光ファイバ共振器ジャイロスコープのための改善された光フィルタリング
【解決手段】光ファイバフィルタを提供する。第１の端面及び反対側の第２の端面を有する光ファイバを含み、第１の端面と第２の端面はファイバ長を規定する。第１の端面及び第２の端面は反射性コーティング材でコーティングされる。レーザから放射された光ビームが第１の端面又は第２の端面のうちの１つに結合されると、反対側の端面から出力される光ビームは狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。
【効果】本光ファイバフィルタは、極めて高いフィネス、狭窄な線幅、及び低コストであり、各レーザの残留した位相雑音、即ちサーボ帯域幅よりも高い周波数における位相ゆらぎを低減する。高性能な回転計測に要求される極めて狭窄な帯域幅、小さいサイズ、高パワーの取り扱い能力、低スプリアスの背景反射、製造容易性、調整容易性、及び低コストに対する潜在能力を持つ。
【効果】本光ファイバフィルタは、極めて高いフィネス、狭窄な線幅、及び低コストであり、各レーザの残留した位相雑音、即ちサーボ帯域幅よりも高い周波数における位相ゆらぎを低減する。高性能な回転計測に要求される極めて狭窄な帯域幅、小さいサイズ、高パワーの取り扱い能力、低スプリアスの背景反射、製造容易性、調整容易性、及び低コストに対する潜在能力を持つ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001] この発明は、米国海軍研究事務所により授与されたＮ０００１４−０８−Ｃ−０６６５の下に米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明について一定の権利を有する。
【０００２】
[0002] 光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）は、ファイバリング共振キャビティを用いた回転速度計測装置であり、回転により共振キャビティ内に誘起されたサニャック効果の計測における信号対雑音比を増大させる。ＲＦＯＧの基本的動作原理は、ファイバリング共振キャビティの回転が共振器軸において非ゼロ要素を持つ場合に、時計回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＷ）及び反時計回り（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＣＷ）方向における共振器の実効的な経路長が異なることである。ＣＷ及びＣＣＷの共振周波数の差は回転によるサニャック位相シフトに比例し、この差を計測することによって、ＲＦＯＧは回転速度を正確に計測することができる。
【０００３】
[0003] 共振周波数を同定するために、レーザがコヒーレントな光をファイバ共振器へ供給する。半導体レーザはレーザ光源の低コストの選択肢である。しかしながら、半導体レーザは通常、ＲＦＯＧの性能劣化を引き起こす可能性のある顕著な位相雑音を有している。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 本願は、光ファイバフィルタに関する。光ファイバフィルタは、第１の端面及び反対側の第２の端面を有する光ファイバを含む。この第１の端面と第２の端面とによりファイバ長が規定される。この第１の端面及び第２の端面は、反射性コーティング材でコーティングされる。レーザから放射された光ビームが第１の端面又は第２の端面の一方の内部へ結合されると、反対側の端面からの光ビーム出力は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。
【０００５】
[0005] 以下に添付された図面及び詳細な説明において、特許請求の範囲に記載された発明の様々な実施態様の詳細が説明される。詳細な説明、図面、及び請求の範囲から他の特徴及び利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0006] 図１は、本発明に基づく光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図２】[0007] 図２は、本発明に基づく光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図３】[0008] 図３は、本発明に基づく、光ファイバフィルタを含む光ファイバ共振器ジャイロスコープの一実施態様のブロック図である。
【図４】[0009] 図４は、本発明に基づく、ピグテール付き強度変調器に結合された光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図５】[0010] 図５は、本発明に基づく光ファイバ共振器ジャイロスコープシステムにおいて用いるための、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビームを発生させる方法の一実施態様のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0011] 異なる図における同様の参照番号及び指定は、同様の構成要素を示す。
【０００８】
[0012] 光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）の性能を劣化させることなくレーザダイオードをＲＦＯＧで使用するために、レーザの位相雑音が低減されなければならない。本明細書において説明される光ファイバ共振器ジャイロスコープの実施態様は、ＲＦＯＧシステムに低位相雑音のリファレンス光ビームを供給する周波数安定化リファレンスレーザを含む。センシング用共振器の共振周波数を計測するのに用いるレーザ（スレーブ）は、サーボ機構によりこのリファレンス（マスター）レーザに位相ロックされて、サーボ帯域幅内におけるマスターレーザの低位相雑音がスレーブレーザへと伝達される。マスターレーザは、マスターレーザの位相／周波数ゆらぎを制御するネガティブフィードバックループに周波数識別器を用いることによって周波数安定化されている。このようにして、スレーブレーザは、電気光学サーボ機構の帯域幅内において低雑音を有する。
【０００９】
[0013] 本明細書において説明される光ファイバ共振器ジャイロスコープの実施態様は、各スレーブレーザからの出力を受光するように結合された光ファイバフィルタを含む。この光ファイバフィルタは、各レーザの残留した位相雑音、即ちサーボ帯域幅よりも高い周波数における位相ゆらぎを低減する。光ファイバフィルタからの出力は、ファイバ共振器コイル（ジャイロセンシングコイル）の共振をプローブするのに用いられる。光ファイバフィルタは、ＲＦＯＧによる高性能な回転計測に要求される所望の特徴を有する。これらの所望の特徴は、極めて狭窄な帯域幅、小さいサイズ、高パワーの取り扱い能力、低スプリアスの背景反射、製造容易性、調整容易性、及び低コストに対する潜在能力を含む。本明細書において説明される光ファイバフィルタは、極めて高いフィネス、狭窄な線幅、及び低コストのフィルタである。
【００１０】
[0014] 図１は、本発明に基づく光ファイバフィルタ１００一実施態様のブロック図である。光ファイバフィルタ１００は、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する固体コアの光ファイバ１１０を含む。第１の端面１１２と第２の端面１１４の間の距離によりファイバ長Ｌが規定される（ファイバ長Ｌの長さが決定される）。第１の端面１１２は、反射性コーティング材１３５でコーティングされている。第２の端面１１４は、反射性コーティング材１３６でコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、それぞれ第１の端面１１２及び第２の端面１１４上に堆積された１又は複数の物質層を含む。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、複数の誘電体層である。
【００１１】
[0015] 図１に示されるように、レーザ２０１から（矢印で表された）光ビーム３００が放射される。この光ビーム３００は、反射性コーティング材１３５及び端面１１２に入射し、光ファイバ１１０に結合される。反射性コーティング材１３５及び１３６は共振キャビティを形成しており、よって光ファイバ１１０の内部へ結合された光ビーム３０５は、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６の間で多重反射される。本明細書において使用される用語「結合」とは、光源（レーザや光ファイバ）から放射（出力）された光の（結合効率に依存する）少なくとも一部分が受光用光ファイバの中に結合される「光学的結合」のことである。結合は、光源から受光用光ファイバへ直接的に（例えば突き合わせ結合）生じさせることが可能であり、また、光源と受光用光ファイバの間に設置されて光源からの光ビーム出力を位置合わせし方向付ける光学部品によって生じさせることも可能である。結合された光は受光用光ファイバの中を伝搬する。結合効率は、光源とファイバの開口数が一致した場合に最大となる。この実施態様の一実施において、結合を最適化するために光源とファイバの間にレンズ（不図示）が配置される。
【００１２】
[0016] 反対側の第２の端面１１４から反射性コーティング材１３６を通って出力される光ビーム３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６とにより形成される共振器キャビティのフィネスは１０００であり、ファイバの長さは約５メートルであり、光ビーム３１０の線幅は２０ｋＨｚである。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６とにより形成される共振器キャビティのフィネスは２００であり、ファイバの長さは約５メートルであり、光ビーム３１０の線幅は１００ｋＨｚである。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、所望の反射率を生じるようにファイバ内部に書き込まれたブラッググレーティングである。
【００１３】
[0017] 光ファイバフィルタ１００は双方向性であり、よって、レーザ２０１から放射された光ビーム３００が第１の端面１１２又は第２の端面１１４の何れに結合された場合でも、反対側の端面からの光ビーム出力３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。
【００１４】
[0018] 光ファイバフィルタ１００において、端面の切断角度はファイバ１１０の内部で多重反射を促進するような角度（通常はファイバのコアに対して９０度）に指定されなければならず、また、ファイバの長さＬ、コーティング材の反射率Ｒ１及びＲ２、並びにファイバのモードフィールドの大きさ及び開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）は、１）誘導ブリルアン散乱及び他の非線形効果の可能性を低減し、２）所望のパワーのスループットを可能とし、３）所望のフィルタの線幅を達成し、４）パッケージにした際の所望の曲げ半径を可能とするように、選択されなければならない。開口数ＮＡを計算するには、光ビーム３１０の発散角θ及び光ファイバ１１０の屈折率ｎが用いられる。開口数ＮＡはＮＡ＝ｎｓｉｎθであり、ここでｎは光ファイバの外側の媒質の屈折率である。反射率Ｒ１及びＲ２はそれぞれ、表面に入射した光の強度に対する（その表面から）反射された光強度の比を表す。
【００１５】
[0019] 図２は、本発明に基づく光ファイバフィルタ１０１一実施態様のブロック図である。光ファイバフィルタ１０１は、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する固体コアの偏波保持ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ：ＰＭＦ）１１１を含む。都合の良いことに、反射性コーティング材は偏波保持ファイバ１１１の端部に直接形成することができ、よって偏波保持ファイバ１１１は高フィネスの共振器となる。第１の端面１１２は、反射性コーティング材１３１を形成する第１の複数の誘電体層（薄膜層）でコーティングされている。第２の端面は、反射性コーティング材１３２を形成する第２の複数の誘電体層（薄膜層）でコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３１及び１３２は、それぞれ単一の薄膜層である。
【００１６】
[0020] 図２に示されるように、マスターレーザ２００から（矢印で表された）光ビーム３０８が放射される。この実施態様の一実施において、マスターレーザ２００は、低位相雑音のリファレンス光ビーム３０８を出力する周波数安定化マスターレーザである。例えば、光ビーム３０８は、サーボ帯域幅内において数Ｈｚ／√Ｈｚよりも実質的に小さい周波数雑音を有することが可能であるが、サーボ帯域幅よりも高い周波数領域ではより一層高い雑音レベルを有するかもしれない。マスターレーザ２００から出力される光ビーム３０８は、スレーブレーザ１２０を位相ロックするのに用いられる。スレーブレーザ１２０は、出力端面１７２光ビーム３０７を放射する。光ビーム３０７は、光ファイバフィルタ１０１内へ結合される。結合された光ビーム３０５は、偏波保持ファイバ１１１内に形成された共振キャビティの中で反射性コーティング材１３１と反射性コーティング材１３２の間を多数回、伝搬する。反対側の第２の端面１１４から反射性コーティング材１３２を通って出力される光ビーム３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。例えば、光ビーム３１０は、サーボ帯域幅の外側において数Ｈｚ／√Ｈｚよりも実質的に低い周波数雑音レベルを有することが可能である。
【００１７】
