(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ポンプソース（１００）と、光学ポンプソース（１００）によってポンピングされる固体レーザ媒質（１１８）とを含む超蛍光ソースであって、超蛍光ソースは、
実質的に非偏光の光放射を生成し、偏光依存の結合比を有する光結合素子（１１０）によって固体レーザ媒体（１１８）に光学的に結合する光学ポンプソース（１００）と、
固体レーザ媒体（１１８）の外側に光学的に結合する減偏光子（３０２）と、
光学ポンプソース（１００）からの実質的に非偏光の光放射に応答して、低い偏光依存性利得を有し、減偏光子（３０２）に光を出力する固体レーザ媒質（１１８）とを備え、前記超蛍光ソースは、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して５０ｐｐｍ以内まで安定している平均波長とを有する超蛍光を出力することを特徴とする、超蛍光ソース。
【請求項２】
媒質からの超蛍光は、希土類イオンによって生成される、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項３】
媒質からの超蛍光はエルビウムイオンによって生成される、請求項２に記載の超蛍光ソース。
【請求項４】
光結合素子（１１０）は、波長分割多重化（ＷＤＭ）カプラである、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項５】
光フィードバックを低減するためにアイソレータ（１２４）を含む、請求項１に記載の超蛍光装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超蛍光ソースを含み、光ファイバジャイロスコープ（４０２）をさらに含み、超蛍光ソースの超蛍光はジャイロスコープ（４０２）に入力される、超蛍光装置。
【請求項７】
光学ポンプソース（１００）は、
レーザ（１００）と、
減偏光子（３００）とを含む、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項８】
減偏光子（３００）はリオ減偏光子である、請求項７に記載の超蛍光ソース。
【請求項９】
減偏光子（３００）はＰＺＴ変調器を含む、請求項７に記載の超蛍光ソース。
【請求項１０】
超蛍光は、超蛍光ソースにおける揺動に対して３ｐｐｍ以内まで安定している平均波長を有する、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１１】
レーザ（１００）は、レーザダイオードを含む、請求項７に記載の超蛍光ソース。
【請求項１２】
固体媒質（１１８）は光導波路を含む、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１３】
固体媒質（１１８）は光ファイバを含む、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１４】
平均波長は、超蛍光ソースにおける複屈折変化に対して５０ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１５】
平均波長は、光学ポンプソース（１００）からの光放射の偏光変化に対して５０ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１６】
光学ポンプソースは複数個のポンプ（１３００、１３１０）を含み、複数個のポンプは、光学ポンプソースからの光放射が実質的に非偏光であるように選択された偏光を備える出力を有する、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１７】
複数個のポンプは、出力の偏光が互いに直交するようにそれぞれの光出力が合成された２つのポンプ（１３００、１３１０）を含む、請求項１６に記載の超蛍光ソース。
【請求項１８】
超蛍光は、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、ポアンカレ球にわたる超蛍光ソースにおける偏光変化に対して５０ｐｐｍ以内まで安定している平均波長とを有する、請求項１に記載の超蛍光ソース。
【請求項１９】
光学ポンプソースと固体レーザ媒質（１１８）とを含む超蛍光ソースであって、超蛍光ソースは、
実質的に非偏光である光放射を生成する光学ポンプソースを特徴とし、光学ポンプソースは、
それぞれの光出力を生成する複数個のポンプ（１３００、１３１０）と、
複数個のポンプ（１３００、１３１０）からのそれぞれの光出力を受け光出力を生成する偏光ミクサ（１３３０）とを含み、複数個のポンプ（１３００、１３１０）からのそれぞれの光出力は、ミクサ（１３３０）からの光出力が実質的に非偏光であるように選択された偏光を有し、前記光学ポンプソースはさらに、
偏光ミクサ（１３３０）からの光出力を受ける減偏光子（１４６０）を含み、前記超蛍光ソースはさらに、
減偏光子（１３３０）からの出力によってポンピングされる固体レーザ媒質（１１８）を特徴とし、前記超蛍光ソースは、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して安定している平均波長とを有する超蛍光を出力する、超蛍光ソース。
【請求項２０】
減偏光子（１４６０）と媒質（１１８）との間にダイクロイックリフレクタ（１４５０）をさらに含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２１】
平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して５００ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２２】
平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して１００ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２３】
平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して５０ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２４】
平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して３ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２５】
複数個のポンプは、出力の偏光が互いに直交するように合成されたそれぞれの光出力を有する２つのポンプ（１３００、１３１０）を含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２６】
媒質(１１８）からの超蛍光は、エルビウムイオンによって生成される、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２７】
レーザ媒質（１１８）からの超蛍光は、希土類イオンによって生成される、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２８】
光フィードバックを低減するためにアイソレータ（１２４）をさらに含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項２９】
請求項１９に記載の超蛍光ソースを含み、光ファイバジャイロスコープ（４０２）をさらに含み、超蛍光ソースの超蛍光はジャイロスコープ（４０２）に入力される、超蛍光装置。
【請求項３０】
複数個のポンプ（１３００、１３１０）はレーザを含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３１】
減偏光子（１４６０）はリオ減偏光子である、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３２】
減偏光子（１４６０）はＰＺＴ変調器を含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３３】
固体媒質（１１８）は光導波路を含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３４】
固体媒質（１１８）は光ファイバを含む、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３５】
平均波長は、超蛍光ソースにおける複屈折変化に対して５００ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３６】
平均波長は、光学ポンプソースからの光放射の偏光変化に対して５００ｐｐｍ以内まで安定している、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３７】
減偏光子（１４６０）と媒質（１１８）との間にダイクロイックリフレクタ（１４５０）をさらに含み、リフレクタは、媒質から後方に移動する光放射を媒質を通って反射し返す、請求項１９に記載の超蛍光ソース。
【請求項３８】
光学ポンプソースの出力をレーザ媒質に与えることによって超蛍光を生成する方法であって、前記方法は、
複数個の光学ポンプ（１３００、１３１０）を設けるステップを特徴とし、ポンプ（１３００、１３１０）は異なった偏光を備えるそれぞれの光出力を有し、前記方法はさらに、
それぞれの光出力を、光出力を発生する偏光ミクサ（１３３０）を通るように向けるステップを特徴とし、異なった偏光は、ミクサ（１３３０）からの光出力が実質的に非偏光であるように選択され、前記方法はさらに、
ミクサ（１３３０）からの出力を減偏光するステップと、
減偏光された出力を固体レーザ媒質（１１８）に注入するステップと、
媒質（１１８）から超蛍光を発生するステップとを特徴とし、媒質は、減偏光された出力に応答して超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して安定している平均波長を備える超蛍光を発生する、方法。
【請求項３９】
波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して５００ｐｐｍ以内まで安定している、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
超蛍光は、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
減偏光するステップは、ミクサ（１３３０）からの出力を減偏光子（１４６０）を通るよう向けるステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
複数個の光学ポンプは、偏光が互いに直交しているそれぞれの光出力を有する２つのポンプ（１３００、１３１０）を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
固体媒質（１１８）は希土類イオンを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
光学ポンプの出力でレーザ媒質をポンピングすることによって超蛍光を生成する方法であって、前記方法は、
第１の端および第２の端を有するレーザ媒質（１１８）を設けるステップと、
第１の光学ポンプ（１４１０）からの光出力で媒質（１１８´）の第１の端をポンピングするステップとを特徴とし、第１の光学ポンプ（１４１０）からの出力は、第１のパワーおよび第１の偏光を有し、前記方法はさらに、
第２の光学ポンプ（１４２０）からの光出力で媒質（１１８´）の第２の端をポンピングするステップを特徴とし、第２の光学ポンプ（１４２０）からの出力は、第２のパワーおよび第１の偏光と異なった第２の偏光を有し、前記方法はさらに、
