JPH03138614A - 光導波路により導波された光の偏光を制御するためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 この発明は、一般的には光の偏光を制御するための装置
および方法に関するものである。この発明は、特定的に
は光ファイバにおいて伝搬される光の偏光を制御するた
めの装置および方法に関する。なおより特定的には、こ
の発明は、光フアイバ回転検出システムにおいておよび
コヒーレントな通信システムにおいて光の偏光を制御す
るための装置および方法に関するものである。 光フアイバリング干渉計は、典型的にはその中に逆伝搬
される光波を有する光フアイバ材料のループを含む。ル
ープを通過した後で、逆伝搬される波は、光出力信号を
形成するためにそれらが建設的にまたは破壊的に干渉す
るように、組合せられる。光出力信号の強度は、逆伝搬
される波の相対的な位相に依存する干渉の関数として変
化する。 光フアイバリング干渉計は、特に回転検出のために有用
であると、証明されている。よく知られているサナツク
（Ｓａｇｎａｃ）効果に従って、ループの回転は逆伝搬
される波の間に相対的なまたは非可逆性の位相差を生じ
、位相差の量はその検出軸の周囲のループの角速度の関
数である。逆伝搬される波の干渉により発生される光出
力信号は、ループの回転速度の関数として強度が変化す
る。回転の検出は、光出力信号を検出し、かつ回転速度
を決定するために光出力信号を処理することにより、達
成される。 光学導波構造内の光の偏光および光の伝搬についてのい
くらかの精通が、この発明の理解を促進するであろう。 光波は、光波の周波数に等しい周波数を有する、直交の
電界および磁界のベクトルを含む、時間変化する電磁界
により表すことができることは、よく知られている。 導波構造を介して伝搬される電磁波は、１組の通常のモ
ードにより説明することができる。通常のモードは、導
波構造、たとえば光フアイバ導波路内の電界および磁界
の許容された分布である。 界の分布は、導波構造内のエネルギの分布に、直接に関
連する。通常のモードは、一般的には導波構造における
周波数および空間分布に関する波における界の成分を述
べる数学の関数により、表される。導波路の通常のモー
ドを述べる特定の関数は、導波路の幾何学に依存する。 導波された波が固定された寸法の環状の断面を有する構
造に局限される光ファイバについて、ただある周波数お
よび空間分布を有する界だけが、厳しい減衰なしに伝搬
されるであろう。減衰されずに伝搬される界の成分を有
する波は、通常のモードとよばれる。 １つのモードのファイバは、所与の周波数の信号のため
に、ただ１つのエネルギの空間分布すなわち１つの通常
のモードを、伝搬するであろう。 通常のモードを説明することにおいては、電界および磁
界の方向を、波の伝搬の方向に関して参照することが、
都合がよい。電磁界の波における電界のベクトルの方向
は、波の偏光である。一般的には、波は、所与のモード
のために許されたすべての方向を指す電界のベクトルの
均一の分布があるランダム偏光を有するであろう。もし
波におけるすべての電界がただ特定の方向を指せば、波
は直線的に偏光される。もし電界が２つの等しい大きさ
の直交の電界成分からなれば、正味の電界は波の周波数
に等しい角速度で光軸の周囲を回転するベクトルである
ので、電界は円偏波される。 もし２つの直線的な偏光が等しくなければ、波は楕円の
偏光を有する。一般的には、いずれの任意の偏光も２つ
の直交の直線的な偏光、２つの逆に向けられた環状の偏
光ま゛たは直交の主軸を有する２つの逆に回転する楕円
の偏光の和により、表すことができる。 光ファイバのコアおよびクラッドの間の境界は、界の成
分上のあるよく知られた境界の条件が満たされなければ
ならない、誘電インタフェースである。たとえば、イン
タフェースと直角をなす電界の成分は、連続的でなけれ
ばならない。１つのモードの光ファイバは、コアークラ
ッドインタフェースと直角をなす電界成分を有する電磁
エネルギを、伝搬する。ファイバのコアはクラッドの屈
折係数より大きい屈折係数を有し、かつ光がインタフェ
ースの上に臨界角より大きいまたは臨界角に等しい角で
衝突するので、本質的にはインタフェースにおける内部
の反射により、全ての電界はコアにおいて残る。連続性
および内部の反射の必要条件の双方を満たすために、ク
ラッドにおける放射電界成分は、迅速に減退する指数関
数でなければならない。指数的に減退する界は、通常「
エバネッセント界」と、呼ばれる。 光信号の速度は、それを介して光が伝搬される媒体の屈
折率に依存する。ある材料は、異なった偏光のために異
なった屈折率を有する。２つの屈折率を有する材料は、
複屈折と呼ばれる。標準の１つのモードの光ファイバは
、２つのモードのファイバと考えられてよい、なぜなら
ばそれは２つの異なった偏光を有する同一の周゛波数お
よび空間分布の２つの波を伝搬するであろうからである
。 同じ通常のモードの２つの異なった偏光成分は、２つの
偏光の間の速度の差異を除いては変化されずに、複屈折
の材料を介して伝搬されることができる。 多くの光ファイバのシステムにおいては、その動作が誤
差を最小にするために偏光に依存する成分への入力のた
めの選択された点における公知の偏光状態の光を有する
ことが、望ましいかもしれないことは、よく知られてい
る。偏光の状態は、光フアイバ回転センサのような装置
において、特に重要である。偏光された光フアイバ回転
検出システムにおいては、偏光における変化のためのド
リフトの誤差が、偏光器の質により、決定される。 １つのモードの光ファイバにおいて伝搬される光の偏光
状態は、時間またはファイバに沿った距離について安定
していない。偏光器を含む光フアイバ回転センサにおい
ては、好ましい偏光状態は、光信号が検出ループへの入
力である逆に伝搬する波を形成するように分けられる前
の偏光器の位置において、規定される。検出ループから
偏光器へ戻る２つの逆伝搬される波は、始めから規定さ
れた偏光状態に整合する偏光状態を有さなければならな
い。 しかしながら、通常の光ファイバの複屈折は、一般的に
は入力および出力の波の間に偏光の不整合を引き起こす
。この偏光の不整合は、いくつもの望まれない状態を結
果として生じ、その最も重要なものは、減少された信号
の強さおよび検出器における増加された寄生非可逆性信
号を含む。さらに、ファイバの複屈折は、時間がたつに
つれて、たとえば温度の変化、音響の変動、ファイバを
曲げる、捩じる、絞るまたは捩れさせるような機械的な
変形および磁界の変動のために、変化する。 その結果束じる時間に依存する偏光の不整合は、不安定
な信号の強さおよび回転速度を示すために使用される非
可逆性信号成分のドリフトに通じる。 偏光状態における不整合の静的なおよび時間に依存する
双方の効果は、光フアイバ回転センサの性能を、劣化さ
せる。 光ファイバにおける直線的な偏光状態は、典型的にはベ
ルブ（Ｂｅｒｇｈ）氏への米国特許第４゜３８６．８２
２号において述べられる光フアイバ偏光器のようないく
つかの形式の直線の偏光器により、達成される。偏光器
への偏光状態の入力はは、一般的には随意である。偏光
器は、ファイバの外に不所望の偏光の光を結合し、ただ
選択された所望の偏光だけを有する光だけがファイバを
介して伝搬されることを許容する。ベルブ氏は、石英サ
ブストレートにおける曲げられた溝において装着される
ある長さの光ファイバを含む、光フアイバ偏光器゛を、
開示する。サブストレートおよび光ファイバの１部分は
、相互作用領域を形成するようにファイバからクラッド
の部分を除去するために、磨滅されかつ研磨される。溝
におけるファイバの部分は、研磨された表面の方を向い
て、見られるように凸状に曲げられる。複屈折の水晶は
、サブストレート上に相互作用領域にわたって、光フア
イバ材料のコアに極めて接近して、装着される。水晶は
