(57)【要約】本発明は非相反効果測定装置の分野に関し、特に光ファイバジャイロの分野に関する。本発明による非相反効果測定装置は、光源（１）、モノモード空間フィルタ（５２）、２つの枝部（８１、８２）を有するサニャックリング（８）、光をリング（８）の枝部（８１、８２）に分ける光スプリッタ（７）、光検出器（３）を備え、該光スプリッタ（７）は偏光スプリッタであり、該フィルタ（５２）は非偏光フィルタであり、該検出器（３）は偏光状態を分析するシステムを含む。本発明は他の非相反効果測定装置、特に光ファイバ磁気計にも適用できる。【選択図】図２
2004525386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源
第一光スプリッタ
非偏光モノモード空間フィルタ
第一枝部と第二枝部を有するサニャックリング
入射光をサニャックリングの第一枝部と第二枝部に分ける第二光スプリッタ
光検出器
を含む光学部品を備える非相反効果測定装置であって、
該光学部品の構成及び配置は、
光源から放たれ第一スプリッタに到達する入射光が２つの定義された偏光の結合である偏光状態を有し、
第二スプリッタが入射光を完全又は部分的に第一及び第二の定義された偏光に分ける偏光スプリッタであり、光源から放たれた光の第一部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、サニャックリングの第一枝部に入りサニャックリングの第二枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達でき、
光源から放たれた光の第二部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、サニャックリングの第二枝部に入りサニャックリングの第一枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達できるような構成及び配置になっており、
光検出器は、該光検出器に到達する光の第一部分と第二部分の重畳により形成された光信号の偏光状態を分析するシステムを含む
測定装置。
【請求項２】
サニャックリングは、第一及び第二の定義された偏光の一方で偏光された第一及び第二枝部の一方から入ってくる光が、他方の定義された偏光で実質的にゼロではないパワーを有して他方の枝部から出るように構成されている、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
第一スプリッタは、光検出器に到達する光信号の偏光状態について、光源からの偏光に対する、該光源からの偏光に補完的な偏光の割合を増加させるように構成された部分的偏光スプリッタである、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
モノモード空間フィルタは軸対称モノモード光ファイバの一部である、請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
サニャックリングは光ファイバのリールである、請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
サニャックリングの第一及び第二枝部の一方はリオ減偏光子を含む、請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
サニャックリングは、一方の枝部から他方の枝部へ進む間、一方の定義された偏光の光がそれに補完的な他方の定義された偏光の光に切り替えられるように構成された偏光維持光ファイバである、請求項５に記載の測定装置。
【請求項８】
第二スプリッタは部分的スプリッタであり、
該第二スプリッタにより互いに分けられる補完的な定義された偏光に対応する入射光の主部分は、サニャックリングを通過し次いで該偏光スプリッタを通過し、主成分と呼ばれ、
該第二スプリッタにより補完的偏光から分けられない１又は複数の偏光に対応する入射光の残余部分は、サニャックリングを通過し次いで該偏光スプリッタを通過し、寄生成分と呼ばれ、
該１又は複数の寄生成分と該主成分の間の位相シフトは全て、該１又は複数の寄生成分が該主成分に干渉しないように光源のスペクトル幅の反比例よりも大きい
請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
第二スプリッタは直線偏光スプリッタである、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１０】
第二スプリッタは入射光を完全に２つの定義された偏光に分ける、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１１】
第二スプリッタはウォラストンプリズムである、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
光源は、第二スプリッタの軸に対して約４５度で偏光された光を放つ、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１３】
偏光状態分析システムは、検出器に到達する光ビームの楕円率を分析するシステムである、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１４】
光検出器は時間変数４分の１波長板を備え、該波長板の複屈折軸は固定されており、該複屈折軸の１つは光源から放たれる偏光と平行で、該複屈折軸はそれぞれ交互に進相軸と遅相軸になる、請求項１に記載の測定装置。
