平均波長の安定性が向上したＥｒ添加超蛍光ファイバー光源
エルビウム添加(Ｅｒ添加)超蛍光性のファイバー光源（ＳＦＳ）は、高い平均波長安定性を持つ。方法は、ＳＦＳ（１０)の推定平均波長を決定する。方法は、実平均波長を有するＥｒ添加ＳＦＳ（１０）を備えることを含む。方法は、ＳＦＳ（１０）を構成することをさらに含み、実平均波長がＥＤＦ（２０）の温度に依存する。方法は、ＥＤＦ（２０）の温度への実平均波長の依存度を得ることをさらに含む。方法は、ＥＤＦ（２０）の温度を測定することをさらに含む。方法は、測定したＥＤＦ（２０）の温度およびＥＤＦ（２０）の温度に対する実平均波長の依存度を用いて、推定平均波長を算出することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括して、光学系にレーザー光を与えるための方法および装置に関し、より特定的には、平均波長の安定性が向上したレーザー光を与えるための超蛍光ファイバー光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｅｒを添加した超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳｓ）は、光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧｓ）に応用するため広範に研究されてきた。ＳＦＳｓは、高い効率、高い空間コヒーレンス、広いスペクトルの発光、および平均波長の優れた長期安定性を合わせ持つユニークなものである。例えば、D.G. Falquier, " Erbium doped superfluorescent fiber sources for the fiber optic gyroscope"（光ファイバージャイロスコープためのエルビウムを添加した超蛍光ファイバー光源）、博士論文、２０００年１２月、応用物理学部、スタンフォード大学、スタンフォード、カリフォルニア州、D.C. Hall他, "High-stability Er３+-doped supＥｒfluorescent fiber sources,"（高安定性Ｅｒ３＋添加超蛍光ファイバー光源） J. Lightwave Tech., Vol. 13, No. 7, pp. 1452-1460, July 1995、およびP.F. Wysocki他, "Characteristics of Erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications,"（干渉センサーに利用するためのエルビウム添加超蛍光ファイバー光源の特性） J. Lightwave Tech., Vol. 12, No. 3, pp. 550-567, March 1994を参照されたい。この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【０００３】
ＳＦＳの平均波長の長期安定性は望ましいことである。というのも、ＦＯＧの目盛倍率は該光源の平均波長をもって計測するからである。従って、目盛倍率の正確な情報、そして平均波長の正確な情報は、特に、ＦＯＧからの絶対回転速度の正確な測定に有用である。D.C. Hall他（上記で引用）は、Ｅｒを添加したＳＦＳの平均波長安定性が、８百万分率（ｐｐｍ）のオーダーであることを報告している。この平均波長安定性は、低度〜中度の精度のＦＯＧｓに適している。しかし、高精度の慣性航法ＦＯＧｓは、長時間にわたって平均波長のより高い安定性を必要とする。
【０００４】
先行技術において、高精度の用途に対し十分な平均波長安定性を有するＳＦＳは報告されていない。その理由の一つは、ＳＦＳの平均波長を左右する種々のパラメーター（例えばポンプの波長、出力、および偏光、ファイバーの温度および複屈折、ならびにＦＯＧから戻る光のフィードバック）を安定化することが困難なことである。これまでの努力により、これら各々のパラメーターの平均波長に対する寄与について詳細な研究がなされており、それらの寄与および／またはそれらの寄与の変動を効果的に減少させる種々の方法が報告されている。上記で両者引用したD.C. Hall他およびP.F. Wysocki他の先行の成果についての報告例に加え、以下のような報告例が含まれる。T. Gaiffe他、"Wavelength stabilization of an Erbium-doped Fiber source with a fiber Bragg grating for high-accuracy FOG,"（高精度ＦＯＧのためのファイバーブラッググレーティングによるエルビウム添加ファイバー光源の波長安定化）、Proc. SPIE, Vol. 2837, pp. 375-380, 1996；H.J. Patrick他、"Erbium-doped superfluorescent fibre source with long period fibre grating wavelength stabilization"（長期ファイバーグレーティング波長安定化エルビウム添加超蛍光ファイバー光源）、Electron. Lett., Vol. 33, No. 24, pp. 2061-2063, 1997；M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 313-340, 2001, 第２版、M.J.F. Digonnet編、Marcel Dekker, Inc., New York；P. Wysocki他、"Wavelength Stability of a High-Output, Broadband, Er-Doped Superfluorescent Fiber Source Pumped near 980 nm"（９８０ｎｍ付近でポンピングされる高出力、広帯域、Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源の波長安定性）、Opt. Lett., Vol. 16, No. 12, pp. 961-963, June 1991；およびP.Z. Zatta他、"Ultra-high-stability two-stage superfluorescent fibre sources for fibre optic gyroscopes"（光ファイバージャイロスコープのための超高安定性２ステージ超蛍光ファイバー光源）、Electron. Lett., Vol. 38, No. 9, pp. 406-408, April 2002 この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【０００５】
平均波長のポンプ波長に対する依存性は、従来適当にポンプ波長を選ぶことにより、そして、レーザーダイオードの温度および電流を安定化することにより減らされてきた。平均波長のポンプ出力依存性は、従来ポンプ出力およびファイバー長の適当な選択により減らされてきた。レーザーダイオードの温度を安定化することおよび電流を安定化することは、平均波長のポンプ出力依存性を減少させるのにも利用されてきた。平均波長に対する光のフィードバックの影響は、ＳＦＳの構成を適正に設計し、かつＳＦＳとジャイロコイルとを光学的に分離することにより、減少させることができ、さらには除去することができる。かくして、これらの平均波長に対する寄与は、数ｐｐｍレベル以下に減らされてきたが、さらなる安定化がいまだに求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
所定の態様において、１つの方法は、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）により発生される光の平均波長を安定化するものである。この方法は、ＳＦＳを与えることを含む。該ＳＦＳは、第一端部、第二端部および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）を含む。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーを含む。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源を含む。該ポンプ光源はポンプ光を発生させる。平均波長は、該ポンプ光の波長に影響される。該ポンプ光の波長は、該ポンプ光源の温度に依存し、かつ、該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播する。該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として、該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦを通過する際に増幅される。該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーターを含む。該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される。該方法はさらに、該ＥＤＦの長さを最適化することを含む。該方法はさらに、平均波長の安定性に対するポンプ光波長の影響を減少させることを含む。
【０００７】
他の所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）は、選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる。該ＳＦＳは、第一端部、第二端部、および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）を含む。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーを含む。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源を含む。該ポンプ光源はポンプ光を発生させる。出力光の平均波長は、該ポンプ光の波長に影響される。該ポンプ光の波長は、該ポンプ光源の温度に依存し、かつ、該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播する。該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として、該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦを通過する際に増幅される。該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーターを含む。該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される。該出力光の平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化し、かつ該ポンプ光波長の該平均波長に対する影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【０００８】
所定の態様において、１つの方法は、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）の推定平均波長を決定する。この方法は、ある実平均波長を有するＳＦＳを与えることを含む。該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）とポンプ光源とを含む。該方法はさらに、該実平均波長が該ＥＤＦの該温度に対して依存性を有するように該ＳＦＳを構成することを含む。該方法はさらに、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることを含む。該方法はさらに、該ＥＤＦの温度を測定することを含む。該方法はさらに、測定した該ＥＤＦの温度および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を用いて推定平均波長を算出することを含む。
【０００９】
所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）を備える。該ＳＦＳは、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定している平均波長を有する。
【００１０】
所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）は、選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる。該ＳＦＳは、第一端部と第二端部との間にある長さを有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）を含み、該ＥＤＦはある温度を有する。該ＳＦＳはさらに、実質的に一定のポンプ波長でポンプ光を発生するように制御されるポンプ光源を含む。該ＳＦＳの平均波長は、該ポンプ波長に影響される。該ポンプ波長は、該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該ＥＤＦの第一端部につながれ、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播する。該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播しかつ該ＥＤＦの第二端部から出力される順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光を発生するように該ポンプ光に応答する。さらに、該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第一端部に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生するように該ポンプ光に応答する。該逆方向のＡＳＥ光は、第一の偏光を有する。該ＳＦＳはさらに、該逆方向のＡＳＥ光を受光するように光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該第一の偏光に直交する第二の偏光で反射ＡＳＥ光を発生するように該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第一端部につながれ、かつ、該ＥＤＦの長さ部分を通って該ＥＤＦの第二端部に伝播する際に増幅される。該ＥＤＦの第二端部において、該増幅された反射ＡＳＥ光は、該順方向のＡＳＥ光とともに出力される。平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化し、かつ該平均波長に対する該ポンプ波長の影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【００１１】
本発明を要約するために、本発明の所定の状況、利点および新規な特徴について上述した。しかしながら、当然のことながら、必ずしもそのような利点のすべてが本発明のいかなる特有の態様によっても達成されることを必要とするものではない。従って、ここに開示する利点の一つまたは一連の利点を達成するかまたは最適化するように、本発明を具体化または実施することができ、その場合、ここに開示または示唆しうる他の利点を必ずしも達成する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に模式的に示す超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）１０は、ここに説明する態様に従って選ばれた安定性の平均波長〈λ〉を有するＳＦＳ出力光１２を発生させるものである。ＳＦＳ１０は、第一端部２２、第二端部２４、および第一端部２２と第二端部２４との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）２０を含む。また、所定の態様において、ＥＤＦ２０は、ある温度を有し、温度依存複屈折および偏光依存利得を有する。さらにＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の第一端部２２に光学的に連結されたカプラー３０を含む。所定の態様において、カプラー３０は、温度依存複屈折および偏光依存損失を有する。さらにＳＦＳ１０は、カプラー３０に光学的に連結されたポンプ光源４０を含む。ポンプ光源４０は、ポンプ光４２を発生させる。ＳＦＳ１０の平均波長〈λ〉は、ポンプ光４２の波長に影響される。ポンプ光４２の波長は、ポンプ光源４０の温度に依存しかつポンプ光４２の出力に依存する。ポンプ光４２は、カプラー３０を介してＥＤＦ２０に伝播する。ＥＤＦ２０は、ポンプ光源４０から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光４４およびポンプ光源４０に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光４６を発生させることにより、ポンプ光４２に応答する。さらにＳＦＳ１０は、カプラー３０に光学的に連結されたミラー５０を含む。ミラー５０は、反射ＡＳＥ光４８として逆方向のＡＳＥ光４６を反射し、反射ＡＳＥ光４８は、ＥＤＦ２０に伝播する。さらに反射ＡＳＥ光４８は、ＥＤＦ２０を通過する際に増幅される。順方向のＡＳＥ光４６および増幅された反射ＡＳＥ光は、ＥＤＦ２０の第二端部２４から外に伝播する。さらにＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の第二端部２４に連結された光アイソレーター６０を含む。ＥＤＦ２０の第二端部２４からの順方向のＡＳＥ光４６および増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光１２として、光アイソレーター６０を通じて伝達される。ＳＦＳ出力光１２の平均波長〈λ〉の安定性は、ＥＤＦ２０の長さを最適化しかつ平均波長に対するポンプ光４２の波長の影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【００１３】
所定の態様において、ＳＦＳ１０は、約５ミリワットの出力において、約１５５０ナノメートルの波長および約１７ナノメートルの線幅を有する光を放射する。線幅は、上記で引用したD.C. Hall他の説明に従って定義される。約１ナノメートル〜約５０ナノメートルの範囲にあるＳＦＳ帯域幅の他の値は、この構成、および、他の光源構成で、光源のパラメーター（特にポンプ出力およびＥＤＦ長）を適当に選択することにより、達成することができる。所定の態様において、ＳＦＳ１０は、図１に示すように、単光路のＳＦＳ構成よりも大きな出力を有する複光路の構成を有する。また、そのような複光路の構成は、単光路の構成よりも用いるＥＤＦ２０の長さを短くすることができ、さらに、以下でより詳しく説明するように、偏光に関連する影響を排除するためファラデー回転ミラー（ＦＲＭ）を用いることを可能にする。そのようなＦＲＭｓは、ＳＦＳ１０の単光路構成において偏光に関連する影響を排除するのに使用することができるオーバーロング・リオ・ファイバーデポーラライザーが好ましい。
【００１４】
所定の態様において、ＥＤＦ２０は、少なくとも約９４メートルの長さを有するが、他の長さも、ここに説明する態様に適合する。この長さは、一部、光源のパラメーターに左右され、一部、ＥＤＦコア中の３価エルビウムイオンの濃度に左右される。これら特定の態様において、ＥＤＦコア中の３価エルビウムイオンの濃度は、約１．５３ミクロンの波長において該ファイバーが約３．７デシベル／メートルの小信号吸収を有するようなものである。従って、約１．５３ミクロンにおける９４メートルファイバーの全小信号吸収は、約３４８デシベルである。一つの有利な態様において、ＥＤＦ２０は、約１．１ミクロンのコア半径を有し、約０．２６の開口数を有する。これらのコアパラメーター値は、３４８デシベルの全小信号吸収値と合わせて、以下により詳細に説明するように、ＳＦＳの平均波長の安定性を最適化するＥＤＦパラメーターの特定の組合せを規定するものである。しかし、当然のことながら、この組合せに限られる訳ではなく、他の組合せのパラメーター値でも、実質的に同じ挙動をもたらすことができる。そのような組合せは、市販のいくつかのＥＤＦシミュレーターの一つを用いてＳＦＳ平均波長安定性の数値シミュレーションにより得ることができる。以下により詳細に説明するとおり、ＥＤＦ２０の長さは、順方向のＡＳＥ光４４の出力を減少させるよう選択することができ、それにより、順方向のＡＳＥ光４４からの残留偏光依存利得（ＰＤＧ）の影響による平均波長のドリフトが減らされる。
