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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一般に回転センサに関するものでありかつ特
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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。