(57)【要約】      （修正有）【課題】ジャイロ検知共振器のＦＳＲが変化する場合においても誤差のない共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）を提供する。【解決手段】ＲＦＯＧは、ジャイロスコープ共振器と、レーザと、時計回り変調器と、時計回り反射検出器と、第１のロックイン増幅器と、時計回り共振トラッキングサーボと、反時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する時計回り透過検出器と、第２のサーボと、第２のロックイン増幅器と、第３のロックイン増幅器とを含む。第１及び第３のロックイン増幅器は、変調周波数の第１高調波で復調し、第２のロックイン増幅器は、変調周波数の第２高調波で復調する。時計回りの光ビームの変調周波数が第２のサーボを介してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍にロックされ、ｎがゼロ又は正の整数であるか、又は、ＦＳＲが、第２のサーボを介して、時計回りの光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にロックされる。【選択図】図１
2015075485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器光ファイバジャイロスコープシステム（１０）であって、
時計回り入力ポート（１５２）及び反時計回り入力ポート（１５１）、並びに共振器の往復長さに対応する自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）を有するジャイロスコープ共振器（１５０）と、
時計回りの光ビーム（１２６）を前記時計回り入力ポート（１５２）に結合するように構成されるレーザ（１０６）と、
前記時計回りの光ビーム（１２６）が前記時計回り入力ポート（１５２）に結合される前に、前記時計回りの光ビーム（１２６）に前記ＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍に等しい変調周波数を課し、ｎはゼロ又は正の整数である、時計回り変調器（１１２）と、
時計回りサーキュレータ（１１４）と、
時計回り反射ポート（１５４）から出力される前記時計回りの光ビーム（１２６）を検出する時計回り反射検出器（１１８）と、
前記時計回り反射検出器（１１８）から信号を受け取る第１のロックイン増幅器（２５１）であって、前記時計回りの光ビーム（１２６）の変調周波数の第１高調波で復調をする、第１のロックイン増幅器（２５１）と、
前記第１のロックイン増幅器（２５１）からの出力を受け取り、前記レーザ（１０６）を前記ジャイロスコープ共振器（１５０）にロックするために前記レーザにフィードバックを提供する、時計回り共振トラッキングサーボ（２０６）と、
前記反時計回り入力ポート（１５１）から出力される光ビームを検出する時計回り透過検出器（１１５）と、
第２のサーボ（２５７）と、
前記時計回り透過検出器（１１５）から信号を受け取る第２のロックイン増幅器（２５２）であって、前記時計回りの光ビーム（１２６）の変調周波数の第２高調波で復調をし、前記第２のサーボ（２５７）にフィードバックを提供する、第２のロックイン増幅器（２５２）と、
前記時計回り透過検出器（１１５）から信号を受け取る第３のロックイン増幅器（２５３）であって、前記時計回りの光ビーム（１２６）の変調周波数の第１高調波で復調をし、時計回り共振トラッキングループにおける誤差を補正するために前記時計回り共振トラッキングサーボ（２０６）にフィードバックを提供する、第３のロックイン増幅器（２５３）と
を備え、前記時計回りの光ビーム（１２６）の変調周波数が前記第２のサーボを介してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍にロックされ、ｎがゼロ又は正の整数であるか、又は、ＦＳＲが、前記第２のサーボを介して、前記時計回りの光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にロックされる、共振器光ファイバジャイロスコープシステム（１０）。
【請求項２】
前記レーザ（１０６）は第１のレーザ（１０６）であり、
反時計周りの光ビーム（１２５）を前記反時計回り入力ポート（１５１）へ結合するように構成される第２のレーザ（１０５）と、
前記反時計回りの光ビーム（１２５）が前記反時計回り入力ポート（１５１）に結合される前に、前記反時計回りの光ビーム（１２５）に対して、前記ＦＳＲの（ｐ＋０．５）倍に等しい変調周波数を課し、ｐはゼロ又は正の整数であり、ｐはｎに等しくない、反時計回り変調器（１１２）と、
反時計回りサーキュレータ（１１４）と、
反時計回り反射ポート（１５４）から出力される前記反時計回りの光ビーム（１２５）を検出する反時計回り反射検出器（１１８）と、
前記反時計回り反射検出器（１１８）から信号を受け取る第４のロックイン増幅器（２５４）であって、前記反時計回りの光ビーム（１２５）の変調周波数の第１高調波で復調をする、第４のロックイン増幅器（２５４）と、
前記第４のロックイン増幅器（２５４）からの出力を受け取り、前記第２のレーザを前記ジャイロスコープ共振器（１５０）にロックするために前記第２のレーザにフィードバックを提供する、反時計回り共振トラッキングサーボ（２０７）と、
前記時計回り入力ポート（１５２）から出力される光ビームを検出する反時計回り透過検出器（１１６）と、
前記反時計回り透過検出器（１１６）から信号（２４６）を受け取る第５のロックイン増幅器（２５５）であって、前記反時計回りの光ビーム（１２５）の変調周波数の第１高調波で復調をし、反時計回り共振トラッキングループにおける誤差を補正するために前記反時計回り共振トラッキングサーボ（２０７）にフィードバックを提供する、第５のロックイン増幅器（２５５）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システム（１０）。
【請求項３】
前記第２のサーボ（２５７）は自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）サーボであり、
前記ＦＳＲサーボ（２５７）からのフィードバックを入力する圧電素子（２６０）をさらに備え、前記時計回りの光ビーム（１２６）の変調周波数に関連して前記ＦＳＲをロックするために、前記ジャイロスコープ共振器（１５０）のＦＳＲを調整するように、前記ジャイロスコープ共振器（１５０）のコイルの長さが前記圧電素子によって変化される請求項２に記載の共振器光ファイバジャイロスコープシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器の自由スペクトルレンジのトラッキング／ロッキングの方法及び装置並びに共振器光ファイバジャイロスコープへの応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
[1]共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）は、慣性センシングマーケットの多くの分野でのニーズを満たす可能性を秘めている。光後方散乱誤差を克服するために、現在利用可能なＲＦＯＧは、時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）のレーザ周波数をジャイロ検知共振器の異なる縦モード上にロックする。これらの技術は、対向伝搬するレーザ周波数を分離し、対向伝搬する光波間の干渉信号を回転測定周波数帯域よりはるか上にアップコンバートする。しかし、２つのレーザのみが使用される場合は、ジャイロ検知共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）は、回転測定の一部となる。したがって、従来技術のＲＦＯＧにおいては、ジャイロ検知共振器の自由スペクトルレンジは、ＦＳＲの変化によって引き起こされる悪影響を低減するために非常に正確に測定しなければならず、通常、２つより多くのレーザが使用される。
【０００３】
[2]レーザが低回転速度で同一の共振にロックされたときに後方反射によって起こるＣＷ光とＣＣＷ光との間の干渉を回避するために、従来技術では、３つ以上のレーザを３つの異なる共振にロックする方法を使用する。正確にＦＳＲを測定するために、現在利用可能なＲＦＯＧは、検知共振器をプローブするために第３のレーザ周波数を使用する。ジャイロ共振器の共振周波数は、ＦＳＲ及び回転について正確な測定値を得るために、正確に測定されなければならない。共振周波数を検出するために変調が使用される。１つのマスタ／２つのスレーブの構成の場合には、変調の不完全性が大きな誤差を引き起こさないような方法で共振を検出するためにすべての３つのレーザを変調することは困難である。スレーブレーザは、高利得光位相ロックループと組み合わせてデジタル技術を用いることによって高精度で調節することができるが、変調は最終的に開ループのアナログ電流又は電圧となるので、高い精度でマスターレーザを変調することは困難である。
【０００４】