媒質（１１８´）の第１の端から光出力を発生するステップを特徴とし、光出力は、
第１の平均波長および第１の偏光と平行な偏光を有する第１のスペクトル成分と、
第２の平均波長および第１の偏光と直交する偏光を有する第２のスペクトル成分とを含み、前記方法はさらに、
第１のスペクトル成分の平均波長と第２のスペクトル成分の平均波長との差が実質的に低減されるように、第１のパワーが第２のパワーに等しいならば存在するであろう偏光依存性利得を実質的に低減するように第１のポンプパワーおよび第２のポンプパワーを選択するステップを特徴とする、方法。
【請求項４５】
第１の偏光と第２の偏光とは直交する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第２のパワーは第１のパワーよりも小さくなるように選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
媒質（１１８）は固体媒質である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
媒質（１１８）は希土類元素を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
媒質（１１８）はエルビウムを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
第１の光学ポンプおよび第２の光学ポンプ(１４１０、１４２０)からのそれぞれの出力を媒質（１１８）に結合するステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
それぞれの出力は、偏光維持ファイバで媒質（１１８）に結合される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
媒質（１１８）の第１の端からの光出力を光学アイソレータ（１４３０）を通るように向けるステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
光学ポンプ(１４１０、１４２０)はレーザダイオードを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５４】
媒質（１１８）の第１の端からの光出力を光ファイバジャイロスコープ（４０２）へと向けるステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５５】
光学ポンプと固体レーザ媒質とを含む超蛍光ソースを含む装置であって、前記装置は、
偏光した光出力を発生する光学ポンプ（１３００）と、
偏光した光出力を受ける固体レーザ媒質(１１８´)とを特徴とし、媒質(１１８´)は、媒質(１１８´)内の偏光依存性利得効果を低減するために各々が等しい量のポンプパワーを受ける第１および第２の複屈折軸を有し、前記超蛍光ソースは、すべての偏光について実質的に同じ平均波長を有する光出力を発生し、前記装置はさらに、
前記超蛍光ソースからの光出力を受ける光ファイバジャイロスコープ（４０２）を特徴とする、装置。
【請求項５６】
複屈折軸は、偏光した光出力の偏光に対して約４５度で配向される、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
光学ソースと固体媒質とを使用する超蛍光光出力を生成する方法であって、前記方法は、
ポンプソース（１３００）から偏光した光学信号を出力するステップを特徴とし、偏光した光学信号は偏光軸を有し、前記方法はさらに、
偏光した光学信号を複屈折軸を有する固体レーザ媒質(１１８´)に入力するステップと、
固体媒質(１１８´)がすべての偏光について実質的に同じ平均波長を有する超蛍光光出力を発生するように、媒質(１１８´)内の偏光依存性利得効果を低減するために偏光した光出力の偏光軸に対して複屈折軸が等しい量のポンプパワーを受け取るように約４５度で固体媒質(１１８´)の複屈折軸を配向するステップとを特徴とする、方法。
【請求項５８】
光学ポンプと固体レーザ媒質とを使用する超蛍光ソースから超蛍光出力を生成する方法であって、前記方法は、
光出力を生成する光学ポンプ（１３００）を設けるステップと、
第１の出力信号および第２の出力信号を生成する偏光ミクサ（１４８０）に光学ポンプ（１３００）からの光出力を向けるステップとを特徴とし、２つの出力信号は、それぞれの強度および異なった偏光を有し、前記方法はさらに、
第１の出力信号を固体レーザ媒質（１１８´）の第１の端に向けるステップと、
第２の出力信号を媒質（１１８´）の第２の端に向けるステップと、
平均波長が超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して安定している光出力を固体媒質（１１８´）の一方端から生成するために、固体媒質（１１８´）中で偏光から実質的に独立した光学利得を発生するステップとを含む、方法。
【請求項５９】
第１の出力信号および第２の出力信号の強度を選択することによって偏光から実質的に独立した利得が発生される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
光学ポンプ（１３００）は単一の光学ポンプ（１３００）である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
媒質（１１８´）の他方端からの出力を遮断するために光学アイソレータ（１２４ｂ）を設けるステップを含む、請求項５８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
この発明は、ファイバで増幅された自然放出（ＡＳＥ）光源に関し、より特定的には、ポンプ偏光における変化に対して安定した平均波長を有する超蛍光ファイバソースに関する。
【０００２】
関連技術の説明
ファイバＡＳＥ光源は、当該分野において周知である。ＡＳＥソースは、有利には、複数の用途において、広帯域の（たとえば、１０から３０ナノメータのオーダの）空間的にコヒーレントな光を与えるために使用されてきた。たとえば、ＡＳＥソースは、光ファイバジャイロスコープへの入力としてレーザ光を与えるために用いられてきた。例示の超蛍光ファイバソースの説明に関しては、「光波技術誌」（“Journal of Lightwave Technology”）、第７巻、第５号、１９８９年５月、ＩＥＥＥによって刊行された、エマニュエル・デスルビル（Emmanuel Desurvire）およびＪ．Ｒ．シンプソン（J.R. Simpson）による「エルビウムをドープしたシングルモードファイバにおける自然放出の増幅」（“Amplification of Spontaneous Emission in Erbium-Doped Single-Mode Fibers”）と題する文献を参照されたい。
【０００３】
ＡＳＥ光源は、典型的には、その断面（典型的にはコア）の一部がイオン性の３価の希土類元素でドープされている、ある長さのシングルモードファイバを含む。たとえば、ネオジム（Ｎｄ3+）およびエルビウム（Ｅｒ3+）は、シングルモードファイバのコアをドープして、それがレーザ媒質として働くようにするために使用されることのある希土類元素である。
【０００４】
ファイバは、一方の端でポンプ入力信号を受ける。ポンプ信号は、典型的には、波長λpを中心とする比較的狭いスペクトルを有するレーザ信号である。ファイバコア内のイオンは、波長λpの入力レーザ放射を吸収し、そのためこれらのイオンの基底状態の電子は、イオンのより高いエネルギー状態に励起される。十分なポンプパワーがファイバの端に入力されると、反転分布が生じ（すなわち、より低いレーザ状態においてよりも、イオン内のより多くの電子が励起された状態になる）、かなりの量の超蛍光が、ファイバの長さに沿って生成される。周知のとおり、超蛍光（すなわち、異なった波長λsの光子の放出）は、励起された状態からより低いレーザ状態への電子の自然な戻りによるものであって、波長λsの光子が、励起された状態から基底状態への遷移中に放出されることによるものである。これらの光子は、ファイバを伝わっていくにつれ利得によって増幅され、増幅された自然放出（ＡＳＥ）をもたらす。ファイバから波長λsで放射される光は、従来のレーザ光のように指向性の高い光である。しかしながら、従来のレーザ（すなわち、光学共振器を組込むもの）の放出と異なったものにする、この放出の主な特徴の１つは、超蛍光ファイバソースから放射される光のスペクトル内容が、一般的には非常に広い（典型的には、数十ナノメートル）ことである。この原理は、レーザ物理学において周知であり、数年間、エルビウム、ネオジム、他の希土類がドープされたシリカベースのファイバにおいて経験的かつ理論的に研究されている。
【０００５】
ＡＳＥファイバソースから放射される光は、複数の用途を有する。たとえば、ある用途では、ＡＳＥソースの出力は、光ファイバジャイロスコープに供給される。当業者にはよく理解されている理由のため、光ファイバジャイロスコープは、安定性の高い波長を有する広帯域ソースで作動させるべきである。存在することが知られている広帯域ソースのさまざまなタイプのうち、特に、エルビウムをドープしたファイバからなる超蛍光ファイバソースは、これまで、慣性航法級の光ファイバジャイロスコープの厳しい要件を満たす唯一の光源であった。エルビウムをドープしたファイバソースの優れた平均波長の安定性および低いポンプパワー要件とともに、エルビウムをドープしたファイバソースによって発生される光の広い帯域幅は、そのようなソースが光ファイバジャイロスコープに使用される主な理由である。
【０００６】
エルビウムをドープしたファイバにおいては、超蛍光ファイバソースの放出は両方向性である。すなわち、エルビウムイオンにおける基底状態への電子の戻りによって放射される光は、典型的には、ファイバの両端から放射される。カルマン（Kalman）らに付与された米国特許番号第５，１８５，７４９号に記載されるように、十分な長さのエルビウムをドープしたファイバについては、後方方向（すなわち、ポンプ信号が伝搬するのとは反対の方向）に伝搬される光は、効率性が非常に高い。したがって、ＡＳＥエルビウムドープトソースから放射される光が、ファイバのポンプ入力端から（すなわち、後方伝搬方向に）放射されるように、エルビウムをドープしたソースを実現することが有利である。
【０００７】
ＡＳＥソースは、一般的には、２つの構成のうち１つにおいて実現される。第１の構成、いわゆるシングルパスのＡＳＥソースでは、超蛍光ソース出力パワーは、２つの方向に放射されるが、その１つは使用されない。第２の構成、いわゆるダブルパスＡＳＥソースでは、超蛍光ソース信号を反射するために、ドープされたファイバの一方端にリフレクタが置かれ、それにより超蛍光信号が２回ファイバを通って送信されるようになる。ファイバは、超蛍光信号波長利得を示すので、ＡＳＥ信号はさらに増幅される。ダブルパス構成の利点の１つは、それがより強い信号を発生することである。ダブルパスＡＳＥソース構成はまた、１ポートにおいてのみ（すなわち、一方向に）出力を発生する。そのような構成の不利益は、（たとえば、ソースとジャイロスコープとの間に位置する光学アイソレータの使用により）レイジングを防ぐためにジャイロスコープからのフィードバック光学信号が非常に低く保たれなければならないことである。
【０００８】