【請求項１５】
４分の１波長板は光弾性変調器である、請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１６】
光検出器は、４分の１波長板の下流に連続的に、該４分の１波長板に対して４５度にある分析器と、出力を有する光電素検出器と、同期検出手段とを備え、
該光電素検出器は光検出器に到達する光信号の成分の１つを受け取り、該同期検出手段は、該光電素検出器の出力で光信号の一連の高値と一連の低値の間で減算を行い、２つ一組の減算された値は一方が高く他方が低い一方で互いに近接しており、該減算の結果の中間値は非相反効果を示す、請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１７】
光検出器は、４分の１波長板の下流に連続的に、該４分の１波長板に対して４５度にある分析器と、それぞれが光信号の成分の１つを受け取る２つの光電素検出器と、それぞれ該光電素検出器により出力された２つの信号間で減算を行う差動増幅器と、該差動増幅器の出力で信号の一連の高値と一連の低値の間で減算を行う同期検出手段とを備え、２つ一組の減算された値は一方が高く他方が低い一方で互いに近接しており、該減算の結果の中間値は非相反効果を示す、請求項１６に記載の測定装置。
【請求項１８】
検出器は、同期検出手段のすぐ上流に電気信号デジタル化手段を備える、請求項１６に記載の測定装置。
【請求項１９】
測定装置は光ファイバジャイロである、請求項１に記載の測定装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光ファイバジャイロを備える航空用ジャイロスコープ。
【請求項２１】
測定装置は光ファイバ磁気計である、請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非相反効果測定装置の分野に関し、特に光ファイバジャイロの分野に関する。本発明は他の種類の非相反効果測定装置、例えば光ファイバ磁気計にも適用できる。
【背景技術】
【０００２】
一般的に非相反効果測定装置の分野、特に光ファイバジャイロの分野において、１つの従来技術文献として、1983年9月、Revue technique THOMSON-CSF, Vol. 15, No.3, 777-807頁に公開された記事「光ファイバジャイロ：原理と技術（Gyrometre a fibre optique: principes et technologies）」（THOMSON-CSF Central Research LaboratoryのH. J. Arditty、Ph. Graindorge及びH. C. Lefevre著）が挙げられ、当該文献を参照によって本明細書に取り込む。該文献は特に、光ファイバジャイロの「最小」構成について記載しており、その実施例をいくつか紹介している。この光ファイバジャイロの最小構成は、光ファイバジャイロのサニャックリングの枝部の１つに設けた位相変調器の使用に基づく。
より詳細には、該従来技術の光ファイバジャイロは、光源、光検出器、モノモード空間フィルタ、２つの枝部を有するサニャックリング、２つの光スプリッタ、を含む複数の光学部品を備え、該光学部品の配置は、一方では、光源から放たれた光の第一部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、リングの第一枝部に入りリングの第二枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達でき、他方では、光源から放たれた光の第二部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、リングの第二枝部に入りリングの第一枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達できるような配置になっており、該光学部品は、光源から放たれ第二スプリッタに到達する光が、サニャックリングに入ってしまう前は偏光であるように構成及び配置されている。第二スプリッタは半反射板である。モノモード空間フィルタは偏光フィルタであり、実際のモノモード空間フィルタと偏光子を組み合わせてなる。
【非特許文献１】
光ファイバジャイロ：原理と技術
【０００３】
さらに詳細には、図１に従来技術による光ファイバジャイロの実施例を示した。光ビームの経路を矢印で図１に示した。レーザー光源１がレーザービームを放つと、該レーザービームは第一光スプリッタ４に到達する。該スプリッタ４は半反射板で、光ビームの一部分のみが該第一光スプリッタ４を通過し偏光子５１へと進む。次いで光ビームは偏光子５１を通過し、所定の偏光方向に偏光されてそこから出てくる。その後光ビームはレンズＬにより、実際のモノモード空間フィルタを構成する光ファイバ５２の入口に集光される。光ファイバ５２を出ると、光ビームはレンズＬを通過し、その後半反射板である第二光スプリッタ６に到達する。レーザービームはほぼ均等に２つの部分に分けられ、各部分は、光ファイバのリールであるサニャックリング８の入口８１又は８２のそれぞれに集光される。枝部８１から枝部８２への光の循環方向はｃｗ（時計回りを表す）と呼ばれ、枝部８２から枝部８１への光の循環方向はｃｃｗ（反時計回りを表す）と呼ばれる。枝部８２は例えば位相変調器９を含む。サニャックリング８から出た後、これら２つのレーザービーム部分は第二スプリッタ６を部分的にのみ通過し、光ファイバ５２の一端にレンズＬにより集光されたレーザービームとして重畳される。光ファイバ５２を出ると、レーザービームはレンズＬと偏光子５１を通過する。光ファイバ５２と偏光子５１の組み合わせが、偏光モノモード空間フィルタ５を形成する。ここで最初の所定の偏光方向に再び偏光されたレーザービームの一部分は、第一スプリッタ４により検出器２上に反射される。位相変調器９による位相変調のおかげで検出器２により検出される信号はサニャック効果を示し、よって光ファイバジャイロが受ける回転速度を示し、有効利用できる。
