JP2009511922A

JP2009511922A - 干渉センシング装置

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Publication number: JP2009511922A
Application number: JP2008535846A
Authority: JP
Inventors: チョウ，ジョン，エイチ．; グレイ，マルコム，ビー．; マクルランド，デイビッド，イー．
Original assignee: ジ・オーストラリアン・ナショナル・ユニバーシティー
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: CA2626417A1; WO2007045028A9; EP1946047A4; JP5039708B2; NO20082141L; EP1946047A1; CA2626417C; MY147887A; AU2005225034B2; KR101322935B1; BRPI0617634B1; AU2005225034A1; US7920270B2; EP1946047B1; BRPI0617634A2; DK1946047T3; NO340954B1; KR20080080500A; US20090091765A1; WO2007045028A1

Abstract

【構成】干渉センシング装置は、各々が、対応する複数の選択された波長における発光を与える複数の単一縦モードレーザ源、各レーザからの発光を周波数または位相変調するための少なくとも１つの変調器、および光ファイバ中に書き込まれたブラッググレーティングによって形成される、複数のファブリ・ペロー干渉計を備え、各干渉計は前記複数の波長の１つに応答し、対応する干渉計の経路長に依存する、反射されたもしくは透過された光出力信号を生成し、さらに光出力信号を復調し、各干渉計の光路長を表す、対応する複数の計測信号を生成する１つもしくはそれ以上の復調器を備える。
【選択図】図１６

Description

この発明は、干渉センシング装置（apparatus for interferometric sensing）に関する。

構造物における動きによって誘発され得る応力や歪、圧力変化および温度変化の計測のような、環境についてのリアルタイムな情報を与える受動センサの感度を改善する要求が、多くの産業分野にある。歪をセンシングする伝統的な方法は圧電ストレンゲージに依っていて、それは与えられた歪を表す電圧を発生する。しかしながら、圧電ベースのシステムは、圧電センサのコスト、センサの大きさ、長いケーブル上の信号減衰、電磁的な干渉によって引き起こされるスプリアス信号、より大きなアレイにセンサを接続するための高速電気ケーブルの価格などを含む、数多くの問題に苦しんでいる。圧電ベースの方法の数多くの問題は、光学機器に基づく技術を使うことによって克服され得る。たとえば、センサに光ファイバが接続され得て、その光ファイバは、電気ケーブルよりかけ離れて大きい帯域幅を有し、しかも電磁的干渉に対して不感である。光学システムは、安価で、商品化されている電気通信用機器を用いて構成され得る。歪計測は、相対的に安価なファイバブラッググレーティング（Fibre Bragg Gratings）を用いる光学システムにおいてなされ得る。

ファイバブラッググレーティングは、高輝度紫外光を用いて光ファイバのセグメントに沿って周期的なパターンを焼き付け（すなわち、書き込み）することによって作られ、そのパターンは高／低屈折率の交互の線からなり、それがブラッググレーティングである。ブラッググレーティングは高度な色選択性ミラーであり、その周期的構造を通る光はそれの波長に応じて、透過されもしくは反射される。反射される波長はグレーティングの設計において選択され得て、たとえば、１つの波長（もしくは色）の光が反射される程度は、グレーティングを形成する線の間隔に依存する。

ファイバブラッググレーティングはセンサとして使用され得る。なぜなら、線の間隔かつしたがって１つの選択された波長における反射光の量が、ファイバの光路長とともに変化し、光路長はまた機械的な歪や温度とともに変化するからである。

ファイバブラッググレーティングは、水中の音響アレイセンサ、軍および航空宇宙産業におけるスマート構造物の埋め込みモニタ、医学的なセンシングのための超音波水中聴音器、潜水艦監視および地球物理調査のための地震センサのような多様な応用のために、超高感度のスタティック（静的）なもしくはダイナミック（動的）な歪検出器として提案されている。圧電歪センサに対する利点は、より小さい断面積、大きなアレイへの拡張性、電磁的な干渉の影響を受けることについての安定性および危険な環境応用を含む。さらに、光センサアレイは、離れたところから応答指令信号を受ける（interrogated）ことができ、標準的な商品化された、電気通信機器を使って光学的に多重化され得る。以前の実証は、グレーティングが歪や温度によって乱されるので、全体のブラッグ波長における変化に基づいていた。応答指令信号を送る技術がより洗練されてきたので、種々の信号処理やアクティブ縞側ロック方法（active fringe side locking schemes）が用いられていて、それらはこのセンシング方法の解決を強力に改善した。

特許文献１は、広帯域切換え光源（switched light source）および光ファイバブラッググレーティングに形成され得るセンシング干渉計（sensing interferometer）を用いる干渉センシング装置を開示している。適合された干渉計は位相変調器を内蔵し、センシング干渉計は適合された干渉計における光路差にほぼ等しい光路差を有する。異なる波長における光干渉信号がセンシング干渉計の各々によって検出器へ戻される。各干渉信号はセンシング干渉計の光路長と適合された干渉計の光路長との間の差を表し、それが計測信号として使用され得る。この方法は、(i) センシングおよび基準干渉計の間の光路長の正確な制御を行うこと、(ii) 基準干渉計から生じる音響ノイズを減少させること、および(iii) 白色光の使用から生じる、制限された歪の分解能およびダイナミックレンジを改善することを含む、数多くの困難性によって制限される。

非特許文献１に他のアプローチが説明されていて、そこでは、ＲＦ（無線周波数)変調技術がファイバブラッググレーティング構造体に応答指令信号を与えるために使用される。歪測定は、グレーティングによって反射されたレーザ発光からのブラッグ波長における変化の大きさを得ることによってなされる。
US2001/0013934 A1 「Optics Express」Vol.13，No. 7 G. Gagliardi 等

非特許文献１の方法は、(i) ＲＦ変調は、ファイバブラッググレーティングの感度のよい帯域幅に比べて非常に高くされる必要があること、および(ii) 誤差信号の周波数弁別および歪弁別がファイバブラッググレーティングの感度のよい帯域幅によって制限されるので、達成可能な感度が低いことなど、多数の困難性のゆえに制限される。

