光ファイバジャイロスコープ

【課題】改良された共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）を提供すること。
【解決手段】一例のＲＦＯＧ（１００）は、対向伝搬レーザビームがファイバカプラ（１１０、１１２、１１４）によって行われる閉コイル共振器（１０２）を含む。信号は、他のファイバカプラを使用して、リング共振器から抽出される。ファイバカプラは、ファイバ接続のカプラ、自由空間ファイバ対ファイバ結合要素、または類似の結合デバイスであってよい。シリコン構造が、ジャイロの構成要素、またはただ結合要素だけを位置合わせするために使用可能である。共振器は、中空コア・ファイバを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ジャイロは、回転率、または軸の周りの角速度の変化を測定するために使用されている。
【背景技術】
【０００２】
共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）においては、対向伝搬光ビームは、単色であり、多重巻きのコイル内を再循環し、複数回通過の場合、反射型デバイスなどの外部の再循環器を使用して、コイル内を再循環する。ビーム発生デバイスは、一般には、対向伝搬光ビームのそれぞれの周波数を変調し、かつ／または偏移させ、それにより、共振コイルの共振周波数は観測可能になる。コイル全体にわたるＣＷ経路およびＣＣＷ経路のそれぞれについての共振周波数は、それぞれの光学経路内で連続的に再循環されるビームの建設的干渉に基づく。コイルの回転は、共振コイルのそれぞれの共振周波数に偏移をもたらし、回転によるコイルの共振周波数偏移を一致させるようにＣＷビーム周波数と、ＣＣＷビーム周波数とを調整することと関連付けられる周波数差が、回転率を示す。反射型ミラーが、対向伝搬光ビームをコイル内で再循環するために使用可能であるが、これにより、一般には、ミラーからコイルへの遷移時に発生する損失から信号対雑音比が抑えられる。
【０００３】
したがって、ナビゲーションシステムのための十分な精度により回転率を測定することのできる光ファイバジャイロを提供することが望ましい。加えて、比較的小型のプラットホームにより集積化するための、および比較的安価に製造される高精度光ファイバジャイロを提供することが望ましい。所与のコイル直径に対して優れた性能を得るためのＲＦＯＧの鍵は、光がファイバ全体にわたって多数のトリップをもたらすようなファイバ対ファイバの結合損失の低いことである。図１に示されるこの分野の従来技術は、ファイバ対ファイバ結合を行うために、９８％反射型ミラーを使用する。このアーキテクチャは、反射型ミラーコーティングが、複数の誘電体コーティングにより非常に精密に製造可能であるという利点を使用する一方、深刻な不利点、すなわち、２つのファイバ端部を互いに確実に位置合わせすることが困難であるという不利点に悩まされる。この設計の実装形態には、時間がかかり、費用もかかる能動的かつ手動での位置合わせが必要になる。
【０００４】
別の結合設計は、図２に示されている。これは、同時係属中の２００８年１月４日申請の米国特許出願第１１／９６９，８２２号に記載されている実装形態である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１１／９６９，８２２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、改良された共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）を提供する。一例のＲＦＯＧは、対向伝搬レーザビームがファイバカプラによって行われる閉コイル共振器を含む。信号は、他のファイバカプラを使用して、リング共振器から抽出される。
【０００７】
ファイバカプラは、ファイバ接続のカプラ、自由空間ファイバ対ファイバ結合要素であってよい。シリコン構造が、ジャイロの構成要素、またはただ結合要素だけを位置合わせするために使用可能である。
【０００８】
本発明の好ましく、代替の実施形態は、以下の図面を参照して、詳細に後述される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一例の従来技術システムの概略図である。
【図２】同時係属中の出願において使用されるレンズ結合システムである。
【図３】本発明の実施形態により形成される一例のシステムの概略図である。
【図４】図２に示されるシステムを示す引き伸ばした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図３は、一例の共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）２０を示している。ＲＦＯＧ２０は、反時計回り（ＣＣＷ）光源３０と、時計回り（ＣＷ）光源４０と、センサ（例えば、ＣＣＷフォトダイオード５０およびＣＷフォトダイオード６０）とに光学的に結合されている閉コイル共振器２４を含む。フォトダイオード５０および６０は、処理デバイス７０とデータ連通している。処理デバイス７０は、入力／出力デバイス８０とデータ連通している。閉コイル共振器２４は閉光学要素である、言い換えれば、共振器の自由端部は光学的に接合されているので、ファイバ・プラス・自由空間の光学設計と関連付けられる問題は回避される。一実施形態においては、閉コイル共振器２４は、中空コア・フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＦ）である。
【００１１】
