特表 2024-530342 電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-16

(54)【発明の名称】電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/24 20060101AFI20240808BHJP

   G01D 5/353 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

G01R15/24 D

G01D5/353 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024513957

(86)(22)【出願日】2022-09-02

(85)【翻訳文提出日】2024-04-19

(86)【国際出願番号】 AU2022051078

(87)【国際公開番号】W WO2023028665

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】2021902860

(32)【優先日】2021-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(31)【優先権主張番号】2021903435

(32)【優先日】2021-10-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524076497

【氏名又は名称】スマート デジタル オプティクス ピーティーワイ エルティーディー

(74)【代理人】

【識別番号】100104765

【弁理士】

【氏名又は名称】江上 達夫

(74)【代理人】

【識別番号】100224384

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100131015

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 浩誉

(72)【発明者】

【氏名】マムドゥ，マター

(72)【発明者】

【氏名】ミッキー，アンドリュー マーク

(72)【発明者】

【氏名】イングラム，ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ラザロ ウルティア，ジョセ ミゲル

(72)【発明者】

【氏名】ガリャステギ ウリアルテ，アンドニ

【テーマコード（参考）】

2F103

2G025

【Ｆターム（参考）】

2F103BA37

2F103CA08

2F103EC09

2F103EC14

2F103FA15

2G025AA08

2G025AA13

2G025AB10

(57)【要約】

パッシブ光サニャック干渉計、それを用いた方法、及び、それの製造方法。一の実施形態では、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、ＮｘＮファイバカプラと、ここで、Ｎ≧３であり、ＮｘＮファイバカプラの第１の側に配置されたファイバコイルと、第１の直線偏光素子を介してファイバコイルの第１の端部に結合された、ＮｘＮファイバカプラの第１ポートと、第２の直線偏光素子を介してファイバコイルの第２の端部に結合された、ＮｘＮファイバカプラの第２ポートと、を備え、ファイバコイルは、ファイバコイル内の逆伝搬光信号における楕円偏光状態だけをサポートするように構成されている干渉計。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮファイバカプラと、ここで、Ｎ≧３であり、
前記ＮｘＮファイバカプラの第１の側に配置されたファイバコイルと、
第１の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第１ポートと、
第２の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第２の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第２ポートと、
を備え、
前記ファイバコイルは、前記ファイバコイル内の逆伝搬光信号における楕円偏光状態だけをサポートするように構成されている
干渉計。

【請求項2】

前記ファイバコイルは、前記ファイバコイル内の逆伝搬光信号における、少なくとも一つの近似円偏光状態だけをサポートするように構成されている
請求項１に記載の干渉計。

【請求項3】

前記ファイバコイルは、紡糸楕円複屈折偏光光ファイバを含む
請求項１又は２に記載の干渉計。

【請求項4】

前記ファイバコイルは、非偏光の紡糸楕円複屈折光ファイバを含み、
当該干渉計は、
少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子を備え、
前記第１の円形の偏光素子は、前記第１の直線偏光素子と、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１ポートと、前記ファイバコイルの前記第１の端部との間に結合された第１の１／４波長ファイバ部分とを含み、
前記第２の円形の偏光素子は、前記第２の直線偏光素子と、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２ポートと前記ファイバコイルの前記第１の端部との間に結合された第２の１／４波長ファイバ部分とを含む
請求項１又は２に記載の干渉計。

【請求項5】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮシングルモード光ファイバカプラを含む
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項6】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮ偏波保持光ファイバカプラを含む
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項7】

前記ファイバコイルは、８の字の構成を備える
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項8】

前記ＮｘＮファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、
前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、
前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、
３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む測定結果を形成する処理ユニットと、
を備え、
夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、
前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ネットワーク独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項9】

電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮファイバカプラと、
前記ＮｘＮファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、
前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第１出力ポートと、
前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第２出力ポートと、
少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子と、
を備え、
前記第１の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、
前記第２の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、
前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、
前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、
前記第１ファイバは、非偏光の紡糸複屈折光ファイバを含み、
前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む
干渉計。

【請求項10】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮシングルモード光ファイバカプラを含む
請求項９に記載の干渉計。

【請求項11】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮ偏波保持光ファイバカプラを含む
請求項９に記載の干渉計。

【請求項12】

前記ＮｘＮファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、
前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、
前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、
３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む測定結果を形成する処理ユニットと、
を備え、
夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、
前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ネットワーク独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項13】

電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラと、
前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、
前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第１出力ポートと、
前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第２出力ポートと、
第１及び第２の直線偏光素子と、
を備え、
前記第１の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、
前記第２の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、
前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、
前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、
前記第１ファイバは、紡糸楕円複屈折光ファイバを含み、
前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む
干渉計。

【請求項14】

前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、
前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、
前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、
３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む計測結果を形成する処理ユニットと、
を備え、
夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、
前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ユニット独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する
請求項１３に記載の干渉計。

【請求項15】

Ｎ＝３である
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項16】

請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の干渉計を用いて、導体内の電流を感知する方法。

【請求項17】

請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の干渉計を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広くは、電流感知用のパッシブ光サニャク干渉計に関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書の全体にわたって先行技術のいかなる言及、及び／又は、議論は、当該先行技術が周知である、又は、この分野の共通の一般知識の一部を形成することを自認するものとして、決して考慮されるべきではない。

【0003】

光ファイバベースの電流センサの多くの種類が、世界中の多くの研究チームによって提示され、開発されてきた。これらのセンサの大部分は、電流に対する干渉位相感度を最大化するためにアクティブ要素を特徴とする光ファイバジャイロスコープ技術に基づいている。伝導体の周りにコイル状に巻かれた光ファイバに非相反移相が誘起されるところで、ファラデー効果は必ず用いられる。コイルの周りを反対方向に進む光について、位相シフトは、等しく、且つ、反対である。

【0004】

ＵＳ５，６７７，６２２は、ファラデー効果を介して電流を検出するために、紡糸の、シングルモード複屈折光ファイバコイルにおいて、夫々２つの楕円偏光モードを有する光ビームを逆伝搬するための単純な２ｘ２光ビームスプリッタを備えるサニャック干渉計を用いたパッシブ光電流センサを記載する。一般に、ファラデー効果又はジャイロスコープ回転のいずれかによる非相反移相だけを生じるので、サニャック干渉計は理想的な選択である。一般に、ゆっくりとした環境変化は、「コモンモード」と考えることができ、例えば、周囲温度によって誘発される効果など、両方向について等しい。