光ファイバジャイロスコープの用途では、ソースの性能の決定的な尺度の１つは、ソース平均波長の安定性である（たとえば、キム（Kim）らに付与された米国特許番号第５，３５５，２１６号を参照）。当該分野において周知のとおり、ソース平均波長の安定性は、ジャイロスコープのスケールファクタの安定性に直接つながる。スケールファクタを正確に知ることは、ジャイロスコープの回転速度の精度の高い測定にとって決定的である。現在のところ、ポンプ波長、ポンプパワー、温度、およびジャイロスコープからの光フィードバックなどのシステムパラメータの妥当な安定を仮定すると、ポンプパワー、ポンプ波長、温度、および光フィードバックのレベルについて、各々１００万分のいくつの単位までの平均波長安定性を有する超蛍光ファイバソースが存在する。しかしながら、平均波長における百万分の１よりも良好な全体的安定性が、いくつかの用途、特に高級な光ファイバジャイロスコープについて所望される。
【０００９】
偏光効果は、超蛍光ファイバソース（ＳＦＳ）の平均波長の不安定性における役割を果たすものとして近年示されている。ＳＦＳ出力の平均波長の偏光依存性は、Ｊ．Ｌ．ワグナー（J.L. Wagener）らによる数値モデル化により予測されてきた（Ｊ．Ｌ．ワグナー、「光センサのためのエルビウムをドープした光ファイバソースおよび増幅器」（“Erbium doped fiber sources and amplifiers for optical sensors,”）スタンフォード大学、応用物理学部、博士論文（１９９６年３月）と、Ｊ．Ｌ．ワグナー、Ｍ．Ｊ．Ｆ．ディゴネット（M.J.F. Digonnet）、およびＨ．Ｊ．ショー（H.J. Shaw）、「光ファイバジャイロスコープのための高安定性ファイバ増幅器ソース」（“A High-Stability Fiber Amplifier Source for the Fiber Optic Gyroscope）光波技術誌第１５巻１６８９−１６９４(１９９７年９月)と、Ｊ．Ｌ．ワグナー、Ｄ．Ｇ．ファルクイエ（D.G. Falquier）、Ｍ．Ｊ．Ｆ．ディゴネットおよびＨ．Ｊ．ショー、「エルビウムをドープしたファイバにおける偏光効果をモデル化するためのミューラー行列形式」（“A Mueller Matrix Formalism for Modeling Polarization Effects in Erbium-Doped Fiber,”）技術誌、第１６巻、２００−２０６(１９９８年２月)とを参照、これらは引用によりここに援用される）。これらの研究は、ＳＦＳの平均波長がポンプ偏光に僅かに依存することを示している。この理由は、以下の物理的観点から説明可能である。ファイバホストにおけるエルビウム（またはＮｂもしくは別の希土類などの別のドーパント）のイオンは、偏光に対する吸収および放出の固有の異方性を経験する。たとえば、いくつかのエルビウムイオンは、他よりもより強く所与の偏光を吸収し、これに対応して、これらのエルビウムイオンは、その放出に関連する好ましい偏光を有する。エルビウムをドープしたファイバが通常の態様で、すなわちレーザダイオードなどの高偏光状態のソースによってポンピングされると、この効果は偏光依存性利得を生じる。これは、異なった平均波長を有する出力ＡＳＥ信号の直交する偏光成分をもたらし得る。
【００１０】
【発明の概要】
この発明の第１の実施例は、実質的に非偏光である光放射を生成する光学ポンプソースと、実質的に非偏光の光放射によってポンピングされる光学的に活性な固体媒質（たとえば固体レーザ媒質）とを含む超蛍光ソースである。媒質は、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、超蛍光ソースにおける偏光揺動に対して（すなわち、その存在下でさえも）５０ｐｐｍ以内まで安定している平均波長とを有する超蛍光を生成するよう選択された特性を有する。ある好ましい実施例では、超蛍光は、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で３ｐｐｍ以内まで安定している平均波長を有する。好ましい実施例では、平均波長は、超蛍光ソースにおける複屈折変化の存在下で５０ｐｐｍ以内まで安定している。ある好ましい実施例では、平均波長は、光学ポンプソースからの光放射の偏光変化の存在下で５０ｐｐｍ以内まで安定している。
【００１１】
この発明の別の実施例は、実質的に非偏光の光放射を生成する光学ポンプソースと、実質的に非偏光の光放射によってポンピングされる光学的に活性な固体媒質（たとえばレーザ媒質）とを含む超蛍光ソースである。媒質は、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、ポアンカレ球にわたる、ソースにおける偏光変化の存在下でさえも５０ｐｐｍ以内まで安定している平均波長とを有する超蛍光を生成するよう選択された特性を有する。
【００１２】
さらに別の実施例は、実質的に非偏光の光放射を生成する光学ポンプソースを含む超蛍光ソースである。光学ポンプソースは、それぞれの光出力を生成する複数個のポンプと、複数個のポンプからそれぞれの光出力を受け、光出力を生成する偏光ミクサ（複数個のポンプからのそれぞれの光出力は、ミクサからの光出力が実質的に非偏光であるように選択された偏光を有する）と、偏光ミクサからの光出力を受ける減偏光子とを含む。実施例は、減偏光子からの出力によってポンピングされる光学的に活性な固体媒質（たとえばレーザ媒質）をさらに含み、媒質は、少なくとも２ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で安定している平均波長とを有する超蛍光を生成するよう選択された特性を有する。好ましい実施例では、超蛍光ソースは、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で５００ｐｐｍ以内まで安定している平均波長を有する。より好ましい実施例では、平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で１００ｐｐｍ以内まで安定している。さらにより好ましい実施例では、平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で５０ｐｐｍ以内まで安定している。最も好ましい実施例では、平均波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で３ｐｐｍ以内まで安定している。ある好ましい実施例では、その偏光が互いに直交するように偏光が合成されているそれぞれの光出力を有する２つのポンプを含む。好ましい実施例では、平均波長は、超蛍光ソースにおける複屈折変化の存在下で５００ｐｐｍ以内まで安定している。ある好ましい実施例では、平均波長は、光学ポンプソースからの光放射の偏光変化の存在下で５００ｐｐｍ以内まで安定している。
【００１３】
さらに別の好ましい実施例は、超蛍光を生成する方法であって、前記方法は、異なった偏光を備えるそれぞれの光出力を有する複数個の光学ポンプを設けるステップと、それぞれの光出力を、光出力を生成する偏光ミクサを通るように向けるステップ（ミクサからの光出力が実質的に非偏光であるように異なった偏光が選択される）と、ミクサからの出力を減偏光するステップと、減偏光された出力を光学的に活性な固体媒質（たとえばレーザ媒質）に注入するステップと、媒質から、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で安定している平均波長を有する超蛍光を発生するステップとを含む。好ましい実施例では、波長は、超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下で５００ｐｐｍ以内まで安定している。好ましい実施例では、複数個の光学ポンプは、その偏光が互いに直交するように合成されたそれぞれの光出力を有する２つのポンプを含む。
【００１４】
さらに別の実施例は、超蛍光を生成する方法であって、前記方法は、第１の端および第２の端を有する光学的に活性な媒質（たとえばレーザ媒質）を設けるステップと、第１の光学ポンプからの光出力で媒質の第１の端をポンピングする（第１の光学ポンプからの出力は第１のパワーおよび第１の偏光を有する）ステップと、第２の光学ポンプからの光出力で媒質の第２の端をポンピングする（第２の光学ポンプからの出力は第２のパワーおよび第１の偏光と異なる第２の偏光を有する）ステップとを含む。方法は、第１の平均波長および第１の偏光に平行な偏光を有する第１のスペクトル成分と、第２の平均波長および第１の偏光に直交する偏光を有する第２のスペクトル成分とを含む光出力を、媒質の端から発生するステップをさらに含む。この方法はまた、第１のスペクトル成分の平均波長と第２のスペクトル成分の平均波長との差が実質的に低減されるように、第１のパワーが第２のパワーに等しいならば存在するであろう偏光依存性利得を実質的に低減するように第１のポンプパワーおよび第２のポンプパワーを選択するステップを含む。好ましい実施例では、第１の偏光および第２の偏光は直交する。ある好ましい実施例では、第２のパワーは第１のパワーよりも少なくなるように選択される。
【００１５】
この発明の別の実施例は、偏光した光出力を発生する光学ポンプを含む装置である。ソースは、偏光した光出力を受ける光学的に活性の固体媒質（たとえばレーザ媒質）をさらに含み、媒質は、媒質内の偏光依存性利得効果を低減するために等しい量のポンプパワーを受ける複屈折軸を有する。媒質は、すべての偏光について実質的に同じ平均波長を有する光出力を発生する。装置は、媒質から光出力を受ける光ファイバジャイロスコープをさらに含む。
【００１６】
この発明のさらに別の実施例は、超蛍光光出力を生成する方法であって、前記方法は、ポンプソースから偏光した光学信号を出力する（偏光した光学信号は偏光軸を有する）ステップと、偏光した光学信号を、複屈折軸を有する光学的に活性な固体媒質（たとえばレーザ媒質）に入力するステップと、固体媒質がすべての偏光について実質的に同じ平均波長を有する超蛍光光出力を発生するように、媒質内の偏光依存性利得効果を低減するために、偏光した光出力の偏光軸に対して約４５度で固体媒質の複屈折軸を配向するステップとを含む。
【００１７】
この発明のさらに別の実施例は、超蛍光ソースから超蛍光出力を生成する方法であって、前記方法は、光出力を生成する光学ポンプを設けるステップと、第１の出力信号および第２の出力信号を生成する偏光ミクサに光出力を向ける（２つの出力信号はそれぞれの強度および異なった偏光を有する）ステップとを含む。第１の出力信号は、光学的に活性な固体媒質（たとえばレーザ媒質）の第１の端に向けられ、第２の出力信号は、光学的に活性な固体媒質の第２の端に向けられる。超蛍光ソースにおける偏光揺動の存在下でさえもその平均波長が安定している光出力を固体媒質の一方端から生成するために、偏光から実質的に独立した光学利得が固体媒質において発生される。好ましい実施例では、偏光から実質的に独立した利得は、第１および第２の出力信号の強度を選択することによって発生される。
【００１８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
本発明は、光ファイバの形の光導波路に関連して以下に記載される。ここに記載される実施例の多くにおいては、他の種類の光導波路が有利には光ファイバと置換可能であることが理解される。ここで使用される「固体」という言葉は、光ファイバなどの光導波路を含む。
【００１９】