この発明の１つの局面に従えば、各々が、対応する複数の選択された波長における発光を与える複数の単一縦モードレーザ源、各レーザからの発光を周波数または位相変調するための少なくとも１つの変調器、および光ファイバ中に書き込まれたブラッググレーティングによって形成される、複数のファブリ・ペロー干渉計を備え、各干渉計は前記複数の波長の１つに応答して、対応する干渉計の経路長に依存する、反射されたもしくは透過された光出力信号を生成し、さらに光出力信号を復調して、各干渉計の光路長を表す、対応する複数の計測信号を生成する１つもしくはそれ以上の復調器を備える、干渉センシング装置を提供する。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴，および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

レーザ源１００は、図１に示すように、選択され得る中心波長における単一縦モードを有するレーザを含む。変調器１０２は、レーザからの選択された波長の発光または照射を周波数もしくは位相において変調し、それは結果的に「周波数変調された」（ＦＭ）出力１０４となる。このＦＭ光ビーム（すなわち、変調された発光）は、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（Fibre Bragg Fabry-Perot Interferometer：ＦＦＰ）１０６へ送信される。レーザ源１００の中心波長は、この干渉計１０６の共振波長に対応するようにもしくはその共振波長に当たるように選択される。このことは、レーザ源の中心波長をチューニング（tuning）することによってまたはファイバ干渉計をチューニングすることによって達成され得る。干渉計は、応力（stress）チューニング、歪（strain）チューニングおよび温度チューニングを含む数多くのメカニズムを通して、チューニングすることができる。レーザのチューニングメカニズムについては以下に説明する。

ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計は、ファイバ光路変位による１つのファイバブラッググレーティングにおける位相変化を効果的に増倍する。グレーティング書き込みプロセスの注意深い制御およびガラス材料の適正な選択によって、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）は１０００を超えるフィネス（finesse）および数ＭＨｚの準位幅（linewidth）を持つことができる。

変調されたレーザビーム１０４は、ファイバ干渉計１０６から反射されもしくはそこを通して透過され、光出力信号を作る。光出力信号は光出力信号１０８を含み、それは干渉計１０６の光路長についての情報を送信する。光出力信号１０８は復調器１１０によって検波され、それは変調信号１１２を通して変調器１０２で同期化され、そして計測信号１１４が、干渉計１０６の光路長に依存する復調の後に生成される。

ファイバ干渉計１０６は、歪センシングのための多数の魅力ある系統的な利点を有する。センサは、０．３ｄＢ／ｋｍの低損失を有するＳＭＦ‐２８（Corning Inc.の商品名）光ファイバを使用することができるので、センサは比較的安価である。センサは、マイクロワットレベルの小さいレーザパワーがあればよく、レーザ輝度ノイズ（intensity noise)やリモートストリーマ（remote streamer）ファイバ位相ノイズのような、さもなければレーザ源を制限する多数のものからのノイズに対して不感である。センサはまた、ここ以降に説明するように、すべての光学アレイに容易に拡張可能である。

干渉センシング装置の実験に基づいた実現において、図２に示すように、レーザ２０２はビーム２０４を発生し、このビームはミラー２０６を介して、さもなければレーザへ逆伝搬されるかもしれない光反射を阻止するために使用されるアイソレータ２０８へ向けられる。半波長（１／２波長）板２１０は、外部位相変調器２１６を使って周波数変調されるより前に、ビームの偏光（polarisation）を調整するために使用される。位相変調器は信号発生器２１２によって駆動される。変調されたビーム２１８はミラー２２０を介して、第２の半波長板２２２およびレンズ２２４へ向けられ、レンズはそのビームを或る長さの光ファイバ２２６中へフォーカスする。入射ビームＥｉは、光サーキュレータ２２８および第２長のファイバ２３０を介して、２つのファイバブラッググレーティング２３２および２３４から形成された、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計２３６へ進む。

入射ビームＥｉの一部Ｅｒは干渉計２３６によって反射され、この部分Ｅｒはファイバ２３０に沿って反射して戻され、サーキュレータ２２８を介して第３長のファイバ２４４へ反射され、このファイバ２４４は、反射ビームをフォーカスレンズ２４６を介して光検出器２４８へ引き渡す。反射部分Ｅｒかつしたがって反射光検出器２４８によって検出された信号は、干渉計の光路長に依存する干渉計２３６の反射特性に依存する。反射光検出器２４８によって検出または検波された信号は、ミキサ（混合器)２５０でミックスダウンされ、計測信号または誤差信号２５６を与え、その信号２５６は干渉計の光路長を表す。ミキサ２５０は、信号発生器２１２に対して移相器２５２によって設定された固定位相関係を有する復調信号を用いる。ローパスフィルタ２５４は誤差信号から高調波ノイズを除去するために、オプション的に使用され得る。

入射ビームの他の一部分は干渉計によって透過され、第２アイソレータ２３８およびフォーカスレンズ２４０を通して、透過光検出器２４２へ与えられる。反射光検出器２４８からの信号に類似する態様で、透過光検出器２４２からの信号は信号発生器２１２からの一定位相の信号と混合され、干渉計２３６の光路長を示す誤差信号を引き渡す。