、エバネツセントな界のカップリングが光ファイバから
の不所望の偏光の光を水晶の中に結合するように、光フ
ァイバのコアにおいて伝搬される光の経路と部分的に交
差するように、位置される。 光学ファイバ回転センサにおける活性の偏光の制御のた
めの先のシステムにおいては、所望の偏光を有する光を
通過させるが、不所望の偏光成分を出力ファイバと非共
線の方向に排除する偏光器を利用することが、必要であ
る。そのようなシステムにおいては、所望の偏光状態は
、ファイバの複屈折を、偏光制御装置を介して、取り出
された非共線の出力の強度を最小にする状態に調整する
ことにより、維持される。必要とされる偏光状態を維持
するために、補償複屈折効果は、光フアイバ回転センサ
の検出ループにおいて誘導されなければならない。こめ
先行技術は、複雑な偏光器、照光検出装置および必要と
されるフィードバック信号を与えるための複雑な電子制
御回路を、必要とする。 偏光の制御は、またその中でキ゛ヤリア信号が長いコヒ
ーランスの長さの固体状態のレーザから得られる、コヒ
ーレントな光フアイバ通信システムにおいても、利用さ
れる。信号は、振幅として与えられた変調、周波数また
は光キャリアにおける位相の変化として、伝送される。 光学ヘテロゲイン受信機においては、伝送ファイバから
の光および局部発振器レーザからの光は、典型的にはマ
イクロ波の範囲に入る中間周波数を発生するように、混
合される。標準のマイクロ波技術は、次いで中間周波数
の信号を復調するために、使用される。 ２つの干渉する光波の偏光状態は最適信号感度を維持す
るために、ミクサにおいて整合されなければならない。 もし通常の非偏光の１つのモードを保存する光ファイバ
が伝送媒体として使用されれば、次いでそのようなファ
イバにおける複屈折の存在は、一般的には光検出器にお
ける２つの干渉する光波の間の偏光状態における不整合
を生じる。不整合の量は、光フアイバ回転センサの場合
において上に述べられた理由のために、時間が経つにつ
れて不安定になるであろう。必要とされる偏光状態の整
合を維持するために、補償する複屈折の効果は、局部発
振器においてまたは受信機の信号アームにおいて、誘導
されねばならない。光フアイバ回転センサにおいて使用
される活性偏光制御システムは、補償する複屈折を与え
るために使用することができる。 コヒーレントな光フアイバ通信システムにおいて使用さ
れるときの先の偏光制御技術は、３ｄＢ結合装置にはい
る各ファイバのアームにおける活性偏光制御装置および
平衡ミクサの方策が使用されるかどうかに依存する１つ
または２つの偏光器を、必要とする。偏光器は、代わり
に偏光保存結合装置により置き換えることができる。偏
光状態の不整合を克服するためのもう１つの方法は、偏
光不感度受信機、バルク光学偏光ビームスプリッタおよ
び２つの組の検出器電子装置を利用する。 もし平衡ミクサ方策が使用されれば、次いで成分の数は
２倍になる。これらの先行技術の偏光制御技術の全ては
、過度の数の成分、複雑さおよび高い費用を有する。 １９８２年スプリスプー・フェアラーク（Ｓｐｒｉｎｇ
ｅｒ、Ｖｅｒｌａｇ）のファイバ・オプティック・ロー
テーションφアンド・リレーテッド・テクノロジー（Ｆ
ｉｂｅｒ　　０ｐｔｉｃ　　Ｒｏｔａｔｉｏｎ　　ａｎ
ｄ　　Ｒｅ１ａｔｅｄ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の１
６３頁ないし１６８頁の「光フアイバジャイロスコープ
のための偏光制御（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　　Ｃｏ
ｎｔｒｏｌｆｏｒ　　ａｎ　　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉ
ｂｅｒ　　Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）、モーアｓＦ＊Ａ（Ｍ
ｏｈｒ。 Ｆ、Ａ、）氏およびショルッｅＵ（Ｓｃｈｏｌｚ。 Ｕ、　）氏は、光ファイバにおける選択された偏光の光
信号を伝播するためのシステムのバルク光学装置の実現
化を述べる。装置は、光ファイバ、光ファイバから光出
力信号を与えるための偏光ビームスプリツタ、光検出器
、１対のＰＺＴファイバスクィーザおよびフィードバッ
ク電子装置を、含む。偏光ビームスプリッタは、光ファ
イバから所望の偏光および不所望の偏光の双方の光をと
る。 ファイバからとられた信号が偏光された後で、それは、
不所望の偏光を表示する電気的な誤差信号を生ずる光検
出器に衝突する。フィードバック電子装置は、ＰｚＴフ
ァイバスクィーザを駆動する１対の比例積分制御装置回
路を含む。制御装置回路は、π／２位相がずれる２つの
振動信号を発生する直角発振器からの直角信号により、
変調される。 デポーラ（ＤｅＰａｕｌａ）氏らへの米国特許第４，７
５３，５０７号は、事前ロードを増加させるかまたは減
少させるかどちらかにより複屈折の変形を許容するため
に、光ファイバに事前ロードを与えるフレームを含むフ
ァイバスクィーザを、開示する。光ファイバおよび圧電
トランスジューサはフレームにおいて保持され、かつ電
圧源は、光弾性効果によってファイバの屈折率を制御す
るファイバ上の力を制御するために、圧電トランスジュ
ーサに接続される。デポーラ氏らは、ファイバにより導
波される光の偏光を調整するために光ファイバの長さに
沿って一列に並べて配置される３つのファイバスクィー
ザをも、開示する。 パブラス（Ｐａｖｌａｔｈ）氏への米国特許第４．７２
９，６２２号およびチャン（Ｃｈａｎｇ）氏らへの第４
，７２５．１１３号ならびに第４゜６９５．１２３号は
、すべて偏光器およびファイバスクィーザのシステムを
含む光フアイバ偏光制御システムを、開示する。偏光器
は、光ファイバから不所望の偏光の光を結合する。ファ
イバの外に結合された光は、ファイバスクィーザを制御
するために使用される電気信号を形成する光検出器に、
衝突する。ファイバスクィーザは、ファイバから結合さ
れた光の強度を最小にする偏光器への偏光入力を与える
ために、駆動される。 ルファブル（Ｌ　ｅ　　Ｆ　ｅ　ｖ　ｒ　ｅ）氏への米
国特許第４，３８９．０９０号は、３つのスプールの周
囲に巻かれたファイバの部分を含む、光フアイバ偏光制
御装置を、開示する。スプールは、ファイバにより導波
された光の偏光を調整するために、共通軸の上で回転可
能である。 発明の概要 この発明は、２次元の偏光制御装置の変調を与えること
により、先行技術の活性偏光制御システムの困難を、克
服する。この発明の利点は、高価な偏光保存ファイバを
使用する必要性なしに、達成される。 この発明は、光フアイバ回転センサにおける偏光状態の
誤差を、回転検出ループの内部に位置される複屈折のト
ランスジューサの２つのバンクの直交の変調により補正
するための、偏光フィードバック信号を与える。この発
明は、こうしてより複雑でかつ高価な２重の出力偏光器
の使用を避ける利点を有する。 この発明は、コヒーレントな光フアイバ通信システムに
おける偏光状態の誤差を、受信機における通信または局
部発振器信号のアームのどちらかにおいて位置された複
屈折のトランスジューサの２つのバンクの直交の変調に
より、補正するために、偏光フィードバック信号を与え
る。この発明は、したがって他のシステムに対して複雑
さが減少される利点を有し、また通信データ帯域幅にお
ける重大な増加を許容する。 この発明に従った光学導波路により導波された光の偏光
を制御するためのシステムは、光学導波路の複屈折を制
御するための手段を含み、その導波路は、平行の軸に沿
って光学導波路上で作用するように配置された第１のト
ランスジューサおよび第２のトランスジューサと、平行
の軸の間に位置されかつそこから角度が４５°変位され
る軸上にある第３のトランスジューサとを含む。この発
明は、さらに第１の制御信号を第１および第２のトラン
