(57)【要約】【課題】偏光子の機能及び光導波路をもつ光集積回路からシングルモード光ファイバコイルに入射する光を正しく無偏光状態にすることができる。【解決手段】  光源１０がシングルモード光ファイバ５１及びカプラ５２を順次介し、更に偏波面保存光ファイバ５４の一端に接続され、光ファイバ５４の他端は、その個有軸が、偏光機能をもつ分岐光導波路１５をもつ光集積回路１４の光導波路１５にそのＴＥモードの電界方向と合されて接続され、光導波路１５の他の２端に偏波面保存光ファイバ５５及び５７の一端が、その個有軸と光導波路のＴＥモードの電界方向と合されてそれぞれ接続され、この光ファイバ５５及び５７の他端は偏波面保存光ファイバ５６及び５８の各一端が個有軸を４５度ずらされて接続され、光ファイバ５６及び５８の他端はシングルモード光ファイバコイル２０の両端に接続されている。【選択図】図４
2004309466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を光ファイバ及び光ファイバカプラを順次通じて、偏光子の機能と分岐光導波路とを有する基板型光集積回路に入射し、この光集積回路において分岐された光をシングルモード光ファイバコイルの両端に時計回り光及び反時計回り光としてそれぞれ入射し、上記光ファイバコイルを伝搬した時計回り光及び反時計回り光を上記光集積回路において結合して干渉させ、この干渉光を上記光ファイバカプラから受光器に導入してその光強度を電気信号に変換し、この電気信号から上記光ファイバコイルに、その軸心回りに印加される角速度を検出する光ファイバジャイロにおいて、
上記光ファイバカプラと上記光集積回路の光導波路との間に接続され、その光導波路のＴＥモードの電界方向と個有軸が合わされ、長さＬ１の第１偏波面保存光ファイバと、
上記光集積回路の上記光導波路の他の２つの端面と、それぞれの一端が、その光導波路のＴＥモードの電界方向と個有軸とが合されて接続され、長さがそれぞれＬ２及びＬ４の第２及び第３偏波面保存光ファイバと、
上記第２及び第３偏波面保存光ファイバの他端と、それぞれの一端が、これら両者の個有軸が互いに４５度ずらされて接続され、それぞれの他端が上記光ファイバコイルの両端にそれぞれ接続され、長さがそれぞれＬ３及びＬ５の第４及び第５偏波面保存光ファイバとを備え、
上記第１偏波面保存光ファイバを除く上記光源と上記光集積回路間の光ファイバは全てシングルモード光ファイバで構成され、
上記各偏波面保存光ファイバの直交偏光間に群遅延時間差を上記光源の光のコヒーレンス長を越えるだけ生じさせる長さをＬとすると、
Ｌ１＞Ｌ，Ｌ３＞Ｌ，Ｌ５＞Ｌ
｜（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ３｜＞Ｌ，｜（Ｌ１＋Ｌ４）−Ｌ５｜＞Ｌ
｜｜（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ３｜−｜（Ｌ１＋Ｌ４）−Ｌ５｜｜＞Ｌ
の条件を満していることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバジャイロにおいて、
｜Ｌ１−Ｌ３｜＞Ｌ  ，  ｜Ｌ１−Ｌ５｜＞Ｌ
かつ｜｜｜Ｌ１−Ｌ３｜−｜Ｌ１−Ｌ５｜｜＞Ｌ
の条件を満すことを特徴とする光ファイバジャイロ。
【請求項３】
請求項１記載の光ファイバジャイロにおいて、
Ｌ２＞Ｌ，Ｌ４＞Ｌ
｜｜Ｌ１−Ｌ２｜−Ｌ３｜＞Ｌ，｜｜Ｌ１−Ｌ４｜−Ｌ５｜＞Ｌ
かつ｜｜｜Ｌ１−Ｌ２｜−Ｌ３｜−｜｜Ｌ１−Ｌ４｜−Ｌ５｜｜＞Ｌ
の条件を満していることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【請求項４】
請求項３記載の光ファイバジャイロにおいて、
Ｌ２＞２Ｌ，Ｌ３＞４Ｌ，Ｌ４＞８Ｌ、Ｌ５＞１６Ｌ
であることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【請求項５】
光源からの光を偏波面保存光ファイバ、及び偏波面保存光ファイバカプラを順次通じて、偏光子の機能と分岐光導波路とを有する基板型光集積回路に入射し、この光集積回路において分岐された光をシングルモード光ファイバコイルの両端に時計回り光及び反時計回り光としてそれぞれ入射し、上記光ファイバコイルを伝搬した時計回り光及び反時計回り光を上記光集積回路において結合して干渉させ、この干渉光を上記光ファイバカプラから受光器に導入してその光強度を電気信号に変換し、この電気信号から上記光ファイバコイルに、その軸心回りに印加される角速度を検出する光ファイバジャイロにおいて、