図２の装置において、レーザ２０２は、たとえばNew Focus Vortex ６０２９（New Focus社の商品名）のような、１ＭＨｚの工場調整済みの準位幅およびおよそ３００ｋＨｚの固有の準位幅を有する、外キャビティダイオードレーザであってよい。このレーザの光波長はおよそ１５５０．１５ｎｍに中心合わせされていて、およそ０．４０ｎｍのチューニング範囲を有する。レーザ２０２の選択された中心の波長は、そのレーザそれ自身において圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）に対して電圧を印加しそれによってレーザキャビティ長を変化させることによって、チューニングされ得る。たとえば、New Focus Vortex ６０２９の工場におけるキャリブレーションでは、圧電アクチュエータが１２．５ＧＨｚ／Ｖの利得、したがっておよそ５０ＧＨｚの周波数範囲に対応するおよそ０．４０ｎｍのチューニング範囲を特定する。光アイソレータ２０８を通過した後、レーザ偏光は、たとえばNew Focus ４００３（New Focus社の商品名）のような共振位相変調器２１６によって１５ＭＨｚで変調される前に、半波長板２１０によって垂直に調整される。位相変調器２１６は無線周波数（ＲＦ）信号発生器２１２によって駆動されてよく、この信号発生器２１２はまた、上で述べたように、復調システムのための局部発振信号を提供する。変調されたレーザビーム２１８は、非球面レンズ２２４によって、ファイバピクテール（長さの短い：fiber pigtailed）独立偏光（polarisation‐indpendent）光サーキュレータ２２８へ結合され、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）２３６へ接合される。システムの性能をテストするために、ＦＦＰは１対の磁気クランプ（図示せず）の間に保持され得て、そのクランプの一方は次いで変換ステージ上に組み込まれていて、それによってブラッグ波長がレーザの波長範囲内へ伸縮してチューニングされる。図３ａはＦＦＰ２３６のチューニングを概略的に示す。グレーティング間隔Ｌは、ブラッググレーティングミラー２３２および２３４の間の単一通過有効光路長（a single pass effective optical path length）として定義される。ＦＦＰの共振周波数は、Ｌを増加しもしくは減少させることによってチューニングされ得て、Ｌを増加させると共振中心周波数を小さくし、Ｌを減少させることによって共振中心周波数を大きくする。このチューニングは、管を圧縮することによって管の長さ内でＦＦＰを伸縮し、加熱し、冷却しそして圧縮するなどの数多くの方法において実行され得る。

ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計は１対の、名目上適合した１３．５ｄＢのブラッググレーティング（Ｒがおよそ９５．５％）によって形成され得て、各々は、１５ｍｍの長さであって、１０ｍｍ間隔が隔てられ、単一の位相コヒーレント書き込みプロセスによって製作される。ファイバの長さに沿った例示の紫外線露光プロファイルが図３ｂに図示され、そこで、Ａは１３ｍｍ、Ｂは１０ｍｍ、そしてＣは１５ｍｍである。当業者に知られているように、他の紫外線露光プロファイルがまたＦＦＰを書き込むために使用され得る。ブラッググレーティングは、アポディゼーション（apodisation）を用いない、水素化したＳＭＦ‐２８ファイバに書き込まれてよい。

図２を参照して、透過した信号Ｅｔおよび反射した信号Ｅｒは、ともに、非球面レンズによって自由空間中へコリメート（平行）バックされ、次いで、各々がおよそ２０ＭＨｚの電子帯域幅を有する光検出器２４２および２４８上にそれぞれフォーカスされる。透過されたポートにおける光アイソレータ２３８は、コリメートする非球面からの残留裏面反射による寄生エタロン（etalon）効果を除去するために使用され得る。ＲＦ局部発振器（すなわち、信号発生器２１２）は、反射されたポートからの電子信号をミックスダウンするために使用される前に、移相器２５２を介して移相される。

局発移相器２５２は、誤差信号を最大にし、したがってシステムのために最大のＳ／Ｎ比を与えるようにすることによって、実験に基づいて最適化され得る。別の方法では、同相デュアルチャネルのクォドラチャ検波器が、位相を自動的に最適化するために使用され得る。最適位相は、誤差信号を発生するためにミキサに入力するＲＦ局部発振器の位相に影響する。ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計の半値幅（full-width half-maximum bandwidth）（Δν_０．５）に対する変調器周波数（ν_ｍ）の比に依存する誤差信号を発生することができる２つのメカニズムがある。Δν_０．５に比べて低い周波数ν_ｍのための有力なメカニズムは、一方の側波帯における他方の側波帯に対する相対的な変化である。高い周波数ν_ｍ（すなわち、ν_ｍ＞＞Δν_０．５）のための有力なメカニズムは、両側波帯に対する搬送波（キャリア）の位相回転である。最初のメカニズムは、２番目のメカニズムから離れて、復調位相（局部発振器位相）９０度が必要である。

ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計の偏光依存性は、レーザがファイバ中に結合される前に、半波長板２２２によって検査され得る。実施例においては、半波長板を回転したときに、共振周波数における目に見える変化は観察されなかった。このことは、実施目的のために、製作プロセス中におけるグレーティングコアの紫外線照射が等方性であると見なせることを意味している。寄生複屈折（parasitic birefringence）による非縮退（non-degeneracy）は、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計共振の準位幅分解能を超える。なぜなら、２つのモードが、正しく振る舞う誤差信号を入力偏光揺らぎ効果（input polarisation wander effects）から開放するからである。

図４に示す、干渉センシング装置の他の例は、波長制御器４０２がレーザ出力の中心波長を制御し、この波長制御器がまた復調器１１０からのフィードバック４０４によって制御される、という点で先に述べた装置と異なる。

レーザ源１００の中心波長は、レーザキャビティの長さを変更することによって、または外部で長さを制御されたキャビティにレーザを周波数ロックすることによって、またはレーザダイオードの駆動電流を変調することによって、あるいは当業者に知られた他の手段によって、制御され得る。

図５に示す、フィードバックおよび波長制御付きの干渉センシング装置の実験例において、復調システム５０２からの誤差信号が増幅器５０８によって増幅されかつ／もしくは周波数フィルタリングされ、次いで、たとえばレーザのキャビティ長をチューニングする圧電素子である波長制御器４０２へフィードバックされる。図６は別の実験例を示し、そこでは、レーザ出力は、外部位相変調器２１６で出力を外部的に位相変調するというよりむしろ、レーザの駆動電流６０２を直接変調することによって変調される。

ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）２３６へのレーザ源１００の周波数ロック（同調または同期）によって、ＦＦＰ２３６が温度ドリフトや低周波歪に応答して周波数を変化させるとき、レーザ２０２がＦＦＰ２３６のモードに追従することができる。温度ドリフト以上の周波数で、ループ状誤差信号（すなわち、フィードバック４０４）がＦＦＰ２３６でピックアップした音響信号を表す。低い周波数について、信号は大きなダイナミックレンジで復元され得る。センサのダイナミックレンジはただ、レーザの周波数チューニング範囲を問い合わせることによって制限される。フィードバック４０４におけるこの誤差信号出力は、ファイバに影響する音響信号の結果として、ＦＦＰ２３６に誘発された歪に比例する。フィードバック４０４における信号は、波長制御器４０２への入力で取り込まれ得て、直流（ＤＣ）からフィードバック制御ループの単位利得帯域幅への周波数範囲にわたって有効である。低い周波数のダイナミックレンジはＦＦＰモードの半値幅（ＦＷＨＭ）よりはるかに大きくでき、それは、レーザの周波数チューニング範囲が１００ＧＨｚ以上であり得るので、典型的には１００ないし２００Ｈｚである。制御ループの単位利得周波数以上のセンサによってピックアップされた信号は、復調システム５０２の出力でアクセスされ得る。これらはループ外の信号であり、ダイナミックレンジはＦＦＰモードの幅（たとえば、２００ＭＨｚ）のＦＷＨＭによって制限される。なぜなら、これらの信号はロック動力学（locking dynamics）が無視できる効果を有し、したがって制御帯域幅を最大化することによってセンサのダイナミックレンジが最適化される、そのような単位利得より上の周波数範囲にあるからである。

レーザ源１００をファイバ干渉計１０６へ周波数ロックするための好ましい技術は、Pound-Drever-Hall（パウンド・ドリバー・ホール:ＰＤＨ（側波帯を用いる））のロック方法である。このPound-Drever-Hallのロック方法の原理モデルにおいて、干渉センサは関心のある帯域幅内において、自由空間共振キャビティによって近似され得て、ＦＦＰ２３６において用いられているブラッグ反射器は広帯域であり、反射器および共振器の屈折率は非分散である。光キャリア周波数νにおいて、距離Ｌによって隔てられた２つの適合した反射器で形成される無損失ＦＦＰの複合反射応答は、それらの振幅反射係数をｒとするとき、数１で表され得る。

ここで、ＥｒおよびＥｉは反射および入射電界であり、θ（ν）＝２πνｎＬ／ｃが屈折率ｎの材料中での往復位相であり、Ａ（ν）およびφ（ν）は、それぞれ、振幅および位相応答である。ＦＦＰはΔν_０．５の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。

Pound-Drever-Hallのロック方法は、ＦＦＰ２３６をν_ｍで変調されたレーザキャリア位相で応答指令信号を送ることを含み、光検出器で、反射された出力を計測する。電子的な変調およびローパスフィルタリングの後、この信号は数２へ導かれる。

ここで、中間項は数３で示される。

ν_＋＝ν＋ν_ｍおよびν₋＝ν−ν_ｍ：Ｐｃはキャリアにおけるパワーであり、Ｐｓは各側波帯におけるパワーである。位相シフトΨは復調された誤差信号を最適化するように設定される。これは数４のとき達成される。

ここで、ｍは整数。往復位相θ（ν）は、キャリアがＦＦＰに共振するとき、θ（ν）＝ｍ２πである。

数３から、ν_ｍ＜＜Δν_０．５、φ（ν）−φ（ν_＋）およびφ（ν₋）−φ（ν）の場合、両方とも非常に小さく、そのために数式はそれの実数部によって支配される。逆に、ν_ｍ＞＞Δν_０．５のとき場合、キャリアがほぼ共振であるとき、側波帯はＦＦＰの準位幅よりかなり外側である。この場合、位相差の項はπ／２に近づき、数式はそれの虚数部によって支配される。ＦＦＲの線形（linehsape）が対称でありキャリアが共振にあるなら、両方の場合について、Ａ（ν＋）＝Ａ（ν₋）およびφ（ν）−φ（ν_＋）＝φ（ν₋）−φ（ν）となり、数３かつしたがって数２がゼロになることを意味している。これは周波数サーボの通常のロック点である。数２から、中間項が０になったとき（共振にロックされたとき）出力Ｖ（ν）がゼロとなり、ＰｃおよびＰｓからは独立していることが明らかである。したがって、ロックしたとき、Pound-Drever-Hallのシステムは、レーザ輝度ノイズにおける一次（first order）への変化に不感である。比べてみると、縞側（fringe side）ロック技術は輝度ノイズに対して暗黙のイミュニティ（耐性：immunity）を示さず、付加的な輝度モニタや減算回路を必要とする。

第１曲線（すなわち図７におけるグラフ（ａ））は、ν_ｍ／Δν_０．５＝０．１の場合の論理的な誤差信号を示していて、第２曲線すなわちグラフ（ｂ）は、ＦＦＰの共振点を越えてνが走査されたときの、ν_ｍ／Δν_０．５＝１０の場合についてのものである。図７の第３曲線すなわちグラフ（ｃ）はν_ｍ／Δν_０．５＝２である中間の場合を示す。第２曲線における２つの付随する誤差信号はＦＦＰ共振点を経た側波帯によるものであり、これに対して、第３曲線の誤差信号は、１つのほとんど方形誤差信号を形成するように合流するキャリアおよび側波帯によるものである。プロットは１５０ＭＨｚの共振準位幅を想定しており、それは位相変調周波数１５ＭＨｚ、１５００ＭＨｚおよび３００ＭＨｚを使って応答指令信号を与えられる。

ν_ｍ＞＞Δν_０．５である場合、古典的なPound-Drever-Hallのロックレジーム（体制）を説明していて、それは高フィネスのファブリ・ペローキャビティを必要とする。両極端の原因となる動作の原理は同じようであり、この明細書では、２つとも、Pound-Drever-Hallのロックと呼ばれる。

或る共振ＦＷＨＭ、Δν_０．５について、Pound-Drever-Hallの誤差信号のチューニング点の間の周波数間隔はν_ｍに依存する。それは、図８における理論的なプロットによって図解されるように、ν_ｍ＜＜Δν_０．５およびν_ｍ＞＞Δν_０．５の両方の場合について、漸近値に近づく。プロットはν_ｍ毎に最適化されたΨで計算される。

他方、或る変調周波数について、誤差信号の大きさかつしたがって傾斜はＦＷＨＭ帯域幅（半値幅）Δν_０．５に依存する。図９は正規化されたＦＷＨＭ帯域幅に対するピーク−ピークの正規化された誤差信号の大きさの理論的プロットを示す。誤差信号の大きさは、ν_ｍ＜＜Δν_０．５のときゼロに近づき、ν_ｍ＞＞Δν_０．５のとき漸近値に達する。