シリカなどのホスト中のエルビウムイオンの固有異方性と、レーザポンプソースの高い度合いの偏光とにより、偏光依存性利得が得られる。この効果は小さいが、これは、複数のエルビウムをドープしたファイバ増幅器を利用する光通信システムにおいてかなり有害な効果を有し、これらの用途においては、利得の偏光依存性は低減されるべきである。偏光依存性利得はまた、超蛍光ファイバソースにおいて有害な役割を果たすことがある。その理由は、偏光依存性利得により、ソースの平均波長がポンプ偏光によって影響を受けることである。典型的には、光ファイバジャイロスコープ内の回転感知コイルより前に、（光学経路の意味において）偏光子が置かれる。したがって、エルビウムをドープしたファイバに入るポンプの偏光が、環境の変化の結果として変化する（ファイバの配向における変動または温度の変動によって誘導されるファイバ複屈折における変化は、エルビウムをドープしたファイバにおける光の偏光の状態（ＳＯＰ）を変える）場合、ジャイロコイルに入る平均波長は変動し、ジャイロのスケールファクタも変動する。前に論じたように、そのような効果は、１００万分の１単位（ｐｐｍ）での平均波長変動を有するＳＦＳソースが必要とされるような、光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）用途、特に高級のジャイロにおいては非常に望ましくない。
【００２０】
この発明のある目的は、超蛍光ファイバソース（ＳＦＳ）の平均波長の不安定性を低減することである。この発明のある実施例では、超蛍光ファイバソースのポンプソースの偏光がよりランダムにされることにより、ＳＦＳの平均波長の安定性がより大きくなる。ポンプソースの出力およびＳＦＳにおける他の場所における１つ以上の減偏光子の使用は、偏光へのＳＦＳ出力スペクトル依存性を劇的に低減し、それにより（たとえば、ＳＦＳにおける光学成分の複屈折の変化による）超蛍光もしくはポンプ、またはその両方の偏光ドリフトは僅かなものとなる。この発明の別の実施例では、装置を通じて光放射の偏光は、偏光維持ファイバおよびコンポーネントによって実質的に一定に保たれ、それによりＳＦＳの平均波長の安定性の向上につながる。偏光維持コンポーネントの使用は、完全に非偏光の出力を発生しないが、ポンプ偏光への依存性は全体として偏光ドリフトを排除することによって除去されるので、これはソースの安定性にとっては重要ではない。
【００２１】
この発明の第１の実施例に関する実験データは、図１に示す設定を用いて収集される。レーザダイオードなどの光学ポンプソース１００は、出力ピグテール１０４が偏光コントローラ１０６にスプライスされ、偏光コントローラ１０６は、波長分割多重化（ＷＤＭ）ファイバカプラなどの光結合素子１１０にスプライスされる。光学ポンプソース１００は、代替的に、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。ＷＤＭカプラ１１０は、超蛍光の形の光出力を発生することのできるドープされた光ファイバ１１８にスプライスされる。光ファイバ１１８は、好ましくは、二酸化シリコンのＥｒがドープされたファイバである（ここに開示される実施例では、ネオジムなどの他の希土類を使用してもよい。）。ここに報告される結果に関しては、ファイバは１５メートルの長さであり、その小信号吸収は、１４８０ｎｍで１２ｄＢ／ｍであり、１５３０ｎｍで２７ｄＢ／ｍである。ＷＤＭカプラ１１０はさらに、アイソレータ１２４の入力ピグテール１２０にスプライスされ、アイソレータ１２４は、出力ピグテール１２８がファイバ１１８からの光出力を減偏光子／光スペクトル分析器の組合せ（ＤＯＳＡ）１３６に向ける。アイソレータ１２４は、ＤＯＳＡ１３６からの望ましくない光フィードバックが、ドープされたファイバ１１８によって放射された超蛍光のスペクトルに影響することを防ぐ。
【００２２】
この測定の目的のために、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）が、偏光依存性を示さない、すなわち、光の同じスペクトルの異なった偏光がＯＳＡに供給されるならば、ＯＳＡによって読出され供給されたスペクトルは同じであるということが重要である。しかしながら、この測定に用いられるＯＳＡは、いくらかの偏光依存性を示した。すなわち、それは周波数依存の部分偏光子が先行する偏光独立ＯＳＡとして働いた。この不所望の特性を排除するために、ファイバ減偏光子がＯＳＡの前に置かれた。以下に記載するように、ファイバ減偏光子は、４５度の角度で互いにスプライスされた２つの長さの高複屈折のファイバからなった。第１のファイバ長さは１．５メートルであり、第２のファイバ長さは３メートルであった。ＤＯＳＡ１３６に供給されたスペクトル的に幅の広い光の偏光が変化されるとき、ＤＯＳＡによって読出されたスペクトルは変わらないままであり、それによりＤＯＳＡは偏光独立機器として働く。
【００２３】
図１に示されるように、Ｅｒをドープしたファイバ１１８から出てくる超蛍光出力信号は、アイソレータ１２４を通過し、その後にＤＯＳＡ１３６によって検出される。ＤＯＳＡ１３６からのデジタル化された出力は、コンピュータ１４０によって記録およびディスプレイ可能であり、コンピュータ１４０はスペクトル統計量を計算し、特にスペクトルの平均波長を計算する。データ収集速度は、この設定が数秒おきに、新しいスペクトルを走査およびディスプレイし、次にその平均波長を計算しディスプレイするように選択された。したがって、図１の設定は、スペクトル出力の平均波長が経時的にモニタ可能である後方ＳＦＳポンピング構成を含む。
【００２４】
図２は、ＳＦＳ平均波長が走査番号に対してプロットされている、図１の設定で収集されたデータを示す。各データポイントをプロットに取込む前に、偏光コントローラ１０６は、ポンプ放射の異なった偏光がドープされたファイバ１１８に入るように調整された。偏光コントローラ１０６は、したがって、実質的にすべての可能性あるポンプ偏光状態（または、ポアンカレ球上のすべての点）を与えるように繰返し調整された。しかしながら、偏光コントローラ１０６は、たとえば、走査から走査への固定量分偏光を変化させることによって規則的な系統だった方法で必ずしも変動されたわけではない。したがって、平均波長は、走査番号でいかなる傾向も示さないものと予想される。
【００２５】
図２における平均波長相対変動（すなわちΔλ／λ）の観察された範囲は、好ましくは＜１ｐｐｍである、高級光ファイバジャイロスコープに必要とされる平均波長安定性より、はるかに大きい約１１０ｐｐｍである。したがって、ファイバ１１８に入る光の偏光の状態が比較的小さい割合のみ変化するとしても、ＳＦＳ平均波長はなおも１ｐｐｍよりも実質的により大きい量分変動するであろう。そのような変化は、長い時間期間にわたって（１時間以上）容易に起こる可能性がある、たとえば、環境における変化が、出力ピグテール１０４、ＷＤＭカプラ１１０およびエルビウムをドープしたファイバ１１８などの、エルビウムをドープしたファイバ１１８の遠端とポンプソース１００との光学リンクの任意の部分の複屈折を変える可能性がある。したがって、環境要因がＳＦＳ平均波長における緩慢なドリフトを発生し、図１の装置が非常に安定した平均波長を必要とするシステムにおいて使用されるのを不適としてしまう可能性がある。
【００２６】
本発明の第１の実施例に従って、図１に示す偏光コントローラ１０６は、図３に例示されるように減偏光子３００と置き換えられる。当該分野において周知であるように、減偏光子は、たとえば、経時的に急速にその偏光をスクランブルすることによって光源の偏光の状態をランダム化する装置である。代替的に、減偏光子は、偏光の異なった状態を光学ソースの異なった周波数成分に与えて、それにより光がもはや偏光の単一の状態を特徴としなくなり、偏光が波長の強力な関数となるようにしてもよい。
【００２７】
図３に示す実施例のＷＤＭカプラ１１０は、有利には、偏光から独立した結合率および損失を有し、このため減偏光子３００からの減偏光されたポンプ光はそれがエルビウムをドープしたファイバ１１８に入るところでなおも減偏光されている。その結果、ファイバ１１８内の偏光依存性利得は大きく低減され、（矢印３１０によって示される点における）超蛍光光ファイバ１１８の出力は非偏光である。言い換えれば、アイソレータ１２４とＯＳＡ１３６との間にさらなる偏光子（図示せず）が挿入されるとすれば、ＯＳＡにおける出力スペクトルは、左から右へのアイソレータ１２４の透過が偏光から独立していると仮定して、このさらなる偏光子の回転配向のすべてについて実質的に同一であるだろう。
【００２８】
減偏光子３００は、これに限られるものではないが、偏光スクランブラ（たとえば高速ＰＺＴ変調器）およびリオ減偏光子を含む、当該分野において公知の多数の減偏光子を含み得る。他の種類の減偏光子は文献に論じられる。（たとえば、Ａ．Ｄ．カーシー（A.D. Kersey）およびＡ．ダンドリッジ（A. Dandridge）による「単一モードファイバ偏光スクランブラ（“Monomode fiber polarization scrambler,”） Electron. Lett. 第２３巻６３４−６３６、１９８７年６月と、遅延線を備えるマッハ−ツェンダー干渉計を記載するＫ．タカダ（K.Takada）、Ｋ．オカモト（K. Okamota）およびＪ．ノダ（J. Noda）、「新しい光ファイバ減偏光子」（“New fiber-optic depolarizer”）光波技術誌、第４巻２１３−２１９、１９８６年２月とを参照）。その最も簡素な形では、ＰＺＴベースの減偏光子は、まわりに光ファイバが巻かれたＰＺＴリングを含み得る。セラミックリングに印加された電圧は急速に変調され、リングのサイズを変動させ、そのため光の偏光がＰＺＴリングに適切に整列している場合、光ファイバを通って伝搬する光の偏光は時間とともに変動する。任意の入力偏光を減偏光するのに好適なＰＺＴ減偏光子は、有利には、互いに直交する２つのＰＺＴリングを含み得る。
【００２９】
図３の減偏光子３００としてリオ減偏光子を用いて、以下に示す実験結果（図４）を収集した。リオファイバ減偏光子は、一般的には、互いにスプライスされた２つの長さの高複屈折のファイバを含み（ここに報告される実験結果では、リオ減偏光子は１メートルの長さと１．５メートルの長さとを含んだ）、それらの複屈折軸は互いに対して４５°で配向された（たとえば、Ｋ．ボーム（K. Bohm）、Ｋ．ピーターマン（ K. Petermann）およびＥ．ウェイデル（E. Weidel）、「複屈折シングルモードファイバを備えるリオ減偏光子の性能」（“Performance of Lyot depolarizers with birefringent single-mode fibers,”） 光波技術誌第１巻７１−７４、１９８３年３月参照）。リオファイバ減偏光子は、偏光した光を、波長に強く依存する偏光の状態を備える光に変換する。たとえば、単一の偏光を特徴とする３０ナノメートル（ｎｍ）の広スペクトルは、リオ減偏光子によって、たとえば、隣接する間隔が直交する偏光を有する、各々３ｎｍ幅の１０個の隣接するスペクトル間隔に変換可能である。
【００３０】
したがって、光のスペクトルが十分広く、リオ減偏光子におけるファイバの長さが十分長ければ、減偏光子による光出力は、いかなる２つの直交する直線偏光においても同じパワーを担持し、これらの２つの偏光の平均波長は同一であるであろう。
【００３１】
以下図４に示す結果に関し、ポンプソース１００は高偏光状態であり、３０ｄＢより大きい消光比（２つの偏光が直交する、強度のより弱い偏光のパワーによって割られた強度のより強い偏光のパワー）を有した。減偏光子３００を通過した後、ポンプ光は、以下に記載するように、約３ｄＢまたはそれよりも良好な消光比を有した。実験は、ポンプソースの消光比を約３ｄＢに低減する減偏光子でも、ファイバ１１８の光出力の平均波長安定性をかなり向上させるのに十分であるということを示す。
【００３２】
