(57)【要約】【課題】ＩＦＯＧ用途の放射線下での高い波長安定性を備えた広帯域ファイバ光源を提供する。【解決手段】波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源は、互いに近接して配置され、同じホスト材料と同じ断面構造を有する希土類ドープファイバ及び非ドープファイバと、ポンプパワーの第１の部分がカプラを２度通過するように非ドープファイバにポンプレーザからのポンプパワーの第１の部分を向けるように構成されるカプラと、ポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分を希土類ドープファイバに入力するように構成される波長分割マルチプレクサとを含む。希土類ドープファイバは、広帯域光源のための活性媒質であり、希土類イオンをドープしたファイバコアを含む。非ドープファイバは希土類ドーパントフリーファイバコアを含む。非ドープファイバの長さは、ドープファイバの長さと同じであるか、又はドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される。【選択図】図１
2014120763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源（１０）であって、
広帯域光源の活性媒体として使用される希土類ドープファイバ（１４０）であって、ホスト材料及び断面構造を有し、前記希土類ドープファイバの断面構造は希土類イオンがドープされたファイバコア（１４６）を含む、希土類ドープファイバ（１４０）と、
前記希土類ドープファイバと同じホスト材料及び同じ断面構造を有する非ドープファイバ（１５０）であって、前記非ドープファイバの断面構造は希土類ドーパントフリーファイバコア（１５２）を含み、前記非ドープファイバ及び前記希土類ドープファイバは互いに近接して配置され、前記非ドープファイバの長さ（Ｌ）は前記ドープファイバの長さと同じであるか又は前記ドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される、非ドープファイバ（１５０）と、
前記非ドープファイバにポンプレーザ（１００）からのポンプパワー（２０１）の第１の部分を向けるように構成されるカプラ（１１０）であって、前記ポンプパワーの第１の部分は前記カプラを２度通過されたものである、カプラ（１１０）と、
前記希土類ドープファイバに前記ポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分（２０３）を入力するように構成される波長分割マルチプレクサ（１２０）と
を備える希土類ドープファイバ光源（１０）。
【請求項２】
前記カプラ（１１０）は、第１のアーム（１１１）、第２のアーム（１１２）、第３のアーム（１１３）及び第４のアーム（１１４）を備え、前記非ドープ光ファイバ（１５０）は前記第２のアームからの出力を受けるように構成され、前記波長分割マルチプレクサの入力アーム（１２３）は前記カプラの前記第４のアームに結合され、
前記希土類ドープファイバ光源（１０）は、さらに、
前記カプラを介して、前記ポンプパワーの一部（２０２）を前記第３のアームを通じて前記カプラの前記第２のアームに反射して戻す、前記第３のアームの出力に配置される反射器（１３０）と、
前記反射器によって透過される前記光ビームの一部（２０２’）を検出するように配置され、第１のフィードバック信号（１８１）を出力するように動作可能である第１の光検出器（１３５）と、
前記非ドープファイバの出力端に配置されて第２のフィードバック信号（１８２）を出力するように動作可能である第２の光検出器（１１５）と
を備え、前記波長分割マルチプレクサ（１２０）は、前記入力アーム（１２３）、第１の出力アーム（１２１）及び第２の出力アーム（１２２）を含み、前記希土類ドープファイバ（１４０）は前記第１の出力アームから出力される前記ポンプレーザ（２０１）からの前記ポンプパワー（２０１）の前記第２の部分（２０３）により光学的にポンプされ、安定した平均波長を有する増幅自然放出（２０８）が前記第２の出力アームから出力される請求項１に記載の希土類ドープファイバ光源。
【請求項３】
第１のフォトダイオード（１３５）から第１のフィードバック信号（１８１）を受信し第２のフォトダイオード（１１５）から第２のフィードバック信号を受信するように構成された制御電子回路（１０５）であって、前記制御電子回路は前記第１のフィードバック信号に対する前記第２のフィードバック信号の比を計算し、前記比が変化したと前記制御回路が判断する場合、前記制御電子回路は、前記希土類ドープファイバ光源の平均波長を維持するために前記ポンプレーザ（１００）に印加されるポンプ電流を調整する請求項１に記載の希土類ドープファイバ光源（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＦＯＧ用途の放射線下での高い波長安定性を備えた広帯域ファイバ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]希土類ドープファイバ光源（ＦＬＳ）は、一般に、その高い光パワー、広い光帯域幅、及び高い平均波長安定性のために、干渉型光ファイバジャイロスコープ（ＩＦＯＧ）において使用される。放射線環境で動作する小型で低重量のＩＦＯＧに対する需要が拡大している。本明細書における定義では、「放射線環境」は、核爆弾、原子炉、太陽、又は他の地球外放射線源などのソースからの（アルファ粒子などの）１つ又は複数の高エネルギー粒子及び高周波放射（Ｘ線及びガンマ線を含むが、これらに限定されない）を含む環境である。ＦＬＳ及びＩＦＯＧ内を伝播する光は、本明細書において、「光」、「光ビーム」、又は「光ポンプビーム」と呼ぶ。このような光ビームは電磁放射線であるが、本明細書で使用する「光」、「光ビーム」、及び「光ポンプビーム」という用語は、高エネルギー粒子、太陽、原子力事象によって生成される放射ではない。
【０００３】
[0002]放射線環境において上記の所望の特性を保持するようにＦＬＳを設計することは重要である。しかし、放射線下でＦＬＳの高い波長安定性を達成することは困難である。ＩＦＯＧが不安定な波長を有するＦＬＳを使用すると、ＩＦＯＧのスケールファクタの安定性は平均波長の変化を通じて悪化し、角度ランダムウォークは帯域幅の減少を通じて悪化する。また、高エネルギー粒子及び／又は高周波放射線からの放射は、全体のジャイロ光回路内の損失を増加させる。このパワー損失は、ＩＦＯＧのレート検出部における光パワーの実質的な減少をもたらし、ＩＦＯＧの性能を低下させる。
【０００４】