【００１５】
所定の態様において、カプラー３０は、波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）を含む。そのようなＷＤＭカプラー３０は、第一の波長（例えば１４７２ナノメートル）においてポンプ光源４０からの光のほぼすべてをＥＤＦ２０に伝達する。また、そのようなＷＤＭカプラー３０は、第二の波長（例えば１５５０ナノメートル）において逆方向のＡＳＥ光４６のほぼすべてをＥＤＦ２０からミラー５０に連結する。また、そのようなＷＤＭカプラー３０は、該第二の波長において反射ＡＳＥ光４８のほぼすべてをミラー５０からＥＤＦ２０に連結する。当業者に明らかなとおり、ポンプ光を連結しかつＡＳＥ光を伝達する選択型ＷＤＭを用いることができる。そのような選択型を用いるとき、ポンプ光源４０の位置とミラー５０の位置とを図１の態様において入れ替える。
【００１６】
所定の態様において、ポンプ光源４０は、ある温度を有しかつあるレーザーダイオード電流（例えば１０マイクロアンペア）を有するレーザーダイオードを含む。所定の態様のポンプ光４２は、偏光させられ、赤外波長（例えば約１４６０ナノメートル〜約１４９０ナノメートル）を有するレーザー光からなる。典型的なレーザーダイオードには、３０ミリワットのファイバーピッグテールド出力を有する１４７２ナノメートルレーザーダイオードがあるが、これに限定されるものではない。以下により詳細に説明するように、所定の態様において、ポンプ光源４０の温度は、約０．０１℃の範囲内で安定であるように制御することができる。
【００１７】
所定の態様において、ミラー５０はファラデー回転ミラー（ＦＲＭ）を含む。所定の態様のミラー５０はファイバーピッグテール型である。ＦＲＭｓは、いくつかの業者、例えばカルフォルニア州サンノゼのＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ社から市販品として購入できるが、多くの製造業者がそのような装置を提供している。所定の態様において、光アイソレーター６０は、ＳＦＳ１０の出力において時間依存性の反射により不要な揺らぎがＳＦＳ平均波長〈λ〉に生じるのを防いでいる。該アイソレーターの分離比は約４０デシベル以上である。光源の設計の詳細に応じてより高いまたはより低い値を許容することができる。
【００１８】
［ポンプの影響］
ポンプ光源４０（例えばレーザーダイオード）の温度の変動は、ポンプ光源４０により発生されるポンプ光４２の波長λｐに変動の誘因となりうる。この温度によるポンプ光４２の波長の変動は、ＳＦＳの平均波長〈λ〉の変動の誘因となりうる。
【００１９】
所定の態様において、平均波長の安定性に対するポンプ光変動の影響を減少させることが好ましい。そのような所定の態様において、ポンプ光源４０の温度は、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の予定された安定性が得られるように、十分な安定度に制御される。所定の態様において、ポンプ光４０の温度は、±０．０１℃に制御することができる。レーザーダイオード波長の測定温度依存度が約１ナノメートル／℃である場合、従って、ポンプ光４２の波長は約±０．０１ナノメートルの変動Δλｐを有しうる。ＳＦＳ平均波長〈λ〉の対応する変動の大きさは、ポンプ光４２の波長に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度に左右される。特にことわらない限り、ここで例示するすべてのノイズおよび変動の値は、ピークからピークまでの値である。
【００２０】
所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性に対するポンプ光変動の影響は、ポンプ光４２の波長λｐを最適波長（例えば１４７２ナノメートル）に調整することによって減少させることができる。この最適波長において、ポンプ光４２の波長に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の一次依存度は、小さいかまたはほぼゼロである。ポンプ光４２の波長が最適波長と若干異なる態様において、ポンプ光４２の波長の温度による変動に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の残りの依存度は、予測することができる。この温度による変動は、ポンプ光４２の波長が最適波長から１ナノメートルずれていると仮定してＳＦＳ１０をモデル化することにより、あらかじめ評定した（例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped FibＥｒ Lasers and Amplifiers, pp. 99-101, 2001, 第二版、M.J.F. Digonnet編, Marcel Dekker, Inc., New Yorkを参照のこと。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする）。そして、ポンプ光４２の波長λｐに対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度は［式１］と算出された。従って、ポンプ光源４０の温度変動によるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、わずか［下式２］であると予測された。従って、ポンプ光４２の波長を最適波長またはその付近に調整する態様において、温度によるポンプ光４２波長の揺らぎに起因するＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、無視できるものである。
［式１］
［式２］
【００２１】
所定の態様において、ＳＦＳの平均波長〈λ〉はポンプ光４２の出力に依存し、ポンプ光４２の出力は、該依存度が小さいかゼロである最適レベルに設定される。例えば、所定の態様において、ポンプ光源４０は、１．３マイクロワットのポンプ出力安定性で電流が１０マイクロアンペアに維持されるレーザーダイオードを含む。このポンプ光源４０について、ポンプ光４２の出力に対するＳＦＳ平均〈λ〉の依存度の計算値は、−０．０８５ナノメートル／ミリワットであるとシミュレーションされる。従って、このポンプ光源４０の出力において、ポンプ光４２出力の変動のＳＦＳ平均波長〈λ〉に対する影響は、ごくわずかなものとなりうる（例えば約０．０７ｐｐｍ）。
【００２２】
所定の態様において、ポンプ光源４０からの出力が非常に安定であっても、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２の出力は経時的に変化しうる。この変動は、（１）カプラー３０における残留偏光依存損失（ＰＤＬ）と（２）カプラー３０に入射するポンプ光４２の偏光のランダムな変動とが組み合わさった影響に起因し、ポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間におけるファイバーピッグテール複屈折の温度による変動によって引き起こされる。例えば、カプラー３０のＰＤＬが低い（例えば約０．０１デシベル）場合、２５ミリワットの入射出力Ｐｐは、ポンプ偏光が９０度回転することにより、約０．０５ミリワット変化する。入射ポンプ光４２の出力に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜が０．０８５ナノメートル／ミリワットである態様に対し、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２出力の変動は、約３ｐｐｍのＳＦＳの平均波長〈λ〉の変動に相当する。このような変動は、好ましくないほどに高いものでありうる。しかし、留意すべきことは、ＥＤＦ２０に入射するポンプ偏光がそのように大きく変動することは非常にまれであるということである。算出した３ｐｐｍの変動は、起こりそうにない限界値である。この影響は、ＰＤＬが最小のＷＤＭカプラー３０を選ぶことにより減少させることができる。所定の態様において、そのようなＷＤＭカプラー３０を選ぶことは、種々の業者からＷＤＭカプラーを入手し試験してＰＤＬが十分に低いカプラーを割り出すことを含む。他の所定の態様において、この影響を減少させるため、ポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間のファイバーピッグテールを短くする。また、偏光の変位を最小にするため、ファイバーピッグテールの温度をできるだけ一定に維持することができる。
【００２３】
他の所定の態様において、係数｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜は、ＥＤＦ２０の長さの適当な選択およびポンプ光４２出力の適当な選択により、減少させることができる。しかし、以下に説明するように、偏光に関連する影響とのからみで、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜を最小にするＥＤＦ２０の長さは、単光路順方向のＡＳＥ光４４を減少させるのに十分であるかもしれないし、不十分であるかもしれない。ポンプ光４２出力に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度を減少させることと、単光路順方向のＡＳＥ光４４の寄与を減少させることとが適当に折り合いのつくＥＤＦ２０の長さを選択するために、モデル化を利用することができる。所定の態様において、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜に対するより長い長さの影響を考慮せずに、単光路順方向のＡＳＥ光４４の寄与を大幅に減少させるため、ＥＤＦ２０の長さを選択する。そのような所定の態様において、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜は十分に低く、そのため、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の全安定性は大幅に向上する。
【００２４】
［偏光関連の影響］
ＳＦＳ平均波長〈λ〉への偏光関連の影響には、種々の原因が寄与しうる。所定の態様において、ポンプ光４２の偏光状態は、ＥＤＦ２０において偏光依存利得（ＰＤＧ）の影響を引き起こしうる。ＳＦＳ１０が複光路構成を有しかつ標準的な反射体をミラー５０（ＦＲＭではなく）として用いる態様において、ポンプ光４２の偏光からのＰＤＧは、実質的に異なる平均波長を有するＳＦＳ１０からの出力光１２の二つの固有偏光をもたらす。二つの偏光の平均波長の差は、５０ｐｐｍ以上となりうる。所定の態様では、相互性を保つため、ＦＯＧの入力において偏光子を用いる。そのような影響は、以下により詳細に説明されている。D.G. Falquier他, "A depolarized Er-doped superfluorescent fiber source with improved long-term polarization stability,"（長期偏光安定性が向上した脱偏光Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源） IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, pp. 25-27, January 2001、およびD.G. Falquier他, "A polarization-stable Er-doped superfluorescent fiber source including a Faraday rotator mirror,"（ファラデー回転ミラーを含む偏光安定Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源） IEEE Photon． Tech. Lett., Vol. 12, pp. 1465-1467, November 2000。この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。さらに上記で引用したように、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 99-101, 2001による情報がある。
【００２５】
ＥＤＦ２０またはカプラー３０の複屈折の温度による変動は、ＦＯＧに伝達されるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動の誘因となりうる。同様に、ＳＦＳ１０の任意の部分の応力変動は、複屈折を変化させることが可能であり、従って、ＥＤＦ２０におけるポンプ光４２の偏光の変動およびＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動の誘因となる。
【００２６】
偏光に関連するドリフトは、リオ・デポーラライザーまたはＦＲＭにより、大幅に減少させることができる。例えば、所定の態様において、ＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＥＤＦ２０に沿うすべての地点で、反射ＡＳＥ光４８の偏光が逆方向のＡＳＥ光４６の偏光と確実に直交するようになり、それにより、ＰＤＧの影響が相殺される。従って、ＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の偏光に依存するばらつきを減少させることができる（例えば約２０ｐｐｍに）。他の態様において、他の改良と組合せてＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきはさらに減少する。そのような構成は、D.G. Falquier他, November 2000の上記引用文献およびDigonnet他の米国特許第６，４８３，６２８Ｂ１号にさらに説明されている。この引用によりその内容がそっくり本明細書に記載されたものとする。
【００２７】
ＦＲＭをミラー５０として利用する態様において、単光路順方向のＡＳＥ光４４はＦＲＭによって反射されず、従って、順方向のＡＳＥ光４４は偏光による平均化を経ず、その平均波長は、やはり偏光に対して敏感である。このＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきへの寄与は、順方向のＡＳＥ光４４がＥＤＦ２０をたった１回通過するだけであり、従って、複光路逆方向のＡＳＥ光４６よりもかなり出力が低いことから、相対的に小さい。しかし、このＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきへの寄与は、D.G. Falquier他の２０００年１１月の研究（上記で引用）により明らかにされているように、部分的に、残りの約２０ｐｐｍの平均波長変動の原因であり、そこでは、摂動がＥＤＦ２０の複屈折に意図的に加えられている。ＥＤＦ２０の長さは、順方向のＡＳＥ光４４における出力を減少させ、従って、順方向のＡＳＥ光４４からの残りのＰＤＧの影響によるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動を減少させることができるように選択することができる。
【００２８】
所定の態様において、偏光制御器（ＰＣ）を、図１に示すポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間の地点Ａに設ける。ＰＣは、ＥＤＦ２０中に伝播するポンプ光４２の偏光状態（ＳＯＰ）を変化させるように適合させる。そのようなＰＣｓに関するさらなる情報は、Digonnet他の米国特許第５，７０１，３１８号に記載されており、この引用によりその内容はそっくり本明細書に記載されたものとする。しかし、そのような所定の態様において、ＰＣは、偏光依存損失（ＰＤＬ）を明らかにする。このＰＤＬは、１５７０ナノメートルにおいて０．１デシベルのオーダーであり、１５５０ナノメートルでは、より小さい値となる。従って、ＰＣを調節することにより、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２の出力が変わり、従って、ＳＦＳの平均波長〈λ〉が変わる。１４８０ナノメートルでのわずか０．０２デシベルのＰＤＬに対し、ＰＣにより導入されるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、約８ｐｐｍまたはそれ以上（例えば１０〜２２ｐｐｍ）にまでなり得る。
【００２９】
他の態様において、第二のＰＣは、偏光に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度を測定するために、図１に示すＳＦＳ１０の出力においてＢの地点に設ける。第二のＰＣにおける残留ＰＤＬは、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の不安定性について誤った高い測定値の誘因となりうる。ＳＦＳ平均波長〈λ〉への対応するＰＤＬの影響を回避するため、所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の偏光依存度を上昇させうる、いかなるＰＣｓの使用をやめる。さもなくば、。そのような所定の態様において、ＳＦＳ１０の構成要素の温度が経時的に変化すれば、温度に依存する複屈折に起因してポンプ光４２の偏光もまた変化するが、偏光の影響は直接的には測定できない。
【００３０】
［ＥＤＦ温度に関連する影響］
温度によるＥＤＦ２０またはカプラー３０の複屈折の変動のほかに、ＥＤＦ２０の温度変動に起因して、ＳＦＳ平均波長〈λ〉がさらに不安定となりうる。ＥＤＦ２０の温度の変動は、エルビウムの放射および吸収断面に影響を与えうる。例えば、J. Kemtchou他, "Absorption and emission cross-sections measurements for temperature dependent modeling of Erbium-doped Fibers amplifiers,"（エルビウム添加ファイバー増幅器の温度依存モデル化のための吸収および放射断面測定） in Proceedings of Third Optical Fibre Measurement Conference, Liege, Belgium, Vol. 1, pp. 93-96, 1995（この引用によりその内容はそっくり本明細書に記載されたものとする）を参照されたい。そのような断面変動は、ＥＤＦ２０の平均波長のドリフトおよびＳＦＳ平均波長〈λ〉の対応する変動を引き起こしうる。例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 80-94, 2001, 第二版、M.J.F. Digonnet編, Marcel Dekker, Inc., New Yorkを参照されたい。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【００３１】
ＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存性の熱係数は、ＥＤＦ２０の特性に依存するとともに、ＳＦＳ１０の構成および操作パラメーター（例えばポンプ光４２の波長および出力）に依存する。−３〜＋１０ｐｐｍ／℃の範囲にあるＳＦＳ熱係数の値をあらかじめ測定した。例えば、D.C. Hall他, P. Wysocki他（ともに上記で引用）およびP.R. Morkel, "Erbium-doped Fibre superfluorescent for the fibre gyroscope,"（光ファイバージャイロスコープのための超蛍光エルビウム添加ファイバー） in Optical Fiber Sensors, Springer Proc. in Physics, Vol. 44, pp. 143-148, 1989を参照されたい。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存性の熱係数をさらに減少させるため、光学フィルターを使用することができる。所定の態様のＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存度は相対的に低いが、広い温度範囲（例えば数十℃）にわたってＳＦＳ１０を運転することが必要な態様では、１ｐｐｍ／℃の温度依存度でも、容認できない大きなＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動をもたらしうる。
【００３２】
所定の態様において、ＥＤＦ温度による影響（上述したエルビウムの放射および吸収断面ならびにＥＤＦ複屈折の温度に依存する偏光関連の影響を含む）は、ＥＤＦ温度を安定化することにより減少させる。しかし、そのような態様は、典型的に、ＳＦＳの平均波長〈λ〉を十分な安定性で所定の値に維持するため、より高い出力の消費、より長い電源投入時間、より大きなサイズ、およびより高いポンプ光源４０コストを要する。
【００３３】
他の態様においては、ＳＦＳの平均波長〈λ〉を予定された値に維持しようと試みる代わりに、種々の時点でのＳＦＳ平均波長〈λ〉の値を知ることで足りる。所定の態様におけるＳＦＳの平均波長は、測定したＥＤＦ２０の温度を用いて推定することができる。
【００３４】
図２は、ＳＦＳ１０の推定平均波長〈λＥ〉を決定する（例えば、ＥＤＦ２０の温度の変動に起因する平均波長の変動を見積もる）方法１００の一態様を示すフロー図である。方法１００は操作ブロック１１０を含み、そこにおいてＳＦＳ１０を備える。ＳＦＳ１０はある実平均波長〈λＡ〉を有し、ある温度を有するＥＤＦ２０とポンプ光源４０とを含む。さらに方法１００は操作ブロック１２０を含み、そこにおいてＳＦＳ１０を、実平均波長〈λＡ〉がＥＤＦ２０の温度に依存するように構成する。さらに方法１００は操作ブロック１３０を含み、そこにおいて、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を得る。所定の態様において、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を得ることは、温度依存度を測定することを含む。他の態様において、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長の依存度を得ることは、他の光源から温度依存度を得ること（例えば、温度依存度をあらかじめ測定した結果にアクセスすること）を含む。さらに方法１００は操作ブロック１４０を含み、そこにおいてＥＤＦ２０の温度を測定する。さらに方法１００は操作ブロック１５０を含み、そこでは、測定したＥＤＦ２０の温度およびＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出する。
【００３５】
所定の態様において、方法１００は、ＥＤＦ２０の温度を制御することを含まず、一方、他の態様において、方法１００は、予定された安定性を有するように（例えば±０．５℃の範囲で安定となるように）ＥＤＦ２０の温度を制御することを含む。方法１００の所定の態様では、実平均波長〈λＡ〉が温度とともに変動するのを防いでいないが、そのような態様は、推定平均波長〈λＥ〉を任意の時間に算出するのを可能にしている。ＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の温度の変動に主に起因して実平均波長〈λＡ〉が変動するように構成することが好ましい。もし、実平均波長〈λＡ〉に対し、他の温度依存影響（例えばファイバー複屈折などの偏光関連の影響）から相当な寄与があると、温度の変動または温度勾配の変動は、ＳＦＳ１０の他の構成要素にも影響しうる。そのような態様では、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の相関性が低くなり、推定平均波長〈λＥ〉は、実平均波長〈λＡ〉に対して、より芳しくない近似値となる。例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," in Rare-Earth-Doped fiber Lasers and Amplifiers, pp. 80-94, 2001（上記で引用）を参照されたい。
【００３６】
［第一の典型的態様］
以下の典型的態様は、周囲温度またはＳＦＳ１０の温度の制御を試みなかった態様について、推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との相関性を示すものである。ＳＦＳ１０を光学テーブルに置き、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）を用いて１９秒ごとに５０時間ＳＦＳ１０の出力スペクトル（および従って実平均波長〈λＡ〉）を記録した。使用したＯＳＡは安藤電気株式会社（日本国神奈川県川崎市）製の型式番号ＡＱ６３２７Ｂであった。周囲温度を測定し、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。
【００３７】
図３は、測定した実平均波長〈λＡ〉および測定した周囲温度Ｔを５０時間運転における時間の関数としてプロットしたものである。所定の態様において、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦは、測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなす。５０時間の運転の間、測定した周囲温度Ｔおよび従って測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦは、約２．６℃の範囲にわたって変動した。予想どおり、測定した実平均波長〈λＡ〉もまた、かなり変動した（例えば±８ｐｐｍ）。
【００３８】
図３において、実平均波長〈λＡ〉と測定した周囲温度Ｔとは互いに明らかに強く相関している。図４は、測定した実平均波長〈λＡ〉を測定した周囲温度Ｔの関数としてプロットしたものである。測定した実平均波長〈λＡ〉は、測定した温度Ｔに対してほぼ直線的に変化することが示される。そのような挙動は、D.G. falquier他, November 2000（上記で引用）でより詳細に説明されるように、小さい摂動に対して予測されるものである。図４に示される少量のヒステリシスは、おそらく、測定した周囲温度ＴとＥＤＦ２０の実際の温度ＴＥＤＦとの間のわずかな時間的ずれによるものである。
【００３９】
周囲温度Ｔの測定値の関数として実平均波長の測定値〈λＡ〉を直線にあてはめたものが、図４において直線の実線で示されている。従って、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦが測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなすと、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦに対する実平均波長〈λＡ〉の依存度は、この直線の方程式、例えば次の方程式：
〈λＡ〉＝１５６４．２８０５５−０．００９９１４９ＴＥＤＦ （１）
（式中、実平均波長〈λＡ〉の単位はナノメートルであり、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦの単位は℃である）によって表される。かくして、温度に依存するＳＦＳの平均波長〈λ〉の熱係数は、−０．００９９ナノメートル／℃、すなわち−６．３ｐｐｍ／℃である。そのような大きさのＳＦＳ平均波長の温度依存度は、以前報告されている値と矛盾しないものである。例えば、D.C. Hall他（上記で引用）を参照されたい。さらに、P.F. Wysocki他, "Broadband fiber Sources for Gyros,"（ジャイロ用広帯域ファイバー光源） in SPIE Proceedings on fiber Optic Gyros: 15th anniversary, Vol. 1585 (SPIE, Washington, 1991), pp. 371-382を参照されたい。この引用によりその内容がそっくり本明細書に記載されたものとする。
【００４０】
この典型的な態様において、測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦおよびＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦに対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を、推定平均波長〈λＥ〉を算出するのに用いた。ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦを式１に代入することにより、図３の打点された曲線によって示される推定平均波長〈λＥ〉が得られた。図５は、この推定平均波長〈λＥ〉と測定した実平均波長〈λＡ〉との差を示している。図５に示すように、５０時間の運転全体に対し、推定平均波長と実平均波長との差は、約±１ｐｐｍの範囲内にある。
【００４１】
この典型的な態様において、同じ測定を９日後に繰り返し、実平均波長〈λＡ〉と周囲温度Ｔを４８時間にわたって測定した。図６は、これらの測定値を時間に対して示している。測定した実平均波長〈λＡ〉のＥＤＦ２０温度ＴＥＤＦ（測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなした）に対する線形回帰を行った結果、次の式が得られた：
〈λＡ〉＝１５６４．２９４５８−０．０１０５０３ＴＥＤＦ （２）。
【００４２】
やはり、測定した実平均波長〈λＡ〉と測定した温度Ｔとは強く相関している（図６参照）。測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦおよび方程式２で表されるようなＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦにたいする実平均波長〈λＡ〉の依存度を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。図６の「方程式２を用いた推定平均波長」と記した曲線は、この推定平均波長〈λＥ〉を示しており、測定した実平均波長〈λＡ〉と非常によく一致している。図７の「方程式２による算出」と記した線は、この推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との差を時間の関数として示している。この差は、４８時間の運転全体に対し、約±１ｐｐｍの範囲内にとどまった。
【００４３】
ＦＯＧ用光源としてＳＦＳ１０を用いる態様において、ＳＦＳ１０の実平均波長および従ってジャイロスコープの目盛倍率は、ＦＯＧを運転しながら、図２のアルゴリズムを用いて求めることができる。そのような態様では、上述したように、ＦＯＧを運転しながら、ＥＤＦ２０の温度を測定し、推定平均波長を決定する。しかし、平均波長の温度依存度は、一般に、リアルタイムに測定するものではなく、あらかじめ測定するものである。そのような態様がどれだけうまくいくか調べるため、第二の運転用として、方程式２の温度依存度（第二の運転の間測定されたもの）ではなく、方程式１の温度依存度（９日前に測定されたもの）を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。得られた推定平均波長〈λＥ〉は、図６において「方程式１を用いた推定平均波長」と記した曲線で示される。この曲線は、方程式２を用いて推定した曲線とほぼ同じ形であるが、「方程式１を用いた推定平均波長」の曲線は、より短い波長の方にシフトしている。このシフトは、０．００１３ナノメートルの平均値を有し、約１ｐｐｍに相当する。このシフトのため、図７に「方程式１による算出」と記した曲線で示すように、推定平均波長と実平均波長との差は、結果的に、方程式２を用いた算出で得られる差よりも若干悪くなっているが、それでも、４８時間の運転全体にわたって約±２ｐｐｍの範囲内にとどまっている。
【００４４】
図７の二つの曲線間の隔たりは、第一の運転の温度依存性（方程式１）と９日後に測定された第二の運転の温度依存性（方程式２）との間の若干の差に由来する。両方の運転においてＳＦＳ１０は元のままであったので、この隔たりは、おそらく、主にＯＳＡ（その温度は制御されていない）の純粋な波長読み取りの変動の結果と考えられた。
【００４５】
ＯＳＡを用いて広帯域光源のスペクトルを測定した結果、約０．５〜１ｐｐｍの短期ノイズが測定された。高度に安定な１．５５ミクロンレーザーダイオードを光源として用いた場合、約２時間のウォームアップタイムの後、ＯＳＡの長期読み取り値は、約±３℃内の変動の室温に対し、約±５ｐｐｍの範囲内にとどまった。以下により詳細に説明するとおり、このＯＳＡの長期読み取り値の変動は、広帯域光源に対しては、若干より小さいと予測される（例えば約±１ｐｐｍ／℃）。従って、方程式１と方程式２の温度依存の差は、ＯＳＡと周囲温度との間の種々の温度勾配により、容易に引き起こされ得たであろう。図５および７に示すような推定平均波長と実平均波長との間の差の変動の残りの部分は、少なくとも部分的に、ＯＳＡの不安定性と温度依存性の非線形性とに起因するものであった。
【００４６】
この典型的な態様に示すように、図２の方法１００は、４８時間にわたって約±２ｐｐｍの範囲内の精度で平均波長を推定するのに成功している。加えて、その精度は、実平均波長〈λＡ〉を測定するのに使用するＯＳＡの安定性を向上させることにより、向上させることができる。また、この典型的な態様が示すところによれば、経時的に周囲温度（ＥＤＦ２０の温度に近いとみなされる）を測定し、測定した平均波長を既知の温度ドリフトに対して補正することにより、ＳＦＳ１０の平均波長を９８時間にわたって約±１ｐｐｍの範囲内で推定することができる。このような安定性は、実用的な高品位ＦＯＧに向けた重要な一歩を意味している。
【００４７】
［第二の典型的態様］
上記第一の典型的態様が示すところによれば、ＥＤＦ２０の温度変動の補正の後、ＳＦＳの平均波長〈λ〉は約±２ｐｐｍの範囲内で安定である。第一の典型的態様からは、ＳＦＳ１０の温度を安定となるよう制御した場合のＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性に対する情報からを得ることはできない。ＳＦＳ１０の温度が安定となるよう制御する態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性は、約±２ｐｐｍよりも良くなると考えられる。というのも、ＳＦＳ１０の温度を安定化すれば、ＥＤＦ２０の温度ドリフトだけでなく、他の温度影響（例えば、ファイバー複屈折のドリフトおよび対応する残りの偏光関連の影響）も同様に排除されるはずであるからである。
【００４８】
以下の典型的態様は、ＳＦＳ１０の温度を相対的に安定に維持した場合の推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との相関性を示すものである。より低い熱係数を有するＥＤＦ２０を用いた以外、以下の態様におけるＳＦＳ１０は、上記第一の典型的態様で説明したＳＦＳ１０と実質的に同じであった。ポンプ光源４０のすべてのパラメーターは、上記第一の典型的態様で示したと同様の許容値に制御した。１．５３ミクロンにおけるＥＤＦ２０の小信号吸収は、第一の典型的態様のＥＤＦ２０の小信号吸収に相当し（すなわち約３４８デシベル）、そして、この第二の典型的態様において順方向のＡＳＥ光４４は同様に大きく抑制された。
【００４９】
温度変動を減少させるため、ＥＤＦ２０およびＷＤＭカプラー３０をともにスタイロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）の筐体内に設置した。室温は厳密に制御しなかったが、部屋を閉じた状態にして空気の流れを最小限にした。室温は、約±０．５℃の範囲内で安定であると推定された。
【００５０】
第一の典型的態様について説明したように、ポンプ光源４０の波長安定性は、ＳＦＳ１０からの出力光を測定するのに使用される市販の最新式の光スペクトル分析器（ＯＳＡｓ）の安定性を上回っている。ＯＳＡの長期の揺らぎを補正するため、図８に模式的に示す構成２００を用いてＯＳＡを校正した。テストされるＳＦＳ１０からの出力光と、安定な波長の参照光源２１０からのシグナルとは、ともに非偏光保持（ｎｏｎ−ＰＭ）ファイバーピッグテール２２０を介して伝達し、ファイバーカプラー２３０（例えばＬｉＮｂＯ３ １×２カプラー）において混合された。参照光源２１０は、約０．００１ナノメートル（約０．７ｐｐｍ）の安定性を有する、温度制御された通信グレードの分散型のフィードバック式（ＤＦＢ）レーザーダイオード（１５４１．７４ナノメートル）であった。次いで、カプラー２３０からの混合された光は、偏光保持（ＰＭ）ファイバーピッグテール２４０を介してＯＳＡ２５０に送られる。ＯＳＡ２５０は、シグナルプロセッサー２５２（例えばコンピュータ）およびディスプレイ２５４に接続される。
【００５１】
ＯＳＡ２５０のディスプレイ２５４は、ＳＦＳ１０からの出力スペクトルに重ねあわせて参照光源２１０の参照波長を示し、それにより、ＯＳＡ２５０の波長スケールの絶対校正が与えられる。ＳＦＳ１０の全スペクトル（例えば約１５２０ナノメートル〜約１５８０ナノメートル）にわたってほぼ均一なＯＳＡの波長変動に対し、ＯＳＡ２５０の波長スケール校正のためのこの構成は、波長変動から独立している。ＯＳＡ２５０の応答は検出される光の偏光に依存するため、ＯＳＡ２５０によって検出される光信号の偏光は確実に経時変化しないことが求められる。このことは、偏光子として働く、偏光保持（ＰＭ）ファイバーピッグテールとともにニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）Ｙ−接合の構成を有するカプラー２３０を用いることにより、達成された。
【００５２】
この校正スキームの有効性および波長のドリフトの均一性に関する想定の妥当性は、ＳＦＳ１０を、参照レーザーダイオード２１０と同様の安定性および波長を有する第二のＤＦＢレーザーダイオードに置き換えることにより、確かめられた。図９は、同時に記録された、参照光源２１０のレーザーダイオード（ＬＤ１）と第二のＤＦＢレーザーダイオード（ＬＤ２）の平均波長を示している。両方のレーザーダイオードは、（１）短期ノイズ、（２）約３〜４時間の周期および約０．００２ナノメートルのピーク−ピーク振幅を有する準周期的振動、および（３）約２４時間の周期および約０．００５ナノメートルのピーク−ピーク振幅を有する全体の準周期的振動を示す。
【００５３】
波長の揺らぎの時間的挙動についてこれら三つの要素のそれぞれは、二つのレーザーダイオードＬＤ１およびＬＤ２について同等の大きさを有する。各要素は、それぞれの時間スケールについてＯＳＡの揺らぎを表している。図１０は、ＯＳＡ読み取り値の揺らぎ要素の３時間〜４時間の揺らぎを模式的に解説している。波長λ１において、ＯＳＡの読み取り値は、約３〜４時間の周期および約０．００２ナノメートルの振幅で、準周期的に揺らぐ。異なる波長（λ２またはλ３）において、揺らぎは、同等の周期および振幅を有する一方、λ１における揺らぎとは異なる位相を有する。この挙動は、図９の二つの波長（３時間〜４時間の互いに位相がほぼ異なる揺らぎを有する）と合致している。また、このことは、ＳＦＳ平均波長のＯＳＡ読み取り値に３時間〜４時間の揺らぎが存在しないという観察結果とも合致する。ＳＦＳ１０からのスペクトルは十分に広く（約１０ナノメートルより大きい）、それらの揺らぎは平均化される。
【００５４】