[0021] コーティング材１３１及び１３２は、典型的には、低損失で所望の透過率と反射率を持つように設計された誘電体積層物である。所望のコーティング材１３１及び１３２は、少量の透過率を持ち低損失で高反射率のミラーであり、その結果、入力端面１７１と出力端面１７２に入射する光は、大部分がファイバ内部へ反射されて、共振器を生じさせる。透過率が小さな係数を持つことにより、幾らかの光が、ファイバ共振器１００又は１０１の中へ、またファイバ共振器１００又は１０１から外へ、結合されることが可能である。図１及び２に示されるように、ファイバ１１０及び１１１の両端はコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９７である。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９８である。この実施態様の更に別の実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８３であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９８３である。
【００１８】
[0022] 共振器の往復の経路長２Ｌは、ファイバの第１の端面１１２からファイバ１１０又は１１１を通ってファイバのコーティングされた第２の端面１１４へ至り、折り返してファイバ１１０又は１１１を通ってファイバの第１の端面１１２へと至る経路長として、一意に定義される。この経路長は、光ファイバフィルタ１００又は１０１の最大の安定性を規定する。光ファイバフィルタが長くなればなるほど、出力光ビームの線幅はより狭窄に（小さく）なる。高フィネス及び狭窄な線幅は、低カットオフ周波数の光ファイバフィルタ（低域通過フィルタ）をもたらすのに望ましい条件である。フィルタのカットオフ周波数が低くなればなるほど、レーザの周波数雑音はより低くなる。要約すると、フィネスが高くなればなるほど、且つ線幅が狭窄になればなるほど、折点周波数はより低くなり、また光ファイバフィルタはレーザの周波数雑音を低減するのにより有効となる。通過する周波数雑音ゆらぎに対する伝達関数は、電気的な低域通過フィルタ―その折点周波数以下では周波数を低下させないが、折点周波数をより大きく超えるにつれて、周波数を転落させる即ち減衰させるようになる―の伝達関数と同じように見える。折点周波数は、その線幅に比例する。
【００１９】
[0023] 光ファイバ１１０（図１）及び１１１（図２）は、比較的に長い経路長を有し、それ故、高周波雑音のフィルタリングに際して長い光学的遅延時間をもたらす。共振する光ビームがファイバのコア内で非線形効果を励起しないことを保証するためには、光ファイバフィルタ１０１（１００）を注意深く設計することが要求される。これらの非線形効果、例えばカー効果や誘導ブリルアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＢＳ）は、光ファイバフィルタの安定性を低下させ、出力ビーム３１０の有用性を損なう。光共振器において、光ファイバフィルタ内を循環するパワーは、出力よりも遥かに強力である。もし循環パワーが光ファイバフィルタの内部で大きくなり過ぎると、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）が発生する。誘導ブリルアン散乱は、光ファイバフィルタの出力を劣化させる大きな強度ゆらぎを引き起こす。光ファイバ１１１（１１０）が光共振器として機能する時に光ファイバ１１１（１１０）内での非線形効果の発生を防止するように、ファイバ長Ｌ、第１の端面１１２上の反射性コーティング材１３１（１３５）、第２の端面１１４上の反射性コーティング材１３２（１３６）、光ファイバ１１１（１１０）のモードフィールドの大きさ、及び光ファイバ１１１（１１０）の開口数ＮＡが選択される。
【００２０】
[0024] ここで非線形効果の発生を防止するよう設計された例示的な光ファイバフィルタ１０１の限界を説明する。光ファイバフィルタ１０１の例示的なファイバ１１１は、損失が６０ｐｐｍ／ｍでモードフィールド径が１０．６μの偏波保持（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ：ＰＭ）ファイバである。ＳＢＳが始まるパワーの閾値（Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌ）は、ファイバのコアの物理的面積Ａ［ｍ２］、ファイバの損失α［ｍ−１］、導波媒質の利得係数ＧＢ［ｍ／Ｗ］、及びファイバの長さＬ［ｍ］に関係している。具体的には、Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌは次の式：Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌ＝２１＊［（α＊Ａｅｆｆ）／（ρ＊ｇＢ＊（１−ｅ−（αＬ）））］に基づいて計算される。ここで、「＊」は乗算記号を表す。損失αが０．２５ｄＢ／ｋｍ（〜６０ｐｐｍ／ｍ）である公称１０メートルの偏波保持ファイバ１１１に関しては、ガラス中のパワーの割合ρは１（即ち固体コアに対して）であり、ＳＢＳの利得ＧＢは５×１０−１１ｍ／Ｗ（シリカに対して）であり、ファイバのモードフィールド面積は８．８×１０−１１ｍ２であり、ＳＢＳに関するパワー閾値Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌは３．７Ｗである。
【００２１】
[0025] 表１は、エアリー関数において２００ｋＨｚの半値全幅（ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈ−ｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕｍ：ＦＷＨＭ）ピークを持つ２００ｋＨｚ用光ファイバフィルタ１０１に用いられるＰＭファイバ１１１の長さＬの関数として、フィネス、出力パワー、及び循環パワーを示す。表１はまた、反射性コーティング材の透過率（Ｔ）も示す。循環パワーの列は、共振フィルタ内を循環するパワーを単位入力に換算して列挙したものである。循環パワー（Ｗ）の列は、６０ｍＷの入力に基づく循環パワーをワットで与えるものであり、ブリルアン閾値を見積もるのに有用である。
【００２２】
【表１】
【００２３】
[0026] 上述された例示的な光ファイバフィルタ１０１に６０ｍＷのレーザビームが結合された場合、循環パワーは、表１に示されたファイバの長さ（例えば５ｍ以下）に対してはブリルアン閾値を上回ることはない。表１に示された出力及び循環パワーは、単位入力パワーに規格化されている。ワットで表された循環パワーは、６０ｍＷの入力パワーを仮定している。
【００２４】
[0027] 図３は、本発明に基づく、光ファイバフィルタ１０１，１０２，１０３を含む光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）システム１０の一実施態様のブロック図である。ＲＦＯＧシステム１０はまた、本明細書において「光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）１０」とも呼ばれる。ＲＦＯＧシステム１０は、高性能なジャイロスコープシステムである。各レーザの周波数雑音は、光ファイバフィルタ１０１，１０２，１０３を利用することにより低減されている。ＲＦＯＧ１０は、周波数安定化マスターレーザ２００、３つのスレーブレーザ（ｓｌａｖｅ ｌａｓｅｒｓ：ＳＬ）１２１，１２２，及び１２３、３つのそれぞれの光ファイバフィルタ（ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｉｂｅｒ ｆｉｌｔｅｒｓ：ＯＦＦ）１０１，１０２，及び１０３、３つのそれぞれの強度変調器（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ：ＩＭ）３２０−１，３２０−２，及び３２０−３、並びにファイバ共振器コイル２４０を含む。ファイバ共振器コイル２４０は、ジャイロスコープ内でファイバリング共振キャビティを形成する光ファイバリング共振器である。ファイバ共振器コイル２４０はまた、本明細書において「ファイバループ２４０」及び「センシング用共振器２４０」とも呼ばれる。ファイバループ２４０は、その中を少なくとも２つの光ビームが対向して伝搬する光ファイバである。ファイバループ２４０の出力は、ＲＦＯＧ１０の回転の速度を決定するために用いられる。この実施態様の一実施において、ＲＦＯＧ１０には、２つだけの光ファイバフィルタ１０１及び１０２とそれぞれの２つのスレーブレーザ１２１及び１２２が存在する。この実施態様の別の実施において、マスターレーザ２００並びに３つのスレーブレーザ（ＳＬ）１２１，１２２，及び１２３は、半導体レーザダイオードである。
【００２５】
[0028] 周波数安定化マスターレーザ２００からリファレンス光ビーム３０８が放射される。リファレンス光ビーム３０８は、低位相雑音（例えば、１Ｈｚ／√Ｈｚ以下）を有する。ビーム３０８は、マスター及びスレーブレーザ間に無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）のビート信号を発生させるのに用いられ、このビート信号は、位相同期回路（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）２５０（本明細書において「マルチレーザ周波数制御回路２５０」とも呼ばれる）が、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３を共振トラッキングサーボ２５１により決定される周波数間隔でマスターレーザ２００に同期させるのに用いられる。これらのビート信号は、マルチレーザ周波数制御回路２５０により用いられ、マルチレーザ周波数制御回路２５０は、共振トラッキングサーボ２５１からのフィードバックを受け取って、それぞれのスレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３の光ビームの周波数を精密に制御する。
【００２６】
[0029] スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３は、図２に示されたスレーブレーザ１２０と同様の構成及び機能を有する。図３に示されるように、スレーブレーザ１２１は、第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−１に同期される。ここで、ｆはマスターレーザ２００の中心周波数であり、Δｆは中心周波数ｆからの周波数オフセットであり、ＦＳＲはセンシング用共振器２４０の自由スペクトル領域である。自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）は、センシング用共振器２４０の隣り合った共振ピーク間の周波数間隔である。スレーブレーザ１２２は、第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−２に同期される。スレーブレーザ１２３は、第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−３に同期される。
【００２７】
[0030] 光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３から放射されたそれぞれの出力光ビーム３０７−１，３０７−２，及び３０７−３がそれぞれ光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３に結合されるように配置される。光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、それぞれ低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１，３１０−２，及び３１０−３を出力する。低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１，３１０−２，及び３１０−３は、それぞれ強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３に結合される。当該技術分野において知られているように、光ビームの周波数雑音が低減されるにつれて、その光ビームのコヒーレンスは向上する。
【００２８】
[0031] ファイバ共振器コイル２４０は、２４１において概略表される第１のコイル端面及び２４２において概略表される第２のコイル端面を有する光ファイバである。光ファイバフィルタ１０１及び１０３から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１及び３１０−３は、それぞれ強度変調器３２０−１及び３２０−３を介してファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合される。光ファイバフィルタ１０２から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２は、強度変調器３２０−２を介してファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合される。
【００２９】
[0032] 光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３はそれぞれ、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する光ファイバ１１１を含む。第１の端面１１２及び第２の端面１１４は、それぞれ反射性コーティング材１３１及び１３２でコーティングされている。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、構成及び機能において、図１に示された光ファイバフィルタ１００と同様である。
【００３０】
[0033] 第１のスレーブレーザ１２１から放射された光ビーム３０７−１は、第１の光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第１の光ビーム３１０−１は、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（強度変調器３２０−１並びにビームスプリッタ２７１，２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を含む光学部品を介して）結合される。当業者には理解できるように、光学部品による結合の他の構成も可能である。第１のコイル端面２４１においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−１の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を反時計回り（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＣＷ）方向に伝搬する。