スジューサの各々に与えるための手段と、第２の制御信
号を第３のトランスジューサに与えるための手段とを含
み、第１および第２の制御信号は時間の直角位相にある
。このシステムは、光学導波路により導波された光の強
度を示す電気信号を形成するための手段と、光学導波路
により導波された光の偏光状態および予め定められた所
望の偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形成するよう
に電気信号を処理するための手段とを含む。 この発明は、光学導波路により導波された光の偏光状態
および所望の偏光状態の間の差異を最小にするように、
誤差信号を第１および第２の制御信号と結合するための
手段を含む。 この発明に従ったシステムに含まれるトランスジューサ
の各々は、好ましくは光弾性の効果によって光学導波路
の複屈折を調整する、圧電ファイバスクィーザを含む。 この発明に従ったシステムは、さらに光学導波路におけ
る参照偏光を与えるために配置された偏光器を含む。 システムは、またさらに、第１の制御信号を生じるため
の第１の発振器と、第１の制御信号を増幅するための第
１の手段と、第２の制御信号を生ずるための第２の発振
器と、第２の制御信号を増幅するための第２の手段と、
第１および第２の増幅手段のために独立した利得制御を
生ずるための手段とを含む。 この発明に従った偏光制御システムは、好ましくはさら
に、光学導波路により導波された光の強度を示す電気信
号を復調するための、同相および直角位相の信号の双方
に応答する゛２チャネル位相感応検出器を含む。 この発明は、また上に述べられた偏光制御装置を含むよ
うに形成された、光フアイバ回転センサをも含む。この
発明に従った光フアイバ回転センサは、検出ループを含
むように形成されたある長さの光ファイバと、検出ルー
プの中に逆伝搬される光波を導入するための手段と、検
出ループの回転を示す信号を生ずるように逆伝搬される
光波を処理するための手段と、逆伝搬される光波の偏光
を制御するように検出ループの回転を示す信号を処理す
るための手段とを含む。 この発明に従った光フアイバ回転センサは、さらに逆伝
搬される光波のために参照偏光を与えるように配置され
た偏光器を含む。 この発明は、また上に述べられた偏光制御システムを含
むコヒーレントな光通信システムをも含む。この発明に
従ったコヒーレントな光通信システムは、その上にデー
タ信号が重畳される光キヤリア信号を含む第１の光信号
を生ずるための手段を含む。コヒーレントな光通信シス
テムは、さらに、データ信号を復調するために第２の光
信号を生ずるための手段と、第１および第２の光信号を
光学的に混合させるための手段とを含む。コヒーレント
な光通信システムは、また、第１および第２の光信号が
混合されたときに同じ偏光を有するように第２の光信号
の偏光を制御するために、混合された光信号を処理する
ための手段をも含む。 コヒーレントな光通信システムは、さらに、第１の光信
号を導波するための第１の光導波手段と、第２の光信号
を導波するための第２の光導波手段と、第１および第２
の光信号を結合するための光結合装置手段と、結合され
た光信号の強度を示す電気信号を生ずるための検出手段
と、第１および第２の光導波手段により導波された光の
偏光状態の間の差異を示す誤差信号を生ずるように電気
信号を処理するための手段とを含んでもよい。 この発明は、またく光導波路により導波された光の偏光
を制御するための方法をも含み、その方法は、第１のト
ランスジューサおよび第２のトランスジューサを光導波
路上で平行の軸に沿って作用するように配置するステッ
プと、第３のトランスジューサを平行の軸の間に位置さ
れそこから角度が４５°変位される軸上に位置させるス
テップとにより、光導波路の複屈折を制御するステップ
を含む。この方法は、また、第１の制御信号を第１およ
び第２のトランスジューサの各々に与えるステップと、
第２の制御信号を第３のトランスジューサに与えるステ
ップとを含み、第１および第２の制御信号は時間の直角
位相にある。この方法は、また、光導波路により導波さ
れた光の強度を示す電気信号を形成するステップと、光
導波路により導波された光の偏光状態および予め定めら
れた所望の偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形成す
るように電気信号を処理するステップとを含む。この方
法は、さらに、光導波路により導波された光の偏光状態
および所望の偏光状態の間の差異を最小にするように、
誤差信号を第１および第２の制御信号に結合するステッ
プを含む。 この方法は、また、光弾性の効果によって光導波路の複
屈折を調整する圧電ファイバスクィーザを含むように、
トランスジューサの各々を形成するステップをも含んで
もよい。この方法は、またさらに、光導波路における参
照偏光を与えるステップをも含んでもよい。 この発明に従った方法は、また、第１の発振器により第
１の制御信号を生ずるステップと、第１の制御信号を増
幅するステップと、第１の発振器により第２の制御信号
を生ずるステップと、第２の制御信号を増幅するステッ
プと、第１および第２の増幅手段のために独立した利得
制御を与えるステップとを含んでもよい。 この発明に従った方法は、好ましくはさらに、光導波路
により導波された光の強さを示す電気信号を復調するた
めに、同相および直角位相の信号の双方に応答する２チ
ャネル位相感応検出器により、同相および直角位相の信
号を検出するステップを含む。 好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、偏光制御サーボシステム２０は、
偏光制御装置２２、光フ゛フィバセンサループ２４、偏
光器２６および電子回路２８を含む。 固体のレーザであってもよい光源３０は、光ファイバ３
２への入力であるコヒーレントな偏光の光ビームＥ０を
与える。 偏光のビームＥ０は、光ファイバ３２による、偏光制御
装置２２への入力である。第８図を参照すると偏光制御
装置２２は、３つのＰＺＴファイバスクィーザ３４ない
し３６を含んでもよい。ＰＺＴファイバスクィーザ３４
ないし３６のための適する構造は、デポーラ氏らへの米
国特許第４゜７３３．５０７号において示される。その
特許は、この発明の所有者であるリットン・システムズ
・インコーホレーテッド（Ｌｉｔｔｏｎ　　Ｓｙｓｔｅ
ｍｓ、Ｉｎｃ、）に、譲渡される。 なお第８図を参照すると、ＰＺＴファイバスクィーザ３
４ないし３６の各々は、ＰＺＴアクチュエータ４０を保
有する、フレーム３８を含む。光ファイバ３２は、アク
チュエータ４０への適当な電圧の印加が、アクチュエー
タ４０が光ファイバ３２に印加する横圧縮力を調整する
ように、フレーム３８およびアクチュエータ４０の端部
の間に、保有される。光ファイバ３２への横圧縮力の印
加は、ファイバのコアの屈折率を変化させ、かつそれに
よって光ファイバ３２の複屈折を調整する。 光ファイバ３２の複屈折の調整は、光ファイバ３２のセ
グメントにおいて伝搬された光の偏光を、圧縮の下に調
整する。 ３つのＰＺＴファイバスクィーザ３４ないし３６は、光
ファイバ３２の長さに沿って接近して間隔をあけられる
。ファイバスクィーザ３４および３６は、光ファイバ３
２に平行な圧縮力を印加する。ファイバスクィーザ３５
が光ファイバ３２に印加する圧縮力は、スクィーザ３４
および３６により与えられた力から４５°である。３つ
のＰＺＴファイバスクィーザ３４ないし３６は、偏光制
御装置２２へのいずれの随意の偏光入力をも所望の偏向
出力に変換するための手段を与える。 偏光制御装置２２からの光ビームの出力の偏光は、ＥＴ
　として示される。偏光のビームＥ、は、光ファイバ３
２において形成される、光フアイバセンサループ２４へ
の入力である。次いで、光フアイバループ２４からの光
ビームの出力は、偏光の信号Ｅ２を出力する偏光器２６