上記光集積回路の上記光導波路の他の２つの端面とそれぞれ一端が、その光導波路のＴＥモードの電界方向と個有軸とが合されて接続され、長さがそれぞれＬ２及びＬ４の第２及び第３偏波面保存光ファイバと、
上記第２及び第３偏波面保存光ファイバの他端と、それぞれの一端が、これら両者の個有軸が互いに４５度ずらされて接続され、それぞれの他端が上記光ファイバコイルの両端にそれぞれ接続され、長さがそれぞれＬ３及びＬ５の第４及び第５偏波面保存光ファイバとを備え、
上記各偏波面保存光ファイバの直交偏光間に群遅延時間差を、上記光源の光のコヒーレンス長を越えるだけ生じさせる長さをＬとすると、
Ｌ３＞Ｌ  ，  Ｌ５＞Ｌ  ,  ｜Ｌ３−Ｌ５｜＞Ｌ
の条件を満していることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【請求項６】
請求項５記載の光ファイバジャイロにおいて、
｜Ｌ２−Ｌ３｜＞Ｌ，｜Ｌ４−Ｌ５｜＞Ｌ
｜｜Ｌ２−Ｌ３｜−｜Ｌ４−Ｌ５｜｜＞Ｌ
の条件を満していることを特徴とする光ファイバジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は偏光子の機能及び分岐光導波路が形成された基板型光集積回路を備え、光ファイバコイルに印加されるそのコイル軸心回りの角速度を検出する光ファイバジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバジャイロにおいては、光ファイバコイルの両端にそれぞれ光ビームを入射し、その光ファイバコイルを伝搬してコイルの両端から出射される。これら両出射光の位相差は、その光ファイバコイルに、その軸心回りの角速度が印加されていない状態ではゼロであるが、前記角速度が印加されている状態では、その印加角速度に応じて、前記両出射光の位相差が変化する。よってこの位相差を検出することにより前記光ファイバコイルに印加される角速度が検出される。光ファイバコイルに複屈折性があるとこれを伝搬する光ビームは、その直交する２つの直線偏光成分により、光の伝搬速度が異なる。従って、光ファイバコイルを伝搬した出射光中の各２つの直線偏光のうち同一の直線偏光ビームを互いに干渉させて前記角速度を検出する。この一方の直線偏光の出射ビームの間の干渉光ビームを得るために、偏光子が用いられている。またこの偏光子により選定された直線偏光が光ファイバコイルを伝搬するように、偏波面保存光ファイバにより光ファイバコイルが構成されていた。
【０００３】
しかし偏波面保存光ファイバはシングルモード光ファイバと比較して可成り高価である。この点からシングルモード光ファイバを光ファイバコイルとして用いられるようになったシングルモード光ファイバコイルにおいても、その曲げ状態などはよりわずかであるが複屈折性が生じており、しかもこれを伝搬する光の直線偏光状態が、なんらかの影響により容易に変動する。このためデポラライザを用いて一方の直線偏光と他方の直線偏光とを互いに干渉が生じない等振幅のものとして、つまり無偏光状態にして光ファイバコイルの両端に光を入射することが行われている。
【０００４】
光源よりの光を分岐して光ファイバコイルの両端に入射し、その光ファイバコイルの両端よりの出射光ビームを干渉させるための分岐器と、所定の直線偏光とするための偏光子とを、光導波路を備える基板型光集積回路に機能させることが提案されている。この基板型光集積回路とシングルモード光ファイバとを用いて光ファイバジャイロを構成すると、光源から基板型光集積回路の光導波路に入射された光は、その光導波路の伝搬モードであるＴＥモードで伝搬し、２つに分岐されて光ファイバコイルの両端に入射されるが、光導波路の消光モードであるＴＭモードの光が光導波路外へ漏洩し、基板型光集積回路の基板の底面で反射され、光ファイバコイルに入射され、つまりＴＥモード光に基づく直線偏光のみならず、これと直交する直線偏光も、前記漏洩したＴＭモードの迷光に基づき入射され、偏光子としての消光比が劣化される。この問題を解決するために米国特許第５,４７５,７７２号明細書（１９９５年１２月１２日発行）では、光集積回路の基板の底面に空間フィルタを形成している。しかし、ＴＭモードの漏洩光がＴＭモード光として、光ファイバコイルに入射するのみならず、この漏洩光が、ＴＥモードに変換されて、光ファイバコイルに入射され、光導波路を伝搬した本来のＴＥモード光に悪影響して、結果的に偏光子としての消光比を劣化することが判明した。
【０００５】
基板型光集積回路を用いる場合のこれらの問題を解決する光ファイバジャイロが非特許文献１に記載されている。以下にこの光ファイバジャイロを図１を参照して説明する。