[0003]ファイバ光源の帯域幅を狭めることによって放射線に対する希土類ドープファイバ光源（ＦＬＳ）の平均波長感度を低減することが可能であることが本技術分野において知られている。しかしながら、これは、ＦＬＳの帯域幅を犠牲にし、また、ポンプレーザのパワーをＦＬＳの出力パワーに変換する際に希土類ドープファイバ光源（ＦＬＳ）の効率を低下させる。ＩＦＯＧ用途では、より広い帯域幅がより望ましい。例えば、ＩＦＯＧに結合された光信号が約４０ｎｍの帯域幅を有することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＦＯＧ用途の放射線下での高い波長安定性を備えた広帯域ファイバ光源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0004]本願は、波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源に関するものである。希土類ドープファイバ光源は、広帯域光源の活性媒体として使用される希土類ドープファイバを含み、希土類ドープファイバはホスト材料及び断面構造を有し、希土類ドープファイバの断面構造は、希土類イオンがドープされたファイバコアを含む。希土類ドープファイバ光源はまた、希土類ドープファイバと同じホスト材料及び同じ断面構造を有する非ドープファイバを含む。非ドープドープファイバの断面構造は、希土類ドーパントフリーファイバコアを含む。非ドープファイバ及び希土類ドープファイバは互いに近接して配置される。非ドープファイバの長さはドープファイバのそれと同じか、ドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される。希土類ドープファイバ光源はまた、ポンプレーザからのポンプパワーの第１の部分を非ドープファイバに導くように構成されたカプラと、ポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分を希土類ドープファイバに入力するように構成された波長分割マルチプレクサを含む。ポンプパワーの第１の部分はカプラを２度通過させられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0005]本発明による、放射線環境において波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源の実施例である。
【図２】[0006]２０メートルの長さの希土類ドープファイバにおけるいくつかの異なる放射線誘起損失についてのポンプパワーに対する希土類ドープファイバ光源（ＦＬＳ）の平均波長依存性のプロットを示す。
【図３Ａ】[0007]一定の平均波長においてＦＬＳ平均波長を維持するために必要な非ドープファイバにおける放射線誘起損失の関数としてポンプパワーのプロットを示す。
【図３Ｂ】[0008]一定の平均波長においてＦＬＳ平均波長を維持するために必要な非ドープファイバにおける放射線誘起損失の関数としてＦＬＳ出力パワーのプロットを示す。
【図４】[0009]本発明による、放射線環境において波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源を含む干渉型光ファイバジャイロスコープを示す。
【図５】[0010]本発明による、希土類ドープファイバ光源の平均波長に対する放射線の影響を低減する方法の実施例のフロー図である。
【０００８】
[0011]一般的な慣行に従って、種々の説明される特徴は、一定の縮尺で描かれず、本発明に関連する特徴を強調するように描かれている。同様の参照文字は図面及び本文を通して同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0012]以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、本発明を実施できる特定の例示的な実施例として示される。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することができるように十分詳細に説明され、他の実施例を利用することができ、論理的、機械的及び電気的変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。以下の詳細な説明は、従って、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１０】
[0013]本明細書に記載する希土類ドープファイバ光源（ＦＬＳ）は、ＦＬＳ出力帯域幅及びパワーを犠牲にせずにＦＬＳ平均波長に対する放射線の影響を軽減する、３つの特徴を含む。３つの特徴は次のとおりである：１）非ドープファイバと同じホストガラスから作られ、同じ断面ファイバ形状を有する希土類ドープファイバとともに非ドープファイバをパッケージすること、２）光ポンプビームが光カプラを２度通過するように、光検出器と非ドープファイバを光ポンプに結合するカプラとの光学的配置を使用すること、３）ポンプパワーの調節を通じた希土類ドープファイバ光源の平均波長の光学的制御のための適切なレンジにある、感度スロープを（１ｍＷのポンプパワーの増加に対して１００万分の１の平均波長の変化の単位で（ｐｐｍ／ｍＷ））提供するように希土類ドープファイバの長さを選択すること。非ドープファイバの長さは、希土類ドープファイバの長さと同じか、又は希土類ドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される。したがって、非ドープファイバ及び希土類ドープファイバは、同じ有効長を有する。
【００１１】
[0014]図１は、本発明による、放射線環境において波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源１０の実施例である。希土類ドープファイバ光源１０は、放射線環境を含むすべての環境で安定した平均波長を有する。希土類ドープファイバ光源１０の波長安定性は、通常、平均波長に対する平均波長変化の比によって特徴付けられる。例えば、平均波長が１５５０．０ｎｍから１５５０．１ｎｍまで変化した場合、波長の不安定性は０．１／１５５０＝０．００００６５＝６５ｐｐｍである。システムの要求に応じて、放射線下での光源の安定した平均波長は、数百から数千ｐｐｍ未満の不安定性として定義される。放射線環境は、稲妻５０として概して表される。「希土類ドープファイバ光源１０」はまた、本明細書において、「ファイバ光源１０」や「ＦＬＳ１０」と呼ぶ。ＦＬＳ１０は、ポンプレーザ１００、光カプラ１１０、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）１２０、希土類ドープファイバ（ＥＤＦ）１４０、非ドープファイバ（ＵＤＦ）１５０、反射器１３０、終端ファイバ１２８、制御電子回路１０５、第１のフォトダイオード１３５及び第２のフォトダイオード１１５を含む。
【００１２】
[0015]希土類ドープファイバ１４０は、広帯域光源のための活性媒体として使用される。希土類ドープファイバは、ホスト材料と断面構造を有している。希土類ドープファイバ１４０から延在するように示される断面構造は、ファイバクラッド１４５によって囲まれるファイバコア１４６を含む。希土類ドープファイバ１５０のファイバコア１４６は希土類イオンでドープされる（希土類イオンを含む）。
【００１３】
[0016]非ドープファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０と同じホスト材料及び同じ断面構造を有している。非ドープファイバ１５０から延在して示される断面構造は、ファイバクラッド１５１によって囲まれた非ドープファイバコア１５２を含む。非ドープファイバ１５０の非ドープファイバコア１５２は、希土類イオンと無関係である。断面構造はまた、本明細書において、「断面の幾何学的構造」や「断面形状」と呼ぶ。非ドープファイバ１５０の非ドープファイバコア１５２はまた、本明細書において「希土類ドーパントフリーファイバコア１５２」と呼ばれ、「非ドープファイバ１５０」はまた、本明細書において「希土類ドーパントフリーファイバ１５０」と呼ばれる。この実施例の一態様においては、希土類ドーパントフリーファイバ１５０の希土類ドーパントフリーファイバコアは、非活性ドーパントである元素でドープされる。非活性ドーパントは、希土類ドーパントフリーファイバコア１５２の屈折率を変更するために使用される。非活性ドーパントは希土類イオンではない。従って、本明細書で定義されるように、希土類ドーパントフリーファイバ１５０の希土類ドーパントフリーファイバコア１５２は、希土類イオンを含まないファイバコア１５２であるが、いくつかの実施例では、希土類イオンではない非活性ドーパントを含む。この実施例の一態様では、非ドープファイバ１５０の長さは、希土類ドープファイバ１４０の長さと同じである。本実施例の別の実施例では、非ドープファイバ１５０の長さは、希土類ドープファイバ１４０の放射線感受性と一致するように最適化される。ホスト材料はまた、本明細書においてホストガラスと呼ばれる。
