(57)【要約】光信号源（１２）からの光信号出力の波長安定化装置は光信号源（１２）からの光信号を受信するように配置した光ファイバー（１４）と光ファイバー（１４）から外へ制御信号を結合するように配置した光タップ（１６）を備える。光信号スプリッター（２２）が、制御部分を波長依存強度Ｉ１を有する第１部分と波長依存強度Ｉ２を有する第２部分とに分割するように設置される。制御回路（２８）が、比Ｒ＝Ｉ１／Ｉ２を算出して、光信号源（１２）における波長の移行が比Ｒを所定設定点から逸脱させる場合に、光信号源（１２）にエラー信号を送るように、設置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号源（１２）から光信号を受けるように配置された光ファイバー（１４）と、
光ファイバー（１４）によってガイドされた光信号から制御信号を結合するように配置された光タップ（１６）と、
制御信号を波長依存強度Ｉ1を有する第１部分と波長依存強度Ｉ２を有する第２部分とに分割するように設置された光信号スプリッター（２２）と、
比Ｒ＝Ｉ1／Ｉ2を算出して、光信号源における波長移行が比Ｒを所定設定点から逸脱させるような場合にエラー信号を光信号源（１２）に送るように設置された制御回路（２８）と
を含む、光信号源（１２）から出力される光信号の波長安定化装置。
【請求項２】
制御回路（２８）に接続されて波長依存強度Ｉ１を示す電気信号を生成するように設置された第１の光検出器（Ｐ１）、および、制御回路（２８）に接続されて波長依存強度Ｉ２を示す電気信号を生成するように設置された第２の光検出器（Ｐ２）を更に備える、請求項１の光信号源波長安定化装置。
【請求項３】
光信号スプリッター（２２）が、波長依存強度Ｉ１を有する送出部分と波長依存強度Ｉ２を有する反射部分とを出力するように形成された光スロープフィルターとして形成される、請求項２の光信号源波長安定化装置。
【請求項４】
光信号スプリッター（２２）が、
制御信号を第１部分と第２部分とに分割するように設置した波長独立光カプラー（３２）と、
制御信号の第１部分の入射を受けるように配置され、第１波長帯域内の光信号Ｉ１を送信するように形成された第１光エッジフィルター（３８）と、
制御信号の第２部分の入射を受けるように配置され、第２波長帯域内の光信号Ｉ２を送信するように形成された第２光エッジフィルター（４２）と
を含む、請求項２の光信号源波長安定化装置。
【請求項５】
光信号スプリッター（２２）が、
制御信号を第１部分と第２部分とに分割するように配置した波長独立光カプラー（３２）と、
制御信号の第１部分の入射を受けるように配置され、第１波長帯域内の光信号Ｉ１を送信するように形成された第１光エッジフィルター（３８）と、
制御信号の第２部分の入射を受けるように配置され、第２波長帯域内の光信号Ｉ２を送信するように形成された第２光エッジフィルター（４２）と
を含む、請求項１の光信号源波長安定化装置。
【請求項６】
光信号スプリッター（２２）が、
制御信号が結合されるように配置した第１光ファイバー（２０）と、
制御信号を、第１光ファイバー（２０）でガイドされ続ける第１制御部分と第１光ファイバー（２０）外に結合される第２制御部分とに分割するように設置された第１の光カプラー（５０）と、
第１光ファイバー（２０）と接続された第２の光カプラー（５８）と、
第２の光カプラー（５８）から第１制御部分を受けるように配置された第２光ファイバー（６０）と、
第２光ファイバー（６０）内に形成されて第１波長帯域内の光信号Ｉ１を形成するように設置された第１ファイバーブラッグ格子（６２）と、
第１の光カプラー（５０）から第２制御部分を受けるように設置された第３光ファイバー（５２）と、
第３光ファイバー（５２）内に形成されて第２波長帯域内の光信号Ｉ２を形成するように設置された第２ファイバーブラッグ格子（５４）と
を含む、請求項１の光信号源波長安定化装置。
【請求項７】
光信号スプリッター（２２）が、
制御信号が結合されるように配置した第１光ファイバー（２０）と、
制御信号を第１光ファイバー（２０）でガイドされ続ける第１制御部分と第１光ファイバー（２０）外に結合される第２制御部分とに分割するように設置された光カプラー（７４）と、