[3]他の現在利用可能なＲＦＯＧは、マスタレーザ及び３つのスレーブレーザを使用する。この後者の技術では、マスタレーザは回転検知に使用されず、３つのスレーブレーザは高精度で変調される。しかし、レーザの数及び関連する位相ロックループ電子機器は、ＲＦＯＧのコスト、サイズ、重量、及び消費電力の大幅な増加をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[4]したがって、（温度変動などにより）ジャイロ検知共振器のＦＳＲが変化する場合において誤差のない速度測定のために２つのレーザのみを必要とするＲＦＯＧが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[5]本願は、共振器光ファイバジャイロスコープに関する。共振器光ファイバジャイロスコープは、時計回り入力ポート及び反時計回り入力ポート並びに共振器の往復の長さに対応する自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）を有するジャイロスコープ共振器と、時計回りの光ビームを時計回り入力ポートに結合するように構成されるレーザと、時計回りの光ビームが時計回り入力ポートに結合される前に、時計回りの光ビームに対してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍に等しい変調周波数を課す時計回り変調器であって、ｎはゼロ又は正の整数である、時計回り変調器と、時計回りサーキュレータと、時計回り反射ポートから出力される時計回りの光ビームを検出する時計回り反射検出器と、時計回り反射検出器から信号を受け取る第１のロックイン増幅器と、第１のロックイン増幅器から出力を受け取ってジャイロスコープ共振器にレーザをロックするためにレーザにフィードバックを提供する、時計回り共振トラッキングサーボと、反時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する時計回り透過検出器と、第２のサーボと、時計回り透過検出器から信号を受け取る第２のロックイン増幅器と、時計回り透過検出器から信号を受け取る第３のロックイン増幅器とを含む。第１のロックイン増幅器は、時計回りの光ビームの変調周波数の第１高調波で復調する。第２のロックイン増幅器は、時計回りの光ビームの変調周波数の第２高調波で復調し、第２のサーボにフィードバックを提供する。第３のロックイン増幅器は、時計回りの光ビームの変調周波数の第１高調波で復調し、時計回り共振トラッキング（追跡）ループの誤差を補正するために、時計回り共振トラッキングサーボにフィードバックを提供する。時計回り光ビームの変調周波数は第２のサーボを介してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍にロックされ、ここでｎは０又は正の整数であり、又は、ＦＳＲは、第２のサーボを介して時計回りの光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にロックされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[6]本出願による、２つのレーザを有する共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システムの１つの実施例のブロック図である。
【図２】[7]本出願による、ジャイロ検知共振器の共振ピークに対する光信号の周波数及び振幅を表す例示的なベクトル矢印を示す。
【図３Ａ】[8]本出願による、共振器光ファイバジャイロスコープにおけるジャイロスコープ共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）と、ジャイロスコープ共振器の入力ポートに結合される光ビームのレーザ変調周波数とを互いにロックする方法の実施例の流れ図である。
【図３Ｂ】本出願による、共振器光ファイバジャイロスコープにおけるジャイロスコープ共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）と、ジャイロスコープ共振器の入力ポートに結合される光ビームのレーザ変調周波数とを互いにロックする方法の実施例の流れ図である。
【図４】[9]図１のＲＦＯＧシステム内の第２のロックイン増幅器から出力される復調された信号の正規化された電力のシミュレーションを周波数の関数として示す。
【図５】[10]本出願による、２つのレーザを有する共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システムの１つの実施例のブロック図である。
【０００８】
[11]一般的な方法に従い、さまざまな説明される特徴は、縮尺通りに描かれておらず、本願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、図面及び明細書全体を通じて同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[12]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面に対して参照がなされ、本発明を実施することができる特定の例示的実施例が例として示されている。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分詳細に説明されており、他の実施例が利用されてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、論理的、機械的及び電気的変更がなされてもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではない。
【００１０】
[13]本明細書に記載のＲＦＯＧシステムは、必要なレーザの数を２つに減らす、レーザ周波数（又は位相）変復調方式を使用する。本明細書に記載の共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システムは、別個の共振にロックされるわずか２つのレーザを使用する。ＲＦＯＧ内の共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）とジャイロスコープ共振器に結合された光ビームのレーザ変調周波数とが互いにロックされる。本明細書に記載されるＲＦＯＧシステムは、回転速度を決定するために、ＦＳＲを測定するための第３のレーザの必要性を排除するので有利である。レーザが異なる共振周波数にロックされるので、後方散乱誤差が低減される。
【００１１】
[14]２つの入力レーザビームは、（ｎ＋０．５）ＦＳＲで周波数変調又は位相変調され、ここでｎは整数であり、ＦＳＲは共振器の往復長さによって決定される自由スペクトルレンジである。ＦＳＲは、典型的には、数百ｋＨｚから１００ＭＨｚにわたる。共振トラッキング変調は、数（number）ｎを適切に選択することにより、高周波数に設定される。典型的な変調周波数は１０ＭＨｚ以上とすることができる。変調がこれらの高い周波数に設定される場合、レーザ固有の相対強度雑音（ＲＩＮ）の影響は、通常非常に低い。また、高周波数におけるレーザ位相雑音誘起ＲＩＮは、受動光フィルタによって制御することができる。したがって、従来技術のＲＦＯＧで使用される高速ＲＩＮサーボを除去することができ、したがって、ＲＦＯＧにおける光損失が低減され、ＲＦＯＧに必要なレーザパワーが低減される。また、高周波位相雑音は、ジャイロスコープ共振器の受動フィルタリングによって完全に制御することができる。この実施例の１つの実施例において、ＲＩＮ及びレーザ位相雑音の両方についての少なくともいくつかの受動フィルタリングは、キャビティに代えて不平衡マッハツェンダー干渉計を用いて達成される。この後者の実施例は、低い光損失、低減されたレーザパワー、及び簡略化されたフィルタ制御電子機器をもたらす。
【００１２】
[15]本明細書に記載のＲＦＯＧシステムにおいて、ＣＷ光ビームの変調周波数とジャイロスコープ共振器のＦＳＲは、２つの方法のうちの１つにおいて互いにロックされる。この実施例の１つの実施例において、ＣＷ光ビームの変調周波数がジャイロスコープ共振器の（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックされる一方、ＣＣＷ光ビームの変調周波数はジャイロスコープ共振器の（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックされ、ここでｐ及びｎの各々はゼロ又は正の整数であり、ｐはｎに等しくない。この実施例の別の実施例では、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲは、（ｎ＋０．５）で割ったＣＷ光ビームの変調周波数に等しくなるように、すなわち、ＦＳＲ＝ｆｍ／（ｎ＋０．５）であり、ここでｆｍはＣＷ光ビームの変調周波数であるように、調整される。この実施例のさらに別の実施例では、ＣＣＷ光ビームの変調周波数はジャイロスコープ共振器の（ｐ＋０．５）ＦＳＲ（ｐ及びｎはゼロ又は正の整数であり、ｐはｎに等しくない）にロックされて、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲは、（ｐ＋０．５）で割ったＣＣＷ光ビームの変調周波数に等しくなるように、すなわち、ＦＳＲ＝ｆｍ／（ｐ＋０．５）であり、ここでｆｍはＣＣＷ光ビームの変調周波数であるように、調整される。「光ビーム」、「ビーム」、及び「光信号」という用語は、本明細書において交換可能に用いられる。「周波数変調」、「位相変調」及び単に「変調」という用語は、本明細書において交換可能に用いられる。