【００３１】
[0034] 第２のスレーブレーザ１２２から放射された光ビーム３０７−２は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第２の光ビーム３１０−２は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に（強度変調器３２０−２並びにビームスプリッタ２７２（３−４）及びレンズ２７０−２を含む光学部品を介して）結合される。第２のコイル端面２４２においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−２の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を時計回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＷ）方向に伝搬する。
【００３２】
[0035] 第３のスレーブレーザ１２３から放射された光ビーム３０７−３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第３の光ビーム３１０−３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（強度変調器３２０−３並びにビームスプリッタ２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を含む光学部品を介して）結合される。第１のコイル端面２４１においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−３の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する。この実施態様の一実施において、レンズ２７０（１−２）はボールレンズである。
【００３３】
[0036] ファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光は、レンズ２７０−１及び２７０−２並びにビームスプリッタ２７２−２，２７２−５，及び２７２−４を通過してファイバ共振器コイル２４０の内部を多数回、伝搬する。時計回り（ＣＷ）方向に伝搬する光の一部分（例えば１乃至２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ１ＣＷ）２６１内へ反射される。反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する光の一部分（例えば１乃至２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ２ＣＣＷ）２６２内へ反射される。検出器２６１及び２６２において検出された光パワーの量を表す情報は、共振トラッキングサーボ２５１及びＤＣパワーサーボ２５４へ信号として送られる。共振トラッキングサーボ２５１は、マルチレーザ周波数制御回路２５０へ信号を送り、マルチレーザ周波数制御回路２５０は、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３の光ビームの周波数を、必要に応じてセンシング用共振器２４０の共振ピークへ調整する。ＤＣパワーサーボ２５４は、光ファイバフィルタ１０２から出力された光ビーム３１０−２のパワーを強度変調器（ＩＭ）３２０−２によって調整するために、加算回路（Σ）２８１へ信号を送る。この調整は、ＣＷ及びＣＣＷ方向におけるパワーのバランスを取って光カー効果により誘起されるキャビティの長さの差を最小化するために、実施される。
【００３４】
[0037] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、ビームスプリッタ２５８を介して強度変調器３２０−３からの光ビーム３１０−３の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、相対強度雑音（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）検出器（ＰＤ３）２６２を含む。ＲＩＮ検出器２６２は、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に入力されることになる光ビーム３１０−３の強度雑音を（光ビーム３１０−１と混合される前に）計測する。ＲＩＮ検出器２６２からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５２へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５２から強度変調器３２０−３へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−３を通過する入力光ビーム３１０−３の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−３を通過した入力光ビーム３１０−３の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３５】
[0038] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、強度変調器３２０−１からの光ビーム３１０−１の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、相対強度雑音（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）検出器（ＰＤ４）２５７を含む。ＲＩＮ検出器２５７は、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に入力されることになる光ビーム３１０−１の強度雑音を（ビーム３１０−３と混合される前に）計測する。ＲＩＮ検出器２５７からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５４へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５４から強度変調器３２０−１へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−１を通過する入力光ビーム３１０−１の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−１を通過した入力光ビーム３１０−１の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３６】
[0039] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、強度変調器３２０−２からの光ビーム３１０−２の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、ＲＩＮ検出器（ＰＤ０）２６０を含む。ＲＩＮ検出器２６０からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５３へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５３から強度変調器３２０−２へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−２を通過する入力光ビーム３１０−２の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−２を通過した入力光ビーム３１０−２の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３７】
[0040] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、シリコン光学ベンチ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅｎｃｈ：ＳｉＯＢ）１５０を含む。シリコン光学ベンチ１５０は、第１のファイバコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２を互いに向かい合わせて光学的に位置合わせするようにシリコン光学ベンチ１５０の表面にエッチングされた、溝２９５及び２９６を含む。シリコン光学ベンチ１５０はまた、光ビーム３１０−１，３１０−３をファイバ端面２４１へ、またビーム３１０−２をファイバ端面２４２へ位置合わせし方向付けるのに用いられる光学部品（例えば、レンズ、ビームスプリッタ、及び／又はミラー）を配置するための設備（例えば、溝、位置合わせ構造、又はトレンチ）を含む。ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１は、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置される。ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２は、シリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置される。溝２９５及び２９６は、第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２が溝２９５及び２９６に配置された時に、ファイバ共振器コイル２４０の光ファイバのコアの中心が正確に光ビーム３１０（１−３）に位置合わせされるような深さまで、エッチングされている。同様に、溝２９５及び２９６は、第１のコイル端面２４１と第２のコイル端面２４２のコアが互いに向かい合って位置合わせされてファイバリング共振キャビティを作るような深さまで、エッチングされている。
【００３８】
[0041] 図４は、本発明に基づく、ピグテール付き強度変調器３２０−１（図３）に結合された光ファイバフィルタ１０１の一実施態様のブロック図である。この実施態様において、端面５０５を持つファイバピグテール５０３は、入力ビーム３１０−１を強度変調器３２０−１に結合するように結合されている。ファイバピグテール５０３の端面５０５は、シリコン基板１５１の溝１５２に配置される。第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、シリコン基板１５１のエッチング領域１５５に配置される。光ファイバフィルタ１０１の出力端は、シリコン光学ベンチ１５１の溝１５３（本明細書において第３の溝１５３とも呼ばれる）に配置される。２つのボールレンズ１６１及び１６２は、光ファイバフィルタ１０１から出力された光ビーム３１０−１を強度変調器３２０−１のファイバピグテール５０３の端面５０５内へ結合する。
【００３９】
[0042] 図４に示されるように、第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、それらの間を伝搬する低雑音でコヒーレントな光ビームをコリメートするように配置される。この例示的な位置合わせにおいて、光ファイバフィルタ１０１から第１のボールレンズ１６１へ結合された光ビーム３１０−１は、コリメートされた光ビーム３１０−１’として第１のボールレンズ１６１から出射する。コリメートされた光ビーム３１０−１’は、第２のボールレンズ１６２へ入射する。第２のボールレンズ１６２は、この光を光ビーム３１０−１”として強度変調器３２０−１のファイバピグテール５０３の端面５０５上に集光する。この実施態様の一実施において、光学部品（例えばビームスプリッタ２７２（１−２））がコリメートされた光ビーム３１０−１’の中に配置されて、第１のボールレンズ１６１と第２のボールレンズ１６２の間でこの光３１０−１’を方向付ける。そのような実施態様において、この光を方向付ける部品を固定するためのトレンチ（シリコン光学ベンチ１５１では不図示）が存在する。同じようにして、強度変調器３２０−１の出力は、シリコン光学ベンチ１５０（図３）上に配置されたビームスプリッタ２７１，２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を介して入力ビーム３１０−１を共振器のファイバ端面２４１内へ結合するように強度変調器３２０−１の出力側ファイバピグテール（不図示）を溝２９７（図３）の中に設置することによって、シリコン光学ベンチ１５０内へ結合されることができる。
【００４０】
[0043] 光ファイバフィルタ１０２及び１０３からそれぞれ出力された光ビーム３１０−２及び３１０−３を、シリコン基板（不図示）を介してそれぞれ強度変調器３２０−２及び３２０−３のファイバピグテールに結合するために、同様の配置が可能である。例えば、第３のボールレンズ（不図示）及び第４のボールレンズ（不図示）が、それらの間を伝搬する低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２をコリメートするように配置されることができる。
【００４１】
[0044] この実施態様の別の実施において、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第３の溝２９７に配置され、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第４の溝２９８に配置され、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第５の溝２９９に配置される。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３からの光ビーム出力をそれぞれ強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３に位置合わせし、強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３の出力をファイバ共振器コイル２４０に位置合わせするために、集積化されたシリコン光学ベンチが用いられる。
【００４２】
