光ファイバジャイロの偏波安定化方法及びその装置
【課題】共振器内の偏波変動によって正確な回転速度の測定が損なわれるのを抑制する。
【解決手段】Ｒ−ＦＯＧ１に備えた共振器１１は、ファイバレーザＦＬからの光波を時計方向（ＣＷ）と反時計方向（ＣＣＷ）に伝搬させるループ状の導波路としてＰＭＦ１２を有し、このＰＭＦ１２中に偏波軸を90°回転させる偶数個のスプライス箇所１３，１４を設けて構成される。この共振器１１からの出力によって、被測定対象の回転速度を測定する。共振器１１の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段として、信号入力部２１，ＦＰＧＡ２２，及び信号出力部２３を備える。
【解決手段】Ｒ−ＦＯＧ１に備えた共振器１１は、ファイバレーザＦＬからの光波を時計方向（ＣＷ）と反時計方向（ＣＣＷ）に伝搬させるループ状の導波路としてＰＭＦ１２を有し、このＰＭＦ１２中に偏波軸を90°回転させる偶数個のスプライス箇所１３，１４を設けて構成される。この共振器１１からの出力によって、被測定対象の回転速度を測定する。共振器１１の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段として、信号入力部２１，ＦＰＧＡ２２，及び信号出力部２３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転センサである光ファイバジャイロに関するもので、特に光ファイバジャイロの偏波安定性を向上させるための偏波安定化方法及び偏波安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロは、測定対象の回転速度を検出するのに用いられており、基本的な光ファイバジャイロ（ＦＯＧ：fiber optic gyro）は、光源と、光位相変調器と、光結合器と、その光結合器に接続され、光ファイバを環状に囲んでなるコイルと、光検出器とを含んでいる。とりわけ共振型の光ファイバジャイロ（Ｒ−ＦＯＧ：Resonator fiber optic gyro）において、各光波はコイル内を時計方向（ＣＷ）と反時計方向（ＣＣＷ）に伝搬する。位相変調器はそれらの反対に伝搬する各光線の周波数を周波数変調して、ＣＷおよびＣＣＷの各通路の共振周波数を観測できるようにする。このときの各通路の共振周波数は、各光路において光線が連続的に再循環することで強め合う干渉に基づいており、コイルが回転することにより、ＣＷとＣＣＷとの間で異なる光路長を生じさせ、回転速度に比例して共振コイルの各共振周波数にシフトを生じさせるようになっている。さらにこのＲ−ＦＯＧは、時間によって変化するコイル周辺の温度分布が引き起こすシュッペ効果を減少させるような、５〜10ｍ程度の短い光ファイバを備えており、慣性航法装置（ＩＮＳ）の要求（10−７rad/s）を満足することが期待されている。
【０００３】
一般に、Ｒ−ＦＯＧによる回転検出の精度は、ノイズを誘発させる偏波変動によって限定され、共振器中を一周すると元に戻る偏波状態（ＳＯＰｓ）は、固有偏波状態（ＥＳＯＰ：Eigen states of polarization）と呼ばれる。従来の偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization maintaining fiber）によるＲ−ＦＯＧでは、２つのＥＳＯＰが同時に発生する。図１２は、温度を変化させたときの、スキャンした光波の中心周波数に対する信号強度の度合いを示したものであるが、偏波保持ファイバ内の複屈折は温度に敏感であるため、コイル周辺の温度が変動するようなことがあれば、共振曲線において第二のピークあるいは窪みとして生じる不要なＥＳＯＰが、望ましいＥＳＯＰの間でドリフトする。図１２では、温度が変化するのに伴い、一方の望ましいＥＳＯＰ（符号Ｘ１）を横切るようにして、他方の不要なＥＳＯＰ（符号Ｘ２）がドリフトしていることが判る。非特許文献１によれば、そうした偏波変動は、強度と干渉の各タイプで２種類の誤差を生じさせることが知られている。
【０００４】
こうした誤差を減らすために、非特許文献２では、共振器内において偏波軸を90°回転させる一つのスプライス（融着）箇所を設けることが提案されており、その案では２つのＥＳＯＰがお互いに、πずつの位相に、自由スペクトル領域（ＦＳＲ：Free spectral range）の半分に分離して生成される。この方法は、オフ共振（Off-Resonance）の強度を通じて、不要なＥＳＯＰが引き起こす強度タイプの誤差を抑制するのに効果的である。しかし、90°回転させたスプライスが完璧でない場合や、共振器内に偏波依存性の損失がある場合に、２つのＥＳＯＰが互いに直交しなくなると、この方法では干渉タイプの誤差を十分に減らすことができない（非特許文献３を参照）。
【０００５】
別な方法として、偏波軸を90°回転させる双対のスプライスを共振器の内部に適用して、一方のＥＳＯＰと他方のＥＳＯＰとの間の位相がπずつ分離している時、すなわち偏波軸を90°回転させる２つのスプライス点において、その間のファイバセグメントの光路差（Δｌ）が、ＰＭＦの半ビート長（Ｂ／２）になっている時に、単一のＥＳＯＰだけを発生させるものが、非特許文献４や非特許文献５に提案されている。このビート長Ｂは、ＰＭＦの縦偏波と横偏波の伝搬定数の差に起因する値で、縦偏波と横偏波の位相差が２πになり、ＰＭＦ内で入射した状態の直線偏光になるまでの距離である。すなわち、ビート長ＢはＰＭＦ内の複屈折率をΔβとすると、縦偏波と横偏波の位相差が２πとなるような光路差であり以下の式で定義される。
【０００６】
【数１】
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】瀧口、保立（K. Takiguchi and K. Hotate)，偏波保持ファイバ共振器における偏波軸ずれによって生じる光パッシブリング共振方式ジャイロのバイアス（Bias of optical passive ring-resonator gyro caused by the misalignment of the polarization axis in the polarization-maintaining fiber resonator），ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー（J. Lightwave Technol），1992年４月，第10巻，第４号，pp．514-522
【非特許文献２】エル．ケー．ストランドヨルド、 ジー．エイ．サンダース（L. K. Strandjord and G. A. Sanders），偏波回転を行なう共振器を用いた共振方式光ファイバジャイロ（Resonator fiber optic gyro employing a polarization-rotating resonator），SPIE1585会報（Proc. SPIE 1585），1992年２月，pp．163-172
【非特許文献３】ジー．エイ．サンダース、 アール．ビー．スミス、 ジー．エフ．ローゼ（G. A. Sanders, R. B. Smith, and G. F. Rouse），回転感知アプリケーション用の新規な偏波回転ファイバ共振器（Novel polarization-rotating fiber resonator for rotation sensing applications），SPIE1169会報（Proc. SPIE 1169），1989年，pp．373-381
【非特許文献４】保立、日坂（K. Hotate and H. Nissaka），共振方式光ファイバジャイロの偏波変動によって誘発されるバイアスドリフトを減少させる方法の分析（Analysis of a method to reduce polarization fluctuation-induced bias drift in resonator fiber-optic gyros），IEICE マイクロ波テクニカルレポート（IEICE Technical Report of Microwave），2001年６月，第101巻，第137号，pp．13-18
【非特許文献５】王、何、保立（X. Wang, Z. He and K. Hotate），偏波軸を90°回転させる双対のスプライスを有する共振器によって、共振方式光ファイバジャイロ内のドリフトをもたらす偏波変動を低減させる方法（Reduction of polarization-fluctuation induced drift in resonator fiber optic gyro by a resonator with twin 90°polarization-axis rotated splices），オプティカル エクスプレス（Optical express），2010年，第18巻，第２号，pp．1677-1683
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術において、偏波変動を抑制するのに望ましいＥＳＯＰだけを発生させるには、２つのスプライス点間におけるファイバセグメントの光路差Δｌが、ＰＭＦの半ビート長Ｂ／２と等しい（Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ）という条件を満足する必要がある。しかし、共振コイル周辺の温度変動によって、光路差Δｌが最適な状態から逸れる場合があり得る。したがって、バイアス安定性を長期間維持するためには、光路差Δｌの変動を監視し、それによって偏波変動を抑制できる手法が必要とされる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、共振器内の偏波変動によって正確な回転速度の測定が損なわれるのを抑制できる光ファイバジャイロの偏波安定化方法及びその装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上記目的を達成するために、光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう光ファイバジャイロの偏波安定化方法を提案する。
【００１１】
この場合、前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、前記フィードバック制御は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることが望ましい。
【００１２】
また、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なうようにしてもよい。
【００１３】
さらに前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回される。
【００１４】
この場合、前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記調整器の外形を制御するのが望ましい。
【００１５】
さらに本発明では、上記目的を達成するために、光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段を備えた光ファイバジャイロの偏波安定化装置を提案する。
【００１６】
この場合、前記導波路は偏波保持ファイバからなり、前記制御手段は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることが望ましい。
【００１７】
また、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記制御手段は、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なう構成を有するようにしてもよい。
【００１８】
さらに前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回される。
【００１９】
この場合、前記導波路は偏波保持ファイバからなり、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの前記誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記制御手段が前記調整器の外形を制御するように構成するのが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び請求項６に係る発明では、共振器を構成する導波路中に偶数箇所のスプライス点を設けた光ファイバジャイロに対して、フィードバック制御を施すことで、共振器内の偏波変動を抑制することができ、光ファイバジャイロによる正確な回転速度の測定が可能になる。