【００１３】
[16]少なくとも１つの共振トラッキングループ（例えば、ＣＷ共振トラッキングループ）は、ＣＷ反射ポート検出器とＣＷ透過ポート検出器の両方からのフィードバックに基づいて、ＣＷレーザ光周波数（又は波長）を調整する共振トラッキング（ＲＴ）サーボを含む。ＣＷ反射ポート検出器において検出された光ビームの光の一部は、ジャイロスコープ共振器を通過されない。ＣＷ透過ポート検出器において検出された光ビームの光のすべては、共振器を透過したものである。したがって、ＣＷ透過ポート検出器からの出力に基づく信号は、ＣＷ反射検出器からの信号よりもクリーンである（すなわち、光の誤った偏光状態が小さい）。反射ポート検出器信号は、過渡信号（transients）に対する迅速な応答（換言すれば、高帯域幅）を有し、共振器に対するレーザのタイトなロックを達成するために、パウンド−ドレバー−ホール（ＰＤＨ）サーボループにフィードバックされる。「透過ポート検出器」及び「透過検出器」という用語は本明細書において交換可能に用いられる。
【００１４】
[17]ＣＷ透過ポート検出器からの出力に基づくフィードバックは、誤差を除去するためにＰＤＨループ積分器のバイアスを駆動することにより、ＣＷ共振トラッキングループにおけるバイアス誤差を補償するために使用される。当業者に理解されるように、同じプロセスは、ＣＷ共振トラッキングループの代わりにＣＣＷ共振トラッキングループに適用することができる。この実施例の１つの実施例においては、フィードバックは、ＣＣＷ共振トラッキングループにおける誤差を補正するためにＣＣＷ共振トラッキングループに適用することができる。
【００１５】
[18]「検知共振器」、「ジャイロスコープ共振器コイル」、「ジャイロ検知共振器」及び「ジャイロスコープ共振器」という用語は、本明細書中で交換可能に使用される。
[19]図１は、本出願による、２つのレーザ１０５及び１０６を有する共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システム１０の１つの実施例のブロック図である。レーザ１０５及び１０６は波長可変レーザである。高帯域幅共振トラッキングループは、同一の光キャビティ、ジャイロ検知共振器１５０に対してレーザ１０５及び１０６を安定化させることにより、レーザ１０５と１０６との間の相対周波数雑音を低減する。ＲＦＯＧシステム１０におけるジャイロスコープ共振器１５０の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）及びジャイロスコープ共振器１５０の入力ポート１５２に結合された光ビーム１２６のＣＷレーザ変調周波数ｆｍ＿ｃｗは、ｆｍ＿ｃｗ＝（ｎ＋０．５）ＦＳＲの関係により互いにロックされ、ここでｎはゼロ又は正の整数である。
【００１６】
[20]ＲＦＯＧ１０は、反時計回り（ＣＣＷ）レーザ１０５、時計回り（ＣＷ）レーザ１０６、ＣＣＷ変調器１１１、ＣＷ変調器１１２、サーキュレータ１１３及び１１４、ポート１５１−１５４を有するジャイロスコープ共振器１５０、光検出器１１５、１１６、１１７、１１８、及び１１９、第１のロックイン増幅器２５１、第２のロックイン増幅器２５２、第３のロックイン増幅器２５３、第４のロックイン増幅器２５４、第５のロックイン増幅器２５５、ＣＷ共振トラッキングサーボ２０６、ＣＣＷ共振トラッキングサーボ２０７、自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）サーボ２５７、及び圧電素子（ＰＺＴ）２６０を含む。当業者に知られているように、圧電素子２６０は、電圧の印加の下で膨張又は収縮するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）デバイス２６０とすることができる。ＲＦＯＧ１０はまた、カプラ１０７、１０８及び１０９、並びに、ジャイロスコープ共振器１５０の回転レートｆｒを決定するためにソフトウェアを実行するように構成される少なくとも１つのプロセッサを含む、処理ユニット２５９を含む。処理ユニット２５９は、ジャイロスコープ共振器１５０の回転レートｆｒ（レート出力）を出力する。
【００１７】
[21]この実施例の１つの実施例においては、ＣＷ変調器１１２はＣＷ位相変調器である。この実施例の別の実施例では、ＣＷ変調器１１２はＣＷ周波数変調器である。この実施例のさらに別の実施例では、ＣＣＷ変調器１１１はＣＣＷ位相変調器である。この実施例のさらに別の実施例では、ＣＣＷ変調器１１１はＣＣＷ周波数変調器である。
【００１８】
[22]ジャイロスコープ共振器１５０はまた、本明細書において、「検知共振器１５０」、「ジャイロスコープ共振器コイル１５０」、「ジャイロ検知共振器１５０」とも呼ばれる。ジャイロスコープ共振器１５０は、ソリッドコアファイバ又は中空光ファイバ、及び２つの光パワー分割カプラ（すなわち、ジャイロスコープ共振器１５０の内部に及びジャイロスコープ共振器１５０から外部に光を結合するための「共振器カプラ」）を含むことができる。この実施例の１つの実施例においては、ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲがｆｍ＿ｃｗ／（ｎ＋０．５）の周波数にロックするように調整されるように、ＲＦＯＧ１０が構成され、ここでｆｍ＿ｃｗはＣＷ光ビーム１２６の変調周波数である。この実施例の別の実施例では、ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲがｆｍ＿ｃｃｗ／（ｐ＋０．５）の周波数にロックするように調整されるよう、ＲＦＯＧ１０が構成され、ここでｆｍ＿ｃｃｗはＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数である。ＣＷ光ビーム１２６及びＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数がジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲにロックするように調整される実施例は、図５のＲＦＯＧ１１を参照して以下に説明される。
【００１９】
[23]ポート１５１は、本明細書では「反時計回り入力ポート１５１」及び「ＣＷ透過出力ポート１５１」と呼ばれる。ポート１５２は、本明細書では「時計回り入力ポート１５２」及び「ＣＣＷ透過出力ポート１５２」と呼ばれる。ポート１５３は、本明細書では「ＣＣＷ反射出力ポート１５３」と呼ばれる。ポート１５４は、本明細書では「ＣＷ反射出力ポート１５４」と呼ばれる。光検出器１１５は、本明細書では「ＣＷ透過検出器１１５」と呼ばれる。光検出器１１６は、本明細書では「ＣＣＷ透過検出器１１６」と呼ばれる。光検出器１１７は、本明細書では「ＣＣＷ反射検出器１１７」と呼ばれる。光検出器１１８は、本明細書では「ＣＷ反射検出器１１８」と呼ばれる。
【００２０】
[24]ＣＷ共振トラッキングループは、ＣＷレーザ１０６、ＣＷ変調器１１２、ＣＷサーキュレータ１１４、ジャイロスコープ共振器１５０、ＣＷ反射検出器１１８、第１のロックイン増幅器２５１、及びＣＷ共振トラッキングサーボ２０６を含む。ＣＣＷ共振トラッキングループは、ＣＣＷレーザ１０５、ＣＣＷ変調器１１１、ＣＣＷサーキュレータ１１３、ジャイロスコープ共振器１５０、ＣＣＷ反射検出器１１７、第４のロックイン増幅器２５４、及びＣＣＷ共振トラッキングサーボ２０７を含む。
【００２１】
[25]１２６で一般的に表される光ビームは、時計回り（ＣＷ）レーザ１０６から出射され、ＣＷ変調器１１２を通過する。ＣＷレーザ１０６は、本明細書では「第１のレーザ１０６」とも呼ばれる。光ビーム１２６はまた、本明細書において、「時計回りの光ビーム１２６」、「ＣＷ光１２６」、及び「ＣＷビーム１２６」とも呼ばれる。ＣＷ変調器１１２は、時計回りの光ビーム１２６がジャイロスコープ共振器１５０の時計回り入力ポート１５２に結合される前に、時計回りの光ビーム１２６を変調する。ＣＷ変調器１１２から出力される時計回りの光ビーム１２６は、時計回り入力ポート１５２を介して、ジャイロスコープ共振器１５０へと、光サーキュレータ１１４を通過する。ＣＷレーザ１０６は、当業者に知られているパウンド−ドレバー−ホール（ＰＤＨ）変調技術を使用して、高帯域幅のフィードバックループによりジャイロ共振器１５０の共振にロックされる。ＣＷ光１２６は、周波数ｆｍ＿ｃｗ＝（ｎ＋０．５）ＦＳＲで変調及び復調される。ロックイン増幅器２５１の位相を適切に設定することにより、レーザ１０６の光周波数（すなわち、ＣＷビームの搬送波周波数ｆ１）は、図２に示され以下で説明されるように、検知共振器１５０の第１の時計回り縦モードと第２の時計回り縦モードとの中間にロックされる。
【００２２】
