(57)【要約】【課題】往復損失が小さく、かつ、出力パワーが大きいファイバ共振器ジャイロスコープを提供すること。【解決手段】一実施形態は、共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）を対象とする。光ファイバ共振器は、光ファイバと、共振器内のノイズ光を抑制する１つまたは複数の光フィルタと、高速応答で共振器の損失を調整することができる１つまたは複数の可変光減衰器（ＶＯＡ）と、共振器の損失の一部をオフセットするための光増幅を提供する１つまたは複数の光利得要素とを含む。また、ＲＦＯＧは、同じく、共振器内の利得要素のための１つまたは複数の励起ビームを生成するための１つまたは複数の励起レーザーと、共振器の往復損失が実質的に一定の正の値になるよう、１つまたは複数の励起レーザーおよび１つまたは複数の可変光減衰器を制御するように構成された制御電子回路とを含む。【選択図】図１
2014063990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光および第２の光を生成するための１つまたは複数の光源と、
光ファイバ共振器であって、
第１の端部および第２の端部(end)を有する光ファイバと、
前記第１の光の少なくとも一部を時計方向(clockwise)に伝搬する(propagating)光として前記光ファイバ中に結合するための第１の入力／出力結合要素(coupling element)と、
前記第２の光を反時計方向(counter-clockwise)に伝搬する光として前記光ファイバ中に結合するための第２の入力／出力結合要素と、
前記共振器内のノイズ光を抑制する(suppress)１つまたは複数の光フィルタと、
高速応答で前記共振器の損失(loss)を調整する(adjust)ことができる１つまたは複数の可変(variable)光減衰器(optical attenuators)（ＶＯＡ）と、
前記共振器の損失の一部をオフセットするための光増幅を提供する１つまたは複数の光利得要素(gain elements)であって、前記利得要素が前記第１および第２の入力／出力結合要素と一体に統合され、前記利得要素が一体に統合された(integrated)前記第１および第２の入力／出力結合要素が、誘電体被覆(dielectric coating)が施された希土類ドープ(rare-earth doped)材料の上に部分反射(partially reflective)鏡(mirror)を含む１つまたは複数の光利得要素と
を含む光ファイバ共振器と、
前記反時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を共振トラッキング電子回路(electronics)に提供するように構成された第１の検出器と、
前記時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を前記共振トラッキング電子回路に提供するように構成された第２の検出器であって、前記共振トラッキング電子回路が、前記第１および第２の検出器からの前記信号に基づいて前記光ファイバ共振器の回転速度(rotation rate)を決定するように構成された第２の検出器と、
前記共振器内の前記利得要素のための１つまたは複数の励起(pump)ビームを生成するための１つまたは複数の励起レーザー(pump lasers)と、
前記共振器の往復損失(round-trip loss)が実質的に一定の正の(positive)値になるよう、前記１つまたは複数の励起レーザーおよび前記１つまたは複数の可変光減衰器を制御するように構成された制御電子回路と
を備える共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）。
【請求項２】
前記制御電子回路が、
過渡損失すなわち利得変化を前記共振器に適用するために、前記共振器内の前記１つまたは複数の可変光減衰器または前記１つまたは複数の励起レーザーを調整し(adjust)、
前記往復損失を実質的に一定の正の値に維持するために、前記第１および第２の検出器によって検知される、前記過渡損失(transient loss)すなわち利得変化に対する過渡応答(transient response)に基づいて、前記１つまたは複数の可変光減衰器または前記１つまたは複数の励起レーザーを制御する
ように構成される、請求項１に記載のＲＦＯＧ。
【請求項３】
前記制御電子回路が、
前記第１の光および第２の光の周波数を走査し(scan)、
前記１つまたは複数の可変光減衰器または前記１つまたは複数の励起レーザーを制御し、それにより往復損失を実質的に一定の正の値に維持するために、前記第１の検出器および第２の検出器からの信号に基づいて、前記共振器の前記往復損失に関連する共振準位幅情報(resonance linewidth information)を獲得する
ように構成される、請求項１に記載のＲＦＯＧ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明の一実施例は、例えば、往復損失が小さく、かつ、出力パワーが大きいファイバ共振器ジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]航行システム、精密位置決めシステムおよび誘導システムのための低コストで、かつ、高性能のジャイロスコープが必要である。共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）は、検知ループを形成するための中空コアファイバを始めとする光ファイバを使用した新しい技術として開発されている。ジャイロスコープの感度を改善するためには、より長いファイバ長を使用して共振準位幅を小さくすることができるが、より長いファイバ長を使用すると空胴往復損失が増加する。望ましくない偏光モードおよび高次の空間モードによって生じる回転速度計測におけるバイアス不安定性を防止するために、偏光モードフィルタおよび空間モードフィルタを共振器に追加することも可能である。さらに、ショットノイズを小さくするためには、可能な限り多くの光パワーを検出器に出力することが望ましい。そのためには光の大部分を共振器の外部に結合しなければならない（つまり共振器にとっては結合損失が大きい）。これらのすべての要因は共振器に余計な損失をもたらし、共振器フィネスの低減あるいは超低損失構成要素を使用するための著しいコストの増加により、望ましいジャイロ性能の達成を困難にしている。構成要素の老化はもう１つの要因であり、空胴往復損失に常に影響を及ぼし、性能の漸進的低下の原因になることがある。したがって検出器にハイパワーを結合している間、共振器往復損失を正確に制御するための方法を見出すことが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明の一実施例は、例えば、往復損失が小さく、かつ、出力パワーが大きいファイバ共振器ジャイロスコープに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]一実施形態は、共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）を対象とする。ＲＦＯＧは、第１の光および第２の光を生成するための１つまたは複数の光源と、光ファイバ共振器とを含む。