JPS6395312A - 光ファイバ回転センサおよび位相誤差を減じるための方法 - 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、たとえばジャイロスコープで使用するため
の回転センサに関するものであり、特に光ファイバ回転
センサに関するものである。

光ファイバ回転センサは、典型的にはそこへ１対の光波
がループのまわりを反対方向に伝搬するように結合され
る単一モードの光ファイバのループを含む。このループ
が回転されるならば、逆伝搬する波は公知のサゲナック
効果のせいで位相シフトを受け、ループを横断した後の
波の間で位相差を生じる。この位相差を検出することに
より、ループの回転速度の直接的な表示が得られるであ
ろう。

ループが静止しているときに、逆伝搬波のためのループ
の周囲の光路の長尺が同等であるならば、干渉計は「相
反する」といわれる。しかしながら、現在の市場で人手
可能な光ファイバは光学的に完璧ではなく、睨屈折（す
なわち２重に屈折する）であり、その各々が異なる速度
で光を伝搬する２個の直交偏波モードを生じる結果とな
るという事実のせいで、実際にはファイバ干渉計ループ
は通常相反ではない。それゆえ偏波モードの一方は「速
いチャネル」を提供し、その一方で他方のモードは「遅
いチャネル」を提供する。さらに、ファイバ複屈折は温
度、圧力、磁界などのような環境要因に敏感であり、そ
のためファイバに沿ったいずれの所与の点でも複屈折は
期間中ずっと予測不能な態様で変化し得る。複屈折は複
雑な方法で逆伝搬波に影響を与えるが、その効果は波の
一部が偏波モードの一方から他方へ、すなわち「速いチ
ャネル」から「遅いチャネル」へまたはその逆に結合さ
れるようになるとみられるかもしれない。

モード間のそのような結合の結果、逆伝搬波の各々がル
ープの周囲の異なる光路を移動し得て、したがって、フ
ァイバループを横切るのに異なる期間を必要とし、その
ためループが静止しているとき波の間に位相差が存在し
、それにより干渉計を非相反にすることである。

先に述べたことは、ファイバループの１点でのみ複屈折
により誘起される結合が存在し、この点はループの一方
の端部の近くに置かれると仮定する、幾分簡単で極端な
具体例により十分に理解されるであろう。そのような複
屈折により誘起される結合は先エネルギが一方の偏波モ
ードから他方へ完全に結合されるようにするのに十分で
あること、およびファイバループの他のどこにもモード
間の結合が存在しないこともまた推測される。逆伝搬波
が早いチャネルでループへ導入されるならば、波の一方
は直ちに遅いチャネルに結合され、その−ノｊで他ノｊ
の波は遅いチャネルに結合される前にループの大部分を
横切るであろう。このように、波の一方はループの大部
分を早いチャネルで横断し、その一方で他方の波はルー
プの大部分を遅いチャネルで横断し、ループが静止して
いるとき波の間に位相差を生じるであろう。この複屈折
により誘起される位相差が一定であるならば、回転誘起
サク゛／ツク位相差はこの一定の複屈折により誘起され
る位相差からの偏差として測定され得るので、もちろん
問題はないであろう。しかしながら不幸にも、そのよう
な複屈折により誘起される位相差は予測できない態様で
時間とともに変化し、したがって、これら複屈折により
誘起される位相差は回転により誘起されたサグオック位
相差とは区別がつかない。このように、複屈折での時間
により刻々と変わる変化は光ファイバ回転センサでの誤
差の主因である。

先行技術は多用な方法で非相反の、複屈折により誘起さ
れた位相差の問題を扱ってきた。「長期安定性のある全
単一モード光ファイバジャイロスコープ」、オプティッ
クス・レターズ第６巻第１０号、１９８１年１０月、５
０２−５０４頁（Ａｌｌ−ｓｉｎｇｌｅ　　　ｍｏｄｅ
　　　ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ　　　ｇｙｒｏｓｃｏｐ
ｅ　　　ｗｉｔｈａ　　　ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ　　　５
ｔａｂｉｌｉｔｙ。

０ＰＴＩＣＳ　　ＬＥＴＴＥＲＳで、Ｒ，Ａ、ベルブ（
Ｒ，Ａ、Ｂｅｒｇｈ）らにより説明された成るアプロー
チでは、光ファイバ偏波器は２個の直交偏波モードの一
方の光を通過させ、他方のモードの光を阻止するのに利
用される。このことは１個の光路のみが利用され、それ
により相反性を提供することを確実にする。このアプロ
ーチはまた米国特許番号節４．４１０，２７５号に記載
されている。別のアプローチは非偏波光を利用すること
を含み、それはループを横切った後の逆伝搬波を結合す
ると複屈折により誘起された位相差を取消す結果になる
ことがわかっている。取消の程度は光波が偏波されない
程度に比例する。このアプローチは米国特許番号節４．
５２９，３１２号に詳細に記載されている。

当該技術分野ではモード間の結合を減じるために偏波保
存ファイバを利用することも公知である。

偏波保存ファイバは本質的に高複屈折ファイバであり、
そこにおいてファイバは２個の偏波モードの屈折率の差
を増すために製造中に機械的に応力を与えられる。この
ことは、高複屈折が光波の偏波を維持する傾向があるの
で、モード間の結合を減じる。事実上、ファイバの製造
中に作られる複屈折は環境的要因のせいである複屈折の
変化を圧倒する。

発明の概要 この発明はｆ！屈折ファイバを用いる光ファイバサニヤ
ック干渉計を含む。そのような複屈折ファイバは一方の
偏波モードから他方へ転移される平均的な光出力をｌｋ
ｍのファイバにわたって約１％かそれより少なく減じる
。概算で、モード間の結合のせいである最大位相誤差は
、モード間で転移される少量の出力に等しい。したがっ
て、１ｋｍあたり１％の出力転移率を有するｌｋｍのフ
ァイバループに対し、最大位相誤差は　、０１または１
０−２ラジアンとなるであろう。

複屈折光ファイバはループを閉じるために方向性カプラ
を用いることによりループ内に形成される。好ましくは
スーパールミネセント・ダイオードのような広帯域光源
である光源は短いコヒーレント長ををする光を生じる。

光源およびファイバは光がファイバへと導入されさらに
２個の直交偏波モードでファイバを伝搬するように配置
される。

等化手段は、光が２個の直交偏波モード間で実質的に同
等に分割されるように、２個の直交偏波モードの光の強
度を等化するために光源とループを閉じているカプラの
間に位置決めされる。等化手段に到達する前に一方のモ
ードの光と他方のモードの光との間の位相の相関性を減
じるために光源と等化手段との間に無相関手段が配置さ
れる。偏波器は２つのモード間で分割される光を受取る
ために等化手段とカプラの間に配置される。好ましくは
、偏波器は光ファイバで形成される光ファイバ偏波器で
ある。たとえば、偏波器は米国特許番号節４．３８６．
８２２号に従って構成され得る。

偏波器は一方の偏波モードの光を通過させる一方で他方
の偏波モードの光を阻止する。このように、実質的にす
べての光がカプラに到達すると２個の偏波モードのうち
一方になる。カプラはファイバのループ部分の回りも逆
伝搬する１対の波を与えるために偏波器を通過した後に
光を分裂させる。

カプラは偏波器へ伝搬される出力信号を形成するために
逆伝搬した後に波を再結合する。検出手段は偏波器を通
過した後に出力信号を検出するために含まれる。好まし
くは、検出手段は光検出器お。

よび第２のカプラを含み、偏波器からの出力信号を光検
出径に結合するために偏波器と光源の間に配置される。

光源とループを閉じているカプラとの間の光路は好まし
くはループを形成する同一光ファイバの直線部分である
。

この発明の好ましい実施例では、第２の手段が偏波器と
カプラの間で伝搬する光の偏波モード間の相関性を減じ
るために偏波器とカプラの間に配置される。

この発明の好ましい実施例では、等化手段は光源と偏波
器との間の光ファイバの長尺での接続である。光ファイ
バの２個の端部は接続で並置される。接続の一方の側の
光ファイバの端部は複屈折のその軸が接続の他方の側の
ファイバの端部の複屈折の軸に関し４５°の角度で配向
される。

一方のモードの光と他方のモードの光との間の位相の相
関性を減じるための手段は有利にはｌｓ２屈折変調器を
含む。好ましい実施例での睨屈折変調器は石英のような
剛性材料の２個のスラブ間に光ファイバの長尺を置き、
偏波の早い軸がこの２個のスラブに垂直に配向されるこ
とにより構成される。圧電変換器はスラブの一方に位置
決めされ、さらにこのように形成される材料のサンドイ
ッチが共にクランプされる。圧電変換器は複屈折のその
早い軸に沿って光ファイバに周期的に応力を与えるため
に、三角波形のような決定信号により駆動される。周期
的な応力の印加は光ファイバで時間により刻々と変わる
複屈折を引き起こす。複屈折により誘起される位相誤差
は複屈折により引き起こされ、かつ検出手段により検出
されたｊｌＺ均的な位相誤差が実質的に０に等しいよう
な範囲にわたり変化するようにされ、したがって環境に
より引き起こされた位相誤差を実質的に減じる。

この発明はまた光ファイバ回転センサで環境により誘起
された複屈折により引き起こされる位相誤差を減じるた
めの方法を含む。この方法は（］）光の伝搬に対し第１
および第２の偏波モードを角゛する光ファイバの入力部
分へ光を導入する段階と、（２）第１の偏波モードの光
が第２の偏波モードの光と無相関になるようにし、無相
関光を与える段階と、（３）最初箱１の偏波モードであ
ったいかなる光も２個の偏波モードの間で等しく分割さ
れかつ最ｔツノ第２の偏波モードであったいかなる光も
また２個の偏波モードの間で等しく分割され、等化され
た強度の光を与えるように、偏波モードの各々の光を等
しい部分に分割する段階と、（４）実質的にすべての第
１の偏波モードの光が偏波器により伝送されさらに実質
的にすべての第２の偏波モードの光が偏波器により阻止
されるように偏波モードの各々の等化された強度の無を
口開光に偏波器を通過させる段階と、（５）第１の偏波
モードの光の一部が第２の偏波モードに結合されさらに
第２の偏波モードの光の一部が第１の偏波モードに結合
される、偏波器により伝送される光を２個の実質的に等
しい部分へと分割しかつその部分の一方を光センシング
ループの周囲で時計方向へ伝搬する一方でその部分の他
方を光センシングループの周囲で反時計方向へ伝搬する
段階と、（５）時：１方向の伝搬光部分を反時計方向の
伝搬光部分と結合させて光出力信号を与える段階と、（
７）偏波器が実質的にすべての第１の偏波モードの光を
伝送しかつ実質的にすべての第２の偏波モードの光を阻
止するように光出力信号に偏波器を通過させる段階と、
（８）偏波器を通過した後に光出力信号を検出し、光セ
ンシングループの角回転に応答する回転出力信号を与え
る段階とを含む。