光源１０から出射された光ビームは第１の光ファイバ１１、光ファイバカプラ１２及び第２の光ファイバ１３を通じて基板型光集積回路１４に入射される。第１の光ファイバ１１、光ファイバカプラ１２及び第２の光ファイバ１３は共に偏波面保存光ファイバで構成されている。光ファイバカプラ１２は２本の偏波面保存光ファイバの中間部の側面が互に融着されてその両コア部が互いに接近されている。また、光集積回路１４は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の光学結晶基板に、プロトン交換法によって作製されたＹ分岐型の光導波路１５と、その２本の分岐した光導波路部分にそれぞれ形成された光変調器１６及び１７とを備えている。
【０００６】
Ｙ分岐型光導波路１５に入射した光は第１及び第２の２つの光に分岐され、第１の光は第３の光ファイバ１８を通じて光ファイバコイル２０の一端に入射され、この光ファイバコイル２０中を時計回り方向（以下、ＣＷ方向と称す）に伝搬する。分岐された第２の光は第４の光ファイバ２１を通じて光ファイバコイル２０の他端に入射され、この光ファイバコイル２０中を反時計回り方向（以下、ＣＣＷ方向と称す）に伝搬する。第３及び第４の光ファイバ１８及び２１は偏波面保存光ファイバで構成され、これら偏波面保存光ファイバ１８及び２１はそれぞれ、その固有軸（一般に伝搬速度が速い方の直線偏光の電界方向）が、光集積回路１４の光導波路１５に、その伝搬ＴＥモードの電界方向と４５度ずらされて接続されており、光導波路１５と共にデポラライザとして機能する。光ファイバコイル２０はシングルモード光ファイバで構成されている。
【０００７】
光ファイバコイル２０が、その軸心回りに回転されると、光ファイバコイル２０中をＣＷ方向に伝搬する光とＣＣＷ方向に伝搬する光との間に位相差が生じ、これら光がＹ分岐型光導波路１５に入射して結合されることによって干渉光が生じ、この干渉光は光ファイバカプラ１２によって分岐されて受光器２５に入射され、干渉光の強度に対応する電気信号が受光器２５から出力される。この受光器２５の出力信号は検波回路２６に供給される。
光変調器１７は検出感度を高めるために使用される。光変調器１７には変調信号発生器２７から位相変調信号（例えば正弦波信号）が印加され、分岐された一方の光導波路を伝搬する光を位相変調する。また変調信号発生器２７から位相変調信号と同期した信号が検波回路２６に供給されこの信号により、受光器２５から出力される電気信号が同期検波される。
【０００８】
検波回路２６からの入力角速度に対応する検波出力はフィードバック信号発生回路２８に供給される。フィードバック信号発生回路２８から、その入力である検波出力の大きさに対応するフィードバック信号が発生され、これが光変調器１６に供給され、検波回路２６の検波出力がゼロになるように制御される。フィードバック信号発生回路２８から発生されるフィードバック信号から光ファイバジャイロの出力信号を得る。この図１に示した構成においては光源１０から光ファイバカプラ１２を経由して光集積回路１４に至る光路が全て偏波面保存光ファイバで構成されている。偏波面保存光ファイバはその複屈折性を利用して光の伝搬中に偏波面が変動しないようにされているがその複屈折性に基づきこの光ファイバを伝搬する２つの直交する直線偏光間に伝搬速度に差が生じる。光源１０と光集積回路１４との間の光路長は例えば１ｍ程度は必要とする。よって通常の光ファイバジャイロに用いられるスーパールミネセンスダイオード（ＳＬＤ）のような光源の場合には出射される光のコヒーレンス（可干渉性）に関しては、光源１０からの出射光が偏波面保存光ファイバを１０数ｃｍ程度伝搬すれば、両直線偏光の伝搬速度差に基づく両直線偏光の波頭間距離はコヒーレンスを十分に越えるため、直線偏光の間に可干渉性はなくなっている。従って、偏波面保存光ファイバ１３よりの一方の直線偏光は光集積回路１４の光導波路の伝搬モードであるＴＥモードとして光導波路を伝搬するが、他方の直線偏光が光導波路にＴＭモードとして結合入射し、このＴＭモード光が光導波路から漏洩し前述したように迷光としてＴＭモードとして、又はモード変換されてＴＥモードとして不規則に、光導波路又は偏波面保存光ファイバ１８及び２１に再結合しても、前述したように光導波路を伝搬する直線偏光と、前記迷光との間に可干渉性がないため、前記再結合は角速度検出に何等影響を与えない。従って、光集積回路１４の基板底面に、迷光の影響を抑圧するための空間フィルタを形成する必要もない。
【０００９】
図１に示した光ファイバジャイロにおいては、偏波面保存光ファイバ１８及び２１の長さＬは、それぞれこれを伝搬する互いに直交した２つの直線偏光間に可干渉性が十分なくなる程度とされている。長さＬは下記の式の条件を満たすように設定される。
Ｌλ／Ｂ＞Ｌｃ                  （１）