約２４時間の周期を有するＯＳＡ読み取り値のドリフト要素は、ＯＳＡ温度の周期的変動から生じうる。この可能性を調べるため、±３．５時間の時間ウィンドウを用いて図９の二つの曲線のそれぞれを平均化し、ＯＳＡの揺らぎの３時間〜４時間の要素を排除した。得られたより滑らかな曲線は図１１に示され、そこにおいて、レーザーダイオードＬＤ２についての曲線は、それを約１７ナノメートル平行移動すると、ＬＤ１曲線の付近にくるものであった。図１１から明らかなように、二つのレーザーダイオードの２４時間振動は強く相関している。また図１１は、二つの曲線間の差を含むものであり、その差が約±１ｐｐｍの範囲内で一定であることを示している。従って、図８の校正プロセスを用いることにより、ＯＳＡの長期ドリフトは、その最初の約±５ｐｐｍという値からかなり減少している。
【００５５】
図８に示される構成を用いて、１７時間、ＳＦＳ１０の平均波長の変動および参照レーザーダイオード２１０の波長の変動を同時に測定した。図１２は、ＳＦＳ１０の平均波長およびレーザーダイオード（ＬＤ）の波長について、得られた二つの曲線を示している。ＬＤ波長曲線は、上述したように数時間の積分ウィンドウを用いてなめらかにされた。予想したとおり、二つの曲線の長期変動は相関しており、これは、ＳＦＳ平均波長の変動の多くがＯＳＡのドリフトに起因するものであることを示している。
【００５６】
所定の態様において、ＯＳＡ長期ドリフトの寄与をＳＦＳ１０の平均波長から除くことが好ましい。図１３は、ＬＤ波長曲線を差し引いた後のＳＦＳ１０の平均波長を示す。得られた曲線は、ＳＦＳ１０の平均波長安定性が１７時間にわたって約±０．５ｐｐｍであることを示している。所定の態様において、ＳＦＳ１０は、１時間にわたって約±０．５ｐｐｍの平均波長安定性を示すものである。
【００５７】
図１３に示すＳＦＳ１０の平均波長の短期ノイズは、約±０．３５ｐｐｍ未満であり、これは、ＯＳＡの性能によって制限される。この運転中、ＳＦＳの温度変動は、少なくとも約±０．５℃であると推定されたことから、このＳＦＳ１０の熱係数は最大約０．７ｐｐｍ／℃であり、すなわち第一のＳＦＳ１０より約一桁小さかった。ＳＦＳ１０の熱係数のこの値は、以前報告された値の範囲内にある。例えば、それぞれ上記で引用したD.C. Hall他, P. Wysocki他, June 1991およびP.R. Morkelを参照されたい。ＳＦＳ１０の熱係数は、測定が困難な多くのパラメーターに複雑に依存している（例えば、エルビウム断面スペクトルの温度依存度）。従って、理論的に熱係数を予測することは一般に困難であり、あるいは、あるファイバーが他のファイバーよりなぜ性能が良いかについて正当な理由づけを行うのは一般に困難である。
【００５８】
上述した典型的態様において、ＳＦＳ１０の平均波長の安定性は、ポンプ光４２またはＡＳＥ光４４、４６のすべての可能な偏光状態（ＳＯＰｓ）に対して試験したわけではなかった。そのような試験は、一般的に、偏光制御装置を用いることになり、平均波長にＰＤＬの影響を導入し、ＳＦＳ１０の平均波長の不安定性を人為的に増加させる。それにもかかわらず、第一および第二の典型的態様が明らかに示すところによれば、約±０．５℃のＳＦＳ温度変位において、ＳＦＳ１０における複屈折は、約±０．５ｐｐｍの平均波長安定性を達成するのに十分安定である。温度の揺らぎがより大きい場合、ＳＦＳ１０の温度を測定することにより、ＳＦＳ１０の平均波長を、その実際の値の約±２ｐｐｍの範囲内で算出することができる。得られる平均波長の安定性は、おそらく、平均波長を測定するのに用いる装置の安定性に制限される。かくして、慣性航法ＦＯＧ類に要求される精度を満たすよう、Ｅｒ添加ＳＦＳ１０を安定化することが可能である。
【００５９】
本発明の種々の態様を以上に説明してきた。それらの態様に関して本発明を説明したが、その説明は本発明を具体的に示すためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。種々の変更および応用が、添付の特許請求の範囲に規定するような本発明の真意と範囲から逸脱することなく、当業者には可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ここに説明する態様に従って平均波長〈λ〉を有する出力光を発生させるのに適した超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）を模式的に示す。
【図２】ＳＦＳの推定平均波長〈λＥ〉を決定する方法の一態様のフロー図である。
【図３】５０時間の運転において、測定した実平均波長〈λＡ〉および測定した周囲温度Ｔを時間の関数としてプロットした図である。
【図４】測定した実平均波長〈λＡ〉を測定した周囲温度Ｔの関数としてプロットした図である。
【図５】図４の測定した実平均波長〈λＡ〉と推定平均波長〈λＥ〉との差を時間の関数としてプロットした図である。
【図６】図５に示す測定の９日後に取られた２組目の測定値について差をプロットした図であり、そこにおいて、実平均波長〈λＡ〉および周囲温度Ｔは４８時間にわたって測定された。
【図７】図６の実平均波長〈λＡ〉と推定平均波長〈λＥ〉との差を時間の関数としてプロットした図である。
【図８】光スペクトル分析器（ＯＳＡ）の波長測定値の長期変動を補正するための一つの構成を模式的に示す。
【図９】同時に記録された、参照光源のレーザーダイオード（ＬＤ１）および第二のレーザーダイオード（ＬＤ２）の平均波長を示す。
【図１０】ＯＳＡ測定値の３時間〜４時間変動の可能性のある原因を模式的に示す。
【図１１】二つのレーザーダイオードの平均波長および該二つの波長の差をプロットした図である。
【図１２】ＳＦＳの平均波長およびレーザーダイオード（ＬＤ）の波長について得られた二つの曲線を示す。
【図１３】ＬＤ曲線を差し引いた後のＳＦＳの平均波長をプロットした図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）
１２ ＡＳＥ出力光
２０ Ｅｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）
２２ 第一端部
２４ 第二端部
３０ ＷＤＭカプラー
４０ ポンプ光源
４２ ポンプ光
４４ 順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光
４６ 逆方向のＡＳＥ光
４８ 反射ＡＳＥ光
５０ ミラー
６０ 光アイソレーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括して、光学系にレーザー光を与えるための方法および装置に関し、より特定的には、平均波長の安定性が向上したレーザー光を与えるための超蛍光ファイバー光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｅｒを添加した超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳｓ）は、光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧｓ）に応用するため広範に研究されてきた。ＳＦＳｓは、高い効率、高い空間コヒーレンス、広いスペクトルの発光、および平均波長の優れた長期安定性を合わせ持つユニークなものである。例えば、D.G. Falquier, " Erbium doped superfluorescent fiber sources for the fiber optic gyroscope"（光ファイバージャイロスコープためのエルビウムを添加した超蛍光ファイバー光源）、博士論文、２０００年１２月、応用物理学部、スタンフォード大学、スタンフォード、カリフォルニア州、D.C. Hall他, "High-stability Er３+-doped supＥｒfluorescent fiber sources,"（高安定性Ｅｒ３＋添加超蛍光ファイバー光源） J. Lightwave Tech., Vol. 13, No. 7, pp. 1452-1460, July 1995、およびP.F. Wysocki他, "Characteristics of Erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications,"（干渉センサーに利用するためのエルビウム添加超蛍光ファイバー光源の特性） J. Lightwave Tech., Vol. 12, No. 3, pp. 550-567, March 1994を参照されたい。この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【０００３】
ＳＦＳの平均波長の長期安定性は望ましいことである。というのも、ＦＯＧの目盛倍率は該光源の平均波長をもって計測するからである。従って、目盛倍率の正確な情報、そして平均波長の正確な情報は、特に、ＦＯＧからの絶対回転速度の正確な測定に有用である。D.C. Hall他（上記で引用）は、Ｅｒを添加したＳＦＳの平均波長安定性が、８百万分率（ｐｐｍ）のオーダーであることを報告している。この平均波長安定性は、低度〜中度の精度のＦＯＧｓに適している。しかし、高精度の慣性航法ＦＯＧｓは、長時間にわたって平均波長のより高い安定性を必要とする。
【０００４】
先行技術において、高精度の用途に対し十分な平均波長安定性を有するＳＦＳは報告されていない。その理由の一つは、ＳＦＳの平均波長を左右する種々のパラメーター（例えばポンプの波長、出力、および偏光、ファイバーの温度および複屈折、ならびにＦＯＧから戻る光のフィードバック）を安定化することが困難なことである。これまでの努力により、これら各々のパラメーターの平均波長に対する寄与について詳細な研究がなされており、それらの寄与および／またはそれらの寄与の変動を効果的に減少させる種々の方法が報告されている。上記で両者引用したD.C. Hall他およびP.F. Wysocki他の先行の成果についての報告例に加え、以下のような報告例が含まれる。T. Gaiffe他、"Wavelength stabilization of an Erbium-doped Fiber source with a fiber Bragg grating for high-accuracy FOG,"（高精度ＦＯＧのためのファイバーブラッググレーティングによるエルビウム添加ファイバー光源の波長安定化）、Proc. SPIE, Vol. 2837, pp. 375-380, 1996；H.J. Patrick他、"Erbium-doped superfluorescent fibre source with long period fibre grating wavelength stabilization"（長期ファイバーグレーティング波長安定化エルビウム添加超蛍光ファイバー光源）、Electron. Lett., Vol. 33, No. 24, pp. 2061-2063, 1997；M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 313-340, 2001, 第２版、M.J.F. Digonnet編、Marcel Dekker, Inc., New York；P. Wysocki他、"Wavelength Stability of a High-Output, Broadband, Er-Doped Superfluorescent Fiber Source Pumped near 980 nm"（９８０ｎｍ付近でポンピングされる高出力、広帯域、Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源の波長安定性）、Opt. Lett., Vol. 16, No. 12, pp. 961-963, June 1991；およびP.Z. Zatta他、"Ultra-high-stability two-stage superfluorescent fibre sources for fibre optic gyroscopes"（光ファイバージャイロスコープのための超高安定性２ステージ超蛍光ファイバー光源）、Electron. Lett., Vol. 38, No. 9, pp. 406-408, April 2002 この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【０００５】
平均波長のポンプ波長に対する依存性は、従来適当にポンプ波長を選ぶことにより、そして、レーザーダイオードの温度および電流を安定化することにより減らされてきた。平均波長のポンプ出力依存性は、従来ポンプ出力およびファイバー長の適当な選択により減らされてきた。レーザーダイオードの温度を安定化することおよび電流を安定化することは、平均波長のポンプ出力依存性を減少させるのにも利用されてきた。平均波長に対する光のフィードバックの影響は、ＳＦＳの構成を適正に設計し、かつＳＦＳとジャイロコイルとを光学的に分離することにより、減少させることができ、さらには除去することができる。かくして、これらの平均波長に対する寄与は、数ｐｐｍレベル以下に減らされてきたが、さらなる安定化がいまだに求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
所定の態様において、１つの方法は、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）により発生される光の平均波長を安定化するものである。この方法は、ＳＦＳを与えることを含む。該ＳＦＳは、第一端部、第二端部および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）を含む。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーを含む。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源を含む。該ポンプ光源はポンプ光を発生させる。平均波長は、該ポンプ光の波長に影響される。該ポンプ光の波長は、該ポンプ光源の温度に依存し、かつ、該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播する。該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として、該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦを通過する際に増幅される。該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーターを含む。該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される。該方法はさらに、該ＥＤＦの長さを最適化することを含む。該方法はさらに、平均波長の安定性に対するポンプ光波長の影響を減少させることを含む。
【０００７】
他の所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）は、選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる。該ＳＦＳは、第一端部、第二端部、および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）を含む。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーを含む。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源を含む。該ポンプ光源はポンプ光を発生させる。出力光の平均波長は、該ポンプ光の波長に影響される。該ポンプ光の波長は、該ポンプ光源の温度に依存し、かつ、該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播する。該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する。該ＳＦＳはさらに、該カプラーに光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として、該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦを通過する際に増幅される。該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する。該ＳＦＳはさらに、該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーターを含む。該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される。該出力光の平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化し、かつ該ポンプ光波長の該平均波長に対する影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【０００８】
所定の態様において、１つの方法は、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）の推定平均波長を決定する。この方法は、ある実平均波長を有するＳＦＳを与えることを含む。該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）とポンプ光源とを含む。該方法はさらに、該実平均波長が該ＥＤＦの該温度に対して依存性を有するように該ＳＦＳを構成することを含む。該方法はさらに、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることを含む。該方法はさらに、該ＥＤＦの温度を測定することを含む。該方法はさらに、測定した該ＥＤＦの温度および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を用いて推定平均波長を算出することを含む。
【０００９】
所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）を備える。該ＳＦＳは、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定している平均波長を有する。
【００１０】
所定の態様において、超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）は、選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる。該ＳＦＳは、第一端部と第二端部との間にある長さを有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）を含み、該ＥＤＦはある温度を有する。該ＳＦＳはさらに、実質的に一定のポンプ波長でポンプ光を発生するように制御されるポンプ光源を含む。該ＳＦＳの平均波長は、該ポンプ波長に影響される。該ポンプ波長は、該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存する。該ポンプ光は、該ＥＤＦの第一端部につながれ、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播する。該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播しかつ該ＥＤＦの第二端部から出力される順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光を発生するように該ポンプ光に応答する。さらに、該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第一端部に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生するように該ポンプ光に応答する。該逆方向のＡＳＥ光は、第一の偏光を有する。該ＳＦＳはさらに、該逆方向のＡＳＥ光を受光するように光学的に連結されたミラーを含む。該ミラーは、該第一の偏光に直交する第二の偏光で反射ＡＳＥ光を発生するように該逆方向のＡＳＥ光を反射する。該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第一端部につながれ、かつ、該ＥＤＦの長さ部分を通って該ＥＤＦの第二端部に伝播する際に増幅される。該ＥＤＦの第二端部において、該増幅された反射ＡＳＥ光は、該順方向のＡＳＥ光とともに出力される。平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化し、かつ該平均波長に対する該ポンプ波長の影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【００１１】