への入力であってもよい。次いで、偏光を有する信号Ｅ
２は、その上に入射する光ビームの強度を示す電流を生
ずる光検出器４２の上に衝突する。 光検出器４２からの電気信号の出方は、増幅器４４によ
り増幅される。次いで、増幅された信号は、１対のミク
サ４６および４８へ入力される。 ｃｏｓ　（ωｔ）に依存する変調信号４７はミクサ４６
への入力であり、かっ５ｉｎ（ωｔ）に依存する変調信
号４９はミクサ４８への入力である。 ミクサ４６および４８への振動の入力は、したがって互
いに直角である。ミクサ４６および４８の出力は、それ
ぞれに積分器３９および４１への入力である。積分器３
９および４１からの積分された信号の出力は、それぞれ
に加算回路４３および４５への入力である。加算回路４
３は、また、ミクサ４６へのＣＯＳ　（ωｔ）信号入力
を受け、また加算回路４５は、ミクサ４８への入力であ
る５ｉｎ（ωｔ）信号を受ける。 第１のＰＺＴスクィーザ３４のジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ
）マトリクスは、 である。ＰＺＴスクィーザ３５および３６の間の４５’
の回転は、ジョーンズマトリクスによりモデル化され、
第３のＰＺＴスクィーザ３６のジョーンズマトリクスは
、 ＰＺＴスクィーザ３４および３５の間の４５°の回転は
、ジョーンズマトリクス によりモデル化され、第２のＰＺＴスクィーザ３５のジ
ョーンズマトリクスは、 角φ１およびφ２は、３つのＰＺＴスクィーザ３４ない
し３６における光ファイバ３２における光の誘導された
複屈折または位相差異である。第１および第３のファイ
バスクィーザ３４および３６は、それらが光ファイバ３
２に導入する複屈折が名目上等しいように、電気的に並
列に接続される。φ１はＸおよびｙ座標の間の誘導され
た光の位相差異であり、そこではＸは偏光器２６の通過
軸であり、かつｙの方向の光に付加された絶対的な位相
として考えることができるけれども、φ２は同じように
簡単にＸまたはｙ軸に関連しない。 角φ２は、ｙの方向から４５°だけ回転された方向に伝
搬される光に付加された絶対的な位相と考えることがで
きる。φ１およびｙ座標の間に等価のものが描かれ得る
が、そのような等価のものはφ２およびＸ座標の間には
描くことができない。 光源３０からの入力偏光状態Ｅ、はジョーンズマトリク
スの形態において、 として書くことができ、そこではｊ番目の方向における
伝搬定数は、 であり、そこではεは偏光器の振幅消滅比率である。偏
光器２６の消滅比率は、偏光器がどれだけうまく光学フ
ァイバ回転センサのための直交のモードである不所望の
偏光モードをろ波して除くかを明細に記す。 検出器４２における光ビームの偏光状態Ｅ２は、偏光制
御サーボシステム２０におけるすべての成分のジョーン
ズマトリクスおよび最初の偏光状態Ｅ、を一緒に乗算す
ることにより得られ、それは、であり、かつｎ＋は、ｊ
番目の方向における屈折の係数である。偏光器２６のジ
ョーンズマトリクスは、 ε１　　。 ＰＣ５１・も ε２　　冨　Ｐ・ε１ を与える。 検出器４２における強度は波について２乗された係数Ｅ
２に正比例し、それは、 Ｅ２↑Ｅ２＝ｌ（１＋ε勺・（Ｃｘ２＋ＣＹ２）（１−
ε２）［（Ｃｘ２−ｃＹ２）ＣＯ５（４＋２）＋　２Ｃ
ｘＣｙ　５ｉｎ（ｋｙＺ　−ｋｚｌ＋φ１）　Ｓｉｎ　
（φ２１１１　　　　　　　　　（１６）を与える。方
程式は、ｖＪがＰＺＴスクィーザに印加された電圧であ
るところではΦ１＝にＩｖ。 およびΦ２＝に２ｖ２にし、ＫＩがボルト当たりのサイ
クルにおける電圧スペース周波数であるところではに１
＝２πに、およびに２＝２πに２にし、かつＸｒがボル
トにおける電圧スペース期間であるところではに、＝−
およびに２＝　Ｘ＊Ｘ。 にすることにより、簡単にすることができる。 印加された電圧の関数としての検出器４２における平均
電力は、 である。 偏光制御装置２２への波の入力の偏光状態がＣｘ　＝Ｃ
Ｖ　＝　Ｃおよびｋ　ｙ　＝−ｋ工の結果となるように
、レーザ源および偏光制御装置の間に光ファイバ３２を
配置することができる。これは、たとえば、このファイ
バのセグメントが第１の偏光制御装置段階３４に関して
その対称の軸が４５°に配向される高い複屈折のファイ
バであるように選択することにより、達成することがで
きる。次いで、平均電力は、 Ｉ（Ｖｌ、Ｖ２）−［１＋）：２＋（１−ε２）ｓｉｎ
（ｘｌ・ｖｌ）ｓｉｎ（に２−ｖ２）］（１Ｂ）になる
。 この発明の光フアイバ回転センサにおける応用第４図は
、この発明に従った自動偏光制御装置システムを含む光
フアイバ回転センサ５０を例示する。光源５２は、光フ
ァイバ５３に光信号を与え、その光ファイバは信号を、
好ましくは上に述べられたファイバスクィーザ３４ない
し３６に類似した３つのＰＺＴファイバスクィーザ５６
ないし５８を含む源側光制御装置５４に伝搬する。源側
光制御装置５４からのビーム出力は、光ファイバ５３か
らの信号の部分を光ファイバ６３に結合する光フアイバ
方向結合装置５９への入力である。 ファイバ５３からファイバ６３に結合されない光は光ト
ラップ６０に吸収される。 次いで、ファイバ６３における信号は偏光器６２に伝搬
され、それは第９図において例示される。 偏光器６２は、ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オ
ブ・ザ・レランド・スタンフォード・ユニバーシティ　
（ｔｈｅ　　Ｂｏａｒｄ　　ｏｆ　　Ｔｒｕｓｔｅｅｓ
　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｌｅｌａｎｄ　　５ｔａｎｆｏ
ｒｄ　　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）に譲渡された、ベルブ
氏への米国特許第４．　３８６．　８２２号において述
べられるように形成されてもよい。 他の型式の偏光器が使用されてもよい。特定的には、こ
の発明において偏光器から取り出されたビームをモニタ
することは、必要ではない。したがって、この発明は、
１９８４年、バレンハム（Ｖａｒｎｈａｍ）氏らによる
、「光学書状（Ｏｐｔｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｊ、
第９号、３０６頁において述べられるようなヨーク（Ｙ
ｏｒｋ）ファイバ偏光器を使用して、実施することがで
きる。 ベルブ氏の特許において開示されるように、第９図の偏
光器６２は、ファイバ６３をサブストレート７０におけ
る凸状に湾曲した溝に装着することにより、形成される
。サブストレート７０および溝におけるファイバ６３の
中央の部分は、ファイバ６３のクラッドおよびサブスト
レート７０における共面の光学的に平坦な表面を形成す
るために、重ねられる。複屈折の水晶７２は、ファイバ
６３のコアに極めて接近した光学的に平坦な表面上に、
装着される。水晶７２およびファイバ６３の重ねられた
表面は、偏光器６２を、形成する。 ファイバ６３における光のエバネツセントな界は、光波
の偏光に依存する態様で、水晶７２と相互作用する。フ
ァイバ６３においてより水晶７２においてより遅い波速
度を有する偏光は、ファイバ６３から除去され、かつ水
晶７２にバルク波を励起する。ファイバ６３においてよ
り水晶７２においてより速い減速度を有する偏光は、フ
ァイバ６３により導波されたままである。水晶の屈折係
数は、ファイバ６３における２つの可能な直線の偏光状
態の一方が水晶７２におけるバルク波を励起し、また、
他方の偏光状態がファイバ６３により導波されたままで
あるようにされる。 偏光器６２は、また、この発明の所有者であるリットン
・システムズ・インコーホレーテッドにすべて譲渡され
た、パブラス氏への米国特許第４゜６６６．２３５号、
チャン氏らへの米国特許第４゜６９５．１２３号または
チャン氏らへの米国特許第４．７２５．１１３号におい