ここで、Ｂはビート長（典型値２ｍｍ）、λは光の波長（典型値０．８３μｍ）、Ｌｃは光のコヒーレンス長（光ファイバジャイロの典型値５０μｍ）を示し、これらの典型値を上記式に代入すると、Ｌ＞０．１２ｍとなる。上記式において、Ｌ／Ｂは直交直線偏光間の伝搬速度の違いによる位相差を表し、Ｌλ／Ｂは直交直線偏光の波頭（wave front）間の距離を表す。
【００１０】
またこれら両偏波面保存光ファイバ１８及び２１はその固有軸は、光集積回路１４の光導波路のＴＥモードにおける電界方向に対し、４５度傾斜されて光導波路と接続されている。従って、光導波路と偏波面保存光ファイバ１８及び２１とによりそれぞれデポラライザが構成され、光集積回路１４からの光は、シングルモードの光ファイバコイル２０の両端にそれぞれ無偏光状態で入射される。
このような構成により光ファイバコイル２０をシングルモード光ファイバで構成しても、角速度を精度よく検出することができる。なお前述したシングルモード光ファイバコイルの使用に伴う問題、また偏光子及び分岐器を兼ねる基板型光集積回路を用いる問題は、光ファイバジャイロのバイアス誤差の変動として現われる。つまり角速度が印加されていない状態では光ファイバジャイロの検出出力はゼロであるべきであるが、検出出力がバイアスとして生じ、そのバイアス誤差が変動し、検出精度が劣化する。
【００１１】
前記文献には両偏波面保存光ファイバ１８及び２１の長さについて述べていないが、非特許文献２にその長さについて説明されている。つまり両偏波面保存光ファイバ１８及び２１の各長さＬが１：２とされ、これらによりＬＹＯＴ型デポラライザとして作用するようにされ、かつこれら両長さの差が、シングルモード光ファイバコイル２０での複屈折性に基づく、両直線偏光の位相が最悪の場合でも、これら直線偏光を互いに干渉しない程度に位相差を与える長さになるようにされている。
基板型光集積回路１４の光導波路１５の端面に対する偏波面保存光ファイバの接続は、先ず、基板型集積回路１４の基板と同一材料よりなるキャリアを偏波面保存光ファイバの端部に装着し接着固定し、次いで、このキャリアの端面を基板型光集積回路１４の端面に接着固定していた。つまり例えば図２に示すようにキャリア３１は四角柱の一側面にファイバ保持溝３２が形成されてあり、このファイバ保持溝３２に偏波面保存光ファイバ１３の一端部を挿入し、この光ファイバ１３の端面をキャリア３１の一端面と一致させた状態で、光ファイバ１３内のその軸心を挟み軸心と平行な２本の応力付与部１３ａの端面を顕微鏡で視認しながら、２本の応力付与部１３ａの配列方向３３が、キャリア３１の一側面（基準面）３１ａと平行になるようにして光ファイバ１３とキャリア３１を接着剤３４で互いに固定する。この場合、顕微鏡のヘアラインとキャリア３１の基準面３１ａとを一致させておくことにより、比較的容易にかつ精度よく配列方向３３と基準面３１ａとを平行状態にすることができる。
【００１２】
次に、光集積回路１４を、その基板の底面を、接続器にその基準面と一致させて取付け、またその接続器に、その基準面にキャリア３１の基準面３１ａと直角な側面３１ｂを一致させてキャリア３１を取付け、その後接続器を操作してその基準面に垂直方向及び水平方向にキャリア３１を移動制御して、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、光導波路１５と光ファイバ１３とが一直線上に位置し、かつキャリア３１及び光ファイバ１３の端面を光集積回路１４の端面に接触させてこれらを互いに接着固定する。このようにして偏波面保存光ファイバ１３の固有軸が光導波路１５のＴＥモードの電界方向と一致する。通常は２本の応力付与部１３ａの配列方向３３と直角方向（速相軸）が前記ＴＥモードの電界方向と一致するようにされる。図３Ａ及び図３Ｂはその状態を示している。
【００１３】
偏波面保存光ファイバ１８や２１を光導波路１５に接続するに当たって先ず偏波面保存光ファイバ１８にキャリア３１を装着するが、その際に図２中に破線で示すように、２本の応力付与部１８ａの配列方向が基準面３１ａに対し４５度になるように、顕微鏡で視認しながら行った後、偏波面保存光ファイバ１８とキャリア３１を互いに接着する。その後のキャリア３１の光集積回路１４への固定は図３を参照して説明したと同様に行う。偏波面保存光ファイバ２１と光導波路１５との接続も同様の方法で行う。
しかし応力付与部の配列方向を基準面３１ａに対し４５度に視認により行うことは、応力付与部の配列方向を基準面３１ａと平行にすることより、一般に角度合せの精度が悪い。例えば基準面３１ａと平行にする場合の角度合せのずれは、光ファイバジャイロのバイアス誤差で数度／hourであるが、基準面３１ａに対し４５度にする場合の角度合せのずれはバイアス誤差で数１０度／hourとなる。つまり偏波面保存光ファイバ１８，２１の各個有軸が光導波路１５のＴＥモードの電界方向に対し正しく４５度になっていないと、シングルモード光ファイバコイル２０に入射される光が正確に無偏光状態にならず、検出角速度の精度が低下する。
