(57)【要約】【課題】低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープを提供すること。【解決手段】低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープは、基準光ビームを出力する少なくとも１つのレーザーと、第１の変調周波数で第１の光ビームを変調する第１の光ビーム周波数コントローラと、第２の変調周波数で第２の光ビームを変調し、第２の周波数変調光ビームを形成する第２の光ビーム周波数コントローラと、第１の周波数変調光ビームを入力するように構成された反時計回り入力端と、第２の周波数変調光ビームを入力するように構成された時計回り入力端とを有するファイバ共振器と、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームを復調する第１の周波数復調器と、ファイバ共振器の反時計回り入力端から出力される光ビームを復調する第２の周波数復調器とを含む。第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、第１および第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが互いに偏位される。【選択図】図１
2014038093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の光ビーム（３０７−１）および第２の光ビーム（３０７−２）を形成するのに使用される基準(reference)光ビーム（３００）を出力するように構成される少なくとも１つのレーザー（２００）と、
第１の変調周波数ｆｍで第１の光ビーム（３０８−１）を変調して、第１の周波数変調光ビーム（３０７−１）を形成する第１の光ビーム周波数コントローラ（５２１）と、
第２の変調周波数ｆｎで第２の光ビーム（３０８−２）を変調し、第２の周波数変調光ビームを形成する第２の光ビーム周波数コントローラであって、前記第１の光ビーム（３０７−１）と前記第２の光ビーム（３０７−２）の少なくとも一方が、基準光ビーム（３０８）から周波数偏移(frequency-shifted)される第２の光ビーム周波数コントローラと、
時計回り入力端(clockwise-input)（２４２）および反時計回り入力端(counter-clockwise-input)（２４１）を有するファイバ共振器(resonator)コイル（２４０）を有するファイバ共振器（６０）であって、前記反時計回り入力端が、前記第１の周波数変調光ビームを入力するように構成され、前記時計回り入力端が、前記第２の周波数変調光ビームを入力するように構成されるファイバ共振器と、
前記ファイバ共振器の前記時計回り入力端から出力される光ビームを第１の復調周波数ｆｍで復調する第１の周波数復調器（５３１）と、
前記ファイバ共振器の前記反時計回り入力端から出力される光ビームを第２の復調周波数ｆｎで復調する第２の周波数復調器（５３２）と
を備える低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ（１０）であって、前記第１の復調周波数が前記第１の変調周波数に等しく、前記第２の復調周波数が前記第２の変調周波数に等しく、前記第１の変調周波数と前記第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、前記ファイバ共振器から出力される前記光ビーム上で、
前記第１の変調周波数を中心とする側波帯(sideband)ノイズスペクトルが前記第２の変調周波数から周波数偏位(offset in frequency)され、
前記第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが前記第１の変調周波数から偏移される低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ（１０）。
【請求項２】
前記ファイバ共振器コイル（２４０）の前記反時計回り入力端（２４１）に配置され(positioned)、前記第１の周波数変調光ビーム（３０７−１）中の振幅ノイズを低減する第１の相対強度(relative-intensity)ノイズサーボ（２５６）と、
前記ファイバ共振器コイル（２４０）の前記時計回り入力端（２４２）に配置され、前記第２の周波数変調光ビーム（３０７−２）中の振幅ノイズを低減する第２の相対強度ノイズサーボ（２５３）と
をさらに備える請求項１に記載の共振器光ファイバジャイロスコープ（１０）。
【請求項３】
前記第１の相対強度ノイズサーボ（２５６）および第２の相対強度ノイズサーボ（２５３）が、
前記第１の変調周波数ｆｍ、
前記第２の変調周波数ｆｎ、
前記第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波(odd harmonics)、
前記第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、および
ＤＣから５ｋＨｚまで
の周波数ならびにその周りの周波数の輝度変動(intensity fluctuations)を除去するように構成される請求項２に記載の共振器光ファイバジャイロスコープ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明の実施例は、例えば、低ノイズ共振器光ファイバジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]ジャイロスコープ内のノイズはナビゲーションの精度を制限する。ノイズが高くなると、航空機がフライト前にその方向を初期化しなければならない時間が長くなり、ＧＰＳの支援がないときは特に、位置および速度の誤差が大きくなる。このことは、緊急の場合に、航空交通を予定通りに保つために、または他の理由で、迅速に離陸する必要がある航空機にとって問題である。さらに、ＧＰＳの支援がない場合であっても、位置および速度の精度を維持しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明の実施例は、例えば、低ノイズ共振器光ファイバジャイロに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]本願は、低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープに関する。低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープは、少なくとも第１の光ビームおよび第２の光ビームを形成するのに使用される基準光ビームを出力するように構成された少なくとも１つのレーザーと、第１の変調周波数で第１の光ビームを変調して第１の周波数変調光ビームを形成する第１の光ビーム周波数コントローラと、第２の変調周波数で第２の光ビームを変調して第２の周波数変調光ビームを形成する第２の光ビーム周波数コントローラとを含む。第１の周波数変調光ビームと第２の周波数変調光ビームの少なくとも一方が、基準光ビームから周波数偏移される。低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープはまた、時計回り入力端および反時計回り入力端を有するファイバ共振器コイルを有するファイバ共振器をも含む。反時計回り入力端は、第１の周波数変調光ビームを入力するように構成され、時計回り入力端は、第２の周波数変調光ビームを入力するように構成される。低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープはまた、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームを第１の復調周波数で復調する第１の周波数復調器と、ファイバ共振器の反時計回り入力端から出力される光ビームを第２の復調周波数で復調する第２の周波数復調器をも含む。第１の復調周波数は第１の変調周波数に等しく、第２の復調周波数は第２の変調周波数に等しい。第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏位される。
【０００５】
[0003]特許請求される発明の様々な実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明で説明される。説明、図面、および特許請求の範囲から、他の特徴および利点が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0004]本発明による低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】[0005]本発明による図１のレーザーシステムの一実施形態の拡大図である。
【図３】[0006]本発明によるレーザーシステムの一実施形態の拡大図である。
【図４Ａ】[0007]本発明によるリングレーザージャイロスコープからのジャイロ角度ランダムウォークを低減する方法の一実施形態の流れ図である。
【図４Ｂ】本発明によるリングレーザージャイロスコープからのジャイロ角度ランダムウォークを低減する方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0008]様々な図面内の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
[0009]本明細書に記載の光ジャイロスコープは低ノイズ共振器光ファイバジャイロ（ＬＮ−ＲＦＯＧ）であり、ナビゲーショングレード性能を実現するように設計される。ナビゲーショングレード性能ジャイロスコープでのバイアスドリフト（バイアス不確定性）は、０．００１から０．０１度／時間の間であり、ノイズ（角度ランダムウォーク）は通常、
【０００８】
【数１】
2014038093.tif 000003
【０００９】
と
【００１０】
【数２】
2014038093.tif 000004
【００１１】
の間である。ジャイロ角度ランダムウォーク（ＡＲＷ）は、光ファイバジャイロスコープ内のノイズの、度／平方根時間
【００１２】
【数３】
2014038093.tif 000005
【００１３】
の単位の標準尺度である。ジャイロ出力の表示レートが低ＡＲＷを有すると特徴付けられるためには、多くのノイズ源を最小限に抑えなければならない。こうしたノイズ源は、電子読出しおよび信号処理ノイズ、検出器ショットノイズ、レーザー光波振幅ノイズ、およびレーザー周波数ノイズを含む。後者の２つのノイズ源の硬貨の場合、ファイバ共振器感知コイルを出る光波が、回転速度がそれから導出される検出周波数で、低振幅変動を有することが根本的に重要である。このことは、感知コイルに入射する光波が低ノイズを有すること、および感知コイル内の光ファイバ内を伝播する光ビーム内のノイズが低いことという要件を課す。「光波」、「波」、「光ビーム」、および「ビーム」という用語は、本明細書では互換的に使用される。
