(57)【要約】  光トランシーバ（１０）は、温度制御装置（８、３）、光源（１）、光ガイドファイバ（１１）、検出器（４）、光源（１）からの光をコリメートするための光学素子（５）、光ビームを光ガイドファイバ（１１）にフォーカシングするための結合光学素子（１５）、および、コリメートされた光ビームの一部を波長安定化部（２７）に伝送しつつ、コリメートされた光ビームの他の一部を結合光学素子（１５）に伝送するビームスプリッタ（６）を有する基板（１８）を備えている。波長安定化部（２７）は、光源（１）の波長ドリフトを検出しつつ補償する。光トランシーバ（１０）は、光源（１）として超発光性ダイオードを有しており、例えば、光ファイバジャイロ（１００）に一体化されていてもよい。
2013501254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電流によって制御され得る光源（１）であって、光トランシーバ（１０）によって輻射される光を放射する光源（１）と、
上記光源（１）によって放射された光の波長を安定させるための波長安定化部（２７）と、
波長ドリフトを検出するためのセンサ装置と、
上記波長ドリフトを打ち消すように上記駆動電流をセンサ信号の関数として制御するための、上記センサ装置および上記光源（１）に接続されている制御部と、
を備えていることを特徴とする光トランシーバ。
【請求項２】
上記光源（１）は、広帯域の半導体光源である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項３】
上記光源（１）は、超発光性ダイオードである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光トランシーバ。
【請求項４】
上記光源（１）の放射スペクトルは、１０００ｎｍの波長より小さい、
ことを特徴とする請求項３に記載の光トランシーバ。
【請求項５】
上記波長安定化部（２７）は、
上記放射された光の中心波長を決定するための波長センサ（７）と、
上記放射された光の波長ドリフトを補償するための調整回路（２０）と、
を備えている、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光トランシーバ。
【請求項６】
上記波長センサ（７）は、異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）を備えている、
ことを特徴とする請求項５に記載の光トランシーバ。
【請求項７】
上記調整回路（２０）は、
上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号の比率信号を形成するように構成されつつ、
キャリブレーション中に決定される上記比率信号の値が略一定のままであるように、上記駆動電流を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバ。
【請求項８】
上記光トランシーバによって受けられた光を測定するための検出器（４）と、
切り替え可能なゲインを用いて上記検出器（４）の電気的出力信号を増幅させるための増幅器と、
サム信号の関数として上記ゲインを制御するために適している制御回路と、
を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項９】
上記光源（１）と上記検出器（４）との間に偏光装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項８に記載の光トランシーバ。
【請求項１０】
上記偏光装置は、２つの位置に２つの偏光板（２）を備えており、
第１の位置は、上記光源（１）とビームスプリッタ（６）との間のコリメートされた光ビームパスに設けられており、
第２の位置は、上記ビームスプリッタ（６）と上記検出器（４）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項９に記載の光トランシーバ。
【請求項１１】
偏光板（１２）が、ビームスプリッタ（６）と光ガイドファイバ（１１）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項８に記載の光トランシーバ。
【請求項１２】
温度変化を検出する温度センサ（３）と、
温度変化を平衡にする熱電冷却装置（８）と、
を有する温度制御装置（８、３）を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の光トランシーバ。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れか１項に記載の光トランシーバ（１０）を備えている光ファイバジャイロ（１００）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光ファイバジャイロ（１００）を備えているナビゲーションシステム。
【請求項１５】
光トランシーバ（１０）の光源（１）の放射帯域の現位置を決定する工程と、
上記現位置と上記放射帯域の参照位置とを比較する工程と、
上記放射帯域の上記現位置が上記参照位置に一致するように、上記光源（１）を制御する工程と、
を含んでいることを特徴とする光トランシーバの動作方法。
【請求項１６】