【0005】

しかしながら、単純な２ｘ２光ビームスプリッタを用いたパッシブサニャック干渉法は、ゼロ静的位相バイアスの干渉計をもたらす。実際には、これにより入力ポートから戻る全ての光が得られ、ゼロ強度は、２ｘ２光ビームスプリッタの入力側の第２ポートで（ゼロ電流で）戻る、すなわち、入力ポートと、２ｘ２光ビームスプリッタの入力側の第２ポートとの両方が、低感度点である。この特性は、入力ポートを介して戻る全ての光に起因して「ループミラー」という名称を生じさせている。

【0006】

３ｘ３シングルモードファイバカプラ／コンバイナを使用することも、ＵＳ５，６７７，６２２においてパッシブサニャック干渉法について提案されている。ファラデー効果を介して電流を検出するために、３ｘ３シングルモードファイバカプラ／コンバイナの出力側の３つのポートのうちの２つからの、夫々２つの楕円偏光モードを有する光ビームは、紡糸の、シングルモード複屈折光ファイバコイルにおいて逆伝搬する。３ｘ３シングルモードファイバカプラ／コンバイナの光入力ポートは、ループミラーと同様に動作するが、３ｘ３シングルモードファイバカプラ／コンバイナの入力側にある他の２つのポートは、もはや低感度の静止点（ゼロ電流）ではなく、比較的高感度の点、すなわち＋／２π／３ラジアンである。

【0007】

しかしながら、電流に対する良好な感度及び低いゼロ電流誤差の両方において安定な電流感知用のパッシブサニャック干渉計を達成することは、挑戦的なままである。

【0008】

本発明の実施形態は、上記の問題の少なくとも１つに対処しようとするものである。

【発明の概要】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮファイバカプラと、ここで、Ｎ≧３であり、
前記ＮｘＮファイバカプラの第１の側に配置されたファイバコイルと、第１の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第１ポートと、第２の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第２の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第２ポートと、
を備え、
前記ファイバコイルは、前記ファイバコイル内の逆伝搬信号における楕円偏光状態だけをサポートするように構成されている
干渉計が提供される。

【0010】

本発明の第２の態様によれば、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮファイバカプラと、
前記ＮｘＮファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第２出力ポートと、
少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子と、を備え、前記第１の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、
前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、
前記第１ファイバは、非偏光の紡糸複屈折光ファイバを含み、前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む
干渉計が提供される。

【0011】

本発明の第３の態様によれば、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラと、
前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第２出力ポートと、
第１及び第２の直線偏光素子と、を備え、前記第１の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、
前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、
前記第１ファイバは、紡糸楕円複屈折光ファイバを含み、前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む
干渉計が提供される。

【0012】

本発明の第４の態様によれば、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、
ＮｘＮファイバカプラと、
前記ＮｘＮファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第２出力ポートと、
少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子と、ここで、前記第１の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、
前記第１ファイバの第２の端部と、前記ファイバケーブルの第３ファイバの第１の端部との間に結合された第１の１／２波長板と、
前記第２ファイバの第２の端部と、前記第３ファイバの第２の端部との間に結合された第２の１／２波長板と、を備え、
前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、
前記第１、前記第２及び前記第３ファイバ各々は、非偏光の紡糸複屈折光ファイバを含む
干渉計が提供される。

【0013】

本発明の第５の態様によれば、第１乃至第４の態様のいずれか一つの干渉計を用いて導体内の電流を感知する方法が提供される。

【0014】

本発明の第６の態様によれば、第１乃至第４の態様のいずれか一つの干渉計を製造する方法が提供される。

【0015】

本発明の実施形態は、ほんの一例であるが、以下の書面による説明及び図面と併せて理解され、当業者には容易に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、一実施形態に係る、密閉電流を測定するために、２つのインライン偏光子を特徴とし、ＳＰＯＦのコイルを用いる３ｘ３サニャック電流センサを示す概略図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る、密閉電流を測定するために、２つの円偏光子を特徴とし、紡糸ＨｉＢｉのコイルを用いる３ｘ３のサニャック電流センサを示す概略図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つのインライン偏光子を特徴とし、８の字のＳＰＯＦのコイルを用いる３ｘ３のサニャック電流センサを示す概略図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、８の字の紡糸ＨｉＢｉのコイルを用いる３ｘ３サニャック電流センサを示す概略図である。

【図5】図５（ａ）は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、一つの紡糸ＨｉＢｉファイバと一つの非紡糸ＨｉＢｉファイバとを含むケーブルを用いる３ｘ３サニャック電流センサを示す概略図である。図５（ｂ）及び（ｃ）は、図５（ａ）の干渉計のループバック構成のジオメトリを示す概略図である。

【図6】図６（ａ）は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、３つの紡糸ＨｉＢｉファイバを含むケーブルを用いる３ｘ３サニャック電流センサを示す概略図である。図６（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、フリンジのフェージングのないフリンジ強度及び７５％のフリンジのフェージングのあるフリンジ強度のグラフを示す。

【図7】図７は、一実施形態に係る、密閉電流を測定するために、２つのインライン偏光子を特徴とし、ＳＰＯＦのコイルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る、密閉電流を測定するために、２つの円偏光子を特徴とし、紡糸ＨｉＢｉのコイルを用いる３ｘ３偏波保持さサニャック電流センサを示す概略図である。

【図9】図９は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つのインライン偏光子を特徴とし、図８に示されるＳＰＯＦのコイルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図10】図１０は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、８の字の紡糸ＨｉＢｉのコイルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図11】図１１は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つのインライン偏光子を特徴とし、一つのＳＰＯＦファイバと一つの非紡糸のＨｉＢｉファイバとを含むケーブルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図12】図１２は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、一つの紡糸ＨｉＢｉファイバと一つの非紡糸のＨｉＢｉファイバとを含むケーブルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図13】図１３は、一実施形態に係る、密閉電流を測定し、回転を除くために、２つの円偏光子を特徴とし、３つの紡糸ＨｉＢｉファイバを含むケーブルを用いる３ｘ３偏波保持サニャック電流センサを示す概略図である。

【図14】図１４は、光多重化回路網と共に３×３光カプラを用いるパッシブ干渉測定を行うための方法及び装置を示す概略図である。

【図15】図１５は、説明される例示的な実施形態で使用するための例示的な円偏光子の詳細を示す概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態は、多数の構成で使用可能な、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計における最小限のフリンジフェージングを達成し、且つ、維持するための方法及びシステムを提供する。様々な例示的な実施形態では、電流に対する感度は、好ましくは、円偏光に対して最大化され、直線偏光に対してゼロまで最小化される。

【0018】

簡単に説明すると、ファラデー効果は、伝搬方向に対して平行に整列された磁場に曝される媒体を光が横断するときの、光の偏光の応答に与えられる名前である。マイケル・ファラデーは、最初に、磁場が媒体を通過する光の偏光状態を回転させることを観察し、光と磁場がリンクしていると結論づけた。