【００１４】
[0010]この実施形態の一実装では、感知コイル内のファイバは、２０メートル未満の長さを有する。この実施形態の一実装では、ＡＲＷノイズが
【００１５】
【数４】
2014038093.tif 000006
【００１６】
と
【００１７】
【数５】
2014038093.tif 000007
【００１８】
の間にあるとき、ＡＲＷノイズは低い。ＡＲＷノイズがこのレベルにあるとき、目盛係数性能やバイアス安定性などのジャイロの他の特性が十分な品質であることを条件として、ジャイロスコープは、ナビゲーショングレード性能を実現する。
【００１９】
[0011]本明細書に記載の光ジャイロスコープでは、光源は、高変調帯域幅を有する低ノイズの単一周波数のレーザーである。高変調帯域幅は、電気制御信号の指示下で、レーザー周波数を迅速に変更することを可能にする。輝度変調器から出力される光ビームの一部がＲＩＮサーボに入力され、ＲＩＮサーボは、輝度変調器から出力される光が回転感知ファイバ共振器に導入される前に、その光を監視する。光検出器での強度ノイズが、可変光減衰器（本明細書では輝度変調器とも呼ばれる）を介してサーボドアウト（ｓｅｒｖｏ’ｄ  ｏｕｔ）される。この光ビーム中の強度ノイズの低減は、ファイバ共振器コイルに結合される光ビーム上の検出感応側波帯が非常に少ないことを保証する。検出感応側波帯は、検出システムが回転速度情報を検出するのに使用される周波数にある。検出感応側波帯がファイバ共振器コイルに結合される場合、検出感応側波帯は、残留周波数ノイズと共に周波数変調（ＦＭ）され、回転速度を検出するのに使用される共振器の変調周波数にある側波帯が与えられる。
【００２０】
[0012]単一のレーザーがファイバ共振器コイルに光ビームを供給する場合、光ビームが第１の光ビームと第２の光ビームに分割される（あるいは、光ビームが第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームに分割される）。第１の光ビームおよび第２の光ビームが位相変調される。第１の光ビームおよび第２の光ビームは、それぞれ第１の変調周波数および第２の変調周波数で変調される。こうした変調周波数はそれぞれ、平均入力ビーム周波数が共振を中心とするかどうかを示す信号を共振器の出力で生成する。第１の光ビームの平均光波周波数がその所期の伝播方向で共振器中心周波数である場合、第１の光ビームが共振器を出るときに、第１の変調周波数で第１の光ビームの輝度変動はない。原理上は、そのケースでは、出力ビームの変動は、第１の変調周波数の偶数高調波でのものだけである。第１の光ビームの平均周波数が共振の中心に合致しない場合、第１の変調周波数（基本）での光波輝度変動が観測され、第１のビームが共振中心から外れていることを示す。
【００２１】
[0013]同様に、第２の光ビームの平均光波周波数が、その所期の伝播方向で共振器中心周波数である場合、第２の光ビームが共振器を出るときに、第２の変調周波数で第２の光ビームの輝度変動はない。原理上は、そのケースでは、出力ビームの変動は、第１の変調周波数の偶数高調波でのものだけである。第２の光ビームの平均周波数が共振の中心に合致しない場合、第２の変調周波数（基本）での光波輝度変動が観測され、第２のビームが共振中心から外れていることを示す。
【００２２】
[0014]次いで、共振器から出る各光波が各変調信号の基本周波数で変動を有さないように、各ビームの平均周波数が調節される。この条件を維持するのに必要な、２つの光波間の平均周波数差は、回転速度の関数である。
【００２３】
[0015]ジャイロ出力ノイズを含むいくつかの誤差源が、回転速度の誤った変動表示を与える可能性がある。１つの誤差源は、それぞれの変調周波数の、またはその周りの領域内にある各ビームの入力ビーム輝度の変動によるものである。これに対処するために、第１および第２の光ビームのそれぞれについてのＲＩＮサーボが、それぞれの第１および第２の光ビームの変調周波数またはその付近（例えば、５ｋＨｚ以内）の、放射され、または第１および第２の光ビームに与えられる意図しない残留振幅変調があればそれを除去する。
【００２４】
[0016]ＲＩＮサーボはまた、時計回りビームと反時計回りビームとの間の輝度差があればそれを変動させ、したがって光カー効果を変調し、ジャイロ出力ノイズを引き起こす、ベースバンド（おおよそ５ｋＨｚ未満）付近の輝度変動も除去する。
【００２５】
[0017]別の誤差源は、所期の経路とは異なる経路に沿って伝播する後方散乱光波によるものである。これに対処するために、本明細書に記載のシステムおよび方法は、時計回りビームと反時計回りビームについて異なる変調周波数（および検出周波数）を設定し、その結果、ある方向から別の方向に光が不必要に後方散乱するとき、所期の信号光の適切な周波数で復調することにより、出力検出器上の後方散乱した光波が分離または無視される。後方散乱光は異なる周波数で変調される。後方散乱光波は、所期の経路とは異なる経路に沿って伝播するので、反時計回り（ＣＣＷ）ビーム（複数可）と時計回り（ＣＷ）ビーム（複数可）に関するこの変調差が、後方散乱のために生じたはずの回転誤差を防止する。
【００２６】
[0018]しかし、後方散乱光と出力検出器信号（所期の信号光）が異なる周波数で変調される場合であっても、変調周波数間の分離が十分に大きくない場合、出力検出器に入射する後方散乱波による周波数ノイズが存在する。レーザージッタのため、およびレーザーと共振器との間のパス長の変動のために、各入力波の周波数が損なわれる（ＦＭ側波帯を有する）。この光波の拡散は、共振器の出力で、各ビームの変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルを生み出す。共振器は、ＤＣから５ｋＨｚまでの周波数範囲の周波数ノイズを、変調周波数を中心とする振幅ノイズに変換する。このスペクトルの幅は、変調周波数差が十分でない場合、別々の復調周波数であっても、検出器によって復調される後方散乱光上の側波帯を生み出す。
【００２７】
[0019]したがって、本明細書に記載のシステムおよび方法は、時計回りビームと反時計回りビームについて異なる変調周波数（および検出周波数）を設定し、その結果、この実施形態の変調周波数が時計回りビームと反時計回りビームの間で分離され、したがって（あるビームから別のビームへの）後方散乱光上の側波帯があればそれは、各方向で検出帯域幅（おおよそ変調周波数の周りに＋／−５ｋＨｚ）内にはない。側波帯ノイズスペクトルは、第１、第２、および第３の光ビーム上の残りの周波数ノイズによるものである。
【００２８】
[0020]さらに、後方散乱光波からの側波帯信号を低減するために、各ビーム経路内のＲＩＮサーボが、１）入力ビームの変調周波数の周りの領域内、２）他の１つまたは２つのビームの変調周波数で、および３）２つまたは３つのビームの変調周波数の周りの＋／−５ｋＨｚの領域内で、輝度変調および強度ノイズをなくす（または大幅に低減する）ように設計される。例えば、第１のビームがｆｍで変調され、第２のビームがｆｎで変調され、第３のビームがｆｐで変調され、第１のビームの経路内のＲＩＮサーボが、その変調周波数（ｆｍ）およびその周りだけでなく、第２のビームおよび第３のビームのそれぞれ周波数変調ｆｎおよびｆｐおよびその周りでも強度ノイズを減衰するように設計される。そのようなシステム設計は、共振器のＣＣＷに後方散乱される光（例えば、ｆｎ）からのノイズがＣＣＷ検出器信号で復調されるのを防止する。この実施形態の一実装では、所与の周波数またはその周りで減衰される強度ノイズが、その所与の周波数の＋／−５ＫＨｚ以内で減衰される。この実施形態の別の実装では、所与の周波数およびその周りで減衰される強度ノイズが、その所与の周波数の＋／−７ＫＨｚ以内で減衰される。「を中心とする側波帯ノイズスペクトル」という用語は、中心周波数を中心とする他のスペクトルの範囲にも適用可能である。
【００２９】
[0021]このようにして、本明細書に記載のシステムおよび方法は、各変調周波数および検出周波数の周りの後方散乱内容のない、非常に明瞭なノイズスペクトルを生成するように設計され、したがってジャイロのＡＲＷノイズを低減し、低ノイズジャイロ動作を実現する。
【００３０】
[0022]図１は、本発明によるコンパクト低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システムの一実施形態のブロック図である。低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ１０は、レーザーシステム１５およびファイバ共振器６０を含む。ファイバ共振器６０は、ファイバ共振器コイル２４０、入力／出力光学系２７２−２、２７２−４、および２７２−５、ならびに結合レンズ２７０−１および２７０−２を含む。レーザーシステム１５は、周波数安定化マスタレーザー２００、マルチレーザー周波数制御２５０、スレーブレーザー１２１、１２２、および１２３、ならびに共振追跡サーボ２５１を含む。周波数安定化マスタレーザー２００は、基準光ビーム３０８を出力するように構成される。本明細書では、「基準光ビーム３０８」は「マスタレーザービーム３０８」とも呼ばれる。
【００３１】
[0023]図２は、本発明による図１のレーザーシステム１５の一実施形態の拡大図である。図２に示されるように、マルチレーザー周波数制御２５０は、第１の光ビーム周波数コントローラ（第１のビームのｆ制御）５２１、第２の光ビーム周波数コントローラ（第２のビームｆ制御）５２２、および第３の光ビーム周波数コントローラ（第３のビームｆ制御）５２３を含む。
【００３２】
[0024]第１の光ビーム周波数コントローラ５２１は、周波数ｆｍの第１の変調信号を含む信号３０８−４を供給することにより、基準光ビーム３０８−１と第１のスレーブレーザー光ビーム３０７−１との間の差分周波数を変調する。信号３０８−４はまた、マスタレーザービーム３０８−１と第１のスレーブレーザー光ビーム３０７−１（図１）との間の平均周波数差を設定する信号をも含む。本明細書では、第１の変調周波数ｆｍでディザリングされる第１のスレーブレーザー光ビーム３０７−１は「第１の周波数変調光ビーム３０７−１」と呼ばれる。基準光ビーム３０８−１は中心周波数ｆ０を有し、第１のスレーブレーザー光ビーム３０７−１は中心周波数ｆ１を有する。中心周波数ｆ１は、ＤＣ結語されたフィードバック信号の平均によって支配される量だけ、基準レーザー３０８−１中心周波数ｆ０から偏位され、その量は、共振追跡サーボ電子回路２５１および多周波レーザー制御電気光学系２５０内の第１の光ビーム周波数コントローラ５２１で生成される。信号３０８−４は、フィードバック信号ならびにｆｍの変調信号を含む。したがって、第１の周波数変調光ビーム３０７−１は、その中心周波数ｆ１の周りにディザ周波数ｆｍでディザリングされる。