上記放射帯域の上記参照位置は、キャリブレーションの工程において決定される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の動作方法。
【請求項１７】
上記現位置は、異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号から形成された比率信号から決定され、
当該位置に、上記光源（１）からの光が入る、
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の動作方法。
【請求項１８】
上記光源（１）は、上記光源（１）に供給される駆動電流であって、上記光源（１）におけるｐｎ接合を横切って電流を印加する駆動電流によって制御される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の動作方法。
【請求項１９】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の増加によって補償され得るように選択される、
ことを特徴とする請求項１８に記載の動作方法。
【請求項２０】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の減少によって補償され得るように選択され、
上記光トランシーバ（１０）の検出器（４）のゲインは、異なるスペクトル感動を有する上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の上記出力信号から形成されるサム信号の関数として制御される、
ことを特徴とする請求項１８に記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光ファイバジャイロは、例えばナビゲーションシステムにおいて用いられている。高精度が要求される慣性ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）において用いられる光ファイバジャイロは、典型的に約１５５０ｎｍの波長を伴う高安定性で超蛍光性の光源に基づいている。１５５０ｎｍでは、温度の関数としての超蛍光性の光源の波長依存性は、典型的に１０ｐｐｍ／℃である。値を約０．０５ｐｐｍ／℃改善することは、波長安定化エレメント、例えば熱的に補償されたブラッググレーティングを用いることによってのみ実現され得る。
【０００２】
超発光性ダイオード（ＳＬＤ）は、安価だが著しく安定性に欠けている半導体光源であり、以前は、高精度を要するシステムにおける光ファイバジャイロに用いることが避けられてきた。ＳＬＤは、主にそれらの波長の不安定性に起因して、スケール因子が比較的に低精度である。例えば、ＳＬＤの波長は、一方では温度に強く依存している。温度ドリフトは凡そ｜ｄδ／ｄＴ｜＝４００ｐｐｍ／℃である。ＳＬＤの波長が不安定である他の原因として、動作時間の増加に伴い半導体ソースには、ＳＬＤの波長が増加したり、搬送パワーが減少したりする典型的な劣化のプロセスがある。
【０００３】
独国特許発明第１０３ ０７５２４号明細書には、安定化のための１つまたは２つのファイバブラッググレーティングの形状にて外部波長参照にＳＬＤのスペクトルを伝送する方法が記載されている。要求される技術は複雑かつ高価である。更に、付加的な光損失が予測される。
【０００４】
米国特許第７，２２８，０２２号明細書には、超発光性の光源および温度調整部を備える集積化光トランシーバが記載されている。光源によって輻射される光は、光ガイドを介して光ファイバジャイロに結合されており、光ファイバジャイロから引き出された光は検出器に伝送される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、経済的な光トランシーバ、このような光トランシーバを備える光ファイバジャイロ、および、このような光ファイバジャイロを備えるナビゲーションシステムを提供することにある。光トランシーバを動作させるための方法を提供することも本発明の目的である。
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の光トランシーバ、請求項１３に記載の光ファイバジャイロ、請求項１４に記載のナビゲーションシステム、および、請求項１５に記載の方法を提供することによって実現される。有益な構成は、それぞれの従属請求項に見られる。
【０００７】
このような光トランシーバの構成によって、光トランシーバの光源として超発光性ダイオードを用いることが可能になる。光変換器は、慣性ナビゲーションシステムにおいて便宜的に用いられ得る、例えば光ファイバジャイロに一体化されていてもよい。
【０００８】
本発明の実施形態は、図面を参照しつつ、より詳細に以下に記載されている。主に本発明の根本的な原理を記載し説明することに焦点が合わされている。様々な実施形態の特徴は、それらが相容れない限り、互いに組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明は、図面を参照することにより、以下において、より詳細に説明されるであろう。
【図１】一例示的実施形態に係る光トランシーバの一部の概略平面図である。
【図２】他の実施形態に係る光トランシーバの波長センサ装置の特性曲線の概略図である。
【図３】他の例示的実施形態に係る、波長安定化部を備える光トランシーバの簡単なブロック図である。