図５に示す装置において、２Ｖｐ‐ｐで５０：５０の対称性の９５Ｈｚのランプ電圧が、３８０Ｖ／ｓの傾斜に一致するレーザキャリア周波数を掃引するために、レーザの圧電トランスデューサの入力に与えられ得る。レーザ周波数が走査される間ディジタルオシロスコープを使って記録され得る３つの信号が図１０に示される。図１０の第１曲線すなわちグラフ（ａ）がＦＦＰ２３６によって反射された例示信号を示し、反射光検出器２４８によって計測される。図１０の第２曲線は透過されかつ透過光検出器２４２によって計測される例示信号を示す。図１０の第３曲線はミックスダウンされた実験に基づいた誤差信号２５６に対応する例示を示す。図１０は、また、第１曲線におけるブラッググレーティング帯域幅内の２つのＦＦＰ共振点を示し、それは異なるピーク高さを有しかつΔν_０．５のものであり、共振点は高フィネスモード１００２および低フィネスモード１００４である。

図１０における高フィネスおよび低フィネス共振モード間の差は、ブラッググレーティング対の周波数依存反射率によるものであり、結果的に２つの共振点において異なるフィネスを示す。この例におけるグレーティングが製作プロセス中にアポダイズ（apodised）されなかったので、それらの帯域幅の中心に近いより高い反射率が期待され、第１共振器モードの高フィネス（すなわち狭帯域）がこのことを確認する。さらに、図１０（ａ）における２つのピークの高さを比べることによって、低フィネスの共振点はインピーダンスマッチングに近いように見える。この低フィネスモードにおいては、レーザ光のほとんどすべてが透過され、反射された信号はゼロに近づく。十分結合されていない高フィネスモードに比べて、透過される強度における差は、特にグレーティング対間の１０ｍｍの間隔における共振器の紫外線が誘起する損失によって説明できる。高フィネス共振は、それのより大きな共振器往復数または合計蓄積時間のゆえに低輝度を透過し、それは、結果的に、共振器内を循環する間、合計損失を大きくする。この損失を減じるために、紫外線レーザが制御され、共振器製作プロセス過程においてグレーティング対間のファイバ露光を回避する。

高フィネス共振についての透過パワー曲線（図１０における第２曲線）および反射誤差信号（図１０における第３曲線）が図１１に拡大して示される。図１１の第１曲線における圧電トランスデューサ走査のためのＦＷＨＭ時間はおよそ３０μｓであり、それは圧電トランスデューサの１１．４ｍＶに対応する。チューニングの与えられた１２．５ＧＨｚ／Ｖに校正されたレーザ圧電トランスデューサについて、このモードのＦＷＨＭ帯域幅は１４３ＭＨｚであろう。比べてみると、低フィネス（すなわち、広帯域）共振は６６μｓのＦＷＨＭ時間を有し、それは３１４ＭＨｚのΔν_０．５帯域幅を意味する。２つの共振ピーク１００２および１００４の間の間隔は、図１０に示すように、およそ１．９ｍｓであり、９ＧＨｚのスペクトル範囲に対応し、したがって、狭帯域モードはおよそ６３のフィネスを有し、広帯域モードの共振はおよそ２９のフィネスを有する。

図１０における高フィネスモードのためのν_ｍ／Δν_０．５の比はおよそ０．１である。図１１の第２曲線におけるその誤差信号のための対応するピーク‐ピーク時間はおよそ２０μｓであり、およそ０．６０のΔν_０．５比に対する誤差信号のチューニング点の周波数間隔に対応している。他方、低フィネス共振器は３８μｓの誤差信号のピーク‐ピーク時間を有し、それはおよそ０．０５のν_ｍ／Δν_０．５に対応し、およそ０．５８のΔν_０．５比に対する誤差信号のチューニング点間隔に対応する。２つのモードについてΔν_０．５比に対する誤差信号のチューニング点間隔は互いに接近していて、図８に示すような値に一致している。これらの準位幅において、ν_ｍがΔν_０．５に対して十分小さく、下限の漸近値に近づく。

高フィネスモードのためのピーク‐ピーク誤差信号は図１０の第３曲線において見られるように、低フィネスモードのそれより大きい。なぜなら、高フィネスモードについてのν_ｍ／Δν_０．５は、図９における理論的プロットによって予測されるように、低フィネスモードのそれの２倍であるからである。高フィネスモードのための誤差信号のピーク‐ピーク電圧は、たとえば１．４Ｖであり、低フィネス共振のためのものは０．６３Ｖである。ν_ｍ／Δν_０．５の０．１および０．０．５の２つの点は、図９の挿入図における理論的プロットで正規化されかつ付加される。

１．４５の実効屈折率を考えた場合、９ＧＨｚの自由スペクトル範囲が１１．５ｍｍの共振器長を結果的にもたらし、グレーティングの有効反射点が各グレーティングの内側においておよそ０．７５mmであることを意味する。

共振を通した誤差信号の傾斜は、高フィネスモードについてはおよそ１９ｎＶ／Ｈｚであり、低フィネスモードについてはおよそ９ｎＶ／Ｈｚである。高フィネス共振はPound-Drever-Hallのロックのために好ましいモードであり、それは、低フィネスモードより感度のよい周波数および変位弁別を与える。

図５の装置におけるフィードバックを初期化するために、信号発生器からのランプ電圧がオフされ得て、圧電トランスデューサの直流オフセット電圧がゆっくりとチューニングされ、その間透過および反射レーザ輝度がオシロスコープによってモニタされる。レーザ波長が選択されたＦＦＰ２３６のピークでほぼ共振すると、透過輝度はその最大に近づき、フィードバックループが次いでロックするように引き込まれる。このプロセスからの模範的な結果が図１２のディジタルオシロスコープのトレースによって示される。フィードバック増幅器５０８はたとえば、０．０３Ｈｚの折点（コーナー）周波数を持った単一実極応答（single real pole response）を有する。全フィードバックループはおよそ１０００の直流利得と４０Ｈｚの辺りの単位利得帯域幅を有する。このタイプの装置は数時間ロックされたままである。ロックの終了は、グレーティングがレーザチューニング範囲の外へドリフトしたときに生じる。