光ファイバ共振器は、第１の端部および第２の端部を有する光ファイバと、第１の光の少なくとも一部を時計方向に伝搬する光として光ファイバ中に結合するための第１の入力／出力結合要素と、第２の光を反時計方向に伝搬する光として光ファイバ中に結合するための第２の入力／出力結合要素と、共振器内のノイズ光を抑制する１つまたは複数の光フィルタと、高速応答で共振器の損失を調整することができる１つまたは複数の可変光減衰器（ＶＯＡ）と、共振器の損失の一部をオフセットするための光増幅を提供する１つまたは複数の光利得要素とを含む。また、ＲＦＯＧは、同じく、反時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を共振トラッキング電子回路に提供するように構成された第１の検出器と、時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を共振トラッキング電子回路に提供するように構成された第２の検出器とを含む。共振トラッキング電子回路は、第１および第２の検出器からの信号に基づいて光ファイバ共振器の回転速度を決定するように構成される。また、ＲＦＯＧは、同じく、共振器内の利得要素のための１つまたは複数の励起ビームを生成するための１つまたは複数の励起レーザーと、共振器の往復損失が実質的に一定の正の値になるよう、１つまたは複数の励起レーザーおよび１つまたは複数の可変光減衰器を制御するように構成された制御電子回路とを含む。
【０００５】
[0003]図面は例示的実施形態を示したものにすぎず、したがって範囲を制限するものと見なしてはならず、これらの例示的実施形態は、添付の図面の使用を通して、追加特性および詳細と共に説明されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0004]ジャイロスコープに使用するための１つまたは複数の利得要素を中に有する光ファイバ共振器を含んだシステムの一例のブロック図である。
【図２】[0005]図１のシステムの利得要素として使用することができるファイバ増幅器の一例の線図である。
【図３】[0006]図３Ａは図１のシステムの利得要素として使用することができる光パラメトリック増幅器の一例の線図である。図３Ｂは図１のシステムの利得要素として使用することができる光パラメトリック増幅器の一例の線図である。
【図４】[0007]入力／出力結合要素が利得要素として機能する、ジャイロスコープに使用するための１つまたは複数の利得要素を中に有する光ファイバ共振器を含んだシステムの他の例のブロック図である。
【図５】[0008]図４のシステムの入力／出力結合要素および共振器の一例の線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0009]一般的な実践に従って、説明されている様々な特徴はスケール通りではなく、例示的実施形態に関連する特定の特徴を強調して描かれている。
[0010]以下の詳細な説明には、本明細書の一部をなしている添付の図面が参照されており、これらの図面には、実例として特定の実例実施形態が示されている。しかしながら、他の実施形態を利用することも可能であること、および論理的、機械的および電気的な変更を加えることも可能であることを理解されたい。さらに、図に示されている方法および仕様は、個々のステップを実施することができる順序を限定するものとして解釈してはならない。したがって以下の詳細な説明は、本発明を制限する意味で解釈してはならない。
【０００８】
[0011]本明細書において使用されているように、「光源」および「レーザー」という用語は交換可能である。同様に、本明細書において使用されているように、「レーザービーム」および「光」という用語も交換可能である。
【０００９】
[0012]上で説明した低コストで、かつ、高性能のジャイロスコープを提供するための解決法は、共振器内における総構成要素損失によってジャイロスコープの性能が制限されることになり得る問題をもたらす可能性がある。本明細書において説明されている主題は、共振器内の他の光要素によってもたらされる損失をオフセットするための利得を提供することによってこれらの問題に対処することができる。本明細書において説明されている主題を使用することにより、実効往復損失をゼロ損失または正の損失に近づけることができる。正の損失とは、提供される利得が損失を過剰に補償するほどには大きくないことを意味している。本明細書においてしばしば使用されているように、実質的に一定の正の値である共振器の往復損失は、１００％未満である往復透過係数と同じ意味を有している。一例では、本明細書において説明されているシステムは、往復透過係数を１０％未満の往復損失（ＣＷおよびＣＣＷの両方の方向で）に等しい９０％より大きい値に維持する。損失をオフセットするために共振器内に制御された利得を加えることにより、空胴内構成要素損失仕様および入力レーザーパワー要求事項を著しく緩和することができる。低コストのため、ならびにコンパクト・ジャイロ・フォーム・ファクタにおける低パワー散逸のためには、入力レーザーパワー要求事項が緩和されることが望ましい。さらに、本発明は、共振器検出器における光パワーを著しく大きくする方法で実施することができ、したがってショットノイズ誘導角度ランダムウォーク（ＡＲＷ）が低減される。
【００１０】
[0013]図１は、ジャイロスコープに使用するための光ファイバ１０２および１つまたは複数の利得要素１０４を中に含んだ光ファイバリング共振器を含んだシステム１００の一例のブロック図である。光ファイバリング共振器を使用しているジャイロスコープは、しばしば共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）と呼ばれる。１つまたは複数の利得要素１０４は、光ファイバリング共振器（本明細書においては単純に「ファイバ共振器」または「共振器」とも呼ばれている）の中を伝搬する光を増幅する。この増幅を使用して共振器内の他の光要素の損失の一部をオフセットすることができる。
【００１１】
[0014]一例では、光ファイバ共振器は中空コア光ファイバ１０２を備える。光ファイバ共振器は、光ファイバ１０２の一方の端部から射出する光の一部が光ファイバ１０２のもう一方の端部へ導かれて戻るように構成される。したがって共振器内の光は、光ファイバ１０２を通って複数回にわたって循環することができる。
【００１２】
[0015]共振器内を伝搬する光は、１つまたは複数のレーザーなどの１つまたは複数の光源によって生成される。１つまたは複数の光源は、共振器を通って時計方向に伝搬する第１の光１０６、および共振器を通って反時計方向に伝搬する第２の光１０８を生成する。したがって共振器は、光ファイバ１０２、第１の入力／出力結合要素１１０、第２の入力／出力結合要素１１２、ならびに１つまたは複数の利得要素１０４を含む。また、この例では、共振器は、同じく、以下で説明するフィルタ１０５および可変光減衰器（ＶＯＡ）１２２を含む。
【００１３】
[0016]以下で説明する１つまたは複数の光要素を通過した後、第１の光１０６の少なくとも一部は、第１の入力／出力結合要素１１０によって時計方向に共振器に結合される。同様に以下で説明する１つまたは複数の光要素を通過した後、第２の光１０８の少なくとも一部は、第２の入力／出力結合要素１１２によって反時計方向に共振器に結合される。
【００１４】