【００２１】
請求項２及び請求項７に係る発明では、偏波保持ファイバのビート長Ｂに対して、偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌが自動的にＢ／２＋ｎＢなる関係に保たれるので、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させて、共振器内の偏波変動を確実に抑制することが可能になる。
【００２２】
請求項３及び請求項８に係る発明では、ポラライザを通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。
【００２３】
請求項４及び請求項９に係る発明では、共振器を構成する導波路の一方の区分を調整器に巻回する一方で、導波路の他方の区分を固定体に巻回するだけで、共振器内の偏波変動を抑制するように、導波路の一方の区分を変位させることが可能になる。
【００２４】
請求項５及び請求項１０に係る発明では、ポラライザを通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。また、偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢであるときに、ポラライザの誤差信号が減少することから、これを利用して共振器内の偏波変動を抑制するように、調整器の外形を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施例で提案する偏波変動抑制のフィードバック制御部を備えたＲ−ＦＯＧの数学的なモデルを示す説明図である。
【図２】同上、光路差ΔｌをＢ/８ずつ増加させたときのＥＳＯＰの形状をそれぞれ示す図である。
【図３】同上、偏波変動を抑制するフィードバック制御の原理を示す説明図である。
【図４】同上、様々な光路差Δｌに対して、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３で検出される共振出力のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】同上、フォトダイオードＰＤ３で検出される電気信号を用いた復調曲線のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】同上、光源の中心周波数をＣＷ側の共振周波数にロックしたときの光路差Δｌの関数として、復調曲線のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の点線で囲んだ部分を拡大したものである。
【図７】同上、本実施例で提案した方法を具現化する実験組立装置の概略図である。
【図８】同上、ファイバレーザＦＬからの光波中心周波数を鋸波形で走査することにより、ＣＷ側のポート１から観測した共振特性と、それに対応して、ポート２から観測した復調曲線の実験結果を、種々の光路差Δｌについて示したグラフである。
【図９】同上、光路差Δｌに対するロックイン増幅器ＬＩＡ５出力の実験結果を示すグラフである。
【図１０】同上、単一のＥＳＯＰだけ発生され、信号Ｐ４が０の場合において、共振特性の実験結果を示すグラフである。
【図１１】偏波変動制御ループが有る場合と無い場合のバイアスドリフトを比較した実験結果のグラフである。
【図１２】従来のＰＭＦによるＲ−ＦＯＧの偏波変動問題に関し、温度を変化させたときのスキャンした光波中心周波数と強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明で提案する光ファイバジャイロの偏波安定化方法とその装置について、その好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、前述したΔｌ＝Ｂ／２の関係を保つことで、偏波変動を自動的に抑制するフィードバックシステムを提案する。図１は、そうしたシステムに対応する共振型光ファイバジャイロ（Ｒ−ＦＯＧ）１の数学的なモデルを示している。
【００２８】
このモデル図において、Ｒ−ＦＯＧ１は環状の導波路を有する共振器１１を備えており、Ｅｊ，ｉは入力電界、Ｅｊ，ｏは出力電界を示している。また添え字ｊ＝ＣＷは、共振器１１において時計方向（ＣＷ）に回る電界を示し、添え字ｊ=ＣＣＷは反時計方向（ＣＣＷ）に回る電界を示している。共振器１１の入射側には第１のカプラＣ１が取り付けられ、出射側には第２のカプラＣ２が取り付けられる。光結合器として用いられるこれらのカプラＣ１，Ｃ２は、それぞれが強度損失係数ｒｉ，ｊと結合定数Κｉ，ｊとを有する（但し、ｉ＝ｘ，ｙであり、ｊ＝１，２である）。これにより、一方の入力電界ＥＣＷ，ｉは、ポラライザＰ１を通してカプラＣ１に入射され、他方の入力電界ＥＣＣＷ，ｉは、別なポラライザＰ2を通してカプラＣ１に入射され、互いに対向して共振器１１内の導波路を周回伝搬する。そして、カプラＣ２を通して出力電界ＥＣＷ，ｏと出力電界ＥＣＣＷ，ｏが各々出射され、ＣＣＷ側出力は光検出器としてのフォトダイオードＰＤ１に導かれる。
【００２９】
前記共振器１１は、導波路の偏波軸を90°捩って融着させたスプライス箇所１３，１４が２つ設けられる。この導波路には、縦及び横の各偏波軸に沿って光波を伝搬させ、偏波保持特性を有する偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）が用いられ、各々Ｌｕ（ｕ＝１〜４）の長さを有する４つのファイバセグメントが、各偏波軸の間でθｖ（ｖ＝１，２）の角度を有して結合される。したがってスプライス箇所１３では、Ｌ１の長さのファイバセグメントとＬ２の長さのファイバセグメントが、θ１＝90°の角度で結合され、スプライス箇所１４では、Ｌ３の長さのファイバセグメントとＬ４の長さのファイバセグメントが、θ２＝90°の角度で結合される。
【００３０】
さらにここでのＲ−ＦＯＧ１は、カプラＣ２からのＣＷ側出力を、２つの分岐部に分割する第３のカプラＣ３が設けられる。一方の分岐部は第２の受光器であるフォトダイオードＰＤ２に結合され、ＣＷ側の共振周波数に対して光波の中心周波数をロックするのに用いられる。他方の分岐部は、ｙ軸方向の直線偏波のみを透過させるポラライザＰ３に結合され、フィードバックループの誤差信号を生成して、２つのスプライス点間におけるファイバセグメントの光路差Δｌを調整する。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｉ）は、光路差ΔｌをＢ／８ずつ増加させたときのＥＳＯＰの形状（偏波状態）をそれぞれ算出して示したものである。スプライス箇所１３，１４間におけるファイバセグメントの光路差Δｌは、次の式で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
スプライス箇所１３，１４における角度差がθ１＝θ２＝90°で、各カプラＣ１，Ｃ２内部の結合クロストークが存在しない理想状態では、ＰＭＦの偏波軸と一致して、２つのＥＳＯＰが水平及び垂直の直交した実線で示される。一方、前記角度差がθ１＝91°，θ２＝80°で、20ｄＢのクロストークを有する理想よりもずれた状態では、２つのＥＳＯＰは点線と一点鎖線でそれぞれ示されるように、光路差Δｌが０からＢ／２に変化すると、円から直線になり、その後に光路差ΔｌがＢ／２からＢに変化すると、直線から再び円になる。最先端のスプライシング機では、スプライス点における角度の調整ずれを±0.5°以内とすることができるので、各ＥＳＯＰの偏波状態は、Δｌ＝Ｂ／２のときにＰＭＦの偏波軸により近づくことになる。
【００３４】
図３は、本実施例において前記偏波変動を抑制するフィードバック制御の原理を示したものである。図３（ａ）は、Δｌ＝Ｂ／２の理想状態を表わしたもので、ｙ軸に偏波された入力光が共振器１１に入射すると、（偏波軸を90°回転させることによる影響を受けて、）出力光はｘ軸に沿って偏波された望ましいＥＳＯＰだけが選択的に発生し、望ましくないＥＳＯＰに突出する電界は存在しない。したがって、この場合は前記ポラライザＰ３の出力から発生するフィードバックループの誤差信号が最小の０になる。なお、図中Ｘ１は望ましいＥＳＯＰを示し、Ｘ２は望ましくないＥＳＯＰを示している。
【００３５】
図３（ｂ）は、Δｌ＝０という別の極端な例を示しているが、この場合はエネルギーの半分が望ましくないＥＳＯＰに突出して、ポラライザＰ３から大きな誤差信号が出力する。Δｌがそれ以外の値である場合は、誤差信号が上記２つの極端な例の間で出力する。本実施例で提案するフィードバック処理は、前記誤差信号が０、すなわち望ましいＥＳＯＰだけが発生するまで継続する。それにより、単独に発生したＥＳＯＰの状態が常に保証される。
【００３６】
偏波変動を抑制するフィードバックループの効果を示すために、鋸波形状を用いて光波の中心周波数を走査することで、前記フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３から取得した様々な光路差Δｌに対する強度出力を最初に比較する。図４は、その比較結果を示したものであり、点線はフォトダイオードＰＤ２で検出した共振曲線に相当し、実線はフォトダイオードＰＤ３で検出した共振曲線に相当する。また図４（ａ）〜（ｅ）の各グラフは、光路差Δｌが0.1Ｂ，0.35Ｂ，0.5Ｂ，0.7Ｂ，0.89Ｂの場合をそれぞれ示している。同図で明らかなように、共振器１１は（図中、点線の位相０と２πにおける）ＥＳＯＰ１の共振周波数近辺でピーク強度を有すると共に、光路差Δｌが０またはＢに近づくと、フォトダイオードＰＤ３で検出した強度は大きな出力となり、光路差Δｌが0.5Ｂに近づくと、フォトダイオードＰＤ３で検出した強度は小さな出力となる。ここで留意すべきは、図４（ｃ）に示すように、光路差Δｌが0.5ＢのときにフォトダイオードＰＤ３で検出される小さなピークは、偏波軸を回転させるスプライス箇所１３，１４の調整ずれが原因である、ということである。
【００３７】
ところで、ここでは本光ファイバジャイロにより回転を抽出するために、２πを振幅とする段階的な鋸波形での変調であるデジタルセロダイン変調によって、光波信号を位相変調することを前提としている。こうした位相変調の詳細は、「王、何、保立（X. Wang, Z. He and K. Hotate），デジタルフィードバックスキームを備えた共振方式光ファイバジャイロにおけるバイアス安定性の測定実験（Experiment on bias stability measurement of resonator fiber optic gyro with digital feedback scheme），第20回光ファイバセンサ国際会議会報（Proc. 20th International Conference on Optical Fiber Sensors(OFS20)），2009年10月，英国エディンバラ，paper 7503-144」の文献を参照されたい。
【００３８】
共振器１１の後段で（フォトダイオードＰＤ２から）直接的に取得される信号のように、フォトダイオードＰＤ３からの電気信号が、ロックイン増幅器（ＬＩＡ５）によって復調できることも示すために、図５（ａ）〜（ｅ）には、光源の中心周波数を走査することで得た出力が、前記図４における光路差Δｌと同じ条件で表わされている。
【００３９】
さらに、偏波変動抑制フィードバックループの誤差信号として、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号が利用できることを確認するために、その同期検出信号と光路差Δｌとの関係を検査した結果を図６に示す。前述の図５は、ｘ軸が光波の中心周波数を示しており、そのｘ軸が走査されたときの位相での同期検出出力を示している。これに対して図６では、ＣＷ側の共振周波数に光源の中心周波数をロックさせながら、フォトダイオードＰＤ３後段の同期検出出力を提示しており、ここでのＸ軸は光路差Δｌの変動に相当する。図６における別なパラメータは、入力する直線偏波のＰＭＦの偏波軸に対する角度であり、ここでは90.0°，90.1°，90.3°，90.5°，91.0°についてそれぞれ示している。同様に、これは共振器の入射側前段に挿入されるポラライザ（図１に示す符号Ｐ１，Ｐ２）の消光比の影響を予測するのに利用できる。
【００４０】