【0019】

この直線偏光の回転は媒質中の円形複屈折により生じる。円形複屈折は、直線偏光状態を回転させる、又は、等価的に左右の円偏光状態の相対位相速度を変化させるだろう。

【0020】

通常の電気通信ファイバにおける円偏光は、磁場に起因する位相シフトを受けるが、任意の複屈折（例えば、曲げにより誘起される）は、偏光状態を変化させ、光が、右回りの円偏光から左回りの円偏光に周期的に又はランダムに交換される場合、磁場誘起位相シフトもまた、周期的に又はランダムに交換される。その結果、感知ファイバ内の線形複屈折がファラデー誘起回転を抑制し、磁場に対する感度を効果的に低下させる。通常のテレコミュニケーションファイバ単独での曲げ誘起線形複屈折は、磁場に対する感度を抑制することになる。ファイバドロープロセス中に、高複屈折ファイバ（ＨｉＢｉファイバ）の予備整形物を紡ぐことは、円形複屈折を、さもなければ非常に大きな線形複屈折を有する構造に付加する。結果として生じる楕円複屈折は、大きく、比較的パッケージングに影響されない楕円複屈折を有するファイバに生じる任意のパッケージングによる曲げ複屈折に比べて大きい。

【0021】

例示的な実施形態の一のグループでは、これは、特定の例示的な実施形態を参照して以下でより詳細に説明されるように、紡糸楕円複屈折性、効果的な偏光、通電導体を囲むファイバコイル、又は、ループバック構成で通電導体の周りに巻かれたファイバケーブルにおける光ファイバ、を用いて達成可能である。このようなファイバは、ここでは紡糸偏光光ファイバ（ＳＰＯＦ）とも呼ばれる。一例では、ＳＰＯＦは、設計された動作波長におけるスピンピッチとファイバビート長との間の所定の割合で、ドロープロセス中に紡がれるＨｉＢｉファイバの予備成形物から延伸される。ファイバのパラメータと製造条件の慎重なファイバ設計と制御とは、２つの基本楕円偏光固有モード、すなわち楕円複屈折ファイバ、をサポートするファイバをもたらす。加えて、ファイバは、低速楕円偏光モードが伝送され、高速モードが非可逆である波長領域を有するように設計される。これは、ＳＰＯＦを実現するために、単一偏光窓として説明することができる単一偏光動作領域を作り出す。２つのモードは、典型的には、それぞれ送信モードおよび非可逆モードとして説明される。典型的に１メートル当たり１ｄＢだけの微分損失を有するＳＰＯＦは、３０メートルのファイバにわたり３０ｄＢの消光をもたらす。比較のために、複屈折性結晶を用いて現在作られている最良のバルク光学偏光子は、典型的には２０～３０ｄＢの消光比を提供する。バルク光学結晶偏光子と異なり、ＳＰＯＦは分布型偏光子である。ＳＰＯＦは、以下でより詳細に説明するように、光がＳＰＯＦを通過するときに光を連続的に偏光させるという意味である。

【0022】

例示的な実施形態の当該グループでは、広帯域の偏光解消光をファイバコイル内に発することができ、光がコイルに沿って進むにつれて、ＳＰＯＦは、一つの楕円形、好ましくは少なくとも略円形、の偏光状態のみがコイルの他端に現れることを保証する。この偏光効果は相反的であり、その結果、ＳＰＯＦは、同一の利き手で各方向における、即ち、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が右回りの楕円形／円形である、又は、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が左回りの楕円形／円形である、一つの偏光状態だけを効果的にサポートする。

【0023】

例示的な実施形態の別のグループでは、一つの楕円、好ましくは少なくとも略円形、の偏光状態だけが、非偏光の紡糸楕円複屈折光ファイバ（ここでは、紡糸ＨｉＢｉファイバとも呼ばれる）に励起される。感知コイルの入出力端における等価物、略円形の偏光子、を含めることは、同じ利き手で偏光された光が各方向に励起されることを保証する。上記のＳＰＯＦの説明を参照すると、紡糸ＨｉＢｉファイバは、設計された動作波長におけるスピンピッチとファイバビート長との間の所定の割合で、ドロープロセス中に紡がれるＨｉＢｉファイバの予備成形物から延伸される。再度、ファイバのパラメータと製造条件の慎重なファイバ設計と制御とは、２つの基本楕円偏光固有モード、すなわち楕円複屈折ファイバ、をサポートするファイバをもたらす。しかしながら、ＳＰＯＦとは対照的に、紡糸ＨｉＢｉファイバは、以下でより詳細に説明されるように、両方の楕円モードが導かれる領域で動作するように設計される。

【0024】

例示的な実施形態の当該グループでは、略円偏光子は、直線偏光子を１／４波長板と組み合わせることによって達成可能である。ファイバでは、これは、偏波保持軸、好ましい実施形態では、例えば４５度に整列された偏光軸、の慎重な整列で、直線偏光子を、非紡糸の高複屈折光ファイバ（ここでは、非紡糸のＨｉＢｉファイバとも呼ばれる）（長さ１／４ビート長）の短いセクションと組み合わせる／継ぎ合わせることによって行うことができる。

【0025】

例示的な実施形態の別のグループでは、３ｘ３ビームカプラは、好ましくは、最適且つ安定したフリンジコントラストを達成するために、直線偏光子の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの軸にそろえられた、偏波保持（ＰＭ）ファイバ、具体的には、非紡糸のＨｉＢｉファイバ、と３ｘ３ビームカプラの非紡糸のＨｉＢｉファイバの軸とを用いて構成される。これは、フリンジフェージングが、厳しいパッキング要件なしに最小化されることを保証でき、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証できる。以下でさらに詳細に説明するように、ＰＭ３ｘ３ビームカプラを用いる場合、ＡＣ電流測定精度も非常に高く維持され、潜在的に改善されることに留意されたい。

【0026】

例示的な実施形態の別のグループでは、ケーブルを介して両方向に伝搬する間、ファイバケーブルの一つのセクションが電流に対する感度を有し、他のセクションが電流に対する感度がゼロである特定のループバック構成が使用さる。したがって、以下でより詳細に説明するように、ジャイロスコープ効果の優れた排除を提供することができる。

【0027】

例示的な実施形態の別のグループでは、３本の非偏光の紡糸楕円複屈折光ファイバ有する電流感知ケーブルにおいて、楕円形（好ましくは円形）偏光モードの利き手を入れ替えることによって、電流に対する感度を３倍にすることができる特定のループバック構成が提供される。これは、以下でより詳細に説明するように、ループバック構成内の電流感知ケーブルの一端の紡糸ＨｉＢｉファイバのそれぞれのペア間の継ぎ合わせで、２つの半波長板を使用することによって達成することができる。

