NO340954B1 - Anordning for interferometrisk avføling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for interferometrisk avføling.

I mange bransjer er det behov for å forbedre følsomheten for passive følere som kan gi sanntidsinformasjon om deres omgivelser, slik som dem som måler belastning og påkjenning som kan induseres ved bevegelse i strukturer, trykkendringer og temperatur-endringer. Den tradisjonelle måte å avføle mekanisk spenning på har vært basert på piezoelektriske strekklapper som genererer en spenning som er en indikasjon på påført belastning. Storskalasystemer basert på piezoelektroteknikk lider imidlertid av en rekke problemer, innbefattet prisen på de piezoelektriske følere, følerenes størrelse, signal-svekkelsen over lange kabler, falske signaler forårsaket av elektromagnetisk interferens og utgiftene ved elektrisk høyhastighetskabling for å koble følerene i store rekker. En rekke problemer ved metoder basert på piezoelektroteknikk kan overvinnes ved å bruke teknikker basert på optisk utstyr. Som et eksempel kan følere kobles til optiske fibre som har en langt større båndbredde enn elektrisk kabling og er immune overfor elektromagnetisk interferens. Optiske systemer kan konstrueres med telekommunikasjonsutstyr som er billige handelsvarer. Måling av påkjenninger kan gjøres i optiske systemer ved å bruke forholdsvis rimelige Bragg-fibergittere.

Bragg-fibergittere skapes ved å brenne (dvs. skrive) et periodisk mønster langs et segment av en optisk fiber ved å bruke kraftig ultrafiolett lys slik at mønsteret består av linjer med vekselsvis høy og lav brytningsindeks, hvilket er et Bragg-gitter. Et Bragg-gitter er et meget fargefølsomt speil, dvs. at lys som passerer igjennom den periodiske struktur enten blir overført eller reflektert avhengig av dets bølgelengde. Bølgelengdene som reflekteres kan velges ved konstruksjonen av gitteret og f.eks. er den grad til hvilken lys av en bølgelengde (eller farge) reflekteres avhengig av avstanden mellom linjene som utgjør gitteret.

Et Bragg-fibergitter kan brukes som en føler fordi linjeavstanden og derved mengden av reflektert lys ved en valgt bølgelengde endres med den optiske lengde av fiberen, hvilket i sin tur endrer seg med den mekaniske påkjenning eller temperaturen.

Bragg-fibergittere er blitt foreslått som ultrafølsomme statiske og dynamiske påkjennings-detektorer for en rekke forskjellige anvendelser, slik som undersjøiske akustiske føler-rekker, innebygd overvåking av smarte strukturer innen bygg- og anleggsvirksomhet og luft- og romfartsindustrien, ultralydhydrofoner for medisinsk avføling, undervannsetter-retning og seismiske følere for geofysiske undersøkelser. Fordelene i forhold til piezoelektriske påkjenningsfølere omfatter deres lille tverrsnittsareal, skalerbarheten til store rekker og deres egnethet for anvendelser som er interferensfølsomme overfor elektra- magnetisme og i farlige miljøer. I tillegg kan optiske følerrekker utspørres på avstand og multiplekses optisk ved å bruke standard telekommunikasjonsutstyr som er blitt vanlige handelsvarer. Tidlige demonstrasjoner var basert på endringer i brutto Bragg-bølgelengde ettersom gitterene ble forstyrret av påkjenning og temperatur. Ettersom spørreteknikkene ble mer sofistikerte ble det anvendt forskjellige signalbehandlende og aktive opplegg for frynsesidelåsing, som dramatisk forbedret disse avfølingsarrangementers oppløsning.

US-patentsøknad nr. 2001/001394 beskriver en interferometrisk avfølende anordning som bruker en bredbåndet, svitsjet optisk kilde og avfølende interferometre som kan dannes med optiske Bragg-fibergittere. Et tilpasset interferometer inneholder en fasemodulator og de avfølende interferometre har en optisk baneforskjell som er omtrent lik den optiske baneforskjell i det tilpassede interferometer. Et optiske interferenssignal ved en annen bølgelengde returneres til en detektor fra hver av de avfølende interferometre. Hvert interferenssignal representerer forskjellen mellom den optiske banelengde for disse av-følende interferometre og den for det tilpassede interferometer og dette kan brukes som et målesignal. Denne løsning begrenses av en rekke vanskeligheter innbefattet (i) det å oppnå nøyaktig styring over veilengdeforskjellen mellom det avfølende interferometer og referanseinterferometeret, (ii) det å redusere den akustiske støy som oppstår fra referanseinterferometeret og (iii) det å forbedre den begrensede påkjenningsoppløsning og det dynamiske verdiområde som oppstår fra bruken av hvitt lys.

En annen løsning er beskrevet av G. Gagliardi m.fl. i Optics Express, bind 13, nr. 7, hvor høyfrekvente modulasjonsteknikker brukes for å spørre ut Bragg-fibergitterstrukturer. Målinger av mekanisk påkjenning gjøres ved å oppnå et mål på endringer i Bragg-bølge-lengden fra laserbestråling reflektert av gitteret. Denne løsning begrenses av en rekke vanskeligheter innbefattet (i) at den høyfrekvente modulasjon behøver å være meget høy sammenlignet med Bragg-fibergitterets følsomme bølgelengde og (ii) at den oppnåelige følsomhet er dårlig ettersom frekvensdiskrimineringen og påkjenningsdiskrimineringen i feilsignalet er begrenset av Bragg-fibergitterets følsomme båndbredde.

US 5,991,026 vedrører et apparat for multipleksing av fiberoptiske avfølingsinterferometre. Apparatet omfatter minst én optisk kilde, et antall avstemte interferometre koblet til den optiske kilden og hver inneholdende en fasemodulator som har en unik identifiserende karakteristikk, et nettverk av fiberoptiske avfølingsinterferometre banelengdeforskjell, minst én detektor og sammenkoblinger anbrakt mellom de avstemte interferometrene, nettverket av fiberoptiske avfølingsinterferometre og detektoren.