図６（ａ）は、光路差Δｌを−0.25Ｂから1.25Ｂに変化させたときの同期検出出力を示し、また図６（ｂ）は、特に光路差Δｌが0.4Ｂ〜0.6Ｂの範囲にある場合の出力を拡大して示している（図６（ａ）の点線で囲んだ部分）。これらの各結果に示すように、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号は、光路差Δｌと共に周期的に変化する。さらにその信号の出力は、光路差Δｌが0.4Ｂ〜0.6Ｂの範囲内で、当該光路差Δｌとリニアな関係にあって、これは最も重要なΔｌ＝0.5Ｂの場合を含んでいる。しかも、Δｌ＝0.5Ｂである特別な場合には、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号が小さくなり、入力電界と無関係になる。したがって、光路差Δｌの変動ひいてはＲ−ＦＯＧ１における偏波変動を抑制する誤差信号として、この同期検出信号を利用することが可能になる。
【００４１】
図７は、前記Ｒ−ＦＯＧ１にノイズをもたらす偏波変動を自動的に抑制する偏波安定化装置２を組み込んだシステムのセットアップ構成を示している。
【００４２】
同図において、回転速度の測定器に相当するＲ−ＦＯＧ１は、光源としての分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザＦＬと、光を一方向にだけに伝えて反射光を阻止するアイソレータＩＳＯ１，ＩＳＯ２，ＩＳＯ３と、一乃至複数の入射光を結合または分配する光結合器としてのカプラＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、ｙ軸方向の直線偏波のみを透過させる偏光子としてのポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３と、入射光を位相変調させる位相変調器ＰＭ１，ＰＭ２と、光検出器としてのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３と、前記カプラＣ２，Ｃ３の間に接続される共振器１１を備えて構成される。特に共振器１１は、偏波保持特性を有する偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）１２を用い、これをカプラＣ２，Ｃ３の間に環状に配置して構成される。
【００４３】
なお、前記図１に示すポラライザＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、図７に示すポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３にそれぞれ対応し、図１に示すカプラＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図７に示すカプラＣ２，Ｃ３，Ｃ４にそれぞれ対応する。その他の符号は、図１と図７で共通している。
【００４４】
共振器１１の途中には、ＰＭＦ１２の偏波軸を９０°捩って融着させたスプライス箇所１３，１４が２つ設けられる。このスプライス箇所１３，１４は、２つ以上の偶数個であれば共振器１１として実施が可能である。また共振器１１には、何れも外形が円筒状をなすピエゾ変換素子（ＰＺＴ）１５とコイル１６がそれぞれ設けられ、外部からの信号Ｑ４に応じて直径が変位するＰＺＴ１５に、スプライス箇所１３，１４から出射側のカプラＣ３に至るＰＭＦ１２の半部分が巻回される一方、一定の直径を有する筒体としてのコイル１６に、入射側のカプラＣ２からスプライス箇所１３，１４に至る残りのＰＭＦ12の半部分が巻回される。図示してあるように、信号Ｑ４を印加していない状態でのＰＺＴ１５の直径と、コイル１６の直径は、何れも10ｃｍであるが、この数値はあくまでも一例にすぎない。
【００４５】
ここで、一方のカプラＣ２と一方のスプライス箇所１３との間の長さをＬ１とし、スプライス箇所１３と他方のカプラＣ３との間の長さをＬ２とし、カプラＣ３と他方のスプライス箇所１４との間の長さをＬ３とし、スプライス箇所１４とカプラＣ２との間の長さをＬ４とすると、前記ＰＭＦ１２における一方の半部分の長さ（Ｌ１＋Ｌ４）と、他方の半部分の長さ（Ｌ２＋Ｌ３）との差が、ファイバセグメントの光路差Δｌとなる。
【００４６】
ＰＺＴ１５は、光路差Δｌの調整器として共振器１１に設けられているが、例えば図７に示すＰＺＴ１５に代えてコイルを配設し、共振器１１に２個のコイルを設けて、一方のコイルの下に加熱手段としてのホットプレートを敷いて温度差を作ったり、或いはＰＭＦ１２と共に一方のコイルに発熱体を巻いて、当該発熱体からの熱によりＰＭＦ１２の一方の半部分と他方の半部分の屈折率に差をつけたりして、光路差Δｌを調整しても良い。また、ＰＺＴ１５以外でも力学的にＰＭＦ１２に引張り力を加えられれば、どのような構成のものでも良く、引張り力の加え方は、ＰＭＦ１２の部分に対してでも全体に対してでも良い。
【００４７】
Ｒ−ＦＯＧ１の回転検出原理は、共振器１１が角速度Ωで回転すると、時計方向（ＣＷ）に回る光波と反時計方向（ＣＣＷ）に回る光波の光路長にサニャック効果による光路差が生じ、これによりＣＷ光とＣＣＷ光の共振周波数に差を生じさせることに基づいている。このときの共振周波数差Δνｓは、共振器１１が囲む面積Ｓと角速度Ωに比例し、ファイバレーザＦＬの発振波長λＬに反比例することから、面積Ｓと発振波長λＬが判っていれば、一方の光波の共振点を基準とし、他方の光波の共振点を観測して、前記共振周波数差Δνｓを測定することで、角速度Ωを得ることができる。
【００４８】
上記Ｒ−ＦＯＧ１において、ファイバレーザＦＬ（スペクトル線幅≦10kHz）を出射した光は、アイソレータＩＳＯ１を通過した後、カプラＣ１により50：50の割合で均等に分離される。カプラＣ１からの分岐光は、一方が位相変調器ＰＭ１とポラライザＹ-POL１を順に通り、他方が別な位相変調器ＰＭ２とポラライザＹ-POL２を順に通り、それぞれ光ファイバに導かれてカプラＣ２に入射する。カプラＣ２により共振器１１に入射した光は、ＣＷとＣＣＷでそれぞれループ内を伝搬する。ここでの共振器１１は、偏波軸を90°回転させる双対のスプライス箇所１３，１４を備えているが、ＣＷおよびＣＣＷの両光波は、共振器１１に入射する前に、いわゆるデジタルセロダイン変調方式で変調される。この変調は共振点を検出することを目的として、位相変調器ＰＭ１，ＰＭ２によって行われるが、本実施例のような段階状の鋸波ではなく、例えば滑らかなスロープを有する鋸波によるアナログセロダイン位相変調で各光波の周波数をシフトさせてもよい。また、共振器１１の入射側には、２つのｙ軸に向けられたポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２が配置される。
【００４９】
共振器１１のループ内で定在波となるような光の周波数は共振を生じ、ＣＣＷ光の共振特性は、カプラＣ３からＩＳＯ２を通してフォトダイオードＰＤ１で検出され、ＣＷ光の共振特性は、カプラＣ３からＩＳＯ３とカプラＣ４を順に通してフォトダイオードＰＤ２で検出される。カプラＣ４はカプラＣ３から出射されるＣＷ光を２つのポートに分岐して、一方のポート１をそのままフォトダイオードＰＤ２に導くと共に、他方のポート２をポラライザＹ-POL３に通過させ、そこからｙ軸方向の偏波成分のみを有するＣＷ光を、別なフォトダイオードＰＤ３に導く構成となっている。
【００５０】
一方、偏波安定化装置２は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の各検出出力から、第１〜第５のロックイン増幅器ＬＩＡ１〜ＬＩＡ５を通して必要な信号Ｐ１〜Ｐ５をそれぞれ抽出する信号入力部２１と、この信号入力部２１で得られた各信号Ｐ１〜Ｐ５に基づいて、Ｒ−ＦＯＧ１内における偏波変動を自動的に抑制し得るフィードバック信号などの制御信号Ｑ１〜Ｑ４を生成し出力すると共に、共振器１１の角速度Ωに対応した出力信号Outputを生成し出力するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２２と、前記制御信号Ｑ１〜Ｑ４を、ファイバレーザＦＬや、ファンクションジェネレータＦＧ-１，ＦＧ２や、ＰＺＴ１５を駆動する信号に変換する信号出力部２３と、を備えて構成される。
【００５１】
前記信号入力部２１において、フォトダイオードＰＤ１の検出出力は、第１のロックイン増幅器ＬＩＡ１に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-１で生成される周波数ｆrp，ccwの成分だけが抽出され、第１の信号Ｐ１としてＦＰＧＡ２２に送出される。フォトダイオードＰＤ１の検出出力は、他に第２のロックイン増幅器ＬＩＡ２にも送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-１で生成される周波数Δｆccwの成分だけが抽出され、第２の信号Ｐ２としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５２】
また、フォトダイオードＰＤ２の検出出力は、第３のロックイン増幅器ＬＩＡ３に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数ｆrp，cwの成分だけが抽出され、第５の信号Ｐ５としてＦＰＧＡ２２に送出される。フォトダイオードＰＤ２の検出出力は、他に第４のロックイン増幅器ＬＩＡ４にも送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数Δｆcwの成分だけが抽出され、第３の信号Ｐ３としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５３】
さらに、フォトダイオードＰＤ３の検出出力は、第５のロックイン増幅器ＬＩＡ５に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数ｆrp，cwの成分だけが抽出され、第４の信号Ｐ４としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５４】
ＦＰＧＡ２２は、ユーザが独自の論理回路を書き込むことのできるホームメイドのデジタル処理器で、ロックイン増幅器ＬＩＡ１からの信号Ｐ１は、ＦＰＧＡ２２により計算された制御信号Ｑ１で、これによりファイバレーザＦＬは、ＦＰＧＡ２２からの制御信号Ｑ１に基づく中心周波数のレーザ光を出射する。また、前記ロックイン増幅器ＬＩＡ２からの信号Ｐ２と、ロックイン増幅器ＬＩＡ３からの信号Ｐ３は、それぞれファンクションジェネレータＦＧ-１に出力される制御信号Ｑ２と、ファンクションジェネレータＦＧ-２に出力される制御信号Ｑ３に対応して、デジタルセロダイン変調信号の振幅を制御するための誤差信号として提供される。
【００５５】
これを受けてファンクションジェネレータＦＧ１は、制御信号Ｑ２に基づく振幅を有し、且つその振幅が周波数Δｆccwで段階的に変動し、さらに各鋸波形の段階状スロープの増加を繰り返す区間と減少を繰り返す区間が、周波数ｆrp，ccwで繰り返されるようなデジタルセロダイン変調信号を、位相変調器ＰＭ１に送出すると共に、ファンクションジェネレータＦＧ２は、制御信号Ｑ３に基づく振幅を有し、且つその振幅が周波数Δｆcwで段階的に変動し、さらに各鋸波形の段階状スロープの増加を繰り返す区間と減少を繰り返す区間が、周波数ｆrp，cwで繰り返されるようなデジタルセロダイン変調信号を、位相変調器ＰＭ２に送出する。カプラＣ１で分岐したファイバレーザＦＬからの光は、それぞれのデジタルセロダイン変調信号で位相変調される。
【００５６】
共振器１１のＣＷ側出力から取り出されたｙ軸の偏波成分は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５によって同期検波された信号Ｐ４となり、ファイバセグメントの長さＬ２＋Ｌ３を調整するために、ＰＺＴ１５に印加される電圧（信号Ｑ４）に用いられる。ＦＰＧＡ２２は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの信号Ｐ４を受けて、Δｌ＝Ｂ／２の関係が保たれるよう制御信号Ｑ４を、ＰＺＴ１５に送出する。すなわちここでは、カプラＣ４で分岐したCW側出力光から、ポラライザＹ-POL３によって水平偏波成分を除去したものをフォトダイオードＰＤ３で電気信号に変換し、その電気信号について、ファンクションジェネレータＦＧ２で生成された周波数ｆrp，cwの信号を参照して、ロックイン増幅器ＬＩＡ５で同期検波した制御信号Ｑ４をＰＺＴ１５に与えることで、Ｒ−ＦＯＧ１の偏波変動を自動的に抑制する制御ループ３１が形成される。
【００５７】
また、Ｒ−ＦＯＧ１の出力信号Outputは、ロックイン増幅器ＬＩＡ３によって決まる信号Ｐ５から、前記信号Ｐ１を引くことにより算出される。そしてこの出力信号Outputによって、回転する共振器１１の角速度Ωを得ることができる。
【００５８】