【0028】

例示的な実施形態の上記グループは、相互に排他的ではなく、代わりに、それぞれ、例示的な実施形態の上記のグループのうちの一以上の特徴を有する様々な例示的な実施形態に組み合わせることができることに留意されたい。

【0029】

以下では、いくつかの個々の例示的な実施形態を、限定ではなく例として詳細に説明する。

【0030】

図１は、密閉導体１０４内の電流を測定するために、ＳＰＯＦのコイル１０２を備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３のサニャック電流センサ１００を示す概略図を示す。コイル１０２は、導体１０４の周囲に形成された一以上のループを有する。広帯域偏光解消光は、例えば３×３シングルモードファイバカプラ１０６の１１２、シングルモード低複屈折入力ピッグテールの一つを介して、ＳＰＯＦのコイル１０２内に発射することができる。３ｘ３シングルモードファイバカプラ１０６の２つのシングルモード低複屈折出力ピッグテール（符号１０９、１１１で示す）が、直線偏光子１１４、１１６の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールに継ぎ合わされる。直線偏光子１１４、１１６の他の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールは、ＳＰＯＦのコイル１０２の各端部に継ぎ合わされる（符号１１３、１１５で示される）。全ての継ぎ合わせにおいて、各端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0031】

光がＳＰＯＦに沿って進むにつれて、ＳＰＯＦは、一つの楕円偏光状態だけがコイル１０２の他端に現れることを保証する。この偏光効果は相反的であり、その結果、ＳＰＯＦのコイル１０２は、事実上、同一の利き手で各方向における、即ち、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が右回りの楕円形／円形である、又は、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が左回りの楕円形／円形である、一つの偏光状態だけを効果的にサポートする。この実施形態では、３ｘ３シングルモードファイバカプラ１０６において干渉する光の単一偏光は、インライン偏光子の形状である直線偏光子１１４、１１６を用いて更に強化される。

【0032】

図２は、密閉導体２０８内の電流を測定するために、３ｘ３シングルモードファイバカプラ２０５と、（少なくともおよそ）２つの円偏光子２０２、２０４と、紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル２０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３サニャック電流センサ２００を示す概略図を示す。コイル２０６は、導体２０８の周囲に形成された一つ以上のループを備える。

【0033】

単一の円偏光状態が、紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル２０６の各端部の中に励起される。
感知コイル２０６の入力端及び出力端に、同等の、略円形の偏光子２０２、２０４を含むことは、紡糸ＨｉＢｉファイバの感知コイル２０６の各方向で同一の利き手の偏光が励起されることを保証する。この例示的な実施形態における円偏光子２０２、２０４は、少なくとも略直線偏光子２１０、２１２と、非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクション（即ち、長さ１／４ビート長を有する）との組み合わせを含む。具体的には、３ｘ３シングルモードファイバカプラ２０５の２つのシングルモード低複屈折出力ピッグテールが、それぞれ、直線偏光子２１０、２１２の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールに継ぎ合わされている（符号２１３、２１５で示される）。直線偏光子２１０、２１２の他の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールは、端面において４５度の偏光軸で、紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル２０６の各端部（符号２０９、２１１で共同表示された接合面）に継ぎ合わされた非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクションに継ぎ合わされる。直線偏光子２１０、２１２の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールと非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクションとの間の継ぎ合わせ以外の継ぎ合わせでは、各端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0034】

その結果、各方向に、即ち、３ｘ３シングルモードファイバカプラ２０５において干渉する両方の逆伝搬ビームについて、単一の偏光状態しか伝搬しない。直線偏光子２１０、２１２は、この例示的な実施形態では、インライン偏光子の形状である。

【0035】

図３は、ジャイロスコープ効果によって生じ得る回転を除きながら、密閉導体３０４内の電流を測定するために８の字のＳＰＯＦのコイル３０２を備える、一の例示的な実施形態による３ｘ３のサニャック電流センサ３００を示す概略図を示す。コイル３０２は、導体１０４の周囲に形成された一以上の８の字のループを備える。広帯域偏光解消光は、シングルモード低複屈折入力ピッグテールのうちの１つ、例えば３ｘ３シングルモードファイバカプラ３０６の３１２、を介して、ＳＰＯＦのコイル３０２内に発射することができる。３ｘ３シングルモードファイバカプラ３０６の２つのシングルモード低複屈折出力ピッグテールが、直線偏光子３１４、３１６の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールに継ぎ合わされる（符号３０９、３１１で示す）。直線偏光子３１４、３１６の他の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールは、ＳＰＯＦのコイル３０２の各端部に継ぎ合わされる（符号３１３、３１５で示される）。全ての継ぎ合わせにおいて、各端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0036】

光がＳＰＯＦに沿って進むと、ＳＰＯＦは、コイル３０２の他端に出現する楕円状態が１つのみであることを保証する。この偏光効果は相反的であり、その結果、ＳＰＯＦのコイル３０２は、同一の利き手で各方向における、即ち、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が右回りの楕円形／円形である、又は、両方の逆伝搬ビームについて偏光状態が左回りの楕円形／円形である、一つの偏光状態だけを効果的にサポートする。加えて、逆伝搬ビーム各々が、ＳＰＯＦの８の字のコイル３０２内の導体３０４の周りでその方向を変えるので、いかなるジャイロスコープ効果も実質的に打ち消されることになる。３ｘ３シングルモードファイバカプラ３０６において干渉する光の単一偏光は、この例示的な実施形態ではインライン偏光子の形状である直線偏光子３１２、３１４を用いて更に強化される。

【0037】

図４は、ジャイロスコープ効果によって生じ得る回転を除く一方で、密閉導体４０８内の電流を測定するために、３ｘ３シングルモードファイバカプラ４０５と、（少なくともほぼ）２つの円偏光子４０２、４０４と、図８に示される紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル４０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３サニャック電流センサ４００を示す概略図を示す。コイル４０６は、導体４０８の周囲に形成された一以上の８の字のループを備える。