US 4,360,272 omhandler en fiberoptisk energisensor og et optisk demodulasjonssystem, hvor signalenergien som skal avføles eller detekteres, skaper en etset enkel modus fiber som skal strekkes eller komprimeres, noe som bevirker at den optiske banelengde for elektromagnetisk stråling reiser i kjernen av den optiske fiberen for å forandre seg.

I henhold til et aspekt fremskaffer foreliggende oppfinnelse en anordning for interferometrisk avføling i henhold til det selvstendige krav. Anordningen omfatter en mengde laserkilder med enkel lengdemodus som hver gir stråling ved en tilhørende mengde valgte bølgelengder og i det minste en modulator for å frekvens- eller fasemodulere strålingen fra hver laser, en mengde Fabry-Perot interferometre dannet av Bragg-gittere skrevet inn i optisk i fiber, idet hvert interferometer reagerer på den modulerte stråling ved en i nevnte mengde av bølgelengder slik at hvert enkelt produserer et reflektert eller overført optisk utgangssignal avhengig av det tilsvarende interferometers veilengde og en eller flere demodulatorer for å demodulere det optiske utgangssignal og frembringe en tilsvarende mengde målesignaler som gir en angivelse på de optiske veilengder for de respektive interferometre. Ytterligere trekk ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de uselvstendige krav.

Utførelser av oppfinnelsen skal nå beskrives utelukkende som eksempel med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke:

Fig. 1 skjematisk viser det generelle arrangement av en interferometrisk føler,

Fig. 2 skjematisk viser en eksperimentell implementering av en anordning for

interferometrisk avføling,

Fig. 3a skjematisk viser avstemningen av et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fiber gitter, Fig. 3b skjematisk viser et eksempel på en ultrafiolett eksponeringsprofil som brukes for å

skrive et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP),

Fig. 4 skjematisk viser en eksperimentell implementering av en anordning for interfero metrisk avføling, Fig. 5 skjematisk viser en ytterligere eksperimentell implementering av en anordning for

interferometrisk avføling,

Fig. 6 skjematisk viser en ytterligere eksperimentell implementering av en anordning for

interferometrisk avføling,

Fig. 7 er et diagram med teoretiske kurver for normaliserte Pound-Drever-Hall feilsignaler når et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP) med en linjevidde på 150 MHz utspørres med fasemodulerte sidebånd på (a) 15 MHz, (b) 1500 MHz og (c) 300 MHz, Fig. 8 er et diagram med en teoretiske kurve for frekvensadskillelsen for feilsignalets vendepunkter i forhold til modulasjonsfrekvens, idet begge akser er normalisert med Av0,5, Fig. 9 er et diagram med en teoretiske kurve for normalisert topp-til-topp feilsignal i forhold til modulasjonsfrekvens normalisert medAv0,5, idet innsettingen viser normaliserte eksperimentelle driftsregimer for to resonanser overlagret med en ekspandert teoretisk kurve, Fig. 10 viser eksperimentelle avsøkninger for (a) refleksjon, (b) overføring og (c) et Pound-Drever-Hall feilsignal for et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP), Fig. 11 viser forstørrede partier av eksperimentelle avsøkninger for (a) et overført effekt-signal og (b) et reflektert feilsignal fra et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP), Fig. 12 viser oscilloskopspor for (a) overførte og (b) reflekterte intensiteter under låse- ervervelse, idet tilbakekoblingssløyfen ble satt inn etter omtrent 5,5 sekunder, Fig. 13 viser (a) frekvensstøyen i en Fabry-Perot interferometerføler med Bragg-fibergitter (FFP) målt med en dynamisk signalanalysator og overlagret med (b) beregnet haglstøy og (c) målt elektronisk støy, Fig. 14 viser en interferometrisk følers frekvensstøy målt med en dynamisk signalanalysator skapt av et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP) utspørret med en diodelaser som var (a) rent fasemodulert og (b) strømmodulert, Fig. 15 skjematisk viser en anordning med en mengde følere for interferometrisk avføling, Fig. 16 viser skjematisk maskinvaren i en anordning med en mengde følere for interfero metrisk avføling, Fig. 17 er et frekvensspekter i nærværet av et parasittisk etalon, som viser den optimale

modulasjonsfrekvensavstand for å fjerne den parasttiske etalonpåvirkning,

Fig. 18 viser skjematisk en anordning for interferometrisk avføling, som har en mengde

følere og en eneste demodulator, og

Fig. 19 viser skjematisk en anordning for interferometrisk avføling, som har en mengde

følere og en eneste fotodetektor.

Som vist i fig. 1 omfatteren laserkilde 100 en laser med enkel lengdemodus ved en midtre bølgelengde som kan velges. En modulator 102 modulerer den valgte bølgelengdestråling fra laseren i frekvens eller fase, hvilket fører til en frekvensmodulert (FM) avgivelse 104. FM-lysstrålen (dvs. den modulerte stråling) overføres til et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP) 106. Den midtre bølgelengde for laserkilden 100 velges til å tilsvare eller falle innenfor resonansbølgelengden for interferometret 106. Dette kan oppnås ved å avstemme laserkildens midtre bølgelengde eller ved å avstemme fiberinterferometret. Interferometret kan avstemmes ved hjelp av en rekke mekanismer, innbefattet belastningsavstemning, påkjenningsavstemning og temperaturavstemning. Avstemningsmekanismer for laseren beskrives nedenfor.

Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter har som funksjon å multiplisere fase-endringen i et enkelt Bragg-fibergitter som skyldes de fiberoptiske veiforskyvninger. Med nøye styring av gitterskriveprosessen og passende valg av glassmaterial kan et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP) ha en finesse på godt over 1000 og en linjebredde på noen MHz.

Den modulerte laserstråle 104 blir enten reflektert fra eller overført gjennom fiberinterferometret 106 for å gi et optisk utgangssignal. Det optiske utgangssignal inneholder et optisk utgangssignal 108 som overfører informasjon om den optiske lengde av interferometret 106. Det optiske utgangssignal 108 påvises av en demodulator 110 som er synkronisert med modulatoren 102 via et modulasjonssignal 112 og et målesignal 114 frembringes etter demodulasjon avhengig av den optiske lengde av interferometret 106.