【図４】超発光性ダイオードの典型的な特性曲線の概略図である。
【図５】他の例示的実施形態に係る光トランシーバを備える光ファイバジャイロを表す簡単な概観である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、光トランシーバ１０を示しており、その光学的および光電子的コンポーネントは、支持台上に配置されている。一実施形態によれば、光トランシーバ１０は、温度センサ３および熱電冷却エレメント８(TEC:thermoelectric cooler、熱電冷却装置)を有する温度調整部を備えている。このような実施形態において、少なくとも幾つかの光学的および光電子的コンポーネントは、ＴＥＣ８上に配置（集積化）されてもよい。ＴＥＣ８は、例えば、ペルチェエレメントであり、例えば基板１８のような、シリコン、酸化シリコン、ガラス、セラミックまたはプラスチック、または、１つ以上のこれらの物質の層から成るキャリア上に順々に固定されてもよい。他の実施形態によれば、ＴＥＣ８および基板１８は、空間的に互いに離れて配置されている。ＴＥＣ８は、結合エレメントを介して基板１８または光源１に熱を伝導するように結合されている。結合エレメントは、ＴＥＣ８を基板１８または光源１に熱的に結合している。光学的および光電子的コンポーネントは、基板１８上に直接配置または形成されている。一方には光学的および光電子的コンポーネントが、他方にはＴＥＣ８が、それぞれ基板１８の反対の表面上に配置されるように、ＴＥＣ８が基板１８の下に配置されてもよい。
【００１１】
光トランシーバ１０は、光トランシーバ１０によって輻射される光を放射する光源１を有している。第１の結合光学素子５は、光源１から放射された光に対するコリメータとして機能しつつ、光源側から入射する光を分光し、例えば第２の結合光学素子１５および波長センサ７に放射するビームスプリッタ６に光源１を結合する。ビームスプリッタ６は、光源１によって放射された光を、２方向間において、例えば凡そ１対１の比率で分光する。第２の結合光学素子１５は、光源１によって放射された光の第１の部分を、光ガイド１１に、例えばグラスファイバの入射表面にフォーカシングする。光源１によって放射された光の第２の部分は、波長センサ７にコリメートされて、または、多かれ少なかれフォーカシングされて放射される。
【００１２】
光トランシーバ１０によって受けられ、光ガイド１１からビームスプリッタ６の方向に放射される光が、検出器４と光源１との間において、例えば１対１の比率で分光されるか、または、検出器４に対して多かれ少なかれ十分に分光される。検出器４は、例えば、光ファイバジャイロにおいて光トランシーバが用いられる場合、例えば、変調された干渉計信号を検出するために最適なＰＩＮフォトダイオードである。検出器４は、受けた光ビームに含まれる光信号から電気的検出信号を生成する。他の適用例において、異なるタイプの評価が必要であってもよく、異なるタイプの検出器が提供されてもよい。他の適用例において、光トランシーバ１０は、検出器４なしに送信器としてのみ実行されてもよい。一実施形態によれば、第１および第２の結合光学素子５および１５は、それらの間に配置されているビームスプリッタ６を横切って互いに向き合っている。検出器４および波長センサ７もまた、ビームスプリッタを横切って互いに向き合っている。他の実施形態では、この件に関する配置が異なっていてもよい。
【００１３】
１つ以上の偏光板２および１２は、コリメートされたビームパスに配置されていてもよい。光レベルを波長センサ７での評価に適合させるための中性フィルタ９が、ビームスプリッタ６と波長センサ７との間に配置されていてもよい。上述の光学的および光電子的エレメントは、例えば、ＴＥＣ８上に互いに配置されていてもよい。他の実施形態によれば、これらのエレメントの幾つか、例えば、第２の結合光学素子１５および光ガイド１１を除いた上述のエレメントの全てがＴＥＣ８上に配置されている。
【００１４】
光源１は制御可能であり、比較的広帯域であってもよい。一実施形態によれば、光源１は、例えば（増幅同時放射のための）超発光性ダイオード（ＳＬＤまたはＡＳＥダイオード）のような半導体光源である。ＳＬＤは高発光パワーを有する。放射帯域幅は、典型的に２０から１００ｎｍである。例えば、光源１は、数１０ｎｍの放射帯域幅を有しつつ、凡そ８３０ｎｍの中心波長を伴う光を放射するＳＬＤである。
【００１５】
波長センサ７は波長安定化部の一部である。波長安定化部は、波長センサ７の傍に調整回路をも備えており、図３を参照することにより、より詳細に説明されるであろう。波長安定化部は、光源１によって放射された光の波長ドリフトを検出し、それのために少なくとも部分的に補償する。波長ドリフトとは、光源１の動作時間の関数としての、光源１によって放射された光の波長における劣化により誘起された変化のことである。典型的には、半導体光源における劣化の影響は、長波長に対して放射スペクトルのシフトをもたらす。それ故に、ＳＬＤは不安定な光源なのである。
【００１６】
波長センサ７は、例えば自身の位置により異なるスペクトル感度を有するように配置されている２つのフォトダイオードを備えている。一実施形態によれば、波長センサ７は、半導体基板において２つのｐｉｎ接合が互いの上に垂直に形成されている二重ＰＩＮダイオードである。入射光と対向する波長センサ７の感光表面からの、２つのｐｉｎ接合の異なる距離によって、２つのｐｉｎ接合またはＰＩＮフォトダイオードは異なるスペクトル感度を有している。２つのフォトダイオードの光電流が増幅され、それらの比率が形成される。