好ましくは、第１の偏波モードの光が第２の偏波モード
の光と無相関になるようにする段階は光に光ファイバの
コヒーレント長よりも大きい長尺を有する讃屈折光ファ
イバのセグメントを通過させる段階を含む。また好まし
くは、第１の偏波モ−ドの光が第２の偏波モードの光と
無相関になるようにする段階は複屈折光ファイバで周期
的な、時間により変化する複屈折を誘起する段階をさら
に含み、そのため第１の偏波モードの光の位相は第２の
偏波モードの光の位相に関し周期的に変化される。複屈
折光ファイバで周期的な、時間により変化する複屈折を
誘起する段階は有利には複屈折のそれの軸の一方に沿っ
て光ファイバを周期的。

に圧迫する段階を含む。

この発明の例示の実施例では、前記偏波モードの各々の
光を等しい部分に分割する段階は（１）光ファイバの第
１の部分で複屈折の軸の第１の組に沿って光を伝搬する
段階と、（２）複屈折の軸の前記第１の組に沿って伝搬
する前記光を光ファイバの第２の部分で複屈折の軸の第
２の組へ光学的に結合し、軸の前記第１の組に関し軸の
前記第２の組が４５°の角度で配向される段階とを含む
。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図は単一モード光ファイバ１１の１個の連続長尺物
またはストランドへ時計方向の光波を導入するための光
源１０を含む具体例の回転センサを例示する。ここで用
いられるように、「単一モードファイバ」は、２個以上
の空間的モードを支持する多モードファイバと対立する
ように、ファイバが、用いられる特定の光源の光に対し
ただ１個の基本的モードを支持することを意味する。し
かしながら、単一モードファイバは２個の直交偏波モー
ドを含み、その各々は異なる速度で光を伝搬することが
認められるであろう。

ファイバ１１は第１の方向性カプラ１２の、ＡおよびＣ
と表示されるボートを通過し、ファイバの中間部分１３
を通り、さらに第２の方向性カプラ１４の、ＡおよびＣ
と表示されたボートを通過する。このように、ファイバ
１１は光源１０からカプラ１２のボートＡへと延び、さ
らにカプラ１２のボートＣから中間部分１３を介しカプ
ラ１４のボートＡへと延びる。カプラ１４のボートＣか
ら延びているファイバ１１の部分は巻かれてループ１６
となる。特定的な例として、ループ１６は約１４００の
巻回を含み露々が６００メートルの全ループの長尺に対
し約１５０平方ｃｍの面積の境を限る。ループ１６から
のファイバ１１の端部はカプラ１４のＤおよびＢと表示
されたボートを通過し、ボートＤはループ１６に隣接す
る。ファイバ１１の小さな部分１７はカプラ１４のボー
トＢから延びさらに接続することなく、反射せずに終わ
る。

ファイバ１９の第２の長尺はカプラ１２の、ＤおよびＢ
と表示されたボートを通過する。ボートＤから出ている
ファイバ１９の部分は接続することなしに反射せずに終
わる。しかしながら、カプラ１２のボートＢから出てい
るファイバ１９の部分は光検出ｒＡ２０へ光学的に結合
され、それはそれに印加される光の強度に比例する出力
信号を生じる。

方向性カプラ１２および１４は有利には米国特許番号第
４．５３６，０５８号および米国特許番号第４，４９３
．５２８号に従って構成され、その双方はここで引用に
より援用される。好ましくは、カプラ１２および１４は
１個のボート、たとえばボートＡでカプラに入射する光
が反対のボート、たとえばボートＣおよびＤの各々に等
しい量が結合されるように構成される。

第１図の回転センサはまたロックイン増幅器２４、信号
発生器２６とを含む検出エレクトロニクス２２および位
相変調器２８を含む。特定の例として、位相変調器２８
は、たとえば約１ないし２インチの直径を宵し、そのま
わりをファイバループ１６の一部がたとえば４回ないし
１０回巻かれるＰＺＴシリンダを含むかもしれない。フ
ァイバは適当な接着剤によりＰＺＴシリンダ２８に接着
され、そのためファイバ１１はシリンダ２８が半径方向
に拡大されると伸張される。この点で、位相変：Ｊ３２
Ｗ２８は信号発生器２６からライン３０で与えられる、
たとえば１０ないし１０００ｋＨｚの範囲の周波数を有
する直流変調信号により駆動される。検出エレクトロニ
クス２２が適当に動作するために、位相変調器２８がセ
ンシングループ１６の中心に置かれるよりもむしろ、た
とえばカプラ１４のボートＤに隣接するループ１６の一
方の側に置かれることが重要である。

発生器２６からの直流変調信号はまたライン３２でロッ
クイン増幅器２４へ供給される。ライン３４は検出器２
０の出力信号を受信するようにロックイン増幅器２４に
接続される。増幅器２４は増幅器２４が変調周波数で検
出器出力信号を同期式に検出することを可能にするため
の基準として、発生器２６からの変調信号を利用する。

このように、増幅器２４は位相変調器２８の基本周波数
（すなわち、変調の周波数）で帯域フィルタを有効に提
供し、この周波数のすべての他の高調波を阻止する。検
出器出力信号のこの高調波成分の大きさは動作範囲を通
して、ループ１６の回転速度に比例することが当業者に
より理解されるであろう。増幅器２４はこの第１の高調
波成分に比例する信号を出力し、したがって回転速度の
直接表示を提供する。

検出エレクトロニクス２２の付加的な詳細はここで引用
により援用される、米国特許番号箱４゜４１０．２７５
号に記載されている。この検出システムはまたここで引
用により援用されている、「長期安定性のある全単一モ
ード光ファイバジャイロスコープ」、オプティックス・
レターズ第６巻第１０号、１９８１年１０月、５０２−
５０４頁にＲ，Ａ、ベルブらにより記載されている。

第１図に示される回転センサで、は、ファイバ１１は、
たとえば「気相エツチングを用いる偏波維持ファイバの
製作」、エレクトロニクス拳しターズ第１８巻第２４号
、１９８２年１１月２５０．１０３６−１０３８頁（“
ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ　　ＯＦ　　ＰＯＬＡＲＩＺＡ
ＴＩＯＮ−ＭＡＩＮＴＡＩＮＩＮＧ　　ＦＩＢＲＥＳ　
　ＵＳＩＮＧ　　ＧＡＳ−Ｐ’ＨＡＳＥ　　ＥＴＣＨＩ
ＮＧ、’　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）でＲ，Ｄ、バーチ（Ｒ，Ｄ、Ｂｉ　ｒｃｈ）らによる
論文に記載された型の、高複屈折単一モードファイバを
含む。

光源１０は短いコヒーレント長を有する光を提供するべ
きである。光源１０として用いるための好ましい光源は
、たとえば［高出力低発散スーパーラジアンス・ダイオ
ード」、アプライド・フィジックス・レターズ第４１巻
第７号、１９８２年１０月１０．５８７−５８９頁（“
Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ　　ｌｏｗ−ｄｉｖｅｒｇｅｎｃ
ｅ　　５ｕｐｅｒｒａｄｉａｎｃｅ　　ｄｉｏｄｅ、”
　Ａｐｐｔｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）でＣ，Ｓ、　　ライン（Ｃ，Ｓ、Ｗａｎｇ）らによ
る論文に記載された型のスーパーラジアンス・ダイオー
ドである。この型のダイオードはまた、普通スーパーラ
ジアンス・ダイオード（ＳＬＧ）と呼ばれる。

光検出器２０は標準型ピンまたはアバランシェ型光ダイ
オードであり、それはファイバ軸に対し垂直に置かれる
と、ファイバ１９を励起する実質的にすべての光を遮る
のに十分に大きい表面面積を仔する。光検出６２０の直
径は典型的にはファイバ１９の直径、ファイバ１９の開
口数（光がファイバ１９を出るときそれの発散を規定す
る）およびファイバ１９の端部と光検出器２０との間の
距離に依存する厳密な寸法である、約１ミリメートルの
範囲にある。

動作では、光波Ｗ１はファイバ１１を介する伝搬のため
に光源１０から入力される。波Ｗ、がカプラ１２を通過
すると、光の一部（たとえば５０％）がボートＤを介し
て失われる。残余の光は、カプラ１２のボートＣから中
間ファイバ部分１３を介し、ループ１６のまわりを反対
方向に伝搬する２つの波Ｗ４、Ｗ２へと光が公平に分裂
されるカプラ１４へと伝搬する。ループ１６を横切った
後で、波Ｗ、　、Ｗ２は光出力信号Ｗ。を形成するため
にカプラ１４により再結合される。再結合された波Ｗ０
の一部はカプラ１４のボートＢを介して失われるだろう
が、その一方で残余の部分はカプラ１４のボートＡから
中間ファイバ部分１３を介してそれが再び分裂されるカ
プラ１２のボートＣへ移動し、それの−１！５（たとえ
ば５０％）はファイバ１９へ伝送される。ファイバ１９
の端部を励起すると、波Ｗ０は光検出器２０に印加され
、それは波Ｗ０の光学強度に比例する電気信号を出力す
る。

この光出力信号の強度は波Ｗ７、Ｗ２の間の干渉の型（
すなわち、建設的であるかまたは破壊的であるか）およ
び量に比例して変化し、したがって波Ｗ４、Ｗ２の間の
位相差の関数となるであろう。さしあたり、ファイバ１
１が「理想的である」（すなわちファイバが複屈折を有
さないかまたは複屈折が時間とともに変化しない）と仮
定すると、光出力信号の強度の測定は回転により誘起さ
れるサグナック位相差、したがってファイバループ１６
の回転速度の正確な表示を提供するであろう。

回転センサの位相誤差の検討 先に示されたように、現状の当該技術のファイバは、１
）それらが複屈折であり、さらに、２）１夏屈折は環境
に敏感でありさらにファイバの温度、圧力などに従って
変化し°がちであり、したがって回転により誘起される
サグナック位相差とは区別できない非回転式に誘起され
た位相差（すなわち、位相誤差）を生じるという点で、
「理想的」とはとても言い難い。

これら位相ご；差は単一モードファイバの２個の直交偏
波モードの概念的モデルを描いている第２図を参照する
ことを介してより十分に理解されるであろう。各偏波モ
ードは他の偏波モードの伝搬速度とは異なる伝搬速度を
有する。さらに、たとえばファイバの複屈折の主軸で変
動または摂動により引き起こされるであろうモード間の
光エネルギの結合が存在することが推測される。エネル
ギのそのような結合はここでは「交差結合」と呼ばれる
であろう。

第２図の概念的なファイバのモデルはセンシングループ
１６（第１図）を表わすために利用されるであろう。逆
伝搬波Ｗ４、Ｗ２はカプラ１４によりループ１６へ結合
されるように破線の矢印により概略的に表わされている
。単一モード光ファイバの２個の偏波モードは１対の端
子Ｃ′およびＤ′を接続する第１のライン、および第２
の対の端子Ｃ′およびＤ′を接続し、かつ第１のライン
に平行な第２のラインにより第２図に概略的に表わされ
ている。第２図の左側の端子Ｃ′およびＣ′はカプラ１
４のボートＣに対応し、一方で第２図の右側の端子Ｄ′
およびＤ′はカプラ１４のポートＤに対応する。端子を
接続する先に述べられた第１および第２のラインはファ
イバループ１６のそれぞれ任意のモードｉおよびｊを表
わすために用いられる。