第１光ファイバー（２０）内に形成されて、第１光周波数を送信して第１波長帯域内の光信号Ｉ１を形成するように形成されるとともに第２光周波数を光カプラー（７４）に反射させて第２波長帯域内の光信号Ｉ２を形成するように形成されたファイバーブラッグ格子（７２）と、
光カプラー（７４）に接続されてそこから光信号Ｉ２を受けるように設置された第２光ファイバー（７６）と
を含む、請求項１の光信号源波長安定化装置。
【請求項８】
光信号スプリッター（２２）が、
制御信号が結合されるように配置された第１光ファイバー（２０）と、
制御信号を第１光ファイバー（２０）でガイドされ続ける第１制御部分と第１光ファイバー（２０）外に結合される第２制御部分とに分割するように設置された波長独立光サーキュレーター（８２）と、
第１光ファイバー（２０）内に形成されて、第１光周波数を送信して第１波長帯域内の光信号Ｉ１を形成するように形成されるとともに第２光周波数を光サーキュレーター（８２）に反射させて第２波長帯域内の光信号Ｉ２を形成するように形成されたファイバーブラッグ格子（８８）と、
光サーキュレーター（８２）に接続されてそこから光信号Ｉ２を受けるように設置された第２光ファイバー（８６）と
を含む、請求項１の光信号源波長安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光ファイバーセンサー、特に光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）としても知られる光ファイバー回転センサーに関する。更に詳しくは、本発明は或る動作温度範囲全般における波長の安定化を進めた、ＦＯＧ技術応用装置のための光信号源の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域光源は主として感知技術応用装置に用いられ、ＦＯＧ応用技術で使われる一次信号源である。ジャイロスケールファクター（ＳＦｇｙｒｏ）の安定は、下記の等式から判るように信号源の波長の安定に高度に依存する。
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（１）
ここでＡは光路の封入面積、Ｎは光ファイバーコイルの巻き数、ｃは真空中における光の速さ、λｃは波長の中心である。この等式（１）から、λｃが変化するとジャイロスケールファクターが影響を受けることがわかる。スケールファクター性能の改善のためには、波長を温度と時間に渡って安定させるか、適宜の情報を収集してジャイロ性能から波長変動を模式化する手段を提供しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）システムでの使用に適した広帯域光信号源の波長安定化を目的とする。本発明は超蛍光ファイバー（ＳＦＳ）と、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）に基づく光信号源のどちらにも応用可能である。何れの場合にも光信号源スペクトルは３ｄＢ点で主として２０ｎｍから５０ｎｍと広く、中心波長は温度と共に変動する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
光信号源からの光信号出力の波長安定化のための本発明による装置は、光信号源からの光信号受信用に配した光ファイバーと、光信号の制御部分を光ファイバーから取り出すように配した光学タップを含む。光信号スプリッターが配置されて、制御部分を、波長依存強度Ｉ１を有する第１の部分と、波長依存強度Ｉ２を有する第２の部分とに分割する。制御回路が設置されて、比Ｒ＝Ｉ１／Ｉ２を演算し、光信号源の波長のドリフトが比Ｒを所定設定点から逸脱させる時は、エラー信号を光信号源に送る。
【０００５】
この装置は更に、制御回路に接続され、波長依存強度Ｉ１を表わす電気信号を生成するように設置された第１の光検出器と、制御回路に接続され、波長依存強度Ｉ２を表わす電気信号を生成するように設置された第２の光検出器とを備え得る。
【０００６】