[0017]一例では、入力／出力結合要素１１０、１１２は部分反射鏡を備える。図１に示されている例では、第１の入力／出力結合要素１１０は、第１の光１０６の少なくとも一部を時計方向（ＣＷ方向）に伝搬する光として光ファイバ１０２の第１の端部に向かって反射するように構成される。つまり、第１の光１０６および第１の入力／出力結合要素１１０は、第１の光１０６の少なくとも一部が第１の入力／出力結合器１１０の反射表面に入射し、かつ、光ファイバ１０２の第１の端部に向かって反射表面で反射するように配向される。一例では、第１の入力／出力結合要素１１０は、第１の光１０６が約９０度の角度で光ファイバ１０２に向かって反射するように配向される。同様に第２の入力／出力結合要素１１２は、第２の光１０８の少なくとも一部を反時計方向（ＣＣＷ方向）に伝搬する光として光ファイバ１０２の第２の端部に向かって反射するように構成される。つまり、第２の光１０８および第２の入力／出力結合要素１１２は、第２の光１０８の少なくとも一部が第２の入力／出力結合器１１２の反射表面に入射し、かつ、光ファイバ１０２の第２の端部に向かって反射表面で反射するように配向される。一例では、第２の入力／出力結合要素１１２は、第２の光１０８が約９０度の角度で共振器に向かって反射するように配向される。この方法によれば、第１の光１０６および第２の光１０８は、光ファイバ１０２内を互いに反対方向に伝搬するように光ファイバ１０２内に送られる。
【００１５】
[0018]図１に示されている例では、光ファイバ１０２は、光ファイバ１０２の第２の端部から射出するＣＷ方向に伝搬する光が直線的に伝搬して光ファイバ１０２の第１の端部に再入射することができるよう、第１の端部と第２の端部が整列して対向するように配向されている。この配向によれば、第１の端部から射出するＣＣＷ方向に伝搬する光も、同じく直線的に伝搬して光ファイバ１０２の第２の端部に再入射することができる。
【００１６】
[0019]この例では、第１および第２の入力／出力結合要素１１０、１１２は、共振器の第１の端部と第２の端部の間の、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内に配置されている。第１の入力／出力結合要素１１０は、ＣＷ方向に伝搬する、共振器を通って共振器の第２の端部から射出した光を透過させ、このＣＷ方向に伝搬する光が共振器の第１の端部に再入射することができるように構成される。同様に、第２の入力／出力結合要素１１２は、ＣＣＷ方向に伝搬する、共振器を通って共振器の第１の端部から射出した光を透過させ、このＣＣＷ方向に伝搬する光が共振器の第２の端部に再入射することができるように構成される。この方法によれば、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光は、共振器を通って複数回にわたって循環することができる。
【００１７】
[0020]また、第１および第２の入力／出力結合要素１１０、１１２は、同じく、共振器を通って伝搬する光の一部を検知のために共振器の外部へ導くように構成される。第１の入力／出力結合要素１１０は、ＣＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射するように構成され、また、第２の入力／出力結合要素１１２は、ＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射するように構成される。第１および第２の入力／出力結合要素１１０、１１２の表面の反射率を選択することにより、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射し、かつ、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の残りの部分を第１および第２の入力／出力結合要素１１０、１１２を透過させることができ、それにより共振器内における循環を維持することができる。
【００１８】
[0021]ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光のうち、共振器から射出する部分は、それぞれ第１および第２の検出器１１４、１１６へ導かれる。第１の検出器１１４は、第１の入力／出力結合要素１１０からＣＣＷ方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、ＣＣＷ方向に伝搬する光の強度に対応する電気信号を生成する。同様に、第２の検出器１１６は、第２の入力／出力結合要素１１２からＣＷ方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、ＣＷ方向に伝搬する光の強度に対応する電気信号を生成する。第１および第２の検出器１１４、１１６からの信号は、これらの信号に基づいて共振器の回転を決定するために共振トラッキング電子回路に提供される。
【００１９】
[0022]システム１００は、第１および第２の光１０６、１０８を共振器に向けて導き、かつ、ＣＣＷ方向に伝搬する光およびＣＷ方向に伝搬する光のうち、共振器から射出した部分をそれぞれ対応する検出器１１４、１１６へ導くための第１および第２の循環器１３６、１３８を含む。第１の循環器１３６は、第１のポートで第１の光１０６を受け取り、かつ、受け取った第１の光１０６を第２のポートへ導くように構成され、第１の光１０６は第２のポートで第１の入力／出力結合要素１１０に向かって伝搬することができる。第２のポートで、第１の循環器１３６は、同じく、ＣＣＷ方向に伝搬する光のうち、共振器の外部に結合される部分を受け取る。この光は第３のポートへ導かれ、光はそこで第１の検出器１１４に向かって伝搬することができる。同様に、第２の循環器１３８は、第１のポートで第２の光１０８を受け取り、かつ、受け取った第２の光１０８を第２のポートへ導くように構成され、第２の光１０８は第２のポートで第２の入力／出力結合要素１１２に向かって伝搬することができる。第２のポートで、第２の循環器１３８は、同じく、ＣＷ方向に伝搬する光のうち、共振器の外部に結合される部分を受け取る。この光は第３のポートへ導かれ、光はそこで第２の検出器１１６に向かって伝搬することができる。
【００２０】
[0023]一例では、第１の光１０６および第２の光１０８は、それぞれ第２の可変光減衰器（ＶＯＡ）１２４および第３のＶＯＡ１２６を通過する。第２および第３のＶＯＡ１２４、１２６は、第１および第２の光１０６、１０８の強度変化を小さくするために、また、ＣＷ方向の光およびＣＣＷ方向の光の強度が実質的に同じになるよう、これらの光を適応的に減衰させる。第２および第３のＶＯＡ１２４、１２６は、制御電子回路１１８によって制御される。制御電子回路１１８は、第１および第２の光１０６、１０８の検知に基づいて、第２および第３のＶＯＡ１２４、１２６の減衰を適応的に調整する。詳細には、第２のＶＯＡ１２６は、第１の光１０６を検知するように構成される第３の検出器１２８からの信号に基づいて第１の光１０６を適応的に減衰させるように制御される。第１の光１０６の経路内に配置された第１のビームスプリッタ１３０は、第１の光１０６の一部を第３の検出器１２８に向けて反射するように構成される。第３の検出器１２８は、第１の光１０６に基づいて電気信号を生成し、生成した電気信号を制御電子回路１１８に送る。同様に、第３のＶＯＡ１２６は、第２の光１０８を検知するように構成される第４の検出器１３２からの信号に基づいて第２の光１０８を適応的に減衰させるように制御される。第２の光１０８の経路内に配置された第２のビームスプリッタ１３４は、第２の光１０８の一部を第４の検出器１３２に向けて反射するように構成される。第４の検出器１３２は、第２の光１０８に基づいて電気信号を生成し、生成した電気信号を制御電子回路１１８に送る。この方法によれば、第１および第２の光１０６、１０８の強度変化を小さくし、一様な強度の光を共振器に提供することができる。ＣＷ方向の光およびＣＣＷ方向の光の強度は、ＣＷ方向の光およびＣＣＷ方向の光の強度が実質的に同じになるように調整される。
