KR102654203B1 - 통합 광학 파장계 및 광섬유 자이로스코프 스케일 팩터 안정화를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
광학 회전 센서와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키기 위한 시스템은 광학 회전 센서의 회전에 응답하여 광 신호를 생성하는 광학 회전 센서를 포함한다. 센서 검출 시스템은 광 신호 및 광학 회전 센서의 회전의 함수로서 회전 신호를 생성한다. 제1 도파관은, 상호 작용 길이만큼, 광 신호의 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성한다. 제2 도파관은 에바네센트 결합을 통해 제1 광 도파관으로부터의 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성한다. 파장계 검출기는 광 신호를 수신하고 광 신호에 기초하여 광의 유효 간섭계 파장(effective interferometric wavelength)(EIW)을 측정한다. 스케일 팩터 보정 시스템은 회전 신호 및 EIW를 수신하고, 회전 신호 및 EIW를 처리함으로써 올바른 회전 신호를 측정한다.
Description
이 출원은, 2017년 3월 23일자 출원된 미국 가출원 제62/475,476호의 이익을 주장하는 2018년 1월 22일자 출원된 미국 출원 제15/877,110호의 연속이며, 그 전체 교시가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
광섬유 자이로스코프(fiber optic gyroscope)(FOG)는 광학 소스(optic source)를 사용하여 광을 발생시키고, 이는 광섬유 감지 코일(fiber sensing coil)의 회전을 검출하는 데에 사용되는 광섬유 감지 코일 내로 도입된다. 광대역 광학 소스를 사용하는 이점은 (i) 높은 광 전력(optic power) 및 (ii) 짧은 가간섭성 길이(short coherence length)를 포함한다. 짧은 가간섭성 길이는 예를 들어, 역반사(back-reflection), 후방 산란(backscattering) 및/또는 편광 교차 커플링(polarization cross-coupling)에 의해 시스템에서 발생된 다양한 기생 파(parasitic wave)의 간섭 대비(interference contrast)를 감소시킨다. 짧은 가간섭성 길이는 또한, 광 비가역성(optic non-reciprocity)을 야기하고 회전 측정 에러를 발생시키는 커 비선형성(Kerr nonlinearity)의 영향을 억제한다.
초 발광(superluminescence)에 기초한 에지 방출 반도체 다이오드는 FOG 디바이스들에 전형적으로 사용되는 한 유형의 광학 소스이다. 이러한 광학 소스는 레이저 다이오드들의 높은 전력 및 밝기를, 종래의 발광 다이오드들의 낮은 가간섭성과 콤바인(combine)한다. 그것의 발광 대역폭은 전형적으로 15nm 내지 50nm이다. 이러한 광대역 초 발광 다이오드(superluminescence diode)(본 명세서에서 "SLD"로 지칭됨)로부터 방출된 광은 그 후 회전 감지 광학 시스템에 결합(coupled)될 수 있다. 회전 감지 광학 시스템에서, SLD로부터의 광은 분할되어 광섬유 감지 코일 내에서 전파되는 대향-전파 광 빔들(counter-propagating light beams)을 생성하는 데에 사용된다. 대향-전파 파들 사이의 위상 변이(phase shift)가, FOG의 회전에 대응하여, 광섬유 감지 코일의 물리적 회전의 결과로서 발전한다. 대향-전파 광 빔들은 제1 방향성 커플러(directional coupler)에 의해 광 검출기(photodetector)로 지향되고, 여기서 광 빔들의 강도(2개의 빔 사이의 간섭으로부터 기인함)가 측정되어 FOG 회전의 각속도(angular speed)를 결정한다. FOG 회전의 각속도는 본 명세서에서 "스케일 팩터(scale factor)"로 지칭되는 용어를 통해 감지 코일에서 광에 의해 제공되는 위상 정보와 관련된다. 스케일 팩터는 2개의 광 빔 사이의 위상 변화량을 FOG 회전 각속도와 관련시킴으로써 FOG의 감도를 기술한다. 스케일 팩터는 SLD의 광의 "유효 간섭계 파장"과 선형으로 관련되고, 이는 SLD 광의 스펙트럼의 가중 평균(weighted average)이다.
FOG의 실제 응용들은 다양한 환경 조건의 범위에 걸쳐 안정적으로 유지되는 스케일 팩터의 필요성을 유발한다. 그러나 다양한 현상이 유효 간섭계 파장에 영향을 줌으로써, 스케일 팩터에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, SLD는 일반적으로 온도(전형적으로 30 내지 400 ppm/℃)에 대하여, 그리고 구동 전류(전형적으로 10 내지 40 ppm/mA)에 대하여, 열악한 파장 안정성으로 인해 고생한다. 광학 피드백은 또한, 스펙트럼 형상을 변경하거나 스펙트럼 리플(ripple)을 추가함으로써 유효 간섭계 파장에 영향을 줄 수 있다. 또한, FOG의 개별 광학 컴포넌트들은 SLD 광 스펙트럼의 형상을 수정할 수 있다. 이들 광학 컴포넌트는 SLD 광대역 광에 대한 스펙트럼 필터들로서 작용할 수 있고, 이들 필터를 통과하는 광의 유효 간섭계 파장을 변화시킬 수 있다. 광원(light source)과 PM 파이버(PM fiber) 사이의 모드 필드차(mode field difference), 파이버에서 PIC 도파관 연결로의 제한된 대역폭, 방향성 커플러의 분할 비율의 스펙트럼 의존성, 또는 편광기 투광의 제한된 스펙트럼 대역폭 등의 필터링의 메커니즘들은 상이할 수 있다.
광학 컴포넌트들은 또한, 노화 및/또는 환경 조건에 따른 잠재적 파장 변화로 인해 고생할 수 있다. 광원과 광학 회로가 혹독한 환경(harsh environment)에 노출될 때, 광학 스펙트럼에서의 변화가 가속화될 수 있어, 광범위한 스케일 팩터 에러를 초래할 수 있다. 광원의 광대역 스펙트럼에서 상이한 파장들은 FOG의 광학 회로에서 컴포넌트들의 노화로 인해 상이한 수준의 감쇠를 경험할 수 있다. 이러한 컴포넌트들은 편광기, 커플러, 및 광섬유와 통합 도파관 사이의 연결 접합부(connection joint)들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들 컴포넌트 중 하나 이상에서의 변형은 유효 간섭계 파장을 이동(shift)시킴으로써 스케일 팩터를 변경할 수 있다. 높은 정확도를 요구하는 응용들에 사용되는 FOG의 경우, 이러한 변형으로 인해 허용불가한 수준의 에러가 발생할 수 있다. 특히 방사선 및 기타 외부 영향력에 노출될 때, 광섬유 자이로에 사용되는 광대역 광섬유 소스(fiber source)의 스케일 팩터의 안정화에 대한 필요성이 존재한다.
기술된 실시예들은 일반적으로 광섬유 자이로스코프(FOG)에 관한 것이고, 특히 기술된 실시예들은 FOG의 광대역 광원의 광학 스펙트럼의 유효 간섭계 파장(effective interferometric wavelength)(EIW)의 측정에 관한 것이다. 기술된 실시예들은 EIW용 광자 집적 회로(photonic integrated circuit)(PIC) 기반의 장치를 제공한다.
오늘날, 대부분의 FOG는 대략 830nm 내지 1550nm 범위 내에 속하는 파장에서 작동된다. FOG의 스케일 팩터 에러가 100ppm 이내로 유지되기 위해서, 유효 간섭계 파장이 830nm에 대하여 0.083nm의 정확도를 갖고, 1550nm에 대하여 0.155nm의 정확도를 가질 필요가 있고, 이는 15 내지 50nm 스펙트럼 대역폭과 비교해서 상당히 작다.