[0045] この実施態様の更に別の実施において、１つの光学的に透明なボールレンズ１６１のみが、シリコン光学ベンチ１５０のエッチング領域に配置される。この実施態様の別の実施において、第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、シリコン光学ベンチ１５０及び／又は１５１の２つの離れたエッチング領域に配置される。このようにして、少なくとも１つの光学的に透明なボールレンズ１６１が、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び／又は１０３のうち少なくとも１つの第２の端面１１４からそれぞれ出力された光ビーム３１０−１，３１０−２，及び／又は３１０−３を、ファイバ共振器コイル２４０の少なくとも１つの各コイル端面２４１，２４２，又は２４３にそれぞれ結合する。
【００４３】
[0046] 上述したように、シリコン光学ベンチ１５０及び／又は１５１は、光学素子（例えば、第１のボールレンズ１６１、第２のボールレンズ１６２、ビームスプリッタ２７１，２７２（１−５）、及び／又はレンズ２７０（１−２））を配置するための溝（例えば、溝２９７−２９９，１５２，１５２、及び／又はエッチング領域１５５）を含み、これら光学素子は、少なくとも２つの光ファイバフィルタ（例えば、１０１−１０３）から出力された少なくとも２つの低雑音でコヒーレントな光ビーム（例えば、３１０（１−３））を第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２並びに第１のコイル端面２４１と第２のコイル端面２４２の間に位置合わせし方向付ける。シリコン光学ベンチ１５０上にファイバ共振器コイル２４０を収容することで、ＲＦＯＧ１０の低コストの実施がもたらされる。
【００４４】
[0047] 図５は、本発明に基づく光ファイバ共振器ジャイロスコープシステム１０において用いるための、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビームを発生させる方法５００の一実施態様のフロー図である。他の結合配置により構成されるＲＦＯＧが用いられることが可能であることは理解されるべきであるが、この方法５００は、図２及び３を参照して説明される。
【００４５】
[0048] ブロック５０２において、少なくとも１つのスレーブレーザ１２１を制御するために、マスターレーザ２００から放射された光ビーム３０８が用いられる。この少なくとも１つのスレーブレーザ１２１は、マスターレーザ２００に同期される。３つのスレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３は、共振トラッキングサーボ２５１によって決定される周波数間隔を空けてマスターレーザ２００に同期される。図３に示されるように、第１のスレーブレーザ１２１は第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲに同期され、第２のスレーブレーザ１２２は第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆに同期され、第３のスレーブレーザ１２３は第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲに同期される。
【００４６】
[0049] ブロック５０４において、少なくとも１つのスレーブレーザ１２１から放射された光ビーム３０７が、それぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１に結合される。具体的には、少なくとも１つのスレーブレーザ１２０から出力された光ビーム３０７は、それぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合される。
【００４７】
[0050] 図３に示されるように、第１のスレーブレーザ１２１からの（第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲの）出力３０７−１は第１の光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合され、第２のスレーブレーザ１２２からの（第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆの）出力３０７−２は第２の光ファイバフィルタ１０２の第１の端面１１２に結合され、第３のスレーブレーザ１２３からの（第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲの）出力３０７−３は第３の光ファイバフィルタ１０３の第１の端面１１２に結合される。
【００４８】
[0051] ブロック５０６において、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０がそれぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１から出力される。図３に示されるように、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１が第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力され、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２が第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力され、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３が第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力される。
【００４９】
[0052] ブロック５０８において、少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力された、この少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、回転速度に対して敏感な共振周波数を有するファイバ共振器コイル２４０の２つのコイル端面（例えば、第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２）のうち少なくとも１つに結合される。
【００５０】
[0053] 図３に示されるように、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、強度変調器３２０−１及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１の出力を第１のコイル端面２４１に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合される。
【００５１】
[0054] 同様に、図３は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２が、強度変調器３２０−２及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２の出力を第２のコイル端面２４２に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合されることを示す。
【００５２】
[0055] 同様に、図３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３が、強度変調器３２０−３及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３の出力を第１のコイル端面２４１に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合されることを示す。この実施態様の一実施において、ＲＦＯＧシステム１０には第３のスレーブレーザ１２３及び光ファイバフィルタ１０３は存在しない。
【００５３】
[0056] この実施態様の一実施において、第１のコイル端面２４１はシリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置され、第２のコイル端面２４２はシリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置される。
【００５４】
[0057] この実施態様の別の実施において、第１の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、シリコン光学ベンチ１５０の第１のエッチング領域１５５に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置された第１のコイル端面２４１に結合され、第２の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２は、シリコン光学ベンチ１５０の第２のエッチング領域１５５に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置された第２のコイル端面２４２に結合され、第３の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３は、シリコン光学ベンチ１５０の第３のエッチング領域２９９に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置された第１のコイル端面２４１に結合される。この後者の構成のいくつかの実施態様において、第３の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３及び第３のエッチング領域２９９に配置されたボールレンズ１６１は存在しない。
【００５５】
[0058] この実施態様の更に別の実施において、強度変調の機能は、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３上で直接的に実施される。この後者の事例の実施態様において、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第３の溝２９７に配置され、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第４の溝２９８に配置され、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第５の溝２９９に配置される。この後者の構成のいくつかの実施態様において、第５の溝２９９に配置される第３の光ファイバフィルタ１０３は存在しない。
【００５６】
[0059] このようにして、安価なＲＦＯＧシステムは、低コストのレーザダイオードを用い、レーザダイオードの位相雑音を低減するために（光ファイバフィルタの使用によって）光フィルタリングを改善する。それ故、低コストのＲＦＯＧシステムは改善された性能を有する。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１００又は１０１は、１つのレーザ及び周波数シフタを含むシステムにおいて用いられる。
【００５７】
[0060] 後述の特許請求の範囲によって規定される発明の多数の実施態様が説明された。それにもかかわらず、説明された実施態様に対して、特許請求の範囲に記載された発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変形をすることが可能であることは理解されるであろう。したがって、他の実施態様は、後述の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものである。
【背景技術】
【０００１】
[0001] この発明は、米国海軍研究事務所により授与されたＮ０００１４−０８−Ｃ−０６６５の下に米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明について一定の権利を有する。
【０００２】
[0002] 光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）は、ファイバリング共振キャビティを用いた回転速度計測装置であり、回転により共振キャビティ内に誘起されたサニャック効果の計測における信号対雑音比を増大させる。ＲＦＯＧの基本的動作原理は、ファイバリング共振キャビティの回転が共振器軸において非ゼロ要素を持つ場合に、時計回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＷ）及び反時計回り（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＣＷ）方向における共振器の実効的な経路長が異なることである。ＣＷ及びＣＣＷの共振周波数の差は回転によるサニャック位相シフトに比例し、この差を計測することによって、ＲＦＯＧは回転速度を正確に計測することができる。
【０００３】
[0003] 共振周波数を同定するために、レーザがコヒーレントな光をファイバ共振器へ供給する。半導体レーザはレーザ光源の低コストの選択肢である。しかしながら、半導体レーザは通常、ＲＦＯＧの性能劣化を引き起こす可能性のある顕著な位相雑音を有している。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 本願は、光ファイバフィルタに関する。光ファイバフィルタは、第１の端面及び反対側の第２の端面を有する光ファイバを含む。この第１の端面と第２の端面とによりファイバ長が規定される。この第１の端面及び第２の端面は、反射性コーティング材でコーティングされる。レーザから放射された光ビームが第１の端面又は第２の端面の一方の内部へ結合されると、反対側の端面からの光ビーム出力は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。
【０００５】
[0005] 以下に添付された図面及び詳細な説明において、特許請求の範囲に記載された発明の様々な実施態様の詳細が説明される。詳細な説明、図面、及び請求の範囲から他の特徴及び利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0006] 図１は、本発明に基づく光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図２】[0007] 図２は、本発明に基づく光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図３】[0008] 図３は、本発明に基づく、光ファイバフィルタを含む光ファイバ共振器ジャイロスコープの一実施態様のブロック図である。