Interferometret 106 kan ha en rekke tungtveiende gjennomgripende fordeler med hensyn til avføling av påkjenninger. Føleren kan være forholdsvis billig fordi den kan bruke SMF-28 optiske fibre som har et lavt tap på 0,3 dB/km. Føleren behøver bare lav lasereffekt på mikrowattnivå og er immun overfor støy fra mange ellers begrensende kilder, slik som laserintensitetsstøy og fasestøy fra fjerne streamerfibre. Føleren lar seg også lett skalere til store, heloptiske rekker, slik som beskrevet nedenfor.

I en eksperimentell realisering av anordningen for interferometrisk avføling vist i fig. 2 genererer laseren 202 en stråle 204 som via speil 206 rettes mot en isolator 208 som brukes for å blokkere optiske refleksjoner som ellers ville bre seg bakover inn i laseren. En halvbølgeplate 210 brukes for å justere polariseringen av strålen før strålen frekvens-moduleres ved å bruke en ekstern fasemodulator 216. Fasemodulatoren drives av en signalgenerator 212. Den modulerte stråle 218 drives via speil til en andre halvbølgeplate 222 og linse 224 som fokuserer strålen inn i en lengde av en optisk fiber 226. Den innfallende stråle Ei vandrer via en optisk sirkulator 228 og en andre lengde av en fiber 223 til et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter 236 dannet av to Bragg-fibergittere 232 og 234.

En del Er av den innfallende stråle Ei reflekteres av interferometret 236 og denne del Er reflekteres tilbake langs fiberen 230 via sirkulatoren 228 til en tredje lengde av en fiber 244 som leverer den reflekterte stråle via en fokuserende linse 246 til en optisk detektor 248. Den reflekterte del E og således signalet påvist av refleksjonsfotodetektoren 248 avhenger av de reflektive egenskaper ved interferometret 236 som i sin tur er avhengig av interferometrets optiske lengde. Signalet påvist av refleksjonsfotodetektoren 248 blandes ned med et blandetrinn 250 for å frembringe et målesignal eller feilsignal 256 som gir en indikasjon på interferometrets optiske lengde. Blandetrinnet 250 bruker et demodulasjonssignal som har et fast faseforhold innstilt av en faseforskyver 252, til signalgeneratoren 212. Et lavpassfilter 254 kan valgfritt brukes for å filtrere høyfrekvent støy fra feilsignalet.

En annen del av den innfallende stråle overføres av interferometret gjennom en andre isolator 238 og fokuserende linse 240, til en sendefotodetektor 242. På en lignende måte som med signalet fra refleksjonsfotodetektoren 248 blir signalet fra sendefotodetektoren 242 blandet med et signal med konstant fase fra signalgeneratoren 212 for å avgi et feilsignal som angir den optiske lengde av interferometret 236.

I anordningen vist i fig. 2 kan laseren 202 være en diodelaser med eksternt hulrom som har en fabrikkestimert linjebredde på 1 MHz og en iboende linjebredde på omtrent 300 kHz, slik som f.eks. en New Focus Vortex 6029. Laserens optriske bølgelengde kan sentreres ved omtrent 1550,15 nm med et avstemningsområde på omtrent 0,40 nm. Den valgte midtbølgefrekvens for laseren 202 kan avstemmes ved å påføre en spenning på en piezoelektrisk transduser (PZT) i selve laseren for derved å endre laserens hulromslengde. Som et eksempel spesifiserer fabrikkkalibreringen av en New Focus Vortex 6029 at den piezoelektriske aktivator har en forsterkningsfaktor på 12,5 GHz/V og derved tilsvarer et avstemningsområde på omtrent 0,40 nm et frekvensområde på omtrent 50 GHz. Etter å ha passert gjennom den optiske isolator 208 kan laserpolariseringen justeres til det vertikale ved hjelp av halvbølgeplaten 210 før modulering ved 15 MHz ved hjelp av faseresonansmodulatoren 216, f.eks. en New Focus 4003. Fasemodulatoren 216 kan drives av en høyfrekvent signalgenerator (RF) 212 som også kan frembringe det lokale oscillatorsignal for den demodulerende elektronikk, som drøftet ovenfor. Den modulerte laserstråle 218 kan kobles til en torisk linse 224 i en polariseringsuavhengig optisk sirkulator228 med fibergrisehale spleiset til et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter (FFP) 236. For å prøve ut systemets funksjonalitet kan FFP'en holdes mellom et par magnetiske klemmer (ikke vist), idet den ene av klemmene i sin tur er montert på et parallellforskyvningstrinn for således å gjøre det mulig for Bragg-bølgelengden å bli strekkavstemt til innenfor laserens bølgelengdeverdiområde. Fig. 3a viser skjematisk avstemningen av FFP'en 236. En gitterseparering L defineres som effektiv optisk veilengde for en enkel passering mellom Bragg-gitterspeilene 232 og 234. FFP'ens resonansfrekvens kan avstemmes ved enten å øke eller minske L, idet en økning i L senker resonanssenterfrekvensen, mens en minskning av L øker resonanssenterfrekvensen. Denne avstemning kan utføres på mange måter innbefattet strekking, oppvarming, avkjøling og komprimering av FFP'en inne i en rørlengde ved å presse røret sammen.

Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter kan tilformes av et par nominelt tilpassede 13,5 dB Bragg-gittere (R omtrent lik 95,5%), som hvert er 15 mm lange og er plassert 10 mm fra hverandre samt fabrikkert i en enkeltfaset koherent skriveprosess. Et eksempel på en ultrafiolett eksponeringsprofil langs lengden av fiberen er anskueliggjort i fig. 3b, hvor A er 13 mm, B er 10 mm og C er 15 mm. Andre ultrafiolette eksponerings-profiler kan brukes for å skrive FFP'en, slik det er kjent for fagfolk på området. Bragg-gitterene kan skrives i en hydrogenert SMF-28-fiber uten noen apodisering.

Med henvisning til fig. 2 kan både de sendte Ef og reflekterte Er signaler kollimeres tilbake inn i det frie rom med asferiske linser for så å fokuseres på respektive fotodetektorer 242 og 248 som hver har en elektronisk båndbredde på omtrent 20 MHz. Den optiske isolator 238 i sendeporten kan brukes for å eliminere mulige parasittiske etalonvirkninger som skyldes restrefleksjoner tilbake fra den kollimerende asfære. Den lokale høyfrekvente oscillator (dvs. signalgeneratoren 212) kan faseforskyves via en faseskifter 252 før den brukes for å blande ned det elektroniske signal fra den reflekterende port.