なお、前記光路差ΔｌとＰＭＦ１２のビート長Ｂとの関係は、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ(ｎ：整数)であってもよい。また別な変形例として、図７では共振器１１に対して、ｙ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして入射させ、ｘ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして出射させているが（すなわち、望ましくないＥＳＯＰは入力側がｘ軸成分，出力側がｙ軸成分となる）、ｘ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして入射させ、ｙ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして出射させても良い。その場合、図７に示すポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３に代えて、何れもｘ軸方向の直線偏波のみを透過させるポラライザＸ-POL１，Ｘ-POL２，Ｘ-POL３を適用する。
【００５９】
また、カプラＣ３はスプライス箇所１３，１４の後側（図７に示す共振器１１の右側）にではなく、例えばスプライス箇所１３，１４の前側、すなわち入射側のカプラＣ２とスプライス箇所１３，１４との間に取り付けるなどしてもよい。但し、この場合はスプライス箇所１３，１４で偏波軸を90°回転させる前の部位にカプラＣ３が設けられるため、図７に示すポラライザＹ-POL３をポラライザＸ-POL３とする必要がある。
【００６０】
また、スプライス箇所１３，１４は、周回するＰＭＦ１２に偶数個設けることが可能である。したがって、図７に示すような２個のスプライス箇所１３，１４に限定されない。
【００６１】
図８（ａ）〜（ｄ）は、光波中心周波数を鋸波形で走査することにより、ポート１から観測したＣＷ側共振特性と、それに対応して、ポート２から観測した復調曲線の実験結果を、0.1Ｂ，0.35Ｂ，0.7Ｂ，0.89Ｂの各光路差Δｌについてそれぞれ示している。ここでは、（１）光路差Δｌが０およびＢに近づくと、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力が大きくなる、（２）望ましいＥＳＯＰ１の共振周波数を境として、信号Ｐ４の符号が変わる（光路差Δｌが０に近づくと正、光路差ΔｌがＢに近づくと負）、ということが明確になる。この特性は、フィードバックループを構成して、光路差Δｌを制御する可能性を示すものである。つまり制御ループ３１は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５で同期検波した信号Ｐ４の符号が正負どちらであるかによって、光路差Δｌをどちら側に向けて調整するのかを判断できる。これは、図４に示すフォトダイオードＰＤ３の検出出力に含まれる共振曲線について、光路差Δｌが0.5よりも小さい場合と、光路差Δｌが0.5よりも大きい場合で、２つのピークの高低の順番が異なるのを、ロックイン増幅器ＬＩＡ５が符号の変化として出力できることに起因している（例えばΔｌ＝0.1Ｂの場合、フォトダイオードＰＤ３で検出する共振曲線の２つのピークは、横軸である位相の走査に伴い低→高の順にあらわれるが、Δｌ＝0.89Ｂの場合、そのピークは逆に高→低の順にあらわれる）。
【００６２】
図９は、実験で得た光路差Δｌとロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力との間の線形な関係を示している。ロックイン増幅器ＬＩＡ５の出力は、Δｌ＝Ｂ／２において０になり、光路差Δｌがそれよりも大きい場合と小さい場合で符号が反転する。
【００６３】
図１０は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力が０の場合のＣＷ側共振特性を示している。この時点では、ＣＷ側共振特性に望ましいＥＳＯＰ１だけが発生し、望ましくないＥＳＯＰ２があらわれていないことに注目されたい。
【００６４】
さらに図１１は、偏波変動フィードバックをオンまたはオフにしたときの静止状態（無回転状態）で検出される角速度に相当するバイアスドリフトの比較を示しており、それぞれの標準的な偏差は３×10−４rad/sと１×10−４rad/sである。このバイアスドリフトの低減は、本実施例で提案する偏波変動を抑制する制御ループ３１の有効性を示している。
【００６５】
以上のように本実施例では、レーザ光源であるファイバレーザＦＬからの光波をＣＷとＣＣＷにそれぞれ伝搬させるループ状の導波路として、偏波保持特性を有するＰＭＦ１２を有し、このＰＭＦ１２中に偏波軸を90°回転させるスプライス箇所１３，１４を複数箇所設けた共振器１１を備え、この共振器１１からの出力によって被測定対象の回転速度を測定する光ファイバジャイロとしてのＲ−ＦＯＧ１において、共振器１１の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう方法と、これを実現する偏波安定化装置２としての制御手段（信号入力部２１，ＦＰＧＡ２２，信号出力部２３）を特に提案している。
【００６６】
この場合、共振器１１を構成するＰＭＦ１２中に偶数個のスプライス箇所１３，１４を設けたＲ−ＦＯＧ１に対してフィードバック制御を施すことで、共振器１１内の偏波変動を抑制することができ、Ｒ−ＦＯＧ１による正確な回転速度の測定が可能になる。
【００６７】
また、ここでのフィードバック制御は、二つの前記スプライス箇所１３，１４で区切られたＰＭＦ１２の各区分における長さの差である光路差Δｌと、ＰＭＦ１２のビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させるようにしており、またそのようなフィードバック制御を実現する制御手段を備えている。
【００６８】
この場合、ＰＭＦ１２のビート長Ｂに対して、光路差Δｌが自動的にＢ／２＋ｎＢなる関係に保たれるので、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させて、共振器１１内の偏波変動を確実に抑制することが可能になる。
【００６９】
また図７に示すように、共振器１１の出力から分岐した一方のポートであるポート２に、特定の偏波成分のみを取り出すポラライザＹ-POL３を挿入し、このポラライザＹ-POL３からの誤差信号でフィードバック制御を行なう方法と、そうしたフィードバック制御を実現する制御手段の構成を提案している。
【００７０】
こうすると、ポラライザＹ-POL３を通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器１１内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。
【００７１】
本実施例の共振器１１は、二つのスプライス箇所１３，１４で区切られた導波路としてのＰＭＦ１２の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器であるＰＺＴ１５に巻回される一方で、ＰＭＦ１２の他方の区分が、一定の外形を有する固定体としてのコイル１６に巻回される。
【００７２】
この場合、共振器１１を構成するＰＭＦ１２の一方の区分を、例えばＰＺＴ１５などの調整器に巻回する一方で、ＰＭＦ１２の他方の区分を、例えばコイル１６などの固定体に巻回するだけで、共振器１１内の偏波変動を抑制するように、ＰＭＦ１２の一方の区分を変位させることが可能になる。
【００７３】
またここでは、前記光路差Δｌとビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザＹ-POL３からの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、ＰＺＴ１５の外形を制御する方法と、そうした制御を実現する制御手段の構成を提案している。
【００７４】
これにより、ポラライザＹ-POL３を通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器１１内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる他に、ＰＭＦ１２の光路差Δｌとビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢであるときに、ポラライザＹ-POL３の誤差信号が減少して最小になることから、これを利用して共振器１１内の偏波変動を抑制するように、ＰＺＴ１５の外形を制御することが可能になる。
【００７５】
なお本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、図７に示す例で、ＦＰＧＡ２２以外の各種デジタル処理器を用いても構わない。また、ＰＺＴ１５やコイル１６の外形が円筒形である必要はなく、ＰＺＴ１５で光路差Δｌを変位する一方で、コイル１６のような外形が変形しない固定体で、ＰＭＦ１２の一部の長さを固定できればよい。
【符号の説明】
【００７６】
ＦＬ ファイバレーザ（光源）
Ｐ３，Ｘ-POL３，Ｙ-POL３ ポラライザ
１ Ｒ−ＦＯＧ（光ファイバジャイロ）
２ 偏波安定化装置
１１ 共振器
１２ ＰＭＦ（導波路）
１３，１４ スプライス点（スプライス箇所）
１５ ＰＺＴ（調整器）
１６ コイル（固定体）
２１ 信号入力部（制御手段）
２２ ＦＰＧＡ（制御手段）
２３ 信号出力部（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転センサである光ファイバジャイロに関するもので、特に光ファイバジャイロの偏波安定性を向上させるための偏波安定化方法及び偏波安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロは、測定対象の回転速度を検出するのに用いられており、基本的な光ファイバジャイロ（ＦＯＧ：fiber optic gyro）は、光源と、光位相変調器と、光結合器と、その光結合器に接続され、光ファイバを環状に囲んでなるコイルと、光検出器とを含んでいる。とりわけ共振型の光ファイバジャイロ（Ｒ−ＦＯＧ：Resonator fiber optic gyro）において、各光波はコイル内を時計方向（ＣＷ）と反時計方向（ＣＣＷ）に伝搬する。位相変調器はそれらの反対に伝搬する各光線の周波数を周波数変調して、ＣＷおよびＣＣＷの各通路の共振周波数を観測できるようにする。このときの各通路の共振周波数は、各光路において光線が連続的に再循環することで強め合う干渉に基づいており、コイルが回転することにより、ＣＷとＣＣＷとの間で異なる光路長を生じさせ、回転速度に比例して共振コイルの各共振周波数にシフトを生じさせるようになっている。さらにこのＲ−ＦＯＧは、時間によって変化するコイル周辺の温度分布が引き起こすシュッペ効果を減少させるような、５〜10ｍ程度の短い光ファイバを備えており、慣性航法装置（ＩＮＳ）の要求（10−７rad/s）を満足することが期待されている。
【０００３】
一般に、Ｒ−ＦＯＧによる回転検出の精度は、ノイズを誘発させる偏波変動によって限定され、共振器中を一周すると元に戻る偏波状態（ＳＯＰｓ）は、固有偏波状態（ＥＳＯＰ：Eigen states of polarization）と呼ばれる。従来の偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization maintaining fiber）によるＲ−ＦＯＧでは、２つのＥＳＯＰが同時に発生する。図１２は、温度を変化させたときの、スキャンした光波の中心周波数に対する信号強度の度合いを示したものであるが、偏波保持ファイバ内の複屈折は温度に敏感であるため、コイル周辺の温度が変動するようなことがあれば、共振曲線において第二のピークあるいは窪みとして生じる不要なＥＳＯＰが、望ましいＥＳＯＰの間でドリフトする。図１２では、温度が変化するのに伴い、一方の望ましいＥＳＯＰ（符号Ｘ１）を横切るようにして、他方の不要なＥＳＯＰ（符号Ｘ２）がドリフトしていることが判る。非特許文献１によれば、そうした偏波変動は、強度と干渉の各タイプで２種類の誤差を生じさせることが知られている。
【０００４】
こうした誤差を減らすために、非特許文献２では、共振器内において偏波軸を90°回転させる一つのスプライス（融着）箇所を設けることが提案されており、その案では２つのＥＳＯＰがお互いに、πずつの位相に、自由スペクトル領域（ＦＳＲ：Free spectral range）の半分に分離して生成される。この方法は、オフ共振（Off-Resonance）の強度を通じて、不要なＥＳＯＰが引き起こす強度タイプの誤差を抑制するのに効果的である。しかし、90°回転させたスプライスが完璧でない場合や、共振器内に偏波依存性の損失がある場合に、２つのＥＳＯＰが互いに直交しなくなると、この方法では干渉タイプの誤差を十分に減らすことができない（非特許文献３を参照）。