モードｉとｊの間の交差結合はそれぞれ「分岐１」およ
び「分岐２」と表示された１対のラインにより表わされ
る。分岐１は端子Ｃ′および０７間の交差結合を表わし
、一方分岐２は端子Ｃ′および０７間の交差結合を表わ
す。参照番号５０により示される分岐１と分岐２の交点
は「結合の中心」と呼ばれる。２個の分岐１および２の
間には結合が存在しないことが認められるであろう。結
合の中心５０は偏波モード間の結合がその長尺にわたっ
て均一ではないことを例示するためにファイバループ１
６の中心からオフセットされているように示されている
。それゆえ、交差結合された光は他方よりも長い一方の
モードの経路を移動し、それらの間に非回転式に誘起さ
れた位相差を生じるであろう。さらに、実際、ファイバ
複屈折は環境に敏感であり、時間とともに変化し、した
がって交差結合された光により移動される光路もまた時
間により変化するようにされることが理解されるであろ
う。

第２図に示されるように、波Ｗ、は、モードｉ十　　　
　　　　　　斗 およびｊがそれぞれ電界振幅Ｅ、およびＥ、にしたがっ
て送り出されるように、ファイバループ１６に結合され
る。同様に、波Ｗ２はそれぞれ電界振幅ＥＴおよびＥ丁
にしたがってモードｉおよびｊの各々を送り出すために
結合される。プラス（＋）およびマイナス（−）の」二
つき文字は伝搬の方向を示し、ループ１６をまわる時計
方向はプラス（＋）符号により示され、さらにループ１
６をまわる反時計方向はマイナス（−）符号により示さ
れる。

モードｉおよびｊの各々である光がファイバループ１６
を横切ると、エネルギはモード間で結合され、そのため
各電界は２個の成分、すなわち文字ｒｓＪにより示され
る「直通」成分および文字ｒｃＪにより示される「交差
結合」成分へと分割千 される。このように、Ｅｌはループ１６を横断する間モ
ード１のままである直通成分ＥＩ　ｇおよびループ１６
を横切る間モードｊに交差結合される十 交差結合成分ＥＪＣに分割される。同様に、Ｅ。

は成分Ｅ７ｓおよびＥＴＣに分割され、Ｅ　ｉは成子 分ＥｔｃおよびＥＪ　Ｓへ分割され、さらにＥ、は成分
ＥＪ　ＳおよびＥｌ　１に分割される。

光波がファイバループ１６を横切った後で、第３図に示
されるように、端子Ｃ′での光は成分Ｅ１、およびＥｌ
ｃを含み、端子Ｃ′での光は成分Ｅ７．およびＥ；″。

を含み、端子Ｄ′での光は成を 分Ｅ１ｍおよびＥＴＣを含み、さらに端子Ｄ′での光は
成分ＥＪ　ＳおよびＥＩＪＣを含む。これら８個の電界
成分はカプラ１４により結合され、光出力信号Ｗ。を形
成する。一般に、いかなる２個の電界成分、たとえばＥ
ｌｇおよびＥＩ　Ｃの重ね合わせも検出器２０により測
定されるような結果として生じる強度（１）を生じ、そ
れは次のように規定され、 工！　ＩＥ”、ｓ＋２＋　ｌＥｉ、１２＋　２１Ｅｉｓ
ｌ　ＩＥｉｏｌ　ｃｏｓφであることが当業者に認めら
れるであろうが、この特定の具体例では、φは電界成分
ＥＩ　Ｓおよび七 ＥｌＣ間の位相差である。

等式（１）の最初の２個の項、すなわちｌＥ＋、１２お
よびｌＥ＋ｃ１２は定状状態すなわちｒｄ、　　ｃ、　
Ｊ項であり、一方、最後の項は電界Ｅキ １、とＥｌＣ間の位相差φに依存する大きさを有する「
干渉」項である。

一般に、８個の前述の電界Ｅ＋　Ｓ、Ｅｌ　（、Ｅ；　
Ｓ　、ＥＴ　Ｃｓ　Ｅｉｓ　ｓ　Ｅ；’　ｃ　、ＥＪ　
ＳおよびＥ方。すべては互いに干渉し、検出器２０（第
１図）で位相に依存しないｒｄｃＪ項および位相に依存
する２８個の「干渉」項からなる光学強度を提供する。

位相に依存する項の組合わせの数は実際ｎ（ｎ−１）個
で、すなわち５６個の位相に依存する項である。しかし
ながら、これら項の２分の１はＩｌｌにもう一方の半分
の再オーダされた形式であり、２８個の非冗長項を生じ
る。

８個のｄｃ項はＩｄｃと表示される１個のベクトル和と
して第４図に示され、一方で２８個の干渉項は１１と表
示される１個のベクトルとして第４図に示される。これ
らベクトルＩｄｃおよびＩ−よ複素平面にプロットされ
る。ファイバループ１６（第１図）が回転すると、位相
に依１７するベクトル■１はサグナック効果のせいで回
転により減じられた位相差φ、に等しい角度を介してフ
エーザーの態様で回転する。実軸の干渉ベクトル■１の
投影はベクトルＩｄｃに加算されると検出器２０（第１
図）により測定されるように、光出力信号Ｗ０の仝光学
強度１０　Ｅ　Ｔを生じる。第５図では、この光学強度
１０　Ｅ　丁は曲線５２により例示されるように、プグ
ナツク位相差φ、の関数でプロットされる。

第２図に関して先に示されたように、モードｉとｊの間
の交差結合はファイバループ１６が非相反となるように
することができ、先に記載された電界成分間に非回転式
に誘起された位相差を生じる結果となり、さらに回転に
より誘起されたサグナック位相差φ、と区別できない累
積された位相誤差φ８を生じる。位相誤差φ８は、たと
えば第４図で実線で示される位置から点線で示される位
置フエーザー１．が回転されるようにする。このことは
第５図の曲線５２が量φｅにより、たとえば第５図で実
線で示される位置から点線で示される位置へ移される結
果となる。

累積された位相誤差φ８の除去または減少は第２図に関
し検討された８個の電界成分の重ね合わせから生じる２
８個の干渉項の分析を必要とする。

最初、電界成分ＥＴＳとＥｉｓの間と、ＥＪ　Ｓと十 ＥＪ　Ｓの間の干渉は位相誤差に寄与することにはなら
ず、なぜならこれら成分により表わされる光は交差結合
せず、さらに複数モードのうち１個のモードでループを
横切るからであることが認められるであろう。しかしな
がら、残る２６個の干澁光は累積された位相誤差φ８に
寄与し得る。これら２６個の干渉項は次のように３群、
すなわち第１群、第■群、第１群に分類されるであろう
２６対の電界成分に対応する。

差り止　　　　　　　　　　Ｊ」−見 Ｅ−Ｅ″＋ １ｃ　ヒ　　ｊｃ ”ｉｓ　’　Ｅｊａ （＞、１．下４ヶら２ 干渉項自体ではなく干渉する電界成分のみが上にリスト
化されているけれども、上にリスト化された成分の対の
各々に対する干渉項は等式（１）に関し提供される具体
例に従って容易に計算され得ることが理解されるであろ
う。

第■群の誤差の除去 第■群は、それらが最初にそうであったモードとは無関
係に、ループ１６を横切った後で異なるモードである電
界成分の対を含む。したがって、たとえば、モードｉで
ある電界成分ＥＩ　ｇはモードｊである成分ＥＪＣと対
にされる。モードｉと晦− ｊは直交、さらに直交モードの電界は干渉しないので、
第■群の項の間に干渉は存在しないであろう。しかしな
がら、第■群の対になった電界の電界パターンは「包括
的な」意味で直交しているにすぎないことを認めること
が重要である。すなわち、全電界パターンは干渉を除去
するためにファイバ軸に垂直な平面にわたり空間的に平
均化されなければならない。そのような空間的平均化が
電界パターンの一部のみに対し達成されるならば、直交
性は存在しないであろう。実質的には偏波モードｌおよ
びｊの全電界パターンが空間的に平均化されることを確
実にするために、この発明は、先に説明されたように、
ファイバ１９の端部を出る実質的にすべての光を捕える
のに十分広い表面面積を有する検出器２０を利用する。

第１群および第■群の誤差についての険肘第１群および
第■群の誤差に関して後に続く検討をより十分に理解す
るために、短い数学的分析が役立つ。第１図では、複屈
折ファイバ１１の中間部分１３での入力光Ｗ１はそれぞ
れｌ偏波モードおよびｊ　ｆＷ波モードに対しａ（（ω
）およびａ２　（ω）と表わされ得る光学電界を有する
。時計方向および反時計方向へループ部分１６を横切っ
た後で複屈折ファイバ１１の中間部分１３へ戻る光は次
のように表わされ得て、 十ｊφ Ｅ（ｗ（＋ｄ　　−Ｇｃｗ（ｔＪ）ｅ　　　　５Ｅｉｎ
　　　　　　　　　　　　　　　　（２ａ）＋ｊφ Ｅｃ（：Ｘ、Ｉ（ｎ　−Ｇｃｃｗ（ω）ｌ！　　５Ｂｉ
ｎ　　　　　　（２ｂ）であって、そこでは はセンシングループ部分１６への入力光学電界であり、 は単一モードの高慢屈折ファイバ１１での時計方向の伝
搬に対応する伝達行列であり、ループ部分１６を形成す
る第２の方向性カプラの効果を含み、２φ、はサグナッ
ク位相シフトであり、さらに屈折率１．２はそれぞれフ
ァイバ偏波モード１およびＪに関連している。相反性に
より、外部磁界および時間により変化する摂動がないと
きには、Ｇｃｃｗ　　（ω）　−にｊｃ育　（ω）、す
なわち時計方向のおよび反時計方向の伝達行列は互いの
転置であることが示され得る。準単色性の光源１０に対
するジャイロスコープの出力信号はＥｃｗ（ω）とＥｃ
ｃｖ（ω）間の位相差であり、すなわち、Δφ−１ｒｑ
（Ｅ’　　（ｄ）Ｅ　　（ｕ）１ｃｃｗ　　　　　ｃ誓 であり、ここでは鋼橋（土）はエルミート共役をる。零
回転では、位相誤差は次の式により与えられ、 Δ””　　”　　ａｒ””Ｌ’ｃｃｗＧｃｗＥｉ。）　
　　　　　　　　　　　　　（コ）ここでは光学周波数
ωへの依存は簡略化のために暗黙の状態にしである。