【００３３】
[0025]第２の光ビーム周波数コントローラ５２２は、周波数ｆｎの第２の変調信号を含む信号３０８−５を供給することにより、基準光ビーム３０８−２と第２のスレーブレーザー光ビーム３０７−２（図１）との間の差分周波数を変調する。信号３０８−５はまた、マスタレーザービーム３０８−２と第２のスレーブレーザー光ビーム３０７−２との間の平均周波数差（Δｆ）を設定する信号をも含む。本明細書では、第２の変調周波数ｆｎでディザリングされる第２のスレーブレーザー光ビーム３０７−２は「第２の周波数変調光ビーム３０７−２」と呼ばれる。基準光ビーム３０８−２は中心周波数ｆ０を有し、第２のスレーブレーザー光ビーム３０７−２は中心周波数ｆ２を有する。中心周波数ｆ２は、ＤＣ結語されたフィードバック信号の平均によって支配される量だけ、基準レーザー３０８−２中心周波数ｆ０から偏位され、その量は、共振追跡サーボ電子回路２５１および多周波レーザー制御電気光学系２５０内の第２の光ビーム周波数コントローラ５２２で生成される。信号３０８−５は、フィードバック信号ならびにｆｎの変調信号を含む。したがって、第２の周波数変調光ビーム３０７−２は、その中心周波数ｆ２の周りにディザ周波数ｆｎでディザリングされる。
【００３４】
[0026]第３の光ビーム周波数コントローラ５２３は、周波数ｆｐの第３の変調信号を含む信号３０８−６を供給することにより、基準光ビーム３０８−３と第３のスレーブレーザー光ビーム３０７−３との間の差分周波数を変調する。信号３０８−６はまた、マスタレーザービーム３０８−３と第３のスレーブレーザー光ビーム３０７−３（図１）との間の平均周波数差（Δｆ）を設定する信号をも含む。本明細書では、第３の変調周波数ｆｐでディザリングされる第３のスレーブレーザー光ビーム３０７−３は「第３の周波数変調光ビーム３０７−３」と呼ばれる。基準光ビーム３０８−３は中心周波数ｆ０を有し、第３のスレーブレーザー光ビーム３０７−３は中心周波数ｆ３を有する。中心周波数ｆ３は、ＤＣ結語されたフィードバック信号の平均によって支配される量だけ、基準レーザー３０８−３中心周波数ｆ０から偏位され、その量は、共振追跡サーボ電子回路２５１および多周波レーザー制御電気光学系２５０内の第３の光ビーム周波数コントローラ５２３で生成される。信号３０８−６は、フィードバック信号ならびにｆｐの変調信号を含む。したがって、第３の周波数変調光ビーム３０７−３は、その中心周波数ｆ３の周りにディザ周波数ディザ周波数ｆｐでディザリングされる。
【００３５】
[0027]図２に示すように、共振追跡サーボ２５１は、第１の周波数復調器５３１、第１のチャネル共振追跡サーボ５４１、第２の周波数復調器５３２、第２のチャネル共振追跡サーボ５４２、第３の周波数復調器５３３、および第３のチャネル共振追跡サーボ５４３を含む。
【００３６】
[0028]第１の周波数復調器５３１は、ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２から出力される光ビームを第１の復調周波数ｆｍで復調する。第１の周波数復調器５３１は、第１の変調周波数ｆｍで変調された光ビームに関する誤差信号を第１のチャネル共振追跡サーボ５４１に出力する。第１のチャネル共振追跡サーボ５４１は、ｆｍで変調（ディザリング）されたビームに関する補正信号で第１のスレーブレーザー１２１を駆動するために、第１の光ビーム周波数コントローラ５２１に出力を送る。ｆｍで変調されるビームに関する補正信号は、適切な信号により、第１のスレーブレーザー１２１から出力される周波数を調節し、ｎを整数として、共振器の（ｎ−１）番目の共振周波数を中心とするｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲに合わせてその平均周波数を調節する。共振器の重ならないスペクトル範囲（ＦＳＲ）は、ファイバ共振器６０の（ｎ＋１）番目の共振とｎ番目の共振との間の周波数差、およびｎ番目の共振と（ｎ−１）番目の共振との間の周波数差である。ＦＳＲは、ファイバ共振器６０のラウンドトリップパス長内の光のもう１つの波長に適合するのに必要な光波の周波数変化である。
【００３７】
[0029]回転速度の存在下で共振中心となるために、ＣＣＷ入力光波（例えば、第１の周波数変調光ビーム３０７−１および第３の周波数変調光ビーム３０７−３）の周波数は、時計回り（ＣＷ）光波（例えば、第２の周波数変調光ビーム３０７−２）と比べて周波数シフトΔｆを含む。Δｆの大きさおよび符号は、慣性空間に対するファイバ共振器６０の回転速度の大きさおよび符号を示す。
【００３８】
[0030]第２の周波数復調器５３２は、ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１から出力される光ビームを第２の復調周波数ｆｎで復調する。第２の周波数復調器５３２は、第２の変調周波数ｆｎで変調された光ビームに関する誤差信号を第２のチャネル共振追跡サーボ５４２に出力する。第２のチャネル共振追跡サーボ５４２は、ｆｎで変調（ディザリング）されたビームに関する補正信号で第２のスレーブレーザー１２２を駆動するために、第２の光ビーム周波数コントローラ５２２に出力を送る。ｆｎで変調されるビームに関する補正信号は、第２のスレーブレーザー１２２から出力される周波数を平均周波数ｆ２＝ｆに合わせて調節する。周波数ｆは、ファイバ共振器６０のｎ番目の共振の中心に合致する。したがって、回転速度、すなわちΔｆが０であるとき、周波数ｆは、３つの光波の平均周波数である。
【００３９】
[0031]第３の周波数復調器５３３は、ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２から出力される光ビームを第３の復調周波数ｆｐで復調する。第３の周波数復調器５３３は、第３の変調周波数ｆｐで変調された光ビームに関する誤差信号を第３のチャネル共振追跡サーボ５４３に出力する。第３のチャネル共振追跡サーボ５４３は、ｆｐで変調（ディザリング）されたビームに関する補正信号で第３のスレーブレーザー１２３を駆動するために、第３の光ビーム周波数コントローラ５２３に出力を送る。ｆｐで変調されるビームに関する補正信号は、適切な信号により、第３のスレーブレーザー１２３から出力される周波数を調節し、ｎを整数として、共振器の（ｎ＋１）番目の共振周波数を中心とするｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲに合わせてその平均周波数を調節する。
【００４０】
[0032]第１の復調周波数ｆｍは第１の変調周波数ｆｍに等しく、第２の復調周波数ｆｎは第２の変調周波数ｆｎに等しく、第３の復調周波数ｆｐは第３の変調周波数ｆｐに等しい。
【００４１】
[0033]第１の変調周波数ｆｍおよび第２の変調周波数ｆｎは互いに対して調節され、その結果、第１の周波数変調光ビームの第１の変調周波数を中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数から周波数偏位される。同様に、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数を中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調の第１の変調周波数から偏位される。
【００４２】
[0034]具体的には、第１の周波数変調光ビーム３０７−１のｆｍを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第２の周波数変調光ビーム３０７−２（図１）の第２の復調周波数ｆｎから偏位される。第１の変調周波数ｆｍと第２の変調周波数ｆｎも互いに対して調節され、その結果、第２の周波数変調光ビーム３０７−２のｆｎを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調光ビーム３０７−１（図１）の第１の復調周波数ｆｍから偏位される。この実施形態の一実装では、変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルは、変調周波数の＋／−５ＫＨｚ以内にある。この実施形態の別の実装では、変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルは、変調周波数の＋／−７ＫＨｚ以内にある。「を中心とする側波帯ノイズスペクトル」という用語は、中心周波数を中心とする他の側波帯ノイズスペクトルスの範囲にも適用可能である。
【００４３】
[0035]同様に、第１の変調周波数ｆｍと第３の変調周波数ｆｐが互いに対して調節され、その結果、第１の周波数変調光ビーム３０７−１のｆｍを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第３の周波数変調光ビーム３０７−３（図１）の第３の復調周波数ｆｐから偏位される。さらに、第１の変調周波数ｆｍと第３の変調周波数ｆｐが互いに対して調節され、その結果、第３の周波数変調光ビーム３０７−３のｆｐを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調光ビーム３０７−１（図１）の第１の復調周波数ｆｍから偏位される。
【００４４】
[0036]同様に、第２の変調周波数ｆｎと第３の変調周波数ｆｐが互いに対して調節され、その結果、第２の周波数変調光ビーム３０７−２のｆｎを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第３の周波数変調光ビーム３０７−３（図１）の第３の復調周波数ｆｐから偏位される。さらに、第２の変調周波数ｆｎと第３の変調周波数ｆｐが互いに対して調節され、その結果、第３の周波数変調光ビーム３０７−３のｆｐを中心とする側波帯ノイズスペクトルが、変調後の第２の周波数変調光ビーム３０７−２の第２の復調周波数ｆｎから偏位される。
【００４５】