【0038】

単一の円偏光状態が、紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル４０６の各端部の中に励起される。感知コイル４０６の入力端及び出力端に、同等の、略円形の偏光子４０２、４０４を含むことは、紡糸ＨｉＢｉファイバの感知コイル４０６の各方向で同一の利き手の偏光が励起されることが保証される。この例示的な実施形態における円偏光子４０２、４０４は、直線偏光子４１０、４１２と、非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクション（即ち、長さ１／４ビート長を有する）との組み合わせを含む。具体的には、３ｘ３シングルモードファイバカプラ４０５の２つのシングルモード低複屈折出力ピッグテールが、それぞれ、直線偏光子４１０、４１２の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールに継ぎ合わされる（符号４１３、４１５で示される）。直線偏光子４１０、４１２の他の紡糸ＨｉＢｉピッグテールは、端面において４５度の偏光軸で、紡糸ＨｉＢｉファイバのコイル４０６の各端部に継ぎ合わされている（継ぎ合わせ部は、符号４０９、４１１で示される）非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクションに継ぎ合わされる。直線偏光子４１０、４１２の非紡糸のＨｉＢｉピッグテールと非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクションとの間の継ぎ合わせ以外の継ぎ合わせでは、各端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0039】

その結果、各方向に、即ち、両方の逆伝搬ビームについて、単一の偏光状態だけが伝搬している。加えて、逆伝搬ビーム各々が、紡糸ＨｉＢｉファイバの８の字のコイル４０６の各ループ内の導体４０８の周りでその方向を変えるので、いかなるジャイロスコープ効果も実質的に打ち消されることになる。直線偏光子４１０、４１２は、この例示的な実施形態では、インライン偏光子の形状である。

【0040】

図５Ａは、（少なくともおおよそ）２つの円偏光子５０２、５０４と、一つの紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８及び一つの非紡糸のＨｉＢｉファイバ５１０を含むケーブル５０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３サニャック電流センサ５００を示す概略図を示す。ケーブル５０６は、導体５１２の周囲に一以上のループ状に巻かれている。この例示的な実施形態における円偏光子５０２、５０４はまた、直線偏光子５２４、５２６と、非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクション（即ち、長さ１／４ビート長を有する）との組み合わせを含む。

【0041】

この実施形態では、紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８は、密閉導体５１２内の電流を感知するが、非紡糸のＨｉＢｉファイバ５１０は感知しない。導体５１２を囲むケーブル５０６と共に閉ループ（ここでは「ループバック構成」とも呼ばれる）を効果的に形成するために、２つの最適化継ぎ合わせが、符号５１６で示されるループの一端において互いにできるだけ近い位置に配置される。

【0042】

図５Ｂを参照すると、円偏光子５０２の一部であるＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクションは、非紡糸のＨｉＢｉファイバ５１０の一端５１０ａに継ぎ合わされ、非紡糸のＨｉＢｉファイバ５１０の他端５１０ｂは、紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８の一端５０８ｂに継ぎ合わされる（符号５２２で示す）。紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８の他端５０８ａは、円偏光子５０４の一部であるＨｉＢｉファイバの１／４波長セクションに継ぎ合わされている（符号５２０で示す）。可能な限り近くに符号５２０、５２２で示される継ぎ合わせを配置することは、好ましくは、ループバック構成において、電流感知紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８によって辿られる経路が、閉ループに対するよい近似であることを保証する。全ての継ぎ合わせにおいて、各端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0043】

図５Ａに戻り、ループバック構成を形成するために、継ぎ合わせ５２０、５２２（図５Ａの符号５１６で共同で示されている）を互いに近づけることによって、電流感知紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８によって辿られる経路は、符号５１４で示される閉ループに対して良好な近似である。従って、３ｘ３シングルモードファイバカプラ５１８の２つの出力ポートの各々からの光は、電流に対する感度を有するケーブル５０６の一つのセクション内、即ち、紡糸ＨｉＢｉファイバ５０８内、及び、電流に対するゼロ感度を有する他のセクション内、即ち、非紡糸のＨｉＢｉファイバ５１０内を進む、その間、ループバック構成におけるケーブル５０６を介して両方向に進む。従って、ジャイロスコープ効果の優れた除外を提供することができる。３ｘ３シングルモードファイバカプラ５１８において干渉する光の単一偏光は、この実施例ではインライン偏光子の形状である直線偏光子５２４、５２６（円偏光子５０２、５０４各々の一部）を用いて達成される。

【0044】

図６Ａは、３ｘ３シングルモードファイバカプラ６０５と、（少なくともおよそ）２つの円偏光子６０２、６０４と、３つの紡糸ＨｉＢｉファイバ６０８、６０９及び６１０を収容するケーブル６０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３サニャック電流センサ６００を示す概略図を示す。１／２波長板６１１は、紡糸ＨｉＢｉファイバ６０８の端部６０８ａと紡糸ＨｉＢｉファイバ６０９の端部６０９ａとの間に配置／継ぎ合わされ、偏光モードの利き手を効果的に入れ替える。同様に、別の１／２波長板６１３が、紡糸ＨｉＢｉファイバ６０９の端部６０９ｂと紡糸ＨｉＢｉファイバ６１０の端部６１０ｂとの間に配置／継ぎ合わされる。波長板６１１、６１３についての継ぎ合わせと、円偏光子６０２、６０４と紡糸ＨｉＢｉファイバ６０８、６１０との間の継ぎ合わせとをできるだけ近く配置することは、好ましくは、電流を感知する紡糸ＨｉＢｉファイバ６０８、６０９、６１０によって辿られる各経路が閉ループに対して良好に近似されることを保証する。これは、ループ／コイル６１４の電流に対する感度を事実上３倍にするとともに、回転の除外にも優れている。図６Ａでは、波長板６１１、６１３と、円偏光子６０２、６０４と紡糸ＨｉＢｉファイバ６０８、６１０との間の継ぎ合わせと、の間の継ぎ合わせは、図面をより明確にするために示されていないが、近接して配置されている。

【0045】

当業者には理解されるように、上述の実施形態に係る３ｘ３シングルモードカプラにおいて、最適干渉は、２つの再結合された光ビームの偏光状態が完全に整列されたときに発生する。一方、直交偏光状態は干渉せず、平均強度のみが出力に見られる。偏光状態が発散し始める、又は、完全なアライメントから外れ始めると、フリンジフェージングが生じる。このことは、サニャック電流感知干渉計における光ビームカプラの光ファイバリードにおいて起こり得ることが本発明者によって認識されている。フリンジフェージングは、信号対雑音性能を効果的に低減するだけでなく、静的位相誤差として効果的に現れる計算された位相における誤差をもたらすことができる。説明のために、図６Ｂは、フリンジフェージングを伴わないフリンジ強度のグラフを示し、一方、図６Ｃは、７５％フリンジフェージングを伴うフリンジ強度のグラフを示す。