[26]反時計回り（ＣＣＷ）レーザ１０５から出射された１２５で一般的に示される光ビームは、ＣＣＷ変調器１１１を通過する。ＣＣＷレーザ１０５は、本明細書では「第２のレーザ１０６」とも呼ばれる。光ビーム１２５はまた、本明細書において、「反時計回りの光ビーム１２５」、「ＣＣＷビーム１２５」、及び「ＣＣＷ光１２５」と呼ばれる。変調器１１１は、反時計回りの光ビーム１２５がジャイロスコープ共振器１５０の反時計回り入力ポート１５１に結合される前に、反時計回りの光ビーム１２５を変調する。変調器１１１から出力される反時計周りの光ビーム１２５は、反時計回り入力ポート１５１を介して、ジャイロスコープ共振器１５０へと、光サーキュレータ１１３を通過する。ＣＣＷレーザ１０５は、ＰＤＨ法を使用して高帯域幅のフィードバックループによりジャイロ共振器１５０の共振にロックされ、したがって、ＣＷレーザ１０６、ＣＣＷレーザ１０５、及びジャイロ共振器１５０の間の相対周波数雑音は、十分なループ利得がある場合に実質的に低減される。具体的には、ＣＣＷレーザ１０５は、ＰＤＨ法を用いて高帯域幅のフィードバックループにより、ｆｍ＿ｃｃｗ＝（ｐ＋０．５）ＦＳＲで変調及び復調される。時計回りの光ビーム１２６の場合と同様に、反時計回りの光ビーム１２５の搬送波周波数ｆ２は、検知共振器１５０の２つの縦モード間の中間にロックされる。
【００２３】
[27]図２は、本出願による、ジャイロ検知共振器の共振ピークに対する光信号の周波数及び振幅を表す例示的なベクトル矢印を示す。さまざまな周波数の間の例示的な関係は、ベクトル矢印８００−８０２及び８２０−８２４で示されている。ジャイロ検知共振器１５０のＣＷ共振ピークは実線のベクトル矢印７００として一般的に表され、ジャイロ検知共振器１５０のＣＣＷ共振ピークは破線ベクトル矢印７０１として一般的に表される。隣接するベクトル矢印７００及び７０１の間の周波数差はΔｆｒであり、これはジャイロ検知共振器１５０の回転速度に比例する。
【００２４】
[28]ベクトル矢印８００として一般的に表されるＣＷ光信号の周波数ｆ１における搬送波の周波数及び振幅は、ジャイロ検知共振器１５０の２つのＣＷ共振ピーク７００の間にロックされて示されている。同様に、ベクトル矢印８２０として一般的に表されるＣＣＷ光信号の周波数ｆ２における搬送波の周波数及び振幅は、ジャイロ検知共振器１５０の２つのＣＣＷ共振ピーク７１０の間にロックされて示されている。
【００２５】
[29]図２に示すこの例示的な場合では、ＣＷ光信号１２６（図１）の搬送波８００はジャイロ検知共振器１５０のＦＳＲの１．５倍（例えば、（ｎ＋０．５）ＦＳＲ、ｎ＝１）で変調される。変調は側波帯を生成する。８０１で一般的に表される一次上側波帯及び８０２で一般的に表される二次上側波帯が図２に示される。ＣＷ光信号１２６（図１）の搬送波８００はジャイロの検知共振器１５０のＦＳＲの１．５倍で変調されるので、一次上側波帯８０１は搬送波８００からＦＳＲの１．５倍だけオフセットされ、二次上側波帯８０２は搬送波８００からＦＳＲの３倍だけオフセットされる。
【００２６】
[30]図２に示すこの例示的な場合では、ＣＣＷ光信号１２５（図１）の搬送波８２０は、ジャイロ検知共振器１５０のＦＳＲの０．５倍（例えば、（ｐ＋０．５）ＦＳＲ、ｐ＝０）で変調される。したがって、図２に示すように、ＣＣＷ光信号１２５（図１）の搬送波８２０は、ジャイロ検知共振器１５０のＦＳＲの０．５倍で変調される。当該変調は、光搬送波８２０に関して、一次及び二次の上側波帯及び下側波帯を生成する。ＣＣＷ光信号１２５（図１）の搬送波８２０は、８２１で一般的に表される一次下側波帯から１／２ＦＳＲだけオフセットされ、８２２で一般的に表される一次上側波帯から１／２ＦＳＲだけオフセットされる。ＣＣＷ光信号１２５の搬送波８２０は、８２３で一般的に表される二次下側波帯からＦＳＲだけオフセットされ、８２４で一般的に表される二次上側波帯からｆＳＲだけオフセットされる。
【００２７】
[31]ＣＣＷ光信号１２５（図１）の搬送波８２０は、ＣＷ光信号１２６（図１）の搬送波８００から（Ｍ＊ＦＳＲ−Δｆｒ）だけ周波数において分離され、ここでΔｆｒはジャイロスコープ共振器１５０の回転速度に比例し、Ｍはｎよりもはるかに大きく、Ｍはｐよりもはるかに大きい。記号＊は本明細書において乗算を示すために使用される。ＣＷ及びＣＣＷの搬送波及び側波帯の周波数に重複がないように、Ｍは十分に大きく選択される。具体的には、ＣＷビーム及びＣＣＷビームは、ＣＷ及びＣＣＷの側波帯及び搬送波の「周波数に重複がない」と呼ばれる同じ光周波数において無視できるエネルギーを有する。したがって、ＣＷビーム１２６についての任意の後方反射とＣＣＷビーム１２５との間の干渉又はＣＣＷビーム１２５についての任意の後方反射とＣＷビーム１２６との間の干渉は、容易に除去することができる。他の変調周波数は、ＣＷ及びＣＣＷビームの搬送波及び側波帯周波数について意味のある重なりがない状態を提供するように選択することができる。
【００２８】
[32]ＣＷ及びＣＣＷ搬送波周波数の間の周波数差Δｆ＝ｆ２−ｆ１を測定するために、カプラ１０９は、（カプラ１０８によってタップされた）レーザ１０６からのＣＷ光１２６のごく一部を（カプラ１０７によりタップされた）レーザ１０５からのＣＣＷ光１２５のごく一部と組み合わせて、高帯域幅光検出器１１９にそれらを向ける。ビート信号が処理ユニット２５９により分析され、それは、周波数差Δｆ＝ｆ２−ｆ１を決定する。ＦＳＲ＝ｆｍ＿ｃｗ／（ｎ＋０．５）及び整数Ｍが事前に選択されるので、回転速度は、関係Δｆ＝ｆ２−ｆ１＝Ｍ＊ＦＳＲ−Δｆｒにより、サニャック周波数シフトΔｆｒから計算される。
【００２９】
[33]再び図１を参照すると、ＣＷレーザ１０６から出力される光ビーム１２６は、ジャイロ共振器１５０を介して時計回りに伝播し、ＣＷ透過ポート１５１を介して、サーキュレータ１１３を介して、ＣＷ透過検出器１１５に移動する。ＣＷレーザ１０６からのＣＷ光ビーム１２６は、ジャイロ共振器１５０を介して伝搬されて、透過検出器１１５に到達する。ポート１５２に入るＣＷレーザ１０６からの光ビーム１２６の大部分はジャイロ共振器１５０に入らず、したがって、ジャイロ共振器１５０を介して伝搬せず、むしろＣＷ反射ポート１５４に直接向かって、ＣＷ反射検出器１１８に入射する。ジャイロ共振器１５０に入った光ビームの一部は、反射ポート１５４においてジャイロ共振器１５０を出て、ジャイロ共振器１５０に入らなかった光ビームの一部と干渉する。ＣＷ反射検出器１１８はジャイロ共振器１５０のＣＷ反射ポート１５４からの光を検出する。ＣＷ反射検出器１１８からの出力は、第１のロックイン増幅器２５１に入力される。この実施例の１つの実施例では、２つの共振器カプラは１０％カプラであり、ポート１５２及び１５１からの光の１０％を共振器コイル１５０に結合する。本実施例の別の態様では、２つの共振器カプラは２０％カプラであり、ポート１５２及び１５１からの光の２０％を共振器コイル１５０に結合する。
【００３０】
[34]ＣＣＷレーザ１０５から出力される光ビーム１２５は、ジャイロ共振器１５０を介して反時計回りに伝播し、ＣＣＷ透過ポート１５２を介して、サーキュレータ１１４を介して、ＣＣＷ透過検出器１６に移動する。ＣＣＷレーザ１０５からの光ビーム１２５は、透過検出器１１６に到達するためにジャイロ共振器１５０を通って伝搬しなければならない。ポート１５１に入るＣＣＷレーザ１０５からの光ビームの一部はジャイロ共振器１５０に入らず、したがって、ジャイロ共振器１５０を介して伝搬せず、むしろ、ＣＣＷ反射ポート１５３に直接向かって、ＣＣＷ反射検出器１１７に入射する。ジャイロ共振器１５０に入った光ビームの一部はＣＣＷ反射ポート１５３においてジャイロ共振器１５０を出て、共振器に入らなかった光ビームの一部と干渉する。ＣＣＷ反射検出器１１７は、ジャイロ共振器１５０のＣＣＷ反射ポート１５３からの光を検出する。ＣＣＷ反射検出器１１７からの出力はＣＣＷの第４のロックイン増幅器２５４に入力される。
【００３１】
[35]反射ポート信号は、通常、入力ビーム周波数の変化に対する高速応答を有する。高帯域幅共振トラッキングループは、反射ポート信号をフィードバック信号として用いることによって達成することができる。しかし、透過ポート１５１及び１５２において出力される光ビームの線形の共振ピークは、通常、反射ポート１５３及び１５４から出力される光ビームの線形の共振ディップよりも大幅に良好な対称性を有する。透過ポート信号は、共振トラッキングループにおいて誘起されるバイアス誤差を補正するために使用することができる。図１に示すように、第１の共振トラッキングループが第３のロックイン増幅器２５３及びＣＷ共振トラッキング（ＲＴ）サーボ２０６を含む一方、第２の共振トラッキングループは第５のロックイン増幅器２５５及びＣＣＷ共振トラッキングサーボ２０５を含む。
【００３２】
[36]ここで、ＲＦＯＧシステム１０の動作について、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、本願による、共振器光ファイバジャイロスコープにおけるジャイロスコープ共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）及びジャイロスコープ共振器の入力ポートに結合された光ビームのレーザ変調周波数を互いに関してロックするための方法３００の１つの実施例の流れ図である。
【００３３】