前記記載は、図４Ａおよび図４Ｂに例示される。「基線」と表示される図４Ａは、図３の実施例と同様の図５の実施例を用いて一連の平均波長測定値を表わすものであるが、ただし、第１の偏光コントローラ１０６（ここではＰＣ1と指定される）がポンプソース１００と減偏光子３００との間に加えられている。減偏光子３００を通過した後、ポンプ光は、減偏光子の入力における光の偏光の状態に依存する消光比を有した。いくつかの入力偏光については、すなわち、偏光コントローラＰＣ1のいくつかの配向については、減偏光子３００の出力における光は強く減偏光されている。しかしながら、偏光コントローラＰＣ1の他の配向については、減偏光子３００を通過した後、ポンプ光は、たったの約３ｄＢの消光比を有していた。いかなるパラメータもこれらのテスト中には変化しておらず、測定された平均波長の揺動はシステムノイズを表わす。図４Ｂのデータはまた、図２の結果を生成するのに用いられた同じ方法論を用いて、図５の装置で収集される。特に、偏光コントローラの配向は、減偏光子３００に入射するポンプ偏光における変化に伴う平均波長の変動の程度を決定するために、走査間で異なる。図４Ｂでは、ＳＦＳ平均波長における変動は、たったの約３ｐｐｍであり、これは、減偏光子３００の不在下において同じ光学ポンプソース１００を用いて観察された１１０ｐｐｍの変動（たとえば図２参照）に対するかなりの改良である。さらに、この３ｐｐｍのレベルは、実験装置（たとえば図４Ａ参照）に固有のノイズ以下であるように思われ、ＳＦＳ安定性が、実際には３ｐｐｍよりもかなり良好である可能性を示唆する。したがって、図４Ａおよび図４Ｂから引出される結論の１つは、減偏光子３００は、ファイバ１１８からの光出力を、ポンプ偏光における摂動およびファイバピグテール１０４の複屈折における変化に大きく感応しないようにするということである。ここに記載されるこの発明の好ましい実施例では、平均波長が１００ｐｐｍ以内まで、より好ましくは５０ｐｐｍ以内まで、さらにより好ましくは３ｐｐｍ以内まで安定している光出力が生成される。
【００３３】
ポンプ光がリオ減偏光子を通過した後なおも約３ｄＢに偏光している理由をここで検討する。リオ減偏光子への任意の所与の直線偏光入力について、および減偏光子の出力における任意の所与の直線偏光について、減偏光子の透過スペクトルｆ1は、図６の曲線（ａ）によって例示されるように、最大および最小のほぼ周期的な連続を含む。図６の曲線（ｂ）によって例示されるように、直交する出力偏光に対する減偏光子の透過スペクトルｆ2も、透過スペクトルｆ1のものとは連続していない、最大および最小のほぼ周期的な連続を含む。減偏光子に使用された複屈折ファイバの長さが増大すると、両スペクトルの最大間（または最小間）の間隔は減少する。入力光の（直線）偏光を回転させた場合、ｆ1およびｆ2の透過スペクトルは波長とともに単にシフトするが、そのそれぞれの形状は変化しないままである。図７に例示するように、ＳＦＳソースのためのポンプソースとして通常使用されているものなどの半導体ソースによって放射された広帯域光は、しばしば一連のモードを示す。図７のスペクトルを有するポンプ光がリオ減偏光子に発射され、その光が図６の曲線（ａ）のそれと一致する偏光を有するならば、光は減偏光子によってあまり減偏光されないであろう、なぜなら、光の周波数成分のほとんどはその偏光を変えることなしに減偏光子によって透過されるからである。これが、部分的に偏光した光が、偏光子３００の出力における偏光コントローラＰＣ1のある位置において観察される理由である。ある入力偏光については、ポンプ光は、偶然に、減偏光子の透過スペクトルと適度に一致しており、光はあまり減偏光されていなかった。しかしながら、偏光コントローラＰＣ1の他の部分については、減偏光子３００によって出力される光は、はるかに強く減偏光されていた。
【００３４】
この課題に対する可能な救済策は、強く減偏光された出力光を生ずる光のために入力偏光を選択することである。しかしながら、光が標準の低複屈折ファイバを介してリオ減偏光子に供給される場合、減偏光子に入る光の偏光の状態は、低複屈折ファイバの複屈折における、環境的に誘導される変化によって異なる。好ましい解決は、ポンプソースの所与のスペクトルについて、および起こり得る入力偏光のすべてについて、減偏光子の透過スペクトルがその光スペクトルから大きく異なるように減偏光子を形成する２つのファイバの長さを選択することである。
【００３５】
前述の困難を解決する別の方法は、減偏光子を使用し、図８に示すように、光の偏光が減偏光子の高複屈折ファイバの軸に４５°で整列した状態で、直線偏光のポンプ光を減偏光子に直接結合する。この構成の第１の利益は、減偏光子へ入射する光の偏光が固定しているので、第１の長さに対して４５°の第２の長さの高複屈折ファイバが必要とされないことである。そのような減偏光子１２００（図８）は、有利には、高複屈折ファイバ間の困難かつ僅かに損失のある４５°のスプライスの必要性をなくす、単一の長さの高複屈折ファイバからなる。減偏光子１２００は、有利にはポンプ１００に突合わせ結合されてもよい。第２の利益は、減偏光子１２００に入る光の偏光の状態が、外部摂動に対して安定していることである。したがって、ポンプ光が減偏光している程度は、適時不変であり、この減偏光されたポンプ光によってポンピングされるＳＦＳの平均波長の安定性は増大する。
【００３６】
一般的には、ＷＤＭカプラ１１０および光学アイソレータ１２４の光学特性は、ドープされたファイバ１１８から戻ってくる広帯域光のスペクトルおよび恐らくは平均波長に影響するであろう、偏光へのいくらかの依存性を示す。問題となる第１の場合として、「タイプＩ」偏光依存性が考えられる、すなわち、波長依存性偏光依存性を有する結合率を有するＷＤＭカプラが考えられる。この場合には、結合率は偏光の２つの直交する状態で異なっており、２つの直交する偏光における結合率の比Ｒは、ＡＳＥ光の帯域幅にわたってすべての周波数において同じとは限らない。たとえば、１１５３ｎｍにおいて、カプラは、所与の直線偏光について９８％を結合し、直交偏光について１００％を結合する（比Ｒ＝０．９８）が、１５５５ｎｍにおいては、カプラは、同じ第１の偏光について９５％を結合し、同じ直交偏光について９９％を結合する（比Ｒ＝０．９５／０．９９≒０．９６）。ドープされたファイバ１１８からの完全に非偏光のＡＳＥ光がそのようなカプラに発射されるならば、カプラによって透過される光（すなわち、カプラ１１０とアイソレータ１２４との点における）は、２つの偏光について異なっているスペクトル形状を有する、なぜなら、カプラは２つの偏光に差動フィルタ関数を与えているからである。したがって、カプラによって透過される光のスペクトルは、２つの偏光について異なった平均波長を有する。そのような光がたとえばジャイロスコープコイルへの入力として使用される場合、かつカプラとジャイロスコープコイルとの間のファイバの任意の部分の複屈折が変動する（たとえば外部摂動のため）ならば、ジャイロコイルに発射されるスペクトル、およびしたがってこのスペクトルの平均波長は、変動するであろうが、これは望ましくない。
【００３７】
たとえば、（メリーランド州MillersvilleのGould Fiber Opticsによって製造された）ここに表わされるデータを生成するために使用されたＷＤＭカプラ１１０は、タイプＩの挙動を示す。１．５５μｍ領域における実質的に非偏光の広帯域の光がそれに発射されるとき、カプラによって透過される光の直交する偏光の平均波長における差は１７５ｐｐｍであると測定された。タイプＩの偏光依存性を有するカプラの効果を低減するために、図９Ａの実施例に例示されるように、リオ減偏光子などの第２の減偏光子３０２が、有利にはＷＤＭカプラの下流に加えられる。
【００３８】
同じ一般的な懸念がアイソレータ１２４に関して生じる。アイソレータ１２４の透過が偏光に依存し、かつこの偏光依存性が周波数の関数であるならば、アイソレータ１２４は、２つの直交する偏光した光信号のスペクトル内容を異なったように修正するが、これは上述した理由から望ましくない。テストは、アイソレータ１２４の透過の偏光依存性がカプラの結合率の偏光依存性ほど明らかではないということを示した。アイソレータ１２４の偏光依存性は、図９Ａに例示するように、アイソレータ１２４の下流に第２の減偏光子３０２を置くことによって低減される。
【００３９】
次に、「タイプＩＩ」の偏光依存性を有するＷＤＭカプラ、すなわち、波長依存性が偏光から独立している結合率を有するＷＤＭカプラを検討する。言い換えれば、結合率は、偏光の２つの直交する状態について異なっているが、直交する偏光の結合率の比Ｒは、ＡＳＥ光の帯域幅にわたってすべての周波数において同じである。ドープされたファイバ１１８からの完全に非偏光のＡＳＥ光がそのようなカプラに発射されるならば、カプラによって透過された光（すなわち、カプラ１１０とアイソレータ１２４との間の点における）は、２つの前述の直交する偏光の各々について同一であるスペクトルを有するが、ただし一方の偏光は他方よりも大きいパワーを担持する。そのような光がジャイロスコープコイルへの入力として使用され、かつカプラ１１０とジャイロコイルとの間のファイバの任意の部分の複屈折が変動する場合、ジャイロスコープコイルへ発射されるパワーは、Ｒが単位元からそれほど離れないのであれば大量ではないが変動するが、ジャイロへ発射される光の平均波長は、偏光から独立している。したがって、第２の減偏光子３０２は、このタイプの偏光依存性を補正するのに必要とされない。同様に、アイソレータ１２４の透過もタイプＩＩの偏光依存性を示すならば、アイソレータ１２４は、それを通過する光の平均波長に影響せず、図９Ａの第２の減偏光子３０２は必要とされない。ある好ましい実施例では、ＳＦＳは、タイプＩＩの偏光依存性を有するＷＤＭおよびアイソレータを使用する。
【００４０】
要約すれば、アイソレータ１２４およびカプラ１１０の両方、ならびにエルビウムをドープしたファイバ１１８とジャイロスコープへの入力偏光子との間に加えられる任意の他のコンポーネントが弱いタイプＩＩの偏光依存性を示すならば、第２の減偏光子３０２は必要とされない。しかしながら、これらのコンポーネントの１つ以上が強いタイプＩＩの偏光を示すならば、すなわち、一方の偏光がその直交する偏光よりもはるかに強く減衰されるならば、第２の減偏光子３０２が必要とされる。他方で、アイソレータ１２４、カプラ１１０、または、エルビウムをドープしたファイバ１１８とジャイロ入力偏光子との間に加えられる任意の他のコンポーネントのいずれかがタイプＩの偏光依存性を示すならば、第２の減偏光子３０２が必要とされる。
【００４１】
ＷＤＭカプラ１１０およびアイソレータ１２４の偏光依存性を低減することにおける第２の減偏光子３０２の有効性を測定するために、図９Ａの超蛍光ソースのテストベッドが、それぞれ１．５メートルおよび３メートルの２つの高複屈折ファイバ長さを有する減偏光子３０２を用いて構成された。このテストベッドは図９Ｂに示される。ソースの光出力はＯＳＡ１３７に発射され、ＯＳＡによって読出されたスペクトルは、コンピュータ１４０によって取込まれ分析された。ＯＳＡ１３７は、偏光依存性光スペクトル分析器であった、すなわち、それが発生した光スペクトルは、それに発射された光の偏光に依存する。２つのさらなる偏光コントローラ１０７および１０８（ＰＣ2およびＰＣ3として指定される）が、一方が減偏光子３０２の各側上になるように導入される（図９Ｂ参照）。ＯＳＡ１３７は、入力光の偏光に依存するスペクトルを発生するので、減偏光子３０２がＳＦＳ１１８からの光を効果的に減偏光していなければ、ＯＳＡは、いずれかの偏光コントローラ１０７または１０８の配向に依存するスペクトル平均波長を読出すであろう。しかしながら、偏光コントローラ１０７および１０８のそれぞれの配向が変えられる場合（図４Ｃおよび図４Ｄ参照）、ＯＳＡ１３７によって測定されるＳＦＳスペクトルの平均波長は、３ｐｐｍのシステムノイズ限界内にあることが見出される。したがって、減偏光子３０２は、ＷＤＭカプラ１１０およびアイソレータ１２４によって導入されるＳＦＳスペクトルの偏光依存性を効果的に低減する。
【００４２】
