ガラス光導波路の変調特性のみで全信号処理を可能にした導波路集積化共振型光ジャイロ

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本研究は、Planar Lightwave Circuit:PLC(ガラス基盤光集積回路技術)を用いて、安価・小型の光ジャイロを構成するための基本技術を確立することを目的としている。PLC光導波路により光ジャイロを構成するためには、光ファイバジャイロでは問題にならなかった課題を解決する必要がある。PLCに固有の特性上の制限として、その変調特性がある。つまりPLCにおいては熱効果による位相変調のみが可能で、その帯域は1KHz程度までの低周波数に限られる。本研究では、このようなPLCの性能制限のもとで集積型光ジャイロに必要な信号処理と雑音対策を実現することに主眼をおいている。実際共振方式光ジャイロの主要な雑音要因である後方散乱光誘起雑音を、帯域制限1kHzのもとで、有効に低減しつつジャイロ出力を取得する信号処理法を発明した。また、偏波変動がジャイロ出力に影響しなくなる条件を見出した。そして、これら対策が有効であることを実験的に確認した。本ジャイロではPLC中に作成するリング共振器に左右両回りに伝搬する光波を入射する。さらなる高性能化のためにこの光波を光スイッチにより切り換える方法も検討した。光スイッチの導入は、より効果的に後方散乱誘起雑音を抑圧するが、反対に光源の周波数雑音を新たな雑音源として生み出す。この対策として、光源の周波数雑音の抑圧を検討した。PLCジャイロ系は、数十KHz/(rad/sec)程度の回転-周波数変換感度をもつ。したがって、本研究の目標である地球自転程度の回転検出を行うためには、同期検波帯域内の光源の雑音密度が数Hzから数十Hzという条件を満たす必要があることが示された。そこで、半導体レーザにBragg Gratingを外部キャビティとして付加し、周波数雑音の抑圧を図ることを検討している。