[37]ブロック３０２において、レーザ１０６から出射された時計回りの光ビーム１２６は、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍のレーザ変調周波数で変調され、ここでｎはゼロ又は正の整数である。ブロック３０４において、変調された時計回りの光ビーム１２６は、ジャイロスコープ共振器１５０の時計周り入力ポート１５２へと結合される。ＣＷレーザ１０６から出力される光ビーム１２６は、ジャイロ共振器１５０を介して時計回りに伝播し、ＣＷ透過ポート１５１を介して、サーキュレータ１１３を介して、ＣＷ透過検出器１１５へと移動する。ポート１５２に入るＣＷレーザ１０６からの光ビーム１２６の大部分はジャイロ共振器１５０に入らず、したがって、ジャイロ共振器１５０を介して伝搬せず、むしろＣＷ反射ポート１５４に直接向かって、ＣＷ反射検出器１１８に入射する。ＣＷ反射検出器１１８はジャイロ共振器１５０のＣＷ反射ポート１５４からの光を検出する。ＣＷ反射検出器１１８からの出力は、第１のロックイン増幅器２５１に入力される。
【００３４】
[38]ブロック３０６において、信号２２８は、第１のロックイン増幅器２５１で、共振器光ファイバジャイロスコープシステム１０のＣＷ反射検出器１１８から受け取られる。ブロック３０８において、ＣＷ反射検出器１１８から受け取られる信号２２８の第１高調波（ｎ＋０．５）ＦＳＲは、第１のロックイン増幅器２５１で復調される。ブロック３１０において、復調された第１高調波信号２３６は、ＣＷ共振トラッキング（ＲＴ）サーボ２０６において第１のロックイン増幅器２５１から受け取られる。ブロック３１２において、ジャイロスコープ共振器１５０に第１のレーザ１０６をロックするために、フィードバック２３７が、ＣＷ  ＲＴサーボ２０６から第１のレーザ１０６に提供される。
【００３５】
[39]ブロック３１４において、信号２２９は、第２のロックイン増幅器２５２及び第３のロックイン増幅器２５３で、共振器光ファイバジャイロスコープシステム１０のＣＷ透過検出器１１５から受け取られる。
【００３６】
[40]ブロック３１６において、ＣＷ透過検出器１１５から受け取られた信号２２９の第２高調波２（ｎ＋０．５）ＦＳＲは、第２のロックイン増幅器２５２において復調される。ブロック３１８において、フィードバック２４４が第２のロックイン増幅器２５２から図１の実施例におけるＦＳＲサーボ２５７である第２のサーボ２５７に提供される。ＦＳＲサーボ２５７は、共振器長の調整のために、圧電変換器２６０（本明細書において圧電素子２６０とも呼ばれる）を駆動する。図４は、図１のＲＦＯＧシステム１０における第２のロックイン増幅器２５２から出力される復調信号の正規化パワーのシミュレーションを変調周波数の関数として示す。シミュレーションパラメータは以下のとおりである。ファイバ長２２メートル；損失＝５ｄＢ／ｋｍ；結合共振器カプラ損失＝５％；共振器カプラ結合比＝９６％；コイル直径＝１．２６４インチ；変調周波数＝０．５ＦＳＲ；ロック点（locking point）は２つの共振ピークの間の中間点に設定される。プロット４１０は、第２のロックイン増幅器２５２から出てくる復調された信号であり、ＦＳＲサーボ２５７へフィードバック２４４として提供される（ブロック３１８）。変調周波数ｆｍ＿ｃｗが関係ｆｍ＿ｃｗ＝（ｎ＋０．５）ＦＳＲを満たすとき、信号２４４はゼロになる。ＦＳＲサーボはＦＳＲがｆｍ＿ｃｗ／（ｎ＋０．５）に保たれるように、共振器ファイバ長を調整する。
【００３７】
[41]図１に示す実施例では、フィードバック２３１が、第２のロックイン増幅器２５２からのフィードバック２４４に基づいて、ＦＳＲサーボ２５７から圧電素子２６０に提供される。ジャイロスコープ共振器コイル１５０の長さは、ＦＳＲサーボ２５７から受け取られたフィードバック２３１に基づいて圧電素子２６０を駆動することにより調整される。圧電素子２６０は、当業者に知られているように、圧力を印加し、又は共振器コイル１５０を伸ばす。ＰＺＴを介してファイバ長を調整することに加えて、共振器１５０の温度制御を介してＦＳＲを制御することができる。図１に示す実施例では、温度制御フィードバック信号２３２が、第２のロックイン増幅器２５２からのフィードバックに基づいて、ＦＳＲサーボ２５７からジャイロスコープ共振器に提供される。温度制御信号２３２は、ジャイロスコープ共振器１５０の長さに対する調整が最小化されるか又はほぼ一定に保持できるように、ジャイロスコープ共振器１５０の温度を安定させるために使用される。このように、ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲは、第２のサーボ２５７を介して、ＣＷ光ビーム１２６についてｆｍ＿ｃｗ＝（ｎ＋０．５）ＦＳＲの関係で変調周波数にロックされる。
【００３８】
[42]ブロック３２０において、ＣＷ透過検出器１１５から受け取られた信号２２９の第１高調波（ｎ＋０．５）ＦＳＲは、第３のロックイン増幅器２５３で復調される。ブロック３２２において、フィードバック２３８は、ＣＷ共振トラッキングループにおける誤差を補正するために、第３のロックイン増幅器２５３からＣＷ  ＲＴサーボ２０６に提供される。ＣＷ透過ポート１５１においてＣＷ透過検出器１１５によって検出された光ビーム１２７は、共振器１５０を介して伝搬されていないので、ＣＷ反射ポート１５４から出射される光ビーム１２８よりも、不一致の偏光及び空間モードからの光がはるかに少ない。したがって、光ビーム１２７は純粋である（すなわち、ジャイロ誤差を生じる光成分が少ない）。したがって、ＣＷ透過ポート１５１から出射された光ビーム１２７の復調は、ＣＷ  ＲＴサーボ２０６においてバイアス点を駆動することにより、ＣＷ共振トラッキングループの誤差を補正するために使用される。これにより、ジャイロスコープ共振器１５０に対する第１のレーザ１０６のロックが安定化される。
【００３９】
[43]ブロック３２４において、方法３００の流れは、図３Ｂにおけるブロック３２６に向かう。ブロック３２６において、方法３００の流れは、図３Ｂにおけるブロック３２８に向かう。
【００４０】
[44]ブロック３２８において、第２のレーザ１０５から出射された反時計回りの光ビーム１２５は、ＦＳＲの（ｐ＋０．５）倍の変調周波数で変調される。上述したように、ｐは０又は正の整数であり、ｐはｎと等しくない。ブロック３３０において、変調された反時計回りの光ビーム１２５は、ジャイロスコープ共振器１５０の反時計回り入力ポート１５１に結合される。
【００４１】
[45]ブロック３３２において、信号２３０は、第４のロックイン増幅器２５４で共振器光ファイバジャイロスコープシステム１０のＣＣＷ反射検出器１１７から受け取られる。ブロック３３４において、ＣＣＷ反射検出器１１７から受け取られた信号２３０の第１高調波は、第４のロックイン増幅器２５４で復調される。ブロック３３６において、復調された第１高調波信号２３３は、ＣＣＷ共振トラッキングサーボ２０７において第４のロックイン増幅器２５４から受け取られる。ブロック３３８において、フィードバック２３４は、第２のレーザ１０５をジャイロスコープ共振器１５０にロックするために、ＣＣＷ  ＲＴサーボ２０７から第２のレーザ１０５に提供される。
【００４２】
[46]ブロック３４０において、信号２４６は、第５のロックイン増幅器２５５で共振器光ファイバジャイロスコープシステム１０のＣＣＷ透過検出器１１６から受け取られる。ＣＣＷ透過ポート１５２から出力される光ビーム１２９はＣＣＷ透過検出器１１６によって検出される。
【００４３】
[47]ブロック３４２において、ＣＣＷ透過検出器１１６から受け取られた信号２４６の（ｐ＋０．５）ＦＳＲにおける第１高調波は、第５のロックイン増幅器２５５で復調される。ブロック３４４において、第５のロックイン増幅器２５５からのフィードバックは、ＣＣＷ  ＲＴループ内の誤差を補正するためにＣＣＷ  ＲＴサーボ２０７に提供される。検出器１１６によって検出された光ビーム１２９の復調は、ＣＣＷ  ＲＴサーボ２０７内のバイアス点を駆動することにより、ＣＣＷ共振トラッキングループの誤差を補正するために使用される。これにより、ジャイロスコープ共振器１５０に対する第２のレーザ１０５のロックが安定化される。
【００４４】
[48]このように、共振器の往復長に対応するＦＳＲは、ＦＳＲサーボ２５７を介して、第１のレーザ１０６から出射されたＣＷ光ビーム１２６の変調周波数にロックされる。第１のレーザ１０６は精密な変調周波数源によって変調される。また、第２のレーザ１０５から出射されたＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数は、ＦＳＲにロックされる。従来技術のＲＦＯＧアーキテクチャとは異なり、本明細書に記載の技術は、回転速度を計算するためにジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲを測定する必要はない。ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲの変化に関連するすべての誤差項は除去される。具体的には、ＦＳＲは第１のレーザ１０６の変調周波数から得ることができるので、回転速度の測定に対するＦＳＲの影響を容易に差し引くことができる。
【００４５】