【図４】[0009] 図４は、本発明に基づく、ピグテール付き強度変調器に結合された光ファイバフィルタの一実施態様のブロック図である。
【図５】[0010] 図５は、本発明に基づく光ファイバ共振器ジャイロスコープシステムにおいて用いるための、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビームを発生させる方法の一実施態様のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0011] 異なる図における同様の参照番号及び指定は、同様の構成要素を示す。
【０００８】
[0012] 光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）の性能を劣化させることなくレーザダイオードをＲＦＯＧで使用するために、レーザの位相雑音が低減されなければならない。本明細書において説明される光ファイバ共振器ジャイロスコープの実施態様は、ＲＦＯＧシステムに低位相雑音のリファレンス光ビームを供給する周波数安定化リファレンスレーザを含む。センシング用共振器の共振周波数を計測するのに用いるレーザ（スレーブ）は、サーボ機構によりこのリファレンス（マスター）レーザに位相ロックされて、サーボ帯域幅内におけるマスターレーザの低位相雑音がスレーブレーザへと伝達される。マスターレーザは、マスターレーザの位相／周波数ゆらぎを制御するネガティブフィードバックループに周波数識別器を用いることによって周波数安定化されている。このようにして、スレーブレーザは、電気光学サーボ機構の帯域幅内において低雑音を有する。
【０００９】
[0013] 本明細書において説明される光ファイバ共振器ジャイロスコープの実施態様は、各スレーブレーザからの出力を受光するように結合された光ファイバフィルタを含む。この光ファイバフィルタは、各レーザの残留した位相雑音、即ちサーボ帯域幅よりも高い周波数における位相ゆらぎを低減する。光ファイバフィルタからの出力は、ファイバ共振器コイル（ジャイロセンシングコイル）の共振をプローブするのに用いられる。光ファイバフィルタは、ＲＦＯＧによる高性能な回転計測に要求される所望の特徴を有する。これらの所望の特徴は、極めて狭窄な帯域幅、小さいサイズ、高パワーの取り扱い能力、低スプリアスの背景反射、製造容易性、調整容易性、及び低コストに対する潜在能力を含む。本明細書において説明される光ファイバフィルタは、極めて高いフィネス、狭窄な線幅、及び低コストのフィルタである。
【００１０】
[0014] 図１は、本発明に基づく光ファイバフィルタ１００一実施態様のブロック図である。光ファイバフィルタ１００は、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する固体コアの光ファイバ１１０を含む。第１の端面１１２と第２の端面１１４の間の距離によりファイバ長Ｌが規定される（ファイバ長Ｌの長さが決定される）。第１の端面１１２は、反射性コーティング材１３５でコーティングされている。第２の端面１１４は、反射性コーティング材１３６でコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、それぞれ第１の端面１１２及び第２の端面１１４上に堆積された１又は複数の物質層を含む。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、複数の誘電体層である。
【００１１】
[0015] 図１に示されるように、レーザ２０１から（矢印で表された）光ビーム３００が放射される。この光ビーム３００は、反射性コーティング材１３５及び端面１１２に入射し、光ファイバ１１０に結合される。反射性コーティング材１３５及び１３６は共振キャビティを形成しており、よって光ファイバ１１０の内部へ結合された光ビーム３０５は、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６の間で多重反射される。本明細書において使用される用語「結合」とは、光源（レーザや光ファイバ）から放射（出力）された光の（結合効率に依存する）少なくとも一部分が受光用光ファイバの中に結合される「光学的結合」のことである。結合は、光源から受光用光ファイバへ直接的に（例えば突き合わせ結合）生じさせることが可能であり、また、光源と受光用光ファイバの間に設置されて光源からの光ビーム出力を位置合わせし方向付ける光学部品によって生じさせることも可能である。結合された光は受光用光ファイバの中を伝搬する。結合効率は、光源とファイバの開口数が一致した場合に最大となる。この実施態様の一実施において、結合を最適化するために光源とファイバの間にレンズ（不図示）が配置される。
【００１２】
[0016] 反対側の第２の端面１１４から反射性コーティング材１３６を通って出力される光ビーム３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６とにより形成される共振器キャビティのフィネスは１０００であり、ファイバの長さは約５メートルであり、光ビーム３１０の線幅は２０ｋＨｚである。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５と反射性コーティング材１３６とにより形成される共振器キャビティのフィネスは２００であり、ファイバの長さは約５メートルであり、光ビーム３１０の線幅は１００ｋＨｚである。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５及び反射性コーティング材１３６は、所望の反射率を生じるようにファイバ内部に書き込まれたブラッググレーティングである。
【００１３】
[0017] 光ファイバフィルタ１００は双方向性であり、よって、レーザ２０１から放射された光ビーム３００が第１の端面１１２又は第２の端面１１４の何れに結合された場合でも、反対側の端面からの光ビーム出力３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。
【００１４】
[0018] 光ファイバフィルタ１００において、端面の切断角度はファイバ１１０の内部で多重反射を促進するような角度（通常はファイバのコアに対して９０度）に指定されなければならず、また、ファイバの長さＬ、コーティング材の反射率Ｒ１及びＲ２、並びにファイバのモードフィールドの大きさ及び開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）は、１）誘導ブリルアン散乱及び他の非線形効果の可能性を低減し、２）所望のパワーのスループットを可能とし、３）所望のフィルタの線幅を達成し、４）パッケージにした際の所望の曲げ半径を可能とするように、選択されなければならない。開口数ＮＡを計算するには、光ビーム３１０の発散角θ及び光ファイバ１１０の屈折率ｎが用いられる。開口数ＮＡはＮＡ＝ｎｓｉｎθであり、ここでｎは光ファイバの外側の媒質の屈折率である。反射率Ｒ１及びＲ２はそれぞれ、表面に入射した光の強度に対する（その表面から）反射された光強度の比を表す。
【００１５】
[0019] 図２は、本発明に基づく光ファイバフィルタ１０１一実施態様のブロック図である。光ファイバフィルタ１０１は、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する固体コアの偏波保持ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ：ＰＭＦ）１１１を含む。都合の良いことに、反射性コーティング材は偏波保持ファイバ１１１の端部に直接形成することができ、よって偏波保持ファイバ１１１は高フィネスの共振器となる。第１の端面１１２は、反射性コーティング材１３１を形成する第１の複数の誘電体層（薄膜層）でコーティングされている。第２の端面は、反射性コーティング材１３２を形成する第２の複数の誘電体層（薄膜層）でコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３１及び１３２は、それぞれ単一の薄膜層である。
【００１６】
[0020] 図２に示されるように、マスターレーザ２００から（矢印で表された）光ビーム３０８が放射される。この実施態様の一実施において、マスターレーザ２００は、低位相雑音のリファレンス光ビーム３０８を出力する周波数安定化マスターレーザである。例えば、光ビーム３０８は、サーボ帯域幅内において数Ｈｚ／√Ｈｚよりも実質的に小さい周波数雑音を有することが可能であるが、サーボ帯域幅よりも高い周波数領域ではより一層高い雑音レベルを有するかもしれない。マスターレーザ２００から出力される光ビーム３０８は、スレーブレーザ１２０を位相ロックするのに用いられる。スレーブレーザ１２０は、出力端面１７２光ビーム３０７を放射する。光ビーム３０７は、光ファイバフィルタ１０１内へ結合される。結合された光ビーム３０５は、偏波保持ファイバ１１１内に形成された共振キャビティの中で反射性コーティング材１３１と反射性コーティング材１３２の間を多数回、伝搬する。反対側の第２の端面１１４から反射性コーティング材１３２を通って出力される光ビーム３１０は、狭窄な線幅と低い周波数雑音ゆらぎを有する。例えば、光ビーム３１０は、サーボ帯域幅の外側において数Ｈｚ／√Ｈｚよりも実質的に低い周波数雑音レベルを有することが可能である。
【００１７】
[0021] コーティング材１３１及び１３２は、典型的には、低損失で所望の透過率と反射率を持つように設計された誘電体積層物である。所望のコーティング材１３１及び１３２は、少量の透過率を持ち低損失で高反射率のミラーであり、その結果、入力端面１７１と出力端面１７２に入射する光は、大部分がファイバ内部へ反射されて、共振器を生じさせる。透過率が小さな係数を持つことにより、幾らかの光が、ファイバ共振器１００又は１０１の中へ、またファイバ共振器１００又は１０１から外へ、結合されることが可能である。図１及び２に示されるように、ファイバ１１０及び１１１の両端はコーティングされている。この実施態様の一実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９７である。この実施態様の別の実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９８である。この実施態様の更に別の実施において、反射性コーティング材１３５（１３１）の反射率Ｒ１は０．９８３であり、反射性コーティング材１３６（１３２）の反射率Ｒ２は０．９８３である。
【００１８】
[0022] 共振器の往復の経路長２Ｌは、ファイバの第１の端面１１２からファイバ１１０又は１１１を通ってファイバのコーティングされた第２の端面１１４へ至り、折り返してファイバ１１０又は１１１を通ってファイバの第１の端面１１２へと至る経路長として、一意に定義される。この経路長は、光ファイバフィルタ１００又は１０１の最大の安定性を規定する。光ファイバフィルタが長くなればなるほど、出力光ビームの線幅はより狭窄に（小さく）なる。高フィネス及び狭窄な線幅は、低カットオフ周波数の光ファイバフィルタ（低域通過フィルタ）をもたらすのに望ましい条件である。フィルタのカットオフ周波数が低くなればなるほど、レーザの周波数雑音はより低くなる。要約すると、フィネスが高くなればなるほど、且つ線幅が狭窄になればなるほど、折点周波数はより低くなり、また光ファイバフィルタはレーザの周波数雑音を低減するのにより有効となる。通過する周波数雑音ゆらぎに対する伝達関数は、電気的な低域通過フィルタ―その折点周波数以下では周波数を低下させないが、折点周波数をより大きく超えるにつれて、周波数を転落させる即ち減衰させるようになる―の伝達関数と同じように見える。折点周波数は、その線幅に比例する。
【００１９】
[0023] 光ファイバ１１０（図１）及び１１１（図２）は、比較的に長い経路長を有し、それ故、高周波雑音のフィルタリングに際して長い光学的遅延時間をもたらす。共振する光ビームがファイバのコア内で非線形効果を励起しないことを保証するためには、光ファイバフィルタ１０１（１００）を注意深く設計することが要求される。これらの非線形効果、例えばカー効果や誘導ブリルアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＢＳ）は、光ファイバフィルタの安定性を低下させ、出力ビーム３１０の有用性を損なう。光共振器において、光ファイバフィルタ内を循環するパワーは、出力よりも遥かに強力である。もし循環パワーが光ファイバフィルタの内部で大きくなり過ぎると、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）が発生する。誘導ブリルアン散乱は、光ファイバフィルタの出力を劣化させる大きな強度ゆらぎを引き起こす。光ファイバ１１１（１１０）が光共振器として機能する時に光ファイバ１１１（１１０）内での非線形効果の発生を防止するように、ファイバ長Ｌ、第１の端面１１２上の反射性コーティング材１３１（１３５）、第２の端面１１４上の反射性コーティング材１３２（１３６）、光ファイバ１１１（１１０）のモードフィールドの大きさ、及び光ファイバ１１１（１１０）の開口数ＮＡが選択される。
【００２０】
[0024] ここで非線形効果の発生を防止するよう設計された例示的な光ファイバフィルタ１０１の限界を説明する。光ファイバフィルタ１０１の例示的なファイバ１１１は、損失が６０ｐｐｍ／ｍでモードフィールド径が１０．６μの偏波保持（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ：ＰＭ）ファイバである。ＳＢＳが始まるパワーの閾値（Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌ）は、ファイバのコアの物理的面積Ａ［ｍ２］、ファイバの損失α［ｍ−１］、導波媒質の利得係数ＧＢ［ｍ／Ｗ］、及びファイバの長さＬ［ｍ］に関係している。具体的には、Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌは次の式：Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌ＝２１＊［（α＊Ａｅｆｆ）／（ρ＊ｇＢ＊（１−ｅ−（αＬ）））］に基づいて計算される。ここで、「＊」は乗算記号を表す。損失αが０．２５ｄＢ／ｋｍ（〜６０ｐｐｍ／ｍ）である公称１０メートルの偏波保持ファイバ１１１に関しては、ガラス中のパワーの割合ρは１（即ち固体コアに対して）であり、ＳＢＳの利得ＧＢは５×１０−１１ｍ／Ｗ（シリカに対して）であり、ファイバのモードフィールド面積は８．８×１０−１１ｍ２であり、ＳＢＳに関するパワー閾値Ｐｃｒｉｔ Ｂｒｉｌｌは３．７Ｗである。