本発明を要約するために、本発明の所定の状況、利点および新規な特徴について上述した。しかしながら、当然のことながら、必ずしもそのような利点のすべてが本発明のいかなる特有の態様によっても達成されることを必要とするものではない。従って、ここに開示する利点の一つまたは一連の利点を達成するかまたは最適化するように、本発明を具体化または実施することができ、その場合、ここに開示または示唆しうる他の利点を必ずしも達成する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に模式的に示す超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）１０は、ここに説明する態様に従って選ばれた安定性の平均波長〈λ〉を有するＳＦＳ出力光１２を発生させるものである。ＳＦＳ１０は、第一端部２２、第二端部２４、および第一端部２２と第二端部２４との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）２０を含む。また、所定の態様において、ＥＤＦ２０は、ある温度を有し、温度依存複屈折および偏光依存利得を有する。さらにＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の第一端部２２に光学的に連結されたカプラー３０を含む。所定の態様において、カプラー３０は、温度依存複屈折および偏光依存損失を有する。さらにＳＦＳ１０は、カプラー３０に光学的に連結されたポンプ光源４０を含む。ポンプ光源４０は、ポンプ光４２を発生させる。ＳＦＳ１０の平均波長〈λ〉は、ポンプ光４２の波長に影響される。ポンプ光４２の波長は、ポンプ光源４０の温度に依存しかつポンプ光４２の出力に依存する。ポンプ光４２は、カプラー３０を介してＥＤＦ２０に伝播する。ＥＤＦ２０は、ポンプ光源４０から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光４４およびポンプ光源４０に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光４６を発生させることにより、ポンプ光４２に応答する。さらにＳＦＳ１０は、カプラー３０に光学的に連結されたミラー５０を含む。ミラー５０は、反射ＡＳＥ光４８として逆方向のＡＳＥ光４６を反射し、反射ＡＳＥ光４８は、ＥＤＦ２０に伝播する。さらに反射ＡＳＥ光４８は、ＥＤＦ２０を通過する際に増幅される。順方向のＡＳＥ光４６および増幅された反射ＡＳＥ光は、ＥＤＦ２０の第二端部２４から外に伝播する。さらにＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の第二端部２４に連結された光アイソレーター６０を含む。ＥＤＦ２０の第二端部２４からの順方向のＡＳＥ光４６および増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光１２として、光アイソレーター６０を通じて伝達される。ＳＦＳ出力光１２の平均波長〈λ〉の安定性は、ＥＤＦ２０の長さを最適化しかつ平均波長に対するポンプ光４２の波長の影響を減少させることにより、選ばれたものとなる。
【００１３】
所定の態様において、ＳＦＳ１０は、約５ミリワットの出力において、約１５５０ナノメートルの波長および約１７ナノメートルの線幅を有する光を放射する。線幅は、上記で引用したD.C. Hall他の説明に従って定義される。約１ナノメートル〜約５０ナノメートルの範囲にあるＳＦＳ帯域幅の他の値は、この構成、および、他の光源構成で、光源のパラメーター（特にポンプ出力およびＥＤＦ長）を適当に選択することにより、達成することができる。所定の態様において、ＳＦＳ１０は、図１に示すように、単光路のＳＦＳ構成よりも大きな出力を有する複光路の構成を有する。また、そのような複光路の構成は、単光路の構成よりも用いるＥＤＦ２０の長さを短くすることができ、さらに、以下でより詳しく説明するように、偏光に関連する影響を排除するためファラデー回転ミラー（ＦＲＭ）を用いることを可能にする。そのようなＦＲＭｓは、ＳＦＳ１０の単光路構成において偏光に関連する影響を排除するのに使用することができるオーバーロング・リオ・ファイバーデポーラライザーが好ましい。
【００１４】
所定の態様において、ＥＤＦ２０は、少なくとも約９４メートルの長さを有するが、他の長さも、ここに説明する態様に適合する。この長さは、一部、光源のパラメーターに左右され、一部、ＥＤＦコア中の３価エルビウムイオンの濃度に左右される。これら特定の態様において、ＥＤＦコア中の３価エルビウムイオンの濃度は、約１．５３ミクロンの波長において該ファイバーが約３．７デシベル／メートルの小信号吸収を有するようなものである。従って、約１．５３ミクロンにおける９４メートルファイバーの全小信号吸収は、約３４８デシベルである。一つの有利な態様において、ＥＤＦ２０は、約１．１ミクロンのコア半径を有し、約０．２６の開口数を有する。これらのコアパラメーター値は、３４８デシベルの全小信号吸収値と合わせて、以下により詳細に説明するように、ＳＦＳの平均波長の安定性を最適化するＥＤＦパラメーターの特定の組合せを規定するものである。しかし、当然のことながら、この組合せに限られる訳ではなく、他の組合せのパラメーター値でも、実質的に同じ挙動をもたらすことができる。そのような組合せは、市販のいくつかのＥＤＦシミュレーターの一つを用いてＳＦＳ平均波長安定性の数値シミュレーションにより得ることができる。以下により詳細に説明するとおり、ＥＤＦ２０の長さは、順方向のＡＳＥ光４４の出力を減少させるよう選択することができ、それにより、順方向のＡＳＥ光４４からの残留偏光依存利得（ＰＤＧ）の影響による平均波長のドリフトが減らされる。
【００１５】
所定の態様において、カプラー３０は、波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）を含む。そのようなＷＤＭカプラー３０は、第一の波長（例えば１４７２ナノメートル）においてポンプ光源４０からの光のほぼすべてをＥＤＦ２０に伝達する。また、そのようなＷＤＭカプラー３０は、第二の波長（例えば１５５０ナノメートル）において逆方向のＡＳＥ光４６のほぼすべてをＥＤＦ２０からミラー５０に連結する。また、そのようなＷＤＭカプラー３０は、該第二の波長において反射ＡＳＥ光４８のほぼすべてをミラー５０からＥＤＦ２０に連結する。当業者に明らかなとおり、ポンプ光を連結しかつＡＳＥ光を伝達する選択型ＷＤＭを用いることができる。そのような選択型を用いるとき、ポンプ光源４０の位置とミラー５０の位置とを図１の態様において入れ替える。
【００１６】
所定の態様において、ポンプ光源４０は、ある温度を有しかつあるレーザーダイオード電流（例えば１０マイクロアンペア）を有するレーザーダイオードを含む。所定の態様のポンプ光４２は、偏光させられ、赤外波長（例えば約１４６０ナノメートル〜約１４９０ナノメートル）を有するレーザー光からなる。典型的なレーザーダイオードには、３０ミリワットのファイバーピッグテールド出力を有する１４７２ナノメートルレーザーダイオードがあるが、これに限定されるものではない。以下により詳細に説明するように、所定の態様において、ポンプ光源４０の温度は、約０．０１℃の範囲内で安定であるように制御することができる。
【００１７】
所定の態様において、ミラー５０はファラデー回転ミラー（ＦＲＭ）を含む。所定の態様のミラー５０はファイバーピッグテール型である。ＦＲＭｓは、いくつかの業者、例えばカルフォルニア州サンノゼのＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ社から市販品として購入できるが、多くの製造業者がそのような装置を提供している。所定の態様において、光アイソレーター６０は、ＳＦＳ１０の出力において時間依存性の反射により不要な揺らぎがＳＦＳ平均波長〈λ〉に生じるのを防いでいる。該アイソレーターの分離比は約４０デシベル以上である。光源の設計の詳細に応じてより高いまたはより低い値を許容することができる。
【００１８】
［ポンプの影響］
ポンプ光源４０（例えばレーザーダイオード）の温度の変動は、ポンプ光源４０により発生されるポンプ光４２の波長λｐに変動の誘因となりうる。この温度によるポンプ光４２の波長の変動は、ＳＦＳの平均波長〈λ〉の変動の誘因となりうる。
【００１９】
所定の態様において、平均波長の安定性に対するポンプ光変動の影響を減少させることが好ましい。そのような所定の態様において、ポンプ光源４０の温度は、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の予定された安定性が得られるように、十分な安定度に制御される。所定の態様において、ポンプ光４０の温度は、±０．０１℃に制御することができる。レーザーダイオード波長の測定温度依存度が約１ナノメートル／℃である場合、従って、ポンプ光４２の波長は約±０．０１ナノメートルの変動Δλｐを有しうる。ＳＦＳ平均波長〈λ〉の対応する変動の大きさは、ポンプ光４２の波長に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度に左右される。特にことわらない限り、ここで例示するすべてのノイズおよび変動の値は、ピークからピークまでの値である。
【００２０】
所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性に対するポンプ光変動の影響は、ポンプ光４２の波長λｐを最適波長（例えば１４７２ナノメートル）に調整することによって減少させることができる。この最適波長において、ポンプ光４２の波長に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の一次依存度は、小さいかまたはほぼゼロである。ポンプ光４２の波長が最適波長と若干異なる態様において、ポンプ光４２の波長の温度による変動に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の残りの依存度は、予測することができる。この温度による変動は、ポンプ光４２の波長が最適波長から１ナノメートルずれていると仮定してＳＦＳ１０をモデル化することにより、あらかじめ評定した（例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped FibＥｒ Lasers and Amplifiers, pp. 99-101, 2001, 第二版、M.J.F. Digonnet編, Marcel Dekker, Inc., New Yorkを参照のこと。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする）。そして、ポンプ光４２の波長λｐに対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度は［式１］と算出された。従って、ポンプ光源４０の温度変動によるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、わずか［下式２］であると予測された。従って、ポンプ光４２の波長を最適波長またはその付近に調整する態様において、温度によるポンプ光４２波長の揺らぎに起因するＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、無視できるものである。
［式１］
［式２］
【００２１】
所定の態様において、ＳＦＳの平均波長〈λ〉はポンプ光４２の出力に依存し、ポンプ光４２の出力は、該依存度が小さいかゼロである最適レベルに設定される。例えば、所定の態様において、ポンプ光源４０は、１．３マイクロワットのポンプ出力安定性で電流が１０マイクロアンペアに維持されるレーザーダイオードを含む。このポンプ光源４０について、ポンプ光４２の出力に対するＳＦＳ平均〈λ〉の依存度の計算値は、−０．０８５ナノメートル／ミリワットであるとシミュレーションされる。従って、このポンプ光源４０の出力において、ポンプ光４２出力の変動のＳＦＳ平均波長〈λ〉に対する影響は、ごくわずかなものとなりうる（例えば約０．０７ｐｐｍ）。
【００２２】
所定の態様において、ポンプ光源４０からの出力が非常に安定であっても、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２の出力は経時的に変化しうる。この変動は、（１）カプラー３０における残留偏光依存損失（ＰＤＬ）と（２）カプラー３０に入射するポンプ光４２の偏光のランダムな変動とが組み合わさった影響に起因し、ポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間におけるファイバーピッグテール複屈折の温度による変動によって引き起こされる。例えば、カプラー３０のＰＤＬが低い（例えば約０．０１デシベル）場合、２５ミリワットの入射出力Ｐｐは、ポンプ偏光が９０度回転することにより、約０．０５ミリワット変化する。入射ポンプ光４２の出力に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜が０．０８５ナノメートル／ミリワットである態様に対し、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２出力の変動は、約３ｐｐｍのＳＦＳの平均波長〈λ〉の変動に相当する。このような変動は、好ましくないほどに高いものでありうる。しかし、留意すべきことは、ＥＤＦ２０に入射するポンプ偏光がそのように大きく変動することは非常にまれであるということである。算出した３ｐｐｍの変動は、起こりそうにない限界値である。この影響は、ＰＤＬが最小のＷＤＭカプラー３０を選ぶことにより減少させることができる。所定の態様において、そのようなＷＤＭカプラー３０を選ぶことは、種々の業者からＷＤＭカプラーを入手し試験してＰＤＬが十分に低いカプラーを割り出すことを含む。他の所定の態様において、この影響を減少させるため、ポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間のファイバーピッグテールを短くする。また、偏光の変位を最小にするため、ファイバーピッグテールの温度をできるだけ一定に維持することができる。
【００２３】
他の所定の態様において、係数｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜は、ＥＤＦ２０の長さの適当な選択およびポンプ光４２出力の適当な選択により、減少させることができる。しかし、以下に説明するように、偏光に関連する影響とのからみで、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜を最小にするＥＤＦ２０の長さは、単光路順方向のＡＳＥ光４４を減少させるのに十分であるかもしれないし、不十分であるかもしれない。ポンプ光４２出力に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度を減少させることと、単光路順方向のＡＳＥ光４４の寄与を減少させることとが適当に折り合いのつくＥＤＦ２０の長さを選択するために、モデル化を利用することができる。所定の態様において、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜に対するより長い長さの影響を考慮せずに、単光路順方向のＡＳＥ光４４の寄与を大幅に減少させるため、ＥＤＦ２０の長さを選択する。そのような所定の態様において、｜∂〈λ〉／∂Ｐｐ｜は十分に低く、そのため、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の全安定性は大幅に向上する。
【００２４】
［偏光関連の影響］
ＳＦＳ平均波長〈λ〉への偏光関連の影響には、種々の原因が寄与しうる。所定の態様において、ポンプ光４２の偏光状態は、ＥＤＦ２０において偏光依存利得（ＰＤＧ）の影響を引き起こしうる。ＳＦＳ１０が複光路構成を有しかつ標準的な反射体をミラー５０（ＦＲＭではなく）として用いる態様において、ポンプ光４２の偏光からのＰＤＧは、実質的に異なる平均波長を有するＳＦＳ１０からの出力光１２の二つの固有偏光をもたらす。二つの偏光の平均波長の差は、５０ｐｐｍ以上となりうる。所定の態様では、相互性を保つため、ＦＯＧの入力において偏光子を用いる。そのような影響は、以下により詳細に説明されている。D.G. Falquier他, "A depolarized Er-doped superfluorescent fiber source with improved long-term polarization stability,"（長期偏光安定性が向上した脱偏光Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源） IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, pp. 25-27, January 2001、およびD.G. Falquier他, "A polarization-stable Er-doped superfluorescent fiber source including a Faraday rotator mirror,"（ファラデー回転ミラーを含む偏光安定Ｅｒ添加超蛍光ファイバー光源） IEEE Photon． Tech. Lett., Vol. 12, pp. 1465-1467, November 2000。この引用によりそれぞれの内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。さらに上記で引用したように、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 99-101, 2001による情報がある。
【００２５】
ＥＤＦ２０またはカプラー３０の複屈折の温度による変動は、ＦＯＧに伝達されるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動の誘因となりうる。同様に、ＳＦＳ１０の任意の部分の応力変動は、複屈折を変化させることが可能であり、従って、ＥＤＦ２０におけるポンプ光４２の偏光の変動およびＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動の誘因となる。
【００２６】
偏光に関連するドリフトは、リオ・デポーラライザーまたはＦＲＭにより、大幅に減少させることができる。例えば、所定の態様において、ＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＥＤＦ２０に沿うすべての地点で、反射ＡＳＥ光４８の偏光が逆方向のＡＳＥ光４６の偏光と確実に直交するようになり、それにより、ＰＤＧの影響が相殺される。従って、ＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の偏光に依存するばらつきを減少させることができる（例えば約２０ｐｐｍに）。他の態様において、他の改良と組合せてＦＲＭをミラー５０として用いれば、ＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきはさらに減少する。そのような構成は、D.G. Falquier他, November 2000の上記引用文献およびDigonnet他の米国特許第６，４８３，６２８Ｂ１号にさらに説明されている。この引用によりその内容がそっくり本明細書に記載されたものとする。