光信号スプリッターは、波長依存強度Ｉ１を有する透過部分と波長依存強度Ｉ２を有する反射部分とを出力するように形成した光スロープフィルターを含んでも良い。
【０００７】
或いは、光信号スプリッターは、制御信号を第１部分と第２部分とに分割するようにした波長独立光結合器と、第１の光学エッジまたは帯域フィルターを備えても良く、この第１の光学エッジまたは帯域フィルターは、制御信号の第１部分がそこへの入射となるように配置され、第１波長帯中の光信号Ｉ１を透過させるように形成される。第２の光学エッジまたは帯域フィルターは、制御信号の第２部分を入射として第２波長帯中の光信号Ｉ２を透過させるように形成してもよい。
【０００８】
或いは、光信号スプリッターは、制御信号が結合されるようにした第１光ファイバーと、制御信号を第１光ファイバーでガイドされ続ける第１制御部分と第１光ファイバー外に結合される第２制御部分とに分離するように設置された第１光カプラ−とを含んでもよい。第２光カプラーが第１光ファイバーと接続され、第２光ファイバーが第２光カプラーから第１制御部分を受けるように配置され、第１ファイバーブラッグ格子が第２光ファイバー内に形成されかつ第１波長帯の光信号Ｉ１を形成するように設置され、第３光ファイバーが第１光カプラーから第２制御部分を受けるように配置され、第２のファイバーブラッグ格子が第３光ファイバー内に形成されかつ第２波長帯の光信号Ｉ２を形成するように設置されてもよい。
【０００９】
光信号スプリッターはまた、制御信号が結合されるように配した第１光ファイバーと、制御信号を第１光ファイバーでガイドされ続ける第１制御部分と第１光ファイバー外に結合される第２制御部分とに分離するように設置された光カプラーと、第１光ファイバー内に形成されたファイバーブラッグ格子であって第１光周波数を通して第１波長帯中の光信号Ｉ１を形成すると共に第２光周波数を光カプラーに後方反射させて第２波長帯中の光信号Ｉ２を形成するものと、光カプラーに接続されて光信号Ｉ２を受けるように設置された第２光ファイバーを含んでも良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による幾つかの実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は二つの異なる温度における典型的な超ルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）のスペクトル図を示す。図１の実線は温度１７℃における波長の関数としての相対的な強度を示す。破線は温度２４℃における波長の関数としての相対的な強度を示す。この図１から、７℃の温度変化で最大強度の波長に約３ｎｍの変動が生じることが容易に判明する。
【実施例１】
【００１２】
図２は本発明の第１の実施例による光信号源波長安定化装置１０を示す。光信号源１２は光信号を第１光ファイバー１４に供給する。光ファイバー１４は光信号を光信号源１２から光ファイバーカプラー１６にガイドする。光ファイバーカプラー１６は信号源光の大部分を、主として回転検出応用技術に用いられる光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）１８に出力する。光ファイバーカプラー１６とＦＯＧ１８の適切な構成は当該技術において周知であるからここで詳述する必要はない。
【００１３】
光ファイバーカプラー１６は信号源光の一部を第２光ファイバー２０に結合する。時折り「タップカプラー」という用語がこの光ファイバーカプラー１６に対して用いられる。第１光ファイバー１４から一部結合された信号源光は「タップ光」とも呼ばれる。第２光ファイバー２０はこのタップ光を光スロープフィルター２２にガイドし、光スロープフィルター２２はタップ光の第１部分（矢印２４で示す）を透過させ、第２部分（矢印２６で示す）を反射させる。光スロープフィルター２２は、反射された強度に対する透過された強度の比がタップ光の光波長の関数となるように構成される。光スロープフィルターは、予め決められた比の値が、ＦＯＧ１８への入力用に望ましい波長を選択するように設定されるよう構成される。
【００１４】