【０００５】
別な方法として、偏波軸を90°回転させる双対のスプライスを共振器の内部に適用して、一方のＥＳＯＰと他方のＥＳＯＰとの間の位相がπずつ分離している時、すなわち偏波軸を90°回転させる２つのスプライス点において、その間のファイバセグメントの光路差（Δｌ）が、ＰＭＦの半ビート長（Ｂ／２）になっている時に、単一のＥＳＯＰだけを発生させるものが、非特許文献４や非特許文献５に提案されている。このビート長Ｂは、ＰＭＦの縦偏波と横偏波の伝搬定数の差に起因する値で、縦偏波と横偏波の位相差が２πになり、ＰＭＦ内で入射した状態の直線偏光になるまでの距離である。すなわち、ビート長ＢはＰＭＦ内の複屈折率をΔβとすると、縦偏波と横偏波の位相差が２πとなるような光路差であり以下の式で定義される。
【０００６】
【数１】
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】瀧口、保立（K. Takiguchi and K. Hotate)，偏波保持ファイバ共振器における偏波軸ずれによって生じる光パッシブリング共振方式ジャイロのバイアス（Bias of optical passive ring-resonator gyro caused by the misalignment of the polarization axis in the polarization-maintaining fiber resonator），ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー（J. Lightwave Technol），1992年４月，第10巻，第４号，pp．514-522
【非特許文献２】エル．ケー．ストランドヨルド、 ジー．エイ．サンダース（L. K. Strandjord and G. A. Sanders），偏波回転を行なう共振器を用いた共振方式光ファイバジャイロ（Resonator fiber optic gyro employing a polarization-rotating resonator），SPIE1585会報（Proc. SPIE 1585），1992年２月，pp．163-172
【非特許文献３】ジー．エイ．サンダース、 アール．ビー．スミス、 ジー．エフ．ローゼ（G. A. Sanders, R. B. Smith, and G. F. Rouse），回転感知アプリケーション用の新規な偏波回転ファイバ共振器（Novel polarization-rotating fiber resonator for rotation sensing applications），SPIE1169会報（Proc. SPIE 1169），1989年，pp．373-381
【非特許文献４】保立、日坂（K. Hotate and H. Nissaka），共振方式光ファイバジャイロの偏波変動によって誘発されるバイアスドリフトを減少させる方法の分析（Analysis of a method to reduce polarization fluctuation-induced bias drift in resonator fiber-optic gyros），IEICE マイクロ波テクニカルレポート（IEICE Technical Report of Microwave），2001年６月，第101巻，第137号，pp．13-18
【非特許文献５】王、何、保立（X. Wang, Z. He and K. Hotate），偏波軸を90°回転させる双対のスプライスを有する共振器によって、共振方式光ファイバジャイロ内のドリフトをもたらす偏波変動を低減させる方法（Reduction of polarization-fluctuation induced drift in resonator fiber optic gyro by a resonator with twin 90°polarization-axis rotated splices），オプティカル エクスプレス（Optical express），2010年，第18巻，第２号，pp．1677-1683
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術において、偏波変動を抑制するのに望ましいＥＳＯＰだけを発生させるには、２つのスプライス点間におけるファイバセグメントの光路差Δｌが、ＰＭＦの半ビート長Ｂ／２と等しい（Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ）という条件を満足する必要がある。しかし、共振コイル周辺の温度変動によって、光路差Δｌが最適な状態から逸れる場合があり得る。したがって、バイアス安定性を長期間維持するためには、光路差Δｌの変動を監視し、それによって偏波変動を抑制できる手法が必要とされる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、共振器内の偏波変動によって正確な回転速度の測定が損なわれるのを抑制できる光ファイバジャイロの偏波安定化方法及びその装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上記目的を達成するために、光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう光ファイバジャイロの偏波安定化方法を提案する。
【００１１】
この場合、前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、前記フィードバック制御は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることが望ましい。
【００１２】
また、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なうようにしてもよい。
【００１３】
さらに前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回される。
【００１４】
この場合、前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記調整器の外形を制御するのが望ましい。
【００１５】
さらに本発明では、上記目的を達成するために、光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段を備えた光ファイバジャイロの偏波安定化装置を提案する。
【００１６】
この場合、前記導波路は偏波保持ファイバからなり、前記制御手段は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることが望ましい。
【００１７】
また、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記制御手段は、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なう構成を有するようにしてもよい。
【００１８】
さらに前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回される。
【００１９】
この場合、前記導波路は偏波保持ファイバからなり、前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの前記誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記制御手段が前記調整器の外形を制御するように構成するのが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１及び請求項６に係る発明では、共振器を構成する導波路中に偶数箇所のスプライス点を設けた光ファイバジャイロに対して、フィードバック制御を施すことで、共振器内の偏波変動を抑制することができ、光ファイバジャイロによる正確な回転速度の測定が可能になる。
【００２１】
請求項２及び請求項７に係る発明では、偏波保持ファイバのビート長Ｂに対して、偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌが自動的にＢ／２＋ｎＢなる関係に保たれるので、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させて、共振器内の偏波変動を確実に抑制することが可能になる。
【００２２】
請求項３及び請求項８に係る発明では、ポラライザを通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。
【００２３】
請求項４及び請求項９に係る発明では、共振器を構成する導波路の一方の区分を調整器に巻回する一方で、導波路の他方の区分を固定体に巻回するだけで、共振器内の偏波変動を抑制するように、導波路の一方の区分を変位させることが可能になる。
【００２４】
請求項５及び請求項１０に係る発明では、ポラライザを通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。また、偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢであるときに、ポラライザの誤差信号が減少することから、これを利用して共振器内の偏波変動を抑制するように、調整器の外形を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施例で提案する偏波変動抑制のフィードバック制御部を備えたＲ−ＦＯＧの数学的なモデルを示す説明図である。
【図２】同上、光路差ΔｌをＢ/８ずつ増加させたときのＥＳＯＰの形状をそれぞれ示す図である。
【図３】同上、偏波変動を抑制するフィードバック制御の原理を示す説明図である。
【図４】同上、様々な光路差Δｌに対して、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３で検出される共振出力のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】同上、フォトダイオードＰＤ３で検出される電気信号を用いた復調曲線のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】同上、光源の中心周波数をＣＷ側の共振周波数にロックしたときの光路差Δｌの関数として、復調曲線のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の点線で囲んだ部分を拡大したものである。
【図７】同上、本実施例で提案した方法を具現化する実験組立装置の概略図である。
【図８】同上、ファイバレーザＦＬからの光波中心周波数を鋸波形で走査することにより、ＣＷ側のポート１から観測した共振特性と、それに対応して、ポート２から観測した復調曲線の実験結果を、種々の光路差Δｌについて示したグラフである。
【図９】同上、光路差Δｌに対するロックイン増幅器ＬＩＡ５出力の実験結果を示すグラフである。
【図１０】同上、単一のＥＳＯＰだけ発生され、信号Ｐ４が０の場合において、共振特性の実験結果を示すグラフである。
【図１１】偏波変動制御ループが有る場合と無い場合のバイアスドリフトを比較した実験結果のグラフである。
【図１２】従来のＰＭＦによるＲ−ＦＯＧの偏波変動問題に関し、温度を変化させたときのスキャンした光波中心周波数と強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明で提案する光ファイバジャイロの偏波安定化方法とその装置について、その好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、前述したΔｌ＝Ｂ／２の関係を保つことで、偏波変動を自動的に抑制するフィードバックシステムを提案する。図１は、そうしたシステムに対応する共振型光ファイバジャイロ（Ｒ−ＦＯＧ）１の数学的なモデルを示している。
【００２８】