て述べられるように形成されてもよい。 次いで、偏光器６２の出力は、偏光器６２からの入力を
ファイバ６３およびファイバ８２の間に等しく分割する
光結合装置８０の上に、入射される。光学結合装置は、
好ましくはファイバ６３および８２の間の光エネルギを
、エバネツセントな界の結合を介して結合する。ファイ
バ６３に残存する信号は、偏光制御装置８４を介して通
過する。 第７図は、偏光制御装置８４を形成することにおける使
用のために適当な１つの構造を示す。第７図の偏光制御
装置８４のための適当な構造は、米国特許第４．３８９
，０９０号において開示される。 第７図を参照すると、偏光制御装置８４は、その上に複
数個の直立したブロック９９ないし１０２が装着される
ベース９８を、含む。隣接したブロック９９ないし１０
２の間には、複数個のスプール１０３ないし１０５が、
それぞれに複数個のシャフト１０６ないし１０８の上に
接線的に装着される。シャフト１０６ないし１０８は、
互いに軸上に整列し、かつ対応するブロック９９ないし
１０２の間に、回転可能に装着される。スプール１０３
ないし１０５は、一般的には、円筒で、かつシャフト１
０６ないし１０８に接線的に位置決めされ、スプール１
０３ないし１０５の軸はシャフトの軸に垂直である。た
とえば、ファイバ６３は、シャフト１０６ないし１０８
における軸上の孔を介して延在し、かつ３つの対応する
コイル１０９ないし１１１を形成するためにスプール１
０３ないし１０５の各々の周囲に巻かれる。コイル１０
９ないし１１１の半径は、コイル１０９ないし１１１の
各々において複屈折の媒体を形成するためにファイバ６
３が応力を加えられるようにされる。３つのコイル１０
９ないし１１１は、ファイバ６３の複屈折の配向を調整
し、かつ、したがって、そこを通過する光の偏光を制御
するために、それぞれにシャフト１０６ないし１０８の
軸の周囲に、互いに独立して回転されてもよい。 コイル１０９ないし１１１の直径および巻回数は、外側
のコイル１０９および１１１は４分の１の波長の位相の
遅延を与え、また中央のコイル１１０は２分の１の波長
の位相の遅延を与えるようにされる。４分の１の波長の
コイル１０９および１１１は偏光の楕円率を制御し、か
つ半分の波長のコイル１１０は偏光の方向を制御する。 結合装置８０によりファイバ８２に結合された光は、偏
光制御装置８４と実質的に同一のものでもよい偏光制御
装置１２０の上に、衝突する。ファイバ８２に結合され
た光は、光フアイバ回転センサ５０の検出コイルへの入
力である逆時計方向の波を形成する。 偏光制御装置８４の出力は、ファイバ６３の中を、光を
ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）セル周波数シフタを形成する音
響光変調器１２４の上に合焦するレンズ１２２へ伝搬さ
れる。光フアイバ回転センサ５０のような閉ループ光フ
アイバ回転センサは、その近くに逆伝搬される波の各々
がそれらの間の回転誘導された移送差異を零にするため
に検出コイルに導入される、周波数シックを含んでもよ
い。 サグナック（Ｓａｇｎａｃ）位相シフトを零にするため
に波が周波数において調整されなければならない量は、
検出ループの回転速度を示す。周波数シフトの量は、周
波数シフタに供給される電気駆動信号を測定することに
より、決定されてもよい。サグナック位相シフトを零に
してしまうための周波数シフタの使用は、光フアイバ回
転センサのダイナミックレンジを大いに増加させる。 ブラッグセル音響光変調器は、典型的には音響波を生ず
るために音響トランスジューサにより駆動される水晶を
含む。音響波は、水晶を介して伝搬される光ビームと相
互作用する。音響トランスジューサに変調信号を与える
ことは、水晶における音響波の周波数ω。を制御する。 水晶における音響波面は、入射の光ビームの第１の部分
を伝送しかつ第２の部分を反射する可動の回折格子とし
て、機能する。もし光信号が周波数ω。を有すれば、次
いでブラッグセルから反射されるビームの部分は周波数
ω。＋ω□を有し、かつビームの伝送された部分はもと
の周波数ω。を有する。 第１０図は、音響光変調器１２４のための好ましい構造
を例示する。音響光変調器１２４は、水晶１２６を含み
、その水晶はそれの表面１３０に装着される音響トラン
スジューサ１２８を有する。 水晶１２６は、表面１３０に対して角度をなす１対の表
面１３２および１３４を含む。表面１３０．１３２およ
び１３４は、好ましくは表面の凹凸または細溝なしに光
学的に平坦に形成される。 なお第１０図を参照すると、入射ビームは、表面１３０
に平行であり、ビームが表面１３２への法線に関して角
度ビにおいて表面１３２に衝突するように、角度をなし
た表面１３２は、精密接地であり、かつブラッグ角度を
補償するために水晶１２６の屈折係数を用いる。入′射
光の一部分は、水晶の中に回折し、かつ音響トランスジ
ューサ１２８により生じられる音響波面と相互作用する
。 水晶における光ビームの一部は音響波面から回折し、か
つ表面１３４の方に向けられる。光ビームは表面１３４
において屈折し、かつ入射ビームと共面に水晶から現れ
る。 音響光変調器１２４は、好ましくは固定された変調周波
を与えるために固定される発振器１４０により、駆動さ
れる。信号処理ユニット１６０に接続された出力を有す
る発振器１４０からの変調信号は、音響トランスジュー
サ１２８に与えられる前に増幅器１４２により増幅され
る。 次いで、音響光変調器１２４の出力は、その中に検出コ
イル１５２が形成される光ファイバ１５０の端部上にビ
ームを合焦するレンズ１４４の上に入射される。第４図
において見られるように、音響変調器１２４の出力は、
光フアイバ回転センサ５０において時計方向の波を形成
する。検出コイル１５２を通過した後で、次いで時計方
向の波は、好ましくは第１図に関して上に述べられたよ
うなこの発明に従った自動偏光制御装置であるループ偏
光制御装置１５６に達する。ループ偏光制御装置１５６
および源側光制御装置５４は、信号処理ユニット１６０
に接続される。 ループ偏光制御装置１５６を通過した後で、次いで時計
方向の波は、音響光変調器１７４の表面１７２にビーム
を向けるレンズ１７０に達する。 音響光変調器１７４は、音響光変調器１２４と同様に形
成される。音響光変調器１７４は、信号処理ユニット１
６０に接続された出力を有する電圧制御発振器１７６に
より駆動される。電圧制御発振器１７６の出力は、電圧
制御発振器１７６への駆動電圧入力に依存する周波数を
有する電圧である。電圧制御発振器１７６に印加された
周波数は、時計方向および逆時計方向の波の間のサグナ
ック位相シフトを零にするために、調整される。 音響光変調器１７４の出力は、光を偏光制御装置１２０
に導波する光ファイバ８２の上に時計方向の波を合焦す
るレンズ１８０の上に入射される。 偏光制御装置１２０は、偏光制御装置８４と同様である
。 逆時計方向の波は、時計方向の波と同じ経路を、しかし
反対方向に通過する。もし検出コイル１５２がその検出
軸の周囲を回転すれば、波は位相においてシフトされる
。波は、波がファイバ６３において干渉パターンを形成
するようにさせる結合装置８０において組合せられる。 干渉する波は、干渉パターンにおいて光の強度を示す電
気信号を形成する光検出器２００に、導波される。 光検出器２００の電気的出力は、増幅器２０２により増
幅され、次いで信号から第２の調波を除去するフィルタ
２０４によりろ波される。フィルタ２０４の出力は、次
いで信号発生器２０８から基準信号を受ける位相感応検
出器２０６に送られる。位相感応検出器２０６の出力は
、次いで積分器２１０により積分される。信号発生器２
０８からの基準信号および積分器２１０の出力は、加算
増幅器２１２への入力である。加算増幅器２１２は、電
圧制御発振器１７６への駆動電圧を供給する。電圧制御
発振器１７６への駆動電圧は、サグナック位相シフトを