角度θが次の式により規定される２個の偏波モード間で
分割される入力光出力を考えてみられたい。

ｔａｎ０雪Ｉａ２／ａ１１　　　　　　　　　　　　　
（４）０行列の対角線を離れた要素は高複屈折ファイバ
ジャイロに対する対角線類よりも大きさがはるか小さい
ので、さらにどのような偏波器も普通の入力／出力ボー
トでは用いられないことを仮定するならば、等式（２）
はΔφＩ！！ｒｌ−鱒ΔφＱｍＰ＋ΔφＩｎｔをもたら
し、それについて であり、そこでは右側の比例関係はｌ　：ｊ、、／”／
）、、１が成立つ。これらの式は、非相反位相誤差を引
き起こす交差結合された波のすべての可能な組合わせが
包含されるという意味で一般的である。明確な特徴を有
する２つの異なる型の誤差項が存在することがわかる。

振幅型位相誤差（Δφ（ｌｌ、ＩＰ）は入力電界成分ａ
、およびａ２の相対位相に依存し、さらにループの入力
で直交式に偏波されかつ奇数個の交差結合の中心により
同−偏波モードへともたらされた電界成分のコヒーレン
ト干渉から生じる。振幅型位相誤差は先に説明されたｉ
ｌｌの対の電界成分に対応する。強度型位相誤差（Δφ
＋ｎｔ）は他方のモードへと交差結合する、最初は同一
偏波モードであった波の間の干渉のせいであり、かつそ
れらの相対位相とは無関係に２個の偏波モード間の光出
力差に依存する。強度型位相誤差は先に説明された第ｍ
群の対の電界成分に対応する。

第１群の振幅型位相誤差の除去 第１群の振幅型位相誤差は最初は異なるモードであった
が、ループ１６を横切った後、カプラ１４に到達すると
同一モードとなる電界成分の対により引き起こされる位
相誤差を含む。たとえば、第１群の対の成分の第１のも
のは最初モードｉでありさらにループ１６を横断する間
モードｉのま十 まであった直通成分Ｅ１ｇ、および最初モードｊであっ
たがループ１６を横断する間にモードｉに十 交差結合された交差結合された成分Ｅｔｃを含む。

通常、これらの成分は等式（１）に関し説明されたよう
に、互いに干渉し合うであろう。

第１群の誤差は、ループ１６の入力で直交に偏波されか
つループ１６で奇数個の結合の中心により同一偏波モー
ドへともたらされた、電界成分のコヒーレント干渉から
生じる。これら光波成分間の位相差がランダムであるな
らば、光波成分間の干渉は検出器２０で「０」に平均化
されるであるう。したがって、第１群の干渉項は、カプ
ラ１４、したがってループ１６に達すると各モードの光
はインコヒーレントであること、すなわち他方のモード
の光に関して位相がランダムであることを保証すること
により、除去され得る。したがってたとえば、モードｉ
の光がモードｊの光に関してイナ ンコヒーレントであるならば、たとえば成分Ｅ。

、とＥｔｃ間の干渉は検出器２０で「０」に平均化され
るであろう。同様に、たとえばＥｔ、とＥＩＣｓＥＩＳ
とＥｔｃなどのような残余の成分間の干渉は「０」に平
均化されるであろう。

第１群の成分間のそのようなインコヒーレンスは短いコ
ヒーレント長の光源１０と結合して高複屈折ファイバー
１を用いることによりこの発明で部分的に達成される。

具体的に言うと、ファイバ１１の複屈折および光源１０
のコヒーレント長は光源１０とカプラ１４の間に少なく
とも１個の「ファイバコヒーレント長」すなわち「偏光
解消の長尺」があるように選択されるべきである。ここ
て用いられるように、「ファイバコヒーレント基」すな
わち「偏光解消の長尺」は、２個の偏波モード間の光路
長尺差が光ｒＡ１０の１個のコヒーレント長を等化する
のに必要とされる、ファイバの長尺と規定される。適当
な概算で、ファイバコヒーレント長は２個の偏波モード
の屈折率の差で除算された光源１０のコヒーレント長に
等しい。

したがって、十分に高い複屈折のファイバ１１と組合わ
せて十分に短いコヒーレント長光源１０を利用すること
により、第１群にリスト化された成　。

分間の干渉、したがってそのような干渉により引き起こ
される干渉誤差は除去されるであろう。このことは、少
なくとも１個のファイバコヒーレント長が光源１０と第
２の方向性カプラ１４の間に存在することを保証するた
めに、第１の方向性カプラ１２と第２の方向性カプラ１
４の間の複屈折ファイバ１１の中間部分１３に無相関セ
グメント５８を含むことにより達成される。

ファイバモードの光路長尺はファイバの製造者により提
供されるモードの分散データを用いて測定されまたは計
算されるであろうことが当業者には理解されるであろう
。

実際、すべての振幅型位相誤差は短いコヒーレント長光
源および高複屈折ファイバを用いることにより完全に除
去されるわけではない。第１群の成分間の干渉により引
き起こされる振幅型位相誤差をさらに減じるために、第
６図に例示されるように、この発明は第１の方向性カプ
ラ１２のボートＣと第２の方向性カプラ１４のボートＡ
の間に配置される複屈折変調器６０をさらに含む。示さ
れる実施例では、複屈折変調器６０は無相関セグメント
５８と第２の方向性カプラ１４のボートＡとの間に置か
れる。

例示の複屈折変調器６０の構造は第７図に例示され、複
屈折ファイバ１１の一部が２個の石英スラブ６２と６４
の間に位置決めされている。複屈折ファイバ１１は２個
の石英スラブ６２および６４の表面に関し優先的に位置
決めされ、複屈折ファイバ１１の早い軸がこの２個の表
面に対し垂直であるようにする。このことは第７図の線
８−８に沿って切断された複屈折変調器６０の断面図で
ある第８図に例示されている。複屈折ファイバ１１の複
屈折の軸は一点鎖線で示されており、早い軸はｒｆＪと
表示され、さらに遅い軸はｒｓＪと表示されている。複
屈折ファイバ１１が第８図に示されるように軸に関して
適当に位置決めされるとき、石英スラブ６２および６４
はサンドイッチを作るように複屈折ファイバ１１に接着
され、それによりその位置に複屈折の軸を維持する。石
英スラブ６２および６４は圧電変換器６６に対しクラン
プされる。このクランプ動作は従来の手段により提供さ
れかつ１対の力ベクトルｒＦＪにより表わされる。圧電
変換器６６は１対の相互接続ワイヤ７０および７２を介
し変調源７４へ接続される。たとえば、変調源７４は有
利にはおよそ１００ヘルツの周波数ｆ［ＩＭＯＤで三角
波出力を生じるための電気信号発生器である。変調源７
４の出力が圧電変換器６６に与えられると、時間により
変化する力は石英スラブ６２および６４を介し複屈折フ
ァイバ１１に印加される。時間により変化する力は公知
の弾性光学効果を介し複屈折ファイバ１１の複屈折で変
調を生じる。複屈折のこの変調は複屈折ファイバ１１で
２個の偏波モード間の相関位相で変調を誘起する。早い
軸（第８図のｆ）に沿って複屈折ファイバ１１を圧搾す
ると複屈折が増加し、その結果、結果として生じる複屈
折の配向は印加された圧力とファイバの主軸との間の誤
整列に対し感度が低くなる。圧電変換器６６にり、えら
れた信号、したがって複屈折ファイバ１１に与えられた
変調は決定的なものであり、さらにここで説明される実
施例では、上で明らかにされたように、三角波形である
。複屈折変調器６０は、ここで例示されるように、直接
ファイバ１１に接して形成され得るかまたは、それは別
個のファイバで形成されかつ従来の接続手段により回転
センサシステムに接続され得る。

第１群の振幅型誤差を減する際の複屈折変調器６０の動
作は第９図ないし第１４図に例示されて（Δφｏｆｆｓ
ｅｔ）のグラフである。水平スケールは温度の関数、ψ
ｔｅｍＰである。先に議論されたように、複屈折ファイ
バ１１の複屈折はファイバ１１の温度が変化するにつれ
て変化するであろう。複屈折の変化は複屈折に従って変
化する振幅型位（口誤差を引き起こしさらに振幅型位相
誤差は温度の関数である。振幅型位相誤差は次のように
温度関数ψｔｅｍＦの正弦で変化する。

Δφｏｆｆｓ＠ｔ　”Δφａｍｐ（ｍａｘ）５ｉ１１（
’ｉ’ｔｅｍｐ）　　　　　　（７）このように、温度
関数ψｔｅｍＦが０から２πへ変化するにつれて、振幅
誤差Δφｏｆｆｓ＠ｔは第９図に例示されるように、０
からΔφＱｍ？（ＭＷ　）、−ΔφＱｍＦ（−八×）へ
と変化しさらに０へ戻る。単純な正弦関数として示され
るけれども、当業者は温度の関数（ψｔｅｎＦ　）がそ
れ自体は温度の複素関数であることおよび第９図が温度
ではなくむしろψｔ　、ｅ　ｍ　Ｆのグラフであること
を理解するであろう。さらに、圧力のような別な環境条
件は位相誤差の決定にさらに複雑さを加える。このよう
に、位相誤差を計算しかつ検出された位相からその効果
を減じることは目下実用的ではない。

そのかわり、この発明は環境により誘起された位相誤差
に公知の時間により変化する位相誤差を重畳するために
複屈折変調器６０を利用し、位相誤差の時間平均が実質
的に「０」に等しくなるようにする。

第１０図および第１１図は複屈折ファイバ１１への第７
図のｔｕｎ折変調器６０の効果を例示している。１ＪＥ
ｉ折変Ｓ、ツ器６０の圧電変換器６６に与えられる三角
波形入力は第１０図に例示され、垂直軸でのψＩＩＭＯ
Ｄと表示されるその振幅は水平軸に時間の関数で示され
ている。環境により誘起される位相誤差に関するのと同
様、複屈折変調器６０により誘起される位相誤差（すな
わち、振幅型誤差）は第１１図に例示されるように、か
つ次の等式に従って三角波形の振幅にしたがって正弦式
に変化する。

ΔφｏｆｆＳｅｔ　　−ムφａｍｐ（ｍａｘ）’５Ｌｎ
（ψＢＭＯＤ）　　　　　　　　　　　（８）三角波形
入力の振幅は波形がその最小の大きさく０と示される）
からその最大の大きさく２ルと示される）に変化するに
つれて、振幅誤差Δφ。

ｆＪｓｅｔと示される、複屈折変調器６０により誘起さ
れる位相誤差が０からΔφＱ　ｍ　Ｆ（’１１＾す、０
、−Δφ。。Ｐ／ｆｆ１ｌｌＪ）へと正弦式に変化し、
さらにＯに戻るように選択される。三角波形が最大の大
きさから最小の大きさへ戻って変化するにつれて、振幅
誤差は再び正弦式に変化しさらに三角波形の増加する部
分によって引き起こされる振幅誤差の鏡像となるであろ
う。

第１１図には、環境により誘起された位相誤差の結合さ
れた効果を鑑みることなしに、複屈折変調器６０の効果
がそれだけ例示されている。第１２図には、環境により
誘起された位相誤差と複屈折変調器６０により引き起こ
された位相誤差が組合わされて示されており、環境によ
り誘起された位相誤差の効果を減じるかまたは除去する
際の複屈折変調器６０の効果を例示している。第１２図
には、温度の関数ψｔ８゜Ｐがおよそて／４（第１０図
のψｔｅｍｐｌ）となり、したがっておよそ０．７０７
Δφ（１ｍＦ（晩に）の振幅型位相誤差を引き起こすよ
うに、位相誤差Δφ。ＦＦ５ｅｔが温度に対し例示され
て′いる。第１２図に例示されるように、全振幅型位相
誤差は次のように温度関数ψｔｅｍＦおよび変調関数ψ
ＢＭＯＤの正弦関数である。