【００１７】
図２は、波長センサの特性曲線ｅを表している。ここで、特性曲線ｅは、波長センサによって受けられた光の中心波長λでの波長センサの出力電圧Ｕの、比率信号に比例した依存性を示している。中心波長λは、横座標上にナノメートルの単位でプロットされており、出力電圧Ｕは、縦座標上にボルトの単位で線形的なスケールにてプロットされている。この特性曲線は、２２℃の温度にて記録された。広範囲に亘り、出力信号が波長に対して略線形的に依存している。２つの光電流のゲイン因子は、同様の線形性が維持されている間、感度が改善され得るように選択されてもよい。
【００１８】
記録された特性曲線のために選択されたゲイン（ゲイン＝５）を伴う、８００ｎｍから８４０ｎｍまでの波長の範囲に対して、感度は略−２２ｍＶ／ｎｍである。８２０ｎｍの波長では、これは、１２０ｐｐｍの波長変化に対する−２ｍＶの電圧の差異に対応する。
【００１９】
二重ＰＩＮダイオードの熱感度は、１ｎｍ／Ｋである。従って、一実施形態によれば、波長センサは熱的に調整されている。例えば、波長センサは、ＴＥＣ８上に配置されており、その熱安定性は０．０１Ｋである。従って、温度維持効果、波長センサの残存非線形性、調整回路の精度、およびＳＬＤに対する帯域幅の電流依存性を考慮すれば、波長の調整または安定化に関して、凡そ３０ｐｐｍ以下の長期残存エラーが存在する。
【００２０】
図３は、光トランシーバ１０の光源１に対する波長安定化部２７を表している。波長安定化部２７は、波長ドリフトを決定するためのセンサ装置を備えており、例えば、波長センサ７は、異なるスペクトル感度の２つのフォトダイオード７１および７２を有している。波長安定化部２７は、調整回路２０を更に備えている。調整回路２０は、例えば２つの増幅器２１および２２のような例えば増幅装置を備えていてもよい。２つの増幅器２１および２２の各々は、フォトダイオード７１および７２の１つに接続されている。２つの増幅器２１および２２は、例えばフォトダイオード７１および７２の光電流のようなセンサ装置の出力信号を調整しつつ増幅させる。
【００２１】
一実施形態によれば、調整回路２０は、増幅された波長センサ７の出力信号を抽出するためのＡＤコンバータ２５、および、増幅され抽出されたセンサ装置の出力信号から比率信号が形成される信号処理装置２６を更に備えている。調整回路または信号処理装置は、キャリブレーション比率信号のためのメモリ、および、制御信号を出力するための出力ドライバを更に備えていてもよい。他の実施形態によれば、光トランシーバは、比率信号を形成するための、キャリブレーション比率信号を格納するための、および、制御信号を出力するためのアナログ回路を備えている。出力ドライバは、光源１に接続されている。例えば、出力ドライバは、例えばＳＬＤのカソードまたはアノードに掛かる信号のような光源の発光を制御する信号を駆動する。波長安定化部のコンポーネントの機能性が、更なる機能を有するコンポーネントに組み込まれていてもよく、および／または、ＴＥＣが適用されている基板に形成されていてもよい。
【００２２】
光トランシーバ１０の動作中、光源１からの光がフォトダイオード７１および７２に入射する。信号処理装置２６における増幅化およびデジタル化の後、比率信号がフォトダイオード７１および７２の光電流から形成され、キャリブレーション中に決定されるキャリブレーション比率信号と比較される。現時点において決定された比率信号がキャリブレーション比率信号と異なる場合、光源１によって放射された光の中心波長が、光源１に対する駆動電流を補正することによって、キャリブレーションに基づいた中心波長に戻される。それ故、波長安定化部２７は、時間関数としての、光源１によって放射された光の中心波長またはスペクトルのドリフトを抑制する。
【００２３】
波長安定化部は、光源によって放射される光の放射スペクトルの現位置を決定し、それを補正する。それ故に、波長安定化部を用いることによって、高い精度および安定性が要求される光トランシーバ、例えば慣性ナビゲーションシステムの光ファイバジャイロに対してさえＳＬＤを使用することが可能になる。キャリブレーション中に測定された比率信号の値は、光源の寿命を通して実質的に一定となるように駆動電流を適合させることによって補正される。
【００２４】
波長センサの波長依存性が既知である場合、例えばキャリブレートされた波長センサの場合、測定された波長変化からスケール因子を算出することが更に可能である。第１の近似として、第２のスケール因子は、第１の波長と第２の波長との比率を積算した第１のスケール因子に等しい。すなわち、
スケール因子２＝スケール因子１・λ１／λ２
である。光源に対する駆動電流の補正は、光源の光出力の補正に至ってもよい。
【００２５】
図４は、光源１がＳＬＤとして組み込まれている場合の、図３に係る光源１の波長の駆動電流に対する依存性を表している特性曲線４０を示している。駆動電流Ｉ（ｍＡ）が横座標にプロットされており、波長λ（ｎｍ）が縦座標にプロットされている。第１の範囲ａでは、駆動電流が増加するに伴って波長は増加する。第２の範囲ｂでは、駆動電流が変化しても波長は実質的に一定である。第３の範囲ｃでは、駆動電流が増加すると波長はより長くなる。第１の領域ａでは、ＳＬＤにおいて電荷の注入が大勢を占める。第３の領域では、ＳＬＤにおける高電流密度およびそれに関連する増加した温度によって、熱効果が大勢を占める（熱光学）。