【0046】

注意深いパッケージングは、様々な例示的な実施形態においてフリンジフェージングを最小限に低減することができるが、例示的な実施形態の別のグループでは、３ｘ３ビームカプラはまた、偏波維持（ＰＭ）ファイバ、具体的には、非紡糸のＨｉＢｉファイバを用いて構築され、３ｘ３ビームカプラの非紡糸のＨｉＢｉファイバの軸は、好ましくは最適且つ安定したフリンジコントラストを達成するために、様々な例において、直線偏光子の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの軸と揃えられる。これは、ここでは３ｘ３ＰＭカプラとも呼ばれる。これは、フリンジフェージングが、厳しいパッケージング要件なしに最小化されることを保証でき、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能および最小静的位相誤差を保証できる。

【0047】

図７は、密閉導体７０８内の電流を測定するために、２つのインライン偏光子７０２、７０４と、ＳＰＯＦのコイル７０６と、を備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャク電流センサ７００を示す概略図である。この例示的な実施形態が、好ましくは、フリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供することを除いて、３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ７００は、図１を参照して上述した例示的な実施形態と同様である。より具体的には、好ましくは最適で安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ＰＭカプラ７１０は、偏光の非紡糸のＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ＰＭカプラ７１０の非紡糸のＨｉＢｉファイバ出力ピッグテールの端面における軸は、符号７０９、７１１で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子７０２、７０４の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0048】

図８は、密閉導体８０８内の電流を測定するために、２つの円偏光子８０２、８０４と、紡糸ＨｉＢｉのコイル８０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャク電流センサ８００を示す概略図である。この例示的な実施形態が、好ましくは、フリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供することを除いて、３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ８００は、図２を参照して上述された例示的な実施形態と同様である。より具体的には、この例示的な実施形態例では、好ましくは最適で安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ＰＭカプラ８１０は、非紡糸のＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ビームカプラ８１０の非紡糸のＨｉＢｉファイバ出力ピッグテールの端面における軸は、符号８０９、８１１で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子８１２、８１４（円偏光子８０２、８０４各々の一部）の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッググテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0049】

図９は、密閉導体９０８内の電流を測定し、回転を除くために、２つのインライン直線偏光子９０２、９０４と、８の字に配置されたＳＰＯＦのコイル９０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ９００を示す概略図である。この例示的な実施形態が、好ましくはフリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供することを除いて、３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ９００は、図３を参照して上述した例示的な実施形態と同様である。より具体的には、この例示的な実施形態では、好ましくは最適で安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ＰＭカプラ９１０は、非紡糸のＨｉＢｉファイバを使用して構成され、３ｘ３ビームＰＭカプラ９１０の非紡糸のＨｉＢｉファイバ出力ピッグテールの端面における軸は、符号９０９、９１１で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子９０２、９０４の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0050】

図１０は、密閉導体１００８内の電流を測定し、回転を除くために、（少なくともおおよそ）２つの円偏光子１００２、１００４と、８の字に配置された紡糸ＨｉＢｉのコイル１００６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１０００を示す概略図である。この例示的な実施形態が、好ましくはフリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供することを除いて、３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１０００は、図４を参照して上述した例示的な実施形態と同様である。より具体的には、この例示的な実施形態では、好ましくは最適で安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ビームＰＭカプラ１０１０は、非紡糸のＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ＰＭカプラ１０１０の非紡糸のＨｉＢｉファイバ出力ピッグテールの端面における軸は、符号１００９、１０１１で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子１０１２、１０１４（円偏光子１００２、１００４各々の一部）の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0051】

図１１は、ループバック構成において、２つのインライン直線偏光子１１０２、１１０４と、一つのＳＰＯＦファイバ１１０８及び一つの非紡糸のＨｉＢｉファイバ１１１０を含むケーブル１１０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１１００を示す概略図を示す。ケーブル１１０６は、導体１１１２の周囲に一以上のループ状に巻かれている。この例示的な実施形態では、ＳＰＯＦファイバ１１０８は、密閉導体１１１２内の電流を感知するが、非紡糸のＨｉＢｉファイバ１１１０は感知しない。

【0052】

この例示的な実施形態は、好ましくは、フリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供する。より具体的には、この例示的な実施形態では、好ましくは最適で安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ＰＭカプラ１１１１は、非紡糸のＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ＰＭカプラ１１１１の非紡糸のＨｉＢｉファイバ出力ピッグテールの端面における軸は、符号１１０７、１１０９で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子１１０２、１１０４の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。導体１１１２を囲むケーブル１１０６と共に閉ループ（ここでは「ループバック構成」とも呼ばれる）を効果的に形成するために、ＳＰＯＦファイバ１１０８の一端１１０８ａと直線偏光子１１０４の非紡糸のＨｉＢｉファイバテールとの間、及び、ＳＰＯＦファイバ１１０８の他端１１０８ｂとケーブル１１０６内の非紡糸のＨｉＢｉファイバ１１１０の一端１１０ｂとの間、の２つの最適化された継ぎ合わせが、符号１１１６で示される、好ましくは、ループバック構成内の電流感知紡糸ＨｉＢｉファイバ１１０８によって辿られる経路が、閉ループに対する良好な近似であることを保証する（図５Ａ、Ｂとも比較）ループの一端において、互いにできるだけ近い位置に配置される。最適化されたスプライスにおいて、端面における偏波保持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0053】

従って、３ｘ３ＰＭカプラ１１１１の２つの出力ポートの各々からの光は、電流に対する感度を有するケーブル１１０６の一つのセクション内、即ち、ＳＰＯＦファイバ１１０８内、及び、電流に対するゼロ感度を有する他のセクション内、即ち、非紡糸のＨｉＢｉファイバ１１１０内を進む、その間、ループバック構成におけるケーブル１１０６を介して両方向に進む。従って、ジャイロスコープ効果の優れた排除も提供することができる。３ｘ３ＰＭカプラ１１１１において干渉する光の単一偏光は、この例示的な実施形態においてインライン偏光子の形状である直線偏光子１１０２、１１０４を用いて達成される。

【0054】

図１２は、（少なくともおおよそ）２つの円偏光子１２０２、１２０４と、一つの紡糸ＨｉＢｉファイバ１２０８及び一つの非紡糸のＨｉＢｉファイバ１２１０を収容するケーブル１２０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１２００を示す概略図である。この例示的な実施形態が、好ましくは、フリンジフェージングを最小限に抑え、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供することを除いて、３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１２００は、図５Ａ及びＢを参照して上述した例示的な実施形態と同様である。より具体的には、この例示的な実施形態では、好ましくは最適で安定した干渉縞のコントラストを達成するために、３ｘ３ビームＰＭカプラｌ２１０は、ＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ＰＭカプラｌ２１０の非紡糸のＨｉＢｉファイバの端面における軸は、符号１２０７、１２０９で示され、継ぎ合わされている間、直線偏光子１２１２、１２１４（円偏光子１２０２、１２０４各々の一部）の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッググテールの端面における軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために、最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0055】