タップ光の透過された第１部分２４は第１光検出器Ｐ１に入射し、反射された第２部分２６は第２光検出器Ｐ２に入射する。これら光検出器Ｐ１およびＰ２は、それぞれ、透過されたタップ光２４と反射されたタップ光２６の強度に対応する電気信号を生成する。第１と第２の光検出器Ｐ１およびＰ２は制御回路２８に接続され、制御回路２８は、信号源波長が選択された波長から逸脱したことを示すエラー信号を生成するように設定されている。エラー信号は、第１光ファィバー１４とＦＯＧ１８への光信号入力の波長を調節するために、光信号源１２にフィードバックされる。
【００１５】
反射されたタップ光強度に対する透過されたタップ光強度の比は、信号源光が選択された波長を有することを表わす固定設定点に設定される。信号源波長に何らかの変化があれば制御回路２８で算出される比が変化する。制御回路２８が決定した実際の比と設定点との間の差は、エラー信号の生成のために使用され、エラー信号は、選択値から離れる波長の変化を矯正するために、光信号源にフィードバックされる。ここで注意すべきことは、第１と第２の光検出器Ｐ１とＰ２によって生成された電気信号の比がエラー信号決定に用いられるため、信号源信号の強度上の変動は光信号源波長安定化装置１０では検出されないことである。このような変動は透過された第１部分２４と反射された第２部分２６の双方に現れて比の算出から分離する。
【００１６】
図３は本発明の第２の実施例による光信号源波長安定化装置３０を示す。図３が図２と異なるのは、光スロープフィルター２２を、光カプラー３２と、一対のブルーエッジ及びレッドエッジ帯域フィルター３８及び４２で置き換えた点のみである。タップ信号は第２光ファイバー２０から光カプラー３２に入力され、そこでタップ信号は２つのほぼ均等な信号に分割される。光カプラー３２のカップリング特性はタップ信号の波長とは無関係であることが望ましい。光ファイバー２０内に残る光はブルーエッジ帯域フィルター３８に入力される。光カプラー３２はタップ光の半分を光ファイバー４１に結合し、光ファイバー４１は結合されたタップ光をレッドエッジ帯域フィルター４２に案内する。ブルーエッジ帯域フィルター３８とレッドエッジ帯域フィルター４２から出力された信号はそれぞれ対応する光検出器Ｐ１およびＰ２に入射される。
【００１７】
光検出器Ｐ１及びＰ２は、電気信号を制御回路２８に送り、ブルーエッジ及びレッドエッジ帯域フィルター３８及び４２から出力された光信号の強度を示す。これら光信号の強度の比は光信号源１２から出力される選択された波長のための固定値に設定される。光信号源波長の選択波長からの逸脱は強度の比を変化させる。強度比の変化は、光信号源の波長を選択された値へ戻す調整に用いられるエラー信号の形成に用いられる。
【００１８】
図４Ａは、選択温度Ｔにおける、光信号源信号の強度を、波長との関数として図示する。図４Ａはまたブルーエッジとレッドエッジ帯域フィルター３８及び４２の帯域特性を示す。両帯域フィルター３８及び４２はこれらを通過する強度が等しくなるように設置される。図４Ｂは、温度Ｔ＋ΔＴにおける光信号源の信号強度対波長の特性図である。光信号源信号は右にシフトし、それによって、両帯域フィルター３８及び４２を透過する信号の相違が起こる。
【００１９】
信号源波長スペクトルは通常３０〜６０ｎｍの有限帯域巾を有するので、波長中心に対するスペクトル形状上の位置を表す用語がある。波長中心より左のスペクトルの部分はブルーエッジ成分と呼ばれ、波長中心より右のスペクトルの部分はレッドエッジ成分と呼ばれる。
【００２０】
パスバンドフィルターとカットオフフィルターの何れもブルーエッジ及びレッドエッジ帯域フィルターとして用い、広帯域光信号源における波長移行の監視に作用させ得る。図４Ａに示すのは２つのパスバンドフィルターで、その一方はスペクトルのブルーエッジ（左側）に適用され、他方はスペクトルのレッドエッジ（右側）に適用され、図４Ｂに示すのは波長が移行したスペクトルでの同じフィルターである。
【００２１】