【００２６】
図３を再び参照すると、光トランシーバ１０の他の実施形態は、図４の特性曲線４０の最小値近傍での動作範囲において動作するＳＬＤを光源１として備えている。例えば、ＳＬＤは、特性曲線４０の下向き領域である、特性曲線４０の最小値の左側の第１の領域ａに存在する動作点Ａにおいて動作する。他の実施形態によれば、ＳＬＤは、特性曲線４０の最小値または最小値の近傍に存在する動作点Ｂにおいて動作する。更なる実施形態によれば、ＳＬＤは、特性曲線４０の上向き領域にある、最小値の右側に存在する動作点Ａにおいて動作する。他のタイプの半導体光源についても同様のことが言える。これらの各々の場合において、動作点は駆動電流のレベルによって決定される。
【００２７】
ＳＬＤでは、劣化により放射光の波長の増加だけでなく光出力の損失がもたらされる。アルミニウム未使用のＳＬＤでは、例えば、８３０ｎｍにおける光出力は、２５℃で２００万時間を越えて動作させた後では半減してしまう。一方、第１の近似に対して、波長の駆動電流依存性は劣化によって不安定なままである。
【００２８】
ＳＬＤが動作点Ａにて動作する場合、駆動電流が増加することにより波長が減少するので、劣化による波長の変化は、駆動電流の増加によって補償され得る。劣化に関連した光出力の減少は、駆動電流が増加することによって、再び同時に増加され得る。この場合、波長ドリフトだけではなく、光出力における劣化により誘起された減少が、少なくとも部分的に補償され得る。一実施形態によれば、波長ドリフトは、駆動電流を増加することによって、十分にまたは実質的に十分に補償され得る。
【００２９】
ＳＬＤが動作点Ｂにて動作する場合、駆動電流を増加また減少させることによって、劣化により誘起された長波長へのドリフトを打ち消すことが可能である。一実施形態によれば、光出力における、劣化により誘起された減少を、少なくともある程度まで同時に平衡にさせるために、劣化により誘起された長波長へのドリフトは、駆動電流を増加させることによって打ち消される。
【００３０】
ＳＬＤが動作点Ｃにて動作する場合、光源の劣化に起因した長波長へのドリフトは、駆動電流を減少させることによってのみ補償され得る。しかしながら、この場合、駆動電流に比例した出力光パワーは、劣化の影響に加えて減少する。光ファイバジャイロにおいて上記の光トランシーバを使用する場合、光ファイバジャイロにおける光増幅のための調整器は、電気的なパスにおけるノイズを増加させることなく、３ｄＢの閾値まで光損失を補正する。光出力の損失を電気的に補償するために、光増幅が更に増加される必要がある場合、これにより、増加されたノイズが電気的なパスにおいて必然的にもたらされてしまう。
【００３１】
従って、再び、図３を参照すると、検出器４を有しつつ、制御回路ｂを付加的に有する光トランシーバ１０の実施形態が可能になる。この制御回路ｂは、調整回路２０から独立して構成されてもよく、または、それを伴うリソース、例えば信号処理装置２６を共有してもよい。
【００３２】
上記閾値が動作点Ｃを越えること回避するために、図３に係る調整回路２０において、回路２３は、検出器４の出力信号に対しどのゲイン因子に切り替えるかによって設けられる。信号処理装置２６は、比率信号に加えて、例えば二重ＰＩＮフォトダイオード７１および７２の出力信号のような、センサ装置の増幅され抽出された出力信号のサム信号が形成されるように構成されている。サム信号が所定の閾値を越える場合、検出器４の出力回路における増幅器に対するゲイン因子は、回路２３において切り替えられる。
【００３３】
原則として、動作点ＡまたはＢの場合、例えば長期に亘る光源の出力の減少が、無視できる場合、または、他の手法で平衡にされている場合、サム信号が増幅を調整するために用いられてもよい。
【００３４】
動作点Ａは、初期値として、特性曲線４０（図４）の最小の負の傾きまたはゼロの傾きを伴って選択されてもよい。光ファイバジャイロにおいて用いられる場合、対応する駆動電流を伴って、これらはそれらの仕様内にて動作する。
【００３５】
一実施形態によれば、動作点ＢおよびＣを選択する場合、十分な調整許容範囲が光の波長および出力を補償するために利用可能であるように、駆動電流は許容される駆動電流の最大８０％にまで制限される。この範囲において、電流／光出力特性曲線は最大の傾きを有している。ＳＬＤにとって、最大電流の８０％における傾きは、最小値の近傍の値であり、０．０５ｎｍ／ｍＡ未満である僅かに正の値であり、６３ｐｐｍ／ｍＡ未満が典型的である。結果について同様の再現性が存在する。
【００３６】
情報ネットワーク（ＩＮ）システムにおいてＳＬＤを使用するために、ＳＬＤによって放射された波長スペクトルは、少なくとも６万時間に亘り３０ｐｐｍの安定性を維持しなければならない。６万時間後の光出力に関する正確な予測は、ある程度まで知られている。補間を用いると、それは１．５％である。測定値からの推測から、結果としての波長シフトは０．３ｎｍ（３６０ｐｐｍ）未満であることが分かる。最大駆動電流の８０％および僅かに正の係数（０．０１５ｎｍ／ｍＡ）を用いると、駆動電流を増加することによって、３６０ｐｐｍの波長シフトが補償され得る。