【００２７】
ＦＲＭをミラー５０として利用する態様において、単光路順方向のＡＳＥ光４４はＦＲＭによって反射されず、従って、順方向のＡＳＥ光４４は偏光による平均化を経ず、その平均波長は、やはり偏光に対して敏感である。このＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきへの寄与は、順方向のＡＳＥ光４４がＥＤＦ２０をたった１回通過するだけであり、従って、複光路逆方向のＡＳＥ光４６よりもかなり出力が低いことから、相対的に小さい。しかし、このＳＦＳ平均波長〈λ〉のばらつきへの寄与は、D.G. Falquier他の２０００年１１月の研究（上記で引用）により明らかにされているように、部分的に、残りの約２０ｐｐｍの平均波長変動の原因であり、そこでは、摂動がＥＤＦ２０の複屈折に意図的に加えられている。ＥＤＦ２０の長さは、順方向のＡＳＥ光４４における出力を減少させ、従って、順方向のＡＳＥ光４４からの残りのＰＤＧの影響によるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動を減少させることができるように選択することができる。
【００２８】
所定の態様において、偏光制御器（ＰＣ）を、図１に示すポンプ光源４０とＥＤＦ２０との間の地点Ａに設ける。ＰＣは、ＥＤＦ２０中に伝播するポンプ光４２の偏光状態（ＳＯＰ）を変化させるように適合させる。そのようなＰＣｓに関するさらなる情報は、Digonnet他の米国特許第５，７０１，３１８号に記載されており、この引用によりその内容はそっくり本明細書に記載されたものとする。しかし、そのような所定の態様において、ＰＣは、偏光依存損失（ＰＤＬ）を明らかにする。このＰＤＬは、１５７０ナノメートルにおいて０．１デシベルのオーダーであり、１５５０ナノメートルでは、より小さい値となる。従って、ＰＣを調節することにより、ＥＤＦ２０に入射するポンプ光４２の出力が変わり、従って、ＳＦＳの平均波長〈λ〉が変わる。１４８０ナノメートルでのわずか０．０２デシベルのＰＤＬに対し、ＰＣにより導入されるＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動は、約８ｐｐｍまたはそれ以上（例えば１０〜２２ｐｐｍ）にまでなり得る。
【００２９】
他の態様において、第二のＰＣは、偏光に対するＳＦＳ平均波長〈λ〉の依存度を測定するために、図１に示すＳＦＳ１０の出力においてＢの地点に設ける。第二のＰＣにおける残留ＰＤＬは、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の不安定性について誤った高い測定値の誘因となりうる。ＳＦＳ平均波長〈λ〉への対応するＰＤＬの影響を回避するため、所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の偏光依存度を上昇させうる、いかなるＰＣｓの使用をやめる。さもなくば、。そのような所定の態様において、ＳＦＳ１０の構成要素の温度が経時的に変化すれば、温度に依存する複屈折に起因してポンプ光４２の偏光もまた変化するが、偏光の影響は直接的には測定できない。
【００３０】
［ＥＤＦ温度に関連する影響］
温度によるＥＤＦ２０またはカプラー３０の複屈折の変動のほかに、ＥＤＦ２０の温度変動に起因して、ＳＦＳ平均波長〈λ〉がさらに不安定となりうる。ＥＤＦ２０の温度の変動は、エルビウムの放射および吸収断面に影響を与えうる。例えば、J. Kemtchou他, "Absorption and emission cross-sections measurements for temperature dependent modeling of Erbium-doped Fibers amplifiers,"（エルビウム添加ファイバー増幅器の温度依存モデル化のための吸収および放射断面測定） in Proceedings of Third Optical Fibre Measurement Conference, Liege, Belgium, Vol. 1, pp. 93-96, 1995（この引用によりその内容はそっくり本明細書に記載されたものとする）を参照されたい。そのような断面変動は、ＥＤＦ２０の平均波長のドリフトおよびＳＦＳ平均波長〈λ〉の対応する変動を引き起こしうる。例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," （広帯域ファイバー光源） in Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, pp. 80-94, 2001, 第二版、M.J.F. Digonnet編, Marcel Dekker, Inc., New Yorkを参照されたい。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。
【００３１】
ＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存性の熱係数は、ＥＤＦ２０の特性に依存するとともに、ＳＦＳ１０の構成および操作パラメーター（例えばポンプ光４２の波長および出力）に依存する。−３〜＋１０ｐｐｍ／℃の範囲にあるＳＦＳ熱係数の値をあらかじめ測定した。例えば、D.C. Hall他, P. Wysocki他（ともに上記で引用）およびP.R. Morkel, "Erbium-doped Fibre superfluorescent for the fibre gyroscope,"（光ファイバージャイロスコープのための超蛍光エルビウム添加ファイバー） in Optical Fiber Sensors, Springer Proc. in Physics, Vol. 44, pp. 143-148, 1989を参照されたい。この引用によりその内容が本明細書にそっくり記載されたものとする。所定の態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存性の熱係数をさらに減少させるため、光学フィルターを使用することができる。所定の態様のＳＦＳ平均波長〈λ〉の温度依存度は相対的に低いが、広い温度範囲（例えば数十℃）にわたってＳＦＳ１０を運転することが必要な態様では、１ｐｐｍ／℃の温度依存度でも、容認できない大きなＳＦＳ平均波長〈λ〉の変動をもたらしうる。
【００３２】
所定の態様において、ＥＤＦ温度による影響（上述したエルビウムの放射および吸収断面ならびにＥＤＦ複屈折の温度に依存する偏光関連の影響を含む）は、ＥＤＦ温度を安定化することにより減少させる。しかし、そのような態様は、典型的に、ＳＦＳの平均波長〈λ〉を十分な安定性で所定の値に維持するため、より高い出力の消費、より長い電源投入時間、より大きなサイズ、およびより高いポンプ光源４０コストを要する。
【００３３】
他の態様においては、ＳＦＳの平均波長〈λ〉を予定された値に維持しようと試みる代わりに、種々の時点でのＳＦＳ平均波長〈λ〉の値を知ることで足りる。所定の態様におけるＳＦＳの平均波長は、測定したＥＤＦ２０の温度を用いて推定することができる。
【００３４】
図２は、ＳＦＳ１０の推定平均波長〈λＥ〉を決定する（例えば、ＥＤＦ２０の温度の変動に起因する平均波長の変動を見積もる）方法１００の一態様を示すフロー図である。方法１００は操作ブロック１１０を含み、そこにおいてＳＦＳ１０を備える。ＳＦＳ１０はある実平均波長〈λＡ〉を有し、ある温度を有するＥＤＦ２０とポンプ光源４０とを含む。さらに方法１００は操作ブロック１２０を含み、そこにおいてＳＦＳ１０を、実平均波長〈λＡ〉がＥＤＦ２０の温度に依存するように構成する。さらに方法１００は操作ブロック１３０を含み、そこにおいて、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を得る。所定の態様において、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を得ることは、温度依存度を測定することを含む。他の態様において、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長の依存度を得ることは、他の光源から温度依存度を得ること（例えば、温度依存度をあらかじめ測定した結果にアクセスすること）を含む。さらに方法１００は操作ブロック１４０を含み、そこにおいてＥＤＦ２０の温度を測定する。さらに方法１００は操作ブロック１５０を含み、そこでは、測定したＥＤＦ２０の温度およびＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出する。
【００３５】
所定の態様において、方法１００は、ＥＤＦ２０の温度を制御することを含まず、一方、他の態様において、方法１００は、予定された安定性を有するように（例えば±０．５℃の範囲で安定となるように）ＥＤＦ２０の温度を制御することを含む。方法１００の所定の態様では、実平均波長〈λＡ〉が温度とともに変動するのを防いでいないが、そのような態様は、推定平均波長〈λＥ〉を任意の時間に算出するのを可能にしている。ＳＦＳ１０は、ＥＤＦ２０の温度の変動に主に起因して実平均波長〈λＡ〉が変動するように構成することが好ましい。もし、実平均波長〈λＡ〉に対し、他の温度依存影響（例えばファイバー複屈折などの偏光関連の影響）から相当な寄与があると、温度の変動または温度勾配の変動は、ＳＦＳ１０の他の構成要素にも影響しうる。そのような態様では、ＥＤＦ２０の温度に対する実平均波長〈λＡ〉の相関性が低くなり、推定平均波長〈λＥ〉は、実平均波長〈λＡ〉に対して、より芳しくない近似値となる。例えば、M.J.F. Digonnet, "Broadband fiber sources," in Rare-Earth-Doped fiber Lasers and Amplifiers, pp. 80-94, 2001（上記で引用）を参照されたい。
【００３６】
［第一の典型的態様］
以下の典型的態様は、周囲温度またはＳＦＳ１０の温度の制御を試みなかった態様について、推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との相関性を示すものである。ＳＦＳ１０を光学テーブルに置き、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）を用いて１９秒ごとに５０時間ＳＦＳ１０の出力スペクトル（および従って実平均波長〈λＡ〉）を記録した。使用したＯＳＡは安藤電気株式会社（日本国神奈川県川崎市）製の型式番号ＡＱ６３２７Ｂであった。周囲温度を測定し、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。
【００３７】
図３は、測定した実平均波長〈λＡ〉および測定した周囲温度Ｔを５０時間運転における時間の関数としてプロットしたものである。所定の態様において、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦは、測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなす。５０時間の運転の間、測定した周囲温度Ｔおよび従って測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦは、約２．６℃の範囲にわたって変動した。予想どおり、測定した実平均波長〈λＡ〉もまた、かなり変動した（例えば±８ｐｐｍ）。
【００３８】
図３において、実平均波長〈λＡ〉と測定した周囲温度Ｔとは互いに明らかに強く相関している。図４は、測定した実平均波長〈λＡ〉を測定した周囲温度Ｔの関数としてプロットしたものである。測定した実平均波長〈λＡ〉は、測定した温度Ｔに対してほぼ直線的に変化することが示される。そのような挙動は、D.G. falquier他, November 2000（上記で引用）でより詳細に説明されるように、小さい摂動に対して予測されるものである。図４に示される少量のヒステリシスは、おそらく、測定した周囲温度ＴとＥＤＦ２０の実際の温度ＴＥＤＦとの間のわずかな時間的ずれによるものである。
【００３９】
周囲温度Ｔの測定値の関数として実平均波長の測定値〈λＡ〉を直線にあてはめたものが、図４において直線の実線で示されている。従って、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦが測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなすと、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦに対する実平均波長〈λＡ〉の依存度は、この直線の方程式、例えば次の方程式：
〈λＡ〉＝１５６４．２８０５５−０．００９９１４９ＴＥＤＦ （１）
（式中、実平均波長〈λＡ〉の単位はナノメートルであり、ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦの単位は℃である）によって表される。かくして、温度に依存するＳＦＳの平均波長〈λ〉の熱係数は、−０．００９９ナノメートル／℃、すなわち−６．３ｐｐｍ／℃である。そのような大きさのＳＦＳ平均波長の温度依存度は、以前報告されている値と矛盾しないものである。例えば、D.C. Hall他（上記で引用）を参照されたい。さらに、P.F. Wysocki他, "Broadband fiber Sources for Gyros,"（ジャイロ用広帯域ファイバー光源） in SPIE Proceedings on fiber Optic Gyros: 15th anniversary, Vol. 1585 (SPIE, Washington, 1991), pp. 371-382を参照されたい。この引用によりその内容がそっくり本明細書に記載されたものとする。
【００４０】
この典型的な態様において、測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦおよびＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦに対する実平均波長〈λＡ〉の依存度を、推定平均波長〈λＥ〉を算出するのに用いた。ＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦを式１に代入することにより、図３の打点された曲線によって示される推定平均波長〈λＥ〉が得られた。図５は、この推定平均波長〈λＥ〉と測定した実平均波長〈λＡ〉との差を示している。図５に示すように、５０時間の運転全体に対し、推定平均波長と実平均波長との差は、約±１ｐｐｍの範囲内にある。
【００４１】
この典型的な態様において、同じ測定を９日後に繰り返し、実平均波長〈λＡ〉と周囲温度Ｔを４８時間にわたって測定した。図６は、これらの測定値を時間に対して示している。測定した実平均波長〈λＡ〉のＥＤＦ２０温度ＴＥＤＦ（測定した周囲温度Ｔにほぼ等しいとみなした）に対する線形回帰を行った結果、次の式が得られた：
〈λＡ〉＝１５６４．２９４５８−０．０１０５０３ＴＥＤＦ （２）。
【００４２】
やはり、測定した実平均波長〈λＡ〉と測定した温度Ｔとは強く相関している（図６参照）。測定したＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦおよび方程式２で表されるようなＥＤＦ２０の温度ＴＥＤＦにたいする実平均波長〈λＡ〉の依存度を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。図６の「方程式２を用いた推定平均波長」と記した曲線は、この推定平均波長〈λＥ〉を示しており、測定した実平均波長〈λＡ〉と非常によく一致している。図７の「方程式２による算出」と記した線は、この推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との差を時間の関数として示している。この差は、４８時間の運転全体に対し、約±１ｐｐｍの範囲内にとどまった。
【００４３】
ＦＯＧ用光源としてＳＦＳ１０を用いる態様において、ＳＦＳ１０の実平均波長および従ってジャイロスコープの目盛倍率は、ＦＯＧを運転しながら、図２のアルゴリズムを用いて求めることができる。そのような態様では、上述したように、ＦＯＧを運転しながら、ＥＤＦ２０の温度を測定し、推定平均波長を決定する。しかし、平均波長の温度依存度は、一般に、リアルタイムに測定するものではなく、あらかじめ測定するものである。そのような態様がどれだけうまくいくか調べるため、第二の運転用として、方程式２の温度依存度（第二の運転の間測定されたもの）ではなく、方程式１の温度依存度（９日前に測定されたもの）を用いて、推定平均波長〈λＥ〉を算出した。得られた推定平均波長〈λＥ〉は、図６において「方程式１を用いた推定平均波長」と記した曲線で示される。この曲線は、方程式２を用いて推定した曲線とほぼ同じ形であるが、「方程式１を用いた推定平均波長」の曲線は、より短い波長の方にシフトしている。このシフトは、０．００１３ナノメートルの平均値を有し、約１ｐｐｍに相当する。このシフトのため、図７に「方程式１による算出」と記した曲線で示すように、推定平均波長と実平均波長との差は、結果的に、方程式２を用いた算出で得られる差よりも若干悪くなっているが、それでも、４８時間の運転全体にわたって約±２ｐｐｍの範囲内にとどまっている。
【００４４】
図７の二つの曲線間の隔たりは、第一の運転の温度依存性（方程式１）と９日後に測定された第二の運転の温度依存性（方程式２）との間の若干の差に由来する。両方の運転においてＳＦＳ１０は元のままであったので、この隔たりは、おそらく、主にＯＳＡ（その温度は制御されていない）の純粋な波長読み取りの変動の結果と考えられた。
【００４５】
ＯＳＡを用いて広帯域光源のスペクトルを測定した結果、約０．５〜１ｐｐｍの短期ノイズが測定された。高度に安定な１．５５ミクロンレーザーダイオードを光源として用いた場合、約２時間のウォームアップタイムの後、ＯＳＡの長期読み取り値は、約±３℃内の変動の室温に対し、約±５ｐｐｍの範囲内にとどまった。以下により詳細に説明するとおり、このＯＳＡの長期読み取り値の変動は、広帯域光源に対しては、若干より小さいと予測される（例えば約±１ｐｐｍ／℃）。従って、方程式１と方程式２の温度依存の差は、ＯＳＡと周囲温度との間の種々の温度勾配により、容易に引き起こされ得たであろう。図５および７に示すような推定平均波長と実平均波長との間の差の変動の残りの部分は、少なくとも部分的に、ＯＳＡの不安定性と温度依存性の非線形性とに起因するものであった。
【００４６】
この典型的な態様に示すように、図２の方法１００は、４８時間にわたって約±２ｐｐｍの範囲内の精度で平均波長を推定するのに成功している。加えて、その精度は、実平均波長〈λＡ〉を測定するのに使用するＯＳＡの安定性を向上させることにより、向上させることができる。また、この典型的な態様が示すところによれば、経時的に周囲温度（ＥＤＦ２０の温度に近いとみなされる）を測定し、測定した平均波長を既知の温度ドリフトに対して補正することにより、ＳＦＳ１０の平均波長を９８時間にわたって約±１ｐｐｍの範囲内で推定することができる。このような安定性は、実用的な高品位ＦＯＧに向けた重要な一歩を意味している。
【００４７】
［第二の典型的態様］
上記第一の典型的態様が示すところによれば、ＥＤＦ２０の温度変動の補正の後、ＳＦＳの平均波長〈λ〉は約±２ｐｐｍの範囲内で安定である。第一の典型的態様からは、ＳＦＳ１０の温度を安定となるよう制御した場合のＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性に対する情報からを得ることはできない。ＳＦＳ１０の温度が安定となるよう制御する態様において、ＳＦＳ平均波長〈λ〉の安定性は、約±２ｐｐｍよりも良くなると考えられる。というのも、ＳＦＳ１０の温度を安定化すれば、ＥＤＦ２０の温度ドリフトだけでなく、他の温度影響（例えば、ファイバー複屈折のドリフトおよび対応する残りの偏光関連の影響）も同様に排除されるはずであるからである。