二者択一的に、カットオフフィルターが使用可能である。このフィルターの伝達関数は透過波長と非透過波長の間に先鋭な遷移特性を有しなければならない。図４Ｃと４Ｄに示すのはそれぞれ非移行信号源スペクトルと移行信号源スペクトルに当てたカットオフフィルターである。機能上、パスバンドフィルターとカットオフフィルターの双方のアプローチが波長安定化に帰結することを明白に示している。
【００２２】
図５は、図２及び３に示す本発明の各実施例に類似する第３の実施例による光信号源波長安定化装置４０を示す。光ファイバー２０はタップした信号を光カプラー５０にガイドし、光カプラー５０はこの信号を光ファイバー２０と光ファイバー５２とに均等に振り分ける。光ファイバー５２はタップした信号のうちのそれに分岐された一部をファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）５４にガイドする。ＦＢＧ５４は信号源スペクトルの第１選定波長帯を光カプラー５０に戻す方向に反射させる。反射されなかった光ファイバー５２内の光信号の一部は、光ファイバー５２からの光を受け取るように配置された光ターミネーター５６に吸収される。ＦＢＧ５４で反射された光の一部は光カップラー５０を通過して光検出器Ｐ１に入射される。
【００２３】
光ファイバー２０内で光カプラー５０を通過する光は光ファイバー２０を伝搬して光カプラー５８に至る。光カプラー５８はタップした信号の一部を光ファイバー６０に結合し、光ファイバー６０は、その中の光信号をＦＢＧ６２へガイドするように設置されている。ＦＢＧ６２は信号源スペクトルの第２選定波長帯を光カプラー５８に戻す方向に反射させる。ＦＢＧ６２で反射されなかった光は、光ファイバー６０からの光信号を受け取るように配置された光ターミネーター６４で吸収される。タップした信号のうちＦＢＧ６２で反射された一部は、光カプラー５８を通過して光ファイバー６０により光検出器Ｐ２にガイドされる。
【００２４】
光検出器Ｐ１およびＰ２は第１と第２の選定波長帯の強度に対応する電気信号を生成する。これら電気信号は、上述したように、必要なときに信号源波長を調整するために用いられるエラー信号を生成するために、制御回路２８により処理される。
【００２５】
図６は単独の温度無依存のＦＢＧ７２を用いた第４の実施例による光信号源波長安定化装置７０を示す。光ファイバー２０はタップした信号を光カプラー７４にガイドし、光カプラー７４は、光ファイバー２０に残る透過部分と光ファイバー７６に結合する結合部分とを出力する。光ターミネーター７８が結合部分を吸収する。透過部分は光ファイバー２０内をＦＢＧ７２に伝搬し、ＦＢＧ７２はタップした信号の一部を光カプラー７４に戻す方向に反射させる。光カプラー７４はタップした信号で反射されたものの一部を光ファイバー７６に結合し、光ファイバー７６はこの反射タップ信号の一部を光検出器Ｐ１にガイドする。反射されずにＦＢＧ７２を通過するタップ信号の一部は光検出器Ｐ２に入射される。光検出器Ｐ１およびＰ２が生成した電気信号の比を取れば、波長の移行を補正するために光信号源１２に帰還させるエラー信号を生成するために用い得る情報が得られる。
【００２６】
図７は、単独のＦＢＧ７２と光サーキュレーター８２を用いた第５の実施例による光信号源波長安定化装置８０の略図的表示である。図７に見られる形態は図６に示す光信号源波長安定化装置７０に類似する。図６の波長から独立した光カプラー７４は３ポートの光サーキュレーター８２に置き換えられる。光サーキュレーター８２はポート１〜３を有する。光ファイバー２０がポート１に接続されて光信号を光信号源１２から光サーキュレーター８２に与える。光ファイバー８４がポート２に接続され、光ファイバー８６がポート３に接続される。光サーキュレーター８２はその入力と出力を循環させるように回転させ得る３ポート装置として構成される。つまり、ポート１への信号入力はポート２において光サーキュレーター８２から出力され、ポート２への信号入力はポート３から出力される。ポート１からポート３へ、あるいはポート２からポート１へは、信号を通過させないようになっている。この入出力関係は１⇒２⇒３⇒１のように表せる。光サーキュレーターの導入は、光サーキュレーター８２を使用すれば光損失の失点が低くなる点で３ｄＢのカプラーの使用よりも有利である。代表的な光サーキュレーターは損失ポート対ポートが約０．７５ｄＢであるに対し、３ｄＢカプラーは損失入力対出力が３ｄＢである。図６および７に示す形態において、光検出器Ｐ１で観測されるパワーについて生じる光損失は、それぞれ６ｄＢと１．５ｄＢである。