【００２１】
[0025] 表１は、エアリー関数において２００ｋＨｚの半値全幅（ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈ−ｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕｍ：ＦＷＨＭ）ピークを持つ２００ｋＨｚ用光ファイバフィルタ１０１に用いられるＰＭファイバ１１１の長さＬの関数として、フィネス、出力パワー、及び循環パワーを示す。表１はまた、反射性コーティング材の透過率（Ｔ）も示す。循環パワーの列は、共振フィルタ内を循環するパワーを単位入力に換算して列挙したものである。循環パワー（Ｗ）の列は、６０ｍＷの入力に基づく循環パワーをワットで与えるものであり、ブリルアン閾値を見積もるのに有用である。
【００２２】
【表１】
【００２３】
[0026] 上述された例示的な光ファイバフィルタ１０１に６０ｍＷのレーザビームが結合された場合、循環パワーは、表１に示されたファイバの長さ（例えば５ｍ以下）に対してはブリルアン閾値を上回ることはない。表１に示された出力及び循環パワーは、単位入力パワーに規格化されている。ワットで表された循環パワーは、６０ｍＷの入力パワーを仮定している。
【００２４】
[0027] 図３は、本発明に基づく、光ファイバフィルタ１０１，１０２，１０３を含む光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ：ＲＦＯＧ）システム１０の一実施態様のブロック図である。ＲＦＯＧシステム１０はまた、本明細書において「光ファイバ共振器ジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）１０」とも呼ばれる。ＲＦＯＧシステム１０は、高性能なジャイロスコープシステムである。各レーザの周波数雑音は、光ファイバフィルタ１０１，１０２，１０３を利用することにより低減されている。ＲＦＯＧ１０は、周波数安定化マスターレーザ２００、３つのスレーブレーザ（ｓｌａｖｅ ｌａｓｅｒｓ：ＳＬ）１２１，１２２，及び１２３、３つのそれぞれの光ファイバフィルタ（ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｉｂｅｒ ｆｉｌｔｅｒｓ：ＯＦＦ）１０１，１０２，及び１０３、３つのそれぞれの強度変調器（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ：ＩＭ）３２０−１，３２０−２，及び３２０−３、並びにファイバ共振器コイル２４０を含む。ファイバ共振器コイル２４０は、ジャイロスコープ内でファイバリング共振キャビティを形成する光ファイバリング共振器である。ファイバ共振器コイル２４０はまた、本明細書において「ファイバループ２４０」及び「センシング用共振器２４０」とも呼ばれる。ファイバループ２４０は、その中を少なくとも２つの光ビームが対向して伝搬する光ファイバである。ファイバループ２４０の出力は、ＲＦＯＧ１０の回転の速度を決定するために用いられる。この実施態様の一実施において、ＲＦＯＧ１０には、２つだけの光ファイバフィルタ１０１及び１０２とそれぞれの２つのスレーブレーザ１２１及び１２２が存在する。この実施態様の別の実施において、マスターレーザ２００並びに３つのスレーブレーザ（ＳＬ）１２１，１２２，及び１２３は、半導体レーザダイオードである。
【００２５】
[0028] 周波数安定化マスターレーザ２００からリファレンス光ビーム３０８が放射される。リファレンス光ビーム３０８は、低位相雑音（例えば、１Ｈｚ／√Ｈｚ以下）を有する。ビーム３０８は、マスター及びスレーブレーザ間に無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）のビート信号を発生させるのに用いられ、このビート信号は、位相同期回路（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）２５０（本明細書において「マルチレーザ周波数制御回路２５０」とも呼ばれる）が、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３を共振トラッキングサーボ２５１により決定される周波数間隔でマスターレーザ２００に同期させるのに用いられる。これらのビート信号は、マルチレーザ周波数制御回路２５０により用いられ、マルチレーザ周波数制御回路２５０は、共振トラッキングサーボ２５１からのフィードバックを受け取って、それぞれのスレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３の光ビームの周波数を精密に制御する。
【００２６】
[0029] スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３は、図２に示されたスレーブレーザ１２０と同様の構成及び機能を有する。図３に示されるように、スレーブレーザ１２１は、第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−１に同期される。ここで、ｆはマスターレーザ２００の中心周波数であり、Δｆは中心周波数ｆからの周波数オフセットであり、ＦＳＲはセンシング用共振器２４０の自由スペクトル領域である。自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）は、センシング用共振器２４０の隣り合った共振ピーク間の周波数間隔である。スレーブレーザ１２２は、第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−２に同期される。スレーブレーザ１２３は、第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲの光を放射するようにリファレンス光ビーム３０８−３に同期される。
【００２７】
[0030] 光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３から放射されたそれぞれの出力光ビーム３０７−１，３０７−２，及び３０７−３がそれぞれ光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３に結合されるように配置される。光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、それぞれ低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１，３１０−２，及び３１０−３を出力する。低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１，３１０−２，及び３１０−３は、それぞれ強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３に結合される。当該技術分野において知られているように、光ビームの周波数雑音が低減されるにつれて、その光ビームのコヒーレンスは向上する。
【００２８】
[0031] ファイバ共振器コイル２４０は、２４１において概略表される第１のコイル端面及び２４２において概略表される第２のコイル端面を有する光ファイバである。光ファイバフィルタ１０１及び１０３から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１及び３１０−３は、それぞれ強度変調器３２０−１及び３２０−３を介してファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合される。光ファイバフィルタ１０２から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２は、強度変調器３２０−２を介してファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合される。
【００２９】
[0032] 光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３はそれぞれ、第１の端面１１２及び反対側の第２の端面１１４を有する光ファイバ１１１を含む。第１の端面１１２及び第２の端面１１４は、それぞれ反射性コーティング材１３１及び１３２でコーティングされている。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３は、構成及び機能において、図１に示された光ファイバフィルタ１００と同様である。
【００３０】
[0033] 第１のスレーブレーザ１２１から放射された光ビーム３０７−１は、第１の光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第１の光ビーム３１０−１は、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（強度変調器３２０−１並びにビームスプリッタ２７１，２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を含む光学部品を介して）結合される。当業者には理解できるように、光学部品による結合の他の構成も可能である。第１のコイル端面２４１においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−１の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を反時計回り（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＣＷ）方向に伝搬する。
【００３１】
[0034] 第２のスレーブレーザ１２２から放射された光ビーム３０７−２は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第２の光ビーム３１０−２は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に（強度変調器３２０−２並びにビームスプリッタ２７２（３−４）及びレンズ２７０−２を含む光学部品を介して）結合される。第２のコイル端面２４２においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−２の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を時計回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ：ＣＷ）方向に伝搬する。
【００３２】
[0035] 第３のスレーブレーザ１２３から放射された光ビーム３０７−３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第１の端面１１２に結合される。低雑音でコヒーレントな第３の光ビーム３１０−３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力され、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に（強度変調器３２０−３並びにビームスプリッタ２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を含む光学部品を介して）結合される。第１のコイル端面２４１においてファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光ビーム３１０−３の一部分は、ファイバ共振器コイル２４０の中を反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する。この実施態様の一実施において、レンズ２７０（１−２）はボールレンズである。
【００３３】
[0036] ファイバ共振器コイル２４０内へ結合された光は、レンズ２７０−１及び２７０−２並びにビームスプリッタ２７２−２，２７２−５，及び２７２−４を通過してファイバ共振器コイル２４０の内部を多数回、伝搬する。時計回り（ＣＷ）方向に伝搬する光の一部分（例えば１乃至２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ１ＣＷ）２６１内へ反射される。反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する光の一部分（例えば１乃至２０％）は、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ２ＣＣＷ）２６２内へ反射される。検出器２６１及び２６２において検出された光パワーの量を表す情報は、共振トラッキングサーボ２５１及びＤＣパワーサーボ２５４へ信号として送られる。共振トラッキングサーボ２５１は、マルチレーザ周波数制御回路２５０へ信号を送り、マルチレーザ周波数制御回路２５０は、スレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３の光ビームの周波数を、必要に応じてセンシング用共振器２４０の共振ピークへ調整する。ＤＣパワーサーボ２５４は、光ファイバフィルタ１０２から出力された光ビーム３１０−２のパワーを強度変調器（ＩＭ）３２０−２によって調整するために、加算回路（Σ）２８１へ信号を送る。この調整は、ＣＷ及びＣＣＷ方向におけるパワーのバランスを取って光カー効果により誘起されるキャビティの長さの差を最小化するために、実施される。
【００３４】