図１３は、２つの円偏光子１３０２、１３０４と、３つの紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０８、１３０９及び１３１０を含むケーブル１３０６とを備える、一の例示的な実施形態に係る３ｘ３偏波保持サニャック電流センサ１３００を示す概略図を示す。図６（ａ）を参照して上述した例示的な実施形態と比較すると、この例示的な実施形態では、１／２波長板１３１７が、紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０８の端部１３０８ａと紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０９の端部１３０９ａとの間に配置され、偏光モードの利き手を効果的に入れ替える。同様に、他の１／２波長板１３１９が、紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０９の端部１３０９ｂと紡糸ＨｉＢｉファイバ１３１０の端部１３１０ｂとの間に配置／継ぎ合わされる。波長板１３１７、１３１９についての継ぎ合わせと、円偏光子１３０２、１３０４と紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０８、１３０１０との間の継ぎ合わせとをできるだけ近く配置することは、好ましくは、電流を感知する紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０８、１３０９及び１３１０によって辿られる各経路が閉ループに対して良好に近似されることを保証する。図１３では、波長板１３１７、１３１９と、円偏光子１３０２、３０４と紡糸ＨｉＢｉファイバ１３０８、１３１０との間の継ぎ合わせと、の間の継ぎ合わせは、図面をより明確にするために示されていないが、近接して配置されてる。

【0056】

この例示的な実施形態は、ループ／コイル１３１６の電流に対する感度を事実上３倍にする一方で、回転の除外にも優れている。さらに、この例示的な実施形態は、好ましくは、フリンジフェージングを最小化し、改善された安定性及び低減されたゼロ電流誤差を提供する。より具体的には、この例示的な実施形態では、好ましくは最適かつ安定したフリンジコントラストを達成するために、３ｘ３ビームカプラ１３１１は、ＨｉＢｉファイバを用いて構成され、３ｘ３ビームカプラ１３１１の非紡糸のＨｉＢｉファイバの軸は、継ぎ合わされている間、直線偏光子１３１３、１３１５（円偏光子１３０２、１４０４各々の一部）の非紡糸のＨｉＢｉファイバピッグテールの軸と揃えられる。これは、フリンジフェージングが最小化されることを保証することができ、その結果、好ましくは最小化されたゼロ電流誤差を有する最小化されたＤＣ値計算誤差を達成するために最大信号対雑音性能及び最小静的位相誤差を保証することができる。

【0057】

上述した例示的な実施形態では、好ましくは、キャリブレーション処理を行う必要なしに、パッシブ干渉法のための信号処理に有益な測定を提供することができる。これは、国際公開第０３／００２９３２号に記載された技術を実施することによって達成することができる。図１４を参照して、簡単に言えば、光多重化ネットワーク１４０２、光多重化ネットワーク１４０２を介して、光入力信号をポート１４１１～１４１３各々に挿入する光入力ユニット１４０４、及び、光入力がポート１４１１～１４１３の１つに挿入された場合に、光多重化ネットワーク１４０２を介して、ポート１４１１～１４１３各々に対応する光出力を測定するための検出ユニット１４０６とともに、３ｘ３光カプラ１４００を利用するパッシブ干渉計を実施するために、方法及び装置が実施される。

【0058】

３ｘ３カプラの他の側には、パッシブサニャック干渉計１４２０及び密封導体１４２２が配置されている。サニャック干渉計１４２０は、上述の例示的な実施形態のうちのいずれか１つの形態であってもよい。

【0059】

処理ユニット１４０８は、結果を形成するように構成されており、各結果は、３^２の可能な光出力の少なくともいくつかを含み、各結果は、同一の光多重化ネットワーク１４０２依存因子を含む。この方法で、処理ユニット１４０８は、実質的にネットワーク独立測定を得るために、形成された結果を処理することに基づいて、光多重化ネットワーク１４０８依存因子を有利に除去することができる。

【0060】

また、光入力ユニット１４０４のソーススペクトルにわたる光多重化ネットワーク１４０２依存因子の小さな波長依存性の（二次的に小さい）影響とは別に、干渉計のゼロ誤差（導体１４２２のゼロ電流について）はゼロである。

【0061】

有利に、光入力ユニット１４０４は、実質的に単色光源を含む。

【0062】

光入力ユニット１４０４が広幅光源を含む場合、光多重化ネットワーク１４０２は、好ましくは、波長平坦化光カプラを含む。

【0063】

処理ユニット１４０８は、光多重化ネットワーク１４０２依存因子を除去することが、結果の独立した比率を形成することを含むように、構成されてよい。

【0064】

処理ユニット１４０８は、各結果を形成することが、因子の幾何平均を形成することを含むように構成されてもよい。他の実施形態では、演算手段が用いられてよい。

【0065】

図１５は、説明された例示的な実施形態において用いるための例示的な円偏光子１５００の詳細を示す概略図を示す。円偏光子１５００は、少なくとも略直線の偏光子１５０２と、非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクション１５０４（即ち、長さ１／４ビート長を有する）との組み合わせを含む。具体的には、ファイバカプラ（図示せず）の出力ピッグテール１５０５の一方は、直線偏光子１５０２の非紡糸のＨｉＢｉピッグテール１５０８に継ぎ合わされる（符号１５０６で示される）。直線偏光子１５０２の他方の非紡糸のＨｉＢｉピッグテール１５１０は、端面における偏光軸が４５度で、感知コイル又はケーブル（図示せず）の一端１５１６に順番に継ぎ合わされる（符号１５１４で示される）非紡糸のＨｉＢｉファイバの１／４ビート長セクション１５０４に継ぎ合わされる（符号１５１２で示される）。符号１５０６、１５１４で示される継ぎ合わせにおいて、各端面における偏波維持軸は、好ましくは、揃えられる。実際には、楕円率が円形に近づくにつれて、アライメントはあまり重要でなくなる。

【0066】

一実施形態では、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、ＮｘＮファイバカプラと、ここで、Ｎ≧３であり、前記ＮｘＮファイバカプラの第１の側に配置されたファイバコイルと、第１の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第１ポートと、第２の直線偏光素子を介して前記ファイバコイルの第２の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第２ポートと、を備え、前記ファイバコイルは、前記ファイバコイル内の逆伝搬信号における楕円偏光状態だけをサポートするように構成されている干渉計が提供される。