図１３は上で述べた部品を用いるアクティブフィードバックを備える干渉装置で計測した例示の周波数ノイズスペクトラム１３０２を示す。このシステムノイズは、計算された散弾ノイズ１３０４および計測された電子ノイズ１３０６が付加されて示される。周囲励起以上の周波数において、レーザの自由走行周波数ノイズはこの計測をおよそ３００Ｈｚ／√Ｈｚに制限する。周波数ノイズＳｆの白色スペクトル密度を有するローレンツ線形をレーザが持っていると想定すると、レーザの３ｄＢ準位幅Δν_Ｌは数５で推定され得る。

ここで、ＳｆはＨｚ／√Ｈｚの単位を有する。したがって、およそ３００Ｈｚ／√Ｈｚの広帯域周波数ノイズはおよそ２８０ｋＨｚの固有レーザ準位幅に対応していて、事例のレーザについての３００ｋＨｚの製造者の推定と一致する。

ブラッググレーティングの応答度は数６によって推定され得る。

ここで、εは歪摂動であり、λ_Ｂはブラッグ波長である。たとえば、１ｐｍの誘発グレーティング波長シフトは、およそ０．８μεの歪に対応する。λ_Ｂ＝１５５０ｎｍにおいて、数６は数７の変換係数に到達するように再配置され得る。

ここで、Δν_Ｂは等価的な誘発グレーティング周波数シフトである。１ｐｍが１５５０ｎｍにおいて１２５ＭＨｚと等価であるので、図１３に示すものと等価な高周波ノイズの底（floor）はおよそ２ｐε／√Ｈｚの広帯域歪感度を持つであろう。

図１３における散弾ノイズ１３０４は数８のように計算された。

ここで、Ｖ_ＳＮは等価的な散弾ノイズ電圧であり、ｅ＝１．６０２×１０^−１９Ｃは電子電荷であり、Ｖ_ＤＣはシステムがロックされているときの光検出器の直流出力電圧であり、ｇは光検出器のトランスインピーダンス（transimpedance）利得であり、αはミキサ変換利得である。誤差信号の傾斜によるＶ_ＳＮの商は次いで、Ｈｚ／√Ｈｚの単位における散弾ノイズを与え、それは１６Ｈｚ／√Ｈｚであると計算され得て、この実施例については、およそ１００ｆε／√Ｈｚ（＝１６Ｈｚ／√Ｈｚ×Δε／Δν_Ｂ）の制限している散弾ノイズ感度に合致する。電子ノイズ１３０６はミキサ出力において計測された暗（dark）ノイズである。

フィードバックシステムの単位利得帯域幅内において、センサのダイナミックレンジはレーザの光周波数のチューニング範囲に依存する。５０ＧＨｚの圧電トランスデューサチューニング範囲を有する事例のレーザについては、システムの低周波ダイナミックレンジは３３０με（＝５０×１０^９Ｈｚ×Δε／Δν_Ｂ）に制限される。＞１００ｋｐｓｉの破壊応力および石英ガラスについての１．０２×１０^４ｋｐｓｉのヤング率（縦弾性係数）を想定すると、破壊応力は＞９８００μεであり、それは、典型的にレーザのチューニング範囲を超える。単位利得帯域幅より上において、センサのダイナミックレンジは共振器のＦＷＨＭ帯域幅によって０．９με（＝１４３×１０^６Ｈｚ×Δε／Δν_Ｂ）に制限される。したがって、大きいダイナミックレンジの応用のためには、好ましい動作アプローチは、単位利得帯域幅を最大より外へ拡張して、レーザの圧電トランスデューサ入力においてループ状（in-loop）計測を行うことである。

図６に示す装置において、電流変調がレーザ出力を変調するために使用され得る。レーザ源の一例は、１５５０．１５ｎｍに中心が合わされたNew Focus Vortex ６０２９のチューニング可能な外部キャビティのダイオードレーザであり、約０．４０ｎｍもしくはおよそ５０ＧＨｚのチューニング範囲を有する。レーザの波長は、圧電トランスデューサへ電圧を付与してレーザキャビティ長を変化させることによって、チューニングされる。ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）２３６は、各々が１５ｍｍの長さでかつ１０ｍｍ隔てられた１対の名目上適合している１３．５ｄＢのブラッググレーティング（Ｒがおよそ９５．５％）からなる。選択されたＦＦＰ共振はおよそ１４３ＭＨｚの半値幅（ＦＷＨＭ）の準位幅を有する。復調およびフィードバックが図５を参照して上で説明されている。誤差信号６０４は２つの目的のために働く。(i) 低周波（＜２０Ｈｚ）において、ＦＦＰ共振の中心へレーザを確実にロックし続けるために、レーザ２０２へフィードバックさせるために、サーボ増幅器によって信号が使用される。(ii) より高い周波数において（＞１００Ｈｚ）、誤差信号はＦＦＰ２３６から読み出された動的歪を与える。

図１４は２つの事例の方法の周波数ノイズを比較していて、グラフ（ｃ）１４０２に外部位相変調（図５における事例の方法によって示される）、およびグラフ（ｂ）１４０４における直接電流変調（図６における事例の方法によって示される）である。

上で説明したグレーティング応答度のための実験モデルを使用して、この周波数ノイズのスペクトル密度は等価的なファイバ歪に変換され得る。これらの事例のシステムから図１４における結果が、外部位相変調および直接電流変調はともに、およそ２Ｐε／√Ｈｚの広帯域歪感度をもたらすことができることを例証している。２つの方法は、閉ループ励起による圧電トランスデューサ共振を含むオーディオ周波数の環境ノイズおよび低い周波数における広帯域の音響ノイズの同じ成分を示すであろう。２つの変調方法は匹敵する広帯域感度を生じる。