FOG는 FOG 광원의 스펙트럼에서 상이한 파장들에 대하여 약간 상이한 스케일 팩터 값으로 회전에 응답한다. 회전의 각속도에 대한 측정은 FOG 광원 스펙트럼의 모든 증가 부분의 응답에 대한 가중 평균이다. 전체 스케일 팩터는 평균 파장(mean wavelength)에 의존할 뿐만 아니라, 스펙트럼 대칭성 및 미세 스펙트럼 구조들과 같은 스펙트럼 형상에도 의존한다. 가장 일반적인 미세 스펙트럼 구조는 스펙트럼 리플들이다. 리플은, 반사-방지(anti-reflection) 코팅이 불완전한 경우, 잔류 공동 진동(residual cavity oscillation)의 결과이다. 도 1a는 반사-방지 코팅으로 코팅된 전면(front facet)을 갖고 반사-방지 형상으로 미세-제조된(micro-fabricated) 후단에 도파관을 갖는 SLD의 전형적인 스펙트럼을 도시한다. SLD 온도, SLD로의 구동 전류, 및 SLD 노화는 리플의 특성을 변화시킬 수 있다. 잔류 공동 진동은 또한, 광대역 소스(broadband source)의 가간섭성 함수에서의 잔류 레이저 구조들에 대한 책임을 진다.
기술된 실시예들에 따르면, FOG가 가장 선형의 위상 바이어스 위치 또는 그 부근에서 작동될 때, 스케일 팩터는 FOG 광대역 광원의 중심 파수(centroid wavenumber)와 선형으로 관련된다. 기술된 실시예들의 파장계 시스템 및 측정 방법은, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 회전 감지에 사용되는 동일한 유효 간섭계 파장을 측정하도록 고안된다. 기술된 실시예들의 파장계를 위한 신호 검출 및 증폭 기술들은, 광대역 광원이 이온화 방사선 및 다른 혹독한 환경 조건을 경험할 때에도 강건한 측정을 달성할 수 있다.
기술된 실시예들의 양상들은 종래의 FOG와 함께 사용되어 "보정된(corrected)" FOG를 생성하고, 종래의 FOG 단독의 스케일링 계수보다 더 안정적인 스케일링 계수를 나타낼 수 있다.
일 양상에서, 본 발명은 광학 파장을 측정하기 위한 광학 파장계일 수 있다. 광학 파장계는, 상호 작용 길이(interaction length)만큼, 광대역 광으로부터 유도된 광 신호(optic signal)의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호(first processed optic signal)를 생성하는 제1 광 도파관(first optic waveguide)을 포함할 수 있다. 광학 파장계는 세그먼트가 제1 광 도파관에 근접하여 배치되는 제2 광 도파관(second optic waveguide)을 더 포함할 수 있다. 해당 세그먼트는 상호 작용 길이를 따라 연장되어, 제2 광 도파관은 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합(evanescent coupling)을 통해 제1 광 도파관으로부터 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성할 수 있다. 광학 파장계는 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호에 기초하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하는 파장계 검출기를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 광학 회전 센서와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키기 위한 시스템일 수 있다. 광학 회전 센서는 광대역 광을 방출하는 광원, 및 광 신호를 생성하기 위한 회전 감지 광학 시스템을 포함할 수 있다. 광 신호는 광대역 광으로부터 유도될 수 있고 광학 회전 센서의 회전에 응답하여 생성될 수 있다. 광학 회전 센서는 광 신호와 광학 회전 센서의 회전의 함수로서 회전 측정 신호를 생성하기 위한 센서 검출 시스템을 더 포함할 수 있다. 시스템은 광학 회전 센서에 연결된 파장계를 더 포함할 수 있다. 파장계는, 상호 작용 길이만큼, 광 신호 및 광대역 광 중 하나의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하는 제1 광 도파관을 포함할 수 있다. 파장계는 제2 광 도파관을 더 포함할 수 있고, 제2 광 도파관의 세그먼트는 제1 광 도파관에 근접하여 배치된다. 해당 세그먼트는 상호 작용 길이를 따라 연장되어, 제2 광 도파관은 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합(evanescent coupling)을 통해 제1 광 도파관으로부터 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성할 수 있다. 파장계는 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호에 기초하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하는 파장계 검출기를 더 포함할 수 있다. 시스템은 회전 측정 신호 및 유효 간섭계 파장에 기초하여 보정된 회전 측정 신호를 생성하기 위한 스케일 팩터 보정 시스템을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광대역 광원의 유효 간섭계 파장에서 제1 광 도파관과 제2 광 도파관의 슈퍼모드(supermode)의 위상차(phase difference)는 광학 회전 센서에 대한 위상 변조와 동일하다. 광학 회전 센서에 대한 위상 변조는 π/2와 실질적으로 동일할 수 있다.
파장계 검출기는 프린지 가시성(fringe visibility) v를 사용하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성될 수 있고, 다음과 같다.
파장계 검출기는 제1 처리된 광 신호에 기초하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성될 수 있다. 파장계 검출기는 제2 처리된 광 신호에 기초하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성될 수 있다. 파장계는 회전 감지 광학 시스템과 센서 검출 시스템 사이의 광 경로(optic path)로부터 광 신호의 적어도 일부를 수신하도록 광학 회전 센서에 연결될 수 있다. 2 x 2 도파관 방향성 커플러는 광 신호의 적어도 일부를 광학 회전 센서로부터 파장계로 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 다중모드(multimode) 간섭 커플러는 광 신호의 적어도 일부를 광학 회전 센서로부터 파장계로 결합시키기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 파장계는 광대역 광원과 회전 감지 광학 시스템 사이의 광 경로로부터 광대역 광의 적어도 일부를 수신하도록 광학 회전 센서에 연결될 수 있다. 2 x 2 도파관 방향성 커플러는 광 신호의 적어도 일부를 광학 회전 센서로부터 파장계로 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 다중모드 간섭 커플러는 광 신호의 적어도 일부를 광학 회전 센서로부터 파장계로 결합시키기 위해 사용될 수 있다.
제1 광 도파관 및 제2 광 도파관은 하나 이상의 Si-CMOS 호환 가능한 재료를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 광 도파관은 하나 이상의 Si-CMOS 호환 가능한 프로세스를 이용하여 제조된다. 제1 및 제2 광 도파관은, 도파관 코어로서 실리콘 질화물로 만들어지고, 도파관 클래딩(cladding) 재료로서 실리콘 산화물로 만들어질 수 있다.
파장계 검출기는 제1 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제1 포토 다이오드, 제1 포토 다이오드로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기, 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제2 포토 다이오드, 및 제2 포토 다이오드로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 제2 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 포함할 수 있다.
파장계 검출기는 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드(symmetric dual-element photodiode)를 포함할 수 있다. 파장계 검출기는 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기를 더 포함할 수 있다. 파장계 검출기는 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 제2 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 더 포함할 수 있다.