【００３７】
図１によれば、コリメートされた光ビームパスにおける、光源１からの光を偏光するための偏光装置が、基板１８に結合された熱電冷却装置８上に設けられている。偏光装置は、２つの偏光板２を、２つの異なる位置すなわち第１の位置および第２の位置に備えている。コリメートされた光ビームパスにおける第１の位置は、光源１とビームスプリッタ４との間に存在しており、第２の位置は、ビームスプリッタ６と検出器４との間に存在している。更に、光ガイド１１から戻ってくる光を偏光するために用いられる偏光板１２が、ビームスプリッタ６と光ガイド１１との間に存在している。光ガイド１１は、光の偏光を維持するファイバであってもよい。
【００３８】
一実施形態では、光トランシーバは偏光板を伴って設けられていてもよく、他の実施形態では、光トランシーバは偏光板なしで設けられていてもよい。光波長センサの前の光レベルを適合させるための中性フィルタは、光波長センサ７とビームスプリッタ６との間に設けられてもよい。
【００３９】
偏光板を伴う実施形態に記載されている光トランシーバ、および、偏光を維持する光ガイドファイバが、光ファイバジャイロに一体化されてもよい。
【００４０】
しかしながら、上記の光トランシーバが、他の実施形態における光ファイバジャイロに一体化されてもよい。この光トランシーバを他の装置、例えば光ファイバ電流センサまたは光ファイバハイドロフォンに結合することもまた可能である。
【００４１】
図５は、例えばナビゲーションシステムに利用されている、光トランシーバ１０を備えている光ファイバジャイロ１００を示している。分光器３１は、光ガイド１１にてガイドされる光を２つのサブビームに分光し、２つのサブビームを互いに反対方向にファイバコイル３０に結合させる。分光器３１はビームスプリッタまたは集積化光チップであってもよい。ファイバコイル３０は、１つ以上の巻きを有するコイル、例えば光ファイバの巻線コイルを形成するような形状の光ガイドである。
【００４２】
偏光された安定波長光は、光トランシーバ１０によって偏光を維持する光ガイドファイバに結合されている。光は、分光器３１によって２つのサブビームに分光されている。サブビームは、それらがファイバコイル３０の巻線を通って反対方向に伝播するように、ファイバコイル３０に結合されている。第１のサブビームは、ファイバコイル３０を通って時計回りに伝播し、第２のサブビームは、反時計回りに伝播する。この構成が、ファイバコイル３０の巻線の平面に対する法線の周りに角速度ωにて回転するように設定されている場合、一方のサブビームに対するパスは短くなり、他方のサブビームに対するパスは対応して長くなる。これにより、２つのサブビームに対して異なる伝播時間が与えられる。これによって結果的に生じる、２つのサブビーム間の位相シフトは、２つのサブビームが混合された後、干渉パターンとして光トランシーバ１０の検出器に記録される。位相シフトは、光ファイバジャイロが回転する角速度の尺度である。光ファイバジャイロの角速度は、評価部において検出器の出力信号から決定される。
【００４３】
光トランシーバに一体化された偏光板の効果は、例えば２５ｄＢの消光比を有するような、１つの偏光装置のみを有する光を光トランシーバから出射することである。この場合、内部偏光板は、５０ｄＢの消光比を有していてもよい。この２５ｄＢというのは、例えば、偏光を維持する光ガイドファイバが溶接の間に機械的な圧力を受けた後に、ファイバの出力が結合することに起因し得る。続いて、光は、集積化光学チップの偏光軸に対応している偏光軸にのみガイドされる。それ故、デポラライザはもはや必要ない。
【００４４】
光ファイバジャイロにおいて偏光板が一体化された光トランシーバを使用するにあたり、これはバイアスエラーをもたらし得る光のパスが略存在しないことを意味している。
【図１】
2013501254.tif 000003
【図２】
2013501254.tif 000004
【図３】
2013501254.tif 000005
【図４】
2013501254.tif 000006
【図５】
2013501254.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月23日(2011.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電流によって制御され得る光源（１）であって、光トランシーバ（１０）によって輻射される光を放射する光源（１）と、
上記光源（１）によって放射された光の波長を安定させるための波長安定化部（２７）と、
波長ドリフトを検出するためのセンサ装置と、
上記波長ドリフトを打ち消すように上記駆動電流をセンサ信号の関数として制御するための、上記センサ装置および上記光源（１）に接続されている制御部と、
を備えており、
上記波長安定化部（２７）は、
上記放射された光の中心波長を測定するための波長センサ（７）と、
上記放射された光の波長ドリフトを補償するための調整回路（２０）と、
を備えており、
上記波長センサ（７）は、
異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）を備えている、
ことを特徴とする光トランシーバ。
【請求項２】
上記光源（１）は、広帯域の半導体光源である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項３】