図１５に示す複数のセンサを有する干渉センシング装置において、複数の変調されたレーザ源からの複数の変調された信号は、波長分割多重（ＷＤＭ）方法を使って１つの光ファイバへ結合され得る。複数のセンサ要素１５０２は各々がファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計２３６を含み、光ファイバの単一長に沿って直列に配置される。センサは、上で説明したように、光出力信号が図１５に示すように干渉計を通した透過から生じるように、あるいは光出力信号が干渉計からの反射から生じるように配置され得る。ファイバにおける各干渉計は図１５に示すように別々の選択された波長λ１，λ２，λ３，…の光に応答し、各干渉計はそれの動作波長に対応する発光のビームによって応答指令信号を受ける。別々の選択された波長の波長間隔は、利用可能なＷＤＭシステムやファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計の構成によって制限されて、典型的には約０．２５ｎｍである。

図１５に示す事例において、応答を指令するレーザビーム（各々が別々の選択された波長である）が複数の別々のレーザ源１５０４から起り、それらのビームは光マルチプレクサ１５０６で結合される。各レーザからの発光は対応する波長制御器によって制御された中心波長を有し、それは複数のＲＦ変調器１５２０の１つによって変調される。上記干渉計の光路長を示す複数の光出力信号は、光デマルチプレクサ１５０８あるいは類似の光学素子を用いて別々の復調器へ向けられる。光出力信号は、１つの干渉計の装置について上で説明した方法で、複数の光検出器１５１０、ミキサ１５１２および移相局部発振器信号（対応するＲＦ変調器１５２０からの）を介して復調され得る。復調された信号は、ローパスフィルタされ、誤差信号１５１８が干渉計の光路長を示すように観察される。誤差信号はレーザの波長制御器へフィードバックされてもよく、それゆえに各レーザを、上で述べたPound-Drever-Hallの技術のような周波数ロック方法を介してそれの対応する干渉計の中心波長を追従させる。

図１６を参照して、複数のセンサを有する装置において、ファイバ干渉計１６０４の間の距離１６０２はｄ１‐ｄ４の文字によって表される、１０メートル台から１００メートル台（10s to 100s of metres）である。

複数のセンサを有する装置において、変調周波数は、１つのファイバに沿って連続するファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計の間に形成された２次ファブリ・ペローエタロン（すなわち、２次干渉計）の自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）の半分の倍数に等しくなるように有利に選択され、このことによって応答指令信号出力から残留エタロン効果を除去する。この周波数関係が概略的に図１７に示される。もし、変調周波数１７０２（たとえば、１０ないし２０ＭＨｚ）が応答指令信号を受けたファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計モード１７０４（たとえば、１００ないし２００ＭＨｚ）と比較して小さく、かつ復調位相遅れが最適化されると、誤差信号は側波帯１７０６，１７０８の互いに対する相対的変化を表す。電流変調周波数１７０２を、連続する干渉計の間のエタロン周波数応答１７１０のＦＳＲの半分にもしくはＦＳＲの半分の高次の倍数に精度よくチューニングすることによって、両側波帯は同じエタロン効果を経験する。そのような装置において、同じファイバにおけるすべてのセンサ‐センサ間間隔は、一定のエタロン周波数応答１７１０を与えるために、固定されしかも同じ長さ（もしくは固定間隔の数倍）でなければならない。この間隔設定方法によって各々のファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計上のアポディゼーションの条件を緩和し、したがって、より近いセンサチャネルの間隔を可能にする。ＦＳＲ＝ｃ／２ｎｄのエタロンについて、変調周波数Ｆ_ｍｏｄは、側波帯毎に、エタロンによって等しく反射され／透過されるように、Ｆ_ｍｏｄ＝（ｊ／２）ＦＳＲまたはＦ_ｍｏｄ＝（ｊ／４）（ｃ／ｎｄ）に設定されなければならず、ここでｊは整数であり、ｎは屈折率であり、ｄはセンサ間の間隔を示す。１つのファイバにおける干渉計要素間の或る間隔について、その間隔が大きい（たとえば、メートルの数１０倍である）場合、条件を充足する複数の変調周波数があり、各々は異なるｊ値を有する。別の方法では、間隔の再配置はｄ＝（ｊ／４）（ｃ／ｎＦ_ｍｏｄ）を与える。たとえば、Ｆ＝２０ＭＨｚでかつｎ＝１．４４６のとき、間隔は２．６メートルの倍数でなければならない。

複数のセンサを有する装置の別の実現方法は、図１８に示され、複数のレーザ出力を１つのファイバに結合するＷＭＤ光学素子１８０４から下流に１つのＲＦ位相変調器１８０６を有する。この配列は外部位相変調器の使用をファイバ毎に１つの変調器に減じる。この装置において、別々の選択された波長λ１，λ２，λ３，…の複数のレーザ源１８０２は波長分割多重（ＷＤＭ）光学素子１８０４を用いて結合され、１つの光変調器１８０６、たとえば１つの外部変調器を使って変調される。１つのＲＦ（信号）源が変調器１８０６を駆動するために必要なだけである。レーザ１８０２からの発光は１つの光ファイバ中へ結合され、各々が別々の選択された波長λ１，λ２，λ３，…に応答する複数の干渉計１８１０に応答指令信号を与える。光出力は、透過または反射を通して集合され、ＷＤＭ光学素子１８１２を使って、別々の波長に対応する別々のチャネルに分離され、次いで、別々のミキサ１８１４および別々の電子センサ１８１６を使って復調される。装置の１つの実現方法において、誤差信号はレーザの波長制御器へフィードバックされてもよく、それによって各レーザが、上で説明した周波数ロック方法（たとえば、ＰＤＨ方法）を介して、それに対応する干渉計の中心波長を追跡できるようにする。

図１９に図解された、複数のセンサを有する装置のさらに別の実現方法において、１つの光ファイバ１９０２における複数の干渉計から生じる複数の光出力信号は、１つの光検出器１９０４を共用することができる。この装置において、各レーザ出力は異なる無線（ＲＦ）周波数で変調される。各センサ（すなわち、ＦＦＰ）に応答指令信号を送った後、複数の電子的なミキサ１９０８を有する各変調周波数での変調は、アイソレーションにおいて各音響センサ信号の抽出を可能にする。このことは、アレイ出力におけるスプリッタ（分割器）／コンバイナ（結合器）および他のＷＤＭ光学素子の必要を回避することによって検出光学素子を単純化する。装置の１つの実現方法において、誤差信号はレーザの波長制御器へフィードバックされてもよく、それによって、各々のレーザが上で説明したそれに対応する干渉計の中心波長を追跡することができる。