파장계 검출기는 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드, 및 제1 입력 및 제2 입력을, 선택적으로 출력에 결합하도록 구성되는 전자 스위치를 포함할 수 있다. 제1 입력은 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소에 결합될 수 있고, 제2 입력은 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소에 결합될 수 있고, 출력은 트랜스임피던스 증폭기에 결합될 수 있다. 전자 스위치는 또한, 사전 결정된 주파수로, 제1 및 제2 입력을, 선택적으로 출력에 결합하도록 구성될 수 있다. 트랜스임피던스 증폭기는 출력으로부터의 전류를 전압으로 변환하고 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 파장계 검출기는, 사전 결정된 주파수로, 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호를, 양자택일적으로 포토 다이오드로 안내하도록 구성되는 광학 스위치를 포함할 수 있다. 파장계 검출기는 포토 다이오드로부터의 전류를 전압으로 변환하고 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성되는 트랜스임피던스 증폭기를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 광학 회전 센서와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키는 방법일 수 있고, 이 방법은 광대역 스펙트럼 광원으로부터 광대역 광을 제공하는 단계, 광학 회전 센서에서 광대역 광을 처리하여 광학 회전 센서의 각속도에 응답하여 광 신호를 생성하는 단계, 및 광 신호에 기초하여 회전 측정 신호를 생성하도록 구성되는 센서 검출 시스템에 광 신호를 전달하는 단계를 포함한다. 회전 측정 신호는 디폴트 간섭계 파장(default interferometric wavelength)에 따라 광학 회전 센서의 각속도를 특징으로 할 수 있다. 해당 방법은 광대역 광의 적어도 일부를 파장계로 지향시키는 단계, 파장계에 의해, 파장계로 지향된 광대역 광에 기초하여 유효 간섭계 파장을 측정하는 단계, 및 유효 간섭계 파장에 따라 회전 측정 신호를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 광섬유 자이로스코프(FOG)와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키기 위한 시스템일 수 있고, 이 시스템은 FOG의 회전의 함수로서 회전 측정 신호를 생성하도록 구성되는 광학 회전 센서, 및 광학 회전 센서에 결합된 파장계를 포함한다. 파장계는, 상호 작용 길이만큼, 광학 회전 센서로부터의 광대역 광의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하는 제1 광 도파관, 및 제2 광 도파관을 포함할 수 있다. 제2 광 도파관의 세그먼트가 제1 광 도파관에 근접하게 배치되고, 해당 세그먼트는 상호 작용 길이를 따라 연장될 수 있어, 제2 광 도파관이 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합을 통해 제1 광 도파관으로부터 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성할 수 있다. 파장계는 제1 처리된 광 신호 및 제2 처리된 광 신호에 기초하여 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하는 파장계 검출기, 및 회전 측정 신호 및 유효 간섭계 파장에 기초하여 보정된 회전 측정 신호를 생성하는 스케일 팩터 보정 시스템을 더 포함할 수 있다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면과 함께 이 특허 또는 특허 출원 공보의 사본들은 필요한 비용을 지불하고 요청에 따라 특허청에 의해 제공될 것이다.
전술한 내용은 이하의 예시적 실시예의 더 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이고, 이는 유사한 참조 부호가 상이한 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부 도면에 도시된 바와 같다. 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니고, 대신에 실시예들을 설명할 때 강조된다.
도 1a는 반사-방지 코팅으로 코팅된 전면을 갖고 반사-방지 형상으로 미세-가공된 후단에 도파관을 갖는 SLD의 전형적인 스펙트럼을 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 예시적 실시예를 도시한다.
도 1c는 도 1b에 도시된 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 대안적인 예시적 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 파장계의 예시적 실시예를 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c는 3개의 상이한 파장에 대한 예시적 파장계의 응답을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 파장계의 교차-결합된 도파관 채널의 출력 광 전력을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 파장계 검출기의 예시적 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 본 명세서에서 하나 이상의 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 처리 시스템의 예시적 내부 구조의 도면이다.
전술한 내용은 이하의 예시적 실시예의 더 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이고, 이는 유사한 참조 부호가 상이한 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부 도면에 도시된 바와 같다. 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니고, 대신에 실시예들을 설명할 때 강조된다.
도 1a는 반사-방지 코팅으로 코팅된 전면을 갖고 반사-방지 형상으로 미세-가공된 후단에 도파관을 갖는 SLD의 전형적인 스펙트럼을 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 예시적 실시예를 도시한다.
도 1c는 도 1b에 도시된 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 대안적인 예시적 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 파장계의 예시적 실시예를 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c는 3개의 상이한 파장에 대한 예시적 파장계의 응답을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 파장계의 교차-결합된 도파관 채널의 출력 광 전력을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 파장계 검출기의 예시적 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 파장계 검출기의 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 본 명세서에서 하나 이상의 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 처리 시스템의 예시적 내부 구조의 도면이다.
예시적 실시예들의 설명이 이어진다.
본 명세서에 인용된 모든 특허, 공개된 출원 및 참고 문헌의 교시는 그 전체가 참조로서 포함된다.
광섬유 자이로스코프(FOG)의 예시적 실시예에서, 빔 스플리팅 광학계(beam splitting optics)는 초 발광 디바이스로부터의 광을 동일한 전력 P의 2개의 광 빔으로 발사하여, 광섬유의 다수의 회전에 의해 구성되는 코일을 통해 시계 방향 및 반시계 방향으로 전파된다. 이 배치는 사냑 간섭계(Sagnac interferometer)로 알려진 링(ring) 간섭계를 형성한다. 광섬유 코일의 진입점으로 복귀할 때, 2개의 광 빔은 광섬유 코일을 빠져 나가도록 허용되어 간섭을 경험한다.
초 발광 디바이스로부터 방출된 광대역 광이 P(k)에 의해 주어진 스펙트럼 분포를 갖는 경우(여기서 k = 1/λ는 파수임), 그리고 상이한 파수 k에서의 광이 비간섭적(incoherent)인 경우, 즉 랜덤 위상차를 갖는 경우, 상이한 k에 대한 전력을 추가함으로써, 링 간섭계를 통해 전송된 총 광 전력을 알아낼 수 있다.
여기서 λ=1/k는 광 파장이고, γ c는 소스의 가간섭 함수(coherent function)이고, δ는 링 간섭계에서 2개의 대향-전파 파 사이의 광 경로차(optic path difference)이다. 상수 내에서 수학식 (1)의 우측은 의 푸리에 변환의 코사인 형태이고; 이다.
한편, 유효 간섭계 파장 λ int 는 링 간섭계가 광대역 광원과 정확히 동일하게 응답하게 하는 광의 파장으로 정의된다. 대응하는 간섭계 파수(중심 파수로도 지칭됨)는 k int = 1/λ int 이다. 링 간섭계를 통해 전송된 총 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 (1) 및 (2)는 동일한 신호를 표현하므로, 다음과 같이 재작성될 수 있다.
수학식 (3)은 링 간섭계에서 광원의 간섭계 파수를 결정하기 위한 일반식이다. 광 경로차 δ는 간섭계 파수 k int 의 값을 결정하는 파라미터이다. 광학 위상차와 동등한 광 경로차는 사냑 효과 또는 위상 변조에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 예시적 실시예에서, 위상 변조기는 가 되도록 광 경로차 δ m 을 생성할 수 있고, 따라서 간섭계는 그것의 최대 선형점(most linear point) 에서 작동하고, 여기서 는 사냑 위상 변이(Sagnac phase shift)(즉, 사냑 효과)이다. 가 작으면, 이다. 수학식 (3)은 다음과 같이 된다.
이는 위상 변이 와는 독립적이다. 따라서, 수학식 (4)에 따르면, 회전 센서의 스케일 팩터를 결정하기 위해 광대역 광을 나타내는 것은 중심 파수 k int 이다. 수학식 (4)를 파장 영역으로 변환하면, 유효 간섭계 파장은 다음과 같다.
사전 스케일 팩터 안정화 기술은 광 스펙트럼의 이산 윈도우(discrete windows) 또는 광대역 광원의 중심 파장(centroid wavelength) 중 어느 하나의 측정에 기초할 수 있다. 이러한 선행 기술은 보정된 스케일 팩터에서 특정 시스템 에러를 유발할 수 있다. 대조적으로, 본 명세서에 기술된 예시적 실시예들은 중심 파수 k int 를 측정한다.
도 1b는 본 발명에 따른 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 예시적 실시예를 도시한다. 실시예는 광학 회전 센서(112), 파장계(114) 및 스케일 팩터 보정 시스템(116)을 포함한다. 광학 회전 센서(112)는 광대역 광을 회전 감지 광학 시스템(120)에 제공하는 광대역 광원(118)을 포함한다. 회전 감지 광학 시스템(120)은 광섬유 감지 코일 내에서 대향-전파 광 빔들을 용이하게 하고, 일단 이들 빔이 광섬유 감지 코일을 빠져나가면 대향-전파 광 빔들의 상호 작용에 기초하여 광 신호(122)를 생성한다. 센서 검출 시스템(124)은 광 신호(122)를 수신하고, 광 신호(122)의 함수로서 회전 측정 신호(126)를 생성한다.