環境的摂動によるＳＦＳの平均波長における変動を低減することにおける２つの減偏光子３００および３０２の有効性をさらに評価するために、エルビウムをドープしたファイバ１１８を、図１０に示すように、室温の水浴２００内に置き、１０時間の間時間の関数としてソースの平均波長を記録した。この期間中、図１０のコンポーネントのいずれも調整しなかった。浴２００の温度は調節されなかったが、それは、このテストの実施中、最大±１℃、恐らく±０．５℃分のみ変動した。図１０のＯＳＡ１３７は、前述した、偏光依存性の機器である。このテストの結果は、時間に対してプロットされたソースの平均波長の形で図１１に示される。図１１は、いくつかの４ｐｐｍピークピークのオーダの短期変動と、６ｐｐｍピークピークのオーダの長期変動とを示す。２つの減偏光子３００および３０２なしの同じファイバソースは、ある８０分テストにおいて５０ｐｐｍであると測定された、平均波長におけるかなりより大きいピークピーク変動を示した。結論は、２つの減偏光子３００および３０２の使用が、ソース平均波長の全体的安定性を実質的に向上させるということである。
【００４３】
図９Ｃの実施例では、光出力は、光出力がジャイロスコープの回転感知コイル（図示せず）に入る前に偏光子を通過するように、光ファイバジャイロスコープ４０２の内部偏光要素（すなわち偏光子、図示せず）内に向けられる（ここに開示される超蛍光ソースのすべては、有利には、光ファイバジャイロスコープへの光入力として使用可能である。）。３つの減偏光子３００、３０２、３０４が図示されるが、これらの減偏光子のうち１つ、２つ、またはすべてが使用されてもよい。ＷＤＭカプラ１１０の結合率、ＷＤＭカプラ１１０の透過、およびアイソレータ１２４の透過が偏光独立であるならば、減偏光子３００のみで十分であるかもしれない。減偏光子３０４は、ポンプ光をある方向に、通過するＡＳＥを他の方向に減偏光する。減偏光子３０２は、出力信号を減偏光して、ＷＤＭカプラ１１０およびアイソレータ１２４によって導入される偏光効果を除去する。しかしながら、減偏光子３０２は偏光依存性利得に対して補正せず、そのためファイバ１１８に偏光依存性利得が存在しなければ、減偏光子３００、減偏光子３０４のいずれか、または両方の減偏光子が、この問題に対して補正するために減偏光子３０２に加えて使用されなければならない。すべての減偏光子は、小さいが有限の損失を導入する。減偏光子３００、３０２および３０４が損失性がなく安価になる範囲内で、それらの３つすべてを使用することが有利となる。
【００４４】
ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減する別の方法は、実質的に同じスペクトルを有する２つ（またはそれ以上の）直線偏光のポンプソースで超蛍光ソースをポンピングすることである。図１２Ａに例示されるように、第１のポンプソース１３００および第２のポンプソース１３１０は、偏光ミクサ１３２０、すなわち、第１の偏光を有する第１のポンプをポート１からポート３に結合し、第２の偏光を有する第２のポンプをポート２から同じポート３に結合し、２つのポンプ偏光がポート３において垂直になるようにする装置を介して多重化可能である。この偏光ミクサは、たとえば、すべてファイバの偏光依存性カプラまたはファイバで編まれたバルク光学偏光カプラなどの偏光依存性カプラまたは偏光キューブのいずれかであり得る。図１２Ａにおいて、ダッシュを付されたコンポーネントは、図３のその類似のコンポーネントと同様に機能するが、ただしダッシュを付されたコンポーネント（出力ピグテール１０４′と、光カプラ１１０′と、ドープされたファイバ１１８′と、アイソレータピグテール１２０′および１２８′）はすべて偏光を維持する（polarizaion maintaining)（代替的に、図１２Ａの出力ピグテール１０４′と、光カプラ１１０′と、ドープされたファイバ１１８′と、アイソレータピグテール１２０′および１２８′とは、非ＰＭコンポーネントであってもよい。）。
【００４５】
図１２Ａに示す実施例に加えて、２つの直交する偏光したポンプソースでエルビウムをドープしたファイバ（ＥＤＦ）をポンピングすることに、同様に頼る実施例を記載する。これらの実施例は、図１２Ｂ、図１２Ｃおよび図１２Ｄに例示され、前方にポンピングされる構成、ダブルパス構成、および、さらなるリオ減偏光子を備えるダブルパス構成にそれぞれ対応する。
【００４６】
２つの直線偏光ポンプソース１３００、１３１０が偏光ミクサ１３３０で光学的に合成される、前方超蛍光ソースが図１２Ｂに例示される。図１２Ｂの偏光ミクサ１３３０は、入力ファイバ１３２２、１３２４および出力ファイバ１３２６、１３２８を有する偏光ファイバカプラとして示されるが、たとえば、キューブビームスプリッタが偏光ミクサとして使用されてもよい。２つのポンプソース１３００、１３１０は、それぞれ入力ファイバ１３２２、１３２４に結合され、同じパワーを運ぶ。入力ファイバ１３２２、１３２４は、有利にはＰＭファイバである。２つのポンプソース１３００、１３１０は、ＰＭファイバ１３２２、１３２４の異なった複屈折軸に沿って発射される。偏光ファイバカプラ１３３０は、一方の偏光（たとえば、図１２Ｂの平面における偏光）を伝送するが、主として、直交する偏光（たとえば、図１２Ｂの平面に垂直な偏光）を完全に結合する。したがって、エルビウムをドープしたファイバ１１８に結合される出力ファイバ１３２６は、等しいパワーの２つの直交する偏光成分を有するポンプ光を担持する。出力ファイバ１３２６と、それに光学的に接続されるエルビウムをドープしたファイバ１１８とは必ずしもＰＭファイバではない。（ファイバ１３２８に対応する出力ポートを使用してもよいし、使用しなくてもよい。）光学アイソレータ１２４は、望ましくない光フィードバックを低減する。ポンプソース１３００、１３１０からの２つのポンプ信号が入力ファイバ１３２２、１３２４を通る際、信号の偏光の状態は、入力ファイバに沿ったすべての点において互いに直交したままである。したがって、エルビウムをドープしたファイバ１１８は、２つの直交するポンプ信号でポンピングされ、エルビウムをドープしたファイバ１１８の利得は偏光依存性がない。エルビウムをドープしたファイバ１１８の利得が偏光依存性のない状態にするために、出力ファイバ１３２６における２つのポンプ偏光は、同一のパワーを担持するべきである。理想的には、偏光ミクサ１３３０は、ポンプソース１３００のポンプ信号をファイバ１３２６内に完全に伝送し（すなわち、この伝送Ｔ1は単位元である）、偏光ミクサ１３３０は、ポンプソース１３１０のポンプ信号をファイバ１３２６内に完全に結合する（すなわち、この伝送Ｔ2は単位元である）。しかしながら、いくつかの偏光ミクサは、たとえば、偏光依存性損失または最適条件より低い設計のために、（しばしば僅かにのみであるが）Ｔ2と異なるＴ1を示す。この場合には、ファイバ１３２２および１３２４に発射されるポンプパワーが等しければ、出力ファイバ１３２６における２つのポンプパワーは僅かに異なるであろう。この不均衡に対して補正するために、ファイバ１３２２および１３２４に発射されるポンプパワーの一方または両方が、それに従って調整されなければならない。
【００４７】
２つの直交して配向されるポンプソース１３００、１３１０が、図１２Ｃに例示されるダブルパスＳＦＳ構成において使用される。このＳＦＳがダブルパス構成で動作するように、ダイクロイックリフレクタ１４５０がＥＤＦ１１８のポンプ入力端に置かれる。ダイクロイックリフレクタ１４５０は、（１）ソースのＡＳＥスペクトル範囲の大部分（理想的にはすべて）にわたる高い反射係数（理想的には１００％）と、（２）ポンプ波長における高い透過係数（理想的には１００％）とを有するよう設計される。やはり、偏光ミクサ１３３０は偏光ファイバカプラであるものとして例示されるが、キューブビームスプリッタを使用することもできる。図１２Ｃの実施例は、より低いしきい値、より低いポンプパワー要件、およびエルビウムをドープしたファイバのより短い必要とされる長さという利点を提供する。ダイクロイックリフレクタ１４５０は、バルク光学装置、ファイバブラッグ光子リフレクタであってもよく、または、それは、ＥＤＦ１１８のポンプ入力端に直接堆積される複数の誘電層を含んでもよい。（以下に論じる）図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃおよび図１２ＤにおけるＥＤＦ１１８のポンプ出力端は、たとえば、ある角度でファイバ１１８の端を研磨するかもしくは劈開することにより、またはそれをコアレスのファイバにスプライスすることにより光学的に終端をなす。ファイバ端の後には、（光学経路の意味において）光学アイソレータ１２４が続く。図１２Ｃに例示されるダブルパス超蛍光ソースの代替として、ダイクロイックリフレクタ１４５０が、ＷＤＭカプラ１１０′とアイソレータ１２４の入力ピグテール１２０′との間に、図１２Ａの実施例において置かれてもよいが、これは、ＥＤＦ１１８′の左端を出力ポートにし、光学アイソレータをその端に置くことを必要とするであろう。
【００４８】
図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示す実施例の有効性は、多重化されたポンプ信号の経路に減偏光子を置くことによって改良され得る。たとえば、図１２Ａの場合には、減偏光子１４６０（図１２Ｄ参照）を、偏光ミクサ１３２０の出力ピグテール１０４′とＷＤＭカプラ１１０′との間に置いてもよい。図１２Ｂでは、減偏光子１４６０（図１２Ｄ参照）を、偏光ミクサ１３３０とＥＤＦ１１８との間において置いてもよい。図１２Ｃの実施例では、減偏光子１４６０（図１２Ｄ参照）を、図１２Ｄに例示するように偏光ミクサ１３３０とダイクロイックリフレクタ１４５０との間に置いてもよい。（たとえば、バルク光学の形またはファイバの形のいずれかのリオ減偏光子であり得る）図１２Ｄの減偏光子１４６０は、それを通る２つの直交するポンプ信号の各々を減偏光する。減偏光子１４６０の役割は、各ポンプ信号におけるパワーを２つの直交する偏光軸上に均等に分配することであるが、これは２つのポンプソース１３００、１３１０が同じポンプパワーを生成しない場合には重要であろう。減偏光子が使用されず（たとえば図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃ）、かつポンプソース１３００および１３１０が異なったパワーレベルを生成する場合、いくらかの偏光依存性利得が存在するであろう。しかしながら、図１２Ｄに示す実施例では、減偏光子１４６０は、この残留の偏光依存性利得を低減し、したがってポンプソースの入力偏光へのＳＦＳの平均波長の依存性および２つのポンプソース間のパワーのいかなる差をも低減するように働く。
【００４９】
代替的に、図１３Ａに例示するように、超蛍光ソースは、両方向にポンピングされてもよく、すなわち、第１の偏光を有するポンプソース１４１０で一方端からポンピングされ、かつ第１のものと直交する第２の偏光を有するポンプソース１４２０で他方端からポンピングされてもよい。有利には、ポンプソース１４１０からの出力をアイソレータ１４３０に通過させてもよい。同様に、ポンプソース１４２０からの出力を、ポンプソース１４２０とＷＤＭカプラ１１０′との間に位置決めされたアイソレータ（図示せず）に通過させてもよい。ポンプソース１４１０においても１４２０においても、ポンプ光が適切な偏光で超蛍光ソースに入るように、自由空間または高複屈折導波路を使用してポンプソースからのポンプ光を超蛍光ファイバ１１８′にもたらすように注意をしなければならない。この方法では、周波数成分ごとに、２つのポンプ信号の偏光は、本質的に、超蛍光ソースの長さに沿って直交したままであることが重要である。この要件を満たすためのある解決は、高ドーパント濃度を備える、標準シングルモードファイバ、平面ジオメトリまたは一体化光導波路などの短い光導波路から超蛍光ソースを作ることである。上述した直交要件を満たすための第２の解決は、高複屈折シングルモードファイバからＥＤＦを作るか、または、高複屈折平面ジオメトリもしくは高複屈折一体化光導波路を使用することである。この場合には、同じ方向または反対の方向のいずれかで、一方のポンプは導波路の遅軸に沿って、他方のポンプは導波路の速軸に沿って発射される。高複屈折は、２つのポンプが導波路の全長に沿って直交したままであることを確実にする。どちらの場合にも、２つのポンプソースのスペクトルは、同一である必要はない。実質的に同じ光学利得スペクトルが導波路の複屈折軸の一方または他方のいずれかに沿って伝搬する光について生成されるようなものであれば、スペクトルは、実際には異なっていてもよい。