【００２１】
[0024]上で言及したように、システム１００は、共振器を通って伝搬する信号を増幅するための１つまたは複数の利得要素１０４を含む。１つまたは複数の利得要素１０４は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内に配置され、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光を増幅するように構成される。１つまたは複数の利得要素１０４は、共振器内でレージングが生じないように構成される。レージングが生じないことを保証するために、１つまたは複数の利得要素１０４は、共振器を通ってＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の往復透過係数が１未満になるように構成される。
【００２２】
[0025]一例では、１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅は、制御電子回路１１８によって制御される。制御（例えばサーボ）電子回路１１８は、共振器から出力されるＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の強度の指示として、第１および第２の検出器１１４、１１６から信号を受け取る。さらに、上で説明したようにそれぞれＣＷ方向の入力光強度およびＣＣＷ方向の入力光強度１０６、１０８を監視するために、第３および第４の検出器１２８、１３２からの信号が制御電子回路１１８に供給される。これらの信号に基づいて、制御電子回路１１８は、可変光減衰器（ＶＯＡ）１２４および１２６によって入力光の強度を制御し、かつ、１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅を制御する。制御電子回路１１８は、第１、第２、第３および第４の検出器１１４、１１６、１２８、１３２からの読値に基づいてＶＯＡ１２４、１２６を適応的に調整し、それによりＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の入力パワーおよび出力パワーを実質的に一定に維持することができる。共振器の往復透過係数は、１に近い１未満の一定の値に制御することができる。この方法によれば、共振器内の光構成要素の損失を補償することができ、それによりジャイロスコープの性能を改善することができる。
【００２３】
[0026]１つまたは複数の励起レーザー１２０は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光を増幅するために１つまたは複数の利得要素１０４に提供される１つまたは複数の励起ビームを生成することができる。一例では、１つまたは複数の励起レーザー１２０は安定ダイオード励起レーザーを備える。１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅は、１つまたは複数の励起レーザー１２０のパワーを制御することによって制御することができる。したがって制御電子回路１１８は、１つまたは複数の励起レーザー１２０を制御することにより、１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅を制御することができる。
【００２４】
[0027]共振器は、共振器内をＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光を減衰させるための１つまたは複数の第１の可変光減衰器（ＶＯＡ）１２２を含むことができる。１つまたは複数の第１のＶＯＡ１２２は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内に配置することができ、また、制御電子回路１１８によって制御する（例えば適応的に調整する）ことができる。制御電子回路１１８は、１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅と相俟って１つまたは複数の第１のＶＯＡ１２２を制御することができ、それによりＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の１に近い１未満の総合往復透過係数を達成することができる。いくつかの例では、１つまたは複数の第１のＶＯＡ１２２は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の往復損失を、１つまたは複数の利得要素１０４の応答時間より速い応答時間で調整することができ、したがってより速い速度を使用してＣＷ方向に伝搬する光および／またはＣＣＷ方向に伝搬する光を減衰させることができ、それにより往復透過係数を１未満に維持することができる。１つまたは複数の第１のＶＯＡ１２２は、共振器内をＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内の任意の適切な位置に配置することができる。
【００２５】
[0028]上で言及したように、利得要素１０４は、往復透過係数が１未満になるように構成され、また、第１のＶＯＡ１２２は、往復透過係数が１未満になるように制御される。往復透過係数を１未満に維持することにより、共振器がリング・レーザー・ジャイロスコープ（ＲＬＧ）として作用しないことが保証される。これは、本明細書において説明されている利得要素を備えたＲＦＯＧの例とＲＬＧの間の基本的な相違である。言い換えると、本明細書において説明されている利得要素を備えたＲＦＯＧの例は、依然として共振器内における往復損失（つまり往復損失は正の値である）を伴い、往復損失を除去するのではなく、小さくするために利得要素１０４が使用される。
【００２６】
[0029]他の例では、共振器の往復損失は、ＶＯＡ１２２および／または励起１２０を調整することによって過渡損失すなわち利得変化を共振器に適用することによって正確に監視することができる。次に、このような過渡損失すなわち利得変化による過渡応答を出力検出器１１４、１１６で監視することができる。共振器の往復損失における過渡変化は、対応する過渡応答変化をもたらし、出力検出器１１４、１１６によって検知することができる。検知されるこれらの過渡応答変化によって得られる情報は、制御電子回路１１８に帰還される。制御電子回路１１８は、過渡応答と共振器損失／利得の間の既に確立済みの特性マッピングを有するデータを含むことができる。制御電子回路１１８は、検知される過渡応答と共にこのデータを使用してＶＯＡ１２２を正確に制御し、および／または励起１２０を使用して共振器の往復損失を正確に制御する。この例の一実施態様では、過渡損失または利得の適用、それによる過渡応答の検知、およびＶＯＡ１２２および／または１つまたは複数の励起レーザー１２０の制御は、周期的に実施することができる。
【００２７】
[0030]他の例では、入力信号１０４、１０６の周波数を一時的に走査して共振準位幅を決定することができる。共振器フィネスは準位幅に反比例するため、この準位幅情報は共振器往復損失の指示器であり、出力検出器１１４、１１６によって検知することができる。制御電子回路１１８は、出力検出器１１４、１１６からの情報を使用して励起１２０および／またはＶＯＡ１２２を正確に制御し、それにより実質的に一定の共振器フィネスを維持することができる。この例の一実施態様では、上記方法を実施するために入力信号の周波数を周期的に走査することができる。
【００２８】