[0037]ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１は、第１の周波数変調光ビーム３１０−１を入力するように構成され、ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２は、第２の周波数変調光ビーム３１０−２を入力するように構成される。ファイバ共振器の長さは、例えば、反時計回り入力端２４１から、ファイバ共振器コイル２４０を通じて、時計回り入力端２４２を出て、反時計回り入力端２４１に戻る、共振器６０の周りを進む光のラウンドトリップ距離によって設定される。
【００４６】
[0038]次に、図１を参照しながら、低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）１０の動作が説明される。ＲＦＯＧ１０は、周波数安定化マスタレーザー２００と、スレーブレーザー（ＳＬ）１２１、１２２、および１２３と、３つのそれぞれの輝度変調器（ＩＭ）３２０−１、３２０−２、および３２０−３と、ファイバ共振器コイル２４０とを含む。ファイバ共振器コイル２４０は、光学素子２７２−２、２７２−４、２７２−５、２７０−１、２７０−２、およびファイバ端２４１と２４２の間の自由空間パス長と組み合わせられて、ジャイロスコープ内のファイバリング共振空洞を形成する光ファイバリング共振器６０となる。
【００４７】
[0039]本明細書では、ファイバ共振器コイル２４０は「ファイバループ２４０」とも呼ばれ、感知共振器６０の一部である。本明細書では、「感知共振器６０」は「光ファイバ共振器６０」または「ファイバ共振器６０」とも呼ばれる。ファイバループ２４０は、少なくとも２つの光ビームがそれを通じて逆方向に伝播する光ファイバコイルである。感知共振器６０の出力は、ＲＦＯＧ１０の回転速度を求めるのに使用される。この実施形態の一実装では、２つのそれぞれのスレーブレーザー１２１および１２２があるだけである。この実施形態の別の実装では、マスタレーザー２００と、３つのスレーブレーザー（ＳＬ）１２１、１２２、および１２３とは、半導体レーザーダイオードである。
【００４８】
[0040]周波数安定化マスタレーザー２００は基準光ビーム３０８を放射する。基準光ビーム３０８は、１）３つのスレーブレーザー１２１、１２２、１２３の間に相対的周波数ジッタがないように、共通基準を供給することによって３つのスレーブレーザー１２１、１２２、１２３を互いに対して安定化し、２）それぞれのスレーブレーザー１２１、１２２、および１２３から出力される光ビーム３０７−１、３０７−２、３０７−３上のｆｍ、ｆｎ、またはｆｐのそれぞれの周波数変調により、共振の中心の周りに、制御された独立のディザを生成し、３）ファイバ共振器６０に対する安定した基準周波数を供給するのに使用される、安定した光基準周波数である。この実施形態の一実装では、基準光ビーム３０８は、低位相ノイズ（例えば、１
【００４９】
【数６】
2014038093.tif 000008
【００５０】
未満）を有する。基準光ビーム３０８は、マスタレーザーとスレーブレーザーとの間の無線周波数（ＲＦ）ビート信号を生成するのに使用され、ＲＦビート信号は、多周波レーザー制御２５０（本明細書では「マルチレーザー周波数制御２５０」と呼ばれる）内に含まれる位相ロックループ（ＰＬＬ）によって使用され、共振追跡サーボ２５１および多周波レーザー制御２５０によって求められる周波数分離でスレーブレーザー１２１、１２２、および１２３がマスタレーザー２００に対してロックされる。これらのビート信号は、マルチレーザー周波数制御２５０によって使用され、マルチレーザー周波数制御２５０は、共振追跡サーボ２５１からフィードバック（すなわち補正信号）を受信し、スレーブレーザー１２１、１２２、および１２３の光ビームの周波数を精密に制御する。
【００５１】
[0041]図１に示されるように、第１のスレーブレーザー１２１が、信号３０８−４を介して基準光ビーム３０８−１のマスタレーザー周波数ｆ０に対してロックおよび偏移され、したがって第１のスレーブレーザー１２１は、第１の周波数ｆ１＝ｆ＋Δｆ−ＦＳＲの光を放射し、ただしｆは、マスタレーザー２００の中央周波数ｆ０に関連し、Δｆは、ファイバ共振器６０の回転速度による周波数ｆからの周波数オフセットであり、ＦＳＲはファイバ共振器６０の重ならないスペクトル範囲である。重ならないスペクトル範囲（ＦＳＲ）は、ファイバ共振器６０の隣接する共振ピーク間の周波数分離である。周波数ｆは、マスタレーザー周波数ｆ０からの固定オフセットｆｏｆｆにロックされ、したがってｆ＝ｆ０＋ｆｏｆｆとなる。第２のスレーブレーザー１２２が、信号３０８−５を介して基準光ビーム３０８−２のマスタレーザー周波数ｆ０に対してロックおよび偏移され、したがって第２のスレーブレーザー１２２は、第２の周波数ｆ２＝ｆの光を放射する。第３のスレーブレーザー１２３が、信号３０８−６を介して基準光ビーム３０８−３のマスタレーザー周波数ｆ０に対してロックおよび偏移され、したがって第３のスレーブレーザー１２３は、第３の周波数ｆ３＝ｆ＋Δｆ＋ＦＳＲの光を放射する。スレーブレーザー入力信号３０８−４、３０８−５、および３０８−６は、各スレーブレーザーのパス長を変更することによって各レーザー周波数を制御する。例えば、スレーブレーザー入力信号３０８−４、３０８−５、および３０８−６は、スレーブレーザーへの注入流、スレーブレーザーの温度、スレーブレーザー上のひずみ、またはそれらの任意の組合せを変更するように動作可能である。
【００５２】
[0042]光ビーム３０７−１、３０７−２、および３０７−３は、それぞれの輝度変調器３２０−１、３２０−２、および３２０−３に結合される。それぞれの光ビーム３０７−１、３０７−２、および３０７−３の一部は、それぞれのビームスプリッタ２７５−１、２７５−２、および２７５−３によって分割され、それぞれの第１の光ビーム周波数コントローラ５２１、第２の光ビーム周波数コントローラ５２２、および第３の光ビーム周波数コントローラ５２３にフィードバックされる。ビームスプリッタ２７５−１、２７５−２、および２７５−３は、それぞれのスレーブレーザー１２１、１２２、および１２３と、それぞれの輝度変調器３２０−１、３２０−２、および３２０−３との間に配置される。
【００５３】
[0043]低ノイズのコヒーレント光ビーム３１０−１、３１０−２、および３１０−３が、それぞれの輝度変調器３２０−１、３２０−２、および３２０−３から出力される。
[0044]ファイバ共振器コイル２４０（ファイバループ２４０）は、２４２で全体的に表される反時計回り入力端２４１および時計回り入力端２４２を有する光ファイバである。本明細書では、反時計回り入力端２４１は「第１のコイル端面２４１」とも呼ばれる。本明細書では、時計回り入力端２４２は「第２のコイル端面」とも呼ばれる。
【００５４】
[0045]第１の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−１および第３の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−３は、それぞれの輝度変調器３２０−１および３２０−３からファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に結合される。第２の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−２は、輝度変調器３２０−２からファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２に結合される。
【００５５】
[0046]第１のスレーブレーザー１２１から放射される第１の周波数変調光ビーム３０７−１が、（輝度変調器３２０−１と、ビームスプリッタ２７１、２７２（１−２）およびレンズ２７０−１を含む光学素子とを介して）ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に結合される。当業者は理解できるように、光学素子の他の結合構成が可能である。反時計回り入力端２４１でファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−１の部分は、反時計回り（ＣＣＷ）方向にファイバ共振器コイル２４０を通じて伝播する。
【００５６】
[0047]第２のスレーブレーザー１２２から放射される第２の周波数変調光ビーム３０７−２が、（輝度変調器３２０−２と、ビームスプリッタ２７２（３−４）およびレンズ２７０−２を含む光学素子とを介して）ファイバ共振器コイル２４０の第２のコイル端面２４２に結合される。第２のコイル端面２４２でファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−２の部分は、時計回り（ＣＷ）方向にファイバ共振器コイル２４０を通じて伝播する。ビームスプリッタ２７２−２および２７２−４は、ファイバ共振器に光を結合する光ファイバ共振器６０の入力結合要素であり、低反射率および高透過を有するように構成され、その結果、ファイバ端２４２を出る光の大部分がファイバ端２４１に結合され、ファイバ端２４１を出る光の大部分がファイバ端２４２に結合される。
【００５７】
[0048]第３のスレーブレーザー１２３から放射される第３の周波数変調光ビーム３０７−３が、（輝度変調器３２０−３と、ビームスプリッタ２７２（１−２）およびレンズ２７０−１を含む光学素子とを介して）ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に結合される。反時計回り入力端２４１のファイバ共振器コイル２４０に結合される光ビーム３１０−３の部分は、反時計回り（ＣＣＷ）方向にファイバ共振器コイル２４０を通じて伝播する。この実施形態の一実装では、レンズ２７０（１−２）は、シリコン基板などの基板のｖ溝に配置されるボールレンズである。
【００５８】
[0049]ファイバ共振器コイル２４０に結合された光は、レンズ２７０−１および２７０−２、ならびにビームスプリッタ２７２−２、２７２−５、および２７２−４を通過することにより、ファイバ共振器コイル２４０内を複数回循環する。時計回り（ＣＷ）方向に伝播する光の一部（例えば、１から２０％）が、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ１ＣＷ）２６１内に反射される。反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝播する光の一部（例えば、１から２０％）が、ビームスプリッタ２７２−５によって検出器（ＰＤ２ＣＣＷ）２６２内に反射される。検出器２６１および２６２で検出される光パワー量を示す情報が、共振追跡サーボ２５１およびＤＣ電力サーボ２５４に信号として送られる。検出器２６２からの信号が、共振追跡サーボ２５１に入力すべき２つの信号に分割される。共振追跡サーボ２５１は、マルチレーザー周波数制御２５０に信号を送り、マルチレーザー周波数制御２５０は、必要に応じて、スレーブレーザー１２１、１２２、および１２３の光ビームの周波数を感知共振器６０の共振ピークに合わせて調節する。ＤＣパワーサーボ２５４は、加算回路（Σ）２８１に信号を送り、輝度変調器３２０−２から出力された光ビーム３１０−２のパワーを調節する。この調節は、光カー効果が誘導する空洞光路長差が最小限に抑えられるようにＣＷ方向とＣＣＷ方向のパワーの平衡を取るために行われる。