예시적 센서 검출 시스템(124)은, 전압 변조 신호를, 광 위상 변조기(optical phase modulator), 광 신호를 전기 신호로 변환하기 위한 트랜스임피던스 증폭기, 아날로그-디지털(A/D) 변환기, 및 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러에 공급하는 전자 회로를 포함할 수 있다. 전기 신호(예를 들어, 구형파 또는 사인파 신호)가 위상 변조기에 인가되어 2개의 대향-전파 광 사이의 광 경로차를 생성할 수 있다. 마이크로프로세서 컨트롤러는 광 검출기에서의 광 신호가 사냑 효과에 의해 생성된 위상 변이에 선형적으로 그리고 민감하게 응답하도록, 전기 신호의 주파수 및 진폭을 제어할 수 있고, 주파수는 바람직하게는 광학 시스템의 고유 주파수와 동일한 사전 결정된 주파수로 유지된다. 고유-주파수는 빔 스플리터로부터 위상 변조기로 전파되기 위해 대향-전파 빔들에 의해 취해진 시간들 사이의 차이의 2배와 동일한 주기를 갖는다. 마이크로프로세서 컨트롤러는 검출된 광 신호를 변조 전기 신호와 동기화시키고, 적합한 복조 방법 및 대응하는 교정 계수를 사용하여 검출된 신호를 사냑 위상 변이 로 변환한다.
광 신호(122)의 적어도 일부는 또한 파장계(114)에 의해 수신되고, 여기서 광 신호(122)의 일부는 제1 광 도파관(128)에 삽입된다. 광 신호(122)의 일부는 제1 광 신호(130)로서 제1 광 도파관(128)을 통과하여 빠져나간다. 제1 광 도파관(128) 사이의 에바네센트 결합에 의해 결합된 광 신호는 제2 광 신호(134)로서 제2 광 도파관(132) 내로 전파되어 빠져나가게 된다. 파장계 검출기(136)는 제1 광 신호(130)와 제2 광 신호(134)의 함수로서 유효 간섭계 파장 측정 신호(138)를 생성한다.
파장계 검출기(136)의 예시적 실시예들의 구조가 도 5 내지 도 8에 설명된다. 파장계 검출기(136)의 예는 광 검출기(502 또는 603 또는 704), 트랜스임피던스 증폭기(504 또는 604 또는 706), 도 7의 예시적 실시예를 위한 전자 스위치(702), 도 8의 예시적 실시예를 위한 광학 스위치(802), 및 유효 간섭계 파장 측정 유닛(506)을 포함할 수 있다. 유효 간섭계 파장 측정 유닛(506)은 하나 이상의 전자 필터, A/D 변환기 및 제2 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러를 포함한다. 필터들은 협대역 통과 필터 및 이동 평균화 필터를 포함할 수 있다. 협대역 통과 필터는 사전 결정된 통과 대역의 주파수를 갖는 전압 변조 신호의 기본 주파수 또는 제2 고조파 주파수에 중심을 둘 수 있다. 이동 평균 필터는 평균화 윈도우에서 사전 결정된 수의 점을 가질 수 있다. 제2 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러는 본 명세서에서의 수학식 (14)에 의해 정의된 프린지 가시성 v를 결정하고, 하나 이상의 교정 계수를 사용하여 프린지 가시성을 유효 간섭계 파장으로 변환한다. 필터의 일 실시예는 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)일 수 있다. 필터의 다른 예시적 실시예는 제2 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러에 구현되는 디지털 필터일 수 있다.
스케일 팩터 보정 시스템(116)은 보정된 회전 측정 신호(140)를 생성하기 위해, 유효 간섭계 파장 측정 신호(138)에 기초하여 회전 측정 신호(126)에 보정을 가한다. 스케일 팩터 보정 시스템(116)은, 파장계 검출기(136)로 측정된 유효 간섭계 파장의 정확하게 측정된 값과, 센서 검출 시스템(124)으로 측정된 사냑 위상 변이를 사용한 센서 출력의 정확도를 각각 향상시키기 위해, 자이로스코프의 스케일 팩터를 조정한다.
종래의 FOG에서, 사냑 효과()에 의해 생성된 관측된 위상 변이와 각속도(Ω) 사이의 스케일 팩터(F) 관계는 관계식 에 의해 표현되는 것으로 알려져 있고, 여기서 L은 광섬유 코일의 광섬유 길이이고, D는 코일의 직경이고, c는 광의 속도이고, k는 광의 파수이다. 교정 프로세스 동안, FOG 디바이스는 알려진 회전 레이트 Ω tab 을 갖는 레이트 테이블 상에 장착될 수 있다. 교정된 사냑 위상 변이 및 교정된 파수 k cal 은 각각 센서 검출 시스템(124)과 파장계 검출기(136)로 측정되어 스케일 팩터 보정 시스템(116)으로 전달된다. 교정된 스케일 팩터는 그 후, 로 계산된다. 유효 간섭계 파장이 환경 또는/및 노화 효과로 인해 교정 프로세스 동안의 것과는 상이할 수 있는 규칙적인 동작 조건 동안, 센서 검출 시스템(124)으로 측정된 사냑 위상 변이, 및 파장계 검출기(136)로부터의 파수는 각각 및 k op 이다. 보정된 스케일 팩터는 이며 보정된 각속도는 이다. 스케일 팩터 보정에 대한 이러한 교정-동작 프로세스는 제3 마이크로프로세서 컨트롤러에 구현될 수 있다.
개념적으로 3개의 서브 시스템 각각은 제어 및 데이터 처리를 위한 개별 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러를 갖지만, 실제로는 3개의 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러가 하나의 중앙 마이크로프로세서 내로 병합될 수 있다.
도 1c는 도 1b에 도시된 스케일 팩터 안정화(110)를 갖는 FOG 시스템의 대안적인 예시적 실시예를 도시한다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 파장계(114)에 제공된 광 신호의 일부가 회전 감지 광학 시스템(120)의 출력(커플러(139a)로 도시됨)으로부터, 혹은 광대역 광원(118)의 출력(커플러(139b)로 도시됨)으로부터 결합될 수 있다.
방향성 커플러 기반의 파장계
도 1b 및 도 1c에 도시된 파장계(114)에 대응하는 파장계(114)의 예시적 실시예가 도 2에 도시된다. 파장계(114)는 FOG의 스케일 팩터 안정화를 위해 본 명세서에 설명된 수학식 (3) 또는 수학식 (4) 중 어느 하나에 의해 요구되는 동일한 중심 파수를 측정한다.
예시적 파장계(114)는 광학 측정 유닛 및 광 파장 정보를 전기 출력으로 변환하는데 필요한 컴포넌트들을 포함한다. 광학 측정 유닛은, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 도파관(204), 제1 전이 영역에서의 2개의 입력 S-벤드, 커플링 영역으로서 한 쌍의 직선 도파관(206a, 206b), 제2 전이 영역으로서 2개의 출력 S-벤드, 및 2개의 출력 도파관(208a, 208b)을 포함하는 대칭 2 x 2 (2개의 입력 및 2개의 출력) 방향성 커플러(202)에 기초한다. 도 2에 도시된 2 x 2 방향성 커플러의 구성이 예시적 실시예로서 제시되어 있지만, 방향성 커플러의 다른 구성이 대안적으로 다른 실시예에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
커플링 영역에서의 2개의 직선 도파관(206a, 206b)은 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 서로 근접하여 배치되어 방향성 커플러를 형성하여, 제1 도파관의 입력 신호가 그 전력의 일부를 에바네센트 결합을 통해 제2 도파관으로 전달한다. 제1 도파관의 입력 신호로부터 제2 도파관으로 전달되는 광 전력의 양은 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이 입력 광대역 광의 유효 간섭계 파장에 따라 가변된다.