Lokaloscillatorens faseforskyver 252 kan optimaliseres eksperimentelt ved å maksimere feilsignalet for derved å gi systemet et største signal/støy-forhold. Alternativt kan to-kanaldetektorer i fase og kvadratur brukes for automatisk å optimalisere fasen. Den optimale fase gjelder den lokale høyfrekvente oscillators fase som går inn i blandetrinnet i den hensikt å generere feilsignalet. Det er to mekanismer som kan generere et feilsignal avhengig av forholdet mellom modulatorfrekvensen (vm) og den fulle bredde av halvparten av den største båndbredde (Av0,5) for Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter. For en lav vm-frekvens sammenlignet med Av0 5 er den dominerende mekanisme den forholdsvise endring i det ene sidebånd i forhold til det annet sidebånd. For en høy vm-frekvens (dvs. vm »Av0,s) er den dominerende mekanisme faserotasjonen av bærebølgen i forhold til de to sidebånd. Den første mekanisme fordrer en modulasjonsfase (lokal oscillatorfase) som er 90° unna den andre mekanisme.

Polarisasjonens avhengighet av Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter kan utprøves med en halvbølgeplate 222 før laseren kobles inn på fiberen. I et eksperimentelt eksempel ble ingen synlige forskyvninger i resonansfrekvenser observert ettersom bølge-platen ble rotert, og dette betyr at for praktiske formål kan den ultrafiolette belysning av gitterkjernen under produksjonsprosessen betraktes å være isotropisk. Mulig manglende degenerering som skyldes parasittisk dobbelbrytning vil ligge utenfor linjebredde-oppløsningen for resonansen i Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter ettersom de to modi gir feilsignaler med god oppførsel fri fra vandringsvirkninger med hensyn til inngangspolarisasjon. En alternativ anordning for interferometrisk avføling som er vist i fig. 4 skiller seg fra anordningen beskrevet ovenfor ved at en bølgelengdestyring 402 regulerer laseravgivelsens senterbølgelengde og denne bølgelengdestyring styres i sin tid tur av tilbakekoblingen 404 fra demodulatoren 110.

Senterbølgelengden for laserkilden 100 kan reguleres ved å endre lengden av laserhul-rommet, ved å frekvenslise laseren til et eksternt lengdekontrollert hulrom, ved å modulere en laserdiodes driftsstrøm eller ved andre midler som er kjent for fagfolk på området.

I en eksperimentell lokalisering av anordningen for interferometrisk avføling med tilbakekobling og bølgelengdestyring vist i fig. 5 blir feilsignalet fra et demodulasjonssystem 502 forsterket og/eller frekvensfiltrert av en forsterker 508 for så å føres tilbake inn i bølge-lengdestyringen 402, slik som med en piezoelektrisk anordning som avstemmer laserens hulromlengde. Fig. 6 viser en ytterligere eksperimentell realisering hvor laseravgivelsen moduleres ved å modulere laserens driftsstrøm 602 direkte heller enn å fasemodulere avgivelsen eksternt med en ekstern fasemodulator 216.

Frekvenslåsingen av laserkilden 100 til Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter (FFP) 236 gjør det mulig for laseren 202 å følge en modus for FFP'en 236 ettersom den endrer frekvens som reaksjon på termisk avdrift og lav frekvenspåkjenning. Ved frekvenser over termisk avdrift representerer feilsignalet i sløyfen (dvs. tilbakekoblingen 404) akustiske signaler fanget opp av FFP'en 236. For lave frekvenser må signalet gjenvinnes med stort dynamisk område. Følerens dynamiske område vil være begrenset bare av den utspørrende lasers frekvensavstemningsområde. Dette feilsignal avgitt i tilbakekoblingen 404 er proporsonalt med påkjenningen indusert i FFP'en 236 som et resultat av det akustiske signal som støter mot fiberen. Signalet i tilbakekoblingen 404 kan tappes ved inngangen til bølgelengdestyringen 402 og er gyldig over frekvensområdet fra likestrøm til båndbredden ved enhetsforsterkningsfaktor i tilbakekoblingens styringssløyfe. Det lavfrekvente dynamiske område kan være langt større enn PPF-modusens fullbreddehalvmaksimum (FWHM - Full-Width Half-Maximum) som typisk er 100 - 200 MHz, siden laserfrekvensens avstemningsområde kan være mer enn 100 GHz. Signaler fanget opp av følerene over styringssløyfens enhetsforsterkningsfaktorfrekvens kan nås ved utgangen fra demodulasjonssystemet 502. Disse er signaler utenfor sløyfen og det dynamiske område vil være begrenset av FFP-modusbreddens FWHM (på f.eks. 200 MHz) siden de er i frekvensområdet over enhetsforsterkningsfaktoren, hvor den låsende dynamikk har neglisjerbar virkning og således er følerdynamikkområdet optimalisert ved maksimering av styringsbåndbredden.

Den foretrukne teknikk for frekvenslåsing av laserkilden 100 til interferometret 106 er låseprogrammet Pound-Drever-Hall (PDH). I teoretiske modeller av Pound-Drever-Hall låsearrangementet kan den interferometriske føler approksimeres ved analyse av et resonerende hulrom innenfor den aktuelle båndbredde, idet Bragg-reflektorene som brukes i FFP'en 236 er bredbåndet mens brytningsindeksen for både reflektorer og resonatorer er ikke-dispersive. Ved den optiske bærebølgefrekvens v kan den komplekse refleksjonsrespons for et tapsfritt FFP dannet av to innbyrdes tilpassede reflektorer adskilt med avstanden L og begge med amplituderefleksjonskoeffisient r, uttrykkes soml:

hvor Er og Ejer de reflekterte og innfallende elektriske felt, e(v)=2n v nL/c er rundturfasen i et material med brytningsindeks n og A(v) og cp(v) er henholdsvis amplitude- og fase-responsen. FFP'en haren fullbreddehalvmaksimum (FWHM) båndbredde påAu05.