【００１４】
[0017]非ドープファイバ１５０のコア１５２は第１のホストガラスから形成され、希土類ドープファイバ１４０は、第１のホストガラスと同じである第２のホストガラスのコアを希土類ドープすることによって形成される。この実施例の一態様では、第１のホストガラス及び第２のホストガラスは、同じガラスブールから形成される。非ドープ光ファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０と同じファイバ断面形状（構造）を有する。この実施例の一態様においては、希土類ドープファイバ１４０はエルビウム添加ファイバ１４０である。他の実施例では、他の希土類元素が希土類ドープファイバ１４０をドープするために使用される。「希土類ドープファイバ１４０」、「ドープファイバ１４０」、及び「エルビウム添加ファイバ１４０」、及び「ＥＤＦ１４０」という用語は本明細書で交換可能に使用される。非ドープファイバ１５０はまた、本明細書において、「ＵＤＦ１５０」と呼ぶ。非ドープ光ファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０に隣接して配置される。この実施例の一態様においては、非ドープファイバ１５０は希土類ドープファイバ１４０とバンドルされる。例えば、非ドープ光ファイバ１５０及び希土類ドープファイバ１４０は、１５７において概して表される取付治具（attachment fixtures）によって互いに取り付けられる。
【００１５】
[0018]放射線事象は光ファイバの光伝送における変化を引き起こすので、非ドープファイバ１５０は放射線検知媒体として使用される。具体的には、非ドープファイバ１５０は、遮光による光損失の変化や放射線事象への暴露に起因する非ドープファイバ１５０への他の損傷についてモニタされる。本明細書で定義されるとき、非ドープファイバ１５０及び近くに位置する希土類ドープファイバ１４０が放射線環境にさらされると、放射線事象が発生する。非ドープファイバ１５０は希土類ドープファイバ１４０に隣接し、同じファイバ断面形状、同じ有効長、同じガラスホストを共有するので、非ドープファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０と同じ放射線量及び線量率を経験する。したがって、非ドープファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０と同じホストガラス損失及び損失回復ダイナミクス（力学）を呈する。希土類ドープファイバ１４０の放射線力学モデルは、ホストガラス損失が希土類ドープ光源１０の放射誘起された波長変化の主要なメカニズムであることを示している。Ａｌ、Ｐ及びＧｅなどの非活性ドーパントは屈折率を変更するために使用される。希土類ドーパントとは異なり、非活性ドーパントは、光源の発光に関係していない。非活性ドーパントはファイバの放射線感受性に対して主に寄与するものである。
【００１６】
[0019]図１では、希土類ドープファイバ１４０及び非ドープファイバ１５０は、ＦＬＳ１０の表示を明瞭にするために（破線の楕円で示す取付治具１５７で）互いにオフセットがあるように示されるが、希土類ドープファイバ１４０及び非ドープファイバ１５０は、ＦＬＳ１０の動作中、並んで配置される。希土類ドープファイバ１４０及び非ドープファイバ１５０は、Ｌにおいて概して表される同じ有効長を有する。この実施例の一態様では、希土類ドープファイバ１４０と非ドープファイバ１５０は一緒に束ねられる一方、それらは互いに隣接して引き延ばされる。次いで、希土類ドープファイバ１４０及び非ドープファイバ１５０は、ファイバ１４０及び１５０の長さに沿って様々なポイントで取付治具１５７を使用して互いに取り付けられる。その後、２つのファイバ１４０及び１５０は、ＦＬＳ１０内に配置するために巻かれる。ＥＤＦ１４０及びＵＤＦ１５０を互いに取り付ける取付治具１５７は、クリップ、テープ、シース、リボン、縫合糸、熱収縮ラップ、及びチューブのうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。
【００１７】
[0020]本実施例の別の態様では、希土類ドープファイバ１４０及び非ドープ光ファイバ１５０は、互いに隣接して引き延ばされ、ファイバのペアとして巻かれ、次いで、取付治具１５７を使用して相互に取り付けられる。このように、希土類ドープファイバ１４０及び非ドープ光ファイバ１５０は、互いに近接して配置されて保持される。
【００１８】
[0021]光カプラ１１０はまた、本明細書において、「カプラ１１０」と呼ぶ。カプラ１１０は、第１の光ファイバアーム１１１、第２の光ファイバアーム１１２、第３の光ファイバアーム１１３、及び第４の光ファイバアーム１１４を含む。カプラ１１０の「第１の光ファイバアーム１１１、第２の光ファイバアーム１１２、第３の光ファイバアーム１１３、及び第４の光ファイバアーム１１４」はまた、それぞれ、本明細書において、「第１のアーム１１１、第２のアーム１１２、第３のアーム１１３、第４のアーム１１４」と呼ぶ。この実施例の一態様においては、波長分割マルチプレクサ１２０は、ドープされたファイバから生成された光がカプラ１１０に戻ることができないように、良好なアイソレーションを有する。ＷＤＭは、好ましくは、放射線不感受性を有する。本実施例の別の態様では、反射器１３０は、好ましくは、コンパクトで放射線不感受性を有する。
【００１９】
[0022]以下に説明するように、制御電子回路１０５は、それぞれ第１のフォトダイオード１３５及び第２のフォトダイオード１１５から入力される、１８１において概して表される第１のフィードバック信号と１８２において概して表される第２のフィードバック信号とに基づいて、非ドープファイバ１５０の損失をモニタする。制御電子回路１０５は、光損失が、例えば、非ドープファイバ１５０の透過特性を変化させる放射線事象のために変化する場合に、ポンプレーザ１００を駆動するために使用される電流を調整する。放射線事象が非ドープファイバ１５０の伝送特性を変化させると、放射線事象はまた、非ドープファイバ１５０に近接している希土類ドープファイバ１４０の伝送特性を変化させる。それぞれ第１のフォトダイオード１３５及び第２フォトダイオード１１５からの第１のフィードバック信号１８１及び第２のフィードバック信号１８２は、ＦＬＳ１０によって出力される波長を補正する必要に応じて、光ポンプ１００から出力されるポンプパワーＰｐｕｍｐを決定して調整するために制御電子回路１０５によって使用される。ポンプパワーＰｐｕｍｐは、ドープファイバ１４０をポンピングするために使用される光パワーである。
【００２０】
[0023]放射線イベントの前、間、及び後において安定した波長を有する希土類ドープファイバ光源１０の動作について説明する。ポンプレーザ１００は、２０１において概して表される光ポンプビームを光カプラ１１０の第１のアーム１１１に出力する。光ポンプビーム２０１は、Ｐｐｕｍｐの光パワーを有する。カプラ１１０は、光ポンプビーム２０１の第１の部分（光ビーム２０２として概して表される）を、カプラ１１０の第３のアーム１１３へ分割する。カプラ１１０は、光ポンプビーム２０１の第２の部分（光ビーム２０３として概して表される）を、カプラ１１０の第４のアーム１１４に分割する。光ポンプビーム２０１の第１部分２０２はまた、本明細書において、「光ビーム２０２」と呼ぶ。光ポンプビーム２０１の第２の部分２０３はまた、本明細書において、「光ビーム２０３」と呼ぶ。第２の部分２０３に対する第１の部分２０２の比は、カプラ１１０の分割比（一般に、（１−Ｓ）／Ｓとして表される）である。したがって、光ビーム２０２はＰｐｕｍｐ・Ｓの光パワーを有し、光ビーム２０３はＰｐｕｍｐ・（１−Ｓ）の光パワーを有する。