[0031]さらに、共振器は、入力ビーム１０６および１０８の波長領域の減衰が小さいが、励起レーザー１２０の波長および利得要素１０４の増幅自然放出帯域を含む他の波長領域の減衰が大きいファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）などの、１つまたは複数の狭帯域光フィルタ１０５を含む。光フィルタは、共振器内の循環によって生じる望ましくないノイズ光を有効に防止し、したがって検出器のノイズを最小化することができる。
【００２９】
[0032]１つまたは複数の利得要素１０４は、共振器内をＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内の任意の適切な位置に配置することができる。利得要素１０４の例は、図２に示されているファイバ増幅器、図３に示されている光パラメトリック増幅器、および図４および５に示されているドープ入力／出力結合要素を含む。いくつかの例では、システム１００は、複数のタイプの利得要素１０４を含むことができ、このような利得要素１０４は、ファイバ増幅器およびドープ入力／出力結合要素の両方を含む。
【００３０】
[0033]図２は、ファイバ増幅器２００の一例の線図である。ファイバ増幅器２００は、図１のシステム１００の利得要素１０４として使用することができる。動作中、ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光は、ファイバ増幅器２００の第１のポート２０２に入射する。ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光は、第１の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）２０４によって主ファイバ２０６中に結合される。ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光は、主ファイバ２０６を通って伝搬し、第２のＷＤＭ２０８によって第２のポート２１０に結合される。ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光は、第２のポート２１０から射出し、引き続いて共振器を通って伝搬する。ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光が主ファイバ２０６を通って伝搬している間、励起ビームが挿入され、主ファイバ２０６を通ってＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光（増幅される光）の方向とは逆の方向に伝搬する。励起ビームは第３のポート２１２に挿入され、第２のＷＤＭ２０８によって主ファイバ２０６中に結合される。励起ビームは、主ファイバ２０６を通って、ＣＷ方向に伝搬する光またはＣＣＷ方向に伝搬する光の方向とは逆の方向に伝搬し、第１のＷＤＭ２０４によって主ファイバ２０６の外部の第４のポート２１４に結合される。ファイバ増幅器２００の利得は、励起ビームの強度を制御することによって制御することができる。一例では、ファイバ増幅器２００は、希土類イオンでドープすることができ、また、安定した動作を提供するために利得飽和モードまたは利得クランプモードで動作させることができる。他の例では、ファイバ増幅器２００は、信号を増幅するために、４光波混合（ＦＷＭ）、飽和ラマン散乱（ＳＲＳ）および飽和ブリュアン散乱（ＳＢＳ）などの非線形光学機構を使用することができる。ファイバ増幅器は双方向で動作させることができ、また、ＣＷ方向の光およびＣＣＷ方向の光の両方に対して同じ利得を有している。さらに、性能に対してほとんど影響しないよう、狭帯域光フィルタを使用して、増幅自然放出光（ＡＳＥ）などのファイバ増幅器２００からのノイズを最小化することができる。
【００３１】
[0034]図３Ａおよび３Ｂは、図１のシステム１００の利得要素１０４として使用することができる光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）３０１、３０２の例の線図である。ＯＰＡ３０１、３０２は、ノイズが小さい位相感応増幅器である。ＯＰＡ３０１、３０２は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内に配置される。ＯＰＡ３０１、３０２は、強力な励起光が信号光と同じ方向に伝搬しないよう、非共線励起スキームを使用することができ、したがって共振器内における励起ビームの蓄積が回避される。第１のＯＰＡ３０１は、第１の励起ビーム３０４を使用してＣＷ方向に伝搬する光３０３を増幅するように構成される非線形光複屈折結晶から構成される。結晶軸、第１の励起ビーム３０４の周波数および配向は、位相整合条件が満たされるように選択される。第１の励起ビーム３０４は、ＣＷ方向に伝搬する、第１のＯＰＡ３０１を透過する光３０３が増幅される角度で第１のＯＰＡ３０１に入射する。第１の励起ビーム３０４が第１のＯＰＡ３０１に当たると、ＣＷ方向に伝搬する光３０３が増幅され、また、当業者に知られているように第１のＯＰＡ３０１から他のビーム（アイドラ信号３０６）が生成される。同様に、第２のＯＰＡ３０２は、第２の励起ビーム３０８を使用してＣＣＷ方向に伝搬する光３０７を増幅するように構成される非線形結晶から構成される。第２のビーム３０８の周波数および配向は、位相整合条件が満たされるように選択される。第２の励起ビーム３０８は、ＣＣＷ方向に伝搬する、第２のＯＰＡ３０２を透過する光３０７が増幅される角度で第２のＯＰＡ３０２に入射する。第２の励起ビーム３０８が第２のＯＰＡ３０２に当たると、ＣＣＷ方向に伝搬する光３０７が増幅され、また、当業者に知られているように第２のＯＰＡ３０２から他のビーム（アイドラ信号３１０）が生成される。一例では、ＯＰＡ３０１、３０２は、安定した動作を提供するために、飽和利得で動作させるか、あるいは利得をクランプすることができる。
【００３２】
[0035]図４は、他のシステム４００の例のブロック図である。システム４００は、ジャイロスコープに使用するための１つまたは複数の利得要素を中に有する光ファイバ共振器を含み、１つまたは複数の利得要素は、入力／出力結合要素４０２、４０４と一体に統合されている。システム４００では、同様の番号の構成要素は、図１のシステム１００に関連して説明した構成要素と同様に機能している。しかしながらシステム４００は、利得要素として機能する入力／出力結合要素４０２、４０４の一例である。
【００３３】
[0036]入力／出力結合要素１１０、１１２と同様、入力／出力結合要素４０２、４０４は部分反射鏡を含む。図４に示されている例では、第１の入力／出力結合要素４０２は、第１の入力光１０６の少なくとも一部を時計方向（ＣＷ方向）に伝搬する光として光ファイバ１０２の第１の端部に向かって反射するように構成される。つまり、第１の入力光１０６および第１の入力／出力結合要素４０２は、第１の入力光１０６の少なくとも一部が第１の入力／出力結合器４０２の反射表面に入射し、かつ、光ファイバ１０２の第１の端部に向かって反射表面で反射するように配向される。同様に、第２の入力／出力結合要素４０４は、第２の入力光１０８の少なくとも一部を反時計方向（ＣＣＷ方向）に伝搬する光として光ファイバ１０２の第２の端部に向かって反射するように構成される。つまり、第２の入力光１０８および第２の入力／出力結合要素４０４は、第２の入力光１０８の少なくとも一部が第２の入力／出力結合器４０４の反射表面に入射し、かつ、光ファイバ１０２の第２の端部に向かって反射表面で反射するように配向される。この方法によれば、第１の入力光１０６および第２の入力光１０８は、共振器内を互いに反対方向に伝搬するように共振器内に送られる。