【００５０】
図１３Ａのファイバ１１８′が同じパワーで反対方向に同時にポンピングされる場合でさえも、シミュレーションは、ファイバ１１８′からの前方および後方ＡＳＥ出力が、それらの平均波長差Δが０でないように依然としてわずかに偏光していることを示す。たとえば、（直線偏光の）第１のポンプ１４１０からのポンプ光がファイバ１１８′のｘ軸に沿って発射され、かつ（やはり直線偏光の）第２のポンプ１４２０からの等しいパワーのポンプ光がｙ軸に沿って発射されるならば、図１３Ａの左側に出ていくＡＳＥ（ＡＳＥ1）はｘ軸に沿ってわずかに偏光しており、図１３Ａの右側に出ていくＡＳＥ（ＡＳＥ2）はｙ軸に沿ってわずかに偏光している。この現象の物理的説明は、ＡＳＥ1は、第１のポンプソース１４１０によって生成された後方ＡＳＥと第２のポンプソース１４２０によって生成された前方ＡＳＥの合計であるということである。後方ＡＳＥは常に前方ＡＳＥよりも強度が強いので（ファイバが非常に短くなければである、その場合にはそれらは同一である）、ＡＳＥ1に対する最大の寄与は、第１のポンプソース１４１０によって生成される後方ＡＳＥであり、ＡＳＥ1はｘに沿ってわずかに偏光している。反対に、ＡＳＥ2は、ｙ偏光の第２のポンプソース１４２０によってほとんど生成され、その結果ＡＳＥ2はｙ軸に沿ってわずかに偏光する。したがって、ＡＳＥ1およびＡＳＥ2はどちらも０ではないΔを有する。これらの論拠が示すように、Δ＝０を有するＡＳＥ放出を生成するために、一般的には、両方向にポンピングすることは十分ではなく、図１３Ａの実施例に固有の残留非対称を排除することが有利である。
【００５１】
この残留非対称を排除するためのある方法は、２つのポンプソース１４１０、１４２０のパワーにおける小さい差を導入することである。ポンプソース１４１０、１４２０のパワーにおけるそのような差がこの非対称を排除することができるということは、以下の物理的な考察から理解可能である。ポンプソースの一方が、たとえば第２のポンプソース１４２０が完全にオフにされる場合、ＡＳＥ1はｘ軸に沿ってなおもわずかに偏光しており、すなわちｘ軸に沿うその平均波長＜λx＞は、ｙ軸に沿ったその平均波長＜λy＞と異なっている。具体的には、＜λx＞は＜λy＞よりわずかに短く、平均波長差Δ＝＜λx＞−＜λy＞は負である。他方で、第２のポンプソース１４２０がオンであり、第１のポンプソース１４１０がオフであるならば、ＡＳＥ1は第２のポンプソースによってもっぱら生成されるが、これはＡＳＥ1がｙ軸に沿ってわずかに偏光するようにｙ軸に沿って偏光した。この場合には、ｙ軸に沿ったＡＳＥ1の平均波長＜λy＞は、ｘ軸に沿ったもの＜λx＞よりわずかに短く、差Δ＝＜λx＞−＜λy＞は正である。要約すれば、第１のポンプソース１４１０のパワーＰ1が有限であり、かつ第２のポンプソース１４２０のパワーＰ2が０である場合、Δは負であり、これに対し、Ｐ1が０でありかつＰ2が有限である場合、Δは正である。つまり、Δ＝０であるようなパワーＰ1およびＰ2の特定の組合せがなければならないということである。
【００５２】
Δ＝０を発生する適正なパワーＰ2（所与のパワーＰ1に対する）を選択する方法は図１３Ｂに例示される。図１３Ｂおよび図１３Ｃは、前述したワグナーによって開発されたファイバ増幅器コンピュータコード数値シミュレータで生成された。図１３Ｂにおいて、出力ＡＳＥ1（図１３ＡのＥＤＦ１１８′の左側）についての平均波長差Δは、３０ｍＷの一定のポンプパワーＰ1に対して、第２のポンプソース１４２０によってＥＤＦ内に発射されるポンプパワーＰ2の関数としてプロットされる。平均波長差Δはｐｐｍで表わされ、すなわち、Δは、２つの偏光の平均波長の平均に正規化される。さまざまな曲線が、異なった長さのＥＤＦ、すなわち２ｍ、４ｍ、６ｍおよび８ｍについて計算された。前記の物理的考察から予測されるように、パワーＰ2がＰ1＝３０ｍＷ未満から３０ｍＷを超えるまで増大すると、平均波長差Δは、ＥＤＦ１１８′のすべての長さについて負から正になる。したがって、モデル化されたファイバ長さの各々について、Δをゼロにする有限のポンプパワーＰ2が存在する。すべての場合において、このパワーは、第１のポンプソースによって発射されるパワーＰ1（３０ｍＷ）より低い。図１３Ｂは、第２のポンプソース１４２０によって発射されるパワーを適切に選択することによって、第１のポンプソース１４１０に向かって放射される光を完全に非偏光のものとすることができることを示す。
【００５３】
図１３Ｃにおいて、３０ｍＷのＰ1について、カプラ１１０′に入る出力ＡＳＥ2が計算される。やはり、平均波長Δは、負から正になり、モデル化されたファイバ長さの各々について、第１のポンプソース（３０ｍＷ）によって発射されるパワーＰ1よりも高い、Δをゼロにする有限のポンプパワーＰ2が存在する。したがって、図１３Ｃは、第２のポンプソース１４２０によって発射されたパワーを適切に選択することにより、第２のポンプソース１４２０に向かって放射される光を完全に非偏光のものとすることができるということを示す。
【００５４】
この発明の別の実施例に従うと、ＳＦＳからの出力の平均波長におけるシフトは、光学ポンプソースの偏光の状態を固定し、かつファイバソースを通じて偏光維持（ＰＭ）ファイバを使用することによって実質的に低減される。本出願に論じられる光学的コンポーネントはすべて偏光維持であり、エルビウムをドープしたファイバだけではないので、これは先行技術（たとえば、ディゴネットらに付与された米国特許番号第５，７０１，３１８号参照）と異なる。
【００５５】
そのような実施例の一例は、図１４Ａに例示され、ダッシュを付されたコンポーネントは、図３のその類似のダッシュを付されていないコンポーネントとほぼ同様に機能するが、ただしダッシュを付されたコンポーネント（出力ピグテール１０４′と、光カプラ１１０′と、ドープされたファイバ１１８′と、アイソレータピグテール１２０′および１２８′）はすべて偏光維持である。この実施例では、光学ポンプソース１００（好ましくはレーザダイオードである）からの出力は、ピグテール１０４′のファイバ軸の１つに沿って発射される。したがって、ポンプおよび超蛍光信号は、環境的条件にかかわらずこれらの軸と整列したままである。しかしながら、隣接する光ファイバコンポーネントは互いにスプライスされるので、この実施例は、これらのコンポーネントのファイバ軸の注意深い整列を必要とする。この実施例では、ＳＦＳの出力における２つの固有の偏光は、偏光依存性利得のために、わずかに異なったスペクトルを担持するが、これらの２つのスペクトルは、ファイバ複屈折の外部摂動から独立しており、これにより（ジャイロスコープに入力され得る）スペクトル、およびスペクトル平均波長は安定する。
【００５６】
図１４Ｂは、ドープされたファイバ１１８"が単一偏光ファイバを含む実施例を例示する。光ファイバジャイロスコープ４０２内の入力偏光子（図示せず）に対するファイバ１２８′の注意深い整列が必要とされる。代替的に、さらなる偏光子４２０が、図１４Ｃに示すように、ファイバ１１８′内に位置決めされてもよい。さらなる偏光子４２０の最適な位置は、ここに引用により援用される、Ｍ．ディゴネットらに付与された米国特許番号第５，７０１，３１８号に従って計算可能である。単一偏光ファイバの実施例および図１４Ｃの実施例は、本質的に直線偏光であるが、非偏光の構成と名目上同じであるパワーを備える超蛍光出力を発生する。したがって、図１４Ｃの実施例では、たとえば、光ファイバジャイロスコープ４０２の入力偏光子を介して運ばれたパワーは効果的に２倍にされる。
【００５７】
図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃにおいて、ファイバ（１１８′、１１８"）を移動する光の偏光状態は、偏光維持のまたは単一偏光のファイバで凍結され、非偏光維持のＳＦＳにおいて圧倒的であるポンプ偏光ドリフトという問題は実質的に排除される。
【００５８】
偏光維持のコンポーネントを利用するダブルパス構成が図１５に示される。この実施例では、図１４Ａ〜ＣのＷＤＭカプラ１１０′は、ポンプソース１３００とＥＤＦ１１８′との間に位置決めされるダイクロイックリフレクタ１４５０と置換される。ポンプソース１３００によって放射される光は、直線偏光であり、ＰＭのエルビウムをドープしたファイバ１１８′の２つの複屈折軸のいずれか一方に沿って発射される。光学アイソレータ１２４が、エルビウムをドープしたファイバ１１８′の出力端に置かれ、（たとえば、ＥＤＦ１１８′からの出力が結合される光学システムからの）反射光がＥＤＦを振動させるのを防ぐ。アイソレータ１２４は、出力光の偏光を保つために、有利にはＰＭファイバでつくられ、その複屈折軸は、エルビウムをドープしたファイバ１１８′の複屈折軸と整列する。ＷＤＭカプラの必要をなくすことにより、装置のコストが低減され、図１４Ａの実施例よりも短いファイバ１１８′とより低いポンプパワーが必要とされる。図１５の実施例が光ファイバジャイロスコープのための光源として使用される場合、その出力偏光は、ジャイロスコープ回路の入力における偏光子と整列しているべきである。
【００５９】
ＰＭファイバを利用する後方出力構成が図１６に示される。この実施例と図１４Ａの構成との主な差は、ＰＭ  ＷＤＭカプラ１１０′の複屈折軸がＰＭのエルビウムをドープしたファイバの複屈折軸に対して４５度で整列するように、ＰＭ  ＷＤＭカプラ１１０′の出力ピグテール１４６４がＰＭのエルビウムをドープしたファイバ１１８′に結合される（たとえばスプライスされる）ことである。ＷＤＭカプラ１１０′を出ると、ポンプ光は、ＰＭのエルビウムをドープしたファイバ１１８′に入る。図１４Ａの場合のように、図１６のＥＤＦ１１８′のポンプ出力端の一方端１４７０は、たとえばある角度にファイバ端を研磨するか劈開するかもしくはそれをコアレスのファイバにスプライスするか、またはそれを光学アイソレータ（図示せず）に結合することによって光学的に終端をなす。
【００６０】
ポンプ光は、ＥＤＦ１１８′の複屈折軸へ等しいパワーで発射されるので、ポンプ光の偏光の状態（ＳＯＰ）は、ファイバ複屈折に依存するが典型的には数ｍｍ以下の範囲内である周期Ｌbで、ＥＤＦ１１８′に沿って周期的に変動する。同様に、ファイバ１１８′内を移動するＡＳＥ信号の周波数成分ごとのＳＯＰもまた、Ｌbと異なる周期Ｌb′で（主に、ポンプおよび信号が異なった波長を有するため）、ＥＤＦ１１８′に沿って周期的に変動する。したがって、ＥＤＦ１１８′に沿ったいくつかの周期位置において、ＡＳＥ信号の所与の周波数成分およびポンプ光は、平行の（直線または円）偏光を有し、ＥＤＦ１１８′に沿った他の、同様の周期位置において、ＡＳＥ信号の所与の周波数成分およびポンプ光は、直交する（直線または円）偏光を有する。周期が十分短ければ、すなわちファイバ１１８′の長さよりはるかに短ければ、この所与の周波数成分は、この周波数成分に対して交互に平行のまたは直交する偏光したポンプ光による利得を経験する。したがって、ＥＤＦ１１８′に沿ったポンプ光の偏光における変動から生ずる利得における変動は、平均され、ＡＳＥ信号のこの所与の周波数成分は、ＰＤＧを経験しない。この議論は、広帯域ＡＳＥ信号のあらゆる周波数成分について当てはまるので、図１６のソースはＰＤＧを経験せず、図１６の装置は、すべての偏光について同じ平均波長を有する広帯域ＡＳＥ光を放射する。