Δφｏｆｆｓｅｔ　”Δφａｍｐ　（ｍａｘ）　°ｓｉ
ｎ　（’Ｆｔｅｍｐ→ＢＭＯＤ）　　　　（９）温度は
変化しているかもしれず従って温度関数ψｔｓｍＦ　は
変化しているかもしれないけれども、時間に関する変動
は変調関数ψａｎｏｏに比較すると非常に遅く、したが
って第１２図で破線８０により表わされる一定の大きさ
として示される。

振幅型位相誤差はこのように、破線８０により表わされ
る振幅で始まり、次いで第１０図に例示されるように、
複屈折変調の三角波形がその最大の大きさまで増加する
と波形８２に従って正弦式に変化するように示される。

三角波形がその最大の大きさに到達するときには、正弦
波形８２は１す・Ｃクルを完了してしまっており、さら
に第１２図の位置８４で示されるような最初の大きさに
戻るであろう。このように、三角波形の大きさがその最
小の大きさからその最大の大きさへ増加するのに必要と
される時間の間の振幅型位相誤差の平均的な大きさは「
０」である。第１２図にさらに例示されるように、三角
波形の大きさがその最大の大きさからその最小の大きさ
へ減じるのに必要とされる時間の間の振幅型位相誤差の
平均的な大きさはまた「０」である。変調周波数ｆＢＭ
ＯＤは、複屈折変調器６０により誘起された振幅型位相
誤差の平均的な大きさのみが検出可能なように、検出エ
レクトロニクス２２の検出帯域幅よりもはるかに大きい
ように選択される（たとえば、１００Ｈｚ対ＩＨｚ）。

先に述べたことは第１３図にさらに例示されており、温
度関数ψｔｅ□Ｐはおよそ９ル／８の値（第９図のψｔ
ｅｍｒ２）で例示され、このように第１３図で破線９０
により表わされるおよそ一〇、３８２ΔφＱｍＰ（ｍａ
に）の振幅型位相誤差を引き起こす。再び、複屈折変調
器６０が三角波形（第１０図）により駆動されると、振
幅型位相誤差Δφ。−Ｆｓｅｔは破線９０により表わさ
れる大きさから完全なサイクルを終えて破線９０により
表わされる大きさに戻るまで正弦式に変化するであろう
。このように、第１２図と関連して先に例示されたよう
に、振幅型位相誤差の平均的な大きさは再び「０」にな
るであろう。

複屈折変調器６０を駆動する三角波形に対する変調振幅
が２九の整数倍になるように選択される限り、平均の振
幅型位相誤差は実質的にＯに等しいであろう。一方で、
三角波形の振幅を２九よりもはるかに大きい大きさまで
増加することにより、変調振幅の正確さの効果は減じら
れ得る。たとえば、第１４図は振幅型位相誤差の修正に
基づく変調振幅の効果を例示する。垂直スケールは、１
゜０が特定の温度で複屈折変調が与えられない最大の振
幅型位相誤差（すなわち、ΔφＱ　ｍ　Ｐ（ｎｌ＾ｒ）
）を表わすように、大きさが正規化された振幅型位相誤
差を表わす。水平スケールは与えられた複屈折変調の大
きさを表わす。例示されるように、複屈折変調の振幅が
２ルまで増加されるにつれて振幅型位相誤差は減少する
。２ルの変調振幅で、振幅型位相誤差は最小である。変
調振幅が２７［−を越えて増加されるにつれて、振幅型
位相誤差はそれがまた別な最大に到達するまで増加し、
次に４πの変調振幅で最小まで減少する。先に述べたこ
とはπの偶数倍で振幅型位相誤差に関し繰返される。

例示されたように、各連続する最大は前の最大よりも小
さい。このように、振幅のいかなる絶対的な不正確さも
振幅型位相誤差により小さな効果を有するように、２π
のより大きな倍数のうちの１つとなるように変調振幅を
調節することが有利である。

複屈折変調器６０は振幅型（すなわち、第１群）位相誤
差を実質的に減じるかまたは除去するために短いコヒー
レント光源１０および高複屈折ファイバ１１と結合して
用いられ得る。

第■群の強度型誤差の除去 強度型誤差（Δφ＋ｎｔ）は他方のモードへ交差結合す
る、最初は同一偏波モードであった光波間の干渉のせい
であり、かつそれらのトｕ関位トｕとは無関係に２個の
偏波モード間の光出力差に依存する。それゆえ、この強
度誤差は先に述べられた技術のいずれによっても影響さ
れない。Δφ１ｎｔへの寄与は、ループでのファイバの
中点に関して偏波解消の長尺の範囲内まで対称的に設置
される散乱する中心で交差結合される１ｕ界成分間の干
渉に多く由来し、さらに次の式により限定される。

等式（１０）でファイバのパラメータｋｌはファイバ偏
波モードがどれぐらいうまく分離されるかを説明し、Ｌ
はループの長尺でありさらにＬＤはファイバの光源の１
ｇ光解消の長尺である。等式（１０）から、この強度型
誤差を抑制する方法は、（１０）の分子が実質的に０に
等しいように、２個の偏波モードで入力光出力を釣合わ
仕ることであることがわかる。

２個の干渉項のみが第１ＩＩ群にリスト化された電界成
分の対から生じ、すなわち、成る干渉項は成分Ｅｖｃを
恥。と正ね合わせることから生じさ千 らに別な干渉項は成分ＥＪ　ｃをＥＪ　ｃと正ね合わせ
ることがら生じる。このように、各干渉類は１対の成分
から生じ、そのうちの一方は最初は第１のモードであり
、ループ１６を横断する間に第２のモードへ交差結合さ
れ、一方でその他方は最初その同じ第１のモードであり
、同じ第２のモードへ交差結合されるが、ループ１６を
反対方向へ横断する。これら干渉類は、数は２個だけで
あるが、環境に対し高感度でありかつ低回転速度でサグ
ナック位相差よりも大きな大きさのオーダであるかもし
れない位相誤差を結果として生じ得る。

ナ ＥｔｃとＥＪＣ間の干渉は次のような、位相に依存する
項を生じる。

ａＬ　ＩＥｊ１２ＣＯ５（φｓ　”　φｐ−φｑ）　　
　　　　（１１）同様に、ＥＪＣとＥＪＣ間の干渉は次
のような位相に依存する項を生じる。

ｏＬＩＥｊ１２ｃｏｓ［φ５＋（φｐ−φｑ）］　　　
　　　（１２）αはファイバ長尺の単位（たとえばｋｍ
）あたりのｉとｊのモード間で結合される少量の光出力
であり、Ｌはファイバループ１６の長尺（たとえば単位
がｋｍ）であり、φ、は２個の成分間の回転により誘起
されたサグナック位相差であり、φｒは端子Ｃ′とＤ′
間で一方のモードから他方のモードへ交差結合される光
に対する全累積位相であり、φｑは端子Ｃ′とＤ′間で
一方のモードから他方のモードへ交差結合される光に対
する全累積位相である。

これら干渉類（１１）および（１２）に対応するベクト
ルはそれぞれベクトル１５６および１５８のように第１
５図で複素平面にプロットされる。

ベクトル１５６はｊのモードからｉのモードへ結合され
た光を表わし、さらにベクトル１５８はｉのモードから
ｊのモードへ結合された光を表わす。

干渉類（１１）および（１２）は実軸へのそれぞれベク
トル１５６および１５８の投影にすぎないことが理解さ
れるであろう。ｉのモードベクトル１５６およびｊのモ
ードベクトル１５８は第１６図に示される、結果として
生じるベクトル１６０を生じるようにベクトル加算され
得る。例示を明確にするために、サグナック位相差φ、
が第１５図および第１６図で０であると仮定されている
ことに注目されたい。さらに、ベクトル１５６．１５８
に対する位相角φＰ−φｑは必然的に図面には一定であ
るように示されているけれども、この角は環境に敏感で
ありかつＯｏと３６０°間で時間とともに変化し得るこ
とが認められるであろう。

第１６図に示されるように、ベクトル１６０は実軸から
位相角φｅ（ＩＩＩ）だけ傾斜され、それは第■群の成
分間の干渉のせいである全位相誤差φ８　（第４図）へ
の非回転式に誘起された位相誤差の寄与を表わす。実軸
へのベクトル１６０の投影は２個の干渉類（１１）およ
び（１２）の単なる代数和である。

ａＬ（ｌ　Ｅｊ　ｌ　２ＣＯ５（φ５＋φｐ−φｑ）　
＋　１Ｅｊ１２ｃｏｓ（（φ５−（φｐ−φｑ）］）　
（１３）検出器２０は実軸に沿ったベクトル１６０のこ
の成分を測定するので、検出器２０の出力は代数和（１
３）の関数となるであろう。このように、第■群の位相
誤差φｅ　　（ＩＩＩ）　’（第１６図））は検出器２
０の出力で対応する誤差を引き起こすであろう。

干渉類の代数和（１３）は次のよ、うに書き直されるで
あろう。

もし１Ｅ１１２およびＩＥ、１２が等しければ、この代
数和（１３）は次のような値まで減少する。

２ａＬ　ｌ　Ｅｌ　２ＣＯ５（φｐ−φｑ）ＣＯ５φ５
（１５）この形式で、量φＰ−φｑの変動の効果は、ベ
クトル１５６および１５８の大きさを等しくするという
、結果として生じるベクトル１６０への効果を示してい
る第１７図および第１８図を参照することを通して、さ
らに位相誤差が０であるとき検出器２０により測定され
る光学強度を示す第１９図を参照することを通して、よ
り十分に理解されるであろうように、回転により誘起さ
れたサグナック位相差と区別され得る。量φＰ−φｑの
値とは無関係に、結果として生じるベクトル１６０は常
に実軸に沿った方向に向けられ、したがって、ベクトル
１６０の方向は量φＰ−φｑの変動から独立している。

しかしながら、φＰ−φｑのそのような変動によって第
■群の結果として生じるベクトル１６０の大きさが変動
し、これによって検出器２０により測定される信号が付
随して変動するようになる。すなわち、φＰ−φｑの変
動はなお、出力波形５２の大きさが、たとえば第１９図
に実線で示される位置から点線で示される位置まで増加
または減少するようにするが、ベクトル１５６および１
５８の大きさが等しい限り、第１９図の出力波形５２は
第５図の波形５２がそうであったようにＸ軸に沿って横
方向にはシフトしないであろう。このように、第■群の
誤差に関する限り、２個の一波モードの各々の光の強度
を等化すると位相誤差が除去される。このことは、入力
強度の等化により項（ｌａ＋２　Ｂ−１８２＋　　１２
）が０になり、したがって強度型位相誤差がＯになｔノ
、先の等式（６）に一致する。