【００１４】
基板型光集積回路を用いたオープンループ光ファイバジャイロが例えば特開平８−０２９１８４号公報（１９９６年２月２日発行）に示されている。このようなオープンループ光ファイバジャイロに対しても、図１に示したように光集積回路の光源側光路の全てを偏波面保存光ファイバで構成し、光集積回路と光ファイバコイルとの間にそれぞれ偏波面保存光ファイバを挿入することにより基板型光集積回路で生じる問題を同様に解決できる。しかし光集積回路とコイル側の偏波面保存光ファイバとの接続角度合せの問題が同様にある。
【非特許文献１】Proceedings of SPIE,Vol.2292，P.166〜176
【非特許文献２】Proceedings of SPIE,Vol.2070, P.152〜163
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この発明の目的は、偏光子の機能及び光導波路をもつ光集積回路からシングルモード光ファイバコイルに入射する光を正しく無偏光状態にすることができる光ファイバジャイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明によれば、光源からの光を光ファイバ及び光ファイバカプラを通じて、偏光子の機能と分岐光導波路とを有する基板型光集積回路に入射し、この光集積回路において分岐された光をシングルモードの光ファイバコイルの両端に時計回り光及び反時計回り光としてそれぞれ入射し、上記光ファイバコイルを伝搬した時計回り光及び反時計回り光を上記光集積回路において結合して干渉させ、この干渉光を上記光ファイバカプラから受光器に導入してその強度を電気信号に変換し、この電気信号から上記光ファイバコイルに印加されるその軸心回りの回転角速度を検出する光ファイバジャイロにおいて、上記光集積回路の分岐光導波路の２つの入出射端面にそのＴＭモードの電界方向と個有軸とがそれぞれ一致された第１及び第２偏波面保存光ファイバの各一端が接続され、これら第１及び第２偏波面保存光ファイバの他端にそれぞれ個有軸が４５度ずらされて第３及び第４偏波面保存光ファイバの一端が接続され、これら、第３及び第４偏波面保存光ファイバの他端は上記光ファイバコイルの両端に接続され、上記第３偏波面保存光ファイバは発明の背景の項で述べた不等式（１）の条件を満たす前記長さＬと同様に設定され、第４偏波面保存光ファイバの長さは２Ｌ以上とされている。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、デポラライザとし作用されるための４５度の軸合せは光ファイバ間の接続で行うことができ、この接続は偏波面保存光ファイバの応力付与部を側方から光学的に観測しながら画像解析して正確に任意の相対角度になるように光ファイバを融着接続することが市販の偏波面保存光ファイバ融着接続機により行うことができる。よって正しく無偏光状態とされた光をシングルモード光ファイバコイルの両端に入射することができ、検出精度が高い光ファイバジャイロが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明をクローズドループ方式の光ファイバジャイロに適用した実施例の構成を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１と対応する素子や部分には同一参照符号を付けて示し、必要のない限りそれらの説明を省略する。
光源１０から出射された光は第１の光ファイバ５１、光ファイバカプラ５２、第２の光ファイバ５３及び第３の光ファイバ５４を通じて基板型光集積回路１４に入射される。この実施例では第１及び第２の光ファイバ５１及び５３、また光ファイバカプラ５２はシングルモード光ファイバで構成され、第３の光ファイバ５４は長さＬの偏波面保存光ファイバで構成され、この第３の光ファイバ５４の一方の個有軸は光集積回路１４の光導波路１５のＴＥモードの電界方向Ｅｘと一致させられている（この様子は第４の光ファイバ５５と光導波路１５との接続において図５を参照して説明する）。ここで、光源１０からの光についてコヒーレンスが生じない程度に、直交する２つの直線偏光間に十分な群遅延時間差を与える偏波面保存光ファイバの長さの１単位をＬとする。
【００１９】