零にするために音響光変調器１７４に周波数シフトを与
えるように、調整される。 第２図において示される偏光制御装置１５６に印加され
た電圧に対して、第４図において示される光フアイバ回
転センサ５０の第２の調波をサンプリングすることによ
り、データサンプルが集められる。データは、上に示さ
れた方程式（１８）により、よく説明される。ポインケ
ア球面上では、強度の構造のピークは、よく規定された
偏光状態に対応する。この偏光状態は偏光器の出力側の
上の偏光状態を、それが偏光器により規定された方向と
一列に並ぶように制御することにより、出力信号を最大
にする必要条件により、規定される。 速い−遅い軸位相差異または複屈折の小さい摂動のため
に、各軸のための結果として生ずる偏光状態の変化は、
他の軸に関して直交する。これは、通常位相の一方がｎ
π／２に接近するときには、他方の位相は第３図におい
てε＝０のために示される第１の位相から独立している
゛ことに注目することにより、示される。したがって、
所望の偏光状態は二重チャネルＡＣサーボを実現するこ
とにより維持されてもよい。第２図の構造に戻ると、複
屈折のトランスジューサの２つのバンクに同位相（サイ
ン）および直角位相（コサイン）の変調を与えることに
より、ＤＣの成分が最大に一致する設定にあるときは構
造のピークの周囲に楕円形の運動があるであろうことが
わかる。同様に、ポインケア球面上の偏光状態は最大出
力点における最適の設定の周囲を旋回し、かつ楕円形の
作用は一定の信号出力を結果として生ずるであろう。 もし出力信号のピーク以外であれば、基本の偏光制御装
置の変調周波数は、変調器の出力信号を変調し、次いで
結果として生ずるＩおよびＱ信号をサーボループ利得に
より乗算し、かつそれらをトランスジューサの電圧のＤ
Ｃ設定への補正としてフィードバックすることにより、
最小にすることができる。ここでの変調は、偏光制御装
置のトランスジューサの電圧の正弦の変化またはステッ
プを参照する。 動作の方法 下に示される誘導は、この発明に従った偏光制御サーボ
が、先行技術に優った利点を与えるためにどのように機
能するかを数学的に示す。この分析においては、電圧の
座標Ｖｌは同位層（りチャネルであり、かつ電圧の座標
ｖ２は直角位相（Ｑ）チャネルであり、そのため電圧は
はっきりと、 ■、＝同位層の複屈折トランスジューサの電圧および ｖ２＝直角位相の複屈折トランスジューサの電圧 と、規定することができる。次に、電圧Ｖｌおよびｖ２
に変調信号を与え、そのため、 ｖｌ　　　　ｗａ　　　ＢＩ　Ｓｉｎ　ｃｏｌｔ　＋　
Ｖｌｏｆｆ　　　　　　　　　　　　　　（１９）Ｖ２
　　ｍ　　Ｂ２ｃｏｓｑｔ＋ｖ２ｑＨ（２０）そこでは
、 Ｂ、およびＢ２は変調振幅であり、 ω、およびω２は変調の周波数の２π倍であり、ｔは時
間であり、かつ、 ｖｌ。１．およびｖ２゜２．はトランスジューサの電圧
の与えられたＤＣ成分である。 次いで、検出器における強度は、 Ｉ　−ａ １　ｓ Ｃ２鱈 Ｂ２　＝ Ｃ１讃 α２冨 ｃｏｓ　（に１ｖ１ｏＨ） ｓｉｎ　（＋ｃ１ｖ１ｏｕ） Ｃｏｇ　（Ｋ２ｖ２．Ｈ） ｓｉｎ　（＋ｃ２ｖ２ｏ＊） に１８１ に２８２ にする。次いで、よく知られた三角法の恒等式Ｓにする
。次いて、よく知られた三角法の恒等式Ｓｉｎ　（Ａ＋
Ｂ）＝ｓ　１ｎＡｃｏｓＢ＋ｃｏｓＡｓｉｎＢは、 Ｉ（ｖｌ、ｖ２）　＝　Ｔ　（１＋　２２　＋　（１−
Ｃ２）［５ｉｎ（ｃｃｌｓｉｎ　ω１ｔ）ＣＩ　＋　Ｃ
０５（αｌ５ｉｎ　ｃｏｌｔ）Ｓ１］Ｉｌ［５ｉｎ（ｃ
ｃ２ｃｏｓ　ｑｔ）Ｃ２＋　ｃｏｓ（ａ２ｃｏｓ　ｃｌ
）２ｔ）Ｓ２］　　　　（２２）または を与える。 ベッセル（ＢｅＳｓｅｌ）の関数の定義の使用は、 ５ｉｎ（ａｃｏｓθ）　＝　２（Ｊｌ（α）ＣＯ８θ−
Ｊｓ（ａ）ＣＯ８３θ＋Ｊ５（ｃｃ）ｃｏｓ　５θ１．
。 １（Ｖｌ、Ｖ２）　−丁（１＋ε２　＋　（１−２２）
　［ＣｌＣ２［２（Ｊｌ（Ｃ１）Ｓｉｎ　ｃｏｌｔ　＋
　Ｊｓ（ａｌ）ｓｉｎ　３Ｑ）１ｔ　＋　、、、）］−
［２ＣＪ１　（ｃｃ２）　ｃｏｓ　Ｃ１）２ｔ　−Ｊｓ
（Ｃ２）ｃｏｓ’　３ｃｏ２ｔ　＋　Ｃ５（Ｃ２）ｃｏ
ｓ　５ｃ＋ｙ２ｔ　−、、、）］＋　Ｃｌ５２［２（Ｊ
ｌ（Ｃ４）　ｓｉｎω１ｔ＋Ｊ３（Ｃ１）ｓｉｎ３ω１
ｔ＋、、、）］・［Ｊｏ（Ｃ２）　−２（Ｃ２（Ｃ２）
　ｃｏｓ　２ｃｏ２ｔ　−Ｃ４（Ｃ２）ｃｏｓ　４ｏｙ
２ｔ　＋　、、、）］＋　ＳＩ　Ｃ２（Ｊ□（Ｃ１）　
＋　２（Ｃ２（ａｌ）　ＣＯ５２（１）１　ｔ　＋　Ｃ
４（ａｌ　）ｃｏｓ　４ω１　ｔ　＋　、、、）］（２
（Ｊｌ　（ａｌ）　ｃｏｓ　Ｃ１ｙ２ｔ　−Ｊｓ（ａｌ
）ＣＯ５３ｃｏ２ｔ　＋　Ｃ５（ａｌ）ｃｏｓ　５ｃｏ
２ｔ−、、、）］５１８２［Ｊｏ（αｔ）　＋　２（Ｃ
２（Ｃ１）ｃｏｓ２ω１ｔ　＋　Ｃ４（Ｃ１）ｃｏｓ４
ω１１　＋　、、、）］（Ｊｏ（Ｃ２）　−２（Ｃ２（
Ｃ２）　ＣＯ８２ｃｑｔ　−Ｃ４（Ｃ２）ＣＯＳ　４ω
２ｔ　＋　、）］］）を与える。方程式（２４）は、第
１図の検出器４２における偏光制御システムの出力を、
述べる。 サーボの利得は、次の部分に誘導される。誘導は、復調
方程式（２４）を、ｓｉｎω

【、によって乗算しかつ計
数期間にわたって積分することにより始まる。計数期間
は、そのために偏光制御装置が利用される特定の応用か
ら得られる。デジタル同期復調設計においては、積分期
間は、復調周波数の期間ｎの積分数でもあるべきである
。 第４図において示される光フアイバ回転センサの場合に
おいては、ｎ＝１は源側光制御装置のために選択され、
かつｎ＝９はループ偏光制御装置のために選択される。 これらの値は、２つの偏光得るより高いオーダの調波の
一致を最小にするために選択された。 次に、τ＝積分期間＝計数期間（汀光ファイバ回転セン
サのために１秒）にする。次いで、以下の定義および置
換が使用される。 ２πｎ ω１＝兜＝ω＝２ボ＝〜 τ θ＝ｃｏｔｄθ＝　ｃＯｄｔ ωＬＰＧ　＝　９ＣＯ３ＰＣ したがって、 θＬＪ’Ｃ”９θ５ｐｃ３＋Ｋｋ・ ＋２（１−Ｃ２）ＣＩＳ２　［Ｊ（、（ａｌ）Ｊｌ（ａ
ｌ）ｓｉｎ２θ＋Ｊ（、（ａｌ）Ｊｓ（ａｌ）　５ｉｎ
３ｆ３５ｉｎｅ−２Ｊ１（ｃｃ、）Ｃ２（ｃｃ２）　ｃ
ｏｓ２θ５ｔｎ２θ−２Ｊ２（（Ｃ２）Ｊｓ（（Ｊ）　
ｃｏｓ２θ５ｉｎ３θｓｉｎθ＋２Ｊ１（ａｌ）Ｃ４（
ｃｃ２）　ｃｏｓ４θ５ｉｎ２θ＋２Ｊ３（Ｑｌ）Ｃ４
（Ｃｌ２）　Ｃ０９４θ５ｉｎ３θ５ｉｎｅｌ＋２（１
−Ｃ２）　Ｃ２Ｓ１［Ｊｏ（（Ｘ＋）Ｊｌ（ａｌ）　ｃ
ｏｓｅ　５ｉｎｓ＋　２Ｊ１（ａｌ）Ｃ２（Ｃｌ）　ｃ
ｏｓ２θｃｏｓθ５ｉｎ（３＋　２Ｊ１（ａｌ）Ｃ４（
ｃｔｌ）ｃｏｓ４θＣ’ｌＳθｓｉｎθ−ＪＯ（ａＯＪ
３（ａｌ）ｃｏｓ３θｓｉｎθ−２Ｊ２（ａＯＪ３（ａ
ｌ）　ｃｏｓ２θＣＯ５３θｓｉｎθ−２Ｊ３（Ｃｌ２
）Ｃ４（ＣＥＩ）ＣＯ８３θｃｏｓ４θｓｉｎθ＋Ｊ０
（Ｃ１）Ｃ５（ｃｃ２）　ｃｏｓ５θｓｉｎθ＋２Ｊ（
１（Ｃ２）Ｃ４（ａＩ）ｃｏｓ４θ５ｌｎＢ−２ＪＯ（
Ｃ４）Ｃ２（（Ｃ２）ｃｏｓ２θｓｉｎθ−４３２（ｃ
ｔｌ）Ｃ２（ａｌ）　ｃｏｓ２２８　ｓｉｎθ−４Ｊ２
（ａｌ）Ｃ４（ａＩ）　ｃｏｓ２θｃｏｓ４θｓｉｎθ
＋　２Ｊ□（Ｃ１）Ｃ４（＋１２）ＣＯ８４ｅ　ｓｉｎ
θ＋４Ｊ２（ａｌ）Ｃ４（ａｌ）ｃｏｓ２ｅ　ｃｏｓ４
θｓｉｎθ＋　４　Ｃ４（ＣＩ）Ｃ４（Ｃ２）　ｃｏｓ
２４θｓｉｎθＪ】により与えられ、積分を行なうこと
は、次いで、同位相の信号の強度は、積分 ＋Ｊ１（ｃｃ２）Ｊｓ（ａｌ）　ｃｏｓｆ３５ｉｎ３θ
ｓｉｎθ−Ｊｌ（ｃｃｌ）Ｊｓ（ａｌ）ｃｏｓ　３θ５
ｉｎ２θ−Ｊｓ（Ｃ１）Ｊｓ（Ｃ２）ＣＯ５３θ５ｉｎ
３θｓｉｎθ＋Ｊ１　（Ｃ１）Ｃ５（Ｃｃ２）　ｃｏｓ
５θ５ｉｎ２Ｅｌ＋Ｊ３（α＋）Ｊｓ（Ｃ２）ｃｏｓ５
θ５ｉｎ３θｓｉｎθ１を与える。次に、■およびＱ座
標は、方程式（１８）の特定のピークに関して、 ΔｖＩ　＝ｖ、ＯＶＩａｔ　ｆ ΔＶｚ　＝　　Ｖ２１７　　　Ｖ２ｏｆｆそこでは に１Ｖ１０　　！　　（２ｎ＋すΣ および に２Ｖ２Ｇ　！　（２ｎ＋１）ｚ にされるように再規定される。 次いで、方程式（１８）は、 ■（Δｖ１＋ΔＶ２）　−Ｑ［’＋ε２（１−Ｅ２）ｃ