先に説明されたように、ループ部分１６の２個の一波モ
ードの各々の先出力の正確な等化は仕業■群の誤差を除
去し得るけれども、この発明はループ部分１６で光強度
を等化することなしに第■群の強度型位相誤差を実質的
に減じるかまたは除去するための装置を提供する。第■
群の強度型誤差を減じるかまたは除去するこの発明のそ
の部分は第２０図に例示されている。第２０図の実施例
は複屈折ファイバ１１の無相関セグメント２００を含む
。無相関セグメント２００は第１の方向性カプラ１２の
ボートＣに光学的に接続される。セグメント２００は有
利にはコンパクト化のためにループまたはそれに似たも
のに形成され得る。無相関セグメント２００の長さは有
利には複屈折ファイバ１１のファイバコヒーレント長（
偏光解消の長尺）よりも大きくなるように選択され、そ
のため第１の偏波モード（たとえば、モードｉ）で伝搬
する光信号のいかなる部分も第２の偏波モード（たとえ
ば、モードｊ）で伝搬する光信号のいかなる部分とも無
相関（すなわち、インコヒーレント）になる。たとえば
、無相関セグメント２００の長さはＨ利には４ないし５
メートルの範囲にあるであろう。

第２０図の実施例は無相関セグメント２００の後に複屈
折ファイバ１１の中間部分１３に形成される複屈折変調
器２０２をさらに含む。複屈折変調器２０２は、先に２
個の偏波モードの光をさらに無相関にするように説明さ
れた複屈折変調器６６と同じ態様で動作する。

複屈折変調器２０２に続いて、ファイバ１１の中間部分
１３が第１の接続端部２０６および第２の接続端部２０
８を形成するために切断される。

第１の接続端部２０６および第２の接続端部２０８は互
いに関し４５°だけ回転されさらに従来の手段により光
学的に相互接続される。このように、光ファイバ１１の
複屈折の軸は参照番号２０４により表わされる接続で４
５′″だけシフトされる。

言換えると、第１の接続端部２０６の複屈折の軸は第２
の接続端部２０８の複屈折の軸に関し４５°の角度で配
向される。４５゛の接続は、接続を励起すると、各モー
ドが実質的に同一の光出力を搬送するように、ファイバ
１１の２個の偏波モードの光出力を等化するのに役立つ
。

４５°の接続２０４に続いて、複屈折ファイバ１１は偏
波器２２０に光学的に接続される。偏波器は一波の２個
の軸に対応する伝送軸および阻止軸を有する従来の偏波
器である。たとえば、偏波器２２０は有利には米国特許
番号節４．３８６゜８２２号に従って構成されるであろ
う。当該技術分野では公知のように、偏波器２２０は偏
波器の伝送軸と整列される偏波モードで伝搬する実質的
にすべての光を通過し、さらに偏波器の阻止軸と整列さ
れる一波モードで伝搬する実質的にすべての光を阻止す
るであろう。４５°の接続のせいで、偏波器に入射する
光は２個の偏波モードの間で公平に分割される。偏波器
はこれらモードのうち一方の光を阻止しかつモードの他
方の光を通過するように整列される。伝送軸に沿って偏
波器２２０により通される光の強度の阻１Ｌ軸に沿って
偏波器２２０により通される光の強度との比は消滅率と
呼ばれる。この発明では、３０ないし４０ｄＢまたはそ
れよりも良い消滅率をＨする偏波器がＨ利に用いられる
。言換えると、偏波器２２０の阻止軸により通される光
の強度は偏波器２２０の伝送軸により通される光の強度
のおよそ０．００１ないし０．０００１倍かまたはそれ
よりも少ないであろう。この発明の好ましい実施例では
、偏波器は、偏波器２２０の伝送軸が第２の接続端部２
０８の２個の複屈折軸の一方と整列されるように、複屈
折ファイバ１１に接続される。

偏波器２２０を通過した後で、複屈折ファイバ１１は第
１図におけるように、第２の方向性カプラ１４のポート
Ａに光学的に接続される。回転センサのループ部分１６
は第２の方向性カプラ１４のポートＣとポートＤの間で
光学的に接続され、さらに有利には第１図で説明された
のと同様に構成される。

第２１Ａ図ないし第２１Ｅ図および第２２Ａ図ないし第
２２Ｉ図と関連して説明されるように、無相関セグメン
ト２００、複屈折変調器２０２．４５°の接続２０４、
および偏波器２２０はファイバループ１６内の２個のモ
ードの光学強度を正確に等化するのと同じ効果を達成す
る。

第２１Ａ図ないし第２１Ｅ図は、第１の接続端部２０６
で接続２０４に入射する光が２個の偏波モードのうちの
一方（たとえば、モードｊ）であるときのこの発明の動
作を例示する。このことは、たとえば、光源１０が偏波
された光源でありさらに複屈折ファイバ１１がその軸が
光源１０の偏波軸と整列されているときに起こり得るで
あろう。

したがって光は一方の偏波モードでのみファイバ１１に
人力され、さらに複屈折ファイバ１１および第１の方向
性カプラ１２は光を最初の偏波モードに維持するであろ
う。この具体例では、光学強度は、強度ベクトル２３０
により表わされるように、接続２０４での接続端部２０
６では複屈折ファイバ１１のモードｊのみであるように
第２１Ａ図に例示されている。

第２１Ｂ図は複屈折ファイバ１１で伝搬する光への４５
°の接続２０４の効果を表わしている。

４５°の接続２０４を通過した後で、点線の強度ベクト
ル２３０′により表わされる、最初第１の接続端部２０
６のモードｊの偏波軸で伝搬する光学強度は第２の接続
端部２０８のモードｊ′の偏波軸（すなわち、複屈折の
軸）に沿ったモードＪのベクトル２４０および第２の接
続端部２０８のモードｉ′に沿ったモードｉのベクトル
２４２により表わされるような複屈折ファイバ１１の２
個の一波軸の間で等しく分割される。第２１Ｂ図に例示
されるように、光学強度は４５°の接続２０４のために
必然的に２個の偏波モードの間で等しく分かれる。した
がって、２個の強度ベクトル２４０および２４２は実質
的に等しい長さを有するように示される。

偏波器２２０の効果は第２１Ｃ図に例示されている。こ
こに説明される具体例では、偏波器２２０はその伝送軸
が第２の接続端部２０８のモードｊ′の偏波軸と整列さ
れるように位置決めされる。

したがって、第２の接続端部２０８のｊ′の偏波モード
で伝搬する実質的にすべての光強度は偏波器２２０によ
り通過させられるであろう。逆に、第２の接続端部２０
８のｉ′の偏波モードの実質的にすべての光強度は偏波
器２２０により阻止されるであろう。ｊ′の偏波モード
で偏波器２２０により通される光は第２１Ｃ図で強度ベ
クトル２５０で表わされ、さらにｉ′の偏波モードで偏
波器２２０により通される光は第２１Ｃ図で強度ベクト
ル’ｙ２５２により表わされる。先に説明されたように
、偏波の消滅比を３０ｄＢと仮定すると、強度ベクトル
２５２は強度ベクトル２５０の長尺のおよそ０．００１
倍であることが理解されるであろう。もちろんベクトル
２５０および２５２の寸法は同−比で描かれていない。

偏波器２２０を通過した後で、偏波モードの各々の光は
第２の方向性カプラ１４により実質的に等しく分割され
、さらに先に説明されたように、複屈折ファイバー１の
ループ部分１６のまわりを伝搬するようにされる。光が
ループ部分１６で伝搬すると、光エネルギは２個の偏波
モード間で結合される。時計方向へｊ′の偏波モードか
らｉ′の偏波モードへ結合される光エネルギは前と同様
＋ に表示Ｅｌｅにより表わされる。同様に、時計方向へｉ
′の偏波モードからｊ′の偏波モードへ結＋ 合される光エネルギは表示ＥＪＣにより表わされる。表
示Ｅ＋　ＣおよびＥＪＣは反時計方向の対応する結合さ
れたエネルギを表わす。モード間での結合の量は始めの
モードの光エネルギの強度に比例する。したがって、ｊ
′のモードからｉ′のモ十 一ドヘ結合される光エネルギＥｔｃの強度はｉ′のモー
ドからｊ′のモードへ結合されるエネルギ士 ＥＪＣの強度の０．００１倍となるであろう。このこと
は第２１Ｄ図に表わされ、強度ベクトル２６０は時計方
向へｉ′のモードからｊ′のモードへ結合される光エネ
ルギＥ、。の強度を表わし、さらに強度ベクトル２６２
は時計方向へｊ′のモードからｉ′のモードへ結合され
る光エネルギＥ、Ｃの強度を表わす。ｊ′モードでルー
プに入射する光はより大きな強度を有するので、より長
い強度ベクトル２６２により表わされるように、ｉ′モ
ードに結合される光はより大きな強度を有する。再び、
ベクトル２６０および２６２は同−比では描かれるべき
ではなく、さらに強度ベクトル反時計方向で２個のモー
ドへ結合されるエネルギに関してあてはまる。

第２の方向性カプラ１４で再結合された後で、光エネル
ギは再び反対方向で接続２０４の方へ戻って偏波器２２
０を通過する。偏波器２２０は２方向性であり、したが
って２個の偏波モードでそれに入射する光への前と同じ
効果を有する。この効果は第２１Ｅ図に例示されている
。偏波器２２０はｊ′の偏波モードでそれに入射する実
質的にすべての光を通し、したがってループ部分１６で
ｉ′モードからｊモードへ結合された実質的にす十 べての光エネルギＥＪＣおよびＥＪｃを通すであろう。

ｊ′の偏波モードで偏波器２２０により通される光は強
度ベクトル２７０により表わされる。

対比すると、偏波器２２０はｉ′の偏波モードでそれに
入射する光の強度のわずか０．００１倍を通すだけであ
り、したがってループ部分１６でｊ′モードからｉ′モ
ードへ結合された光エネルギ士 Ｅ＋ｃおよびＥ、ｃのわずか０．００１倍しか通さない
であろう。ｉ′の偏波モードで偏波器２２０により通さ
れる光の強度は強度ベクトル２７２により表わされる。

ｉ′モードに結合される光の強度はｊ′モードに結合さ
れる光の強度の１０００倍であるので、偏波器２２０を
介し後戻りして通過させる効果は２個のモードの結合さ
れた光強度を等化することである。このように、ｉ′の
強度ベクトル２７２は強度ベクトル２７０に長さが等し
いように例示されている。ｊ′の強度ベクトル２７０お
よびｉ′の強度ベクトル２７２はループ部分１６を含む
複屈折ファイバ１１の部分の長い長尺のせいで無相関で
ある。このように、先の等式（６）で説明されたように
、結果として生じる光は位相に関係がないときのみ強度
を増す。２個の偏波モードの、結果として生じる同等の
強度は２個の偏波モードの同等でない光強度により引き
起こされた強度型位相誤差（すなわち、第■群の位相誤
λ）を有効に除去する。