[49]最後に、ブロック３４６において、反時計回りの光ビームの一部と組み合わされた時計回りの光ビームの一部が、光検出器１１９において受け取られる。組み合わされた光ビームから生成されるビート信号を示す情報が、光検出器１１９から出力される。処理ユニットは、少なくとも光検出器１１９からのビート信号に基づいて回転速度ｆｒを計算する。図１に示すように、ＣＷ光１２６及びＣＣＷ光１２５の一部は、レーザ出力からタップされ、高帯域幅検出器１１９において組み合わされて、ＣＷビーム１２６とＣＣＷビーム１２５との間の搬送波周波数差Δｆを決定する。次いで、回転速度が関係Δｆ＝Ｍ＊ＦＳＲ＋Δｆｒを用いて計算され、ここでΔｆｒは回転誘起されたＣＷ及びＣＣＷ共振周波数シフトである。
【００４６】
[50]図５は、本願による、２つのレーザ１０５及び１０６を有する共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）システム１１の１つの実施例のブロック図である。ＲＦＯＧシステム１１は、ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲにロックするようにＣＷ光ビーム１２６及びＣＷ光ビーム１２５の変調周波数を調整する。具体的には、ＲＦＯＧ１１は、ＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数が、（ｐ＋０．５）ＦＳＲに等しいＣＣＷ周波数変調ｆｍ＿ｃｃｗにロックするように調整され、及び、同時に、ＣＷ光ビーム１２６の変調周波数が、（ｎ＋０．５）ＦＳＲに等しいＣＷ周波数変調ｆｍ＿ｃｗにロックするように調整され、ここでｎ及びｐはゼロ又は正の整数であり、ｐがｎと等しくないように、構成される。
【００４７】
[51]レーザ１０５及び１０６は、調整可能なレーザである。高帯域幅共振トラッキングループは、ジャイロ検知共振器に対してレーザ１０５及び１０６を安定化させることにより、レーザ１０５、１０６と共振器との間の相対レーザ周波数雑音を制御する。ＲＦＯＧシステム１０におけるジャイロスコープ共振器１５０の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）及びジャイロスコープ共振器１５０の入力ポート１５２に結合された光ビーム１２６のレーザ変調周波数は、互いに対してロックされる。
【００４８】
[52]ＲＦＯＧシステム１１は、反時計回り（ＣＣＷ）レーザ１０５、時計回り（ＣＷ）レーザ１０６、ＣＣＷ変調器１１１、ＣＷ変調器１１２、サーキュレータ１１３及び１１４、ポート１５１―１５４を有するジャイロスコープ共振器１５０、光検出器１１５、１１６、１１７、１１８及び１１９、第１のロックイン増幅器２５１、第２のロックイン増幅器２５２、第３のロックイン増幅器２５３、第４のロックイン増幅器２５４、第５のロックイン増幅器２５５、ＣＷ共振トラッキングサーボ２０６、ＣＣＷ共振トラッキングサーボ２０７、変調周波数サーボ２５８、カプラ１０７、１０８及び１０９、並びに処理ユニット２５９を含む。ＲＦＯＧシステム１１はまた、時計回り変調器１１２を駆動するための時計回りの調整可能な変調生成器１０２、及び反時計回り変調器１１１を駆動するための反時計回りの調整可能な変調１０１を含む。
【００４９】
[53]レーザ１０５及び１０６が周波数変調される場合、時計回りの調整可能な変調生成器１０２は、本明細書において、ＣＷ周波数変調器１１２を駆動するために使用される「ＣＷ周波数変調源１０２」とも呼ばれる。同様に、反時計回りの調整可能な変調１０１は、本明細書において、ＣＣＷ周波数変調器１１１を駆動するために使用される「ＣＣＷ周波数変調源１０１」とも呼ばれる。
【００５０】
[54]レーザ１０５及び１０６が位相変調される場合、時計回りの調整可能な変調生成器１０２は、本明細書において、ＣＷ位相変調器１１２を駆動するために使用される「ＣＷ位相変調源１０２」とも呼ばれる。同様に、反時計回りの調整可能な変調１０１は、ＣＣＷ位相変調器１１１を駆動するために使用される「ＣＣＷ位相変調源１０２」とも呼ばれる。
【００５１】
[55]ＲＦＯＧシステム１１は、第２のサーボがＦＳＲサーボ２５７よりむしろ変調周波数サーボ２５８であるという点で、図１のＲＦＯＧシステム１０と異なる。ＲＦＯＧシステム１１においてジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲの長さを制御するのに用いられる圧電素子（ＰＺＴ）２６０はない。その代わりに、変調周波数サーボ２５８が、フィードバック信号２４１及び２４２を、それぞれＣＷ周波数変調源１０２及びＣＣＷ周波数変調源１０１に提供する。ＣＷ周波数変調源１０２は、ＣＷレーザ１０６から出射されたＣＷ光ビーム１２６を変調する正確な周波数変調源である。ＣＣＷ周波数変調源１０１は、ＣＣＷレーザ１０５から出射されたＣＣＷ光ビーム１２５を変調する正確な周波数変調源である。
【００５２】
[56]環境変化のためにジャイロスコープ共振器のＦＳＲがシフトする場合、ＣＷ周波数変調源１０２は、フィードバック信号２４１に基づいて、ＣＷレーザ１０６の変調周波数を調整する。変調周波数サーボ２５８は、ＣＷ変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックし、ここでｎはゼロ又は正の整数である。同様に、ジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲがシフトするとき、ＣＣＷ周波数変調源１０１はまた、フィードバック信号２４２に基づいて、ＣＣＷレーザ１０５の変調周波数を調整する。変調周波数サーボ２５８は、ＣＣＷ変調周波数を（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックし、ここでｐはゼロ０又は正の整数であり、ｍに等しくない。
【００５３】
[57]ＲＦＯＧシステム１１中の時計回り共振トラッキングループはＲＦＯＧシステム１０中の時計回り共振トラッキングループと同じである。ＲＦＯＧシステム１１中の反時計回り共振トラッキングループはＲＦＯＧシステム１０中の反時計回り共振トラッキングループと同じである。
【００５４】
[58]図３Ａ及び３Ｂの方法３００は、以下のようにＲＦＯＧシステム１１において実施される。ブロック３１８において、フィードバック２４０は、図５の実施例における変調周波数サーボ２５８である第２のサーボ２５８に、第２のロックイン増幅器２５２から提供される。変調周波数サーボ２５８は、第２のロックイン増幅器２５２からのフィードバック２４０に基づいて、フィードバック２４１をＣＷ調整可能変調生成器１０２に提供する。ＦＳＲが、ＣＷ光ビーム１２６の変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックするために変化するとき、ＣＷ調整可能変調生成器１０２は、ＣＷ光ビーム１２６の変調周波数を調整する。
【００５５】
[59]変調周波数サーボ２５８はまた、第２のロックイン増幅器２５２からのフィードバック２４０に基づいて、ＣＣＷ調整可能変調生成器１０１にフィードバックを提供する。ＣＣＷ調整可能変調生成器１０１は、ＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数を（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックするためにＦＳＲが変化するとき、ＣＣＷ光ビーム１２５の変調周波数を調整する。このように、ＣＷ光ビーム１２６の変調周波数（ｎ＋０．５）ＦＳＲは、第２のサーボ２５８を介してジャイロスコープ共振器１５０のＦＳＲにロックされる。
【００５６】
[60]レーザＲＩＮ雑音及び位相雑音が検知コイルのフィルタリング効果によって実質的に減衰されるように、本明細書に記載されるシステムの実施例は、実質的に高い値で変調周波数の選択を可能にする。
例示的な実施例 
[61]例１は、共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、時計回り入力ポート及び反時計回り入力ポート及び共振器の往復長さに対応する自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）を有するジャイロスコープ共振器と、時計回りの光ビームを時計回り入力ポートに結合するように構成されるレーザと、時計回り光ビームが時計回り入力ポートに結合される前に時計回り光ビームにＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍と同等の変調周波数を課し、ｎはゼロ又は正の整数である、時計回り変調器と、時計回りサーキュレータと、時計回り反射ポートから出力される時計回りの光ビームを検出する時計回り反射検出器と、時計回り反射検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調をする、第１のロックイン増幅器と、第１のロックイン増幅器からの出力を受け取り、ジャイロスコープ共振器にレーザをロックするためにレーザにフィードバックを提供する、時計回り共振トラッキングサーボと、反時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する時計回り透過検出器と、第２のサーボと、時計回り透過検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第２高調波で復調し、第２のサーボにフィードバックを提供する、第２のロックイン増幅器と、時計回り透過検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調し、時計回り共振トラッキングループ中の誤差を補正するために時計回り共振トラッキングサーボにフィードバックを提供する、第３のロックイン増幅器とを備え、時計回りの光ビームの変調周波数が第２のサーボを介してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍にロックされ、ｎがゼロ又は正の整数であるか、又は、ＦＳＲが、第２のサーボを介して、時計回り光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にロックされる。