Pound-Drever-Hall låsearrangementet innebærer utspørring av f.eks. FFP'en 236 med laserbærebølgen fasemodulert ved vm, mens den reflekterte effekt måles med en fotodetektor. Etter elektroniske demodulering og lavpassfiltrering kan dette signal reduseres til:

hvor kryssuttrykket er: v+=v+vmog v.v-vmiPc er effekten i bærebølgen, mens Ps er effekten i hvert sidebånd. Faseforskyvningen i|/innstilles for å optimalisere det demodulerte feilsignal. Generelt oppnås dette når:

4

hvor m er et heltall. Rundturfasen e(v)=m2nnår bærebølgen er resonant med FFP'en.

Fra ligning (2) kan det utledes at dersom vm «av0,5, cp(v)- cp(v+) og cp(v.)- cp(v) er små, domineres uttrykket at sin reelle del. Når vm «Av0,5er derimot sidebåndene utenfor FFP'ens linjebredde når bærebølgen er nær resonans. I dette tilfelle nærmer disse fase-forskjellsuttrykk seg n/2 og uttrykket domineres av sin imaginære del. Dersom FFP-linjefasongen er symmetrisk og bærebølgen befinner seg ved resonans er a(v+)=a(v.) og cp(v)- cp(v+)= cp(v> cp(v) for begge tilfeller, hvilket innebærer at ligning (2) og derved ligning (1) blir lik null. Dette er det vanlige låsepunkt for en frekvensservo. Fra ligning (1) er det klart når kryssuttrykket er lik 0 (låst til resonans) er avgivelsen V(v) lik null og uavhengig av Pc og Ps. Når det er låst er således Pound-Drever-Hall systemet immunt overfor variasjoner i laserintensitetsstøy av første orden. Til sammenligning oppviseren frynsesidelåse-mekanisme ingen iboende immunitet overfor intensitetsstøy og fordrer ytterligere intensitetsmonitor- og subtraksjonselektronikk.

Den første kurve (dvs. diagrammet (a)) i fig. 7 anskueliggjør det teoretiske feilsignal for et tilfelle hvorvm/Av0,5=0,1, mens den andre kurve (dvs. diagrammet (b)) gjelder for et tilfelle hvor vm/Av0,5=10 når v avsøkes over en FFP's resonans. Den tredje kurve (dvs. diagrammet (c)) i fig. 7 viser det mellomliggende tilfelle hvor vm/Av0,5=2. De to satellitt-feilsignaler i den andre kurve skyldes at sidebåndene gjennomgår FFP resonans, mens i den tredje kurve skyldes feilsignalene at bærebølge og sidebånd smelter sammen for å danne et eneste og nesten firkantet feilsignal. Kurvene antar en resonanslinjebredde på 150 MHz og det utspørres ved å bruke fasemodulasjonsfrekvenser på henholdsvis 15 MHZ, 1500 MHz og 300 MHz.

Det tilfelle hvor vm »Av0 5 beskriver det klassiske Pound-Drever-Hall låseregime som involverer Fabry-Perot-hulrom med høy finesse. De operasjonelle prinsipper bak begge ytterpunkter er like og vil i dette dokument bli henvist til som Pound-Drever-Hall låsing. Foren gitt resonans-FWHM,Av0,5, erfrekvenssepareringen mellom vendepunktene i et Pound-Drever-Hall feilsignal avhengig av vm. Det går mot asymptotiske verdier for begge tilfeller awm«Av0,5og vm>>Av0 5 slik som anskueliggjort med den teoretiske opptegning i fig. 8. Denne kurve er beregnet med ty optimalisert for hver vm.

For en gitt modulasjonsfrekvens er på den annen side størrelsen og derfor helningen av feilsignalet avhengig av FWHM-båndbredden Av0 5. Fig. 9 viser den teoretiske kurve av den topp-til-topp normaliserte feilsignalstørrelse i forhold til normalisert FWHM-båndbredde. Feilsignalstørrelsen går mot null når vm «Av0,5, men når en asymptotisk verdi når vm »Av0,5.

I anordningen vist i fig. 5 kan det anvendes en 95 Hz spenningsrampe på 2 Vp-p med 50:50 symmetri på inngangen til laserens piezoelektriske transduser for å sveipe laser-bærebølgefrekvensen tilsvarende en helning på 380 V/s. Disse signaler kan registreres ved å bruke et digitalt oscilloskop mens laserfrekvensen avsøkes som vist i fig. 10 Den første kurve (dvs. diagrammet (a)) i fig. 10 viser et eksempel på et signal reflektert av FFP'en 236 slik det måles av refleksjonsfotodetektoren 248. Den andre kurve i fig. 10 viser et eksempel på et signal sendt og målt ved hjelp av sendefotodetektoren 242. Den tredje kurve i fig. 10 viser et tilsvarende eksempel for et nedblandet eksperimentelt feilsignal 256. Fig. 10 viser også to FFP resonanser innenfor Bragg-gitterbåndbredden i den første kurve med forskjellige topphøyder ogAv0,5'er, idet resonansene er av høy finessemodus 1002 og lav finessemodus 1004.