このモデル図において、Ｒ−ＦＯＧ１は環状の導波路を有する共振器１１を備えており、Ｅｊ，ｉは入力電界、Ｅｊ，ｏは出力電界を示している。また添え字ｊ＝ＣＷは、共振器１１において時計方向（ＣＷ）に回る電界を示し、添え字ｊ=ＣＣＷは反時計方向（ＣＣＷ）に回る電界を示している。共振器１１の入射側には第１のカプラＣ１が取り付けられ、出射側には第２のカプラＣ２が取り付けられる。光結合器として用いられるこれらのカプラＣ１，Ｃ２は、それぞれが強度損失係数ｒｉ，ｊと結合定数Κｉ，ｊとを有する（但し、ｉ＝ｘ，ｙであり、ｊ＝１，２である）。これにより、一方の入力電界ＥＣＷ，ｉは、ポラライザＰ１を通してカプラＣ１に入射され、他方の入力電界ＥＣＣＷ，ｉは、別なポラライザＰ2を通してカプラＣ１に入射され、互いに対向して共振器１１内の導波路を周回伝搬する。そして、カプラＣ２を通して出力電界ＥＣＷ，ｏと出力電界ＥＣＣＷ，ｏが各々出射され、ＣＣＷ側出力は光検出器としてのフォトダイオードＰＤ１に導かれる。
【００２９】
前記共振器１１は、導波路の偏波軸を90°捩って融着させたスプライス箇所１３，１４が２つ設けられる。この導波路には、縦及び横の各偏波軸に沿って光波を伝搬させ、偏波保持特性を有する偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）が用いられ、各々Ｌｕ（ｕ＝１〜４）の長さを有する４つのファイバセグメントが、各偏波軸の間でθｖ（ｖ＝１，２）の角度を有して結合される。したがってスプライス箇所１３では、Ｌ１の長さのファイバセグメントとＬ２の長さのファイバセグメントが、θ１＝90°の角度で結合され、スプライス箇所１４では、Ｌ３の長さのファイバセグメントとＬ４の長さのファイバセグメントが、θ２＝90°の角度で結合される。
【００３０】
さらにここでのＲ−ＦＯＧ１は、カプラＣ２からのＣＷ側出力を、２つの分岐部に分割する第３のカプラＣ３が設けられる。一方の分岐部は第２の受光器であるフォトダイオードＰＤ２に結合され、ＣＷ側の共振周波数に対して光波の中心周波数をロックするのに用いられる。他方の分岐部は、ｙ軸方向の直線偏波のみを透過させるポラライザＰ３に結合され、フィードバックループの誤差信号を生成して、２つのスプライス点間におけるファイバセグメントの光路差Δｌを調整する。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｉ）は、光路差ΔｌをＢ／８ずつ増加させたときのＥＳＯＰの形状（偏波状態）をそれぞれ算出して示したものである。スプライス箇所１３，１４間におけるファイバセグメントの光路差Δｌは、次の式で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
スプライス箇所１３，１４における角度差がθ１＝θ２＝90°で、各カプラＣ１，Ｃ２内部の結合クロストークが存在しない理想状態では、ＰＭＦの偏波軸と一致して、２つのＥＳＯＰが水平及び垂直の直交した実線で示される。一方、前記角度差がθ１＝91°，θ２＝80°で、20ｄＢのクロストークを有する理想よりもずれた状態では、２つのＥＳＯＰは点線と一点鎖線でそれぞれ示されるように、光路差Δｌが０からＢ／２に変化すると、円から直線になり、その後に光路差ΔｌがＢ／２からＢに変化すると、直線から再び円になる。最先端のスプライシング機では、スプライス点における角度の調整ずれを±0.5°以内とすることができるので、各ＥＳＯＰの偏波状態は、Δｌ＝Ｂ／２のときにＰＭＦの偏波軸により近づくことになる。
【００３４】
図３は、本実施例において前記偏波変動を抑制するフィードバック制御の原理を示したものである。図３（ａ）は、Δｌ＝Ｂ／２の理想状態を表わしたもので、ｙ軸に偏波された入力光が共振器１１に入射すると、（偏波軸を90°回転させることによる影響を受けて、）出力光はｘ軸に沿って偏波された望ましいＥＳＯＰだけが選択的に発生し、望ましくないＥＳＯＰに突出する電界は存在しない。したがって、この場合は前記ポラライザＰ３の出力から発生するフィードバックループの誤差信号が最小の０になる。なお、図中Ｘ１は望ましいＥＳＯＰを示し、Ｘ２は望ましくないＥＳＯＰを示している。
【００３５】
図３（ｂ）は、Δｌ＝０という別の極端な例を示しているが、この場合はエネルギーの半分が望ましくないＥＳＯＰに突出して、ポラライザＰ３から大きな誤差信号が出力する。Δｌがそれ以外の値である場合は、誤差信号が上記２つの極端な例の間で出力する。本実施例で提案するフィードバック処理は、前記誤差信号が０、すなわち望ましいＥＳＯＰだけが発生するまで継続する。それにより、単独に発生したＥＳＯＰの状態が常に保証される。
【００３６】
偏波変動を抑制するフィードバックループの効果を示すために、鋸波形状を用いて光波の中心周波数を走査することで、前記フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３から取得した様々な光路差Δｌに対する強度出力を最初に比較する。図４は、その比較結果を示したものであり、点線はフォトダイオードＰＤ２で検出した共振曲線に相当し、実線はフォトダイオードＰＤ３で検出した共振曲線に相当する。また図４（ａ）〜（ｅ）の各グラフは、光路差Δｌが0.1Ｂ，0.35Ｂ，0.5Ｂ，0.7Ｂ，0.89Ｂの場合をそれぞれ示している。同図で明らかなように、共振器１１は（図中、点線の位相０と２πにおける）ＥＳＯＰ１の共振周波数近辺でピーク強度を有すると共に、光路差Δｌが０またはＢに近づくと、フォトダイオードＰＤ３で検出した強度は大きな出力となり、光路差Δｌが0.5Ｂに近づくと、フォトダイオードＰＤ３で検出した強度は小さな出力となる。ここで留意すべきは、図４（ｃ）に示すように、光路差Δｌが0.5ＢのときにフォトダイオードＰＤ３で検出される小さなピークは、偏波軸を回転させるスプライス箇所１３，１４の調整ずれが原因である、ということである。
【００３７】
ところで、ここでは本光ファイバジャイロにより回転を抽出するために、２πを振幅とする段階的な鋸波形での変調であるデジタルセロダイン変調によって、光波信号を位相変調することを前提としている。こうした位相変調の詳細は、「王、何、保立（X. Wang, Z. He and K. Hotate），デジタルフィードバックスキームを備えた共振方式光ファイバジャイロにおけるバイアス安定性の測定実験（Experiment on bias stability measurement of resonator fiber optic gyro with digital feedback scheme），第20回光ファイバセンサ国際会議会報（Proc. 20th International Conference on Optical Fiber Sensors(OFS20)），2009年10月，英国エディンバラ，paper 7503-144」の文献を参照されたい。
【００３８】
共振器１１の後段で（フォトダイオードＰＤ２から）直接的に取得される信号のように、フォトダイオードＰＤ３からの電気信号が、ロックイン増幅器（ＬＩＡ５）によって復調できることも示すために、図５（ａ）〜（ｅ）には、光源の中心周波数を走査することで得た出力が、前記図４における光路差Δｌと同じ条件で表わされている。
【００３９】
さらに、偏波変動抑制フィードバックループの誤差信号として、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号が利用できることを確認するために、その同期検出信号と光路差Δｌとの関係を検査した結果を図６に示す。前述の図５は、ｘ軸が光波の中心周波数を示しており、そのｘ軸が走査されたときの位相での同期検出出力を示している。これに対して図６では、ＣＷ側の共振周波数に光源の中心周波数をロックさせながら、フォトダイオードＰＤ３後段の同期検出出力を提示しており、ここでのＸ軸は光路差Δｌの変動に相当する。図６における別なパラメータは、入力する直線偏波のＰＭＦの偏波軸に対する角度であり、ここでは90.0°，90.1°，90.3°，90.5°，91.0°についてそれぞれ示している。同様に、これは共振器の入射側前段に挿入されるポラライザ（図１に示す符号Ｐ１，Ｐ２）の消光比の影響を予測するのに利用できる。
【００４０】
図６（ａ）は、光路差Δｌを−0.25Ｂから1.25Ｂに変化させたときの同期検出出力を示し、また図６（ｂ）は、特に光路差Δｌが0.4Ｂ〜0.6Ｂの範囲にある場合の出力を拡大して示している（図６（ａ）の点線で囲んだ部分）。これらの各結果に示すように、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号は、光路差Δｌと共に周期的に変化する。さらにその信号の出力は、光路差Δｌが0.4Ｂ〜0.6Ｂの範囲内で、当該光路差Δｌとリニアな関係にあって、これは最も重要なΔｌ＝0.5Ｂの場合を含んでいる。しかも、Δｌ＝0.5Ｂである特別な場合には、フォトダイオードＰＤ３からの同期検出信号が小さくなり、入力電界と無関係になる。したがって、光路差Δｌの変動ひいてはＲ−ＦＯＧ１における偏波変動を抑制する誤差信号として、この同期検出信号を利用することが可能になる。
【００４１】
図７は、前記Ｒ−ＦＯＧ１にノイズをもたらす偏波変動を自動的に抑制する偏波安定化装置２を組み込んだシステムのセットアップ構成を示している。
【００４２】
同図において、回転速度の測定器に相当するＲ−ＦＯＧ１は、光源としての分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザＦＬと、光を一方向にだけに伝えて反射光を阻止するアイソレータＩＳＯ１，ＩＳＯ２，ＩＳＯ３と、一乃至複数の入射光を結合または分配する光結合器としてのカプラＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、ｙ軸方向の直線偏波のみを透過させる偏光子としてのポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３と、入射光を位相変調させる位相変調器ＰＭ１，ＰＭ２と、光検出器としてのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３と、前記カプラＣ２，Ｃ３の間に接続される共振器１１を備えて構成される。特に共振器１１は、偏波保持特性を有する偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）１２を用い、これをカプラＣ２，Ｃ３の間に環状に配置して構成される。
【００４３】
なお、前記図１に示すポラライザＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、図７に示すポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３にそれぞれ対応し、図１に示すカプラＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図７に示すカプラＣ２，Ｃ３，Ｃ４にそれぞれ対応する。その他の符号は、図１と図７で共通している。
【００４４】
共振器１１の途中には、ＰＭＦ１２の偏波軸を９０°捩って融着させたスプライス箇所１３，１４が２つ設けられる。このスプライス箇所１３，１４は、２つ以上の偶数個であれば共振器１１として実施が可能である。また共振器１１には、何れも外形が円筒状をなすピエゾ変換素子（ＰＺＴ）１５とコイル１６がそれぞれ設けられ、外部からの信号Ｑ４に応じて直径が変位するＰＺＴ１５に、スプライス箇所１３，１４から出射側のカプラＣ３に至るＰＭＦ１２の半部分が巻回される一方、一定の直径を有する筒体としてのコイル１６に、入射側のカプラＣ２からスプライス箇所１３，１４に至る残りのＰＭＦ12の半部分が巻回される。図示してあるように、信号Ｑ４を印加していない状態でのＰＺＴ１５の直径と、コイル１６の直径は、何れも10ｃｍであるが、この数値はあくまでも一例にすぎない。
【００４５】
ここで、一方のカプラＣ２と一方のスプライス箇所１３との間の長さをＬ１とし、スプライス箇所１３と他方のカプラＣ３との間の長さをＬ２とし、カプラＣ３と他方のスプライス箇所１４との間の長さをＬ３とし、スプライス箇所１４とカプラＣ２との間の長さをＬ４とすると、前記ＰＭＦ１２における一方の半部分の長さ（Ｌ１＋Ｌ４）と、他方の半部分の長さ（Ｌ２＋Ｌ３）との差が、ファイバセグメントの光路差Δｌとなる。
【００４６】
ＰＺＴ１５は、光路差Δｌの調整器として共振器１１に設けられているが、例えば図７に示すＰＺＴ１５に代えてコイルを配設し、共振器１１に２個のコイルを設けて、一方のコイルの下に加熱手段としてのホットプレートを敷いて温度差を作ったり、或いはＰＭＦ１２と共に一方のコイルに発熱体を巻いて、当該発熱体からの熱によりＰＭＦ１２の一方の半部分と他方の半部分の屈折率に差をつけたりして、光路差Δｌを調整しても良い。また、ＰＺＴ１５以外でも力学的にＰＭＦ１２に引張り力を加えられれば、どのような構成のものでも良く、引張り力の加え方は、ＰＭＦ１２の部分に対してでも全体に対してでも良い。