【００２７】
光サーキュレーター８２のポート１に入力された信号は、従って、ポート２においてサーキュレーターから光ファイバー８４に出力され、光ファイバー８４はこの信号をＦＢＧ８８にガイドする。ＦＢＧ８８に入力された信号の第１部分は反射されて光ファイバー８４内を伝搬して光サーキュレーター８２のポート２に至る。この信号の第１部分は次いでポート３において光サーキュレーター８２から光ファイバー８６へ出力される。この信号の反射された部分は光検出器Ｐ１によって検出される。
【００２８】
ＦＢＧ８８に入射された信号の第２部分は光ファイバー８４内を光検出器Ｐ２に伝達される。光検出器Ｐ１およびＰ２で生成された電気信号は、光信号源１２から出力される波長の調整に用いられるエラー信号を生成するために、図６に関して上記した様に、処理される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＦＯＧ応用技術で使用される代表的な光信号源について温度の関数としての波長の移行を示す図。
【図２】本発明による光信号源波長安定化装置の第１の実施例を略図的に示す。
【図３】光信号源安定化制御のためにエッジフィルターを用いる本発明の一実施例を略図的に示す。
【図４Ａ】光信号源スペクトルエッジフィルターの効果をグラフ図で示す。
【図４Ｂ】移行した光信号源スペクトルならびにエッジフィルターの効果をグラフ図で示す。
【図４Ｃ】光信号源のスペクトルを示すと共にブルーエッジフィルターならびにレッドエッジフィルターを示す。
【図４Ｄ】温度変化によって生じた周波数移行の後の光信号源のスペクトルを示すと共にブルーエッジフィルターならびにレッドエッジフィルターを示す。
【図５】一対の温度無依存ファイバーブラッグ格子を含む本発明の一実施例を略図的に示す。
【図６】単独のファイバーブラッグ格子を用いて光信号源の安定化をもたらす本発明の一実施例を略図的に示す。
【図７】光カプラーに代えて光サーキュレーターを含む図６に示すものと類似の本発明の一実施例を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１０    光信号源波長安定化装置
１２    光信号源
１４    第１光ファイバー
１６    光ファイバーカプラー
１８    光ファイバージャイロスコープ（ＦＯＧ）
２０    第２光ファイバー
２２    光スロープフィルター
２４    送出第１部分
２６    反射第２部分
Ｐ１，Ｐ２    光検出器
２８    制御回路
３０    光信号源波長安定化装置
３２    光カプラー
３８    ブルーエッジ帯域フィルター
４１    光ファイバー
４２    レッドエッジ帯域フィルター
４０    光信号源波長安定化装置
５０    光カプラー
５２    光ファイバー
５４    ファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）
５６    光ターミネーター
５８    光カプラー
６０    光ファイバー
６２    ＦＢＧ
６４    光ターミネーター
７０    光信号源波長安定化装置
７２    不透熱性ＦＢＧ
７４    光カプラー
７６    光ファイバー
７８    光ターミネーター
８０    光信号源波長安定化装置
８２    光サーキュレーター
８４，８６    光ファイバー
８８    ＦＢＧ
【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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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009522769.tif 000015
2009522769.tif 000016