基板型光集積回路１４は、偏光子機能と分岐光導波路を備えるもので、例えば先に述べた先行技術と同様に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の光学結晶基板に、プロトン交換法によって作製されたＹ分岐型の光導波路１５を備え、この例では２つの光変調器１６及び１７も同様に備えている。なお光集積回路１４の光源１０側光路をシングルモード光ファイバを主体として短かい偏波面保存光ファイバを光集積回路１４との接続に用いることは本発明者らにより米国特許出願第１０／７００，３１２で提案した。
Ｙ分岐型光導波路１５に入射した光は第１及び第２の２つの光ビームに分岐され、この実施例では第１の光は第４の光ファイバ５５を通じ、更に第５の光ファイバ５６を通じて光ファイバコイル２０の一端に入射し、この光ファイバコイル２０中を時計回り方向に伝搬する。分岐された第２の光は第６の光ファイバ５７を通じ、更に第７の光ファイバ５８を通じて光ファイバコイル２０の他端に入射し、この光ファイバコイル２０中を反時計回り方向に伝搬する。光ファイバコイル２０中をＣＷ方向に伝搬する光波とＣＣＷ方向に伝搬する光波はＹ分岐型光導波路１５によって結合され、さらに光ファイバカプラ５２によって分岐されて受光器２５に入力し、干渉光の強度を示す電気信号として出力される。
【００２０】
第４、第５、第６及び第７の光ファイバ５５，５６，５７及び５８はそれぞれ偏波面保存光ファイバで構成されている。これら光ファイバ間の融着点を太くして示してある。図５に示すように第４及び第６の光ファイバ５５及び５７の各個有軸、この例では速相軸の方の固有軸、つまり各２本の応力付与部５５ａ及び５７ａの配列方向３３と直角方向は、それぞれ光集積回路１４の各光導波路１５のＴＥモードの電界方向Ｅｘと同一方向とさせられ、かつ図６に示すように第５及び第７の光ファイバ５６及び５８の各速相軸（この例では各２本の応力付与部５６ａ及び５８ａの各配列方向３５と各直角な方向）と４５度ずらされている。図では光ファイバ５５と５６を区別するためわずかずらしてある。
【００２１】
更にこの実施例では第４，…，第７の光ファイバ５５，５６，５７及び５８の各長さＬ２，Ｌ３，Ｌ４及びＬ５はそれぞれ２Ｌ以上、８Ｌ以上、４Ｌ以上及び１６Ｌ以上とされると共に、これらのうち何れの２つも互いの長さの差は１Ｌ以上に設定されている。
この構成によれば、第３の光ファイバ５４の長さはＬ以上であるから、第３の光ファイバ５４から光集積回路１４へ入射する直交した直線偏光は互いに干渉がない状態になっている。従って光集積回路１４内に前述した基板内に生じた迷光が光導波路１５の伝搬中あるいは第４及び第６の光ファイバ５５及び５７に入射する際に再結合されても、その再結合光による影響は、図１に示したものと同様にない。
【００２２】
光導波路１５と第４及び第６の光ファイバ５５及び５７との接続は光導波路１５のＴＥモードの電界方向と各偏波面保存光ファイバの個有軸とが平行とされているため、これらの接続は高い精度で角度合せされ、第４及び第６の光ファイバ５５及び５７に入射される光は実質的に、この例では偏波面保存光ファイバの速相軸を伝搬するＴＥモード光のみである。また第４及び第６の光ファイバ５５及び５７と第５及び第７の光ファイバ５６及び５８との接続はこれらの個有軸が高い精度で個有軸が互いに４５度ずらされている。従って第４及び第６の光ファイバ５５及び５７から第５及び第７の光ファイバ５６及び５８に、実質的に速相軸直線偏光のみが等強度で速相軸と遅相軸とに分割されて入射される。
【００２３】
第５及び第７の光ファイバ５６及び５８の各長さＬ３及びＬ５はそれぞれＬ以上であり、かつ１：２とされているため、第５及び第７の光ファイバ５６及び５８から光ファイバコイル２０にそれぞれ入射される光は正しく無偏光状態となっており、第５及び第７の光ファイバ５６と５８とによりＬＹＯＴ型デポラライザとして作用し、光ファイバコイル２０から光集積回路１４に入射される各光は正しい無偏光状態になっている。よって、これらの光が光集積回路１４内で生じる迷光の再結合の影響がない。ここで光ファイバコイル２０のシングルモード光ファイバの複屈折性は偏波面保存光ファイバの複屈折率よりも２〜３桁程度小さく、しかも各所でランダムに発生し測定が困難であるがそのランダム性より、全体としては互いに打ち消し合って、この複屈折性を無視してよいことを見いだした。
【００２４】
以上の説明より、第４及び第６の光ファイバ５５及び５７の長さＬ２及びＬ４は第４及び第６の光ファイバ５５及び５７と光導波路１５との各接続、また第５及び第７の光ファイバ５６及び５８との各接続の作業がやり易い範囲でなるべく短かいものとしてもよい。この場合はＬ２＝Ｌ４としてよい。このようにこの光ファイバジャイロによれば、前記平行とする軸合せ作業を比較的簡単に比較的高い精度で行うことができ、かつ４５度の軸合せを市販の接続機により高い精度で行うことができ、それだけ検出角速度の精度が向上する。またこの例では光集積回路１４より光源１０側の光路で用いる偏波面保存光ファイバは例えば１０数ｃｍとすることもでき、図１に示したものでは１ｍ程度以上も必要とした場合と比較して安価に構成することができる。
