラに含まれる光ファイバの一部上の楕円形表面
を示す斜視図である。 第5図は第2図ないし第4図の光フアイバカプラに含ま
れるかもしれないサブストレートの分解平面図である。 第6図は第5図のサブストレートの分解端面図である。 第7図は第5図および第6図のサブストレートの破断さ
れた斜視図である。 第8A図、第8B図、第8C図、第8D図および第8E
図はサブストレートでの光導波部材の形成を示す。 、 第9図は第1図の二重光ファイバジャイロスコ−ブ
に含まれるサブストレートに形成される位相変調器を示
す断面図である。 第10図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに
含まれるサブストレートに形成される偏波器を示す断面
図である。 第11図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに
含まれるかもしれない第2の型の偏波器を示す断面図で
ある。 第12図はファイバに隣接する複屈折水晶を有する溝を
作られたサブストレートでの光ファイバを示す第11図
の偏波器の断面図である。 第13図は2つの光ファイバの間に形成される無反射接
続を例示する。 第14図は第1図のA点ないしF点での光信号の偏波お
よび主軸を例示する。 第15図は偏波維持光ファイバの断面図である。 第16図は異なる厚さおよび異なる屈折率を有する2つ
の誘電体の層のスタックを例示する。 図において、20は二重光フアイバジャイロスコープ、
22は光源、24はPM光ファイバ、28は光カプラ、
29はPM光ファイバ、30は直雉偏波器、32は光カ
プラ、34はPM光ファイバ、35はモジュール、36
はサブストレート、38は統合光導波部材、42は位相
変調器、44および46は偏波器、48はPMファイバ
、49はセンシングコイル、50および52はサブスト
t、”−ト、53および55は側部積層板、57は中央
積層板、66は相互作用領域、120はフォトレジスト
層、121はガラスプレート、130はチタン層、16
0はハーフカプラ、162はサブストレート、164は
溝、166は相互作用領域、168は複屈折水晶、20
0はコア、202はクラッドである。 特許出願人 リフトン・システムズ・ FIG、 5 FIG、 6 FIo、8API0.8B FIG、8E FIG、9 FIG、 10 FIG、 12 BCDEF FIG、14
概略的に例示する。 第2図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに含
まれるかもしれない光カプラの断面図である。 第3図は第2図の線3−3で破断された断面図である。 第4図は第2図および第3図の光ファイバエバネスント
電界カプラに含まれる光ファイバの一部上の楕円形表面
を示す斜視図である。 第5図は第2図ないし第4図の光フアイバカプラに含ま
れるかもしれないサブストレートの分解平面図である。 第6図は第5図のサブストレートの分解端面図である。 第7図は第5図および第6図のサブストレートの破断さ
れた斜視図である。 第8A図、第8B図、第8C図、第8D図および第8E
図はサブストレートでの光導波部材の形成を示す。 、 第9図は第1図の二重光ファイバジャイロスコ−ブ
に含まれるサブストレートに形成される位相変調器を示
す断面図である。 第10図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに
含まれるサブストレートに形成される偏波器を示す断面
図である。 第11図は第1図の二重光フアイバジャイロスコープに
含まれるかもしれない第2の型の偏波器を示す断面図で
ある。 第12図はファイバに隣接する複屈折水晶を有する溝を
作られたサブストレートでの光ファイバを示す第11図
の偏波器の断面図である。 第13図は2つの光ファイバの間に形成される無反射接
続を例示する。 第14図は第1図のA点ないしF点での光信号の偏波お
よび主軸を例示する。 第15図は偏波維持光ファイバの断面図である。 第16図は異なる厚さおよび異なる屈折率を有する2つ
の誘電体の層のスタックを例示する。 図において、20は二重光フアイバジャイロスコープ、
22は光源、24はPM光ファイバ、28は光カプラ、
29はPM光ファイバ、30は直雉偏波器、32は光カ
プラ、34はPM光ファイバ、35はモジュール、36
はサブストレート、38は統合光導波部材、42は位相
変調器、44および46は偏波器、48はPMファイバ
、49はセンシングコイル、50および52はサブスト
t、”−ト、53および55は側部積層板、57は中央
積層板、66は相互作用領域、120はフォトレジスト
層、121はガラスプレート、130はチタン層、16
0はハーフカプラ、162はサブストレート、164は
溝、166は相互作用領域、168は複屈折水晶、20
0はコア、202はクラッドである。 特許出願人 リフトン・システムズ・ FIG、 5 FIG、 6 FIo、8API0.8B FIG、8E FIG、9 FIG、 10 FIG、 12 BCDEF FIG、14
Claims (11)
- (1)光信号源と、 光信号源から信号を受取るように配置された偏波維持モ
ジュールとを含み、偏波維持モジュールが 偏波されない光の時計回りのビームおよび偏波されない
時計と反対回りのビームを与えるための手段と、 予め定められた偏波成分を変調するための手段と、 偏波されない光の時計回りのビームおよび偏波されない
時計と反対回りのビームを与えるための手段に接続され
るセンシングコイルを形成する非偏波維持光ファイバの
コイルと、 コイルの回転を測定するために時計回りのビームと時計
と反対回りのビームとの間の干渉を検出するための手段
とを含む、サグナックリング回転センサ。 - (2)偏波されない光の時計回りのビームおよび偏波さ
れない時計と反対回りのビームが1対の主軸を有する第
1の偏波維持光ファイバの長さと、 第1の偏波維持光ファイバに光信号を与えるための手段
とを含み、光信号が第1の偏波維持光ファイバの一方の
主軸に平行な第1の直線偏波成分およびもう一方の主軸
に平行な第2の直線偏波成分を有し、 第1の偏波軸に沿って偏波される光を通しかつ別な偏波
を減衰する第1の偏波器を含み、第1の偏波軸が第1の
偏波維持光ファイバの主軸に対し45°の角度で配向さ
れ、 第1の偏波維持光ファイバと第2の偏波維持ファイバの