上記光源（１）は、超発光性ダイオードである、
ことを特徴とする請求項３に記載の光トランシーバ。
【請求項４】
上記光源（１）の放射スペクトルは、１０００ｎｍの波長より小さい、
ことを特徴とする請求項３に記載の光トランシーバ。
【請求項５】
上記調整回路（２０）は、
上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号の比率信号を形成するように構成されつつ、
キャリブレーション中に決定される上記比率信号の値が略一定のままであるように、上記駆動電流を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項６】
上記光トランシーバによって受けられた光を測定するための検出器（４）と、
切り替え可能なゲインを用いて上記検出器（４）の電気的出力信号を増幅させるための増幅器と、
サム信号の関数として上記ゲインを制御するために適している制御回路と、
を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項７】
上記光源（１）と上記検出器（４）との間に偏光装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバ。
【請求項８】
上記偏光装置は、２つの位置に２つの偏光板（２）を備えており、
第１の位置は、上記光源（１）とビームスプリッタ（６）との間のコリメートされた光ビームパスに設けられており、
第２の位置は、上記ビームスプリッタ（６）と上記検出器（４）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項７に記載の光トランシーバ。
【請求項９】
偏光板（１２）が、上記ビームスプリッタ（６）と光ガイドファイバ（１１）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバ。
【請求項１０】
温度変化を検出する温度センサ（３）と、
温度変化を平衡にする熱電冷却装置（８）と、
を有する温度制御装置（８、３）を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光トランシーバ。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の光トランシーバ（１０）を備えている光ファイバジャイロ（１００）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光ファイバジャイロ（１００）を備えているナビゲーションシステム。
【請求項１３】
光トランシーバ（１０）の光源（１）の放射帯域の現位置を決定する工程と、
上記現位置と上記放射帯域の参照位置とを比較する工程と、
上記放射帯域の上記現位置が上記参照位置に一致するように、上記光源（１）を制御する工程と、
を含んでおり、
上記現位置は、異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号から形成された比率信号から決定され、
当該位置に、上記光源（１）からの光が入る、
ことを特徴とする光トランシーバの動作方法。
【請求項１４】
上記放射帯域の上記参照位置は、キャリブレーションの工程において決定される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１５】
上記光源（１）は、上記光源（１）に供給される駆動電流であって、上記光源（１）におけるｐｎ接合を横切って電流を印加する駆動電流によって制御される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１６】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の増加によって補償され得るように選択される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の動作方法。
【請求項１７】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の減少によって補償され得るように選択され、
上記光トランシーバ（１０）の検出器（４）のゲインは、異なるスペクトル感動を有する上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の上記出力信号から形成されるサム信号の関数として制御される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の動作方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月6日(2012.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電流によって制御され得る光源（１）であって、光トランシーバ（１０）によって輻射される光を放射する光源（１）と、
上記光源（１）によって放射された光の波長を安定させるための波長安定化部（２７）と、
波長ドリフトを検出するためのセンサ装置と、
上記波長ドリフトを打ち消すように上記駆動電流をセンサ信号の関数として制御するための、上記センサ装置および上記光源（１）に接続されている制御部と、