【００３４】
[0037]図１に示されている例と同様、光ファイバ１０２は、光ファイバ１０２の第２の端部から射出するＣＷ方向に伝搬する光が直線的に伝搬して光ファイバ１０２の第１の端部に再入射することができるよう、第１の端部と第２の端部が整列して対向するように配向されている。同様に、第１の端部から射出するＣＣＷ方向に伝搬する光も、同じく直線的に伝搬して光ファイバ１０２の第２の端部に再入射することができる。
【００３５】
[0038]第１および第２の入力／出力結合要素４０２、４０４は、光ファイバ１０２の第１の端部と第２の端部の間の、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の経路内に配置される。第１の入力／出力結合要素４０２は、ＣＷ方向に伝搬する、光ファイバ１０２の第２の端部から射出した光を透過させ、このＣＷ方向に伝搬する光が光ファイバ１０２の第１の端部に再入射することができるように構成される。同様に、第２の入力／出力結合要素４０４は、ＣＣＷ方向に伝搬する、光ファイバ１０２の第１の端部から射出した光を透過させ、このＣＣＷ方向に伝搬する光が光ファイバ１０２の第２の端部に再入射することができるように構成される。この方法によれば、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光は、共振器を通って複数回にわたって循環することができる。
【００３６】
[0039]また、第１および第２の入力／出力結合要素４０２、４０４は、同じく、光の一部を検知のために共振器の外部へ導くように構成される。第１の入力／出力結合要素４０２は、ＣＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射するように構成され、また、第２の入力／出力結合要素４０４は、ＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射するように構成される。第１および第２の入力／出力結合要素４０２、４０４の表面の反射率を選択することにより、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の一部を共振器の外部へ反射し、かつ、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の他の部分を第１および第２の入力／出力結合要素４０２、４０４を透過させることができ、それにより光ファイバ１０２に再入射させることができる。ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光のうち、共振器から射出する部分は、それぞれ第１および第２の検出器１１４、１１６へ導かれる。
【００３７】
[0040]入力／出力結合要素としての機能に加えて、入力／出力結合要素４０２、４０４には利得要素が組み込まれている。利得要素は、誘電体被覆が施された希土類イオンドープ材料の上に入力／出力結合要素４０２、４０４のための部分反射鏡を形成することによって入力／出力結合要素４０２、４０４に組み込まれる。したがって励起ビームをドープガラスの上に導くことができ、それにより共振器内をＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光を増幅することができる。一例では、ドープガラスは、誘電体被覆が施されたエルビウムドープガラスから構成される。一例では、励起１２０のパワーおよびドープガラスのドーピングレベルは、入力／出力結合要素４０２、４０４に組み込まれた利得要素が利得飽和領域で動作するように選択され、それにより往復利得の安定した制御が提供される。さらに、利得要素からの増幅自然放出光（ＡＳＥ）は、性能に対する影響がほとんどないように設計することができる。１つまたは複数の励起レーザー１２０は、第１の入力／出力結合要素４０２のドープガラスのための第１の励起ビーム、および第２の入力／出力結合要素４０４のドープガラスのための第２の励起ビームを生成することができる。いくつかの例では、個々の励起１２０は、共振器の一定の往復損失を維持するために、制御電子回路１１８によって個々に制御される。
【００３８】
[0041]図５は、共振器内に利得要素が統合された入力／出力結合要素４０２、４０４の一例の線図である。図に示されているように、信号光５０２（例えば第１および第２の光１０６、１０８ならびにＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光）は、入力／出力結合要素４０２、４０４で反射することによって光ファイバ１０２に向かって反射し、かつ、光ファイバ１０２の外部へ反射し、また、入力／出力結合要素４０２、４０４を透過することによって共振器内で共振する。共振器内をＣＷ方向に伝搬する光を増幅するために、１つまたは複数の励起レーザー１２０によって第１の励起ビーム５０６が提供され、第１の入力／出力結合要素４０２の反射表面に入射する。第１の励起ビーム５０６は、反射表面で反射する入力／出力信号光５０２に対して鋭角で配向される。第１および第２の励起ビーム５０６、５０８によって、第１および第２の入力／出力結合要素４０２、４０４を透過するＣＷ方向に伝搬する信号およびＣＣＷ方向に伝搬する信号が増幅される。また、第１および第２の励起ビーム５０６、５０８のこの配向は、第１および第２の励起ビーム５０６、５０８の両方が共振器内を循環しないように選択される。
【００３９】
[0042]入力／出力結合要素４０２、４０４ならびに第１および第２の励起ビーム５０６、５０８は、共振器内でレージングが生じないように構成される。レージングが生じないことを保証するために、入力／出力結合要素４０２、４０４ならびに第１および第２の励起ビーム５０６、５０８は、共振器を通ってＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の往復利得係数が１未満になるように構成される。
【００４０】
[0043]一例では、入力／出力結合要素４０２、４０４によって提供される増幅パワーは、制御電子回路１１８によって制御される。制御（例えばサーボ）電子回路１１８は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の指示として、第１および第２の検出器１１４、１１６から信号を受け取る。これらの信号に基づいて、制御電子回路１１８は、入力／出力結合要素４０２、４０４によって提供される増幅を制御する。入力／出力結合要素４０２、４０４によって提供される増幅パワーは、１つまたは複数の励起レーザー１２０のパワーを制御し、それにより第１および第２の励起ビーム５０６、５０８を制御することによって制御することができる。制御電子回路１１８は、第１および第２の検出器１１４、１１６によって検知されるＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光に基づいて、１つまたは複数の利得要素１０４によって提供される増幅を適応的に調整することができ、それによりＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光の往復利得を１未満の一定の値に維持することができる。言い換えると、入力／出力結合要素４０２、４０４の増幅を制御することにより、１００％に近い１００％未満の往復透過係数を提供することができる。この方法によれば、共振器内の光構成要素の損失を補償することができ、それによりジャイロスコープの性能を改善することができる。
【００４１】