【００４７】
Ｒ−ＦＯＧ１の回転検出原理は、共振器１１が角速度Ωで回転すると、時計方向（ＣＷ）に回る光波と反時計方向（ＣＣＷ）に回る光波の光路長にサニャック効果による光路差が生じ、これによりＣＷ光とＣＣＷ光の共振周波数に差を生じさせることに基づいている。このときの共振周波数差Δνｓは、共振器１１が囲む面積Ｓと角速度Ωに比例し、ファイバレーザＦＬの発振波長λＬに反比例することから、面積Ｓと発振波長λＬが判っていれば、一方の光波の共振点を基準とし、他方の光波の共振点を観測して、前記共振周波数差Δνｓを測定することで、角速度Ωを得ることができる。
【００４８】
上記Ｒ−ＦＯＧ１において、ファイバレーザＦＬ（スペクトル線幅≦10kHz）を出射した光は、アイソレータＩＳＯ１を通過した後、カプラＣ１により50：50の割合で均等に分離される。カプラＣ１からの分岐光は、一方が位相変調器ＰＭ１とポラライザＹ-POL１を順に通り、他方が別な位相変調器ＰＭ２とポラライザＹ-POL２を順に通り、それぞれ光ファイバに導かれてカプラＣ２に入射する。カプラＣ２により共振器１１に入射した光は、ＣＷとＣＣＷでそれぞれループ内を伝搬する。ここでの共振器１１は、偏波軸を90°回転させる双対のスプライス箇所１３，１４を備えているが、ＣＷおよびＣＣＷの両光波は、共振器１１に入射する前に、いわゆるデジタルセロダイン変調方式で変調される。この変調は共振点を検出することを目的として、位相変調器ＰＭ１，ＰＭ２によって行われるが、本実施例のような段階状の鋸波ではなく、例えば滑らかなスロープを有する鋸波によるアナログセロダイン位相変調で各光波の周波数をシフトさせてもよい。また、共振器１１の入射側には、２つのｙ軸に向けられたポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２が配置される。
【００４９】
共振器１１のループ内で定在波となるような光の周波数は共振を生じ、ＣＣＷ光の共振特性は、カプラＣ３からＩＳＯ２を通してフォトダイオードＰＤ１で検出され、ＣＷ光の共振特性は、カプラＣ３からＩＳＯ３とカプラＣ４を順に通してフォトダイオードＰＤ２で検出される。カプラＣ４はカプラＣ３から出射されるＣＷ光を２つのポートに分岐して、一方のポート１をそのままフォトダイオードＰＤ２に導くと共に、他方のポート２をポラライザＹ-POL３に通過させ、そこからｙ軸方向の偏波成分のみを有するＣＷ光を、別なフォトダイオードＰＤ３に導く構成となっている。
【００５０】
一方、偏波安定化装置２は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の各検出出力から、第１〜第５のロックイン増幅器ＬＩＡ１〜ＬＩＡ５を通して必要な信号Ｐ１〜Ｐ５をそれぞれ抽出する信号入力部２１と、この信号入力部２１で得られた各信号Ｐ１〜Ｐ５に基づいて、Ｒ−ＦＯＧ１内における偏波変動を自動的に抑制し得るフィードバック信号などの制御信号Ｑ１〜Ｑ４を生成し出力すると共に、共振器１１の角速度Ωに対応した出力信号Outputを生成し出力するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２２と、前記制御信号Ｑ１〜Ｑ４を、ファイバレーザＦＬや、ファンクションジェネレータＦＧ-１，ＦＧ２や、ＰＺＴ１５を駆動する信号に変換する信号出力部２３と、を備えて構成される。
【００５１】
前記信号入力部２１において、フォトダイオードＰＤ１の検出出力は、第１のロックイン増幅器ＬＩＡ１に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-１で生成される周波数ｆrp，ccwの成分だけが抽出され、第１の信号Ｐ１としてＦＰＧＡ２２に送出される。フォトダイオードＰＤ１の検出出力は、他に第２のロックイン増幅器ＬＩＡ２にも送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-１で生成される周波数Δｆccwの成分だけが抽出され、第２の信号Ｐ２としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５２】
また、フォトダイオードＰＤ２の検出出力は、第３のロックイン増幅器ＬＩＡ３に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数ｆrp，cwの成分だけが抽出され、第５の信号Ｐ５としてＦＰＧＡ２２に送出される。フォトダイオードＰＤ２の検出出力は、他に第４のロックイン増幅器ＬＩＡ４にも送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数Δｆcwの成分だけが抽出され、第３の信号Ｐ３としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５３】
さらに、フォトダイオードＰＤ３の検出出力は、第５のロックイン増幅器ＬＩＡ５に送出され、ここでファンクションジェネレータＦＧ-２で生成される周波数ｆrp，cwの成分だけが抽出され、第４の信号Ｐ４としてＦＰＧＡ２２に送出される。
【００５４】
ＦＰＧＡ２２は、ユーザが独自の論理回路を書き込むことのできるホームメイドのデジタル処理器で、ロックイン増幅器ＬＩＡ１からの信号Ｐ１は、ＦＰＧＡ２２により計算された制御信号Ｑ１で、これによりファイバレーザＦＬは、ＦＰＧＡ２２からの制御信号Ｑ１に基づく中心周波数のレーザ光を出射する。また、前記ロックイン増幅器ＬＩＡ２からの信号Ｐ２と、ロックイン増幅器ＬＩＡ３からの信号Ｐ３は、それぞれファンクションジェネレータＦＧ-１に出力される制御信号Ｑ２と、ファンクションジェネレータＦＧ-２に出力される制御信号Ｑ３に対応して、デジタルセロダイン変調信号の振幅を制御するための誤差信号として提供される。
【００５５】
これを受けてファンクションジェネレータＦＧ１は、制御信号Ｑ２に基づく振幅を有し、且つその振幅が周波数Δｆccwで段階的に変動し、さらに各鋸波形の段階状スロープの増加を繰り返す区間と減少を繰り返す区間が、周波数ｆrp，ccwで繰り返されるようなデジタルセロダイン変調信号を、位相変調器ＰＭ１に送出すると共に、ファンクションジェネレータＦＧ２は、制御信号Ｑ３に基づく振幅を有し、且つその振幅が周波数Δｆcwで段階的に変動し、さらに各鋸波形の段階状スロープの増加を繰り返す区間と減少を繰り返す区間が、周波数ｆrp，cwで繰り返されるようなデジタルセロダイン変調信号を、位相変調器ＰＭ２に送出する。カプラＣ１で分岐したファイバレーザＦＬからの光は、それぞれのデジタルセロダイン変調信号で位相変調される。
【００５６】
共振器１１のＣＷ側出力から取り出されたｙ軸の偏波成分は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５によって同期検波された信号Ｐ４となり、ファイバセグメントの長さＬ２＋Ｌ３を調整するために、ＰＺＴ１５に印加される電圧（信号Ｑ４）に用いられる。ＦＰＧＡ２２は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの信号Ｐ４を受けて、Δｌ＝Ｂ／２の関係が保たれるよう制御信号Ｑ４を、ＰＺＴ１５に送出する。すなわちここでは、カプラＣ４で分岐したCW側出力光から、ポラライザＹ-POL３によって水平偏波成分を除去したものをフォトダイオードＰＤ３で電気信号に変換し、その電気信号について、ファンクションジェネレータＦＧ２で生成された周波数ｆrp，cwの信号を参照して、ロックイン増幅器ＬＩＡ５で同期検波した制御信号Ｑ４をＰＺＴ１５に与えることで、Ｒ−ＦＯＧ１の偏波変動を自動的に抑制する制御ループ３１が形成される。
【００５７】
また、Ｒ−ＦＯＧ１の出力信号Outputは、ロックイン増幅器ＬＩＡ３によって決まる信号Ｐ５から、前記信号Ｐ１を引くことにより算出される。そしてこの出力信号Outputによって、回転する共振器１１の角速度Ωを得ることができる。
【００５８】
なお、前記光路差ΔｌとＰＭＦ１２のビート長Ｂとの関係は、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ(ｎ：整数)であってもよい。また別な変形例として、図７では共振器１１に対して、ｙ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして入射させ、ｘ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして出射させているが（すなわち、望ましくないＥＳＯＰは入力側がｘ軸成分，出力側がｙ軸成分となる）、ｘ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして入射させ、ｙ軸成分を望ましいＥＳＯＰとして出射させても良い。その場合、図７に示すポラライザＹ-POL１，Ｙ-POL２，Ｙ-POL３に代えて、何れもｘ軸方向の直線偏波のみを透過させるポラライザＸ-POL１，Ｘ-POL２，Ｘ-POL３を適用する。
【００５９】
また、カプラＣ３はスプライス箇所１３，１４の後側（図７に示す共振器１１の右側）にではなく、例えばスプライス箇所１３，１４の前側、すなわち入射側のカプラＣ２とスプライス箇所１３，１４との間に取り付けるなどしてもよい。但し、この場合はスプライス箇所１３，１４で偏波軸を90°回転させる前の部位にカプラＣ３が設けられるため、図７に示すポラライザＹ-POL３をポラライザＸ-POL３とする必要がある。
【００６０】
また、スプライス箇所１３，１４は、周回するＰＭＦ１２に偶数個設けることが可能である。したがって、図７に示すような２個のスプライス箇所１３，１４に限定されない。
【００６１】
図８（ａ）〜（ｄ）は、光波中心周波数を鋸波形で走査することにより、ポート１から観測したＣＷ側共振特性と、それに対応して、ポート２から観測した復調曲線の実験結果を、0.1Ｂ，0.35Ｂ，0.7Ｂ，0.89Ｂの各光路差Δｌについてそれぞれ示している。ここでは、（１）光路差Δｌが０およびＢに近づくと、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力が大きくなる、（２）望ましいＥＳＯＰ１の共振周波数を境として、信号Ｐ４の符号が変わる（光路差Δｌが０に近づくと正、光路差ΔｌがＢに近づくと負）、ということが明確になる。この特性は、フィードバックループを構成して、光路差Δｌを制御する可能性を示すものである。つまり制御ループ３１は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５で同期検波した信号Ｐ４の符号が正負どちらであるかによって、光路差Δｌをどちら側に向けて調整するのかを判断できる。これは、図４に示すフォトダイオードＰＤ３の検出出力に含まれる共振曲線について、光路差Δｌが0.5よりも小さい場合と、光路差Δｌが0.5よりも大きい場合で、２つのピークの高低の順番が異なるのを、ロックイン増幅器ＬＩＡ５が符号の変化として出力できることに起因している（例えばΔｌ＝0.1Ｂの場合、フォトダイオードＰＤ３で検出する共振曲線の２つのピークは、横軸である位相の走査に伴い低→高の順にあらわれるが、Δｌ＝0.89Ｂの場合、そのピークは逆に高→低の順にあらわれる）。
【００６２】
図９は、実験で得た光路差Δｌとロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力との間の線形な関係を示している。ロックイン増幅器ＬＩＡ５の出力は、Δｌ＝Ｂ／２において０になり、光路差Δｌがそれよりも大きい場合と小さい場合で符号が反転する。
【００６３】
図１０は、ロックイン増幅器ＬＩＡ５からの出力が０の場合のＣＷ側共振特性を示している。この時点では、ＣＷ側共振特性に望ましいＥＳＯＰ１だけが発生し、望ましくないＥＳＯＰ２があらわれていないことに注目されたい。
【００６４】
さらに図１１は、偏波変動フィードバックをオンまたはオフにしたときの静止状態（無回転状態）で検出される角速度に相当するバイアスドリフトの比較を示しており、それぞれの標準的な偏差は３×10−４rad/sと１×10−４rad/sである。このバイアスドリフトの低減は、本実施例で提案する偏波変動を抑制する制御ループ３１の有効性を示している。
【００６５】
以上のように本実施例では、レーザ光源であるファイバレーザＦＬからの光波をＣＷとＣＣＷにそれぞれ伝搬させるループ状の導波路として、偏波保持特性を有するＰＭＦ１２を有し、このＰＭＦ１２中に偏波軸を90°回転させるスプライス箇所１３，１４を複数箇所設けた共振器１１を備え、この共振器１１からの出力によって被測定対象の回転速度を測定する光ファイバジャイロとしてのＲ−ＦＯＧ１において、共振器１１の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう方法と、これを実現する偏波安定化装置２としての制御手段（信号入力部２１，ＦＰＧＡ２２，信号出力部２３）を特に提案している。