【００５９】
[0050]図１に示される例示的ＲＦＯＧ１０は、輝度変調器３２０−１から光ビーム３１０−１の一部（例えば、１から１０％）を受信する相対強度ノイズ（ＲＩＮ）検出器（ＰＤ４）２５７を含む。ＲＩＮ検出器２５７は、（光ビーム３１０−１がビーム３１０−３と組み合わされる前に）ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に入力されている光ビーム３１０−１の強度ノイズを測定する。ＲＩＮ検出器２５７からのＲＩＮ信号は、信号フィードバックをＲＩＮサーボ電子システム２５６（本明細書では「第１の相対強度ノイズサーボ２５６」とも呼ばれる）に供給する。ＲＩＮサーボ電子システム２５６から輝度変調器３２０−１に送られる電子信号は、輝度変調器３２０−１を通過する入力光ビーム３１０−１の全光強度を調節し、その結果、ＲＩＮによる望ましくない輝度の変動が解消され、またはほぼ低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループが使用されて、輝度変調器３２０−１を通過する光ビーム３１０−１の強度ノイズまたは望ましくない輝度もしくは振幅変調が低減される。
【００６０】
[0051]図１に示される例示的ＲＦＯＧ１０はまた、輝度変調器３２０−２から光ビーム３１０−２の一部（例えば、１から１０％）を受信するＲＩＮ検出器（ＰＤ０）２６０をも含む。ＲＩＮ検出器２６０からのＲＩＮ信号は、ＲＩＮサーボ電子システム２５３（本明細書では「第２の相対強度ノイズサーボ２５３」とも呼ばれる）に信号フィードバックを供給する。ＲＩＮサーボ電子システム２５３から輝度変調器３２０−２に送られる電子信号は、輝度変調器３２０−２を通過する入力光ビーム３１０−２の全光強度を調節し、その結果、ＲＩＮによる望ましくない輝度の変動が解消され、またはほぼ低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループが使用されて、輝度変調器３２０−２を通過する光ビーム３１０−２の強度ノイズまたは望ましくない輝度もしくは振幅変調が低減される。
【００６１】
[0052]図１に示される例示的ＲＦＯＧ１０はまた、ビームスプリッタ２５８を介して輝度変調器３２０−３から光ビーム３１０−３の一部（例えば、１から１０％）を受信する相対的強度ノイズ（ＲＩＮ）検出器（ＰＤ３）２５９をも含む。ＲＩＮ検出器２５９は、（光ビーム３１０−３がビーム３１０−１と組み合わされる前に）ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に入力されている光ビーム３１０−３の強度ノイズを測定する。ＲＩＮ検出器２５９からのＲＩＮ信号は、信号フィードバックをＲＩＮサーボ電子システム２５２（本明細書では「第３の相対強度ノイズサーボ２５２」とも呼ばれる）に供給する。ＲＩＮサーボ電子システム２５２から輝度変調器３２０−３に送られる電子信号は、輝度変調器３２０−３を通過する入力光ビーム３１０−３の全光強度を調節し、その結果、ＲＩＮによる望ましくない輝度の変動が解消され、またはほぼ低減される。このようにして、ＲＩＮサーボループが使用されて、輝度変調器３２０−３を通過する光ビーム３１０−３の強度ノイズまたは望ましくない輝度もしくは振幅変調が低減される。
【００６２】
[0053]このようにして、ファイバ共振器２４０の反時計回り入力端２４１に配置された第１の相対強度ノイズサーボ２５６が、第１の周波数変調光ビーム３１０−１中の振幅ノイズを低減し、ファイバ共振器２４０の時計回り入力端２４２に配置された第２の相対強度ノイズサーボ２５３が、第２の周波数変調光ビーム３１０−２中の振幅ノイズを低減する。同様にして、ファイバ共振器２４０の反時計回り入力端２４１に配置された第３の相対強度ノイズサーボ２５２が、第３の周波数変調光ビーム３１０−３に中の振幅ノイズを低減する。
【００６３】
[0054]第１の相対強度ノイズサーボ２５６、第２の相対強度ノイズサーボ２５３、および第３の相対強度ノイズサーボ２５２は、第１の変調周波数ｆｍ、第２の変調周波数ｆｎ、および第３の変調周波数ｆｐの周波数を除去する。ＲＩＮが高く、復調器が変調周波数の高調波の整流を受けやすい、あるケースでは、第１の変調周波数ｆｍの第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数ｆｎの第１のいくつかの奇数高調波、および第３の変調周波数ｆｐの第１のいくつかの奇数高調波でのＲＩＮを除去するために十分に高い帯域幅をＲＩＮサーボに持たせることが望ましい。
【００６４】
[0055]第１の相対強度ノイズサーボ２５６、第２の相対強度ノイズサーボ２５３、および第３の相対強度ノイズサーボ２５２はまた、ＤＣ（直流）と５ｋＨｚとの間の周波数での輝度変動も除去する。このようにして、レーザーシステム１５を含む低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ１０に関するジャイロ角度ランダムウォークが、従来技術光ファイバジャイロスコープに関するジャイロ角度ランダムウォークよりも十分低くなる。
【００６５】
[0056]図３は、本発明によるレーザーシステムの一実施形態の拡大図である。図１に示す低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ１０の一実装では、レーザーシステム１６がレーザーシステム１５に取って代わる。レーザーシステム１６は、周波数安定化マスタレーザー２００と、スレーブレーザー１２１、１２２、および１２３とが単一のレーザー２２２で置き換えられる点で、図１および２のレーザーシステム１５とは異なる。レーザー２２２は、マスタレーザー周波数ｆ１の基準光ビーム３０９を放射する。本明細書では、マスタレーザー周波数ｆ１は「基準周波数ｆ１」とも呼ばれる。基準光ビーム３０９は、ビームスプリッタ２７２−６によって２つの光ビーム３０９−１および３０９−２に分割される。光ビーム３０９−１は、ビームスプリッタ２７２−６によって第２の光ビーム周波数コントローラ７５２に送られる。第２の光ビーム周波数コントローラ７５２は、周波数ｆｎの光ビーム３０９−１を周波数変調し、輝度変調器（ＩＭ）３２０−２（図１）に光ビーム３１１−２を出力する。変調された第２の光ビーム３１１−２は中心周波数ｆ１を有し、レートｆｎで変調される。本明細書では、変調された２の光ビーム３１１−２は「第２の周波数変調光ビーム３１１−２」と呼ばれる。
【００６６】
[0057]光ビーム３０９−２としてビームスプリッタ２７２−６によって反射された光ビーム３０９は、ビームスプリッタ２７２−７に入射する。光ビーム３０９−２は、ビームスプリッタ２７２−７によって２つの光ビーム３０９−３および３０９−４に分割される。
【００６７】
[0058]光ビーム３０９−４は、ビームスプリッタ２７２−７を通じて周波数ダウンシフタ７０１に送られる。周波数ダウンシフタ７０１は、周波数（ｆ１−ＦＳＲ＋Δｆ）を有する光ビーム３０９−５を出力する。光ビーム３０９−５は、第１の光ビーム周波数コントローラ７５１に入力される。第１の光ビーム周波数コントローラ７５１は、第１の光ビーム３０９−５の周波数を変調する。第１の光ビーム周波数コントローラ７５１は、周波数ｆｍで光ビーム３０９−５を周波数変調し、変調およびダウンシフト後の第１の光ビーム３１１−１を輝度変調器（ＩＭ）３２０−１（図１）に出力する。変調およびダウンシフト後の第１の光ビーム３１１−１は、中心周波数（ｆ１−ＦＳＲ＋Δｆ）を有し、ｆｍで周波数変調される。本明細書では、変調およびダウンシフト後の第１の光ビーム３１１−１は「第１の周波数変調光ビーム３１１−１」と呼ばれる。
【００６８】
[0059]光ビーム３０９−３は、ビームスプリッタ２７２−７によって周波数アップシフタ７０２に反射される。周波数アップシフタ７０２は、周波数（ｆ１＋ＦＳＲ＋Δｆ）を有する光ビーム３０９−６を出力する。光ビーム３０９−６は第３の光ビーム周波数コントローラ７５３に入力される。第３の光ビーム周波数コントローラ７５３は、周波数ｆｐで光ビーム３０９−６を周波数変調し、輝度変調器（ＩＭ）３２０−３（図１）に光ビーム３１１−３を出力する。変調およびアップシフト後の第３の光ビーム３１１−３は中心周波数（ｆ１＋ＦＳＲ＋Δｆ）を有し、ｆｐで変調される。本明細書では、変調およびアップシフト後の第３の光ビーム３１１−３は「第３の周波数変調光ビーム３１１−３」と呼ばれる。
【００６９】
[0060]光ビーム３１１−１、３１１−２、および３１１−３は、以下の違いを除いて、光ビーム３０７−１、３０７−２、および３０７−３が図１に示される低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ１０によって処理されるのと同様に、低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープによって処理される。共振追跡サーボ２５１では、第１のチャネル共振追跡サーボ５４１が、ｆｍの第１のチャネルに関する補正信号を周波数ダウンシフタ７０１に送り、第２のチャネル共振追跡サーボ５４２が、ｆｎの第２のチャネルに関する補正信号をレーザー２２２に送り、第３のチャネル共振追跡サーボ５４３が、ｆｐの第３のチャネルに関する補正信号を周波数アップシフタ７０２に送る。
【００７０】
[0061]具体的には、第１のチャネル共振追跡サーボ５４１は、ｆｍで変調（ディザリング）されたビーム用の補正信号で周波数ダウンシフタ７０１を駆動するために周波数ダウンシフタ７０１に出力を送る。ｆｍで変調されたビーム用の補正信号は、周波数ダウンシフタ７０１から出力される周波数を、ｎを整数としてその平均周波数ｆ１＋Δｆ−ＦＳＲが共振器６０の（ｎ−１）番目の共振周波数を中心とするように調節する。回転速度の存在下で共振中心となるために、ＣＣＷ入力光波３１１−１および３１１−３の周波数は、ＣＷ光波３１１−２と比べて周波数シフトΔｆを含む。Δｆの大きさおよび符号は、慣性空間に対するファイバ共振器６０の回転速度の大きさおよび符号を示す。
【００７１】