파장 감지 유닛의 일부로서의 방향성 커플러(202)는 파라미터 w, s 및 l의 세트에 의해 특징지워진다. 파라미터 w는 도파관 폭을 나타내고, 전체 커플링 영역에 걸쳐 일정하다. 파라미터 s는 커플링 영역에서의 2개의 도파관 사이의 이격(separation)을 나타낸다. 파라미터 l은 커플링 영역에서의 직선 도파관의 길이를 나타낸다. 도파관들 사이의 전력 교환은 커플링 영역에서 발생할 뿐만 아니라 2개의 도파관이 서로 더 근접하는 전이 영역의 일부에서도 발생한다. 그러므로, 커플링 길이 l 및 전이 영역을 갖는 방향성 커플러는 효과적인 커플링 길이 l'의 2개의 병렬 광 도파관을 갖는 이상적인 방향성 커플러와 동등한 것으로 간주되고, 이에 따라 효과적인 커플링 길이 l'는 전이 영역의 크기 및 형상을 따라 실제 커플링 길이 l에 의존한다.
전력 p를 갖는 광이 도 2에 도시된 바와 같이 입력 도파관에 결합되는 경우, 관통 및 교차-결합된 도파관의 출력에서의 광 전력은 다음과 같다.
여기서 는 복합 도파관 구조의 대칭 및 비대칭 슈퍼모드에 대한 유효 굴절률 차이고, 관심 파장 범위에서 상수로 간주될 수 있다.
측정된 광대역 광은 FOG 광학 회전 센서(112)로부터 결합되고, 따라서 FOG의 소스(118)와 동일한 스펙트럼을 가지므로, 상이한 파수 k에서의 광은 비간섭적이다. 관통 도파관의 총 출력은 상이한 k에 대한 전력의 합이다.
여기서 은 커플링 영역을 통해 전파된 후 두 슈퍼모드 사이의 유효 광 경로 차이다. 상수 내에서 수학식 (8)의 우측은 의 푸리에 변환의 코사인 형태이고; 이다.
교차-결합된 도파관(206a, 206b)의 출력 신호는 다음과 같이 유사한 형태를 취한다;
한편, 파장계 λ mea 에 의해 측정된 파장은, 파장이 광대역 폭 광원과 정확히 동일하게 응답하게 하는 유효 파장으로서 정의된다. 이는 측정된 파수를 로 정의하면, 관통 및 교차-결합된 도파관의 출력 신호는 또한, 이하를 만족시킨다.
수학식 (8)과 (10)의 우측은 동일하고, 수학식 (9)과 (11)의 우측도 마찬가지로 동일하기 때문에, 두 쌍의 수학식에 의해 수학식 (12)가 된다.
수학식 (12)는 파장계(114)를 사용하는 광원의 측정된 파수에 대한 일반식이다. 바람직한 실시예에서, 커플링 영역 l에서의 도파관(206a, 206b)의 길이는 수학식 (3)에서 유효 광 경로차 δ e 를 2개의 대향-전파 파의 광 경로차 δ와 동일하게 하도록 선택될 수 있고, 입력 도파관 p(k)에 결합된 광 전력은 모든 k 값에 대해 수학식 (3)에서 P(k)에 비례하도록 선택될 수 있다. 이러한 조건하에서, k mea 는 k int 와 동일하고, 이는 파장계가 회전 감지에 사용되는 것과 동일한 유효 간섭계 파장을 측정함을 나타낸다. 예시적 실시예에서, 커플링 영역에서 직선 도파관(206a, 206b)의 길이 l는, 중심 파장 λ ctr 과 관련된 사전 결정된 중심 파수 k ctr 에서, 수학식 k ctr = 1/λ ctr 에 의해 슈퍼모드 위상차는 이도록, 선택된다. 따라서, k에서의 슈퍼모드 위상차는 로 표현될 수 있고, 여기서 는 상이한 파수 k에 의해 도입된 슈퍼모드 경로차 값의 교란(perturbation)이다. 는 위에 설명된 링 간섭계에서, 사냑(Sganac) 위상 변이 와 동등하다는 것에 유의한다. δ w 가 작은 값을 갖는다고 가정하면 근사식 가 유지된다. 마찬가지로, 근사식 도 유지된다. 임의의 더 높은 차수 에러를 무시한다면, 2개의 근사식을 수학식 (12)에 삽입하면 이하의 수학식이 된다.
수학식 (13)과 (4)를 비교하면, (여기서 c는 모든 k에 대해 상수임)이도록 p(k)가 P(k)에 비례하는 경우, k mea 가 k int 와 동일하다는 것이 보인다. 이는 유효 간섭계 파장 측정을 위해 파장계(114)에 결합된 광의 스펙트럼이 회전 감지에 사용된 광의 스펙트럼과 동일하다는 것을 의미한다.
예시적 실시예에서, 관통 및 교차-결합된 도파관의 개별 신호를 검출하는 대신에, 2개의 도파관 채널의 신호가 검출되어, 수학식 (14)에 의해 정의된 프린지 가시성 v를 계산하기 위해 사용될 수 있다.
수학식 (8)과 (9), 수학식 (10)과 (11)을 수학식 (14)에 각각 삽입하면, 측정된 파수 k mea 의 표현식은 수학식 (12)과 (13)으로 표현된 도파관 신호 를 통한 것과 정확히 동일해질 것이다. 따라서, 프린지 가시성을 사용하여 측정된 중심 파수는 회전 센서의 스케일 팩터의 측정에 사용된 광의 중심 파수와 동일하다. 중심 파수 측정을 위해, 수학식 (14)에 따른 프린지 가시성 v를 사용하는 것은, 다른 기술보다 더 정확하며, 그 이유는 프린지 가시성이 입력 전력 p(k)의 절대값과 무관하며 검출기 바이어스(detector bias) 및 트랜스임피던스 증폭기 바이어스에 의해 유발된 에러들이 소거될 것이기 때문이다.
예시적 실시예에서, 파장계(114)는 830nm 부근의 파장에서 작동되는 FOG의 스케일 팩터 안정화를 위해 제조될 수 있다. 주변 온도가 -50 내지 90℃의 범위에서 변하는 경우, FOG의 유효 간섭계 파장은 800nm 내지 850nm의 범위에서 변할 수 있다. 이 예시적 파장계 실시예에서, 방향성 커플러(202)는 클래딩 재료로서는 실리콘 산화물을 갖고, 두께가 50nm 및 너비가 4 미크론(micron)인 실리콘 질화물 도파관 코어의 도파관들을 포함할 수 있다. 예시적 방향성 커플러(200)의 파라미터는 s = 1.7 미크론 및 l = 4 mm이다. 이 실시예에 대한 시뮬레이션은 도 3a, 3b, 3c 및 4에 도시된 성능을 초래한다. 도 3a, 3b 및 3c에서, 3개의 상이한 파장에 대한 파장계(114)의 응답이 표시되고; 도 3a는 800nm에 있고, 도 3b는 825nm에 있고, 도 3c는 850nm에 있다. 각각의 도면에서 좌측 플롯은 정규화된 광 전력 분포의 평면도이다. 각각의 도면에서 우측 플롯은 관통 도파관(206a)에서의 정규화된 광학 관통 전력(302) 및 교차-결합된 도파관(206b)에서의 정규화된 광학 교차-결합된 전력(304)이다. 2개의 도파관에 의해 안내되는 광 전력(306)의 합은 또한, 우측 플롯에 도시되어 있고, 이는 1이라는 수(unity)에 가까운 직선(straight line)이다. 따라서, 교차-결합된 도파관 채널의 출력 광 전력은, 도 4에 도시된 바와 같이, 파장에 따라 단조적으로(monotonically) 증가한다. 이 실시예에서 파장계의 파장 감도는 나노미터의 파장 변화 당 S = 1.1% 전력 변화이다.