【００２１】
[0024]この実施例の一態様では、第１の部分２０２は光ポンプビーム２０１の５％であり、第２の部分２０３は光ポンプビーム２０１の９５％である。この場合には、カプラ１１０の分割比（１−Ｓ）／Ｓは９５／５である。本実施例の別の態様では、第１の部分は光ポンプビーム２０１の２％であり、第２の部分２０３は光ポンプビーム２０１の９８％である。この場合には、カプラ１１０の分割比は９８／２である。
【００２２】
[0025]反射器１３０は第３のアーム１３０の１３１において概して表される出力に配置される。反射器は、光ビーム２０２のＲを反射し、光ビームの（１−Ｒ）を透過し、ここでＲは１より小さく０より大きい数（すなわち、１＞Ｒ＞０）である。反射器１３０を透過する光ビーム２０２の一部は、２０２’において概して表される。したがって、光ビーム２０２’はＰｐｕｍｐ・Ｓ・（１−Ｒ）の光パワーを有する。光ビーム２０２'は、第１の光検出器１３５に入射する。第１の光検出器１３５は、第１の光検出器１３５に入射する光ビーム２０２'の光パワー（Ｐ１＝Ｐｐｕｍｐ・Ｓ・（１−Ｒ））を示す第１のフィードバック信号１８１を出力して、制御電子回路１０５を制御する。この実施例の一態様においては、反射器１３０は、光ビーム２０２の２％を反射し、光ビーム２０２'として光ビーム２０２の９８％を透過する。この実施例の別の態様において、反射器１３０は、光ビーム２０２の１０％を反射し、光ビーム２０２'として光ビーム２０２の９０％を透過する。他の分割比が可能である。
【００２３】
[0026]反射器１３０で部分的に反射された光ビーム２０５はＰｐｕｍｐ・Ｓ・Ｒの光パワーを有する。反射器１３０によって部分的に反射されてカプラ１１０に戻る光ビーム２０５は、カプラ１１０によって２度目の分割をされる。光ビーム２０５のより大きな割合（分岐比における高い数字（１−Ｓ））が、２０４において概して表される光ビームとして、カプラ１１０を介して第３のアーム１１３から第２のアーム１１２を介して非ドープ光ファイバ１５０に透過される。光ビーム２０４はまた、本明細書において、非ドープ光ファイバ１５０へとカプラ１１０を２度通過したポンプレーザ１００からのポンプパワーＰｐｕｍｐの「第１の部分２０４」と呼ぶ。光ビーム２０４はＰｐｕｍｐ・Ｓ・Ｒ・（１−Ｓ）の光パワーを有する。
【００２４】
[0027]光ビーム２０５のより小さい割合（分割比の小さいほうの数字Ｓ）が、カプラ１１０を介して第３のアーム１１３から第１のアーム１１１を介してポンプレーザ１００に戻される。ポンプレーザ１００は、レーザダイオードと第１のアーム１１１との間のアイソレータ（図示せず）とともにパッケージされるので、反射器１３０から反射されてカプラ１１０の第１のアーム１１１を介して戻される光は、ポンプレーザ１００の性能を低下させない。
【００２５】
[0028]光ビーム２０４は非ドープファイバ１５０を介して送られ、第２の光検出器１１５に入射する。第２の光検出器１１５は、制御電子回路１０５に対して、第２の光検出器１１５に入射する光ビーム２０４の光パワー（Ｐ２）を示す第２のフィードバック信号１８２を出力する。第２の光検出器１１５に入射する光ビーム２０４の光パワーはＰ２＝Ｐｐｕｍｐ・Ｓ・Ｒ・（１−Ｓ）・（１−Ｌｎ−Ｌｒ）であり、Ｌｎは正常な非放射線環境下での非ドープファイバ１５０の損失の割合、Ｌｒは放射線事象中の非ドープファイバ１５０の損失の割合である。
【００２６】
[0029]パワー比Ｐ２／Ｐ１は、放射線事象による非ドープファイバ１５０（及び近くにパッケージされるＥＤＦ１４０）の損失の正確な指標である。比Ｐ２／Ｐ１＝Ｒ・（１−Ｓ）・（１−Ｌｎ−Ｌｒ）／（１−Ｒ）である。比Ｐ２／Ｐ１は、ポンプパワーＰｐｕｍｐ、カプラ１１０の分割比（１−Ｓ）／Ｓのうちの小さい項Ｓの両方から独立している。
【００２７】
[0030]以下で説明するように、制御電子回路１０５は、パワー比Ｐ２／Ｐ１を計算し、パワー比Ｐ２／Ｐ１が変化する場合にＦＬＳ１０の平均波長を維持するためにポンプレーザ１００に印加される電流を調整するために使用される。パワー比Ｐ２／Ｐ１はまた、本明細書において、「比（ratio）」と呼ぶ。比の値が減少すると、ドープファイバ１５０は、放射線事象による損失を経験し、制御電子回路１０５は、ポンプレーザ１００に印加される電流を増加させる。固定のポンプパワーにおいて、ＦＬＳ１０平均波長は減少する。ポンプパワーＰｐｕｍｐの増加はＦＬＳ平均波長を増大させ、放射線誘起された平均波長の変化を相殺することができる。
【００２８】
[0031]放射線事象が終わった後に比の値が増加すると、ドープファイバ１５０は放射線事象から回復し、放射線事象による減衰が少なくとも部分的に低減される。この場合、制御電子回路１０５は、ポンプレーザ１００に印加される電流を減少させる。ポンプパワーの減少は、ＦＬＳ平均波長を減少させ、回復期間中の平均波長の変化を相殺することができる。
【００２９】
[0032]光ビーム２０３はカプラ１１０の第４のアーム１１４を介して波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）１２０へ伝播する。ＷＤＭ１２０は、入力光ファイバアーム１２３、第１の出力光ファイバアーム１２１、第２の出力の光ファイバアーム１２２を含む。入力光ファイバアーム１２３、第１の出力光ファイバアーム１２１、第２の出力光ファイバアーム１２２はまた、本明細書において、それぞれ、入力アーム１２３、第１の出力アーム１２１と、第２の出力アーム１２２と呼ぶ。
【００３０】
[0033]カプラ１１０の第４のアーム１１４は、ＷＤＭ１２０の入力アーム１２３にスプライスされる（又は結合される）。光ビーム２０３の大部分（又はすべて）は、ＷＤＭ１２０によって、第２の出力アーム１２２を介して、希土類ドープファイバ１４０へ光ビーム２０６として向けられる。光ビーム２０６はまた、本明細書において、「ポンプレーザ１００からのポンプパワーＰｐｕｍｐの第２の部分２０６」と呼ぶ。光ビーム２０６は、〜Ｐｐｕｍｐ・（１−Ｓ）の光パワーを有する。第２の出力アーム１２２は、希土類ドープファイバ１４０の１４２において概して表される入力端へスプライス（又は結合）される。このように、希土類ドープファイバ１４０は、第１の出力アーム１２２から出力されるポンプレーザ１００からのポンプパワーの第２の部分２０６によって光学的にポンピングされる。
【００３１】
[0034]光ビーム２０６が希土類ドープファイバ１４０に結合されて希土類ドープファイバ１４０を介して伝播すると、（当技術分野で知られているように）広い周波数スペクトルにわたって増幅自然放出（ＡＳＥ）が生成される。２０７において概して表される広帯域増幅自然放出の後方散乱部分は、第２の出力アーム１２２を介してＷＤＭ１２０に結合される。ＷＤＭ１２０は、増幅自然放出２０７を、増幅自然放出２０８として第１の出力アーム１２１へと反射する。この広帯域増幅自然放出２０８は、希土類ドープファイバ光源１０からの出力である。
【００３２】
[0035]広帯域増幅自然放出２０８の波長ピーク及び波長範囲は、パワー比Ｐ２／Ｐ１の計算に基づいて安定して制御される。ポンプレーザ１００に印加される電流の必要な調整は、計算されたパワー比Ｐ２／Ｐ１及び制御電子回路１０５に格納され又は制御電子回路１０５にとってアクセス可能である非ドープファイバ１５０についての放射線の影響に関するデータに応じて制御電子回路１０５によって決定される。したがって、ＦＬＳ１０が放射線事象に曝された場合でも、増幅自然放出２０８は、高い光パワー、広い光帯域幅、高い平均波長安定性を有する。