図４は、光カプラ１１０、１１２および１１４を含む図３の共振器２４を示している。光カプラ１１０は、ＣＣＷ光源３０（Ｅ_{ｉｎ＿ＣＣＷ}）によって生成される光が、共振器２４内に反時計回りの方向で導入されることを可能にする。光カプラ１１２は、ＣＷ光源４０（Ｅ_{ｉｎ＿ＣＷ}）によって生成される光が、共振器２４によって受け取られることを可能にし、したがって、共振器２４の中に、時計回りの方向で光信号を生成する。光カプラ１１４は、共振器２４内のＣＷおよびＣＣＷ光が、共振器２４から出ること、およびフォトダイオード５０、６０それぞれによって受け取られることを可能にする。
【００１２】
光カプラ１１０、１１２、１１４の例は、ファイバ接続光カプラと、非常に短い自由空間ファイバ対ファイバ結合要素とを含むことが可能である。結合要素は、数ミクロンの間隔を提供する。
【００１３】
中空コア・ファイバ共振器２４の端部は、いくつかの異なるやり方のいずれかで、接合されている。例えば、光学的に適合するエポキシが、端部を一緒に接着させるために使用される。別の例では、端部は、マイクロマシン化されたシリコン構造において位置合わせされる。シリコン構造は、ファイバコイルの端部を受け、一緒に接続し、レーザ溶接し、かつ／または光ファイバコネクタを使用するためのサイズに作られた精密にエッチングされているｖ型溝を含むことが可能である。共振器２４の端部はまた、間隙が、ファイバ端部の間に存在することを可能にするやり方でも接着可能である。
【００１４】
一実施形態においては、カプラは、共振器２４と、光源３０、４０またはセンサ５０、６０に接続されているファイバリードとの間でエバネセント結合を可能にする非ミラー／ビームスプリッタ入力／出力光カプラである。エバネセント結合は、共振器２４の端部（すなわち、ファイバループの切断部）と、ファイバリードとの間に形成される間隙に、または間隙の近傍に、生じることが可能である。この実施形態においては、上述のように、共振器２４の端部を一緒に結合する必要はない。
【００１５】
別の実施形態においては、エバネセント結合は、共振器２４がファイバリードに隣接して位置付けられる場合に生じる。これは、共振器２４および／またはファイバリードのクラッドの一部分を取り除き、部分的に露出したファイバを互いに極めて接近して配置することによって、達成可能である。クラッドの厚さのかなりの割合が、この結合を達成するために取り除かれる。
【００１６】
一実施形態においては、共振器２４は、あらかじめ製造された構造を持つシリコンチップ／基板内に集積化される。チップは、共振器２４ならびにカプラ１１０、１１２および１１４を正確に受けるように形成される。これにより、構成要素を位置合わせする精度が向上することになり、したがって、ＲＦＯＧの位置合わせ誤差を抑え、感度を向上させる。
【００１７】
独占的な所有権または特権がその中で主張されている本発明の実施形態は、以下のように定義される。
【符号の説明】
【００１８】
２０共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）
３０ＣＣＷ光源
４０ＣＷ光源
５０ＣＣＷフォトダイオード
６０ＣＷフォトダイオード
７０処理デバイス
８０入力／出力デバイス
１００改良された共振器光ファイバジャイロ（ＲＦＯＧ）
１０２閉ループ・フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＦ）共振器
１１０光カプラ
１１２光カプラ
１１４光カプラ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光通信デバイスを有する少なくとも１つの光源（３０、４０）と、
閉ループ・フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＦ）共振器（１０２）と、
関連付けられる第２の光通信デバイスを有する第１および第２のセンサ（５０、６０）と、
前記第１および第２のセンサとデータ連通している処理デバイス（７０）と、
前記少なくとも１つの光源から前記共振器に、または前記共振器から前記第１および第２のセンサに、光を光学的に結合するように構成されている少なくとも１つの光カプラ（１１０、１１２、１１４）と
を備えるジャイロデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
前記少なくとも１つの光カプラが、前記共振器と前記光通信デバイスとの間でエバネセント結合を行い、前記少なくとも１つの光源が、前記共振器内に反時計回りの方向で結合される光信号と、前記共振器内に時計回りの方向で結合される光信号とを生成し、前記第１のセンサが、前記共振器の中に前記反時計回りで回転する光信号と関連付けられる光信号を受け取り、前記第２のセンサが、前記共振器の中に前記時計回りで回転する光信号と関連付けられる光信号を受け取る、デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
前記共振器が、互いに光学的に結合されている少なくとも２つの端部をさらに備え、前記デバイスの前記構成要素の少なくとも一部を支持するように構成されているシリコン構造をさらに備え、前記シリコン構造が、前記共振器の少なくとも前記端部を受けるための溝を含み、前記共振器が、中空コア・ファイバを含み、前記シリコン構造が、前記第１および第２の光通信デバイスのうちの一方から所定の距離に前記共振器を位置付けるように構成されている構成要素を含み、前記共振器が、中空コア・ファイバを含み、前記デバイスが、ジャイロスコープ、化学センサまたは放射線センサのうちの１つである、デバイス。

【図１】