【０００４】
上述の従来技術の欠点の１つは、従来技術の光ファイバジャイロに使用する位相変調器９が複雑且つ高価過ぎることである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、概して非相反効果測定装置の、特に光ファイバジャイロの新規な構成を提案する。当該新規な構成は複数の特徴により従来の構成と異なり、該特徴としては、位相変調器を排除すること；第二スプリッタとして偏光スプリッタを使用すること；サニャックリングと検出器の間の光の戻り道で非偏光モノモード空間フィルタを使用すること；戻り光信号の偏光状態を分析可能な特定の種類の検出器を使用することが挙げられ、ここで偏光状態はサニャック効果を示し、よって概して本発明による測定装置が受ける非相反効果、又は特に本発明による光ファイバジャイロが受ける回転速度を示す。
【０００６】
本発明は、光源、モノモード空間フィルタ、２つの枝部を有するサニャックリング、光をリングの枝部に分ける光スプリッタ、及び光検出器を備える非相反効果測定装置を提供する。スプリッタは偏光スプリッタであり、フィルタは非偏光フィルタであり、検出器は偏光状態を分析するシステムを含む。
【０００７】
より詳細には、本発明は、光源、光検出器、モノモード空間フィルタ、２つの枝部を有するサニャックリング、２つの光スプリッタ、を含む複数の光学部品を備える非相反効果測定装置を提供し、該光学部品の配置は、一方では、光源から放たれた光の第一部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、リングの第一枝部に入りリングの第二枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達でき、他方では、光源から放たれた光の第二部分が第一スプリッタ、フィルタ、第二スプリッタを連続的に通過し、リングの第二枝部に入りリングの第一枝部から出て、第二スプリッタ、フィルタ、第一スプリッタを通過し、検出器に到達できるような配置になっており、該光学部品は、光源から放たれ第二スプリッタに到達する光が、サニャックリングに入ってしまう前は偏光された光であるように構成及び配置されている。第二スプリッタは、入射光を完全又は部分的に２つの定義された偏光に分ける偏光スプリッタであり、光源から放たれ第一スプリッタに到達する光の偏光状態は２つの定義された偏光の結合であり、リングは、一方の定義された偏光で偏光された一方の枝部から入ってくる光が、他方の定義された偏光で実質的にゼロではないパワーを有して他方の枝部から出るように構成されており、該測定装置は第二スプリッタから検出器までの光路に偏光子を含まず、検出器は、該検出器に到達する光の第一部分と第二部分の重畳により形成された光信号の偏光状態を分析するシステムを含む。
【０００８】
本発明は、例として示した以下の記載と添付の図面によってより明確に理解され、さらなる特徴及び利点が明らかになるであろう。
【実施例】
【０００９】
本発明による非相反効果測定装置は好ましくは光ファイバジャイロである。この光ファイバジャイロは航空用ジャイロスコープに有利に用いられる。よって該航空用ジャイロスコープは好ましくは飛行機の第二ジャイロスコープ又は第二ジャイロスコープの１つをなす。１又は複数の第二ジャイロスコープの存在により、特に主ジャイロスコープが故障した場合に、飛行機の安全対策が講じられる。本発明による測定装置は特に磁気計、有利には光ファイバ磁気計であってもよく、これは、光ファイバ付近に流れる電流により光ファイバに生じるファラデー効果の検出及び測定を可能にする。以下の記載では特に言及しない限り、考察される非相反効果測定装置はジャイロであり、有利には光ファイバジャイロである。しかし、以下に記載するさらなる特徴は、測定装置が受ける回転速度により生じるサニャック効果以外の非相反効果を測定する、光ファイバジャイロ以外の装置にも適用しうる。上記のサニャック効果以外の非相反効果には特に、閉回路で生じる磁気光学効果も含まれる。
【００１０】
図２は本発明による光ファイバジャイロの実施例の概略図である。光ビームの経路を矢印で図２に示した。該光ファイバジャイロは、光源１、偏光子５１、光検出器３、第一光スプリッタ４、非偏光モノモード空間フィルタ５２、偏光スプリッタである第二光スプリッタ７、及び２つの枝部８１及び８２を有するサニャックリング８、といった部品を特に備える。
光源１は有利には光ビームの形態の光を放つ。該光ビームはレーザービームであってよく、又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等、輝度が非常に高いインコヒーレント光源から出力される光ビームであるのが好ましい。光ビームは第一光スプリッタ４に到達し、この時点で該ビームは偏光されている。このために、光源１が偏光された光を直接放つか、偏光子５１が光源１と第一スプリッタ４の間に配置される。
【００１１】