【００３３】
[0036]図１に示すように、希土類ドープファイバ１４０の出力端１４１は、希土類ドープファイバ１４０の１４１において概して表される出力端から放射される光を吸収するために終端ファイバ１２８で終端される。本実施例の別の態様では、希土類ドープファイバ１４０の出力端１４１からの出力において終端ファイバ１２８は存在しない。効率を高めるために希土類ドープファイバにＡＳＥを反射して戻すために反射器を端部１４１で使用することができる。しかし、この方法は、光源の不安定性を回避するために慎重な設計を必要とする。
【００３４】
[0037]希土類ドープファイバ光源１０のこの光学的構成では、光は光カプラ１１０を２度通過し、放射線事象への暴露によるカプラ分岐比の変化の影響を低減する。上述したように、比Ｐ２／Ｐ１＝Ｒ・（１−Ｓ）・（１−Ｌｎ−Ｌｒ）／（１−Ｒ）は、ポンプパワーＰｐｕｍｐとカプラ１１０の分割比（１−Ｓ）／Ｓの小さい方の項Ｓの両方から独立している。カプラ１１０の分割比（１−Ｓ）／Ｓは放射線事象に敏感になりやすいので、これは有利である。分岐比（１−Ｓ）／Ｓのより大きい項（１−Ｓ）に対する比Ｐ２／Ｐ１の放射依存性は、分割比（１−Ｓ）／Ｓの小さい方の項Ｓよりはるかに感度が低い。具体的には、９５／５の例示的な分割比が９６／４へと１％だけ変化する場合、小さい方の項Ｓは、２５％変化（例えば、（５／４）／５＝０．２５）だけ変化する。同じ場合に、大きい方の項（１−Ｓ）は、１．０５％（例えば、（９５／９６）／９５＝０．０１０４）しか変化しない。
【００３５】
[0038]較正の後、非放射環境下での非ドープファイバ１５０の最初の損失Ｌｎが測定され、制御電子回路１０５（又は通信制御電子回路１０５に結合されたメモリ）に格納される。制御電子回路１０５は、Ｐ２／Ｐ１を計算し、増幅自然放出２０８の平均波長が同じ波長で安定したままであり、増幅自然放出２０８の帯域幅が放射線事象中及びその後に維持されることを保証するためにポンプレーザ１００に印加されるポンプ電流を適宜調整するために使用される。図１に示すように、制御信号１９９は、ポンプレーザ１００に印加されるポンプ電流を調整するために制御電子回路１０５からポンプレーザ１００に送信される。このように、放射線に敏感でない反射器１３０が使用される場合、Ｐ２／Ｐ１のパワー比は、非ドープファイバ１５０及び近くにパッケージされるＥＤＦ１４０における放射線事象に起因する損失の正確な指標である。
【００３６】
[0039]エルビウムドープファイバを使用するこの実施例の１つの例示的な実施態様では、増幅自然放出２０８のピーク波長は１５３０ｎｍであり、増幅自然放出２０８の帯域幅は約１５４４ｎｍの平均波長で波長１５２５ｎｍから１５６５ｎｍまで延在する。増幅自然放出２０８の典型的な帯域幅は、３５〜４０ｎｍ程度である。
【００３７】
[0040]以下に詳細に説明するように、希土類ドープファイバ光源１０における希土類ドープファイバ１４０は、最適な平均波長安定化制御のために設計される。具体的には、希土類ドープファイバ１４０の長さは、波長とパワーの同時の安定化に適した感度スロープを（ｐｐｍ／ｍＷの単位で）提供するように設計される。ＦＬＳ１０がＩＦＯＧの光源である実施例では、波長安定化のために維持されるＦＬＳ１０からのパワー出力はまた、希土類ドープファイバ１４０の適切な長さを選択することによって、ＩＦＯＧの放射線誘起損失を軽減する。
【００３８】
[0041]図２は、２０メートルの長さの希土類ドープファイバ１４０におけるいくつかの異なる放射線誘起損失についてのポンプパワーＰｐｕｍｐに対するＦＬＳ１０の平均波長依存性のプロットを示す。希土類ドープファイバ１４０の長さは、非ドープファイバ１５０の長さに等しく、また、本明細書において、「ＥＤＦ長」と呼ぶ。ＦＬＳ平均波長（λｍｅａｎ）はＦＬＳ１０における非ドープファイバ１５０から出力される増幅自然放出１８０の平均波長である。ＦＬＳ平均波長（λｍｅａｎ）は、ファイバ長（ＥＤＦ長）、ファイバの種類、放射線量（キロラド）、線量率（キロラド／時）、ファイバ温度、及び放射線履歴の複雑な関数である。固定ポンプパワーＰｐｕｍｐにおいて、ＦＬＳ平均波長λｍｅａｎは、ＵＤＦ１５０とＥＤＦ１４０の両方のホストガラスの損失が大きくなるにつれて減少する。ポンプパワーＰｐｕｍｐの増加はＦＬＳ平均波長λｍｅａｎを増加させる。制御電子回路１０５は、計算されたパワー比Ｐ２／Ｐ１に基づいて、放射線事象後及び放射線事象中にＦＬＳ平均波長を元の望ましいＦＬＳ平均波長へと戻すためにポンプパワーＰｐｕｍｐを増加させることによって、ＦＬＳ１０における放射線誘起波長変化を相殺するように機能する。
【００３９】
[0042]図２に示すように、０ｄＢの損失を有する非ドープファイバ１５０について、ポンプレーザ１００は、ドープファイバ１４０から１５４４．５ｎｍのＦＬＳ平均波長で増幅自然放出１８０を出力するために１００ｍＷのポンプパワーＰｐｕｍｐを出力しなければならない（プロット３０１上の丸３０２を参照）。放射線事象が発生する場合、それは非ドープファイバ１５０の３．０１ｄＢの損失をもたらし、これは計算されたパワー比Ｐ２／Ｐ１に基づいて制御電子回路１０５において決定され、ＦＬＳ平均波長は１５４３．５ｎｍ未満に落ちる（プロット３０４上の丸３０３を参照）。ＦＬＳ平均波長を１５４４．５ｎｍに戻すために、ポンプレーザ１００に印加されるポンプ電流は、ポンプパワーＰｐｕｍｐを高めるために増加しなければならない。破線矢印３０５は、ポンプレーザ１００から出力されるポンプパワーＰｐｕｍｐが１００ｍＷから１４０ｍＷに増加されることを示す。プロット３０４上の丸３０６によって示すように、ＵＤＦ１５０が３．０１ｄＢの放射損失を経験する場合、ポンプレーザ１００から出力されるポンプパワーＰｐｕｍｐｆは１４０ｍＷへと増加され、そのため、ＦＬＳ１０の平均波長は１５４４．５ｎｍで維持される。このように、制御電子回路は、ＵＤＦ１５０における３．０１ｄＢの放射損失（及びＥＤＦ１４０における相関する３．０１ｄＢの放射損失）を補償するために、ポンプレーザ１００に印加されるポンプ電流を調整する。有利なことに、ポンプレーザ１００から出力される増加されたポンプパワーＰｐｕｍｐはまた、ＥＤＦ１４０における放射線誘起損失によるＥＤＦ１４０中を伝播する光ビーム２０６（図１）の減衰を相殺する。
【００４０】
[0043]与えられたＥＤＦ長について、特定の波長対ポンプパワー感度が存在する。図３Ａは、一定の平均波長λｍｅａｎ，ｆｉｘｅｄでＦＬＳ平均波長を維持するために必要な非ドープファイバ１５０における放射線誘起損失の関数としてポンプパワーＰｐｕｍｐのプロットを示す。図３Ｂは、一定の平均波長λｍｅａｎ，ｆｉｘｅｄでＦＬＳ平均波長を維持するために必要な非ドープファイバ１５０における放射線誘起損失の関数としてＦＬＳ出力パワー（広帯域増幅自然放出２０８）のプロットを示す。図３Ａ及び図３Ｂは、２０ｍ、３０ｍ、及び４０ｍのＥＤＦ長に対するプロットを含む。図３Ａ及び図３Ｂにおいてプロットされる測定値について維持される一定の平均波長λｍｅａｎ，ｆｉｘｅｄは１５４４．５ｎｍである。
【００４１】
[0044]プロット３０８に示されるように、２０ｍの長さの希土類ドープファイバ１４０は、ＵＤＦ１５０における損失が０ｄＢから２ｄＢに増加する場合、ポンプパワーが１００ｍＷから約１２５ｍＷ（すなわち、ΔＰｐｕｍｐ＝２５ｍＷ）に増加することを必要とする。プロット３０９に示されるように、３０ｍの長さの希土類ドープファイバ１４０は、ＵＤＦ１５０における損失が０ｄＢから２ｄＢに増加する場合に、ポンプパワーが９１ｍＷから約１０５ｍＷに増加（すなわち、ΔＰｐｕｍｐ＝１４ｍＷ）することを必要とする。プロット３１０に示すように、４０ｍの長さの希土類ドープファイバ１４０は、ＵＤＦ１５０における損失が０ｄＢから２ｄＢに増加する場合に、ポンプパワーが８３ｍＷから約９２ｍＷに増加（すなわち、ΔＰｐｕｍｐ〜９ｍＷ）することを必要とする。所与のＥＤＦ長さについての波長対ポンプパワー感度が低い場合、放射線により誘起される平均波長シフトを補正するためにより多くのポンプパワーの変化が必要になる。