[0044]上で説明したように利得要素を入力／出力結合要素４０２、４０４に統合することにより、システム４００内の要素の数を少なくすることができ、また、第１および第２の入力光１０６、１０８のパワーに対する緩和された要求事項に対して、入力／出力結合の比率を最適化することができる。パワーの低減は、入力／出力結合要素４０２、４０４によって提供される利得によって補償することができるため、第１の光１０６および第２の光１０８のパワー要求事項を緩和することができる。結合係数が大きい入力／出力結合要素４０２、４０４を使用することができ、したがって光を共振器により効果的に結合することができ、また、光を共振器の外部により効果的に結合することができる。一例では、結合要素４０２、４０４は、反射率が大きい鏡を有することができ、したがってほとんどの光を共振器に結合することができ、また、ほとんどの光を共振器の外部に結合することができる。反射率が大きい鏡によって生じるこれらの結合器４０２、４０４の関連する大きい透過損失は、結合器４０２、４０４内の利得要素によって補償することができる。このような構成では、入力光１０６、１０８のパワー要求事項を著しく低減することができる。
【００４２】
[0045]図４には示されていないが、システム４００は、ＣＷ方向に伝搬する光およびＣＣＷ方向に伝搬する光を、図１に関連して上で説明した方法と同様の方法で、入力／出力結合要素４０２、４０４によって提供される増幅と相俟って制御するための１つまたは複数のＶＯＡ１２２を共振器内に含むことも可能である。また、システム４００は、図１に関連して説明した狭帯域光フィルタと同様の１つまたは複数の狭帯域光フィルタを含むことも可能である。さらに、図１のシステム１００に関連して説明したように共振トラッキング電子回路を含むことも可能である。
【００４３】
[0046]以上、本明細書において特定の実施形態を実例で示し、かつ、説明したが、同じ目的を達成するためにもくろまれる任意の構造を図に示されている特定の実施形態の代わりに使用することができることは当業者には理解されよう。したがって本発明は特許請求の範囲およびその等価物によってのみ制限されることが明確に意図されている。
実施形態例
[0047]例１は、第１の光および第２の光を生成するための１つまたは複数の光源と、光ファイバ共振器であって、第１の端部および第２の端部を有する光ファイバと、第１の光の少なくとも一部を時計方向に伝搬する光として光ファイバ中に結合するための第１の入力／出力結合要素と、第２の光を反時計方向に伝搬する光として光ファイバ中に結合するための第２の入力／出力結合要素と、共振器内のノイズ光を抑制する１つまたは複数の光フィルタと、高速応答で共振器の損失を調整することができる１つまたは複数の可変光減衰器（ＶＯＡ）と、共振器の損失の一部をオフセットするための光増幅を提供する１つまたは複数の光利得要素とを含む光ファイバ共振器と、反時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を共振トラッキング電子回路に提供するように構成された第１の検出器と、時計方向に伝搬する光の部分を検知し、かつ、検知した光に基づく信号を共振トラッキング電子回路に提供するように構成された第２の検出器であって、共振トラッキング電子回路が、第１および第２の検出器からの信号に基づいて光ファイバ共振器の回転速度を決定するように構成された第２の検出器と、共振器内の利得要素のための１つまたは複数の励起ビームを生成するための１つまたは複数の励起レーザーと、共振器の往復損失が実質的に一定の正の値になるよう、１つまたは複数の励起レーザーおよび１つまたは複数の可変光減衰器を制御するように構成された制御電子回路とを備える共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）を含む。
【００４４】
[0048]例２は例１のＲＦＯＧを含み、利得要素は第１および第２の入力／出力結合要素と一体に統合される。
[0049]例３は例２のＲＦＯＧを含み、利得要素を中に統合した第１および第２の入力／出力結合要素は、誘電体被覆が施された希土類ドープ材料の上に部分反射鏡を含む。
【００４５】
[0050]例４は、例１〜３のいずれかのＲＦＯＧを含み、利得要素は、非線形光結晶から構成された光パラメトリック増幅器である。
[0051]例５は、例１〜４のいずれかのＲＦＯＧを含み、第１の入力／出力結合要素は、第１の光の少なくとも一部を時計方向に伝搬する光として光ファイバの第１の端部に向けて反射し、また、時計方向に伝搬する光が光ファイバの第１の端部に再入射することができるよう、光ファイバの第２の端部から時計方向に伝搬する光を透過させるように構成され、第２の入力／出力結合要素は、第２の光の少なくとも一部を反時計方向に伝搬する光として光ファイバの第２の端部に向けて反射し、また、反時計方向に伝搬する光が光ファイバの第２の端部に再入射することができるよう、光ファイバの第１の端部から反時計方向に伝搬する光を透過させるように構成される。
【００４６】
[0052]例６は例５のＲＦＯＧを含み、第１の入力／出力結合要素は、反時計方向に伝搬する光の部分を光ファイバ共振器の外部に反射するように構成され、第２の入力／出力結合要素は、時計方向に伝搬する光の部分を光ファイバ共振器の外部に反射するように構成される。
【００４７】
[0053]例７は、例１〜６のいずれかのＲＦＯＧを含み、複数の光フィルタのうちの１つまたは複数は、入力レーザー波長における減衰が小さく、また、利得要素および励起レーザーからの放出光の波長では実質的に減衰が大きい狭帯域光フィルタである。
【００４８】
[0054]例８は、例１〜７のいずれかのＲＦＯＧを含み、制御電子回路は、時計方向の光および反時計方向の光のうち、第１および第２の検出器によって検知される光の部分に基づく信号を第１および第２の検出器から受け取るように構成され、制御電子回路は、往復損失を実質的に一定の１０％未満の正の値に維持するために、第１および第２の検出器からの信号に基づいて第１および第２の励起ビームのパワーを制御するように構成される。
【００４９】
[0055]例９は、例１〜８のいずれかのＲＦＯＧを含み、１つまたは複数の光源と第１の入力／出力結合要素の間の第１のビームスプリッタであって、第１の光の第１の部分を第１の入力／出力結合要素へ透過させ、かつ、第１の光の第２の部分を第３の検出器に向けて反射するように構成され、第３の検出器は、制御電子回路に結合され、第１の光の第２の部分を検知し、かつ、第１の光の強度に比例する信号を制御電子回路に提供するように構成される第１のビームスプリッタと、１つまたは複数の光源と第２の入力／出力結合要素の間の第２のビームスプリッタであって、第２の光の第１の部分を第２の入力／出力結合要素へ透過させ、かつ、第２の光の第２の部分を第４の検出器に向けて反射するように構成され、第４の検出器は、制御電子回路に結合され、第２の光の第２の部分を検知し、かつ、第２の光の強度に比例する信号を制御電子回路に提供するように構成される第２のビームスプリッタと、制御電子回路に結合された、共振器内の第１の光の経路内の第１の可変光減衰器と、制御電子回路に結合された、共振器内の第２の光の経路内の第２の可変光減衰器とを備え、制御電子回路は、第１の光および第２の光の光強度変化を小さくし、また、第１および第２の光源からの光の強度が実質的に同じになるようにするために、第３および第４の検出器からの信号に基づいて第１および第２の可変光減衰器を制御するように構成される。
【００５０】