Forskjellene mellom resonansmodiene med høy og lav finesse i fig. 10 kan skyldes Bragg-gitterparenes frekvensavhengige reflektivitet, hvilket fører til ulike finesser ved de to resonanser. Siden gitterene i dette eksempel ikke ble apodisert under produksjonsprosessen var en høyere reflektivitet nær midten av deres båndbredde forventet og den høyere finesse (dvs. smalere bredde) i den første resonatormodus bekrefter dette. Ved å sammenligne høyden av de to topper i fig. 10(a) sees den nedre finesses resonans til å ligge nærmere til å være impedanstilpasset. I denne lavfinnessemodus blir nærmest alt laserlys overført og det reflekterte signal blir nær null. Forskjellen i sendestyrke sammenlignet med den underkoblede høye finessemodus kan forklares med det ultrafiolett-induserte tap i resonatoren, særlig i avstanden på 10 mm mellom gitterpar. Den høyere finesseresonans overførte en lav intensitet på grunn av sitt høyere resonatorrundturtall eller totale lagringstid, hvilket fører til et større samlet tap mens sirkulering skjer i resonatoren. For å minske dette tap kan den ultrafiolette laser reguleres for å unngå fibereksponering mellom gitterpar under resonatorens produksjonsprosess. Sendeeffektkurven (den andre kurve i fig. 10) og det reflekterte feilsignal (den tredje kurve i fig. 10) for høyfinesseresonans er vist forstørret i fig. 11. FWHM-tiden for den piezoelektriske transdusers avsøkning i den første kurve i fig. 11 er omtrent 30 \ is, hvilket tilsvarer 11,4 mV på den piezoelektriske transduser. For en piezoelektrisk lasertransduser kalibrert til å gi en avstemning på 12,5 GHz/V vil FWHM-båndbredden i denne modus være 143 MHz. For sammenligning vil lavfinesse (dvs. bredere) resonans ha en FWHM-tid på 66 ] is, hvilket antyder enAv0,5-båndbredde på 314 MHz. Separasjonen mellom de to resonanstopper 1002 og 1004 er på omtrent 1,9 ms, slik som vist i fig. 10, hvilket tilsvarer et spektralt verdiområde på 9GHz og således har den trange modus en finesse på omtrent 63, mens den bredere resonans har en finesse på omtrent 29. vm/Av0,5-forholdet for høyfinessemodusen i fig. 10 er omtrent 0,1. Den tilhørende topp-til-topp tid for dets feilsignal i den andre kurve i fig. 11 er omtrent 20 \ is, hvilket tilsvarer et vendepunkt for feilsignalets frekvensseparering i forhold tilAv05-forholdet, på 0,60. På den annen side har den lavere finesseresonans en topp-til-topp tid på 38 iis for feilsignalet, hvilket tilsvarer et vm/Av0 5-forhold og et vendepunkt for feilsignalets separasjon i forhold tilAv0|5-forholdet, på omtrent 0,58. Feilsignalets vendepunktseparasjon påAv05-forholdene for de to modi ligger nær hverandre og stemmer overens med verdiene slik de er forutsagt i fig. 8. Ved disse linjebredderervmtilstrekkelig liten i forhold tilAv05til å nærme seg den nedre grenses asymptotiske verdi.

Topp-til-topp feilsignalet for den høyere finessemodus er større enn det for den lavere, slik det kan sees i den tredje kurve i fig. 10, siden vm/Av0 5 for den høyere finessemodus er to ganger den for den lavere finessemodus, slik som forutsagt av den teoretiske opptegning i fig. 9. Feilsignalets topp-til-topp spenning for høyfinessemodusen kan måles til å være f.eks. 1,4 V, mens den for den lavere finesseresonans kan være 0,63 V. Disse to punkter for vm/Av0,5 på 0,1 og 0,05 normaliseres og overlagres med den teoretiske kurve i innlegget i fig. 9.

Antas det at den effektive brytningsindeks er 1,45 vil et fritt spektralområde på 9 GHz gi en resonatorlengde på 11,5 mm, hvilket innebærer at et effektivt refleksjonspunkt for gitrene er omtrent 0,75 mm inne i hvert gitter.

Helningen på feilsignalet gjennom resonansen er omtrent 19 nV/Hz for høyfinessemodus og omtrent 9 nV/Mz for lavfinessemodus. Høyfinesseresonans er den foretrukne modus for Pound-Drever-Hall låsing ettersom den gir mer følsom frekvens- og forskyvnings-diskriminering enn lavfinessemodusen.

For å sette igang tilbakeføring i anordningen vist i fig. 5 kan spenningsrampen fra signalgeneratoren slås av og den piezoelektriske transdusers forflytningslikespenning avstemmes sakte mens de sendte og reflekterte laserstyrker overvåkes med et oscilloskop. Når laserbølgelengden er nær resonans med den valgte FFP-topp 236 nærmer sendestyrken seg maksimum og tilbakekoblingssløyfen kan nå engasjeres for å innta låsning. Et eksempel på resultatet av denne prosess er vist med de digitale oscilloskopspor i fig. 12. En tilbakekoblingsforsterker 508 kan f.eks. ha en eneste sann polrespons med en hjørnefrekvens på 0,03 Hz. Den samlede tilbakekoblingssløyfe kan ha en likestrøms-forsterkningsfaktor på omtrent 1000 og en båndbredde ved enhetsforsterkningsfaktoren på omtrent 40 Hz. Anordninger av denne type vil forbli låst over flere timer. Låse-termineringen vil skje når gitteret har avdrift utenfor laserens avstemningsområde.

Fig. 13 viser et eksempel på et frekvensstøyspekter 1302 målt med den interferometriske anordning med aktiv tilbakekobling og komponenter som beskrevet ovenfor. Systemstøyen er vist overlagret med beregnet haglstøy 1304 og målt elektronisk støy 1306. Ved frekvenser over omgivelseseksitering vil laserens fritt løpende frekvensstøy begrense denne måling til omtrent 300 Hz/VHz. Antas det at laseren har en Lorentz-linjefasong med hvit spektral frekvensstøytetthet Sf kan 3 dB linjebredden for laseren, AvL, estimeres ved:

hvor Sf har enheten Hz/VHz. Således tilsvarer den bredbåndede frekvensstøy på omtrent 300 Hz/VHz en intrinsisk laserlinjebredde på omtrent 280 kHz, hvilket stemmer overens med produsentens estimat på 300 kHz for eksempellaseren.

Et Bragg-gitters responsitivitet kan estimeres ved:

hvor e er påkjenningsperturbasjonen og AB er Bragg-bølgelengden. Som et eksempel tilsvarer 1 pm indusert gitterbølgelengdeforskyvning en påkjenning på omtrent 0,8 \ ie. Ved AB=1550 nm kan ligning (3) skrives om for å få tak i konverteringsfaktoren:

6

hvorAvBer den ekvivalente, induserte gitterfrekvensforskyvning. Siden 1 pm er ekvivalent med 125 MHz ved 1550 nm, vil et system med et høyt frekvensstøygulv ekvivalent til det vist i fig. 13 ha en bredbåndet påkjenningsfølsomhet på omtrent 2 pe/VHz.