長さの間で光信号を結合する光カプラを含み、第2の偏
波維持ファイバが第1の偏波維持光ファイバの主軸に平
行である主軸を有し、第2の偏波維持ファイバへ結合さ
れる光が時計と反対回りのビームを形成しかつ第1の偏
波維持光ファイバに留まる光が時計回りのビームを形成
し、偏波維持光ファイバの第3の長さと、 第2の偏波維持ファイバと第3の偏波維持ファイバの間
に信号を導くように位置決めされた光導波部材とを含み
、光導波部材は主軸が第2の偏波維持ファイバの主軸に
対し45°の角度で配向される、特許請求の範囲第1項
に記載の回転センサ。 - (3)予め定められた偏波成分を変調するための手段が 光導波部材で予め定められた偏波を有する光の位相を変
調するための位相変調器と、 第2の偏波維持ファイバから位相変調器に入射する信号
が予め定められた偏波を有するように光導波部材で時計
と反対回りのビームを偏波するための第1の偏波手段と
、 センシングコイルから位相変調器に入射する信号が予め
定められた偏波を有するように光導波部材で時計と反対
回りのビームを偏波するための第2の偏波手段とを含む
、特許請求の範囲第1項に記載の回転センサ。 - (4)光導波部材がニオブ酸リチウムのサブストレート
で形成され、第1および第2の偏波手段および位相変調
器が光導波部材に隣接するニオブ酸リウチムのサブスト
レート上に装設され、位相変調器は第1および第2の偏
波手段の間にある、特許請求の範囲第1項に記載の回転
センサ。 - (5)センシングループが通常の単一モードの非偏波維
持ファイバを含む、特許請求の範囲第1項に記載の回転
センサ。 - (6)光信号源を与える段階と、 光信号源から偏波維持モジュールへ信号を導入する段階
と、 偏波維持モジュールから出力される偏波されない光の時
計回りのビームおよび偏波されない時計と反対回りのビ
ームを与える段階と、 偏波維持モジュールで光の予め定められた偏波成分を変
調する段階と、 偏波されない光の時計回りのビームおよび偏波されない
時計と反対回りのビームのを受取るために偏波維持モジ
ュールにセンシングコイルとして非偏波維持光ファイバ
のコイルを接続する段階と、コイルの回転を測定するた
めに時計回りのビームと時計と反対回りのビームの間で
干渉を検出する段階とを含む、サグナックリング回転セ
ンサを形成する方法。 - (7)1対の主軸を有する第1の偏波維持光ファイバの
長さを含むように偏波維持モジュールを形成する段階と
、 第1の偏波維持光ファイバに光信号を与える段階とを含
み、光信号が第1の偏波維持光ファイバの一方の主軸に
平行な第1の直線偏波成分およびもう一方の主軸に平行
な第2の直線偏波成分を有し、 第1の偏波軸に沿って偏波される光を通しかつ偏波維持
光ファイバの第1の長さに隣接する別な偏波を減衰する
第1の偏波器を設置する段階と、第1の偏波維持光ファ
イバの主軸に対し45°の角度で第1の偏波軸を配向す
る段階と、 第1の偏波維持光ファイバと第2の偏波維持ファイバの
長さの間で光信号を結合する段階とを含み、第2の偏波
維持ファイバは第1の偏波維持光ファイバの主軸に平行
である主軸を有し、第2の偏波維持ファイバに結合され
る光が時計と反対回りのビームを形成しさらに第1の偏
波維持光ファイバに留まる光が時計回りのビームを形成
し、第1の偏波維持ファイバから第2の偏波維持ファイ
バの主軸に対し45°の角度で配向される主軸を有する
光導波部材へ信号を結合する段階と、光導波部材から偏
波維持光ファイバの第3の長さへ信号を結合する段階と
、 光導波部材で予め定められた偏波を有する光の位相を変
調する段階とを含む、特許請求の範囲第6項に記載の方
法。 - (8)第2の偏波維持ファイバから位相変調器に入射す
る信号が予め定めれらた偏波を有するように光導波部材
で時計と反対回りのビームを偏波する段階と、 時計回りのビームおよび時計と反対回りのビームのため
にセンシングコイルを設けるために光導波部材と第1の
偏波維持光ファイバの間で光ファイバのループを接続す
る段階と、 センシングコイルから位相変調器に入射する信号が予め
定められた偏波を有するように光導波部材で時計と反対
回りのビームを偏波する段階とを含む、特許請求の範囲
第7項に記載の方法。 - (9)ニオブ酸リチウムのサブストレートで光導波部材
を形成する段階を含む、特許請求の範囲第8項に記載の
方法。 - (10)光導波部材に隣接するニオブ酸リチウムのサブ
ストレート上に第1および第2の偏波手段および位相変
調器を装設し、位相変調器が第1および第2の偏波する
手段の間にある段階をさらに含む、特許請求の範囲第9
項に記載の方法。 - (11)通常の単一モードの非偏波維持ファイバを含む
ようにセンシングループを形成する段階を含む、特許請
求の範囲第6項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US90978486A | 1986-09-19 | 1986-09-19 | |
US909784 | 1986-09-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6385313A true JPS6385313A (ja) | 1988-04-15 |
Family
ID=25427825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62233634A Pending JPS6385313A (ja) | 1986-09-19 | 1987-09-17 | サグナックリング回転センサおよびサグナックリング回転センサを形成する方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0260885B1 (ja) |
JP (1) | JPS6385313A (ja) |
CA (1) | CA1319542C (ja) |
DE (1) | DE3786622T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06504844A (ja) * | 1990-12-21 | 1994-06-02 | ハネウエル・インコーポレーテツド | 回転センサ |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5046808A (en) * | 1989-12-18 | 1991-09-10 | Litton Systems, Inc. | Integrated optics chip and method of connecting optical fiber thereto |