[0037] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、ビームスプリッタ２５８を介して強度変調器３２０−３からの光ビーム３１０−３の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、相対強度雑音（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）検出器（ＰＤ３）２６２を含む。ＲＩＮ検出器２６２は、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に入力されることになる光ビーム３１０−３の強度雑音を（光ビーム３１０−１と混合される前に）計測する。ＲＩＮ検出器２６２からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５２へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５２から強度変調器３２０−３へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−３を通過する入力光ビーム３１０−３の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−３を通過した入力光ビーム３１０−３の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３５】
[0038] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、強度変調器３２０−１からの光ビーム３１０−１の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、相対強度雑音（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）検出器（ＰＤ４）２５７を含む。ＲＩＮ検出器２５７は、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に入力されることになる光ビーム３１０−１の強度雑音を（ビーム３１０−３と混合される前に）計測する。ＲＩＮ検出器２５７からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５４へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５４から強度変調器３２０−１へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−１を通過する入力光ビーム３１０−１の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−１を通過した入力光ビーム３１０−１の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３６】
[0039] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、強度変調器３２０−２からの光ビーム３１０−２の一部分（例えば１乃至１０％）を受ける、ＲＩＮ検出器（ＰＤ０）２６０を含む。ＲＩＮ検出器２６０からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５３へフィードバック信号を与える。ＲＩＮサーボ電子システム２５３から強度変調器３２０−２へ送られた電子信号は、強度変調器３２０−２を通過する入力光ビーム３１０−２の全光強度を調整して、ＲＩＮに起因する望ましくない強度のゆらぎが除去又は実質的に低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループは、強度変調器３２０−２を通過した入力光ビーム３１０−２の強度雑音、又は望まれない強度若しくは振幅変調を低減するのに用いられる。
【００３７】
[0040] 図３に示された例示的なＲＦＯＧ１０はまた、シリコン光学ベンチ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅｎｃｈ：ＳｉＯＢ）１５０を含む。シリコン光学ベンチ１５０は、第１のファイバコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２を互いに向かい合わせて光学的に位置合わせするようにシリコン光学ベンチ１５０の表面にエッチングされた、溝２９５及び２９６を含む。シリコン光学ベンチ１５０はまた、光ビーム３１０−１，３１０−３をファイバ端面２４１へ、またビーム３１０−２をファイバ端面２４２へ位置合わせし方向付けるのに用いられる光学部品（例えば、レンズ、ビームスプリッタ、及び／又はミラー）を配置するための設備（例えば、溝、位置合わせ構造、又はトレンチ）を含む。ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１は、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置される。ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２は、シリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置される。溝２９５及び２９６は、第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２が溝２９５及び２９６に配置された時に、ファイバ共振器コイル２４０の光ファイバのコアの中心が正確に光ビーム３１０（１−３）に位置合わせされるような深さまで、エッチングされている。同様に、溝２９５及び２９６は、第１のコイル端面２４１と第２のコイル端面２４２のコアが互いに向かい合って位置合わせされてファイバリング共振キャビティを作るような深さまで、エッチングされている。
【００３８】
[0041] 図４は、本発明に基づく、ピグテール付き強度変調器３２０−１（図３）に結合された光ファイバフィルタ１０１の一実施態様のブロック図である。この実施態様において、端面５０５を持つファイバピグテール５０３は、入力ビーム３１０−１を強度変調器３２０−１に結合するように結合されている。ファイバピグテール５０３の端面５０５は、シリコン基板１５１の溝１５２に配置される。第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、シリコン基板１５１のエッチング領域１５５に配置される。光ファイバフィルタ１０１の出力端は、シリコン光学ベンチ１５１の溝１５３（本明細書において第３の溝１５３とも呼ばれる）に配置される。２つのボールレンズ１６１及び１６２は、光ファイバフィルタ１０１から出力された光ビーム３１０−１を強度変調器３２０−１のファイバピグテール５０３の端面５０５内へ結合する。
【００３９】
[0042] 図４に示されるように、第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、それらの間を伝搬する低雑音でコヒーレントな光ビームをコリメートするように配置される。この例示的な位置合わせにおいて、光ファイバフィルタ１０１から第１のボールレンズ１６１へ結合された光ビーム３１０−１は、コリメートされた光ビーム３１０−１’として第１のボールレンズ１６１から出射する。コリメートされた光ビーム３１０−１’は、第２のボールレンズ１６２へ入射する。第２のボールレンズ１６２は、この光を光ビーム３１０−１”として強度変調器３２０−１のファイバピグテール５０３の端面５０５上に集光する。この実施態様の一実施において、光学部品（例えばビームスプリッタ２７２（１−２））がコリメートされた光ビーム３１０−１’の中に配置されて、第１のボールレンズ１６１と第２のボールレンズ１６２の間でこの光３１０−１’を方向付ける。そのような実施態様において、この光を方向付ける部品を固定するためのトレンチ（シリコン光学ベンチ１５１では不図示）が存在する。同じようにして、強度変調器３２０−１の出力は、シリコン光学ベンチ１５０（図３）上に配置されたビームスプリッタ２７１，２７２（１−２）及びレンズ２７０−１を介して入力ビーム３１０−１を共振器のファイバ端面２４１内へ結合するように強度変調器３２０−１の出力側ファイバピグテール（不図示）を溝２９７（図３）の中に設置することによって、シリコン光学ベンチ１５０内へ結合されることができる。
【００４０】
[0043] 光ファイバフィルタ１０２及び１０３からそれぞれ出力された光ビーム３１０−２及び３１０−３を、シリコン基板（不図示）を介してそれぞれ強度変調器３２０−２及び３２０−３のファイバピグテールに結合するために、同様の配置が可能である。例えば、第３のボールレンズ（不図示）及び第４のボールレンズ（不図示）が、それらの間を伝搬する低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２をコリメートするように配置されることができる。
【００４１】
[0044] この実施態様の別の実施において、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第３の溝２９７に配置され、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第４の溝２９８に配置され、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４は、シリコン光学ベンチ１５０の第５の溝２９９に配置される。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３からの光ビーム出力をそれぞれ強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３に位置合わせし、強度変調器３２０−１，３２０−２，及び３２０−３の出力をファイバ共振器コイル２４０に位置合わせするために、集積化されたシリコン光学ベンチが用いられる。
【００４２】
[0045] この実施態様の更に別の実施において、１つの光学的に透明なボールレンズ１６１のみが、シリコン光学ベンチ１５０のエッチング領域に配置される。この実施態様の別の実施において、第１のボールレンズ１６１及び第２のボールレンズ１６２は、シリコン光学ベンチ１５０及び／又は１５１の２つの離れたエッチング領域に配置される。このようにして、少なくとも１つの光学的に透明なボールレンズ１６１が、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び／又は１０３のうち少なくとも１つの第２の端面１１４からそれぞれ出力された光ビーム３１０−１，３１０−２，及び／又は３１０−３を、ファイバ共振器コイル２４０の少なくとも１つの各コイル端面２４１，２４２，又は２４３にそれぞれ結合する。
【００４３】
[0046] 上述したように、シリコン光学ベンチ１５０及び／又は１５１は、光学素子（例えば、第１のボールレンズ１６１、第２のボールレンズ１６２、ビームスプリッタ２７１，２７２（１−５）、及び／又はレンズ２７０（１−２））を配置するための溝（例えば、溝２９７−２９９，１５２，１５２、及び／又はエッチング領域１５５）を含み、これら光学素子は、少なくとも２つの光ファイバフィルタ（例えば、１０１−１０３）から出力された少なくとも２つの低雑音でコヒーレントな光ビーム（例えば、３１０（１−３））を第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２並びに第１のコイル端面２４１と第２のコイル端面２４２の間に位置合わせし方向付ける。シリコン光学ベンチ１５０上にファイバ共振器コイル２４０を収容することで、ＲＦＯＧ１０の低コストの実施がもたらされる。
【００４４】
[0047] 図５は、本発明に基づく光ファイバ共振器ジャイロスコープシステム１０において用いるための、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビームを発生させる方法５００の一実施態様のフロー図である。他の結合配置により構成されるＲＦＯＧが用いられることが可能であることは理解されるべきであるが、この方法５００は、図２及び３を参照して説明される。
【００４５】
[0048] ブロック５０２において、少なくとも１つのスレーブレーザ１２１を制御するために、マスターレーザ２００から放射された光ビーム３０８が用いられる。この少なくとも１つのスレーブレーザ１２１は、マスターレーザ２００に同期される。３つのスレーブレーザ１２１，１２２，及び１２３は、共振トラッキングサーボ２５１によって決定される周波数間隔を空けてマスターレーザ２００に同期される。図３に示されるように、第１のスレーブレーザ１２１は第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲに同期され、第２のスレーブレーザ１２２は第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆに同期され、第３のスレーブレーザ１２３は第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲに同期される。
【００４６】
[0049] ブロック５０４において、少なくとも１つのスレーブレーザ１２１から放射された光ビーム３０７が、それぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１に結合される。具体的には、少なくとも１つのスレーブレーザ１２０から出力された光ビーム３０７は、それぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合される。
【００４７】
[0050] 図３に示されるように、第１のスレーブレーザ１２１からの（第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲの）出力３０７−１は第１の光ファイバフィルタ１０１の第１の端面１１２に結合され、第２のスレーブレーザ１２２からの（第２の周波数ｆ２＝ｆ＋Δｆの）出力３０７−２は第２の光ファイバフィルタ１０２の第１の端面１１２に結合され、第３のスレーブレーザ１２３からの（第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲの）出力３０７−３は第３の光ファイバフィルタ１０３の第１の端面１１２に結合される。
【００４８】