偏波器２２０を通過した後で、光は再び、２個の強度ベ
クトルにより表わされる光が第１の接続端部２０６のｊ
（偏波モードおよびｉ偏波モードへ伝達される、４５６
の接続２０４を通過する。４５°の接続２０４は２個の
強度ベクトル２７０および２７２からの光をｊおよびｉ
の偏波モードの成分へと分割する。しかしながら、光は
無相関であるので、４５°の接続２０４は光の全強度に
効果を及はさない。光は次いで無相関セグメント２００
を介し第１の２方向性カプラ１２へと伝搬する。光の一
部（たとえば、５０％）は、それが第１図と関連して先
に説明されたように検出される検出器２０に向けられる
。

先に述べた具体例は２個の偏波モードのうち一方だけで
ある４５°の接続に入射する光エネルギに関連していた
。第２２Ａ図ないし第２２１図は４５°の接続に入射す
る光が双方の偏波モードにあるときでさえ、この発明が
２個の偏波モードの結合された出力を効果的に等化する
ことを例示する。それは、光が４５°の接続に到達する
前に無相関になるようにする際の複屈折ファイバ１１の
セグメント２００および複屈折変調器２０２の有益な効
果をさらに例示している。第２２Ａ図では、第１の接続
端部２０６に入射する光はｊ偏波モードおよびｉ偏波モ
ードの双方である光エネルギを含む。たとえば、強度ベ
クトル２８０は第１の接続端部２０６でｊ偏波モードの
光の強度を表わしさらにより小さい強度ベクトル２８２
は第１の接続端部２０６でのｉ偏波モードの光の強度を
表わす。接続２０４での複屈折ファイバ１１の複屈折軸
の４５°の回転は第１の接続端部２０６での２個のモー
ドの各々の光エネルギが第２の接続端部２０８で２個の
モード間で等しく分かれるようにする。第１の接続端部
２０６のｊ偏波モードの光エネルギは接続端部２０６の
１１扁波モードの光エネルギと無相関であるので、第２
の接続端部２０８での光エネルギは４個の部分を含むと
考えられ得る。最初の２個の部分は第２２Ｂ図に例示さ
れ、細い線の強度ベクトル２８２′により表わされる、
第２２Ａ図では最初ｉ偏波モードであった光エネルギは
第２の接続端部２０８のｊ′偏波モードとｉ′偏波モー
ドの間で等しく分割される。光エネルギのこの分割は第
２２Ｂ図でｊ′強度ベクトル２９０およびｉ′強度ベク
トル２９２により表わされる。同様に、第２２Ｃ図は点
線の強度ベクトル２８０′により表わされるように最初
ｊ偏波モードであった光エネルギの、強度ベクトル２９
４により表わされるｊ′偏波モードおよび強度ベクトル
２９６により表わされるｉ′偏波モードの等しい部分へ
の分割を例示している。最初ｌ偏波モードであった光は
無相関セグメント２００および複屈折変調器２０２の効
果のせいで最初ｊ偏波モードであった光とは無相関にさ
れたので、第２２Ｂ図でｊ′強度ベクトル２９０により
表わされる光は第２２Ｃ図でｊ′強度ベクトル２９４に
より表わされる光に干渉しない。同様に、第２２Ｂ図で
ｉ′強度ベクトル２９２により表わされる光は第２１Ｃ
図で１７強度ベクトル２９６により表わされる光に干渉
しない。したがって、第２２Ｂ図での強度ベクトル２９
０および２９２は第２１Ｃ図の強度ベクトル２９４およ
び２９６とは別個に考えられ得る。

第２２Ｄ図は第２２Ｂ図の強度ベクトル２９０および２
９２により表わされる光（すなわち、最初第１の接続端
部２０６のｉ偏波モードであった光）への偏波器２２０
の効果を例示する。前と同様に、強度ベクトル３００に
より表わされるような、実質的にすべてのｊ′偏波モー
ドの光が偏波器２２０により通過させられ、さらにより
小さい強度ベクトル３０２（同−比で描かれていない）
により表わされるような　ｉ　／偏波モードのの強度の
わずかｏ、ｏｏｉ倍が通過させられる。

偏波器２２０により通過させられる、最初第１の接続端
部２０６のｊ偏波モードであった光の強度は第２２Ｅ図
に例示され、強度ベクトル３０４はｉ′偏波モードの光
を表わし、さらに強度ベクトル３０６はｉ′偏波モード
の光を表わす。再び、ｉ′強度ベクトル３０６により表
わされる光の強度はｊ′強度ベクトル３０４により表わ
される光の強度の０．００１倍である。

複屈折ファイバ１１のループ部分１６を通過した後で、
モード間で結合された光は再びループ部分１６に入射す
る対応する強度に比例する。しがって、第２２Ｆ図はル
ープ部分１６でｉ′偏波モードからｊ′偏波モードへ結
合される光を表すｊ′強度ベクトル３１０を例示し、さ
らに強度ベクトル３１２はループ部分１６でｊ′偏波モ
ードからｉ′偏波モードへ結合される光を表わす。前と
同様、ｉ′強度ベクトル３１２はｊ′強度ベクトル３１
０により表わされる強度の１０００倍である強度を表わ
す。第２２Ｆ図での強度ベクトル３１０および３１２の
各々は第１の接続端部２０６で最初ｉ偏波モードであっ
た光を表わす。

同様に、第２２Ｇ図では、３７強度ベクトル３１４は第
１の接続端部２０６で最初ｊ偏波モードでありかつルー
プ部分１６でｉ′偏波モードからｉ′偏波モードへ結合
された光を表わしている。

また第２２Ｇ図では、１７強度ベクトル３１６は第１の
接続端部２０６で最初ｊ′偏波モードでありかつループ
部分１６でｊ′偏波モードからｉ′（偏波モードへ結合
された光を表わす。第２２Ｆ図におけるように、ｉ′偏
波モードに結合される光を表わす強度ベクトル３１６は
ｊ′１１波モードの光の１０００倍の強度を表わす。

偏波器２２０を戻って通過した後で、偏波モードの各々
の光は等化される。第２２Ｈ図の強度ベクトル３２０は
第２２Ｆ図でｊ′強度ベクトル３１０により表わされ、
かつ偏波器２２０による実質的な減衰を有さなかったｊ
′偏波モードの光を表わす。同様に、第２２Ｈ図のベク
トル３２２はされたｉ′偏波モードの光を表わす。した
がって、ｉ′強度ベクトル３１２により表わされる強度
はｊ′強度ベクトル３１０により表わされる強度の１０
００倍であったので、ｉ／強度ベクトル３２２および１
７強度ベクトル３２０は実質的に等しい。同様に、第２
２１図のｊ′強度ベクトル３２４は第２２Ｇ図でｊ′強
度ベクトル３１４により表わされたｊ′偏波モードの実
質的に減衰されない光を表わし、さらに第２２１図での
ｉ′強度ベクトル３２６は偏波器２００を通過する際に
係数１０００だけ減衰されたｉ′偏波モードの光の強度
を表わす。再び、ｉ′強度ベクトル３２６はｊ′強度ベ
クトル３２４により表わされる強度に実質的に等しい強
度を表わす。

第２２Ｈ図の強度ベクトル３２０および３２２は強度ベ
クトル３２４および３２６により表わされる光と無相関
の光を表わすので、２対の強度ベクトルにより表わされ
る光は干渉せずさらに２対の強度は光の位相とは無関係
に増す。ｉ′偏波モードの強度はｊ′偏波モードの強度
に等しいので、その効果は光信号が実質的に等しい２個
の偏波モードの強度でループに入力された場合と同じで
ある。したがって、２個の偏波モードの強度の変動によ
り引き起こされる強度型位相誤差（すなわち、第■群の
位相誤差）は実質的に存在しないであろう。

２個の特定の具体例のみが提示されてきたけれども、当
業者はこの発明が、２個の偏波モードの光が無相関であ
る限り、２個の偏波モード光出力の相対的な量に係わり
なく先に説明された効果を提供するであろうことを理解
するであろう。複屈折変調器２０２の機能は２個の偏波
モードが無相関であることを保証することである。

Ｉ型および■型誤差の組合わされた改良第２３図は無相
関ファイバセグメント２００１復屈折変調器２０２．４
５°の接続２０４、および偏波器２２０と結合して無相
関セグメント５８および複屈折変調器６０を使用するこ
とを介し振幅型位相誤差（第１群）および強度型位相誤
差（第■群）の減少を達成するための、第２０図の回転
センサと組合わされた第６図の回転センサを例示してい
る。

第２４図は付加的な複屈折変調器５００が複屈折ファイ
バ１１のループ部分１６に位置決めされる、この発明の
代替の実施例を例示する。ループ複屈折変調器５００は
ループ部分１６の中心に関し非対称的である成る場所で
ループ部分１６に設置される。たとえば、ループ複屈折
変調器５００は第２の方向性カプラ１４のポートＤより
も第２の方向性カプラ１４のボートＣにより近接して設
置されるように示されている。ループ複屈折変調器５０
０の機能は先に説明されたように、２個の偏波モードで
移動する光波間に時間により変化する位相シフトを引き
起こす時間により変化する複屈折を誘起することである
。このことは、時計方向で偏波モードの一方から（たと
えば、モードｉから）偏波モードの他方へ（たとえば、
モードｊへ）結合される光エネルギが反時計方向の結合
された光エネルギと無相関になるようにする。したがっ
て、時計方向で各モードに結合された光は反時計方向で
対応するモードに結合された光に干渉せず、したがって
、そのような結合から生じる強度型誤差を効果的に、実
質的に減少または除去する。