第一に、光スプリッタ４は、光源１からの光の大部分が第一スプリッタ４を通過し、サニャックリング８の通過中にサニャック効果を受けるように構成される。第二に、光スプリッタ４は、サニャックリング８を通過した光の大部分が第一スプリッタ４により検出器３上に反射され、検出器３により分析されるように構成される。図２では、様々な光学部品間の伝播をフリーモードの伝播として示したため、第一スプリッタ４は部分的反射板のタイプである。しかし、全光ファイバジャイロの場合、第一スプリッタ４は例えば光ファイバカプラーである。
【００１２】
同様に図２は、自由伝播から光ファイバに導かれる伝播へと移行するためのレンズＬを含むが、全ファイバジャイロ又は集積光学ジャイロの場合、これらのレンズＬは無用となる。レンズＬは、自由伝播モードと光ファイバ誘導モードとの各切替点に配置される。レンズＬは、第一スプリッタ４とモノモード空間フィルタ５２との間に１つ、モノモード空間フィルタ５２と第二スプリッタ７との間に１つ、そして第二スプリッタ７とサニャックリング８の枝部８１及び８２のそれぞれとの間に１つ置かれる。各レンズＬは、複数のレンズの組み合わせとすることも可能である。図２に関する以下の説明では、レンズＬについてこれ以上実質的には言及しない。
【００１３】
光ビームは次いで非偏光モノモード空間フィルタ５２を通過する。モノモード空間フィルタ５２を出ると、光ビームは実質的に単一空間モードからのみなるが、必ずしも単一直線偏光を有するわけではない。該単一空間モードが光源１から放たれた光の偏光に通常対応する単一直線偏光を有するのは、回転速度がゼロの場合のみである。有利には、モノモード空間フィルタ５２は軸対称モノモード光ファイバの一部である。
モノモード空間フィルタ５２を出ると、光ビームは偏光スプリッタである第二光スプリッタ７に到達する。第二光スプリッタ７は完全又は部分的偏光スプリッタであってよい。好ましくは、第二光スプリッタ７は完全偏光スプリッタである。つまり、該スプリッタは光ビームを構成する一方の定義された偏光を一方の枝部例えば枝部８１に送り、同時に、第一枝部（この場合枝部８１）に送られた偏光に補完的な偏光を他方の枝部例えば枝部８２に送る。スプリッタ７は、各偏光が補完的な偏光から完全に分けられる限り完全スプリッタである。スプリッタ７は例えばウォラストンプリズムである。
【００１４】
好適には、サニャックリング８は光ファイバのリールである。枝部８１から枝部８２への光の循環方向はｃｗ（時計回りを表す）と呼ばれ、枝部８２から枝部８１への光の循環方向はｃｃｗ（反時計回りを表す）と呼ばれる。サニャックリング８を循環する光信号のいかなる減衰も防ぐために、サニャックリング８は、一方の定義された偏光で偏光された一方の枝部から入ってくる光が、他方の定義された偏光で実質的にゼロではないパワーを有して他方の枝部から出るように構成される。減衰しなかった信号に対応する実質的にゼロではないパワーとは、検出器３に到達する光を利用するのに十分なパワーである。このために、後述するように、サニャックリング８の一方の枝部、例えば枝部８２は有利にはリオ減偏光子１０を含む。
【００１５】
サニャックリング８から出た後、光ビームの２つの部分は、第二スプリッタ７を部分的にのみ通過し、光ビームとして重畳されその後モノモード空間フィルタ５２を通過する。モノモード空間フィルタ５２を出ると、モノモード光ビームは第一光スプリッタ４に到達し、この時点で他のモードはフィルタリングされている。該光ビームの一部分は第一スプリッタ４により検出器３に反射される。第一スプリッタ４により検出器３に反射された該光ビームの偏光状態はサニャック効果を示し、よって光ファイバジャイロが受ける回転速度を示す。これは、検出器３が、検出器３に到達した光ビームの偏光状態を分析するシステムを含むからである。
【００１６】
光源１から放たれた光ビームの第一部分は、第一スプリッタ４、モノモード空間フィルタ５２、偏光スプリッタ７を連続的に通過し、第一枝部８１からサニャックリング８に入り第二枝部８２からサニャックリング８を出て、偏光スプリッタ７、モノモード空間フィルタ５２、第一スプリッタ４を通過して戻り、検出器３に到達する。さらに、光源１から放たれた光ビームの第二部分は、第一スプリッタ４、モノモード空間フィルタ５２、偏光スプリッタ７を連続的に通過し、枝部８２からサニャックリング８に入り枝部８１からサニャックリング８を出て、偏光スプリッタ７、モノモード空間フィルタ５２、第一スプリッタ４を通過して戻り、検出器３に到達する。光源１から放たれ偏光スプリッタ７に到達する光ビームは、サニャックリング８に入ってしまう前は、偏光子５１を通過して偏光された偏光ビームである。
【００１７】
偏光スプリッタ７は、完全又は部分的に（好ましくは完全に）入射光を２つの定義された偏光に分ける。有利には偏光スプリッタ７は、好ましくは偏光子５１により４５度で偏光された光ビームの横偏光及び縦偏光を分ける直線偏光スプリッタである。該光ビームは、偏光スプリッタ７到達時、それぞれがエネルギーを半分ずつ持つ横偏光成分と縦偏光成分で構成されている。偏光スプリッタ７は円偏光スプリッタであってもよく、この場合、光ビームの、有利にはほぼ均等なエネルギー比を有する左円偏光と右円偏光とを分ける。サニャックリング８でのいかなる信号減衰もリオ減偏光子により防止される。偏光子５１は第一スプリッタ４の上流に配置されるので、該光ファイバジャイロは、偏光スプリッタ７から検出器３までの光路に偏光子を含まない。検出器３は、光ビームの上述した第一部分と第二部分の重畳により形成された、検出器３に到達した光ビームの偏光状態を分析するシステムを含む。検出器３に到達した該光ビームの偏光状態はサニャック効果を示し、よって光ファイバジャイロが受ける回転速度を示す。