【0067】

前記ファイバコイルは、前記ファイバコイル内の逆伝搬信号における、少なくとも一つの近似円偏光状態だけをサポートするように構成されていてよい。

【0068】

前記ファイバコイルは、紡糸楕円複屈折偏光光ファイバを含んでよい。

【0069】

前記ファイバコイルは、非偏光の紡糸楕円複屈折光ファイバを含んでよく、当該干渉計は、少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子を備え、前記第１の円形の偏光素子は、前記第１の直線偏光素子と、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１ポートと、前記ファイバコイルの前記第１の端部との間に結合された第１の１／４波長ファイバ部分とを含み、前記第２の円形の偏光素子は、前記第２の直線偏光素子と、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２ポートと前記ファイバコイルの前記第１の端部との間に結合された第２の１／４波長ファイバ部分とを含む。

【0070】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮシングルモード光ファイバカプラを含んでよい。

【0071】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮ偏波保持光ファイバカプラを含んでよい。

【0072】

前記ファイバコイルは、「図８」の構成を備えてよい。

【0073】

前記ＮｘＮファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む測定結果を形成する処理ユニットと、を備えてよく、夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ネットワーク独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する。

【0074】

一実施形態では、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、ＮｘＮファイバカプラと、前記ＮｘＮファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された前記ＮｘＮファイバカプラの第２出力ポートと、少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子と、を備え、前記第１の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、前記第１ファイバは、非偏光の紡糸複屈折光ファイバを含み、前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む干渉計が提供される。

【0075】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮシングルモード光ファイバカプラを含んでよい。

【0076】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮ偏波保持光ファイバカプラを含んでよい。

【0077】

前記ＮｘＮファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む測定結果を形成する処理ユニットと、を備えてよく、夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ネットワーク独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する。

【0078】

一実施形態では、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラと、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第２出力ポートと、第１及び第２の直線偏光素子と、を備え、前記第１の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の直線偏光素子は、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第１ファイバ及び前記第２ファイバ各々の第２の端部は互いに結合されており、前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、前記第１ファイバは、紡糸楕円複屈折光ファイバを含み、前記第２ファイバは、非紡糸の高複屈折光ファイバを含む干渉計が提供される。

【0079】

前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮ偏波保持ファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む計測結果を形成する処理ユニットと、を備えてよく、夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ユニット独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する。

【0080】

一実施形態では、電流感知用のパッシブ光サニャック干渉計であって、ＮｘＮファイバカプラと、前記ＮｘＮファイバカプラに結合されたファイバケーブルと、前記ファイバケーブルの第１ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第１出力ポートと、前記ファイバケーブルの第２ファイバの第１の端部に結合された、前記ＮｘＮファイバカプラの第２出力ポートと、少なくとも第１及び第２の略円形の偏光素子と、ここで、前記第１の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第１出力ポートと、前記第１ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第２の円形の偏光素子は、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２出力ポートと、前記第２ファイバの前記第１の端部との間に結合されており、前記第１ファイバの第２の端部と、前記ファイバケーブルの第３ファイバの第１の端部との間に結合された第１の１／２波長板と、前記第２ファイバの第２の端部と、前記第３ファイバの第２の端部との間に結合された第２の１／２波長板と、を備え、前記ファイバケーブルは、コイル状に巻かれて構成されており、前記第１、前記第２及び前記第３ファイバ各々は、非偏光の紡糸複屈折光ファイバを含む干渉計が提供される。

【0081】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮシングルモード光ファイバカプラを含んでよい。

【0082】

前記ＮｘＮファイバカプラは、ＮｘＮ偏波保持光ファイバカプラを含んでよい。

【0083】

前記ＮｘＮファイバカプラの第２の側に配置された光多重化ネットワークと、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートに光入力信号を挿入する光入力ユニットと、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の複数のポートの一つに光入力が挿入された場合、前記光多重化ネットワークを介して、前記ＮｘＮファイバカプラの前記第２の側の各ポートで、対応する光出力を測定する検出ユニットと、３^２の測定可能な光出力の少なくともいくつかを含む測定結果を形成する処理ユニットと、を備えてよく、夫々の計測結果は、同一の光多重化ネットワーク依存因子を含み、前記処理ユニットは、実質的に、光多重化ネットワーク独立測定を得るために、前記光多重化ネットワーク依存因子を除去する。

【0084】

上記実施形態において、Ｎは３に等しくてもよい。

【0085】

一実施形態では、上記実施形態のいずれか一つの干渉計を用いて、導体内の電流を感知する方法が提供される。

【0086】

一実施形態では、上記実施形態のいずれか一つの干渉計を製造する方法が提供される。

【0087】

システム及び方法の図解された実施形態の上記説明は、網羅的である、又は、システム及び方法を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。システム構成要素及び方法の特定の実施形態及び例が、図解目的のためにここで説明されるが、当業者が認識するように、システム、構成要素及び方法の範囲内で、様々な同等の修正が可能である。ここで提供されるシステム及び方法の教示は、上記のシステム及び方法だけでなく、他の処理システム及び方法にも適用することができる。

【0088】

当業者であれば、広く記載される本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示されるように、本発明に多数の変形及び／又は修正を行うことができることを理解するであろう。従って、本実施形態は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。また、本発明は、特徴、又は、特徴の組み合わせが特許請求の範囲又は実施形態の詳細な説明において明示的に指定されていない場合であっても、概要セクションに含まれる異なる実施形態について説明された特徴の任意の組み合わせを含む。

【0089】

例えば、例示的な実施形態では３ｘ３カプラを説明したが、ＮｘＮカプラ（Ｎ＞＝３）が異なる実施形態で用いられてもよい。

【0090】

一般に、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、本明細書及び特許請求の範囲に開示される具体的な実施形態に、システム及び方法を限定するように解釈されるべきではなく、特許請求の範囲で動作する全ての処理システムを含むように解釈されるべきである。従って、システム及び方法は、本開示によって限定されず、代わりに、システム及び方法の範囲は、特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。

【0091】

文脈上明らかに他の意味を必要としない限り、本明細書及び特許請求の範囲全体を通して、単語「含む（comprise）」、「含む（comprising）」等は、排他的又は網羅的な意味とは対照的に包括的な意味で、即ち、「含むが、これらに限定されない」という意味で、解釈されるべきである。単数又は複数の数を使用する単語は、夫々、複数又は単数も含む。さらに、用語「ここでは」、「以下」、「上」、「下」、及び同様の意味の用語は、全体として本出願を指し、本出願の特定の部位を指すものではない。単語「又は」が、２つ以上の項目のリストに関して使用される場合、その単語は、単語の以下の解釈のすべてを包含する：リスト中の項目のいずれか、リスト中の項目の全て、及び、リスト中の項目の任意の組合せ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】