【００４８】
以下の典型的態様は、ＳＦＳ１０の温度を相対的に安定に維持した場合の推定平均波長〈λＥ〉と実平均波長〈λＡ〉との相関性を示すものである。より低い熱係数を有するＥＤＦ２０を用いた以外、以下の態様におけるＳＦＳ１０は、上記第一の典型的態様で説明したＳＦＳ１０と実質的に同じであった。ポンプ光源４０のすべてのパラメーターは、上記第一の典型的態様で示したと同様の許容値に制御した。１．５３ミクロンにおけるＥＤＦ２０の小信号吸収は、第一の典型的態様のＥＤＦ２０の小信号吸収に相当し（すなわち約３４８デシベル）、そして、この第二の典型的態様において順方向のＡＳＥ光４４は同様に大きく抑制された。
【００４９】
温度変動を減少させるため、ＥＤＦ２０およびＷＤＭカプラー３０をともにスタイロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）の筐体内に設置した。室温は厳密に制御しなかったが、部屋を閉じた状態にして空気の流れを最小限にした。室温は、約±０．５℃の範囲内で安定であると推定された。
【００５０】
第一の典型的態様について説明したように、ポンプ光源４０の波長安定性は、ＳＦＳ１０からの出力光を測定するのに使用される市販の最新式の光スペクトル分析器（ＯＳＡｓ）の安定性を上回っている。ＯＳＡの長期の揺らぎを補正するため、図８に模式的に示す構成２００を用いてＯＳＡを校正した。テストされるＳＦＳ１０からの出力光と、安定な波長の参照光源２１０からのシグナルとは、ともに非偏光保持（ｎｏｎ−ＰＭ）ファイバーピッグテール２２０を介して伝達し、ファイバーカプラー２３０（例えばＬｉＮｂＯ３ １×２カプラー）において混合された。参照光源２１０は、約０．００１ナノメートル（約０．７ｐｐｍ）の安定性を有する、温度制御された通信グレードの分散型のフィードバック式（ＤＦＢ）レーザーダイオード（１５４１．７４ナノメートル）であった。次いで、カプラー２３０からの混合された光は、偏光保持（ＰＭ）ファイバーピッグテール２４０を介してＯＳＡ２５０に送られる。ＯＳＡ２５０は、シグナルプロセッサー２５２（例えばコンピュータ）およびディスプレイ２５４に接続される。
【００５１】
ＯＳＡ２５０のディスプレイ２５４は、ＳＦＳ１０からの出力スペクトルに重ねあわせて参照光源２１０の参照波長を示し、それにより、ＯＳＡ２５０の波長スケールの絶対校正が与えられる。ＳＦＳ１０の全スペクトル（例えば約１５２０ナノメートル〜約１５８０ナノメートル）にわたってほぼ均一なＯＳＡの波長変動に対し、ＯＳＡ２５０の波長スケール校正のためのこの構成は、波長変動から独立している。ＯＳＡ２５０の応答は検出される光の偏光に依存するため、ＯＳＡ２５０によって検出される光信号の偏光は確実に経時変化しないことが求められる。このことは、偏光子として働く、偏光保持（ＰＭ）ファイバーピッグテールとともにニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）Ｙ−接合の構成を有するカプラー２３０を用いることにより、達成された。
【００５２】
この校正スキームの有効性および波長のドリフトの均一性に関する想定の妥当性は、ＳＦＳ１０を、参照レーザーダイオード２１０と同様の安定性および波長を有する第二のＤＦＢレーザーダイオードに置き換えることにより、確かめられた。図９は、同時に記録された、参照光源２１０のレーザーダイオード（ＬＤ１）と第二のＤＦＢレーザーダイオード（ＬＤ２）の平均波長を示している。両方のレーザーダイオードは、（１）短期ノイズ、（２）約３〜４時間の周期および約０．００２ナノメートルのピーク−ピーク振幅を有する準周期的振動、および（３）約２４時間の周期および約０．００５ナノメートルのピーク−ピーク振幅を有する全体の準周期的振動を示す。
【００５３】
波長の揺らぎの時間的挙動についてこれら三つの要素のそれぞれは、二つのレーザーダイオードＬＤ１およびＬＤ２について同等の大きさを有する。各要素は、それぞれの時間スケールについてＯＳＡの揺らぎを表している。図１０は、ＯＳＡ読み取り値の揺らぎ要素の３時間〜４時間の揺らぎを模式的に解説している。波長λ１において、ＯＳＡの読み取り値は、約３〜４時間の周期および約０．００２ナノメートルの振幅で、準周期的に揺らぐ。異なる波長（λ２またはλ３）において、揺らぎは、同等の周期および振幅を有する一方、λ１における揺らぎとは異なる位相を有する。この挙動は、図９の二つの波長（３時間〜４時間の互いに位相がほぼ異なる揺らぎを有する）と合致している。また、このことは、ＳＦＳ平均波長のＯＳＡ読み取り値に３時間〜４時間の揺らぎが存在しないという観察結果とも合致する。ＳＦＳ１０からのスペクトルは十分に広く（約１０ナノメートルより大きい）、それらの揺らぎは平均化される。
【００５４】
約２４時間の周期を有するＯＳＡ読み取り値のドリフト要素は、ＯＳＡ温度の周期的変動から生じうる。この可能性を調べるため、±３．５時間の時間ウィンドウを用いて図９の二つの曲線のそれぞれを平均化し、ＯＳＡの揺らぎの３時間〜４時間の要素を排除した。得られたより滑らかな曲線は図１１に示され、そこにおいて、レーザーダイオードＬＤ２についての曲線は、それを約１７ナノメートル平行移動すると、ＬＤ１曲線の付近にくるものであった。図１１から明らかなように、二つのレーザーダイオードの２４時間振動は強く相関している。また図１１は、二つの曲線間の差を含むものであり、その差が約±１ｐｐｍの範囲内で一定であることを示している。従って、図８の校正プロセスを用いることにより、ＯＳＡの長期ドリフトは、その最初の約±５ｐｐｍという値からかなり減少している。
【００５５】
図８に示される構成を用いて、１７時間、ＳＦＳ１０の平均波長の変動および参照レーザーダイオード２１０の波長の変動を同時に測定した。図１２は、ＳＦＳ１０の平均波長およびレーザーダイオード（ＬＤ）の波長について、得られた二つの曲線を示している。ＬＤ波長曲線は、上述したように数時間の積分ウィンドウを用いてなめらかにされた。予想したとおり、二つの曲線の長期変動は相関しており、これは、ＳＦＳ平均波長の変動の多くがＯＳＡのドリフトに起因するものであることを示している。
【００５６】
所定の態様において、ＯＳＡ長期ドリフトの寄与をＳＦＳ１０の平均波長から除くことが好ましい。図１３は、ＬＤ波長曲線を差し引いた後のＳＦＳ１０の平均波長を示す。得られた曲線は、ＳＦＳ１０の平均波長安定性が１７時間にわたって約±０．５ｐｐｍであることを示している。所定の態様において、ＳＦＳ１０は、１時間にわたって約±０．５ｐｐｍの平均波長安定性を示すものである。
【００５７】
図１３に示すＳＦＳ１０の平均波長の短期ノイズは、約±０．３５ｐｐｍ未満であり、これは、ＯＳＡの性能によって制限される。この運転中、ＳＦＳの温度変動は、少なくとも約±０．５℃であると推定されたことから、このＳＦＳ１０の熱係数は最大約０．７ｐｐｍ／℃であり、すなわち第一のＳＦＳ１０より約一桁小さかった。ＳＦＳ１０の熱係数のこの値は、以前報告された値の範囲内にある。例えば、それぞれ上記で引用したD.C. Hall他, P. Wysocki他, June 1991およびP.R. Morkelを参照されたい。ＳＦＳ１０の熱係数は、測定が困難な多くのパラメーターに複雑に依存している（例えば、エルビウム断面スペクトルの温度依存度）。従って、理論的に熱係数を予測することは一般に困難であり、あるいは、あるファイバーが他のファイバーよりなぜ性能が良いかについて正当な理由づけを行うのは一般に困難である。
【００５８】
上述した典型的態様において、ＳＦＳ１０の平均波長の安定性は、ポンプ光４２またはＡＳＥ光４４、４６のすべての可能な偏光状態（ＳＯＰｓ）に対して試験したわけではなかった。そのような試験は、一般的に、偏光制御装置を用いることになり、平均波長にＰＤＬの影響を導入し、ＳＦＳ１０の平均波長の不安定性を人為的に増加させる。それにもかかわらず、第一および第二の典型的態様が明らかに示すところによれば、約±０．５℃のＳＦＳ温度変位において、ＳＦＳ１０における複屈折は、約±０．５ｐｐｍの平均波長安定性を達成するのに十分安定である。温度の揺らぎがより大きい場合、ＳＦＳ１０の温度を測定することにより、ＳＦＳ１０の平均波長を、その実際の値の約±２ｐｐｍの範囲内で算出することができる。得られる平均波長の安定性は、おそらく、平均波長を測定するのに用いる装置の安定性に制限される。かくして、慣性航法ＦＯＧ類に要求される精度を満たすよう、Ｅｒ添加ＳＦＳ１０を安定化することが可能である。
【００５９】
本発明の種々の態様を以上に説明してきた。それらの態様に関して本発明を説明したが、その説明は本発明を具体的に示すためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。種々の変更および応用が、添付の特許請求の範囲に規定するような本発明の真意と範囲から逸脱することなく、当業者には可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ここに説明する態様に従って平均波長〈λ〉を有する出力光を発生させるのに適した超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）を模式的に示す。
【図２】ＳＦＳの推定平均波長〈λＥ〉を決定する方法の一態様のフロー図である。
【図３】５０時間の運転において、測定した実平均波長〈λＡ〉および測定した周囲温度Ｔを時間の関数としてプロットした図である。
【図４】測定した実平均波長〈λＡ〉を測定した周囲温度Ｔの関数としてプロットした図である。
【図５】図４の測定した実平均波長〈λＡ〉と推定平均波長〈λＥ〉との差を時間の関数としてプロットした図である。
【図６】図５に示す測定の９日後に取られた２組目の測定値について差をプロットした図であり、そこにおいて、実平均波長〈λＡ〉および周囲温度Ｔは４８時間にわたって測定された。
【図７】図６の実平均波長〈λＡ〉と推定平均波長〈λＥ〉との差を時間の関数としてプロットした図である。
【図８】光スペクトル分析器（ＯＳＡ）の波長測定値の長期変動を補正するための一つの構成を模式的に示す。
【図９】同時に記録された、参照光源のレーザーダイオード（ＬＤ１）および第二のレーザーダイオード（ＬＤ２）の平均波長を示す。
【図１０】ＯＳＡ測定値の３時間〜４時間変動の可能性のある原因を模式的に示す。
【図１１】二つのレーザーダイオードの平均波長および該二つの波長の差をプロットした図である。
【図１２】ＳＦＳの平均波長およびレーザーダイオード（ＬＤ）の波長について得られた二つの曲線を示す。
【図１３】ＬＤ曲線を差し引いた後のＳＦＳの平均波長をプロットした図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）
１２ ＡＳＥ出力光
２０ Ｅｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）
２２ 第一端部
２４ 第二端部
３０ ＷＤＭカプラー
４０ ポンプ光源
４２ ポンプ光
４４ 順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光
４６ 逆方向のＡＳＥ光
４８ 反射ＡＳＥ光
５０ ミラー
６０ 光アイソレーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）により発生される光の平均波長を安定化する方法であって、該方法は、
該ＳＦＳを備えること（該ＳＦＳは、
第一端部、第二端部および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーと、
該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源（該ポンプ光源はポンプ光を発生させ、該平均波長は該ポンプ光の波長に影響され、該ポンプ光の波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播し、それにより、該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する）と、
該カプラーに光学的に連結されたミラー（それにより、該ミラーは該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は該ＥＤＦを通過する際に増幅され、該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する）と、
該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーター（該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される）と
を含むものであり）、
該ＥＤＦの長さを最適化すること、および
該平均波長の安定性に対するポンプ光の波長の影響を減少させること
を含むものである。
【請求項２】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることをさらに含むものである。
【請求項３】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの温度の変動に起因する該平均波長の変動を推定することをさらに含むものである。
【請求項４】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの長さを最適化することは、該ポンプ光出力に対する該平均波長の依存度を減少させることと該順方向のＡＳＥ光の該出力光への寄与を減少させることとの間で折り合いがつくように、その長さを選択することを含むものである。
【請求項５】
請求項１の方法であって、該平均波長の安定性に対する該ポンプ光波長の影響を減少させることは、該ポンプ光源の温度の変動を減少させることを含むものである。
【請求項６】
請求項１の方法であって、該平均波長の安定性に対する該ポンプ光波長の影響を減少させることは、該ポンプ光波長に対する該平均波長の一次依存性が小さいか実質的にゼロであるような波長に、該ポンプ光源を調整することを含むものである。
【請求項７】
選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）であって、該ＳＦＳは、
第一端部、第二端部、および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーと、
該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源（該ポンプ光源はポンプ光を発生させ、該出力光の平均波長は該ポンプ光の波長に影響され、該ポンプ光の波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播し、それにより、該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する）と、
該カプラーに光学的に連結されたミラー（それにより、該ミラーは該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は該ＥＤＦを通過する際に増幅され、該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する）と、
該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーター（該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、出力光として、該光アイソレーターを介して伝達され、それにより、該出力光の平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化しかつ該ポンプ光波長の該平均波長に対する影響を減少させることにより、選ばれたものとなっている）と
を含むものである。
【請求項８】
請求項７のＳＦＳであって、該出力光の該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項９】
請求項７のＳＦＳであって、該出力光の該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動に起因する該平均波長の変動を推定することにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項１０】
請求項７のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項１１】
請求項７のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１７時間以上の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項１２】
請求項７のＳＦＳであって、該ＥＤＦは、少なくとも約３４０デシベルの小信号の吸収を有するものである。
【請求項１３】
請求項７のＳＦＳであって、該ポンプ光源は、ある温度およびあるレーザーダイオード電流を有するレーザーダイオードを含み、それにより、該温度は、約±０．０１℃の範囲内で安定であるように制御することができ、かつ、該レーザーダイオード電流は、約１０マイクロアンペアとなるように制御することができるものである。
【請求項１４】
請求項７のＳＦＳであって、該カプラーは波長分割マルチプレクサーを含むものである。
【請求項１５】
請求項１４のＳＦＳであって、該波長分割マルチプレクサーは約０．０１デシベル未満の偏光依存損失（ＰＤＬ）を有するものである。
【請求項１６】
請求項７のＳＦＳであって、該ＳＦＳは偏光制御装置を有するものではない。
【請求項１７】
超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）の推定平均波長を決定する方法であって、該方法は、
ある実平均波長を有するＳＦＳを備えること（該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）とポンプ光源とを含む）、
該実平均波長が該ＥＤＦの該温度に対して依存性を有するように該ＳＦＳを構成すること、
該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の該依存度を得ること、
該ＥＤＦの温度を測定すること、および
測定した該ＥＤＦの温度および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を用いて推定平均波長を算出すること
を含むものである。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、該ポンプ光源は、ある温度およびある入力電流を有し、かつ、該ＳＦＳを構成する工程は、
該ポンプ光源の温度を制御すること、
該ポンプ光源の入力電流を制御すること、および
該ＳＦＳから偏光制御装置を除外することによって偏光依存損失を減らすこと
を含むものである。
【請求項１９】
請求項１８の方法であって、該推定平均波長は、少なくとも１７時間の期間にわたって、実平均波長に対し約±０．０５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項２０】
請求項１８の方法であって、該推定平均波長は、少なくとも１時間の期間にわたって、実平均波長に対し約±０．０５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項２１】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、該ＥＤＦの温度を変化させること、対応する実平均波長を測定すること、および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の最適な直線を計算することを含むものである。
【請求項２２】
請求項１７の方法であって、該ＳＦＳは複光路の構成を有するものである。
【請求項２３】