【００６１】
この原理は、ＥＤＦ１１８′のポンプ出力端にダイクロイックリフレクタ１４５０を加えることによってダブルパスソース構成に拡張可能である。図１７に例示されるように、図１６のものに対するそのような構成の利点は、図１７のダブルパス特徴が、エルビウムをドープしたファイバ１１８′のより短い長さとより低いポンプパワーとを可能にすることである。もし必要であれば、ダイクロイックリフレクタ１４５０とレーザ１３００における光学素子（たとえば、半導体レーザの出力フェーセット）との間の光フィードバックから生じるＥＤＦ１１８′のレイジングを防ぐために、有利には、光学アイソレータ（図示せず）をポンプソース１３００とＷＤＭカプラ１１０′との間に置くことができる。別のダブルパスの実施例が図１８に示され、ダイクロイックリフレクタ１４５０はポンプソース１３００とＥＤＦ１１８′との間に置かれ、それによりＷＤＭカプラの必要性を排除し装置のコストを低減する。
【００６２】
図１９は、出力が、ポンプ偏光における変動および回路ファイバの環境的摂動に対して安定している平均波長を有する別のＳＦＳの実施例を示す。図１９の光学的コンポーネントのすべては、有利には、ＰＭファイバからつくられる。たとえば、図１３Ａの実施例と異なって、図１９に示す実施例は、２つではなく１つのポンプソースを利用する。ポンプソース１３００からの直線偏光の光は、第１の光学アイソレータ１２４ａを介してＷＤＭ偏光カプラ１４８０に送られ、ＷＤＭ偏光カプラ１４８０は、ポンプ光を２つの出力ポート１４８２、１４８４の一方に向ける。偏光カプラ１４８０は、（１）ミクサ１４８０に入射するポンプ光の一部が左側の出力ポート１４８２に結合され、ポンプ光のこの部分がパワーＰ1と、たとえば図１９の平面において直線である偏光とを有し、かつ（２）残りのポンプ光が右側の出力ポート１４８４に結合され、パワーＰ2と、左側の出力ポート１４８２に入る光に直交する、すなわちこの例では図１９の平面に垂直である直線偏光とを有するように動作する。したがって、ＥＤＦ１１８′は、互いに直交する偏光したポンプ信号によって両方向にポンピングされる。ミクサ１４８０の結合率、すなわち、比Ｐ2／（Ｐ1＋Ｐ2）は、図１３Ａ、ＢおよびＣに関連して論じられた方法論に従って、ＥＤＦ１１８′の右側からのＡＳＥ出力が０のΔ（すなわち、ポンプ光の偏光によって変動しない平均波長）を有するように選択される。偏光ミクサ１４８０は、偏光依存の態様でＡＳＥ信号の名目上０％を結合するようであるべきである。この場合には、ＥＤＦ１１８′の左手側からのＡＳＥ出力は、一般的には０ではないΔを有するが、第２の光学アイソレータ１２４ｂがこの信号がミクサ１４８０に達するのを防ぎ、これはさもなくばミクサ１４８０を通って漏れ、ＥＤＦ１１８′の右側からのＡＳＥ出力と組合さって、０ではないΔを有する負所望の位相感応的出力スペクトルを発生してしまうであろう。
【００６３】
図１９の実施例の利点の１つは、単一のポンプソース１３００のみが必要とされることである。この結果コストは低くなり、２つのポンプソースが使用される場合に起こり得る問題、すなわち、ポンプソースが異なった速度で「老化」（aging）する可能性があるという問題を回避する。たとえば、図１３Ａの実施例において、２つのポンプソース１４１０および１４２０の出力パワーが時間が経つにつれ異なった速度で劣化するならば、Δは時間が経つにつれ変動するであろう。他方で、図１９の実施例におけるポンプソース１３００が老化すると、Ｐ1およびＰ2の両方が時間が経つにつれ降下するが、それらの比は変わらないままであり、これはΔにおけるいかなる変化をも軽減する傾向にある。
【００６４】
この発明のさらなる実施例は、図１６、図１７および図１８と同じ原理に基づいている。ＥＤＦは依然として強い複屈折を示すが、今回は、ＥＤＦは標準の低複屈折ファイバ（すなわち非ＰＭファイバ）からなり、複屈折は、十分に小さい直径を備える芯棒のまわりにＥＤＦを曲げることによって誘導される。得られたＥＤＦコイルは、一方がコイルの面に垂直であり他方がコイルの面に平行である２つの適切な軸を有する直線複屈折を示す。偏光したポンプは、等しいパワーがこれらの軸の各々に発射されるようなその偏光でコイルに発射される。たとえば、図１６の実施例においてのように、この複屈折コイルのビート長さは波長に依存するので、ポンプの偏光およびＡＳＥ信号の偏光は、異なった周期で、ファイバに沿って周期的に発展する。したがって、ＡＳＥ信号は、それと直交し次にそれと平行するポンプと周期的にオーバーラップするが、これはＰＤＧを低減する。ＰＤＧの低減が実質的なものとなるために、ビート長さは、ＥＤＦの強信号吸収長さと比べて短くなければならない、すなわち、曲げ半径は十分に小さいものでなければならない。同じ概念の別の実施例は、ファイバをコイル状に巻くだけでなくファイバをそれ自体の上に巻きつけることである。
【００６５】
本発明の好ましい実施例が上に詳細に記載されたが、ここに記載される実施例からある種の明らかな変形および逸脱が、この発明の精神および本質的な特徴から逸脱することなしに可能であることは、当業者には理解されるであろう。たとえば、ここに開示される実施例において、実施例を構成する光学的コンポーネントのいくつかまたはすべてが、これに限られるものではないが、偏光維持ファイバ、減偏光子、ファイバカプラ、アイソレータおよびエルビウムをドープしたファイバを含む、同じ機能を果たす等価の一体化された光学的コンポーネントと置換可能であることが理解される。エルビウムをドープしたファイバは、適切な長さおよびエルビウム濃度を有する、シリカまたは他の材料をベースとする一体化された光導波路と置換可能である。別の例として、ここに開示されるファイバカプラは、周知の技術を用いて一体化された光導波路で構成されてもよい。このカプラが適切な特性、たとえばタイプＩＩ偏光依存性を示すように、これを設計するべく注意が払われるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光学ポンプの偏光が、光学ポンプの出力端に位置する偏光コントローラによって変えられるときの、超蛍光ファイバソースの平均波長における変動を調査するための実験的設定の図である。
【図２】  図１に示す設定で収集されたデータの図である。
【図３】  減偏光子が光学ポンプの出力端において使用されることを除いて、図１の設定と同様の実験的設定の図である。
【図４】  Ａ〜Ｄは、偏光が図５および図９Ｂの実験的設定について変えられるときの、超蛍光ファイバソースの平均波長における変動を示すデータの図である。
【図５】  偏光コントローラが光学ポンプの出力端に置かれている、光学ポンプの偏光が変えられるときの、超蛍光ファイバソースからの平均波長の範囲を調査するための実験的設定の図である。
【図６】  最大および最小のほぼ周期的な連続を含むリオ減偏光子からの典型的透過スペクトルの図である。
【図７】  図６のリオ減偏光子の挙動を例示するための仮定の光源からのスペクトル出力の図である。
【図８】  直線偏光ポンプ光が高複屈折ファイバからつくられた減偏光子に直接結合されている、外部摂動に対してその平均波長が安定している出力を有する実施例の図である。
【図９Ａ】  リオ減偏光子などの第２の減偏光子が有利にはＷＤＭカプラの下流に加えられている実施例の図である。
【図９Ｂ】  偏光の関数として超蛍光ファイバソースからの平均波長の範囲、特に、ＷＤＭが何らかの偏光依存性を有する場合のその範囲に対して波長分割多重化（ＷＤＭ）カプラが有し得る影響を調査するための実験的設定の図である。
【図９Ｃ】  装置におけるさまざまな点に位置する最大３つの減偏光子と光ファイバジャイロスコープとを含む実施例の図である。
【図１０】  エルビウムをドープしたファイバが水浴に置かれている、温度変動などの環境的摂動によるＳＦＳの平均波長の変動を低減することにおける減偏光子の有効性を評価するための実験的設定の図である。
【図１１】  ソースの平均波長が時間に対してプロットされている、図１０の実験的設定で得られた実験結果の図である。
【図１２Ａ】  超蛍光ソースが、後方構成において実質的に同じスペクトルおよび偏光を有する２つの直線偏光ポンプソースでポンピングされている、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための実施例の図である。
【図１２Ｂ】  前方構成において２つの直線偏光ポンプソースを採用するソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための実施例の図である。
【図１２Ｃ】  ダブルパス構成において２つの直線偏光ポンプソースを採用するソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための実施例の図である。
【図１２Ｄ】  減偏光子が加えられているほかは図１２Ｃの実施例と同様の実施例の図である。
【図１３Ａ】  超蛍光ファイバソースが両方向にポンピングされる、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための実施例の図である。
【図１３Ｂ】  左側のポンプのパワーが３０ｍＷに固定され、左から右へ移動する増幅された自然放出（ＡＳＥ）の偏光間の平均波長差が右側のポンプのパワーの関数としてプロットされている、図１３Ａの実施例に対応するシミュレーションの結果の図である。
【図１３Ｃ】  左側のポンプのパワーが３０ｍＷに固定され、右から左へ移動する増幅された自然放出（ＡＳＥ）の偏光間の平均波長差が右側のポンプのパワーの関数としてプロットされている、図１３Ａの実施例に対応するシミュレーションの結果の図である。
【図１４Ａ】  偏光維持光学的コンポーネントを利用する超蛍光ファイバソース（後方構成）からの安定したスペクトルおよび平均波長を発生するための実施例の図である。
【図１４Ｂ】  図１４Ａの偏光維持設計に基づく光ファイバジャイロスコープの実施例の図である。
【図１４Ｃ】  偏光子が超蛍光ファイバに加えられているほかは図１４Ｂのものと同様の光ファイバジャイロスコープの実施例の図である。
【図１５】  偏光維持コンポーネントを利用する、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するためのダブルパス構成の図である。
【図１６】  複屈折軸がポンプの偏光に対して４５度で整列しているＷＤＭカプラおよび偏光維持コンポーネントを利用する、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための後方ソース構成の図である。
【図１７】  複屈折軸がポンプの偏光に対して４５度で整列しているＷＤＭカプラおよび偏光維持コンポーネントを利用する、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するためのダブルパスソース構成の図である。
【図１８】  複屈折軸がポンプの偏光に対して４５度で整列しているＷＤＭカプラおよび偏光維持コンポーネントを利用する、ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための別のダブルパスソース構成の図である。
【図１９】  単一のポンプソースを利用する超蛍光ソース平均波長のポンプ偏光依存性を低減するための構成の図である。
【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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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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