【００４２】
[0045]図３Ｂに示されるように、所与の放射線環境について、固定波長動作を維持するために必要とされる出力パワーの増加は、３０ｍの長さの希土類ドープファイバ（プロット３１２）や４０ｍの長さの希土類ドープファイバ（プロット３１３）の場合よりも、２０ｍの長さの希土類ドープファイバ（プロット３１１）の場合により大きい。
【００４３】
[0046]制御電子回路１０５は、以下を含むデータを格納するメモリを含む：１）希土類ドープファイバ１４０のある範囲のＥＤＦ長のいくつかの異なる放射線誘起損失についてのポンプパワーに対するＦＬＳ１０の平均波長依存性、２）一定の平均波長でＦＬＳ平均波長を維持するためのある範囲のＥＤＦ長についての、非ドープファイバ中の放射線誘起損失の関数としての、必要とされるポンプパワーの変化、３）一定の平均波長でＦＬＳ平均波長を維持するためのある範囲のＥＤＦ長についての、非ドープファイバ中の放射線誘起損失の関数としての、ＦＬＳ出力パワー。
【００４４】
[0047]この実施例の一態様において、制御電子回路１０５は単一のＥＤＦ長について用意される。その場合、制御電子回路１０５内（又は制御電子回路１０５にアクセス可能な）メモリは以下を含むデータを格納する：１）特定のＥＤＦ長の希土類ドープファイバのいくつかの異なる放射線誘起損失についてのポンプパワーに対するＦＬＳ１０の平均波長依存性、２）一定の平均波長でＦＬＳ平均波長を維持するための特定のＥＤＦ長についての、非ドープファイバ中の放射線誘起損失の関数としての、必要とされるポンプパワーの変化、３）一定の値でＦＬＳ平均波長を維持するための特定のＥＤＦ長についての、非ドープファイバ中の放射線誘起損失の関数としての、ＦＬＳ出力パワー。後者の実施例において、ＦＬＳ１０のＵＤＦ１５０及びＥＤＦ１４０が別のＥＤＦ長を有するＵＤＦ１５０及びＥＤＦ１４０で置き換えられる場合、制御電子回路１０５は、新たなＥＤＦ長について用意され、メモリ内のデータは、新たなＥＤＦ長についてのデータを格納するためにアップグレードされる。この実施例の一態様においては、ＦＬＳ１０から出力される広帯域増幅自然放出２０８は、干渉型光ファイバジャイロスコープに入力される。
【００４５】
[0048]図４は、本発明による、放射線環境において波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源を含む干渉型光ファイバジャイロスコープを示す。干渉型光ファイバジャイロスコープ１１は、アイソレータ１６０、第１のカプラ１７０、第３のダイオード１８５、第４のフォトダイオード１６５、光スプリッタ１９１、ジャイロスコープ検知コイル１９０、放射線環境において波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源１２（ＦＬＳ１２）を含む。この実施例の一態様において、光スプリッタ１９１は集積光学チップ（ＩＯＣ）１９１である。本実施例の別の態様では、光スプリッタ１９１はバルク及び／又は集積光学コンポーネントを含む。
【００４６】
[0049]希土類ドープファイバ光源１２は、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して上述した希土類ドープファイバ光源１０の機能を有している。希土類ドープファイバ光源１２（ＦＬＳ１２）は、希土類ドープファイバ光源１０のコンポーネントの大部分を含む。しかし、希土類ドープファイバ光源１０における制御電子回路１０５は、制御システム１０６に組み込まれる。制御システム１０６は、第３のフォトダイオード１８５、第４のフォトダイオード１６５からの及び第１のフォトダイオード１３５、第２のフォトダイオード１１５からのデータを入力するという点で、制御電子回路１０５と異なる。
【００４７】
[0050]増幅自然放出２０８は、第１の出力アーム１２１からアイソレータ１６０へ出力される。アイソレータ１６０からの出力は、第１のカプラ１７０の第１のアーム１７１に入力される。ＦＬＳ１２内のカプラ１１０はまた、本明細書において、第２のカプラ１１０と呼ぶ。第１のカプラ１７０は、第２のカプラ１１０と機能的に類似し、分割比（１−Ｓ’）／Ｓ’を有し、ここでＳ'は１より小さく０より大きい数（すなわち、１＞Ｓ’＞０）である。Ｓ’は（１−Ｓ’）よりも小さい（すなわち、Ｓ’＜（１−Ｓ’））。
【００４８】
[0051]第１のカプラ１７０は、ＦＬＳ１２からの増幅自然放出２０８の第１の部分（１−Ｓ’）を分割し、それを光スプリッタ１９１へ光ビーム２１０として向ける。光スプリッタ１９１は、増幅自然放出２０８の大きい方の第１の部分（１−Ｓ'）を２５１で概して表される時計回りの光ビームと、２５２で概して表される反時計回りのビームとへと分割（振幅分割）する、時計回りの光ビーム２５１と反時計回りのビーム２５２は、ジャイロスコープ検知コイル１９０の２５５で一般的に表される時計回りの端部と、２５６で一般的に表される反時計周りの端部とに入力される。当業者に知られているように、ジャイロスコープ検知コイル１９０から出力されるレート信号は回転レートを示すものである。干渉型光ファイバジャイロスコープ（ＩＦＯＧ）１９５のための光スプリッタ１９１及びジャイロスコープ検知コイル１９０は、既知の及び将来開発される干渉型光ファイバジャイロスコープのうち任意のものを代表するものである。
【００４９】
[0052]第１のカプラ１７０は、ＦＬＳ１２からの増幅自然放出２０８の第２の部分（Ｓ’）を分割し、光ビーム２０９として第３の光検出器１８５へ向ける。第３の光検出器１８５は、第３の光検出器１８５に入射する光ビーム２０９の光パワーを示す１８３で概略的に表される第３のフィードバック信号を制御システム１０６に出力する。光ビーム２０９の光パワーは、光スプリッタ１９１及びジャイロスコープ検知コイル１９０に入力される増幅自然放出２０８の第２の部分（Ｓ’）に比例する。第３のフィードバック信号１８３は、第３の光検出器１８５から制御システム１０６に出力される。第３の光検出器１８５からのフィードバック信号１８３は本明細書において「第３のフィードバック信号１８３」と呼ぶ。
【００５０】
[0053]ジャイロスコープ検知コイル１９０から出力されるレート信号は光ビーム２１１として一般的に表される。第１のカプラ１７０は、光ビーム２１１の小さい方の部分（Ｓ’）を第４の光検出器１６５に分割する。第４の光検出器１６５は、第４の光検出器１６５に入射する光ビーム２１３の光パワーを示す１８４で概略的に表される第４のフィードバック信号を制御システム１０６に出力する。光ビーム２１３は、ジャイロスコープ検知コイル１９０の回転レートの情報を含む。制御システム１０６は、第３のフィードバック信号１８３及び第４のフィードバック信号１８４に基づいて、ジャイロスコープ検知コイル１９０の回転レートを決定する。
【００５１】
[0054]ＦＬＳ１２が放射線にさらされる場合でも、ジャイロスコープ検知コイル１９０に入力される増幅自然放出２０８は同じ平均波長及び帯域幅を有するので、ＩＦＯＧ１９５の平均波長安定性に基づくスケールファクタ安定性及び帯域幅の安定性に基づく角度ランダムウォークは、ＦＬＳ１２が放射線に曝される場合に劣化しない。また、ＦＬＳ１２が放射線に曝される場合であってもＩＦＯＧ１９５のジャイロスコープ検知コイル１９０における光パワーの減少はより小さいか又は全くなく、そのため、放射線事象への曝露中及びその後においてＩＦＯＧ１９５の高性能性が維持される。可変光減衰器を、レート検出部１６５において一定のレベルに光パワーを制御するために使用することができる。