請求項１７の方法であって、該実平均波長の変動は、主に該ＥＤＦの温度の変動に起因するものである。
【請求項２４】
請求項１７の方法であって、約±０．５℃の範囲内で安定となるよう該ＥＤＦの温度を制御することをさらに含むものである。
【請求項２５】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度を測定することは、周囲温度を測定することと、該ＥＤＦの温度が該測定した周囲温度にほぼ等しいと想定することとを含むものである。
【請求項２６】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を測定することを含むものである。
【請求項２７】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、他の光源から、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることを含むものである。
【請求項２８】
少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定である平均波長を有する超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）。
【請求項２９】
請求項２８のＳＦＳであって、該平均波長は、少なくとも１７時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定である。
【請求項３０】
請求項２８のＳＦＳであって、該ＳＦＳは複光路の構成を有するものである。
【請求項３１】
請求項２８のＳＦＳであって、該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加（Ｅｒ添加）ファイバーを含むものである。
【請求項３２】
請求項３１のＳＦＳであって、該平均波長の変動は、主に該Ｅｒ添加ファイバーの温度の変動に起因するものである。
【請求項３３】
請求項３２のＳＦＳであって、該Ｅｒ添加ファイバーの温度は、約±０．５℃の範囲内で安定となるよう制御されるものである。
【請求項３４】
選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）であって、該ＳＦＳは、
第一端部と第二端部との間にある長さを有し、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
実質的に一定のポンプ波長でポンプ光を発生するように制御されるポンプ光源（該ＳＦＳの平均波長は該ポンプ波長に影響され、該ポンプ波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播するように該ＥＤＦの第一端部に連結され、該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播しかつ該ＥＤＦの第二端部から出力される順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光を発生させるように該ポンプ光に応答し、さらに該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第一端部に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させるように該ポンプ光に応答して、該逆方向のＡＳＥ光は第一の偏光を有する）と、
該逆方向のＡＳＥ光を受光するように光学的に連結されたミラー（該ミラーは、該第一の偏光に直交する第二の偏光で反射ＡＳＥ光を発生させるように該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第一端部に連結されかつ該ＥＤＦの長さ部分を通って該ＥＤＦの第二端部に伝播する際に増幅され、該ＥＤＦの第二端部において該増幅された反射ＡＳＥ光は該順方向のＡＳＥ光とともに出力され、それにより、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化しかつ該平均波長に対する該ポンプ波長の影響を減少させることにより選ばれたものとなっている）と
を含むものである。
【請求項３５】
請求項３４のＳＦＳであって、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項３６】
請求項３４のＳＦＳであって、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を計算に入れることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項３７】
請求項３４のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項３８】
請求項３４のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１７時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項１】
超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）により発生される光の平均波長を安定化する方法であって、該方法は、
該ＳＦＳを備えること（該ＳＦＳは、
第一端部、第二端部および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーと、
該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源（該ポンプ光源はポンプ光を発生させ、該平均波長は該ポンプ光の波長に影響され、該ポンプ光の波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播し、それにより、該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する）と、
該カプラーに光学的に連結されたミラー（それにより、該ミラーは該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は該ＥＤＦを通過する際に増幅され、該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する）と、
該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーター（該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、ＳＦＳ出力光として、該光アイソレーターを介して伝達される）と
を含むものであり）、
該ＥＤＦの長さを最適化すること、および
該平均波長の安定性に対するポンプ光の波長の影響を減少させること
を含むものである。
【請求項２】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることをさらに含むものである。
【請求項３】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの温度の変動に起因する該平均波長の変動を推定することをさらに含むものである。
【請求項４】
請求項１の方法であって、該ＥＤＦの長さを最適化することは、該ポンプ光出力に対する該平均波長の依存度を減少させることと該順方向のＡＳＥ光の該出力光への寄与を減少させることとの間で折り合いがつくように、その長さを選択することを含むものである。
【請求項５】
請求項１の方法であって、該平均波長の安定性に対する該ポンプ光波長の影響を減少させることは、該ポンプ光源の温度の変動を減少させることを含むものである。
【請求項６】
請求項１の方法であって、該平均波長の安定性に対する該ポンプ光波長の影響を減少させることは、該ポンプ光波長に対する該平均波長の一次依存性が小さいか実質的にゼロであるような波長に、該ポンプ光源を調整することを含むものである。
【請求項７】
選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）であって、該ＳＦＳは、
第一端部、第二端部、および該第一端部と該第二端部との間の長さ部分を有するＥｒ添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
該ＥＤＦの第一端部に光学的に連結されたカプラーと、
該カプラーに光学的に連結されたポンプ光源（該ポンプ光源はポンプ光を発生させ、該出力光の平均波長は該ポンプ光の波長に影響され、該ポンプ光の波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は該カプラーを介して該ＥＤＦに伝播し、それにより、該ＥＤＦは、該ポンプ光源から遠ざかるように伝播する順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光および該ポンプ光源に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させることにより、該ポンプ光に応答する）と、
該カプラーに光学的に連結されたミラー（それにより、該ミラーは該ＥＤＦに伝播する反射ＡＳＥ光として該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は該ＥＤＦを通過する際に増幅され、該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第二端部から外に伝播する）と、
該ＥＤＦの第二端部に連結された光アイソレーター（該ＥＤＦの第二端部からの該順方向のＡＳＥ光および該増幅された反射ＡＳＥ光は、出力光として、該光アイソレーターを介して伝達され、それにより、該出力光の平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化しかつ該ポンプ光波長の該平均波長に対する影響を減少させることにより、選ばれたものとなっている）と
を含むものである。
【請求項８】
請求項７のＳＦＳであって、該出力光の該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項９】
請求項７のＳＦＳであって、該出力光の該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動に起因する該平均波長の変動を推定することにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項１０】
請求項７のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項１１】
請求項７のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１７時間以上の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項１２】
請求項７のＳＦＳであって、該ＥＤＦは、少なくとも約３４０デシベルの小信号の吸収を有するものである。
【請求項１３】
請求項７のＳＦＳであって、該ポンプ光源は、ある温度およびあるレーザーダイオード電流を有するレーザーダイオードを含み、それにより、該温度は、約±０．０１℃の範囲内で安定であるように制御することができ、かつ、該レーザーダイオード電流は、約１０マイクロアンペアとなるように制御することができるものである。
【請求項１４】
請求項７のＳＦＳであって、該カプラーは波長分割マルチプレクサーを含むものである。
【請求項１５】
請求項１４のＳＦＳであって、該波長分割マルチプレクサーは約０．０１デシベル未満の偏光依存損失（ＰＤＬ）を有するものである。
【請求項１６】
請求項７のＳＦＳであって、該ＳＦＳは偏光制御装置を有するものではない。
【請求項１７】
超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）の推定平均波長を決定する方法であって、該方法は、
ある実平均波長を有するＳＦＳを備えること（該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）とポンプ光源とを含む）、
該実平均波長が該ＥＤＦの該温度に対して依存性を有するように該ＳＦＳを構成すること、
該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の該依存度を得ること、
該ＥＤＦの温度を測定すること、および
測定した該ＥＤＦの温度および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を用いて推定平均波長を算出すること
を含むものである。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、該ポンプ光源は、ある温度およびある入力電流を有し、かつ、該ＳＦＳを構成する工程は、
該ポンプ光源の温度を制御すること、
該ポンプ光源の入力電流を制御すること、および
該ＳＦＳから偏光制御装置を除外することによって偏光依存損失を減らすこと
を含むものである。
【請求項１９】
請求項１８の方法であって、該推定平均波長は、少なくとも１７時間の期間にわたって、実平均波長に対し約±０．０５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項２０】
請求項１８の方法であって、該推定平均波長は、少なくとも１時間の期間にわたって、実平均波長に対し約±０．０５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項２１】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、該ＥＤＦの温度を変化させること、対応する実平均波長を測定すること、および該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の最適な直線を計算することを含むものである。
【請求項２２】
請求項１７の方法であって、該ＳＦＳは複光路の構成を有するものである。
【請求項２３】
請求項１７の方法であって、該実平均波長の変動は、主に該ＥＤＦの温度の変動に起因するものである。
【請求項２４】
請求項１７の方法であって、約±０．５℃の範囲内で安定となるよう該ＥＤＦの温度を制御することをさらに含むものである。
【請求項２５】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度を測定することは、周囲温度を測定することと、該ＥＤＦの温度が該測定した周囲温度にほぼ等しいと想定することとを含むものである。
【請求項２６】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を測定することを含むものである。
【請求項２７】
請求項１７の方法であって、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることは、他の光源から、該ＥＤＦの温度に対する該実平均波長の依存度を得ることを含むものである。
【請求項２８】
少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定である平均波長を有する超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）。
【請求項２９】
請求項２８のＳＦＳであって、該平均波長は、少なくとも１７時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内で安定である。
【請求項３０】
請求項２８のＳＦＳであって、該ＳＦＳは複光路の構成を有するものである。
【請求項３１】
請求項２８のＳＦＳであって、該ＳＦＳは、ある温度を有するエルビウム添加（Ｅｒ添加）ファイバーを含むものである。
【請求項３２】
請求項３１のＳＦＳであって、該平均波長の変動は、主に該Ｅｒ添加ファイバーの温度の変動に起因するものである。
【請求項３３】
請求項３２のＳＦＳであって、該Ｅｒ添加ファイバーの温度は、約±０．５℃の範囲内で安定となるよう制御されるものである。
【請求項３４】
選ばれた安定性の平均波長を有する出力光を発生させる超蛍光ファイバー光源（ＳＦＳ）であって、該ＳＦＳは、
第一端部と第二端部との間にある長さを有し、ある温度を有するエルビウム添加ファイバー（ＥＤＦ）と、
実質的に一定のポンプ波長でポンプ光を発生するように制御されるポンプ光源（該ＳＦＳの平均波長は該ポンプ波長に影響され、該ポンプ波長は該ポンプ光源の温度に依存しかつ該ポンプ光の出力に依存し、該ポンプ光は、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播するように該ＥＤＦの第一端部に連結され、該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第二端部に向かって伝播しかつ該ＥＤＦの第二端部から出力される順方向の増幅自発放射（ＡＳＥ）光を発生させるように該ポンプ光に応答し、さらに該ＥＤＦは、該ＥＤＦの第一端部に向かって伝播する逆方向のＡＳＥ光を発生させるように該ポンプ光に応答して、該逆方向のＡＳＥ光は第一の偏光を有する）と、
該逆方向のＡＳＥ光を受光するように光学的に連結されたミラー（該ミラーは、該第一の偏光に直交する第二の偏光で反射ＡＳＥ光を発生させるように該逆方向のＡＳＥ光を反射し、該反射ＡＳＥ光は、該ＥＤＦの第一端部に連結されかつ該ＥＤＦの長さ部分を通って該ＥＤＦの第二端部に伝播する際に増幅され、該ＥＤＦの第二端部において該増幅された反射ＡＳＥ光は該順方向のＡＳＥ光とともに出力され、それにより、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの長さを最適化しかつ該平均波長に対する該ポンプ波長の影響を減少させることにより選ばれたものとなっている）と
を含むものである。
【請求項３５】
請求項３４のＳＦＳであって、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を減少させることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項３６】
請求項３４のＳＦＳであって、該平均波長の安定性は、該ＥＤＦの温度の変動を計算に入れることにより、さらに選ばれたものとなっている。
【請求項３７】
請求項３４のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【請求項３８】
請求項３４のＳＦＳであって、該選ばれた安定性は、少なくとも１７時間の期間にわたって約±０．５ｐｐｍの範囲内である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００６−５０２５７０（Ｐ２００６−５０２５７０Ａ）
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４１６５４（Ｐ２００４−５４１６５４）
【出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１３６６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１８２７
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（５９１１６３１２２）ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１３６６
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１８２７
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（５９１１６３１２２）ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ (8)
【Ｆターム（参考）】
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