[0051] ブロック５０６において、少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０がそれぞれ少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１から出力される。図３に示されるように、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１が第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力され、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２が第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力され、低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３が第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力される。
【００４９】
[0052] ブロック５０８において、少なくとも１つの光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力された、この少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、回転速度に対して敏感な共振周波数を有するファイバ共振器コイル２４０の２つのコイル端面（例えば、第１のコイル端面２４１及び第２のコイル端面２４２）のうち少なくとも１つに結合される。
【００５０】
[0053] 図３に示されるように、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、強度変調器３２０−１及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１の出力を第１のコイル端面２４１に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合される。
【００５１】
[0054] 同様に、図３は、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２が、強度変調器３２０−２及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２の出力を第２のコイル端面２４２に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合されることを示す。
【００５２】
[0055] 同様に、図３は、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４から出力された低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３が、強度変調器３２０−３及びこの低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３の出力を第１のコイル端面２４１に位置合わせし方向付けるように配置された他の光学素子を介して、ファイバ共振器コイル２４０の第１のコイル端面２４１に結合されることを示す。この実施態様の一実施において、ＲＦＯＧシステム１０には第３のスレーブレーザ１２３及び光ファイバフィルタ１０３は存在しない。
【００５３】
[0056] この実施態様の一実施において、第１のコイル端面２４１はシリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置され、第２のコイル端面２４２はシリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置される。
【００５４】
[0057] この実施態様の別の実施において、第１の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−１は、シリコン光学ベンチ１５０の第１のエッチング領域１５５に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置された第１のコイル端面２４１に結合され、第２の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−２は、シリコン光学ベンチ１５０の第２のエッチング領域１５５に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第２の溝２９６に配置された第２のコイル端面２４２に結合され、第３の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３は、シリコン光学ベンチ１５０の第３のエッチング領域２９９に配置された少なくとも１つのボールレンズ１６１を介して、シリコン光学ベンチ１５０の第１の溝２９５に配置された第１のコイル端面２４１に結合される。この後者の構成のいくつかの実施態様において、第３の低雑音でコヒーレントな光ビーム３１０−３及び第３のエッチング領域２９９に配置されたボールレンズ１６１は存在しない。
【００５５】
[0058] この実施態様の更に別の実施において、強度変調の機能は、光ファイバフィルタ１０１，１０２，及び１０３上で直接的に実施される。この後者の事例の実施態様において、第１の光ファイバフィルタ１０１の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第３の溝２９７に配置され、第２の光ファイバフィルタ１０２の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第４の溝２９８に配置され、第３の光ファイバフィルタ１０３の第２の端面１１４はシリコン光学ベンチ１５０の第５の溝２９９に配置される。この後者の構成のいくつかの実施態様において、第５の溝２９９に配置される第３の光ファイバフィルタ１０３は存在しない。
【００５６】
[0059] このようにして、安価なＲＦＯＧシステムは、低コストのレーザダイオードを用い、レーザダイオードの位相雑音を低減するために（光ファイバフィルタの使用によって）光フィルタリングを改善する。それ故、低コストのＲＦＯＧシステムは改善された性能を有する。この実施態様の一実施において、光ファイバフィルタ１００又は１０１は、１つのレーザ及び周波数シフタを含むシステムにおいて用いられる。
【００５７】
[0060] 後述の特許請求の範囲によって規定される発明の多数の実施態様が説明された。それにもかかわらず、説明された実施態様に対して、特許請求の範囲に記載された発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変形をすることが可能であることは理解されるであろう。したがって、他の実施態様は、後述の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低位相雑音を有するリファレンス光ビームを放射する周波数安定化マスターレーザ（２００）と、
前記リファレンス光ビームがそれぞれを制御するように配置された少なくとも２つのスレーブレーザ（１２１）と、
前記少なくとも２つのスレーブレーザから放射される光ビーム（３０７−１）がそれぞれに結合されるように配置され、それぞれ低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）を出力する少なくとも２つの光ファイバフィルタ（１０１）と、
第１のコイル端面（２４１）及び第２のコイル端面（２４２）を有するファイバ共振器コイル（２４０）と、
を含み、
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタのうちの１つから出力される光ビーム（３１０−１）が前記ファイバ共振器コイルの前記第１のコイル端面に結合され、
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタのうちの別の１つから出力される光ビーム（３１０−２）が前記ファイバ共振器コイルの前記第２のコイル端面に結合される、
光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタはそれぞれ第１の端面（１１２）及び反対側の第２の端面（１１４）を有する光ファイバ（１１０）を含み、前記第１の端面と前記第２の端面はファイバ長（Ｌ）を規定し、前記第１の端面及び前記第２の端面は反射性コーティング材（１３５）でコーティングされ、前記ファイバ長、前記第１の端面（１１２）上の前記反射性コーティング材（１３５）、前記第２の端面（１１４）上の前記反射性コーティング材（１３６）、前記光ファイバのモードフィールドの大きさ、及び前記光ファイバの開口数は前記少なくとも２つの光ファイバフィルタの前記光ファイバ内での非線形効果の発生を防止するように選択される、請求項１に記載の光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）。
【請求項３】
第１のスレーブレーザ（１２１）及び第２のスレーブレーザ（１２２）を周波数安定化マスターレーザ（２００）に位相同期させるステップと、
前記第１のスレーブレーザから放射される光ビーム（３０７−１）を第１の光ファイバフィルタ（１０１）の第１の端面（１１２）に結合するステップであって、前記第１の光ファイバフィルタの第２の端面（１１４）から第１の低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）が出力されるステップと、
前記第２のスレーブレーザ（１２２）から放射される光ビーム（３０７−２）を第２の光ファイバフィルタ（１０２）の第１の端面に結合するステップであって、前記第２の光ファイバフィルタの第２の端面から第２の低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−２）が出力されるステップと、
前記第１の低雑音でコヒーレントな光ビームをファイバ共振器コイル（２４０）の第１のコイル端面（２４１）に結合するステップと、
前記第２の低雑音でコヒーレントな光ビームを前記ファイバ共振器コイルの第２のコイル端面（２４２）に結合するステップと、
を含む、光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）において用いるための少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）を発生させる方法。
【請求項１】
低位相雑音を有するリファレンス光ビームを放射する周波数安定化マスターレーザ（２００）と、
前記リファレンス光ビームがそれぞれを制御するように配置された少なくとも２つのスレーブレーザ（１２１）と、
前記少なくとも２つのスレーブレーザから放射される光ビーム（３０７−１）がそれぞれに結合されるように配置され、それぞれ低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）を出力する少なくとも２つの光ファイバフィルタ（１０１）と、
第１のコイル端面（２４１）及び第２のコイル端面（２４２）を有するファイバ共振器コイル（２４０）と、
を含み、
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタのうちの１つから出力される光ビーム（３１０−１）が前記ファイバ共振器コイルの前記第１のコイル端面に結合され、
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタのうちの別の１つから出力される光ビーム（３１０−２）が前記ファイバ共振器コイルの前記第２のコイル端面に結合される、
光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも２つの光ファイバフィルタはそれぞれ第１の端面（１１２）及び反対側の第２の端面（１１４）を有する光ファイバ（１１０）を含み、前記第１の端面と前記第２の端面はファイバ長（Ｌ）を規定し、前記第１の端面及び前記第２の端面は反射性コーティング材（１３５）でコーティングされ、前記ファイバ長、前記第１の端面（１１２）上の前記反射性コーティング材（１３５）、前記第２の端面（１１４）上の前記反射性コーティング材（１３６）、前記光ファイバのモードフィールドの大きさ、及び前記光ファイバの開口数は前記少なくとも２つの光ファイバフィルタの前記光ファイバ内での非線形効果の発生を防止するように選択される、請求項１に記載の光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）。
【請求項３】
第１のスレーブレーザ（１２１）及び第２のスレーブレーザ（１２２）を周波数安定化マスターレーザ（２００）に位相同期させるステップと、
前記第１のスレーブレーザから放射される光ビーム（３０７−１）を第１の光ファイバフィルタ（１０１）の第１の端面（１１２）に結合するステップであって、前記第１の光ファイバフィルタの第２の端面（１１４）から第１の低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）が出力されるステップと、
前記第２のスレーブレーザ（１２２）から放射される光ビーム（３０７−２）を第２の光ファイバフィルタ（１０２）の第１の端面に結合するステップであって、前記第２の光ファイバフィルタの第２の端面から第２の低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−２）が出力されるステップと、
前記第１の低雑音でコヒーレントな光ビームをファイバ共振器コイル（２４０）の第１のコイル端面（２４１）に結合するステップと、
前記第２の低雑音でコヒーレントな光ビームを前記ファイバ共振器コイルの第２のコイル端面（２４２）に結合するステップと、
を含む、光ファイバ共振器ジャイロスコープ（１０）において用いるための少なくとも１つの低雑音でコヒーレントな光ビーム（３１０−１）を発生させる方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５１９９２（Ｐ２０１２−２５１９９２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−７６９２７（Ｐ２０１２−７６９２７）
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７６９２７（Ｐ２０１２−７６９２７）
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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