JPH0814492B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1996-02-14 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
US5187757A (en) * | 1991-06-28 | 1993-02-16 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyro |
JPH05149752A (ja) * | 1991-07-12 | 1993-06-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光フアイバジヤイロ |
JPH087072B2 (ja) * | 1991-09-25 | 1996-01-29 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
US5260768A (en) * | 1991-11-25 | 1993-11-09 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic gyro with low-birefringence and PM networks |
US5377283A (en) * | 1992-05-29 | 1994-12-27 | Honeywell Inc. | Configuration control of mode coupling errors |
GB9602421D0 (en) * | 1996-02-07 | 1996-04-03 | Jenkins John G L | An accelerometer |
JP4234885B2 (ja) * | 2000-07-07 | 2009-03-04 | 日本航空電子工業株式会社 | サニヤック干渉計型電流センサ |
JP3692474B2 (ja) | 2002-11-01 | 2005-09-07 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
US7190462B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-03-13 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyroscope having optical integrated circuit, depolarizer and fiber optic coil |
DE102013011641A1 (de) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Integriert-optischer Koppler und faseroptisches System mit einem solchen integriert-optischen Koppler |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60140116A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | 光フアイバレ−トセンサ |
JPS60218622A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-11-01 | Shinnosuke Sawa | 非相反光移相器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3049033A1 (de) * | 1980-12-24 | 1982-07-22 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "ringinterferometer" |
-
1987
- 1987-06-29 CA CA000540817A patent/CA1319542C/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-11 DE DE87308042T patent/DE3786622T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-11 EP EP87308042A patent/EP0260885B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-09-17 JP JP62233634A patent/JPS6385313A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60140116A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | 光フアイバレ−トセンサ |
JPS60218622A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-11-01 | Shinnosuke Sawa | 非相反光移相器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06504844A (ja) * | 1990-12-21 | 1994-06-02 | ハネウエル・インコーポレーテツド | 回転センサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA1319542C (en) | 1993-06-29 |
EP0260885B1 (en) | 1993-07-21 |
DE3786622T2 (de) | 1994-01-13 |
EP0260885A2 (en) | 1988-03-23 |
DE3786622D1 (de) | 1993-08-26 |
EP0260885A3 (en) | 1991-03-06 |
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