【図面の簡単な説明】

第１図は例示の回転センサの概略図であり、光源からの
光が結合される光ファイバの１個の連続したストランド
を示し、かつそのような１個の連続したストランドから
形成されるセンシングループを示し、さらに第１図はフ
ァイバループを介し逆伝搬する波の間の位相差を検出す
るための検出システムを示す。 第２図は第１図のファイバループの概念的モデルを例示
する概略図であり、偏波モードの具体的な対に対し、フ
ァイバループを横断するときの逆伝搬する波の電界成分
を示している。 第３図は第２図の概念的モデルの概略図であり、ファイ
バループを横切った後に逆伝搬する波の電界成分を示し
ている。 第４図は光出力信号のベクトル図であり、第３図に示さ
れる電界成分から生じるｒｄｃＪ項のベクトル和を示す
実軸に沿った方向を向けられたベクトルと、第３図に示
される電界成分から生じる干渉類のベクトル和を表わす
フェーザーの態様で回転する別なベクトルを示し、さら
に干渉類を表わすベクトルの、１）回転により誘起され
たサグナック位相差および２）非回転式に誘起された位
相差により引き起こされた位相誤差への応答をさらに例
示している。 第５図は第４図のベクトル図に対応し、サグナック位相
差に対する、検出器により測定されるような光学強度の
グラフであり、非回転式に誘起される位相誤差の効果を
例示している。 第６図はこの発明の回転センサの実施例の概略図であり
、第１の方向性カプラと第２の方向性カプラの間に配列
される複屈折変調器を示している。 第７図はこの発明の複屈折変調器の部分的な斜視図であ
り、２個の石英スラブの間にサンドイッチ状にされかつ
圧電変換器により駆動される光ファイバを示し、さらに
また圧電変換器を駆動するための信号源の概略的な表示
を含んでいる。 第８図は第７の線８−８に沿って破断された複屈折変調
器の断面図である。 第９図は水甲幀での温度関数とバーチカルスケールでの
複屈折により引き起こされる各オフセット誤差との間の
関係のグラフ図である。 第１０図は時間の関数で圧電駆動信号をグラフで表わし
たものである。 第１１図は時間関数で複屈折変調器により引き起こされ
る角オフセット誤差の変動をグラフで表わしたものであ
る。 第１２図は温度の組合わされた効果により引き起こされ
た角オフセット誤差と複屈折変調器との間の関係をグラ
フで表わしたものであり、角オフセット誤差の０への平
均化を示している。 第１３図は、第１２図におけるのと同じであるが温度関
数の異なる大きさに対し、温度の組合わされた効果によ
り引き起こされる角オフセット誤差と複屈折変調器との
間の関係をグラフで表わしたものであり、再び各オフセ
ット誤差のＯへの・「均化を示している。 第１４図は複屈折変調の関数で振幅型誤差をグラフで表
わしたものであり、複屈折変調の振幅が２πの倍数であ
るときに振幅型位相誤差が０に減じることを示している
。 第１５図は第■群の電界成分から生じる干渉類のベクト
ル図である。 第１６図は第１５図の２個のベクトルのベクトル和を表
わす結果として生じるベクトルを示し、かつそのような
結果として生じるベクトル和と関連する位参〇誤差を例
示する、ベクトル図である。 第１７図は大きさが等化された第１５図のベクトルを示
すベクトル図である。 第１８図は第１７図のベクトルのベクトル和を表わす、
結果として生じるベクトルのベクトル図であり、位相誤
差がベクトルの大きさを等化することにより除去され得
ることを例示している。 第１９図はサグナック位相差に対する、検出器により測
定されるような光強度のグラフであり、（ｓｉ、　）ｎ
　Ａ差をＯと仮定して、第４図の干ルベクトルの大きさ
の変化の効果を例示している。 第２０図はこの発明の回転センサの実施例の概略図であ
り、ファイバの２個の偏波モードの光、４５°の接続、
および第１および第２の方向性カプラの間に配列される
偏波器を無相関にするための手段を示している。 第２１Ａ図ないし第２１Ｅ図は、実質的にすべての光が
一方の１偏波モードで４５°の接続へ入射するときの強
度型位相誤差への無ｔＬＩ関手段、４５°の接続、およ
び偏波器の効果をグラフ式に例示している。 第２２Ａ図ないし第２２１図は４５°の接続へ入射する
光が双方の偏波モードの無相関の光を含むときの無相関
手段、４５°の接続、および偏波器の効果をグラフ式に
例示している。 第２３図は第２０図の無相関手段、４５°の接続、およ
び偏波器と結合して第６図ないし第８図の複屈折変調器
を含むこの発明の好ましい実施例の概略図である。 第２４図はこの発明の代替の実施例であり、センサで強
度型位相誤差を減じるために、センサのループ部分に非
対称的に設置された複屈折変調器を示している。 図において、１０は光源、１１は光ファイバ、１２およ
び１４は方向性カプラ、１６はループ、２０は光検出器
、２４は増幅器、２６は信号発生器、２８は位相変調器
、５８は無相関セグメント、６０は複屈折変：ＡＳ、６
２および６４は石英スラブ、６６は圧電変換器、７４は
変調源、２００は無相関セグメント、２０２は複屈折変
調器、２０４は４５°の接続、２０６および２０８は接
続の端部、２２０は偏波器である。 ザ・ボード・オブ、・！・ラスティ、−ズーオブ・ザル
ランド・スタツク；ｌ−１’・ジュニア・ユニバー／１
イ代理人弁理士深見久部、””　”　ｉ：）（ほか２名
）−・　、′ ｉＡ軸 ４夕４１ ４だγ ４７り５ ４］りＱ 、４和 門

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ回転センサであって、 ループを形成する複屈折光ファイバと、 前記ループを閉じるためのカプラと、 光を生じるための光源とを特徴とし、前記光源および前
   記ファイバは、前記光が２個の直交偏波モードで伝搬す
   るように、前記光が前記ファイバに導入されるようにす
   るように配置され、 前記光が前記２個の直交偏波モード間で実質的に等しく
   分割されるように、前記光源と前記カプラ間に配置され
   、前記モードの光の強度を等化するための手段と、 前記光源と前記等化手段との間に配置され、前記等化手
   段に到達する前に前記一方のモードの光と前記他方のモ
   ードの光との間の位相の相関性を減じるための手段と、 前記モードの間で分割される前記光を受取るために前記
   等化手段と前記カプラとの間に配置される偏波器とを特
   徴とし、実質的にすべての光がカプラに到達すると前記
   モードのうち一方になるように、前記偏波器が前記偏波
   モードの一方の光を阻止する一方で前記偏波モードのう
   ち他方の光を通過させ、 前記カプラは前記偏波器を通過した後に光を分裂し、前
   記ループのまわりを逆伝搬する１対の光を提供し、前記
   カプラは前記波を再結合し出力信号を形成し、さらに前
   記偏波器に伝搬するように前記出力信号を結合し、さら
   に 前記偏波器を通過した後に前記出力信号を検出するため
   の手段を特徴とする、センサ。
2. （２）前記光源と前記カプラ間の前記光ファイバの直線
   部分をさらに特徴とし、前記等化手段、相関性を減じる
   ための前記手段、および前記偏波器が前記直線部分によ
   り光学的に相互接続される特許請求の範囲第１項に記載
   のセンサ。
3. （３）前記偏波器と前記カプラの間に配置され、前記偏
   波器と前記カプラとの間で伝搬する光の間の相関性を減
   じるための第２の手段をさらに特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載のセンサ。
4. （４）相関性を減じるための前記第２の手段が前記光フ
   ァイバで周期的な時間により変化する複屈折を誘起する
   複屈折変調器を特徴とし、前記時間により変化する複屈
   折は前記時間により変化する複屈折の期間に亘り実質的
   に０に等しい平均的な大きさを有する前記出力信号に位
   相誤差を引き起こす、特許請求の範囲第３項に記載のセ
   ンサ。
5. （５）前記検出手段が光検出器と、前記出力信号を前記
   光検出器に結合するための前記偏波器と前記光源との間
   に配置された第２のカプラとを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載のセンサ。
6. （６）前記偏波器が光ファイバ偏波器を特徴とする、特
   許請求の範囲第１項記載のセンサ。
7. （７）前記等化手段が前記光源と前記偏波器との間の光
   ファイバの長尺での接続を特徴とし、前記接続は接続の
   一方の側の前記ファイバの複屈折の軸が前記接続の他方
   の側の前記ファイバの複屈折の軸に関して４５°の角度
   で配向される、特許請求の範囲第１項に記載のセンサ。
8. （８）相関性を減じるための前記手段が光ファイバのコ
   ヒーレント長よりも大きい長尺を有する複屈折光ファイ
   バの一部を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
   センサ。
9. （９）一方のモードの光と他方のモードの光との間の位
   相の相関性を減じるための前記手段が複屈折変調器をさ
   らに特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載のセンサ
   。
10. （１０）前記光源が広帯域光源である、特許請求の範囲
    第１項に記載のセンサ。
11. （１１）前記光源がスーパールミネセント・ダイオード
    である、特許請求の範囲第１０項に記載のセンサ。
12. （１２）光ファイバ回転センサにおいて、前記光ファイ
    バで環境により誘起された複屈折により引き起こされた
    位相誤差を減じるための方法であって、 前記光を伝搬するために第１および第２の偏波モードを
    有する光ファイバの入力部分へ光を導入する段階と、 前記第１の偏波モードの光が前記第２の偏波モードの光
    と無相関になるようにし、無相関な光を提供する段階と
    、 最初前記節１の偏波モードであったいかなる光も前記２
    個の偏波モード間で等しく分割され、さらに最初前記第
    ２の偏波モードであったいかなる光もまた前記２個の偏
    波モード間で等しく分割され、等化された強度の光を提
    供するように、前記偏波モードの各々の光を等しい部分
    に分割する段階と、 実質的にすべての前記第１の偏波モードの光が前記偏波
    器により伝送されさらに実質的にすべての前記第２の偏
    波モードの光が前記偏波器により阻止されるように、前
    記偏波モードの各々の等化された強度の無相関の光に偏
    波器を通過させる段階と、 前記偏波器により伝送される光を２個の実質的に等しい
    部分に分割しさらに前記部分の一方を光センシングルー
    プのまわりを時計方向に伝搬する一方で前記部分の他方
    を前記光センシングループのまわりを反時計方向に伝搬
    する段階とを特徴とし、前記第１の偏波モードの光の一
    部が前記第２の偏波モードに結合されさらに前記第２の
    偏波モードの光の一部が前記第１の偏波モードに結合さ
    れ、 前記時計方向に伝搬する光部分を前記反時計方向に伝搬
    する光部分と組合わせ、光出力信号を与える段階と、 前記偏波器が実質的にすべての前記第１の偏波モードの
    光を伝送しかつ実質的にすべての前記第２の偏波モード
    の光を阻止するように、前記光出力信号に前記偏波器を
    通過させる段階と、さらに 前記偏波器を通過した後に前記光出力信号を検出し、前
    記光センシングループの角回転に応答する回転出力信号
    を与える段階とを特徴とする、方法。
13. （１３）第１の偏波モードの光が第２の偏波モードの光
    と無相関になるようにする段階は、光に光ファイバのコ
    ヒーレント長よりも大きい長尺を有する複屈折光ファイ
    バのセグメントを通過させる段階を特徴とする、特許請
    求の範囲第１２項に記載の方法。
14. （１４）第１の偏波モードの光の位相が第２の偏波モー
    ドの光の位相に関し周期的に変化されるように、第１の
    偏波モードの光が第２の偏波モードの光と無相関になる
    ようにする段階が複屈折光ファイバで周期的な時間によ
    り変化する複屈折を誘起する段階をさらに特徴とする、
    特許請求の範囲第１３項に記載の方法。
15. （１５）複屈折光ファイバで周期的な時間により変化す
    る複屈折を誘起する前記段階が複屈折のその軸の一方に
    沿って光ファイバを周期的に圧搾する段階を特徴とする
    、特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
16. （１６）前記偏波モードの各々の光を等しい部分に分割
    する前記段階が 光ファイバの第１の部分で複屈折の軸の第１の組に沿っ
    て光を伝搬する段階と、さらに 複屈折の軸の前記第１の組に沿って伝搬する前記光を光
    ファイバの第２の部分で複屈折の軸の第２の組に光学的
    に結合する段階とを特徴とし、前記第２の組の軸は前記
    第１の組の軸に関して４５の角度で配向される、特許請
    求の範囲第１２項に記載の方法。