【００５７】
[62]例２は、例１の共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、レーザは第１のレーザであり、さらに、反時計周りの光ビームを反時計回り入力ポートへ結合するように構成される第２のレーザと、反時計回りの光ビームが反時計回り入力ポートに結合される前に、反時計回りの光ビームに対して、ＦＳＲの（ｐ＋０．５）倍と同等の変調周波数を課し、ここでｐはゼロ又は正の整数であり、ｐはｎに等しくない、反時計回り変調器と、反時計回りサーキュレータと、反時計回り反射ポートから出力される反時計回りの光ビームを検出する反時計回り反射検出器と、反時計回り反射検出器から信号を受け取り、反時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調をする、第４のロックイン増幅器と、第４のロックイン増幅器からの出力を受け取り、第２のレーザをジャイロスコープ共振器にロックするために第２のレーザにフィードバックを提供する、反時計回り共振トラッキングサーボと、時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する反時計回り透過検出器と、反時計回り透過検出器から信号を受け取り、反時計回りの光ビームの変調周波数の第１高調波で復調し、反時計回り共振トラッキングループ中の誤差を補正するために反時計回り共振トラッキングサーボにフィードバックを提供する、第５のロックイン増幅器とを備える。
【００５８】
[63]例３は、例２の共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、第２のサーボは自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）サーボであり、さらに、ＦＳＲサーボからのフィードバックを入力する圧電素子を備え、時計回りの光ビームの変調周波数に関連してＦＳＲをロックするために、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲを調整するように、ジャイロスコープ共振器コイルの長さが圧電素子により変化される。
【００５９】
[64]例４は、例３の共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、ＦＳＲサーボは、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、ジャイロスコープ共振器に温度制御信号を提供する。
【００６０】
[65]例５は、例２−４のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、第２のサーボは変調周波数サーボであり、さらに、時計回り変調器を駆動する時計回り調整可能変調生成器と、反時計回り変調器を駆動する反時計回り調整可能変調生成器とを備え、時計回り調整可能変調生成器は、時計回りの光ビームの変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、時計回りの光ビームの変調周波数を調整するよう、変調周波数サーボからフィードバックを受け取り、反時計回り調整可能変調生成器は、反時計回りの光ビームの変調周波数を（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、反時計回りの光ビームの変調周波数を調整するよう、変調周波数サーボからフィードバックを受け取る。
【００６１】
[66]例６は、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システムを含み、第２のサーボはＦＳＲサーボであり、さらに、ＦＳＲサーボからのフィードバックを入力する圧電素子を備え、時計回りの光ビームの変調周波数に関連してＦＳＲをロックするために、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲを調整するように、ジャイロスコープ共振器コイルの長さが圧電素子により変化される。
【００６２】
[67]例７は、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システムを含み、第２のサーボは変調周波数サーボであり、さらに、時計回り位相変調器を駆動するように構成される時計回り調整可能変調生成器を備え、時計回り調整可能変調生成器は、時計回りの光ビームの変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、時計回りの光ビームの変調周波数を調整するよう、変調周波数サーボからフィードバックを受け取る。
【００６３】
[68]例８は、例１−７のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、さらに、反時計回りの光ビームの一部と組み合わされた時計回りの光ビームの一部を受け取って、組み合わされた光ビームからビート信号を生成する光検出器と、少なくともビート信号に基づいて回転速度を計算する処理ユニットとを備える。
【００６４】
[69]例９は、共振器光ファイバジャイロスコープシステムにおけるジャイロスコープ共振器の自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）と、ジャイロスコープ共振器の入力ポートに結合された光ビームのレーザ変調周波数とを互いにロックする方法を含み、当該方法は、レーザから出射される時計回りの光ビームをＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍のレーザ変調周波数で変調するステップであって、ｎはゼロ又は正の整数である、ステップと、変調された時計回りの光ビームをジャイロスコープ共振器の時計回り入力ポートに結合するステップと、時計回り反射検出器からの信号を受け取るステップと、第１のロックイン増幅器において、時計回り反射検出器から受け取られた信号の第１高調波を復調するステップと、時計回り共振トラッキングサーボにおいて、第１のロックイン増幅器から、復調された第１高調波信号を受け取るステップと、レーザをジャイロスコープ共振器にロックするために、時計回り共振トラッキングサーボからレーザにフィードバックを提供するステップと、時計回り透過検出器から信号を受け取るステップと、第２のロックイン増幅器において、時計回り透過検出器から受け取られた信号の第２高調波を復調するステップと、第２のロックイン増幅器からのフィードバックを第２のサーボに提供するステップと、第３のロックイン増幅器において、時計回り透過検出器から受け取られた信号の第１高調波を復調するステップと、時計回り共振トラッキングループにおける誤差を補正するために、第３のロックイン増幅器からのフィードバックを時計回り共振トラッキングサーボに提供するステップとを備える。
【００６５】
[70]例１０は、例９の方法を含み、レーザは第１のレーザであり、さらに、第２のレーザから出射された反時計回りの光ビームをＦＳＲの（ｐ＋０．５）倍のレーザ変調周波数で変調するステップであって、ｐは０又は正の整数であり、ｐはｎに等しくない、ステップと、変調された反時計回りの光ビームをジャイロスコープ共振器の反時計回り入力ポートに結合するステップと、第４のロックイン増幅器において反時計回り反射検出器から信号を受け取るステップと、第４のロックイン増幅器において、反時計回り反射検出器から受け取られた信号の第１高調波を復調するステップと、反時計回り共振トラッキングサーボにおいて、第４のロックイン増幅器から、復調された第１高調波信号を受け取るステップと、第２のレーザをジャイロスコープ共振器にロックするために、反時計回り共振トラッキングサーボから第２のレーザにフィードバックを提供するステップとを備える。
【００６６】
[71]例１１は、例１０の方法を含み、さらに、第５のロックイン増幅器において反時計回り透過検出器から信号を受け取るステップと、第５のロックイン増幅器において、反時計回り透過検出器から受け取られた信号の第１高調波を復調するステップと、反時計回り共振トラッキングループにおける誤差を補正するために、反時計回り共振トラッキングサーボに第５のロックイン増幅器からフィードバックを提供するステップとを備える。
【００６７】