【００６６】
この場合、共振器１１を構成するＰＭＦ１２中に偶数個のスプライス箇所１３，１４を設けたＲ−ＦＯＧ１に対してフィードバック制御を施すことで、共振器１１内の偏波変動を抑制することができ、Ｒ−ＦＯＧ１による正確な回転速度の測定が可能になる。
【００６７】
また、ここでのフィードバック制御は、二つの前記スプライス箇所１３，１４で区切られたＰＭＦ１２の各区分における長さの差である光路差Δｌと、ＰＭＦ１２のビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させるようにしており、またそのようなフィードバック制御を実現する制御手段を備えている。
【００６８】
この場合、ＰＭＦ１２のビート長Ｂに対して、光路差Δｌが自動的にＢ／２＋ｎＢなる関係に保たれるので、望ましいＥＳＯＰにのみ入力電界を突出させて、共振器１１内の偏波変動を確実に抑制することが可能になる。
【００６９】
また図７に示すように、共振器１１の出力から分岐した一方のポートであるポート２に、特定の偏波成分のみを取り出すポラライザＹ-POL３を挿入し、このポラライザＹ-POL３からの誤差信号でフィードバック制御を行なう方法と、そうしたフィードバック制御を実現する制御手段の構成を提案している。
【００７０】
こうすると、ポラライザＹ-POL３を通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器１１内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる。
【００７１】
本実施例の共振器１１は、二つのスプライス箇所１３，１４で区切られた導波路としてのＰＭＦ１２の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器であるＰＺＴ１５に巻回される一方で、ＰＭＦ１２の他方の区分が、一定の外形を有する固定体としてのコイル１６に巻回される。
【００７２】
この場合、共振器１１を構成するＰＭＦ１２の一方の区分を、例えばＰＺＴ１５などの調整器に巻回する一方で、ＰＭＦ１２の他方の区分を、例えばコイル１６などの固定体に巻回するだけで、共振器１１内の偏波変動を抑制するように、ＰＭＦ１２の一方の区分を変位させることが可能になる。
【００７３】
またここでは、前記光路差Δｌとビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザＹ-POL３からの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、ＰＺＴ１５の外形を制御する方法と、そうした制御を実現する制御手段の構成を提案している。
【００７４】
これにより、ポラライザＹ-POL３を通して出力される特定の偏波成分を誤差信号として、共振器１１内の偏波変動を抑制し得るフィードバック制御を行なうことが可能になる他に、ＰＭＦ１２の光路差Δｌとビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢであるときに、ポラライザＹ-POL３の誤差信号が減少して最小になることから、これを利用して共振器１１内の偏波変動を抑制するように、ＰＺＴ１５の外形を制御することが可能になる。
【００７５】
なお本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、図７に示す例で、ＦＰＧＡ２２以外の各種デジタル処理器を用いても構わない。また、ＰＺＴ１５やコイル１６の外形が円筒形である必要はなく、ＰＺＴ１５で光路差Δｌを変位する一方で、コイル１６のような外形が変形しない固定体で、ＰＭＦ１２の一部の長さを固定できればよい。
【符号の説明】
【００７６】
ＦＬ ファイバレーザ（光源）
Ｐ３，Ｘ-POL３，Ｙ-POL３ ポラライザ
１ Ｒ−ＦＯＧ（光ファイバジャイロ）
２ 偏波安定化装置
１１ 共振器
１２ ＰＭＦ（導波路）
１３，１４ スプライス点（スプライス箇所）
１５ ＰＺＴ（調整器）
１６ コイル（固定体）
２１ 信号入力部（制御手段）
２２ ＦＰＧＡ（制御手段）
２３ 信号出力部（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、
前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なうことを特徴とする光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項２】
前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、
前記フィードバック制御は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項３】
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なうことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項４】
前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項５】
前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、
前記共振器の出力から分岐した一方の出力ポートにポラライザを挿入し、
二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記調整器の外形を制御することを特徴とする請求項４記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項６】
光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、
前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項７】
前記導波路は偏波保持ファイバからなり、
前記制御手段は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させるものであることを特徴とする請求項６記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項８】
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記制御手段は、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なう構成を有することを特徴とする請求項６または７記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項９】
前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項１０】
前記導波路は偏波保持ファイバからなり、
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、
二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの前記誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記制御手段が前記調整器の外形を制御するように構成することを特徴とする請求項９記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項１】
光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、
前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なうことを特徴とする光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項２】
前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、
前記フィードバック制御は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させることを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項３】
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なうことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項４】
前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項５】
前記導波路として偏波保持ファイバが用いられ、
前記共振器の出力から分岐した一方の出力ポートにポラライザを挿入し、
二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記調整器の外形を制御することを特徴とする請求項４記載の光ファイバジャイロの偏波安定化方法。
【請求項６】
光源からの光波を伝搬させる導波路を有し、この導波路中に偏波軸を回転させるスプライス点を偶数箇所設けた共振器を備え、前記共振器からの出力により回転速度を測定する光ファイバジャイロにおいて、
前記共振器の偏波変動を抑制するためのフィードバック制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項７】
前記導波路は偏波保持ファイバからなり、
前記制御手段は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係を、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）に調整して、望ましい固有偏波状態にのみ入力電界を突出させるものであることを特徴とする請求項６記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項８】
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、前記制御手段は、前記ポラライザからの誤差信号で前記フィードバック制御を行なう構成を有することを特徴とする請求項６または７記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項９】
前記共振器は、二箇所の前記スプライス点で区切られた前記導波路の一方の区分が、この一方の区分の長さを変位させる調整器に巻回される一方で、前記導波路の他方の区分が、一定の外形を有する固定体に巻回されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【請求項１０】
前記導波路は偏波保持ファイバからなり、
前記共振器の出力から分岐した一方のポートにポラライザを挿入し、
二箇所の前記スプライス点で区切られた前記偏波保持ファイバの各区分における長さの差Δｌと、前記偏波保持ファイバのビート長Ｂとの関係が、Δｌ＝Ｂ／２＋ｎＢ（但し、ｎは整数）であるときに、前記ポラライザからの前記誤差信号を減少させ、この誤差信号に基づき生成される電圧によって、前記制御手段が前記調整器の外形を制御するように構成することを特徴とする請求項９記載の光ファイバジャイロの偏波安定化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４２１７３（Ｐ２０１１−２４２１７３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２５０１（Ｐ２０１０−１１２５０１）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔刊行物名〕 電子情報通信学会技術研究報告 〔発行所〕 社団法人電子情報通信学会 〔発行日〕 平成２２年１月１４日
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔刊行物名〕 電子情報通信学会技術研究報告 〔発行所〕 社団法人電子情報通信学会 〔発行日〕 平成２２年１月１４日
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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