【００５２】
[0055]ＵＤＦ１５０及びＥＤＦ１４０への光損傷が時間とともに回復すると、本明細書に記載のＦＬＳ１２（及びＦＬＳ１０）は、平均波長及び帯域幅が一定に保たれるように、レーザ１００への電流を調整する。
【００５３】
[0056]図５は、本発明による、希土類ドープファイバ光源の平均波長に対する放射線の影響を低減する方法５００の実施例のフロー図である。方法５００は、図１のＦＬＳ１０を参照して説明される。
【００５４】
[0057]ブロック５０２において、希土類ドープファイバ１４０の長さＬは、希土類ドープファイバ光源の平均波長を最適に制御するための適切な範囲で感度スロープ（sensitivity slope）を提供するように選択される。図２、図３Ａ、及び図３Ｂは、エルビウムドープァイバ１４０の長さを選択する際に考慮する必要がある例示的な傾向を示す。この実施例の一態様では、非ドープファイバ１５０の長さは、希土類ドープファイバ１４０の長さＬに等しく設定される。本実施例の別の態様では、非ドープファイバ１５０の長さは、非ドープファイバ１５０及び希土類ドープファイバ１４０が同じ有効長を有するように、希土類ドープファイバ１４０の放射線感受性と一致するように選択される。非ドープファイバ１５０は、希土類イオンが非ドープファイバ１５０のコア１５２にドープされていないことを除いて、希土類ドープファイバ１４０とすべての面で同じである。
【００５５】
[0058]ブロック５０４において、非ドープファイバ１５０は、希土類ドープファイバ１４０と近接して配置される。この実施例の１つの態様において、非ドープファイバ１５０は、取付治具で希土類ドープファイバ１４０の近傍に非ドープファイバ１５０を取り付けることにより、希土類ドープファイバ１４０に近接して配置される。
【００５６】
[0059]ブロック５０６において、ポンプレーザ１００からポンプビームはカプラ１１０を通過する。ポンプパワーＰｐｕｍｐの第１の部分は第１フォトダイオード１３５に結合され、ポンプパワーＰｐｕｍｐの第２の部分は希土類ドープファイバ１４０を光学的にポンプする。
【００５７】
[0060]ブロック５０８において、カプラ１００を２度通過したポンプパワーＰｐｕｍｐは非ドープファイバ１５０に結合される。ブロック５１０において、非ドープファイバからの出力は第２のフォトダイオード１１５で検出される。
【００５８】
[0061]ブロック５１２において、第１のフォトダイオード１３５及び第２のフォトダイオード１１５からの出力は制御電子回路１０５に提供される。ブロック５１４において、制御電子回路１０５は、第１のフォトダイオード１３５及び第２のフォトダイオード１１５からの出力に基づいてパワー比を計算する。
【００５９】
[0062]ブロック５１６において、制御電子回路１０５は、ポンプレーザ１００から出力されるポンプパワーＰｐｕｍｐを調整するために、ポンプレーザ１００を駆動するのに用いられる電流を調整する。電流の調整は、以前に計算されたパワー比からの計算されるパワー比の変化に基づく。
例示的な実施例
[0063]実施例１は、波長安定性を有する希土類ドープファイバ光源であり、広帯域光源の活性媒体として使用される希土類ドープファイバであって、ホスト材料及び断面構造を有し、希土類ドープファイバの断面構造は希土類イオンをドープしたファイバコアを含む、希土類ドープファイバと、希土類ドープファイバと同じホスト材料及び同じ断面構造を有する非ドープファイバであって、非ドープファイバの断面構造は希土類ドーパントフリーファイバコアを含み、非ドープファイバと希土類ドープファイバは互いに近接して配置され、非ドープファイバの長さはドープファイバと同じであるか又はドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される、非ドープファイバと、ポンプレーザからのポンプパワーの第１の部分を非ドープファイバに向けるように構成されるカプラであって、ポンプパワーの第１の部分はカプラを２度通過される、カプラと、ポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分を希土類ドープファイバに入力するように構成される波長分割マルチプレクサとを備える。
【００６０】
[0064]実施例２は、実施例１の希土類ドープファイバ光源を含み、カプラは第１のアーム、第２のアーム、第３のアーム及び第４のアームを備え、非ドープファイバは第２のアームからの出力を受けるように構成され、波長分割マルチプレクサの入力アームはカプラの第４のアームに結合され、希土類ドープファイバ光源は、さらに、第３のアームの出力に配置されてポンプパワーの一部をカプラを介して第３のアームを通じてカプラの第２のアームへ反射して戻す反射器と、反射器によって透過される光ビームの一部を検出するように配置される第１の光検出器であって第１のフィードバック信号を出力するように動作可能な第１の光検出器と、非ドープファイバの出力端に配置され、第２のフィードバック信号を出力するように動作可能な第２の光検出器とを備える。
【００６１】
[0065]実施例３は、実施例２の希土類ドープファイバ光源を含み、カプラの第１のアームに結合されたポンプレーザをさらに含む。
[0066]実施例４は、実施例１〜３のいずれかの希土類ドープファイバ光源を含み、波長分割マルチプレクサは、入力アーム、第１の出力アーム及び第２の出力アームを含み、希土類ドープファイバは第１の出力アームから出力されるポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分によって光学的にポンプされ、安定した平均波長を有する増幅自然放出が第２の出力アームから出力される。
【００６２】
[0067]実施例５は、実施例１〜４のいずれかの希土類ドープファイバ光源を含み、さらに、第１のフォトダイオードから第１のフィードバック信号を受け第２のフォトダイオードから第２のフィードバック信号を受けるように構成される制御電子回路であって、第１のフィードバック信号に対する第２のフィードバック信号の比を計算し、比が変更されたと判定すると希土類ドープファイバ光源の平均波長を維持するためにポンプレーザに印加するポンプ電流を調整する、制御電子回路を備える。
【００６３】
[0068]実施例６は実施例１〜５のいずれかの希土類ドープファイバ光源を含み、さらに、希土類ドープファイバの出力端から出射される光を吸収する終端ファイバを含む。
[0069]実施例７は、干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、安定した平均波長を有する広帯域増幅自然放出を放射するように構成される希土類ドープファイバ光源と、増幅自然放出の第１の部分を光スプリッタに向け増幅自然放出の第２の部分を光検出器に向けるように構成されるカプラと、増幅自然放出の第１の部分を時計回りの光ビーム及び反時計回りのビームに分割するように動作可能な光スプリッタと、光スプリッタに光学的に結合されたジャイロスコープ検知コイルであって当該ジャイロスコープ検知コイルの回転レートを示すレート信号を出力するように動作可能なジャイロスコープ検知コイルとを備える。
【００６４】