예시적 실시예에서, 일 마이크로와트(microwatt) 광 전력이 커플링 점(coupling point)(139)으로부터 파장계(114)의 입력 도파관 내로 결합될 수 있다(). 파장계는 슈퍼모드 위상차 인 가장 민감하고 선형적인 결합 거리에서 작동되고, 관통 및 교차-결합된 도파관으로부터 출력 광 전력은 각각 이다. 광 검출기(502, 602 또는 704)는 반응성 를 가질 수 있다. 검출기의 광전류 i det 은 로 발견될 수 있다. 양자 한계(quantum limit)에서의 광전류 잡음은 산탄 잡음 전류(shot noise current) 와 관련되고, 여기서 e는 기본 전하(elementary charge)이고, i det 는 검출기의 광전류이고, 는 검출 대역폭이다. 파장계의 파장 감도는 로 표현되고, 여기서 는 파장이 변할 때 검출기의 광전류 변화이다. 잡음 등가 파장 밀도(noise equivalent wavelength density)(NEWD)는 로 정의된다. i shot , i det 및 S 값을 삽입하면, 가 된다. 실제 동작에서, 샘플링 레이트는 1Hz일 수 있고, 잡음 등가 파장(noise equivalent wavelength)(NEW)은 이고, 이중 감지 방식의 경우, 830nm에서 0.2ppm까지의 스케일 팩터 에러와 동등하다. 따라서, 830nm 파장에서 100ppm 스케일 팩터 에러에 필요한 0.083nm 파장 정확도가 손쉽게 만족될 수 있다. 더 오랜 시간 동안 신호를 평균하면, 훨씬 더 나은 NEW 값이 된다.
파장계(114)의 입력 신호는, 광대역 소스(118)로부터 회전 감지 광학 시스템(120)으로 전달되는 전파 경로로부터 결합될 수 있는 광대역 소스(118)의 일부일 수 있다(예를 들어, 도 1c의 다중모드 간섭 커플러(139b)를 참조).
대안적인 실시예에서, 파장계(114)에 대한 입력 신호는 회전 감지 광학 시스템(120)으로부터 전송된 신호의 일부일 수 있고, 센서 감지 시스템(광 검출기 포함)으로 이어지는 전파 경로로부터 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1c의 다중모드 간섭 커플러(139a)를 참조한다. 이러한 방식으로, 회전 감지 광학 시스템(120)의 컴포넌트의 필터링 효과에 의해 만들어진 스펙트럼 변경이 유효 간섭계 파장에 포함된다.
일 실시예에서, 광섬유는 복귀 자이로 신호를 FOG 광 검출기로 안내할 수 있고, 추가적인 광섬유 커플러는 광섬유 내로 위치되어 검출기로 이어지고, 메인 FOG 신호로부터 복귀 자이로 신호의 일부를 결합할 수 있다. 복귀 자이로 신호의 일부는 그 후, 입력 신호로서 파장계(114)의 관통 도파관에 전달될 수 있다.
다른 실시예에서, FOG의 회전 감지 광학 시스템(120)은 집적 광학 회로(integrated optic circuit)(IOC)의 컴포넌트일 수 있다. 방향성 커플러는 회전 측정을 위해 복귀 자이로 신호를 광 검출기로 안내하는 도파관 내에 위치될 수 있고, 복귀 자이로 신호의 일부를 파장계(114)에 대한 입력으로서 파장계(114)의 제1 도파관 내로 지향시킬 수 있다. 이 실시예에서, 방향성 커플러 및 파장계(114)를 포함하는 IOC의 추가 서브 시스템은 FOG IOC의 일부로서 회전 감지 광학 시스템(120)과 함께 미세-제조될 수 있다.
신호 감지 및 증폭 방식
파장은 파장계의 2개의 출력 신호를 사용하는 프린지 가시성으로 측정되므로, 각각의 신호의 안정성과 반복성, 온도와 시간에 따른 2개의 신호 사이의 균형은 파장 측정의 정확도 및 안정성과 직접 관련된다. 이는 파장계(114)의 2개의 도파관이 안정적이고 균형적일 것, 2개의 도파관 사이의 결합이 반복가능할 것, 2개의 광 검출기가 온도 및 시간에 대해 동일하게 응답하고, 2개의 트랜스임피던스 증폭기의 계수가 온도 및 시간에 대해 동일하게 변할 것을 요구한다. 본 발명에는, 환경 및 노화에 의해 유발되는 측정 에러를 최소화하기 위한 수개의 실시예가 제공된다.
일 실시예에서, 2개의 동일한 광 검출기(502a, 502b) 및 2개의 동일한 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier)(TIA)(504a, 504b)가, 도 5에 도시된 바와 같이, 파장계 검출기(136) 내에 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 이중 포토 다이오드(602)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 파장계 검출기(136) 내에 사용될 수 있다. 이중 포토 다이오드(602)는 서로에 대해 나란히 동일한 기판 상에 동일한 프로세스를 이용하여 제조된 2개의 포토 다이오드를 포함한다. 포토 다이오드 각각으로부터의 신호는 한 쌍의 동일한 TIA(604a, 604b)를 사용하여 사전 증폭될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 전자 스위치(702)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 광전류가 동일한 TIA(706)에 의해 처리되도록 이중 포토 다이오드(704)로부터의 신호들 간 전환을 위해 사용될 수 있다. 이 실시예의 배치에 의해, 한 쌍의 불균형 TIA를 사용함으로 유발되는 에러가 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 방향성 커플러(202)의 출력 포트에 바로 연결된 광학 스위치(802)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 도파관으로부터 단일 광 검출기로의 광 신호들 간 전환을 위해 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 방향성 커플러(202)로부터의 2개의 광 신호는 하나의 검출기에 의해 순차적으로 전기적 신호로 변환될 수 있고, 하나의 TIA에 의해 사전 증폭될 수 있다. 이 실시예의 배치에 의해, 한 쌍의 불규형 검출 시스템으로 인한 에러가 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 파장계는 마이크로 전자 회로(microelectronic circuit)의 제조와 호환가능한 재료 및 프로세스를 이용하여 실리콘 기판상에 평면 단일 모드 및 단일 편광 도파관에 기초하여 제조될 수 있다. 기술된 실시예들의 파장계는 컴퍼스 사이즈(compass size), 낮은 제조 및 조립 비용, 환경에 대한 작은 노출, 작동 시 강건성, 및 FOG의 사전 결정된 스펙트럼 범위에서의 높은 스펙트럼 해상도의 이점을 갖는다.
도 9는 본 명세서에서 하나 이상의 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 처리 시스템(900)의 예시적 내부 구조의 도면이다. 각각의 처리 시스템(900)은 시스템 버스(902)를 포함하고, 여기서 버스는 컴퓨터 또는 처리 시스템의 컴포넌트들 사이의 데이터 전송에 사용되는 한 세트의 하드웨어 라인이다. 시스템 버스(902)는 본질적으로 컴포넌트들 사이에 정보의 전송을 가능하게 하는 처리 시스템의 상이한 컴포넌트들(예를 들어, 프로세서, 디스크 스토리지, 메모리, 입력/출력 포트, 네트워크 포트 등)을 연결하는 공유 도관(shared conduit)이다.
시스템 버스(902)에는, 다양한 입력 및 출력 디바이스(예를 들어, 키보드, 마우스, 디스플레이, 프린터, 스피커 등)를 처리 시스템(900)에 연결하기 위한 사용자 I/O 디바이스 인터페이스(904)가 부착된다. 네트워크 인터페이스(906)는, 컴퓨터가 네트워크(908)에 부착된 다양한 다른 디바이스에 접속할 수 있게 한다. 메모리(910)는, 내부에서 생성된 데이터에 대하여, 그리고 처리 시스템(900) 외부의 소스로부터 수신된 데이터에 대하여, 본 명세서에 설명된 본 발명의 하나 이상의 실시예를 구현하기 위해 사용되는 컴퓨터 소프트웨어 명령어들과 같은 정보에 대한 휘발성 및 비휘발성 저장을 제공한다.