【００１８】
第一スプリッタ４と偏光スプリッタ７の間に１つのモノモード空間フィルタ５２を配置する代わりに、本発明による測定装置は、２つのモノモード空間フィルタをそれぞれ光源１と第一スプリッタ４の間と、第一スプリッタ４と検出器３の間に置く（但しこの場合、光ビームの経路に関して、各モノモード空間フィルタとサニャックリング８の２つの枝部の入口の各配置同士の離間に対する制約はより厳しくなる）ことや、２つのモノモード空間フィルタをそれぞれ偏光スプリッタ７と枝部８１の間と、偏光スプリッタ７と枝部８２の間に置く（但しこの場合、検出器３に到達する信号の利用性は低下する）こともできる。
【００１９】
偏光スプリッタ７（好ましくは完全偏光スプリッタ）により、一方の偏光（例えば横偏光）がサニャックリング８の一方の枝部（例えば枝部８１）に送られ、他方の偏光つまり補完的な偏光（この場合縦偏光）がサニャックリング８の他方の枝部（この場合枝部８２）に送られる。サニャックリング８通過後、偏光スプリッタ７を通過して戻ってきた光は、測定すべき非相反効果を示す非相反成分と相反成分を有する。偏光スプリッタ７に到達する光ビームが４５度で偏光された光である、つまりそれぞれ横偏光と縦偏光に沿った成分の強度が均等な光である好ましい場合、非相反成分は相反成分と同一の光チャネルで検出される、つまり相反成分と同じく検出器３に到達するが、その偏光は相反成分の偏光と直交する。
【００２０】
より詳細には、図３及び図４は、本発明による光ファイバジャイロの動作原理を、サニャックリング８を通過する前に偏光スプリッタ７に到達した時、光が４５度で偏光されている好ましい場合に対応して説明する線図である。これらの実施例において、サニャックリング８はリオ減偏光子１０を一方の枝部に含むものとする。軸Ｈ及びＶはそれぞれ横及び縦偏光を示す。
【００２１】
図３は、光ビームが偏光スプリッタ７に到達し、該ビームを横及び縦の２つの成分に分ける偏光スプリッタ７を通過し、サニャックリング８を通過し（この間２つの成分はそれぞれリオ減偏光子１０の作用を受ける）、偏光スプリッタ７を通過して（２つの成分はサニャックリング８通過後に偏光スプリッタ７の出口で結合する）戻ってくる間の、光ビームの相反成分の経過を詳細に示す。光ビームの経過を説明する際、損失、特に吸収損失は無視する。
【００２２】
偏光スプリッタ７到達時、光ビームは４５度で偏光されており、光ビームｆの偏光状態を３０で示した。光ビームｆは偏光スプリッタ７により２つの成分に分けられ、一方の成分は、サニャックリング８をｃｗ方向に進むように枝部８１に送られる横成分ｆｈ（３１で図示）であり、他方の成分は、サニャックリング８をｃｃｗ方向に進むように枝部８２に送られる横成分ｆｖ（３２で図示）である。以下の記載では特に言及しない限り、便宜上、サニャックリング８をｃｗ方向に進む光ビームはｃｗビームと呼び、サニャックリング８をｃｃｗ方向に進む光ビームはｃｃｗビームと呼ぶことにする。ｃｗ及びｃｃｗ光ビームの非相反成分は便宜上図３では考慮せず、図４で考察する。
【００２３】
リオ減偏光子１０通過時、ｃｗ光ビームのエネルギーは２つの偏光成分（横偏光成分ｒｈ及び縦偏光成分ｒｖ）に沿って分割される（３３で図示）。偏光スプリッタ７通過時、ｃｗ光ビームの縦偏光成分ｒｖのみが（３５で図示）モノモード空間フィルタ５２に向けて返送される。
リオ減偏光子１０通過時、ｃｃｗ光ビームのエネルギーは２つの偏光成分（横偏光成分ｒｈ及び縦偏光成分ｒｖ）に沿って分割される（３４で図示）。偏光スプリッタ７通過時、ｃｃｗ光ビームの横偏光成分ｒｈのみが（３６で図示）モノモード空間フィルタ５２に向けて返送される。
偏光スプリッタ７を出て、モノモード空間フィルタ５２へと戻る光ビームは、ｃｗ光ビームの縦偏光成分ｒｖとｃｃｗ光ビームの横偏光成分ｒｈとの再結合によりなるものである。該光ビームｒは、モノモード空間フィルタ５２へと戻る完全な光ビームの相反成分ｒを構成する（３７で図示）。
【００２４】
図４は、図４の平面の一面で、モノモード空間フィルタ５２へと戻る完全な光ビームの相反成分ｒと非相反成分ｎｒの両方を示す。しかし、相反成分ｒと非相反成分ｎｒはπ／２位相シフトしている、厳密に言うと、よってそれらは同一位相面にはない。相反成分ｒとその横偏光成分ｒｈ及び縦偏光成分ｒｖは全て位相面φ＝０にある（矢印で図示）が、非相反成分ｎｒとその横偏光成分ｎｒｈ及び縦偏光成分ｎｒｖは全て他の位相面φ＝π／２にある（二重矢印で図示）。一方のビーム循環方向例えばｃｃｗ方向の場合、相反成分ｒの横偏光成分ｒｈは、非相反成分ｎｒに対してπ／２位相シフトして非相反成分ｎｒの横偏光成分ｎｒｈを発生させるが、これは横偏光成分ｎｒｈと同一方向である。他方のビーム循環方向例えばｃｗ方向の場合、相反成分ｒの縦偏光成分ｒｖは、非相反成分ｎｒに対してπ／２位相シフトして非相反成分ｎｒの縦偏光成分ｎｒｖを発生させるが、これは縦偏光成分ｎｒｖと反対方向である。相反成分ｒは４５度であり、よって非相反成分ｎｒはそれに直交している。よって、モノモード空間フィルタ５２へと戻る完全な光ビームの楕円率は測定すべき非相反効果つまりサニャック効果を示し、検出器３に到達する光ビームの楕円率も同様である。上述した動作は、完全偏光スプリッタ７の場合、及び光源１から放たれた光がサニャックリング８通過前に偏光スプリッタ７に到達した時に４５度で偏光されている場合に対応する。該動作は、他のタイプの光源１から放たれた光の偏光、及び／又は他のタイプの偏光スプリッタ７特に以下に記載の偏光スプリッタに関しても同様である。