Haglstøyen 1304 i fig. 13 ble kalkulert slik:

hvor VSNer den ekvivalente haglstøyspenning, e=1,602x10<19>C er den elektroniske ladning, VDCer utgangslikespenningen fra fotodetektoren når systemet er låst, g er foto-detektorens transimpedansforsterkningsfaktor og a er blandetrinnets konverterings-forsterkningsfaktor. Kvotienten av VSNved feilsignalhelningen gir da haglstøyen i enheter på Hz/VHz, hvilket kan beregnes til 16 Hz/VHz, tilsvarende en begrensende haglstøy-følsomhet på omtrent 100 fe/VHz (=16 Hz/VHz xAe/Avb) for denne eksempelanordning. Den elektroniske støy 1306 er mørk støy målt ved blandetrinnets utgang.

Innen tilbakekoblingssystemets enhetsforsterkningsfaktorbåndbredde avhenger følerens dynamiske område av laserens optiske frekvensavstemningsområde. For et eksempel på en laser som har en piezoelektrisk transduser med avstemningsområde på 50 GHz vil det nedre dynamiske frekvensområde for systemet begrenses til 330\ie (=50x 10<9>Hz xAe/AvB). Antas det en bruddbelastning på >100 kpsi og en Youngs modul på 1,02 x 10<4>kpsi for smeltet silikonoksyd vil bruddbelastningen være >9800 jis hvilket typisk er utenfor laserens avstemningsområde. Over enhetsforsterkningsfaktorbåndbredden vil følerens dynamiske område være begrenset av FWMH-båndbredden for resonatoren til 0,9 \ ie (= 143 x 10<6>Hz xAe/AvB). For anvendelser med stort dynamisk område vil således den foretrukne og rasjonelle løsning være å ekspandere enhetsforsterkningsfaktorbåndbredden ut til et maksimum og utføre målinger i sløyfen ved den piezoelektriske lasertransdusers inngang.

I anordningen vist i fig. 6 kan strømmodulasjon brukes for å modulere laseravgivelsen. Et eksempel på en laserkilde er en avstembar diodelaser med eksternt hulrom av typen New Focus Vortex 6029 sentrert på 1550,15 nm med omtrent 0,40 nm, eller omtrent 50 GHz avstemningsområde. Laserens bølgelengde kan avstemmes ved å påtrykke en spenning på den piezoelektriske transduser og derved endre laserens hulromslengde. Fabry-Perot interferometeret med Bragg-fibergitter (FFP) 236 kan bestå av et par nominelt tilpassede Bragg-gittere på 13,5 dB (med R omtrent lik 95,5%) som begge er 15 mm lange og plassert 10 mm fra hverandre. Den valgte FFP-resonans kan ha en fullbredde, halv-maksimum linjebredde (FWHM) på omtrent 143 MHz. Modulasjon og tilbakekobling er beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 5. Dette feilsignal 604 tjener to formål, nemlig (i) at ved lave frekvenser (<20 Hz) brukes signalet av servoforsterkeren for tilbakeføring til laseren 202 for å sikre at laseren forblir låst til midten av FFP-resonansen og (ii) at ved høyere frekvenser (>100Hz) gir feilsignalet en dynamisk påkjenningsavlesning fra FFP'en 236.

I fig. 14 sammenlignes frekvensstøyen for to eksempler på arrangementer, nemlig ekstern fasemodulasjon (som vist i form av et eksempel på et skjema i fig. 5) med kurven (a) 1402 og direkte strømmodulasjon (som vist i form av et eksempel på et skjema i fig. 6) med kurven (b) 1404.

Ved å bruke den empiriske modell for gitterdannelsens responsitivitet beskrevet ovenfor kan denne frekvensstøys spektrale densitet konverteres til ekvivalent fiberpåkjenning. Resultatene i fig. 14 fra disse eksempler på systemer viser at både ekstern fasemodulasjon og direkte strømmodulasjon begge er i stand til å gi en bredbåndet påkjennings-sensitivitet på omtrent 2pe/VHz. Begge metoder kan oppvise de samme komponenter av omgivelsesstøy med lydfrekvens innbefattet den piezoelektriske transdusers resonans som skyldes den lukkede sløyfes eksitasjon og bredbåndet akustisk støy ved lave frekvenser. De to modulasjonsarrangementer kan gi sammenlignbare bredbåndede sensitiviteten

I en anordning for interferometrisk avføling med en mengde følere, slik som vist i fig. 15, kan en mengde modulerte signaler fra en mengde modulerte laserkilder kombineres ved å bruke metoder som bølgelengdedelt multipleksing (WDM - Wavelength-Division Multi-plexing) inn på en eneste optisk fiber. En mengde følerelementer 1502 som hver omfatter et Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter 236 er anordnet i serie langs en eneste optisk fiberlengde. Følerene kan ordnes slik at det optiske utgangssignal kommer fra overføring gjennom interferometrene, slik som vist i fig. 15 eller slik at det optiske utgangssignal oppstår fra refleksjon fra interferometrene, slik som forklart ovenfor. Hvert interferometer i fiberen reagerer på lys ved en egen valgt bølgelengde Ai, A2, A3..., slik som vist i fig. 15, og hvert interferometer utspørres med en strålebunt tilsvarende sin arbeidsbølgelengde. Avstanden i bølgelengde mellom de separate, valgte bølgelengder kan typisk være omtrent 0,25 nm, begrenset av tilgjengelige WDM-systemer og strukturen av Fabry-Perot interferometrene med Bragg-fibergitter.

I eksempelet vist i fig. 15 opptrer de utspørrende laserstråler som hver har en egen valgt bølgelengde, fra en mengde adskilte laserkilder 1504 og strålene kombineres med optiske multipleksere 1506. Strålingen fra hver laser kan ha en senterbølgelengde som reguleres av en tilhørende bølgelengdestyring og moduleres ved hjelp av en i mengden av høyfrekvente modulatorer 1520. Mengden av optiske utgangssignaler som angir interferometrenes optiske lengder rettes mot separate demodulatorer ved å bruk en optisk demulti-plekser 1508 eller lignende optikk. De optiske utgangssignaler kan demoduleres via en mengde fotodetektorer 1510, blandetrinn 1512 og faseforskjøvede lokale oscillatorsignaler (fra tilhørende høyfrekvente modulatorer 1520) på den måte som er beskrevet ovenfor for anordningen med et enkelt interferometer. De demodulerte signaler blir lavpassfiltrert og feilsignaler 1518 observert for å angi interferometrenes optiske lengder. Feilsignalene kan mates tilbake til bølgelengdestyringer for laserene for således å gjøre det mulig for hver laser å etterspore sitt tilhørende interferometers senterbølgelengde via et frekvenslåsearrangement, slik som Pound-Drever-Hall-teknikken beskrevet ovenfor.