添付の図面を参照して上で説明したこの発明の実施例は単なる例示であり、変更するあるいは追加するコンポーネントが装置の性能を増強するために設けられてもよい。

図１は干渉計センサの一般的な配置の概略図である。図２は干渉センシング装置の実験に基づいた実現の概略図である。図３ａはファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計のチューニングの概略図である。図３ｂはファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）を書き込むために使用される例示の紫外線露光プロファイルの概略図である。図４は干渉センシング装置の実験に基づいた実現の概略図である。図５は干渉センシング装置の別の実験に基づいた実現の概略図である。図６は干渉センシング装置のさらなる実験に基づいた実現の概略図である。図７は１５０ＭＨｚの準位幅のファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）が（ａ）１５ＭＨｚ、（ｂ）１５００ＭＨｚおよび（ｃ）３００ＭＨｚの位相変調側波帯で応答指令信号を受けたときの、正規化されたPound-Drever-Hallの誤差信号についての理論的プロットのグラフである。図８は変調周波数に対する誤差信号の反転点の周波数間隔についての理論的プロットのグラフであり、２つの軸はともにΔν_０．５によって正規化されている。図９は変調周波数に対する正規化されたピーク−ピークの誤差信号についての理論的プロットのグラフであり、Δν_０．５によって正規化されていて、挿入図は、拡張された理論的プロットを不可した２つの共振についての正規化された実験に基づいた動作方法を示す。図１０はファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）のための（ａ）反射、（ｂ）透過、（ｃ）Pound-Drever-Hallの誤差信号についての実験に基づいた走査を示す。図１１はファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）のための（ａ）透過パワー信号、（ｂ）反射誤差信号についての実験に基づいた走査の拡大された部分を示す。図１２はロック獲得中における（ａ）透過輝度および（ｂ）反射輝度についてのオシロスコープのトレースを示し、フィードバックループはおよそ５．５秒後に使用された。図１３は（ａ）ダイナミック信号アナライザによって計測されるファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）センサの周波数ノイズを、（ｂ）計算された散弾ノイズおよび（ｃ）計測された電子ノイズを付加して示す。図１４は（ａ）純粋に位相変調された、（ｂ）電流変調されたダイオードレーザによって応答指令信号が送られる、ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）によって形成された干渉センサのダイナミック信号アナライザによって計測された周波数ノイズを示す。図１５は複数のセンサを有する干渉センシング装置の概略図である。図１６は複数のセンサを有する干渉センシング装置のハードウェア概略図である。図１７は寄生エタロンの存在中の周波数スペクトラムであり、寄生エタロンの影響を除去するための最適変調周波数間隔を示す。図１８は複数のセンサと１つの復調器を有する干渉センシング装置の概略図である。図１９は複数のセンサと１つの光検出器を有する干渉センシング装置の概略図である。

符号の説明

１００…レーザ源
１０２…変調器
１０６…ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）
１１０…復調器
２０２…レーザ
２０６，２２０…ミラー
２０８，２３８…アイソレータ
２１０，２２２…半波長板
２１２…信号発生器
２１６…変調器
２２４，２４０，２４６…レンズ
２２６，２３０，２４４…光ファイバ
２２８…光サーキュレータ
２３２，２３４…ファイバブラッググレーティング
２３６…ファイバブラッググレーティングファブリ・ペロー干渉計（ＦＦＰ）
２４２，２４８…光検出器
２５０…ミキサ
２５２…移相器
２５４…ローパスフィルタ
４０２…波長制御器
４０４…フィードバック
５０２…復調システム

Claims

各々が、対応する複数の選択された波長における発光を与える複数の単一縦モードレーザ源、
各レーザからの発光を周波数または位相変調するための少なくとも１つの変調器、および
光ファイバ中に書き込まれたブラッググレーティングによって形成される、複数のファブリ・ペロー干渉計を備え、各干渉計は前記複数の波長の１つに応答して、対応する干渉計の経路長に依存する、反射されたもしくは透過された光出力信号を生成し、さらに
光出力信号を復調して、各干渉計の光路長を表す、対応する複数の計測信号を生成する１つもしくはそれ以上の復調器を備える、干渉センシング装置。
各レーザ源は、各対応する干渉計のスペクトル幅より大きい波長の範囲にわたってチューニングされ得る、請求項１記載の装置。
前記レーザの選択された波長を決定するための１つもしくはそれ以上の波長制御器をさらに備える、請求項１または２記載の装置。
各波長制御器は、それに対して各対応するレーザが周波数ロックされる外部光キャビティを含む、請求項３記載の装置。
各波長制御器は、各対応するレーザへの駆動電流を制御する、請求項３記載の装置。
変調器は外部の周波数または位相変調器を駆動する、請求項３ないし５のいずれかに記載の装置。
変調器は波長制御器を駆動する、請求項３ないし５のいずれかに記載の装置。
１つまたはそれ以上のものの各復調器の選択された高周波範囲が計測信号を与える、請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
波長制御器は、１つまたはそれ以上のものの各対応する復調器からのフィードバックに依存する、請求項３ないし８のいずれかに記載の装置。
フィードバックは、１つまたはそれ以上のものの各対応する復調器の出力の、選択された低周波範囲によって発生される、請求項９記載の装置。
フィードバックは、各レーザ源の各選択された波長を各対応する干渉計の中心波長に維持するために使用される、請求項９または１０記載の装置。
各レーザからの発光は１つの光ファイバ中へ結合され、複数の干渉計は前記光ファイバに沿って分布される、請求項１ないし１１のいずれかに記載の装置。
光速をｃ、変調周波数をF_ｍｏｄ、整数をｊ、光ファイバの屈折率をｎとしたとき、連続する干渉計の間の距離はｃｊ／（４ｎＦ_ｍｏｄ）と等しい、請求項１２記載の装置。
各レーザからの発光は同じ変調周波数で変調される、請求項１ないし１３のいずれかに記載の装置。
変調器はレーザ源毎に設けられ、各レーザからの発光は異なる変調周波数で変調される、請求項１ないし１３のいずれかに記載の装置。
復調器は共通の光検出器を共用する、請求項１５記載の装置。