【００２５】
偏光スプリッタ７を完全偏光スプリッタではなく、部分的偏光スプリッタとすることも可能である。この場合、偏光スプリッタは部分的に入射光を２つの定義された偏光に分ける。入射光のより大きな部分である入射光の主部分は主成分と呼ばれ、これは、偏光スプリッタ７により互いに分けられる補完的な偏光に対応し、サニャックリング８を通過し再び偏光スプリッタ７を通過する。相反成分と非相反成分からなる主成分は、測定すべき非相反効果を示す。入射光のより小さい部分である入射光の残余部分は寄生成分（１又は複数）と呼ばれ、これは、偏光スプリッタにより各補完的偏光から分けられなかった１又は複数の偏光に対応し、サニャックリングを通過しその後偏光スプリッタを通過する。該１又は複数の寄生成分も相反部分と非相反部分を備えるが、これは対象としない。この場合、１又は複数の寄生成分と主成分の間の位相シフトは全て（相反成分と非相反成分の間の位相シフトは前記位相シフトと比べるとごく僅かであるため、寄生成分と主成分の間の該位相シフトは全主成分について定義される）、寄生成分が主成分に干渉しないように光源のスペクトル幅の反比例よりも大きいことが好ましい。有利には該位相シフトは、少なくとも数ユニットだけ光源のスペクトル幅の反比例よりも大きい。
【００２６】
これは、偏光スプリッタ７が部分的スプリッタである場合、完全偏光スプリッタ７である好ましい場合においてサニャックリング８を一方の方向に循環する一方の定義された偏光の一部分は、部分的偏光スプリッタ７の場合、サニャックリングを他方の方向に循環し、よって他方の定義された偏光に重畳されるためである。例えば、横偏光の大部分が偏光スプリッタ７を通過してｃｗ方向に進むようにサニャックリング８の枝部８１に送られ、縦偏光の大部分が偏光スプリッタ７を通過してｃｃｗ方向に進むようにサニャックリング８の枝部８２に送られる場合を考えてみる。偏光スプリッタ７は部分的スプリッタなので、例えば、縦偏光の寄生又は残余光と呼ばれる部分は、横偏光の主光と呼ばれる大部分（つまりｃｗ方向に循環する主成分の部分）と共にサニャックリング８をｃｗ方向に進むように枝部８２に送られる。同様に、横偏光の一部分が、縦偏光の大部分と共にサニャックリング８をｃｃｗ方向に進むように枝部８１に送られることも考えられる。
【００２７】
例えばモノモード光ファイバ、偏光維持光ファイバ又はリオ減偏光子といった複屈折要素を通過する時、寄生光の所定スペクトル成分は、主光の同様の所定スペクトル成分と直交したまま伝播する。これら２つの所定スペクトル成分の間の相対位相はサニャックリング８からの各出口でいかなる値も有しえ、これら２つの所定スペクトル成分が部分的偏光スプリッタ７を通過した後で重畳された時に発生する干渉は任意で建設的又は破壊的でありえる。加えて、該相対位相は問題のスペクトル成分に依存する。該干渉を動作不能にする１つの方法は、２つのスペクトル成分の一方を他方に対して十分に遅延させる、例えば寄生光を主光に対して十分に遅延させることによって、該スペクトル成分が互いに干渉しないようにすることである。よって、検出器３に到達する光信号はこの場合でも、主光と寄生光の間の干渉により品質低下することなく、利用可能となる。このために、上述した位相シフトは、光源１のスペクトル幅の反比例よりも十分に大きいという条件を満たす。この条件を満たすために、経路を進む光が出合う様々な複屈折によって生じる主光と寄生光との間の光路差の和は、光源１のコヒーレンス長よりも十分大きくなるように選択されるのが有利である。これは以下の式によって表される。
2004525386.tif 000003
ここで、Δｎは、光が進む各経路部分ｅの複屈折であり、
2004525386.tif 000004
は経路部分ｅの総和を示し、λは光源１により放たれた光スペクトルの平均波長であり、Δλ／λは光源１により放たれた光ビームのスペクトル幅を示す。上述の条件が満たされなければ、非相反効果の測定は、不可能ではなくともさらに困難になる。
【００２８】
偏光スプリッタ７が完全スプリッタであるが、光源１から出力される偏光された光が４５度で偏光されていない場合、この偏光された光の偏光角度と４５度の間の差をαとし、該角度αを検出器３で考慮する。例えば、サニャックリング８に長さの短い光ファイバを用いる、開回路で動作する低コストで低精度のジャイロで、該ジャイロが低回転速度を測定することを意図したものである場合、検出器３が受け取る信号は、検出器３が光ビームを受け取った場合に測定される楕円率を低減する単純因子ｃｏｓα内で、同様に利用できる。
【００２９】
本発明の好適な実施例において偏光スプリッタ７は完全スプリッタ、つまり入射光を２つの定義された偏光に完全に分け、これにより主光に干渉し検出器３が受け取る信号を大幅に品質低下させる寄生光の大量形成が防止され、よって本発明の測定装置で測定すべき非相反効果を示す非相反成分の抽出が防止される。サニャックリング８をｃｗ及びｃｃｗ方向のそれぞれに循環する光エネルギーがほぼ同一となるように、光源１から出力され偏光スプリッタ７に到達する偏光された光は、約４５度で偏光されているのが好ましい。
【００３０】
したがって、偏光スプリッタ７は部分的又は完全に２つの補完的な偏光に分ける。これら２つの補完的な偏光はそれぞれ左円偏光と右円偏光であってよく、又、所定の楕円偏光と該所定の楕円偏光と直交する楕円偏光であってもよい。これら２つの補完的な偏光は好ましくは、所定の直線偏光、例えば横偏光と、該所定の偏光に直交する直線偏光、例えば縦偏光である。この時、偏光スプリッタ７は直線偏光スプリッタであり、有利には光源１は偏光スプリッタ７の軸に対して約４５度で偏光された光を放つ。完全（好ましくは）偏光スプリッタ７は例えばウォラストンプリズムである。