[0062]同様に、第３のチャネル共振追跡サーボ５４３は、ｆｐで変調（ディザリング）されたビーム用の補正信号で周波数アップシフタ７０２を駆動するために周波数アップシフタ７０２に出力を送る。ｆｐで変調されたビーム用の補正信号は、周波数アップシフタ７０２から出力される周波数を、ｎを整数としてその平均周波数ｆ１＋Δｆ＋ＦＳＲが共振器６０の（ｎ＋１）番目の共振周波数を中心とするように調節する。
【００７２】
[0063]第２のチャネル共振追跡サーボ５４２は、ｆｎで変調（ディザリング）されたビーム用の補正信号でレーザー２２２を駆動するためにレーザー２２２に補正信号を送る。ｆｎで変調されたビーム用の補正信号は、レーザー２２２から放射されるビームの周波数を適切な量だけ調節し、したがってレーザー２２２から放射される光ビーム３０９が、ｎを整数として共振器６０の（ｎ）番目の共振周波数を中心とする平均周波数ｆ１を有する。このようにして、レーザー２２２から放射されている光ビームの周波数ｆ１が、第２のチャネル共振追跡サーボ５４２からレーザー２２２に出力される補正信号によってファイバ共振器６０のＣＷ周波数に整合される。周波数ダウンシフタ７０１によって放射される光ビーム３０９−５と、周波数アップシフタ７０２によって放射される光ビーム３０９−６とはΔｆ項を含み、したがってファイバ共振器６０のＣＣＷ周波数に対して共振している。
【００７３】
[0064]このようにして、レーザーシステム１６を有する低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープに関するジャイロ角度ランダムウォークが、従来技術光のファイバジャイロスコープに関するジャイロ角度ランダムウォークよりも十分に低くなる。
【００７４】
[0065]図４Ａおよび４Ｂは、本発明による共振器光ファイバジャイロスコープのジャイロ角度ランダムウォークを低減する方法４００の一実施形態の流れ図である。共振器光ファイバジャイロスコープは、図１の共振器光ファイバジャイロスコープ１０でよい。この実施形態の一実装では、方法４００で実装される共振器光ファイバジャイロスコープは、図１のレーザーシステム１５が図３のレーザーシステム１６によって置き換えられる共振器光ファイバジャイロスコープである。
【００７５】
[0066]ブロック４０２で、少なくとも１つのレーザーから出力される第１の光ビームが、第１の変調周波数で周波数変調され、第１の周波数変調光ビームが形成される。
[0067]ブロック４０４で、少なくとも１つのレーザーから出力される第２の光ビームが、第２の変調周波数で周波数変調され、第２の周波数変調光ビームが形成される。第１の周波数変調光ビームの中心周波数は、第２の周波数変調光ビームの中心周波数から偏位される。この実施形態の一実装では、第１の周波数変調光ビーム３１１−１の中心周波数（ｆ１−Δｆ−ＦＳＲ）は、第２の周波数変調光ビーム３１１−２の中心周波数ｆ１からΔｆ−ＦＳＲだけ偏位される（図３）。この実施形態の別の実装では、第１の周波数変調光ビーム３０７−１の中心周波数ｆ１は、第２の周波数変調光ビーム３０７−２の中心周波数ｆ２からΔｆ−ＦＳＲだけ偏位される（図１）。第１の変調周波数と第２の変調周波数は互いに対して調整され、その結果、第１の周波数変調光ビームの第１の変調周波数を中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数を中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調光ビームの第１の変調周波数から偏位される。
【００７６】
[0068]ブロック４０６で、第１の周波数変調光ビームが、ファイバ共振器の反時計回り入力端に入力される。このようにして、第１の周波数変調光ビームがファイバ共振器に光学的に結合され、したがって第１の周波数変調光ビームは、ファイバ共振器内を反時計回り方向に伝播する。ファイバ共振器の反時計回り入力端に第１の周波数変調光ビームを入力する前に、第１の周波数変調光ビームが第１の輝度変調器３２０−１に入力される。第１の輝度変調器３２０−１は、ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に第１の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−１を出力する。ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４１に入力されている第１の低ノイズコヒーレント光ビームの強度ノイズが測定され、第１の輝度変調器３２０−１を通過する第１の周波数変調光ビーム３０７−１の光強度が、第１の相対強度ノイズサーボ２５６にフィードバックを供給することによって調節される。フィードバックは、第１の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−１の測定された強度ノイズに基づく。第１の相対強度ノイズサーボ２５６は、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、および第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波の周波数、またはその５ｋＨｚ以内の周波数を除去するように構成される。この実施形態の一実装では、第１の相対強度ノイズサーボ２５６は、ＤＣから５ｋＨｚまでの周波数を除去するように構成される。この実施形態の別の実装では、第１の相対強度ノイズサーボ２５６は、ＤＣから５ｋＨｚ未満までの周波数を除去するように構成される。この実施形態のさらに別の実装では、第１の相対強度ノイズサーボ２５６は、ＤＣから約７ｋＨｚまでの周波数を除去するように構成される。
【００７７】
[0069]ブロック４０８で、第２の周波数変調光ビーム３０７−２が、ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２に入力される。このようにして、第２の周波数変調光ビーム３１０−２がファイバ共振器コイル２４０に光学的に結合され、したがって第２の周波数変調光ビームは、ファイバ共振器コイル２４０内を時計回り方向に伝播する。
【００７８】
[0070]ファイバ共振器コイル２４０の反時計回り入力端２４２に第２の周波数変調光ビーム３１０−２を入力する前に、第２の周波数変調光ビーム３０７−２が第２の輝度変調器３２０−２に入力される。第２の輝度変調器３２０−２は、ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２に第２の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−２を出力する。ファイバ共振器コイル２４０の時計回り入力端２４２に入力されている第２の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−２の強度ノイズが測定され、第２の輝度変調器３０７−２を通過する第２の周波数変調光ビーム３１０−２の光強度が、第２の相対強度ノイズサーボ２５３にフィードバックを供給することによって調節される。フィードバックは、第２の低ノイズコヒーレント光ビーム３１０−２の測定された強度ノイズに基づく。第２の相対強度ノイズサーボ２５３は、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、および第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波の周波数、またはその５ｋＨｚ以内の周波数を除去するように構成される。この実施形態の一実装では、第２の相対強度ノイズサーボ２５３は、ＤＣから５ｋＨｚまでの周波数を除去するように構成される。
【００７９】
[0071]この実施形態の一実装では、少なくとも１つのレーザー２００から出力される第３の光ビーム３０８−３がある。第３の光ビーム３０８−３は、第３の変調周波数ｆｐで周波数変調され、第３の周波数変調光ビーム３０７−３が形成される。第３の周波数変調光ビーム３０７−３は（輝度変調器３２０−３を通過した後に）、ファイバ共振器６０の反時計回り入力端２４１に入力される。ファイバ共振器６０の時計回り入力端から出力された光ビームは、第３の復調周波数ｆｐで復調される。この場合、第１の変調周波数ｆｍ、第２の変調周波数ｆｎ、および第３の変調周波数ｆｐが互いに対して調節され、その結果、１）第１の周波数変調光ビーム３０７−１の第１の変調周波数ｆｍを中心とするファイバ共振器６０から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第３の周波数変調光ビーム３０７−３の第３の変調周波数ｆｐから周波数偏位され、２）第３の周波数変調光ビーム３０７−３の第３の変調周波数ｆｐを中心とするファイバ共振器６０から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調光ビーム３０７−１の第１の変調周波数ｆｍから偏位され、３）第２の周波数変調光ビーム３０７−２の第２の変調周波数ｆｎを中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第３の周波数変調光ビーム３０７−３の第３の変調周波数ｆｐから周波数偏位され、４）第３の周波数変調光ビーム３０７−３の第３の変調周波数ｆｐを中心とするファイバ共振器から出力される光ビーム上の側波帯ノイズスペクトルが、第２の周波数変調光ビーム３０７−２の第２の変調周波数ｆｎから偏位される。
【００８０】
[0072]ブロック４１０で、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームが、第１の復調周波数で復調される。
[0073]ブロック４１２で、ファイバ共振器の反時計回り入力端から出力される光ビームが、第２の復調周波数で復調される。第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、第１の周波数変調光ビームの第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の周波数変調光ビームの第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが、第１の周波数変調光ビームの第１の変調周波数から偏位される。第１の復調周波数は第１の変調周波数に等しい。第２の復調周波数は第２の変調周波数に等しい。
【００８１】
[0074]光ビーム３０７−１、３０７−３、３１１−１、３１１−３中のＦＳＲ光ビーム周波数偏移成分を、図１および３を参照しながら上記で説明したようにｍ＝１を使用する代わりに、ＦＳＲのｍ倍（ただしｍは整数である）に一般化できることを理解されたい。
【００８２】
[0075]例示的実施形態