[0070]実施例８は、実施例７の干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、カプラは第１のカプラであり、希土類ドープファイバ光源は、広帯域光源の活性媒体として使用される希土類ドープファイバであって、ホスト材料及び断面構造を有し、希土類ドープファイバの断面構造は希土類イオンをドープしたファイバコアを含む、希土類ドープファイバと、希土類ドープファイバと同じホスト材料及び同じ断面構造を有する非ドープファイバであって、非ドープファイバの断面構造は希土類ドーパントフリーファイバコアを含み、非ドープドープファイバ及び希土類ドープファイバは互いに近接して配置され、非ドープファイバの長さはドープファイバと同じであるか又はドープファイバの放射線感受性と一致するように最適化される、非ドープファイバと、ポンプレーザからのポンプパワーの第１の部分を非ドープファイバに向けるように構成される第２のカプラであって、ポンプパワーの第１の部分が第２のカプラを２度通過する、第２のカプラと、希土類ドープファイバにポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分を入力するように構成される波長分割マルチプレクサとを備える。
【００６５】
[0071]実施例９は、実施例８の干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、第２のカプラは、第１のアーム、第２のアーム、第３のアーム、及び第４のアームを備え、非ドープファイバは第２のアームからの出力を受けるように構成され、波長分割マルチプレクサの入力アームは第２のカプラの第４のアームに結合され、希土類ドープファイバ光源はさらに、第２のカプラを介して、第３のアームを通じてポンプパワーの一部を第２のカプラの第２のアームへ反射して戻す第３のアームの出力に配置された反射器と、反射器によって透過された光ビームの一部を検出するように配置された第１の光検出器であって、第１のフィードバック信号を出力するように動作可能な第１の光検出器と、非ドープファイバの出力端に配置された第２の光検出器であって、第２のフィードバック信号を出力するように動作可能な第２の光検出器とを備える。
【００６６】
[0072]実施例１０は、実施例９の干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、さらに、増幅自然放出の第２の部分を示す第３のフィードバック信号を制御システムに出力するように構成される第３のフォトダイオードと、ジャイロスコープ検知コイルの回転レートの情報を含む第４のフィードバック信号を制御システムに出力するように構成される第４のフォトダイオードと、第１のフォトダイオードから第１のフィードバック信号を受け、第２のフォトダイオードから第２のフィードバック信号を受け、第３のフォトダイオードから第３のフィードバック信号を受け、第４のフォトダイオードから第４のフィードバック信号を受けるように構成される制御システムであって、第１のフィードバック信号に対する第２のフィードバック信号の比を計算し、その比が変化する場合に希土類ドープファイバ光源の平均波長を維持するためにポンプレーザに印加される電流を調整し、第３のフィードバック信号及び第４のフィードバック信号に基づいてジャイロスコープ検知コイルの回転レートを決定する、制御システムと備える。
【００６７】
[0073]実施例１１は、実施例９〜１０のいずれかの干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、さらに、第１のフォトダイオードから第１のフィードバック信号を受け第２のフォトダイオードから第２のフィードバック信号を受けるように構成される制御システムを備え、制御システムは、第１のフィードバック信号に対する第２のフィードバック信号の比を計算し、その比が変化する場合に、希土類ドープファイバ光源の平均波長を維持するためにポンプレーザに印加する電流を調節する。
【００６８】
[0074]実施例１２は、実施例８〜１１のいずれかの干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、さらに、第２のカプラの第１のアームに結合されるポンプレーザを備える。
[0075]実施例１３は、実施例８〜１２のいずれかの干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、波長分割マルチプレクサは、入力アーム、第１の出力アーム及び第２の出力アームを含み、希土類ドープファイバは、第１の出力アームから出力されるポンプレーザからのポンプパワーの第２の部分によって光学的にポンプされ、安定した平均波長を有する増幅自然放出が第２の出力アームから出力される。
【００６９】
[0076]実施例１４は、実施例１３の干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、さらに、第１のカプラの入力アームから波長分割マルチプレクサの第２の出力アームを分離するように結合されるアイソレータを備える。
【００７０】
[0077]実施例１５は、実施例８〜１４のいずれかの干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、さらに、希土類ドープファイバの出力端から出射された光を吸収する終端ファイバを備える。
【００７１】
[0078]実施例１６は、実施例７〜１５のいずれかの干渉型光ファイバジャイロスコープを含み、光スプリッタは集積光チップである。
[0079]実施例１７は、希土類ドープファイバ光源の平均波長に対する放射線の影響を低減する方法を含み、当該方法は、希土類ドープファイバと近接して非ドープファイバを配置するステップであって、非ドープファイバは希土類ドープファイバと同じ断面構造及び同じホスト材料を有し、希土類ドープファイバは希土類ドープファイバのファイバコアに希土類イオンを有し、非ドープファイバは非ドープファイバのファイバコアにおいて希土類イオンと無関係である、ステップと、ポンプレーザからのポンプビームをカプラを通過させるステップであって、ポンプパワーの第１の部分は第１のフォトダイオードに結合され、ポンプパワーの第２の部分は希土類ドープファイバを光学的にポンプする、ステップと、カプラを２度通過したポンプパワーを非ドープファイバに結合するステップと、第２のフォトダイオードにおいて非ドープファイバからの出力を検出するステップとを備える。
【００７２】
[0080]実施例１８は、実施例１７の方法を含み、さらに、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードからの出力を制御電子回路に提供するステップと、第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードからの出力に基づいてパワー比を計算するステップと、計算されたパワー比の変化に基づいてポンプレーザからのポンプパワー出力を調整するためにポンプレーザを駆動するのに使用される電流を調整するステップとを備える。
【００７３】
[0081]実施例１９は、実施例１７〜１８のいずれかの方法を含み、希土類ドープファイバと近接して非ドープファイバを配置するステップは、取付治具によって希土類ドープファイバと近接して非ドープ光ファイバを取り付けるステップを備える。
【００７４】
[0082]実施例２０は、実施例１７〜１９のいずれかの方法を含み、さらに、希土類ドープファイバ光源の平均波長の最適な制御のための適切な範囲で感度スロープを提供するために希土類ドープファイバの長さを選択するステップを備える。
【００７５】
[0083]本明細書では特定の実施例が例示されて説明されたが、同じ目的を達成するために計算される任意の構成が、示された特定の実施例に代えることができることが当業者には理解されるであろう。本出願は、本発明のあらゆる適応又はバリエーションをカバーすることを意図している。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものであることが明確に意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2014120763000001.pdf