【００２５】
光集積回路１４から第３の光ファイバ５４へ光の入射において、ＴＭモード迷光が第３の光ファイバ５４に入射され、モード変換されて再結合した迷光を含むＴＥモードがわずか第３の光ファイバ５４の遅相軸伝送光として入射されるおそれがある。しかしこの実施例では第４及び第５の光ファイバ５５及び５６の長さの和Ｌ２＋Ｌ３と第６及び第７の光ファイバ５７及び５８の長さの和Ｌ４＋Ｌ５との差が、第３の光ファイバ５４の長さＬより長いため、各偏波面保存光ファイバの伝搬により形成されたその速相軸伝搬光と遅相軸伝搬光との波頭間、つまり位相差が、第３の光ファイバ５４の伝搬により小さくなっても、第３の光ファイバ５４から光源１０側に出射する速相軸光と遅相軸光、つまり直交する直線偏光間に可干渉性が生じるおそれはない。
【００２６】
光導波路１５のＴＥモード電界方向と第４及び第６の光ファイバ５５及び５７の各速相軸と平行にすることは前述したように比較的高い精度で行うことができる。しかしこの軸合せは視認によるためその精度には限度がある。このため、光導波路１５から第４及び第６光ファイバ５５及び５７の遅相軸伝送光がわずか入射される。従って、これらによる影響を除去することが好ましい。この点から第３の光ファイバ５４の長さＬと第４及び第６の光ファイバ５５及び５７の各長さＬ２及びＬ４との差をそれぞれＬ以上とするとよい。
更にこれら第４及び第５の光ファイバ５５及び５６により、また第６及び第７の光ファイバ５７及び５８により、それぞれＬＹＯＴ型デポラライザを構成し、かつ第４及び第５の光ファイバ５５及び５６と第６及び第７の光ファイバ５７及び５８とによりＬＹＯＴ型デポラライザを構成するとよい。この点でこの実施例ではＬ２＝２Ｌ以上、Ｌ３＝４Ｌ以上、Ｌ４＝８Ｌ以上、Ｌ５＝１６Ｌ以上と、かつこれらのいずれの２つの値の差がＬ以上になるようにされている。このようにすることにより角速度検出精度が著しく高い光ファイバジャイロを構成することができる。
【００２７】
以上の説明から理解されるように、第３、第４及び第６の光ファイバ５４，５５及び５７と光導波路１５との各接続の軸合せが正しく行われていれば、第３の光ファイバ５４で光導波路１５とＴＥモード結合する直線偏光とＴＭモード結合する直線偏光との群遅延差は、例えば光導波路１５と第４の光ファイバ５５との結合の際に、迷光のＴＭモード光が第４の光ファイバ５５に結合しても、第４の光ファイバ５５において両直線偏光の群遅延差が更に大とされる。従って全ての場合にＬ１、Ｌ３、Ｌ５はそれぞれＬ以上であることを前提とし、
｜（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ３｜＞Ｌ，｜（Ｌ１＋Ｌ４）−Ｌ５｜＞Ｌ      （２）
であり、かつ光ファイバコイル２０の伝搬におけるランダムな複屈折性の影響を避けるために、
｜｜（Ｌ１＋Ｌ２）−Ｌ３｜−｜（Ｌ１＋Ｌ４）−Ｌ５｜｜＞Ｌ        （３）
とすればよい。｜ａ−ｂ｜はａとｂの差の絶対値を表わす。あるいは式（２）の条件を満すと共に
｜Ｌ３−Ｌ５｜＞Ｌ、  又は  Ｌ３：Ｌ５
が１：２又は２：１としてもよい。式（２）の２つの条件の一方がイコールで成立っている場合は他方の条件を２Ｌ以上とすればよいともいえる。このような条件が成り立てばＬ２＝Ｌ４でもよく、またＬ１〜Ｌ５のうちＬ１を最小値にする必要はない。また｜Ｌ１−Ｌ３｜＞Ｌ、｜Ｌ１−Ｌ５｜＞Ｌかつ｜｜Ｌ１−Ｌ３｜−｜Ｌ１−Ｌ５｜｜＞Ｌとしてもよい。
【００２８】
次に第３、第４及び第６の光ファイバ５４，５５及び５７と光導波路１５との各接続の軸合せのわずかのずれに基づく影響をも抑圧する場合について述べる。この場合は第３の光ファイバ５４の速相軸偏光成分が例えば第４の光ファイバ５５の遅相軸偏光として、また迷光となった遅相軸偏光成分が速相軸偏光としても、わずかであるが伝搬することになる。よって第３の光ファイバ５４で付けられた速相軸偏光成分と遅相軸偏光成分との群遅延差、つまり位相差が第４の光ファイバ５５の伝搬により減少する成分が生じる。従って、Ｌ２，Ｌ４もＬ以上であり、かつ下記式（４）の条件を満す必要がある。
【００２９】
｜Ｌ１−Ｌ２｜＞Ｌ  ，  ｜Ｌ１−Ｌ４｜＞Ｌ          （４）
第４の光ファイバ５５よりの両直線偏光は第５の光ファイバ５６の速相軸及び遅相軸にそれぞれ等分配される。このため、第５の光ファイバ５６の伝搬により、前記減少された群遅延差（位相差）が更に減少される成分が生じる。このため下記式（５）の条件を満す必要がある。