を備えており、
上記波長安定化部（２７）は、
上記放射された光の中心波長を測定するための波長センサ（７）と、
上記放射された光の波長ドリフトを補償するための調整回路（２０）と、
を備えており、
上記波長センサ（７）は、
異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）を備えている、
ことを特徴とする光トランシーバ。
【請求項２】
上記光源（１）は、広帯域の半導体光源である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項３】
上記光源（１）は、超発光性ダイオードである、
ことを特徴とする請求項２に記載の光トランシーバ。
【請求項４】
上記光源（１）の放射スペクトルは、１０００ｎｍの波長より小さい、
ことを特徴とする請求項３に記載の光トランシーバ。
【請求項５】
上記調整回路（２０）は、
上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号の比率信号を形成するように構成されつつ、
キャリブレーション中に決定される上記比率信号の値が略一定のままであるように、上記駆動電流を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項６】
上記光トランシーバによって受けられた光を測定するための検出器（４）と、
切り替え可能なゲインを用いて上記検出器（４）の電気的出力信号を増幅させるための増幅器と、
サム信号の関数として上記ゲインを制御するために適している制御回路と、
を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項７】
上記光源（１）と上記検出器（４）との間に偏光装置が設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバ。
【請求項８】
上記偏光装置は、２つの位置に２つの偏光板（２）を備えており、
第１の位置は、上記光源（１）とビームスプリッタ（６）との間のコリメートされた光ビームパスに設けられており、
第２の位置は、上記ビームスプリッタ（６）と上記検出器（４）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項７に記載の光トランシーバ。
【請求項９】
偏光板（１２）が、ビームスプリッタ（６）と光ガイドファイバ（１１）との間に設けられている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバ。
【請求項１０】
温度変化を検出する温度センサ（３）と、
温度変化を平衡にする熱電冷却装置（８）と、
を有する温度制御装置（８、３）を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光トランシーバ。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の光トランシーバ（１０）を備えている光ファイバジャイロ（１００）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光ファイバジャイロ（１００）を備えているナビゲーションシステム。
【請求項１３】
光トランシーバ（１０）の光源（１）の放射帯域の現位置を決定する工程と、
上記現位置と上記放射帯域の参照位置とを比較する工程と、
上記放射帯域の上記現位置が上記参照位置に一致するように、上記光源（１）を制御する工程と、
を含んでおり、
上記現位置は、異なるスペクトル感度を有する２つのフォトダイオード（７１、７２）の出力信号から形成された比率信号から決定され、
当該位置に、上記光源（１）からの光が入る、
ことを特徴とする光トランシーバの動作方法。
【請求項１４】
上記放射帯域の上記参照位置は、キャリブレーションの工程において決定される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１５】
上記光源（１）は、上記光源（１）に供給される駆動電流であって、上記光源（１）におけるｐｎ接合を横切って電流を印加する駆動電流によって制御される、
ことを特徴とする請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１６】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の増加によって補償され得るように選択される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の動作方法。
【請求項１７】
上記光源（１）の動作点は、上記放射帯域の長波長へのシフトが上記駆動電流の減少によって補償され得るように選択され、
上記光トランシーバ（１０）の検出器（４）のゲインは、異なるスペクトル感動を有する上記２つのフォトダイオード（７１、７２）の上記出力信号から形成されるサム信号の関数として制御される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の動作方法。
【国際調査報告】
2013501254.tif 000008
2013501254.tif 000009
2013501254.tif 000010
2013501254.tif 000011