[72]例１２は、例１０−１１のいずれかの方法を含み、第２のサーボはＦＳＲサーボであり、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて圧電素子にＦＳＲサーボからのフィードバックを提供するステップと、ＦＳＲデバイスにおいて受け取られたフィードバックに基づいて圧電素子を駆動することにより、ジャイロスコープ共振器コイルの長さを調整するステップと、ジャイロスコープ共振器コイルの長さに対する調整を介して、時計回りの光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にＦＳＲをロックするステップとを備える。
【００６８】
[73]例１３は、例１２の方法を含み、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいてＦＳＲサーボからジャイロスコープ共振器に温度制御信号を提供するステップを備える。
【００６９】
[74]例１４は、例１０−１３のいずれかの方法を含み、第２のサーボは変調周波数サーボであり、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、変調周波数サーボからのフィードバックを時計回り調整可能変調生成器に提供するステップと、時計回りの光ビームの変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、時計回りの光ビームの変調周波数を調整するステップと、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、反時計回りの調整可能変調生成器に変調周波数サーボからのフィードバックを提供するステップと、反時計回りの光ビームの変調周波数を（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、反時計回りの光ビームの変調周波数を調整するステップとを備える。
【００７０】
[75]例１５は、例９−１４のいずれかの方法を含み、第２のサーボはＦＳＲサーボであり、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、圧電素子にＦＳＲサーボからのフィードバックを提供するステップと、圧電素子において受け取られたフィードバックに基づいて圧電素子を実施することによって、ジャイロスコープ共振器コイルの長さを調整するステップと、ジャイロスコープ共振器コイルの長さに対する調整を介して、時計回りの光の変調周波数にＦＳＲをロックするステップとを備える。
【００７１】
[76]例１６は、例１５の方法を含み、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、ＦＳＲサーボからジャイロスコープ共振器に温度制御信号を提供するステップを備える。
【００７２】
[77]例１７は、例９−１６のいずれかの方法を含み、第２のサーボは変調周波数サーボであり、さらに、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、時計回りの調整可能変調生成器に変調周波数サーボからのフィードバックを提供するステップと、時計周りの光ビームの変調周波数を（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、時計回りの光ビームの変調周波数を調整するステップと、第２のロックイン増幅器からのフィードバックに基づいて、反時計回り調整可能変調生成器に変調周波数サーボからのフィードバックを提供するステップと、反時計回りの光ビームの変調周波数を（ｐ＋０．５）ＦＳＲにロックするために、ＦＳＲが変化するとき、反時計回り光ビームの変調周波数を調整するステップとを備える。
【００７３】
[78]例１８は、共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、時計回り入力ポート及び反時計回り入力ポート及び共振器の往復長さに対応する自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）を有するジャイロスコープ共振器と、時計回りの光ビームを時計回り入力ポートへ結合するように構成される第１のレーザと、時計回り光ビームが時計回り入力ポートに結合される前に時計回り光ビームにＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍と同等の変調周波数を課し、ｎはゼロ又は正の整数である、時計回り変調器と、時計回りサーキュレータと、時計回り反射ポートから出力される時計回りの光ビームを検出する時計回り反射検出器と、時計回り反射検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調をする、第１のロックイン増幅器と、第１のロックイン増幅器からの出力を受け取り、ジャイロスコープ共振器に第１のレーザをロックするために第１のレーザにフィードバックを提供する、時計回り共振トラッキングサーボと、反時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する時計回り透過検出器と、第２のサーボと、時計回り透過検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第２高調波で復調し、第２のサーボにフィードバックを提供する、第２のロックイン増幅器と、時計回り透過検出器から信号を受け取り、時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調し、時計回り共振トラッキングループ中の誤差を補正するために時計回り共振トラッキングサーボにフィードバックを提供する、第３のロックイン増幅器と、反時計回りの光ビームを反時計回り入力ポートへ結合するように構成される第２のレーザと、反時計回り光ビームが反時計回り入力ポートに結合される前に反時計回り光ビームにＦＳＲの（ｐ＋０．５）倍と同等の変調周波数を課し、ｐはゼロ又は正の整数であり、ｐはｎと等しくない、反時計回り変調器と、反時計回りサーキュレータと、反時計回り反射ポートから出力される反時計回りの光ビームを検出する反時計回り反射検出器と、反時計回り反射検出器から信号を受け取り、反時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調をする、第４のロックイン増幅器と、第４のロックイン増幅器からの出力を受け取り、ジャイロスコープ共振器に第２のレーザをロックするために第２のレーザにフィードバックを提供する、反時計回り共振トラッキングサーボと、時計回り入力ポートから出力される光ビームを検出する反時計回り透過検出器と、反時計回り透過検出器から信号を受け取り、反時計回り光ビームの変調周波数の第１高調波で復調し、反時計回り共振トラッキングループ中の誤差を補正するために反時計回り共振トラッキングサーボにフィードバックを提供する、第５のロックイン増幅器とを備え、時計回りの光ビームの変調周波数が第２のサーボを介してＦＳＲの（ｎ＋０．５）倍にロックされるか、又は、ＦＳＲが、第２のサーボを介して、時計回り光ビームの変調周波数の１／（ｎ＋０．５）倍にロックされる。
【００７４】
[79]例１９は、例１８の共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、第２のサーボはＦＳＲサーボであり、さらに、ＦＳＲサーボからのフィードバックを入力する圧電素子を備え、時計回りの光ビームの変調周波数に関連してＦＳＲをロックするために、ＦＳＲサーボからのフィードバックに基づいて、ジャイロスコープ共振器のＦＳＲを調整するように、ジャイロスコープ共振器コイルの長さが圧電素子により変化される。
【００７５】
[80]例２０は、例１８−１９のいずれかの共振器光ファイバジャイロスコープシステムを含み、第２のサーボは変調周波数サーボであり、さらに、時計回り位相変調器を駆動する時計回り調整可能変調生成器と、反時計回り位相変調器を駆動する反時計回り調整可能変調生成器とを備え、時計回り調整可能変調生成器は、変調周波数サーボからフィードバックを受け取って、ＦＳＲが変化するとき、時計回りの光ビームの変調周波数を調整し、時計回りの光ビームの変調周波数は（ｎ＋０．５）ＦＳＲにロックされ、反時計回り調整可能変調生成器は、変調周波数サーボからフィードバックを受け取って、ＦＳＲが変化するとき、反時計回り光ビームの変調周波数を調整し、反時計回りの光ビームの変調周波数は（ｐ ＋０．５）ＦＳＲにロックされる。
【００７６】
[81]特定の実施例が図示され説明されてきたが、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の代わりに使用することができることが、当業者には理解されるであろう。この出願は、本願の任意の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ことが明確に意図される。
【図１】
2015075485.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
2015075485.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
2015075485.tif 000007
【図５】
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【外国語明細書】
2015075485000001.pdf