０８（ＫｌΔｖ１）ＣＯ＄２ΔＶ２）］　　（２７）と
なる。小さい誤差の信号ΔＶｌ、Δｖ２については、 （：、、＝ｓ　ｉｎ　（Ｋｌ　Δｖ　、　）　臼（Ｋ　
、　Δｖ＋）および Ｓ２　＝ｃｏｓ　（Ｋｌ　Δｙ　＋　）　ン１である。 連続の場合のための位相信号■における小さい誤差は、 （Ｊｌ（α＋）Ｊｏ（αｚｌ＋Ｊ１（α＋）Ｊｚ（αＺ
）　−Ｊ３（α１）Ｊ２（α２）−Ｊ３（α１）Ｊ４（
αｄｉ（２８）サーボループ利得は、方程式（２８）か
ら計算される。 εがゼロの傾向がある場合に、ついては利得は、となる
。 その中に１対のディスクリートなデジタルサーボループ
が実現される光フアイバ回転センサのためには、時間に
おける積分はサンプリング期間Δｔにより分離された値
の合計により置換され、そのため積分は、 となり、そこではＳ　（ｍΔｔ）がディスクリート、な
またはサンプリングされた信号であり、Ｓ　（ｔ）波数
ωは、ω＝２ｃ　　として書くことができ、そ丁 こてはＴは偏光制御変調の期間である。数ＭはＭ＝ＮＣ
ＰＣ−ＮＳＴＥＰＳとして書くことができ、そこではＮ
ＣＰＣ＝ｎ＝計数期間当たりの変調のサイクルの数＝工
である。源側光制御装置５４τ のために数ｎ＝１であり、かつループ偏光制御装置１５
６のためにｎ＝９である。Ｎ５ＴＥＰＳは、変調波にお
けるディスクリートなサンプルの数であり、かつ源側光
制御装置５４のためには９５４であり、かつループ偏光
制御装置１５６のためには１０６である。秒当たりの計
数の数ＮＣＰＳは、可として書くことができる。したが
って、時間間隔Δｔは、 τ である。次いで、検出器における強度は、１Ｊ１（α＋
）Ｊｏ（αり＋Ｊｔ（αＩ）Ｊ２（α２ｌ−Ｊ３（α１
）Ｊ２（α２）　−Ｊ３（α１）Ｊ４（α、）］（３３
）である。 源側光制御装置５４のためには、ＮＳ　、’ＥＰＳ＝９
５４であり、ｎ＝ＮｃＰｃ＝１である。ノープ偏光制御
装置１５６のためには、Ｎ５ＴＥＰＳ＝１０６であり、
かツｎ　＝　Ｎ　ＣＰ　Ｃ＝　９である。 次いで、どちらもゼロの近くのΔｖ２およびεのための
サーボループ利得は、 であり、そのためΔＶ、＝Ｇ、Ｉ、である。同様の表現
が直角のチャネルに適用され、そのためΔｖ２　＝Ｇ２
１２である。 方程式３５は、１個のボードの偏光制御プログラムにお
けるサーボループ利得を計算するために使用される。プ
ログラムは、（ｖＩｏ、ｖ２゜）により規定される所望
の偏光状態を得るために、ＶＨｏｔｒおよびｖ２゜２．
に量Δｖ１およびΔｖ２を付加する。次いで、最新のオ
フセットｖ１゜１．およびｖ２゜１．は、変調信号（方
程式１９および２０）に沿って、１対のデジタル−アナ
ログ変換機（示されない）に出力される。これらのデジ
タル−アナログ変換機は、順番に複屈折のトランスジュ
ーサに電圧を印加する。ファイバにおける複屈折は時間
が経つにつれて変化するので、偏光状態が最適の状態に
戻されることを迅速に引き起こす誤差信号が発生される
。光フアイバ回転センサにおいて使用される変調周波数
は、源側光制御装置５４のためにはＩＨｚであり、かつ
ループ偏光制御装置１５６のためには９Ｈｚであっても
よい。１秒のサーボループ遅延時間は、ファイバの複屈
折における遅いドリフトを確かにトラッキングするため
に十分に短い。 偏光状態変調信号および光フアイバ回転センサの非可逆
位相変調信号の相関的な強さは、一部分が複屈折のトラ
ンスジューサの変調振幅Ｂ１ならびにＢ２および非可逆
位相変調器のピークの位相のずれにより、決定される。 ２つの変調された偏光制御装置く４次元）の場合のため
にはピークの非可逆位相シフト感度点は、光フアイバ回
転センサの非可逆位相変調周波数の第２の調波における
１０％より少ない振幅の減少に対応する。２次元の場合
のセンサの非可逆位相変調周波数。２次元の場合のピー
クの非可逆位相シフト感度点は、第２の調波信号におけ
る４６％の振幅の減少を結果として引き起こす。変調は
、また偏光制御装置の誤差信号の正確さに影響を与える
。 この発明の光ファイバのコヒーレントな通信システムへ
の応用 第５図は、好ましくは第１図の偏光制御サーボシステム
２０と本質的に同一である偏光制御システム２５２を含
む、光ファイバのコヒーレントな光通信システム２５０
を例示する。ディスクリートなフィードバックレーザ２
５４にデータ信号が入力され、それはデータを含む出力
ビームを生じる。レーザ２５４の出力ビームはレンズ２
５６の上に入射され、それはビームを光学アイソレータ
システム２５８を介して向ける。光学アイソレータシス
テムは、光のワン・ウェイ伝搬を確実にし、信号をデー
タ信号を光ファイバ２６２に向けるレンズ２６０に向け
る。光ファイバ２６２は、一般的には１個のモードの光
ファイバであり、かつ典型的な通信システムにおいて約
１００キロメートルの長さを有してもよい。光ファイバ
２６２における信号は光結合装置２６４の上に衝突し、
それはファイバ２６２における信号を光ファイバ２６６
により導波される信号と組合せる。 光ファイバ２６６への信号入力は、外部の格子レーザで
もよいレーザ２６８において始まる。レーザ２６８の出
力は、偏光制御システム２５２へのファイバ２６６によ
り、導波される。偏光制御は通信システム２５０におい
て望ましい、なぜならばファイバ２６６における信号は
ファイバ２６２における信号を復調するために使用され
るからである。したがって、ファイバにおける光信号は
、復調のために必要とされる混合を生ずるために互いに
干渉しなければならない。ファイバ２６２および２６６
における信号は、信号のフェージングを妨げるために同
一の偏光を有さなければならない。 組合せられた光信号は、好ましくはゲルマニウム（Ｇｅ
　ｒｍａｎ　ｉｕｍ）アバランシェフォトダイオードで
ある検出器２７０の上に入射される。 検出器２７０の出力は、データ信号を復調信号と混合す
ることにより形成された干渉パターンを示す電気信号で
ある。電気信号は、増幅器２７２により増幅され、フィ
ルタ２７３により帯域通過ろ波され、かつ次いで周波数
弁別器２７６に入力される。周波数弁別器２７６の出力
は、その出力が通信システム２５０のデータ信号出力で
あるローパスフィルタ２７８への入力である。 周波数弁別器２７６の出力は、偏光制御電子回路２８２
に入力され、それは制御信号を偏光制御システム２５２
に与える。周波数弁別器２７６の出力は、またローパス
フィルタ２８４に入力され、かつ次いで増幅器２８６に
より増幅される。増幅器２８６の出力は、レーザ２６８
に、それに周波数の安定を与えるために与えられる。 ファイバ２６２および２６６における光キヤリア信号に
おける差異は、検出器２７２の出力がその最大の値より
少なくなるようにさせるであろう。 偏光制御電子回路に与えられた周波数弁別器２７６の出
力はファイバ２６６における信号の偏光がファイバ２６
２における信号の偏光に整合するように調整され、かつ
光検出器２７２の出力がその最大の値に戻るようにさせ
る。 第６図を参照すると、通信システム２９０は好ましくは
第１図に関して上に述べられた偏光制御装置２０に実質
的に同一の偏光制御装置２９２を含む。好ましくは拡張
された空洞レーザであるレーザ２９４は、位相変調器２
９６を介して通過する光′のビームを与える。データ情
報がその上に課せられた電子発振信号が位相変調器に与
えられ、かつキャリアおよびデータ信号を伝送された光
の上に課す。次いで、光ビームは信号を受信機３０４に
伝送するファイバ３０２に入る。受信機３０４は、デー
タおよびキャリア信号をファイバ３１０により運ばれた
復調信号と組合せる光結合装置３０６を含む。光結合装
置３０６は、好ましくは５０％の結合効率を有し、その
ため第６図において見られるような結合装置の右側の上
のファイバ３０２および３１０の部分は、データおよび