[0056]例１０は例９のＲＦＯＧを含み、第１のビームスプリッタは、第１の入力／出力結合要素から反時計方向に伝搬する光の部分を透過させるように構成され、また、第２のビームスプリッタは、第２の入力／出力結合要素から時計方向に伝搬する光の部分を透過させるように構成され、第１の循環器は、１つまたは複数の光源から第１の光を受け取り、かつ、受け取った第１の光を第１のビームスプリッタに提供し、第１の循環器は、第１のビームスプリッタから反時計方向に伝搬する光の部分を受け取り、かつ、反時計方向に伝搬する光の部分を第１の検出器に提供し、また、第２の循環器は、１つまたは複数の光源から第２の光を受け取り、かつ、受け取った第２の光を第２のビームスプリッタに提供し、第２の循環器は、第２のビームスプリッタから時計方向に伝搬する光の部分を受け取り、かつ、時計方向に伝搬する光の部分を第２の検出器に提供する。
【００５１】
[0057]例１１は、例１〜１０のいずれかのＲＦＯＧを含み、制御電子回路は、共振器の往復損失を制御するために、１つまたは複数の励起ビームと相俟って、共振器内の１つまたは複数の可変光減衰器を制御するように構成される。
【００５２】
[0058]例１２は例１１のＲＦＯＧを含み、制御電子回路は、過渡損失すなわち利得変化を共振器に適用するために、共振器内の１つまたは複数の可変光減衰器または１つまたは複数の励起レーザーを調整し、また、往復損失を実質的に一定の正の値に維持するために、第１および第２の検出器によって検知される、過渡損失すなわち利得変化に対する過渡応答に基づいて、１つまたは複数の可変光減衰器または１つまたは複数の励起レーザーを制御するように構成される。
【００５３】
[0059]例１３は、例１１または１２のいずれかのＲＦＯＧを含み、制御電子回路は、第１の光および第２の光の周波数を走査し、また、１つまたは複数の可変光減衰器または１つまたは複数の励起レーザーを制御し、それにより往復損失を実質的に一定の正の値に維持するために、第１の検出器および第２の検出器からの信号に基づいて、共振器の往復損失に関連する共振準位幅情報を獲得するように構成される。
【００５４】
[0060]例１４は、例１〜１３のいずれかのＲＦＯＧを含み、利得要素は、往復損失を実質的に一定の正の値に維持するために、利得飽和モードまたは利得クランプモードのいずれかで動作するように構成される。
【００５５】
[0061]例１５は、例１〜１４のいずれかのＲＦＯＧを含み、光ファイバは中空コアファイバである。
[0062]例１６は、例１〜１５のいずれかのファイバ共振器ジャイロスコープを含み、１つまたは複数の励起ビームは、強力な励起光が共振器内を循環するのを回避するために、時計方向に伝搬する光および反時計方向に伝搬する光と非共線で整列する。
【００５６】
[0063]例１７は、ジャイロスコープ内の光ファイバ共振器を通って伝搬する光の往復損失を制御するための方法を含み、この方法は、光ファイバ共振器を通って伝搬する第１の光を時計方向に伝搬する光として検知するステップと、強度変化を小さくするために、第１の光を検知するステップに基づいて第１の光を減衰させるステップと、光ファイバ共振器を通って伝搬する第２の光を反時計方向に伝搬する光として検知するステップと、強度変化を小さくするために、第２の光を検知するステップに基づいて第２の光を減衰させるステップと、第１および第２の光が実質的に同じになるよう、第１および第２の光の強度を調整するステップと、時計方向に伝搬する光を共振器出力で検知するステップと、１０％未満の往復損失を共振器に提供するために、時計方向に伝搬する光を増幅するステップと、反時計方向に伝搬する光を共振器出力で検知するステップと、１０％未満の往復損失を共振器に提供するために、反時計方向に伝搬する光を増幅するステップとを含み、時計方向に伝搬する光および反時計方向に伝搬する光を増幅するステップにより、時計方向に伝搬する光の往復損失と反時計方向に伝搬する光の往復損失が実質的に同じになる。
【００５７】
[0064]例１８は例１７の方法を含み、時計方向に伝搬する光を減衰させるステップであって、時計方向に伝搬する光を増幅するステップおよび減衰させるステップは、１０％未満の往復損失が提供されるように制御されるステップと、反時計方向に伝搬する光を減衰させるステップであって、反時計方向に伝搬する光を増幅するステップおよび減衰させるステップは、１０％未満の往復損失が提供されるように制御されるステップとを含む。
【００５８】
[0065]例１９は、ジャイロスコープ内の共振器の往復損失を制御する方法を含み、この方法は、共振器内の可変光減衰器（ＶＯＡ）または利得要素を介して共振器に過渡損失すなわち利得変化を適用するステップと、過渡損失すなわち利得変化に対応する応答信号を共振器のための出力検出器で検知するステップと、過渡応答信号と共振器損失／利得との間の既に確立済みの特性マッピングに基づいて共振器の往復損失／利得を決定するために応答信号を処理するステップと、共振器の往復損失を１０％未満に制御するために、共振器内のＶＯＡおよび利得要素の少なくとも一方を調整するステップとを含む。
【００５９】
[0066]例２０は例１９の方法を含み、共振器のための少なくとも１つの入力レーザーの周波数を共振器の共振準位幅より広い範囲にわたって走査するステップと、走査に対応する第２の応答信号を共振器のための出力検出器で検知するステップと、第２の応答信号中で得られる共振準位幅情報に基づいて共振器の往復損失／利得を決定するために第２の応答信号を処理するステップと、共振器の往復損失を１０％未満に制御するために、共振器内のＶＯＡまたは利得要素の少なくとも一方を調整するステップとを含む。
【符号の説明】
【００６０】
１００、４００  システム
１０２  光ファイバ
１０４  利得要素
１０５  フィルタ（狭帯域光フィルタ）
１０６  第１の光（ＣＷ方向の入力光強度、入力信号、入力ビーム、第１の入力光）
１０８  第２の光（ＣＣＷ方向の入力光強度、入力信号、入力ビーム、第２の入力光）
１１０  第１の入力／出力結合要素（第１の入力／出力結合器）
１１２  第２の入力／出力結合要素（第２の入力／出力結合器）
１１４  第１の検出器（出力検出器）
１１６  第２の検出器（出力検出器）
１１８  制御（サーボ）電子回路
１２０  励起レーザー（励起）
１２２  可変光減衰器（ＶＯＡ）
１２４  第２の可変光減衰器（ＶＯＡ）
１２６  第３のＶＯＡ
１２８  第３の検出器
１３０  第１のビームスプリッタ
１３２  第４の検出器
１３４  第２のビームスプリッタ
１３６  第１の循環器
１３８  第２の循環器
２００  ファイバ増幅器
２０２  ファイバ増幅器の第１のポート
２０４  第１の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）
２０６  主ファイバ
２０８  第２のＷＤＭ
２１０  ファイバ増幅器の第２のポート
２１２  ファイバ増幅器の第３のポート
２１４  ファイバ増幅器の第４のポート
３０１、３０２  光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）
３０３  ＣＷ方向に伝搬する光
３０４、５０６  第１の励起ビーム
３０６、３１０  アイドラ信号
３０７  ＣＣＷ方向に伝搬する光
３０８、５０８  第２の励起ビーム
４０２  入力／出力結合要素（第１の入力／出力結合要素、結合器）
４０４  入力／出力結合要素（第２の入力／出力結合要素、結合器）
５０２  信号光（入力／出力信号光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2014063990000001.pdf