【００３１】
検出器３に到達する信号を利用可能とするために、検出器３に到達し該信号を運ぶ光ビームは、測定すべき非相反効果を示す特定の偏光状態を有する単一空間モードに対応する。モノモード空間フィルタ５２は好ましくは、単一空間モードのみを通すが空間モードの横及び縦偏光成分の両方を通す１本の軸対称モノモード光ファイバである。好適にはモノモード空間フィルタ５２は実質的な複屈折を導入せず、複屈折があったとしても、複屈折が信号に対する一次効果を持たない限り、検出器３に到達する信号にはほとんど影響しない。
【００３２】
本発明による測定装置の実施例によると、サニャックリング８は、一方の枝部から他方の枝部へ進む間、一方の定義された偏光の光がそれに補完的な他方の定義された偏光の光に切り替えられるように構成された偏光維持光ファイバである。偏光の切替手段は例えば、光ファイバを一ひねりすることか又は光ファイバを数回曲げることである。例えば、枝部８１からサニャックリング８に入ってくる横偏光された光は縦偏光されて枝部８２から出て、枝部８２からサニャックリング８に入ってくる縦偏光された光は横偏光されて枝部８１から出る。当該構造は、偏光維持ファイバでの様々な偏光の伝播速度がそれぞれ異なるため、サニャックリング８の伝播中、信号が一方の偏光から他方の偏光に切り替わることができない偏光維持光ファイバの存在により信号が減衰することを防止する。
【００３３】
本発明による測定装置の別の好ましい実施例によると、サニャックリング８の一方の枝部がリオ減偏光子１０を含む。この場合、サニャックリング８を構成する光ファイバは通常の光ファイバでよい。リオ減偏光子の存在により、サニャックリング８の各枝部を出る時、光は一部分及び有利には半分が横偏光つまり横偏光成分に、そして一部分及び有利には半分が縦偏光つまり縦偏光成分に実質的に分けられていることが確実になる。リオ減偏光子１０タイプの要素なしで通常の光ファイバを用いると場合によっては信号が完全に減衰するリスクがあり、該信号が一方の偏光から他方の偏光に完全に切り替わってしまうと、偏光スプリッタ７通過後何の信号もモノモード空間フィルタ５２に返送されず、よって検出器３にも返送されないことになる。部分的な切替のみの場合信号は低強度ではあるが存在するので、本当に問題なのは、装置の感度を低下させうる、このような一方の偏光から他方の偏光への完全な切替だけである。一方の偏光から他方の偏光への完全な切替は、サニャックリング８を構成する通常の光ファイバへの圧力変化又は温度変化がある状態で起こりうる。概して、当該別の好ましい実施例では、大部分のエネルギーが偏光スプリッタ７を通過し検出器３に返送される偏光維持ファイバを用いた上述の実施例とは異なり、サニャックリング８を通過した後に偏光スプリッタ７を通過する際エネルギーの約半分が失われているが、偏光維持光ファイバの代わりに通常の光ファイバを用いることは可能であり、測定可能である。リオ減偏光子１０と同様の機能を持つ他の装置も想定できる。
【００３４】
好ましくは第一スプリッタ４は、検出器３に到達する光信号の偏光状態について、光源からの偏光に対する、該光源からの偏光に補完的な偏光の割合を増加させるように構成された部分的偏光スプリッタである。部分的偏光スプリッタは磁気検出の分野で知られている。第一部分的偏光スプリッタ４の使用には利点が２つある。第一の利点は、往路つまり光源１からサニャックリング８への経路に沿って、光の大部分が第一部分的偏光スプリッタ４を通過しサニャックリング８へと進み、該大部分とは半反射板が第一スプリッタ４を構成する場合の半分以上である点である。第二の利点は、復路つまりサニャックリング８から検出器３への経路に沿って光が第一部分的偏光スプリッタ４に戻る際、光源１から放たれた偏光の光の大部分が検出器３の方向ではない方向に返送され、光源１から放たれた偏光に補完的な（つまり非相反効果を示す）偏光の光の大部分が検出器３に向かって返送される点である。故に、検出器３に到達する光ビームの楕円率は図５及び６で示したように例えば３つの因子により大幅に増幅される。
【００３５】
図５及び６は、本発明による光ファイバジャイロで第一光スプリッタ４として使用される部分偏光スプリッタの動作原理を説明する線図である。軸Ｈ及びＶはそれぞれ横偏光と縦偏光を示す。光ビームは、サニャックリング８を通過して第一部分的偏光スプリッタ４に到達した時、楕円偏光状態を有し、長径の値ａが相反成分を示し、短径の値ｂが比相反成分を示す。図５に示した該偏光状態の楕円率はｂ／ａである。光ビームが第一部分的偏光スプリッタ４を通過して検出器３に到達した時、光ビームは楕円偏光状態を有し、長径の値ａ’が相反成分を示し、短径の値ｂが比相反成分を示す。値ａ’は値ａより小さいので、図６に示した該偏光状態の楕円率ｂ／ａ’はより大きく、したがって検出器３が有する偏光状態分析システムによる該楕円率の検出はより容易になる。
検出器３が有する偏光状態分析システムは好ましくは、偏光スプリッタ７が直線偏光スプリッタである好ましい場合において検出器３に到達する光ビームの楕円率を分析するシステムである。
【００３６】