変調信号の双方の等しい部分を含む。 ファイバ３０２および３１０により運ばれたビームは、
それぞれに検出器３１２および３１４　Ｌ。 入力される。検出器３１２および３１４の出力は、−緒
に接続され、次いで増幅器３１６に入力される。増幅器
３１６の出力は、増幅器３２２に入力され、次いで位相
検出器３２０に入力され、それは受信機３０４のデータ
出力信号を与える。 増幅器３１６の出力は、また増幅器３２２に入力され、
それは、偏光制御電子回路３２４におよび周波数ロック
回路３２６に増幅された信号を与える。偏光制御電子回
路３２４は、３つのファイバスクィーザ３４ないし３６
を制御するための第１図の電子回路２８と実質的に同一
でもよい。周波数ロック回路３２６は、信号を拡張され
た空洞レーザでもよい局部発振器の拡張された空洞レー
ザ３２８に与える。局部発振器３２８の光信号の偏光に
おける光結合装置３０６への信号入力のそれからのずれ
は、偏光制御装置２９２を駆動するために使用される誤
差信号を生じ、次いでそれはファイバ３１０からの光の
偏光が検出器３１２および３１４におけるファイバ３０
２からの光のそれと同一になるように、調整する。 ここに、例示されかつ述べられた構造は、この発明の原
理を例示する。この発明の精神から逸脱することなしに
例示された実施例への修正を行なうことができる。した
がって、この発明は、前掲の特許請求の範囲により規定
された主題およびすべての妥当な均等物を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ源、光ファイバ、３バンクの偏光制御
装置、偏光器、検出器および二重チャネルのアナログサ
ーボを含む、偏光制御システムを例示する。 第２図は、検出ループとともに利用される偏光制御装置
における複屈折のトランスジューサの２つのバンクに印
加された電圧に対する光フアイバ回転センサ出力信号の
３次元の図示である。 第３図は、他の複屈折のトランスジューサが最大の光出
力に調整されるときの複屈折のトランスジューサの一方
に印加された電圧の関数としての第２図の出力信号の図
表による表現である。 第４図は、活性偏光制御を含む光フアイバ回転センサを
、概略的に例示する。 第５図は、活性偏光制御を有する１個の光検出器光ヘテ
ロゲイン受信機を含む、コヒーレントな光フアイバ通信
システムを例示する。 第６図は、平衡ミクサ、二重光検出器、活性偏光制御を
有する光ヘテロゲイン受信機を含む、コヒーレントな光
フアイバ通信システムを例示する。 第７図は、光ファイバにおける光の偏光を制御するため
の手で調整されるスプール型式の偏光制御装置を例示す
る。 第８図は、圧電により駆動され、応力誘導の、３バンク
偏光制御装置を例示する。 第９図は、光ファイバにより導波された光を偏向するた
めの偏光器を例示する。 第１０図は、光の周波数を変えるために使用されてもよ
い音響光変調器を例示する。 図において、２０は偏光制御サーボシステム、２２は偏
光制御装置、２４は光フアイバセンサループ、２６は偏
光器、２８は電子回路、３０は光源、３２は光ファイバ
、３４ないし３６はＰＺＴファイバスクィーザ、３８は
フレーム、４０はＰＺＴアクチュエータ、４２は光検出
器、４４は増幅器、４６および４８はミクサ、４７およ
び４９は変調信号、５０は光フアイバ回転センサ、５２
は光源、５３は光ファイバ、５４は源側光制御装置、５
６ないし５８はＦ’ＺＴファイバスクィーザ、５９は光
フアイバ方向結合装置、６０は光トラップ、６２は偏光
器、６３は光ファイバ、７０はサブストレート、７２は
複屈折の水晶、８０は光結合装置、８２はファイバ、８
４は偏光制御装置、９８はベース、９９ないし１０２は
ブロック、１０３ないし１０５はスプール、１０６ない
し１０８はシャフト、１０９ないし１１１はコイル、１
２０は偏光制御装置、１２２はレンズ、１２４は音響光
変調器、１２６は水晶、１２８は音響トランスジューサ
、１３０，１３２および１３４は表面、１４０は発振器
、１４２は増幅器、１４４はレンズ、１５０は光ファイ
バ、１５２は検出コイル、１５６はループ偏光制御装置
、１６０は信号処理ユニット、１７０はレンズ、１７２
は表面、１７４は音響光変調器、１７６は電圧制御発振
器、２００は光検出器、２０２は増幅器、２０４はフィ
ルタ、２０６は位相感応検出器、２０８は信号発生器、
２１０は積分器、２１２は加算増幅器、２５０は光ファ
イバのコヒーレントな光通信システム、２５２は偏光制
御システム、２５４はディスクリートなフィードバック
レーザ、２５６はレンズ、２５８は光学アイソレータシ
ステム、２６０はレンズ、２６２は光ファイバ、２６４
は光結合装置、２６６は光ファイバ、２６８はレーザ、
２７０は検出器、２７２は増幅器、２７３はフィルタ、
２７６は周波数弁別器、２７８はローパスフィルタ、２
８２は偏光制御電子回路、２８４はローパスフィルタ、
２８６は増幅器、２９０は通信システム、２９２は偏光
制御装置、２９４はレーザ、２９６は位相変調器、３０
２はファイバ、３０４は受信機、３０６は光結合装置、
３１０はファイバ、３１２および３１４は検出器、３１
６は増幅器、３２０は位相検出器、３２２は増幅器、３
２４は偏光制御電子回路、３２６は周波数ロック回路、
３２８は局部発振器の復調された空洞レーザである。 特許出願人　　リットン・システムズ・カナダＦＩＧ、
１０ ｌ Ｖｇ　　”　　３０　月ｚ゛°ルト ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　光導波路により導波された光の偏光を制御する
   ためのシステムであつて、 光導波路の上で平行な軸に沿って作用するように配置さ
   れた第１のトランスジューサおよび第２のトランスジュ
   ーサと、平行な軸の間におかれかつそこから角度が４５
   ゜変位される軸上にある第３のトランスジューサとを含
   む、光導波路の複屈折を制御するための装置と、 第１および第２のトランスジューサの各々に第１の制御
   信号を与えるための装置と、 第３のトランスジューサに第２の制御信号を与えるため
   の装置とを特徴とし、第１および第２の制御信号は時間
   直角位相であり、さらに、 光導波路により導波された光の強度を示す電気信号を形
   成するための装置と、 光導波路により導波された光の偏光状態および予め定め
   られた所望の偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形成
   するために電気信号を処理するための装置と、 光導波路により導波された光の偏光状態および所望の偏
   光状態の間の差異を最小にするために誤差信号を第１お
   よび第２の制御信号と組合せるための装置とを特徴とす
   る、システム。
2. （２）　光導波路により導波された光の偏光を制御する
   ための方法であって、 第１のトランスジューサおよび第２のトランスジューサ
   を光導波路の上で平行な軸に沿って作用するように配置
   するステップと、第３のトランスジューサを平行な軸の
   間に位置されかつそこから角度が４５゜変位される軸上
   に置くステップとにより、光導波路の複屈折を制御する
   ステップと、第１および第２のトランスジューサの各々
   に第１の制御信号を与えるステップと、 第３のトランスジューサに第２の制御信号を与えるステ
   ップとを特徴とし、第１および第２の制御信号は時間直
   角位相にあり、さらに、 　光導波路により導波された光の強度を示す電気信号を
   形成するステップと、 　光導波路により導波された光の偏光状態および予め定
   められた所望の偏光状態の間の差異を示す誤差信号を形
   成するように電気信号を処理するステップと、 　光導波路により導波された光の偏光状態および所望の
   偏光状態の間の差異を最小にするように、誤差信号を第
   １および第２の制御信号と組合せるステップとを特徴と
   する、方法。