중앙 프로세서 유닛(912)이 또한, 시스템 버스(902)에 부착되고 메모리(910)에 저장되는 컴퓨터 명령어들의 실행을 제공한다. 시스템은 또한, 지원 전자기기/로직(914) 및 통신 인터페이스(916)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는, 중앙 프로세서 유닛(912)에 의해 처리될 정보(예를 들어, 센서 검출 시스템(124)으로부터의 회전 측정 신호(126))를 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 메모리(910)에 저장되는 정보는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있고, 따라서 메모리(910)는 본 발명의 시스템을 위한 소프트웨어 명령어들의 적어도 일부를 제공하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 하나 이상의 DVD-ROM, CD-ROM, 디스켓, 테이프 등과 같은 이동식 저장 매체)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 본 기술분야에서 공지된 바와 같은 임의의 적합한 소프트웨어 설치 절차에 의해 설치될 수 있다. 다른 실시예에서, 소프트웨어 명령어들의 적어도 일부는 케이블 통신 및/또는 무선 접속을 통해 다운로드될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 많은 상이한 형태의 소프트웨어 및 하드웨어로 구현될 수 있음이 명백할 것이다. 본 명세서에 설명된 실시예들을 구현하기 위해 사용된 소프트웨어 코드 및/또는 전용 하드웨어(specialized hardware)는 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 실시예들의 동작 및 거동은 특정 소프트웨어 코드 및/또는 전용 하드웨어를 참조하지 않고 설명되고 - 본 명세서의 설명에 기초하여 실시예들을 구현하도록 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 설계할 수 있다는 것으로 이해된다.
또한, 본 명세서에 설명된 예시적 실시예들 중 특정 실시예들은 하나 이상의 기능을 수행하는 로직으로서 구현될 수 있다. 이런 로직은 하드웨어 기반, 소프트웨어 기반, 또는 하드웨어 기반과 소프트웨어 기반의 조합일 수 있다. 로직의 일부 또는 전부는 하나 이상의 유형적인, 비일시적인, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있고, 컨트롤러 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 실행 가능한 명령어들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행 가능한 명령어들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 구현하는 명령어들을 포함할 수 있다. 유형적인, 비일시적인, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 휘발성 또는 비휘발성일 수 있고, 예를 들어, 플래시 메모리, 동적 메모리, 착탈식 디스크 및 비착탈식 디스크를 포함할 수 있다.
예시적 실시예들이 특히 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구 범위에 의해 포함된 실시예들의 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에 있어서 다양한 변경이 행해질 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (36)
- 광 파장(optic wavelength)을 측정하기 위한 광학 파장계(optic wavemeter)로서,
상호 작용 길이(interaction length) 만큼 광대역 광으로부터 유도된 광 신호(optic signal)의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하는 제1 광 도파관;
세그먼트가 상기 제1 광 도파관에 근접하게 배치되는 제2 광 도파관 - 상기 세그먼트는 상호 작용 길이를 따라 연장되어, 상기 제2 광 도파관이 상기 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합(evanescent coupling)을 통해 제1 광 도파관으로부터의 상기 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성함 -; 및
상기 제1 처리된 광 신호를 수신하고 제1 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제1 광 검출기(photodetector);
상기 제2 처리된 광 신호를 수신하여 제2 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제2 광 검출기;
프로세서; 및
컴퓨터 코드 명령어들을 저장한 메모리를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 코드 명령어들로 하여금, 상기 측정된 광 파장을 생성하기 위해 상기 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 아날로그 신호를 조합하게 하도록 상기 프로세서와 동작적으로 결합되고, 상기 조합은 (i) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 합 및 (ii) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 차이의 비율인, 광학 파장계. - 광학 회전 센서(optic rotation sensor)와 관련된 스케일 팩터(scale factor)를 안정화시키기 위한 시스템으로서,
상기 광학 회전 센서 - 상기 광학 회전 센서는,
광대역 광을 방출하는 광원;
상기 광대역 광으로부터 얻어지는(sourced) 대향-전파 광 빔들(counter-propagating light beams)을 전파하도록 구성되는 광섬유 감지 코일, 상기 대향-전파 광 빔들 간의 위상(phase) 차이를 변조하는 광 위상 변조기, 상기 대향-전파 광 빔들을 안내하는 광섬유 코일, 및 상기 광학 회전 센서의 회전에 응답하여 상기 대향-전파 광 빔들의 상호 작용으로부터 생성되는 광 신호를 포함하는 회전 감지 광학 시스템; 및
광학 회전 센서 시스템으로부터 상기 광 신호의 함수로서 회전 측정 신호를 생성하는 광 검출기 및 상기 광 위상 변조기에 인가될 변조 신호를 생성하는 명령어 코드를 실행하도록 구성되는 제1 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러를 포함하는 센서 검출 시스템을 포함함 -; 및
상기 광학 회전 센서에 결합된 파장계 - 상기 파장계는,
상호 작용 길이만큼, 상기 광대역 광의 하나의 광 신호 중 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하는 제1 광 도파관;
세그먼트가 상기 제1 광 도파관에 근접하게 배치되는 제2 광 도파관 - 상기 세그먼트는 상호 작용 길이를 따라 연장되어, 상기 제2 광 도파관이 상기 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합을 통해 제1 광 도파관으로부터의 상기 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성함 -; 및
파장계 검출기를 포함하고, 상기 파장계 검출기는:
상기 제1 처리된 광 신호를 수신하고 제1 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제1 광 검출기;
상기 제2 처리된 광 신호를 수신하여 제2 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제2 광 검출기;
프로세서;
컴퓨터 코드 명령어들을 저장한 메모리 - 상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 코드 명령어들로 하여금, 상기 측정된 광 파장을 생성하기 위해 상기 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 아날로그 신호를 조합하게 하도록 상기 프로세서와 동작적으로 결합되고, 상기 조합은 (i) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 합 및 (ii) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 차이의 비율임 -; 및
상기 회전 측정 신호, 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장, 교정된 스케일 팩터, 및 교정된 파수(wavenumber)에 기초하여 보정된 회전 측정 신호를 생성하기 위해 산술 기능을 포함하는 스케일 팩터 보정 시스템을 생성하게 하는 명령어 코드를 실행하도록 구성되는 제2 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러를 포함함 - 를 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제1 광 도파관 및 상기 제2 광 도파관은, 상기 광대역 광원의 유효 간섭계 파장에서, 상기 제1 광 도파관 및 상기 제2 광 도파관의 슈퍼모드의 위상차가 상기 광학 회전 센서에 의해 구현되는 위상 변조와 동일하도록 파라미터들 w, s, 및 l의 값들에 의해 각각 특징지어지는, 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 광학 회전 센서에 대한 상기 위상 변조는 π/2와 실질적으로 동일한, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는 프린지 가시성(fringe visibility) v(여기서 )를 사용하여 상기 광대역 광의 상기 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는 상기 제1 처리된 광 신호에 기초하여 상기 광대역 광의 상기 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는 상기 제2 처리된 광 신호에 기초하여 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계는 상기 회전 감지 광학 시스템과 상기 센서 검출 시스템 사이의 광 경로로부터 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신하도록 상기 광학 회전 센서에 연결되는, 시스템. - 제8항에 있어서,
2 x 2 도파관 방향성 커플러(directional coupler)는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 시스템. - 제8항에 있어서,
다중모드 간섭 커플러(multimode interference coupler)는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계는, 상기 광대역 광원과 상기 회전 감지 광학 시스템 사이의 광 경로로부터 상기 광대역 광의 적어도 일부를 수신하도록 상기 광학 회전 센서에 연결되는, 시스템. - 제11항에 있어서,
2 x 2 도파관 방향성 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 시스템. - 제11항에 있어서,
다중모드 간섭 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제1 광 도파관 및 상기 제2 광 도파관은 하나 이상의 Si-CMOS 호환 가능한 재료를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광 도파관은 하나 이상의 Si-CMOS 호환 가능한 프로세스를 이용하여 제조되는, 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 제1 및 제2 광 도파관은 도파관 코어로서 실리콘 질화물을 포함하고, 도파관 클래딩 재료로서 실리콘 산화물을 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제1 포토 다이오드;