検出器３は好ましくは時間変数４分の１波長板を備え、該波長板の複屈折軸は固定されており、該複屈折軸の１つは光源から放たれる偏光と平行で、該複屈折軸はそれぞれ交互に進相軸と遅相軸になる。概して測定すべき非相反効果、特に光ファイバジャイロの場合は回転方向を示す、検出器３に到達する光ビームの偏光状態の楕円率の方向はこのようにして決定できる。検出器３を含むこのような検出鎖は、該鎖をなす様々な要素のずれに対して、及び該鎖が含む電子要素から生じる電子的不均衡に対して感受性がない、或いは僅かな感受性しかない。好適には４分の１波長板は光弾性変調器である。該光弾性変調器は、圧電要素により圧縮された例えばガラスやプラスチックタイプの等方性媒体により形成される。この時１ｍｍ当たり数ｋｇ圧縮力が９０度の複屈折を生成するのに十分である。
【００３７】
本発明による測定装置の検出器３のある実施例によると、検出器３は、４分の１波長板の下流に連続的に、該４分の１波長板に対して４５度にある分析器（つまり該分析器の軸の１つが４分の１波長板の軸に対して４５度である）と、分析された光信号の成分の１つを受け取る光電素検出器と、該光電素検出器の出力で信号の一連の高値と一連の低値の間で減算を行う同期検出手段とを備え、２つ一組の減算された値は一方が高く他方が低い一方で互いに近接しており、該減算の結果の中間値は非相反効果を示す。
【００３８】
本発明による測定装置の検出器３の別の実施例によると、検出器３は４分の１波長板の下流に連続的に、該４分の１波長板に対して４５度にある分析器と、それぞれが分析された光信号の成分の１つを受け取る２つの光電素検出器と、それぞれ該光電素検出器により出力された２つの信号間で減算を行える差動増幅器と、該差動増幅器の出力で信号の一連の高値と一連の低値の間で減算を行う同期検出手段とを備え、２つ一組の減算された値は一方が高く他方が低い一方で互いに近接しており、該減算の結果の中間値は非相反効果を示す。差動増幅器の使用により導入されうるバイアスは同期検出手段により除去される。２つの光電素検出器の使用は、信号対雑音比の増加が許容される限りでは有利である。
【００３９】
好適には検出器３は、同期検出手段のすぐ上流に電気信号デジタル化手段を備え、よって同期検出手段へのバイアスの導入が防止され、検出がデジタル処理で行われる。
【００４０】
図７は、本発明による光ファイバジャイロで使用される検出器３の実施例の概略図であり、検出器３のもう一方の好ましい実施例に対応する。完全偏光スプリッタ７であり且つ光がサニャックリング８を通過する前に該完全偏光スプリッタ７に到達した時４５度で偏光されている好ましい場合において、光ビームは、第一光スプリッタ４を通過して図７に全体が示された検出器３に返送された後、相反成分ｒ１と、該相反成分ｒ１に対してπ／２位相シフトした非相反成分ｎｒ１からなる偏光状態を有する。光ビームは作動手段７０により作動される光弾性変調器７１を通過する。光弾性変調器７１を通過した後、光ビームの偏光状態は相反成分ｒ１と平行な相反成分ｒ２と、非相反成分ｎｒ１と平行な非相反成分ｎｒ２からなる。この時点で相反成分ｒ２と非相反成分ｎｒ２は同位相であり、これは、変調器７１の軸が、該変調器７１を通過する前の光ビームの楕円偏光状態を構成する楕円の軸と平行であるため、それらの位相シフトが、非相反成分を相反成分に対して交互に遅らせ進めた光弾性変調器７１により除去されたためである。よって、該楕円偏光状態は、同一の相反成分を有するが異なる符合の非相反成分を有する２つの直線偏光間を交互に発振する偏光状態となる。したがって該発振の値は検出器３に到達する光信号の楕円率を示し、よって測定すべき非相反成分を示す。次いで光信号は、変調器７１に対して４５度で分析器７２を通過する。分析器７２の各軸への前記発振の投射は、測定すべき非相反効果を示す。これらの投射はそれぞれ光電素検出器７３及び７４に送られる光信号を構成する。素検出器７３及び７４から出力される各電気信号は、測定すべき非相反効果を示す。差動増幅器はこれら２つの電気信号間の差を取り込み、光源１の雑音を大幅に除去する。該差は測定すべき非相反効果を示す。該差はデジタル化手段７６によりデジタル処理される電気信号を示す。変調器７１を作動する手段７０と同期化される同期検出手段７７は、デジタル化手段７６の出力でデジタル処理信号の一連の高値と一連の低値の間で減算を行う。２つ一組の減算された値は一方が高く他方が低い一方で互いに近接している、つまり該減算は第一の高値と第一の低値の間で、次は第二の高値と第二の低値の間でというふうに行われる。該減算の結果の中間値は、測定すべき非相反効果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来技術による光ファイバジャイロの実施例の概略図である。
【図２】本発明による光ファイバジャイロの実施例の概略図である。
【図３】本発明による光ファイバジャイロの動作原理を説明する線図である。
【図４】本発明による光ファイバジャイロの動作原理を説明する線図である。
【図５】本発明による光ファイバジャイロで第一光スプリッタとして使用される部分偏光スプリッタの動作原理を説明する線図である。
【図６】本発明による光ファイバジャイロで第一光スプリッタとして使用される部分偏光スプリッタの動作原理を説明する線図である。
【図７】本発明による光ファイバジャイロで使用される検出器の実施例の概略図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004525386.tif 000045
2004525386.tif 000046
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