｜｜Ｌ１−Ｌ２｜−Ｌ３｜＞Ｌ，｜｜Ｌ１−Ｌ４｜−Ｌ５｜＞Ｌ  （５）
更に光ファイバコイル２０の伝搬におけるランダムな複屈折性の影響を避けるために下記（６）式の条件を満す必要がある。
【００３０】
｜｜｜Ｌ１−Ｌ２｜−Ｌ３｜−｜｜Ｌ１−Ｌ４｜−Ｌ５｜｜＞Ｌ    （６）
つまり式（５）のこの条件中の一方がイコールで満される場合は他方の条件を２Ｌ以上とする。最も短かい場合は１：２又は２：１の関係にすればよいことになる。これらの条件を満せばよく、Ｌ１〜Ｌ５中でＬ１を最小値にしなくてもよい。
この発明において最も重要な点は、光集積回路１４と直接接続する光ファイバコイル２０側の偏波面保存光ファイバと光導波路との接続では軸をずらさず、４５度軸をずらす接続は偏波面保存光ファイバ同士の接続で行う点にある。従って光集積回路１４の光源１０側の光路は図１に示したものと同様に全て偏波面保存光ファイバで構成してもよい。つまり図７に図１及び図４と対応する部分に同一参照符号を付けて示す構成としてもよい。
【００３１】
この場合は光集積回路１４の光源１０側の偏波面保存光ファイバの長さは前述したように例えば１ｍ以上程度と長く、従ってこの偏波面保存光ファイバで生じる直交偏光の群遅延差（位相差）は光集積回路１４の光ファイバコイル２０側で発生する直交偏光の群遅延差（位相差）より著しく大きい。従って光導波路１５と第３、第４及び第６の光ファイバ５４，５５及び５７との軸合せのずれの影響を無視する場合は下記条件を満たせばよい。
Ｌ３＞Ｌ  ，  Ｌ５＞Ｌ  ，  ｜Ｌ３−Ｌ５｜＞Ｌ          （７）
前記軸合せのずれの影響を抑えたい場合は下記条件を満たせばよい。
【００３２】
｜Ｌ２−Ｌ３｜＞Ｌ  ，  ｜Ｌ４−Ｌ５｜＞Ｌ
｜｜Ｌ２−Ｌ３｜−｜Ｌ４−Ｌ５｜｜＞Ｌ                  （８）
なお上述において各偏波面保存光ファイバの長さの各条件は以上としているが、経済性の点からは各条件を満しかつなるべく短かい方がよい。
上記実施例ではこの発明をクローズドループ方式の光ファイバジャイロに適用した場合について説明したが、この発明はオープンループ方式の光ファイバジャイロにも同様に適用することができ、同様の作用効果が得られることはいうまでもない。また上記実施例ではニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の光学結晶基板にプロトン交換法によって作製されたＹ分岐型の光導波路を備えた光集積回路を使用したが、光学結晶基板はチタン酸リチウム（ＬｉＴｉＯ３）であってもよい。或いは、例えば両偏波モード、つまりＴＥモード及びＴＭモードの光を伝送することができるチタン拡散型のニオブ酸リチウムの光導波路の一部に局所的なデバイスとして何らかの偏光子を組み込んだ構成の光集積回路を使用してもよい。要するに、光集積回路は偏光子の機能と分岐光導波路とを有するものであればよい。各偏波面保存光ファイバとしては２本の応力付与部をもつものに限らず、他の各種のものも用いることもできる。
【００３３】
なお図４において光ファイバ５５及び５７を省略して、光ファイバ５６及び５８を、個有軸をＴＥモードの電界方向に対し４５度ずらして光導波路１５に直接接続する場合の光ファイバの長さの条件は、次式を満せばよい。
Ｌ１＞Ｌ，Ｌ３＞Ｌ，Ｌ５＞Ｌ，｜Ｌ１−Ｌ３｜＞Ｌ，｜Ｌ１−Ｌ５｜＞Ｌ，
｜｜Ｌ１−Ｌ３｜−｜Ｌ１−Ｌ５｜｜＞Ｌ
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】先行技術のクローズドループ方式の光ファイバジャイロの構成の一例を示すブロック図。
【図２】偏波面保存光ファイバの個有軸をキャリアの基準面と平行に軸合せした状態の偏波面保存光ファイバの端面側を示す拡大図。
【図３】Ａは偏波面保存光ファイバをキャリアに保持して光集積回路基板に接続した状態を示す平面図、Ｂは図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【図４】この発明の実施例を示すブロック図。
【図５】光集積回路１４の光導波路１５のＴＥモードの電界方向Ｅｘと偏波面保存光ファイバ５５（又は５７）の個有軸の関係を示す図。
【図６】偏波面保存光ファイバ５５（又は５７）と５６（又は５８）との個有軸の関係を示す図。
【図７】この発明のその他の実施例を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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