상기 제1 포토 다이오드로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 상기 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기;
상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제2 포토 다이오드; 및
상기 제2 포토 다이오드로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 상기 제2 전압을 상기 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달(deliver)하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드(symmetric dual-element photodiode);
상기 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 상기 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기; 및
상기 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 상기 제2 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드; 및
제1 입력 및 제2 입력을, 선택적으로 출력에 결합하도록 구성되는 전자 스위치 - 상기 제1 입력은 상기 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소에 결합되고, 상기 제2 입력은 상기 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소에 결합되고, 상기 출력은 트랜스임피던스 증폭기에 결합되고, 상기 전자 스위치는 또한, 사전 결정된 주파수로, 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력을, 선택적으로 상기 출력에 결합하도록 구성됨 -를 포함하고;
상기 트랜스임피던스 증폭기는 상기 출력으로부터의 전류를 전압으로 변환하고 상기 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 파장계 검출기는,
사전 결정된 주파수로, 상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를, 양자택일적으로 포토 다이오드로 안내하도록 구성되는 광학 스위치; 및
상기 포토 다이오드로부터의 전류를 전압으로 변환하고 상기 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성되는 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 시스템. - 광학 회전 센서와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키는 방법으로서,
광대역 스펙트럼 광원으로부터 광대역 광을 제공하는 단계;
광학 회전 센서에서 상기 광대역 광을 처리하여 상기 광학 회전 센서의 각속도에 응답하여 광 신호를 생성하는 단계;
상기 광 신호에 기초하여 회전 측정 신호를 생성하도록 구성되는 센서 검출 시스템에 상기 광 신호를 전달(passing)하는 단계 - 상기 회전 측정 신호는 디폴트 간섭계 파장(default interferometric wavelength)에 따라 상기 광학 회전 센서의 각속도를 특징으로 하고 있음 -;
상기 광대역 광의 적어도 일부를 파장계로 지향시키는 단계;
상기 파장계에 의해, 상기 파장계로 지향된 상기 광대역 광에 기초하여 유효 간섭계 파장을 측정하는 단계; 및
상기 유효 간섭계 파장에 따라 상기 회전 측정 신호를 보정하는 단계를 포함하고,
상기 파장계는, 상기 유효 간섭계 파장을 측정하기 위해,
상기 광 신호의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하고,
상기 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성하고,
상기 제1 처리된 광 신호에 기초하여 제1 아날로그 신호를 생성하고,
상기 제2 처리된 광 신호에 기초하여 제2 아날로그 신호를 생성하고,
상기 측정된 유효 간섭계 파장을 생성하기 위해 상기 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 아날로그 신호를 조합하게 하도록 구성되고,
상기 조합은 (i) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 합 및 (ii) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 차이의 비율인, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 광대역 광원의 유효 간섭계 파장에서, 상기 파장계의 도파관들의 슈퍼모드의 위상차는 상기 광학 회전 센서에 대한 위상 변조와 동일한, 방법. - 제21항에 있어서,
상기 광학 회전 센서에 대한 상기 위상 변조는 π/2와 실질적으로 동일한, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계는 프린지 가시성(fringe visibility) v(여기서 )를 사용하여 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계는 상기 제1 처리된 광 신호에 기초하여 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계는 상기 제2 처리된 광 신호에 기초하여 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장을 측정하도록 구성되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계는 회전 감지 광학 시스템과 상기 센서 검출 시스템 사이의 광 경로로부터 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신하도록 상기 광학 회전 센서에 연결되고,
상기 회전 감지 광학 시스템은 대향-전파 광 빔들의 상호 작용에 기초하여 광 신호를 생성하도록 구성되는, 방법. - 제26항에 있어서,
2 x 2 도파관 방향성 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 방법. - 제26항에 있어서,
다중모드 간섭 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계는 상기 광대역 광원과 회전 감지 광학 시스템 사이의 광 경로로부터 상기 광 신호의 적어도 일부를 수신하도록 상기 광학 회전 센서에 연결되고,
상기 회전 감지 광학 시스템은 대향-전파 광 빔들의 상호 작용에 기초하여 광 신호를 생성하도록 구성되는, 방법. - 제29항에 있어서,
2 x 2 도파관 방향성 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 방법. - 제29항에 있어서,
다중모드 간섭 커플러는 상기 광 신호의 적어도 일부를 상기 광학 회전 센서로부터 상기 파장계로 결합시키기 위해 사용되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계의 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제1 포토 다이오드;
상기 제1 포토 다이오드로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 상기 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기;
상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 제2 포토 다이오드; 및
상기 제2 포토 다이오드로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 상기 제2 전압을 상기 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계의 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드;
상기 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소로부터의 제1 전류를 제1 전압으로 변환하고 상기 제1 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제1 트랜스임피던스 증폭기; 및
상기 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소로부터의 제2 전류를 제2 전압으로 변환하고 상기 제2 전압을 상기 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하는 제2 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계의 파장계 검출기는,
상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를 수신하도록 구성되는 대칭 이중-요소 포토 다이오드; 및
제1 입력 및 제2 입력을, 선택적으로 출력에 결합하도록 구성되는 전자 스위치 - 상기 제1 입력은 상기 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제1 요소에 결합되고, 상기 제2 입력은 상기 대칭 이중-요소 포토 다이오드의 제2 요소에 결합되고, 상기 출력은 트랜스임피던스 증폭기에 결합되고, 상기 전자 스위치는 또한, 사전 결정된 주파수로, 상기 제1 및 상기 제2 입력을, 선택적으로 상기 출력에 결합하도록 구성됨 -를 포함하고;
상기 트랜스임피던스 증폭기는 상기 출력으로부터의 전류를 전압으로 변환하고 상기 전압을 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성되는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 파장계의 파장계 검출기는,
사전 결정된 주파수로, 상기 제1 처리된 광 신호 및 상기 제2 처리된 광 신호를, 양자택일적으로 포토 다이오드로 안내하도록 구성되는 광학 스위치; 및
상기 포토 다이오드로부터 전류를 전압으로 변환하고 유효 간섭계 파장 측정 유닛에 전달하도록 구성되는 트랜스임피던스 증폭기를 포함하는, 방법. - 광섬유 자이로스코프(fiber optic gyroscope)(FOG)와 관련된 스케일 팩터를 안정화시키기 위한 시스템으로서,
상기 FOG의 회전의 함수로서 회전 측정 신호를 생성하도록 구성되는 광학 회전 센서;
상기 광학 회전 센서에 결합된 파장계 - 상기 파장계는,
상호 작용 길이만큼, 상기 광학 회전 센서로부터 광대역 광의 적어도 일부를 안내하여 제1 처리된 광 신호를 생성하는 제1 광 도파관;
세그먼트가 상기 제1 광 도파관에 근접하게 배치되는 제2 광 도파관 - 상기 세그먼트는 상기 상호 작용 길이를 따라 연장되어, 상기 제2 광 도파관이 상기 상호 작용 길이를 따른 에바네센트 결합을 통해 제1 광 도파관으로부터의 상기 광 신호의 일부를 수신하여 제2 처리된 광 신호를 생성함 -;
상기 제1 처리된 광 신호를 수신하고 제1 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제1 광 검출기;
상기 제2 처리된 광 신호를 수신하고 제2 아날로그 신호를 생성하도록 구성되는 제2 광 검출기;
프로세서;
컴퓨터 코드 명령어들을 저장한 메모리 - 상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 코드 명령어들로 하여금, 상기 측정된 광 파장을 생성하기 위해 상기 제1 아날로그 신호 및 상기 제2 아날로그 신호를 조합하게 하도록 상기 프로세서와 동작적으로 결합되고, 상기 조합은 (i) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 합 및 (ii) 상기 제1 아날로그 신호와 상기 제2 아날로그 신호의 차이의 비율임 -; 및
상기 회전 측정 신호, 상기 광대역 광의 유효 간섭계 파장, 교정된 스케일 팩터, 및 교정된 파수(wavenumber)에 기초하여, 보정된 회전 측정 신호를 생성하게 하는 명령어 코드를 실행하도록 구성되는 마이크로프로세서 기반의 컨트롤러를 포함함 - 를 포함하는, 시스템.
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