[0076]実施例１は、少なくとも第１の光ビームおよび第２の光ビームを形成するのに使用される基準光ビームを出力するように構成された少なくとも１つのレーザーと、第１の変調周波数で第１の光ビームを変調して、第１の周波数変調光ビームを形成する第１の光ビーム周波数コントローラと、第２の変調周波数で第２の光ビームを変調し、第２の周波数変調光ビームを形成する第２の光ビーム周波数コントローラであって、第１の周波数変調光ビームと第２の周波数変調光ビームの少なくとも一方が、基準光ビームから周波数偏移される第２の光ビーム周波数コントローラと、時計回り入力端および反時計回り入力端を有するファイバ共振器コイルを有するファイバ共振器であって、反時計回り入力端が、第１の周波数変調光ビームを入力するように構成され、時計回り入力端が、第２の周波数変調光ビームを入力するように構成されるファイバ共振器と、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームを第１の復調周波数で復調する第１の周波数復調器と、ファイバ共振器の反時計回り入力端から出力される光ビームを第２の復調周波数で復調する第２の周波数復調器とを備える低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープであって、第１の復調周波数が第１の変調周波数に等しく、第２の復調周波数が第２の変調周波数に等しく、第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏移される低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８３】
[0077]実施例２は、ファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に配置され、第１の周波数変調光ビーム中の振幅ノイズを低減する第１の相対強度ノイズサーボと、ファイバ共振器コイルの時計回り入力端に配置され、第２の周波数変調光ビーム中の振幅ノイズを低減する第２の相対強度ノイズサーボとをさらに備える実施例１の共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８４】
[0078]実施例３は、第１の相対強度ノイズサーボおよび第２の相対強度ノイズサーボが、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波の周波数およびその周りの周波数の輝度変動を除去するように構成される、実施例１〜２のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８５】
[0079]実施例４は、第１の相対強度ノイズサーボおよび第２の相対強度ノイズサーボがさらに、ＤＣから５ｋＨｚまでの周波数の輝度変動を除去するように構成される、実施例１〜３のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８６】
[0080]実施例５は、基準光ビームが第３の光ビームを形成するのに使用され、共振器光ファイバジャイロスコープが、第３の変調周波数で第３の光ビームを変調し、第３の周波数変調光ビームを形成する第３の光ビーム周波数コントローラと、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力された光ビームを第３の復調周波数で復調する第３の周波数復調器と、ファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に配置され、第３の周波数変調光ビーム中の振幅ノイズを低減する第３の相対強度ノイズサーボとをさらに備え、第１の相対強度ノイズサーボ、第２の相対強度ノイズサーボ、および第３の相対強度ノイズサーボが、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第３の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、および第３の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波の周波数およびその周りの周波数の輝度変動を除去するように構成される、実施例１〜４のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８７】
[0081]実施例６は、第１の相対強度ノイズサーボ、第２の相対強度ノイズサーボ、および第３の相対強度ノイズサーボが、ＤＣから５ｋＨｚまでの周波数の輝度変動を除去するように構成される、実施例１〜５のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８８】
[0082]実施例７は、少なくとも１つのレーザーが、少なくとも、マスタレーザー周波数を有する周波数安定化マスタレーザーと、第１の周波数変調光ビームを放射するように構成された第１のスレーブレーザーであって、第１の周波数変調光ビームが、マスタレーザー周波数にロックされ、マスタレーザー周波数から偏移される第１の周波数を有する第１のスレーブレーザーと、第２の周波数変調光ビームを放射するように構成された第２のスレーブレーザーであって、第２の周波数変調光ビームが、マスタレーザー周波数にロックされ、マスタレーザー周波数から偏移される第２の周波数を有する第２のスレーブレーザーと、第３の周波数変調光ビームを放射するように構成された第３のスレーブレーザーであって、第３の周波数変調光ビームが、マスタレーザー周波数にロックされ、マスタレーザー周波数から偏移される第３の周波数を有する第３のスレーブレーザーとを含む、実施例１〜６のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００８９】
[0083]実施例８は、少なくとも１つのレーザーが、少なくとも、マスタレーザー周波数を有する周波数安定化マスタレーザーと、第１の周波数変調光ビームを放射するように構成された第１のスレーブレーザーであって、第１の周波数変調光ビームが、マスタレーザー周波数にロックされ、マスタレーザー周波数から偏移される第１の周波数を有する第１のスレーブレーザーと、第２の周波数変調光ビームを放射するように構成された第２のスレーブレーザーであって、第２の周波数変調光ビームが、マスタレーザー周波数にロックされ、マスタレーザー周波数から偏移される第２の周波数を有する第２のスレーブレーザーとを含む、実施例１〜６のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００９０】
[0084]実施例９は、少なくとも１つのレーザーが、基準光ビームを放射するレーザーであって、基準光ビームが第１の光ビーム、第２の光ビーム、および第３の光ビームに分割されるレーザーを含み、ジャイロスコープが、ファイバ共振器の重ならないスペクトル範囲だけ第１の光ビームをダウンシフトする周波数ダウンシフタであって、周波数ダウンシフタの出力が、ダウンシフト後の第１の光ビームを変調するように構成された第１の光ビーム周波数コントローラに入力され、変調およびダウンシフト後の第１の光ビームが、ファイバ共振器の反時計回り入力端に入力され、第２の光ビームが、第２の光ビームを変調するように構成された第２の光ビーム周波数コントローラに入力され、変調後の第２の光ビームが、ファイバ共振器の時計回り入力端に入力される周波数ダウンシフタと、ファイバ共振器の重ならないスペクトル範囲だけ第３の光ビームをアップシフトする周波数アップシフタであって、周波数アップシフタの出力が、アップシフト後の第３の光ビームを第３の変調周波数で変調し、変調およびアップシフト後の第３の光ビームを形成するように構成された第３の光ビーム周波数コントローラに入力され、変調およびアップシフト後の第３の光ビームが、ファイバ共振器の反時計回り入力端に入力される周波数アップシフタとをさらに備える、実施例１〜６のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００９１】
[0085]実施例１０は、第１の周波数復調器から誤差信号を受信し、周波数ダウンシフタに第１の補正信号を出力する第１のチャネル共振追跡サーボと、第２の周波数復調器から誤差信号を受信し、基準光ビームを放射するレーザーに第２の補正信号を出力する第２のチャネル共振追跡サーボと、第３の周波数復調器から誤差信号を受信し、周波数アップシフタに第３の補正信号を出力する第３のチャネル共振追跡サーボとをさらに備える、実施例９の共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００９２】
[0086]実施例１１は、第１の周波数復調器から誤差信号を受信し、第１の周波数変調光ビームに第１の補正信号を出力する第１のチャネル共振追跡サーボと、第２の周波数復調器から誤差信号を受信し、第２の周波数変調光ビームに第２の補正信号を出力する第２のチャネル共振追跡サーボとをさらに備える、実施例１〜１０のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【００９３】
[0087]実施例１２は、共振器光ファイバジャイロスコープのジャイロ角度ランダムウォークを低減する方法であって、少なくとも１つのレーザーから出力された第１の光ビームを第１の変調周波数で周波数変調し、第１の周波数変調光ビームを形成すること、少なくとも１つのレーザーから出力された第２の光ビームを第２の変調周波数で周波数変調し、第２の周波数変調光ビームを形成することであって、第１の周波数変調光ビームの中心周波数が、第２の周波数変調光ビームの中心周波数から偏位されること、ファイバ共振器の反時計回り入力端に第１の周波数変調光ビーム入力すること、ファイバ共振器の時計回り入力端に第２の周波数変調光ビームを入力すること、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力された光ビームを第１の復調周波数で変調すること、およびファイバ共振器の反時計回り入力端から出力された光ビームを第２の復調周波数で復調することを含み、第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏移される方法である。
【００９４】
[0088]実施例１３は、第１の輝度変調器に第１の周波数変調光ビームを入力すること、第１の輝度変調器からファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に第１の低ノイズコヒーレント光ビームを出力すること、ファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に入力されている第１の低ノイズコヒーレント光ビームの強度ノイズを測定すること、および第１の相対強度ノイズサーボにフィードバックを供給することによって第１の輝度変調器を通過する第１の周波数変調光ビームの光強度を調節することであって、フィードバックが、第１の低ノイズコヒーレント光ビームの測定された強度ノイズに基づくことをさらに含む、実施例１２の方法を含む。
【００９５】
[0089]実施例１４は、第２の輝度変調器に第２の周波数変調光ビームを入力すること、第２の輝度変調器からファイバ共振器コイルの時計回り入力端に第２の低ノイズコヒーレント光ビームを出力すること、ファイバ共振器コイルの時計回り入力端に入力されている第２の低ノイズコヒーレント光ビームの強度ノイズを測定すること、第２の相対強度ノイズサーボにフィードバックを供給することによって第２の輝度変調器を通過する第２の周波数変調光ビームの光強度を調節することであって、フィードバックが、第２の低ノイズコヒーレント光ビームの測定された強度ノイズに基づくことをさらに含み、第１の相対強度ノイズサーボおよび第２の相対強度ノイズサーボが、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、およびＤＣから５ｋＨｚまでの周波数、ならびにその周りの周波数の輝度変動を除去するように構成される実施例１２〜１３のいずれかの方法を含む。
【００９６】
[0090]実施例１５は、少なくとも１つのレーザーから出力される第３の光ビームを第３の変調周波数で周波数変調し、第３の周波数変調光ビームを形成すること、ファイバ共振器の反時計回り入力端に第３の周波数変調光ビームを入力すること、およびファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームを第３の復調周波数を復調することをさらに含み、第１の変調周波数、第２の変調周波数、および第３の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第３の変調周波数から周波数偏位され、第３の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第３の変調周波数から偏位される、実施例１２〜１４のいずれかの方法を含む。
【００９７】
[0091]実施例１６は、第３の輝度変調器に第３の周波数変調光ビームを入力すること、第３の輝度変調器からファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に第３の低ノイズコヒーレント光ビームを出力すること、ファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に入力されている第３の低ノイズコヒーレント光ビームの強度ノイズを測定すること、および第３の相対強度ノイズサーボにフィードバックを供給することによって第３の輝度変調器を通過する第３の周波数変調光ビームの光強度を調節することであって、フィードバックが、第３の低ノイズコヒーレント光ビームの測定した強度ノイズに基づくことをさらに含み、第１の相対強度ノイズサーボ、第２の相対強度ノイズサーボ、および第３の相対強度ノイズサーボが、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第３の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、および第３の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波の周波数、およびＤＣから５ｋＨｚまでの周波数、ならびにその周りの周波数の輝度変動を除去するように構成される、実施例１２〜１５のいずれかの方法を含む。
【００９８】
[0092]実施例１７は、少なくとも１つのレーザーから出力された第３の光ビームを第３の変調周波数で周波数変調し、第３の周波数変調光ビームを形成すること、ファイバ共振器の反時計回り入力端に第３の周波数変調光ビームを入力すること、およびファイバ共振器の時計回り入力端から出力された光ビームを第３の復調周波数で復調することをさらに含み、第１の変調周波数、第２の変調周波数、および第３の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第３の変調周波数から周波数偏位され、第３の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第３の変調周波数から周波数偏位され、第３の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第２の変調周波数から偏位される、実施例１２〜１６のいずれかの方法を含む。
【００９９】
[0093]実施例１８は、少なくとも第１の光ビームおよび第２の光ビームを形成するのに使用される基準光ビームを出力するように構成された少なくとも１つのレーザーと、第１の変調周波数で第１の光ビームを変調して、第１の周波数変調光ビームを形成する第１の光ビーム周波数コントローラと、第２の変調周波数で第２の光ビームを変調し、第２の周波数変調光ビームを形成する第２の光ビーム周波数コントローラであって、第１の周波数変調光ビームと第２の周波数変調光ビームの少なくとも一方が、基準光ビームから周波数偏移される第２の光ビーム周波数コントローラと、時計回り入力端および反時計回り入力端を有するファイバ共振器コイルを有するファイバ共振器であって、反時計回り入力端が、第１の周波数変調光ビームを入力するように構成され、時計回り入力端が、第２の周波数変調光ビームを入力するように構成されるファイバ共振器と、ファイバ共振器コイルの反時計回り入力端に配置され、第１の周波数変調光ビーム中の振幅ノイズを低減する第１の相対強度ノイズサーボと、ファイバ共振器コイルの時計回り入力端に配置され、第２の周波数変調光ビーム中の振幅ノイズを低減する第２の相対強度ノイズサーボとを備える低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープであって、第１の相対強度ノイズサーボおよび第２の相対強度ノイズサーボが、第１の変調周波数、第２の変調周波数、第１の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、第２の変調周波数の第１のいくつかの奇数高調波、およびＤＣから５ｋＨｚまでの周波数、ならびにその周りの周波数の輝度変動を除去するように構成される低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【０１００】
[0094]実施例１９は、ファイバ共振器の時計回り入力端から出力される光ビームを第１の復調周波数で復調する第１の周波数復調器と、ファイバ共振器の反時計回り入力端から出力される光ビームを第２の復調周波数で復調する第２の周波数復調器とをさらに備え、第１の復調周波数が第１の変調周波数に等しく、第２の復調周波数が第２の変調周波数に等しく、第１の変調周波数と第２の変調周波数が互いに対して調節され、その結果、ファイバ共振器から出力される光ビーム上で、第１の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第２の変調周波数から周波数偏位され、第２の変調周波数を中心とする側波帯ノイズスペクトルが第１の変調周波数から偏移される、実施例１８の低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【０１０１】
[0095]実施例２０は、第１の周波数復調器から誤差信号を受信し、周波数ダウンシフタまたは第１の光ビーム周波数コントローラの一方に第１の補正信号を出力する第１のチャネル共振追跡サーボと、第２の周波数復調器から誤差信号を受信し、基準光ビームを出力するように構成された少なくとも１つのレーザー、または第２の光ビーム周波数コントローラの一方に第２の補正信号を出力する第２のチャネル共振追跡サーボとをさらに備える、実施例１８〜１９のいずれかの低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープを含む。
【０１０２】
[0096]以下の特許請求で定義される本発明のいくつかの実施形態が説明された。それでも、特許請求される発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に対する様々な修正を行えることを理解されよう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  低ノイズ共振器光ファイバジャイロスコープ
１５  レーザーシステム
１６  レーザーシステム
６０  ファイバ共振器
１２１、１２２、１２３  スレーブレーザー
２００  周波数安定化マスタレーザー
２２２  レーザー
２４０  ファイバ共振器コイル
２４１  反時計回り入力端
２４２  時計回り入力端
２５０  多周波レーザー制御電気光学系、マルチレーザー周波数制御
２５１  共振追跡サーボ電子回路
２５２  第３の相対強度ノイズサーボ
２５３  第２の相対強度ノイズサーボ
２５４  ＤＣ電力サーボ
２５６  第１の相対強度ノイズサーボ
２５７  相対強度ノイズ（ＲＩＮ）検出器（ＰＤ４）
２５８  ビームスプリッタ
２５９  相対的強度ノイズ（ＲＩＮ）検出器（ＰＤ３）
２６０  ＲＩＮ検出器（ＰＤ０）
２７０−１、２７０−２  結合レンズ
２７２−２、２７２−４、および２７２−５  入力／出力光学系
２７２−６  ビームスプリッタ
３０７−１  第１のスレーブレーザー光ビーム
３０７−２  第２のスレーブレーザー光ビーム
３０７−３  第３のスレーブレーザー光ビーム
３０８−１  マスタレーザービーム、基準光ビーム
３０８−２  マスタレーザービーム、基準光ビーム
３２０−１、３２０−２、３２０−３  輝度変調器（ＩＭ）
５２１  第１の光ビーム周波数コントローラ
５２２  第２の光ビーム周波数コントローラ
５２３  第３の光ビーム周波数コントローラ
５３１  第１の周波数復調器
５３２  第２の周波数復調器
５３３  第３の周波数復調器
５４１  第１のチャネル共振追跡サーボ
５４２  第２のチャネル共振追跡サーボ
５４３  第３のチャネル共振追跡サーボ
７０１  周波数ダウンシフタ
７０２  周波数アップシフタ
７５１  第１の光ビーム周波数コントローラ
７５２  第２の光ビーム周波数コントローラ
７５３  第３の光ビーム周波数コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
2014038093000001.pdf