Med henvisning til fig. 16 kan avstanden 1602 mellom fiberinterferometrene 1604 i en anordning med flere følere være titalls til hundretalls meter angitt med bokstavene d1- d4.

I en anordning med flere følere velges modulasjonsfrekvensene med fordel til å være lik en multippel av det halve frie spektralområdet (FST - Free Spectral Range) for de sekundære Fabry-Perot-etaloner (dvs. sekundære interferometre) dannet mellom på-følgende Fabry-Perot interferometre med Bragg-fibergitter langs en eneste fiber, og dette fjerner restetalonvirkninger fra utspørringssignalavgivelsen. Denne frekvenssammenheng er skjematisk vist i fig. 17. Dersom modulatorfrekvensen 1702 (f.eks. 10-20 MHz) er liten sammenlignet med FWHM-bredden av den utspørrende modus 1704 (f.eks. 100 - 200 MHz) for Fabry-Perot interferometret med Bragg-fibergitter og demodulatorfase-forsinkelsen er optimalisert, representerer feilsignalet den forholdsvise endring av sidebåndene 1706, 1708 i forhold til hverandre. Ved finavstemming av strømmodula-sjonsfrekvensen 1702 til det halve av FSR eller en høyere multippel av halvparten av FSR av etalonfrekvensresponsen 1710 mellom påfølgende interferometre får begge sidebånd identiske etalonvirkninger. Dette kan eliminere forskjellig svekkelse sidebåndene imellom og sikre at det ikke genereres noe feilsignal som et resultat av den parasittiske sekundære etalon. I en sådan anordning må alle avstander følerene imellom i den samme fiber være en fast og identisk lengde fra hverandre (eller en multippel av en fast innbyrdes avstand) for å gi en konstant etalonfrekvensrespons 1710. Denne avstandsteknikk senker apodiseringskravene til hvert Fabry-Perot interferometer med Bragg-fibergitter og åpner for en tettere følerkanalavstand. For etalon på FSR= c/2nd bør modulasjonsfrekvensen Fmodinnstilles til Fmod=j/s FSR eller Fmod=(j/4)(c/nd) for hvert sidebånd, for å bli likt reflektert/overført av etalonen, hvor j er et heltall, n er brytningsindeksen og d er avstanden mellom følerene. For en gitt avstand mellom interferometerelementene i en eneste fiber hvor avstanden er stor (f.eks. noen få titalls meter) er det en mengde modulasjonsfrekvenser som tilfredsstiller kriteriet og som hver har en forskjellig j-verdi. Alternativt gir omordning av avstanden d =G/4)(c/nFmod). Når f.eks. F=20 MHz og n=1,446 bør avstanden være multipler av 2,6 m.

En alternativ realisering av en anordning med en mengde følere er vist i fig. 18 og har en eneste høyfrekvent fasemodulator 1806 nedstrøms for WMD-optikken 1804 som kombinerer flere laseravgivelser inn i den eneste fiber. Denne topologi reduseres bruken av eksterne fasemodulatorer ned til en eneste modulator pr. fiber. I denne anordning blir en mengde laserkilder 1802 med hver sin valgte bølgelengde Ai, A2, A3..., kombinert ved hjelp av optikken 1804 av typen bølgelengdedelt multipleksing (WDM) og modulert ved hjelp av en eneste optisk modulator 1806, slik som en ekstern fasemodulator. Bare en eneste høyfrekvent kilde er nødvendig for å drive modulatoren 1806. Strålingen fra laserene 1802 som kombineres inn i en eneste optisk fiber, utspør en mengde interferometre 1810 som hver reagerer på en egen valgt bølgelengde Ai, A2, A3.... De optiske utgangssignaler som samles sammen via overføring eller refleksjon separeres i adskilte kanaler som tilsvarer de separate bølgelengder ved å bruke WDM-optikk 1812 forså å demoduleres ved hjelp av separate blandetrinn 1814 og separate elektroniske følere 1816.1 en realisering av anordningen kan feilsignalene bli matet tilbake til bølgelengde-styringene for laserene og således gjøre mulig for hver laser å etterspore sitt tilhørende interferometers senterbølgelengde via et frekvenslåsearrangement (f.eks. PDH-arrange-mentet), som beskrevet ovenfor.

I en ytterligere realisering av en anordning med flere følere som er vist i fig. 19 kan en mengde optiske utgangssignaler som oppstår fra en mengde interferometre i en eneste optisk fiber 1902 dele en eneste fotodetektor 1904.1 denne anordning moduleres hver laseravgivelse ved en forskjellig høyfrekvens. Etter utspørring av hver føler (dvs. FFP) gjør demodulering av hver respektiv modulasjonsfrekvens med en mengde elektroniske blandetrinn 1908 det mulig å trekke ut hvert akustisk følersignal i isolasjon. Dette forenkler påvisningsoptikken ved at behovet for en splitter/kombinator og annen WDM-optikk ved rekkeutgangen, unngås. I en realisering av anordningen kan feilsignalene mates tilbake til laserenes bølgelengdestyringer for således å gjøre det mulig for hver laser å etterspore senterfrekvensen for sitt tilhørende interferometer, slik som beskrevet ovenfor.

Det skal forstås at de utførelser av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor med henvisning til de vedføyde tegninger er blitt gitt bare som eksempel, og at modifikasjoner og tilleggs-komponenter som faller innenfor de vedføyde patentkrav, kan anordnes for å forbedre anordningens ytelse.

I hele denne spesifikasjon og patentkravene som følger skal, om ikke sammenhengen fordrer noe annet, ordet "omfatte" og variasjoner, slik som "omfatter" og "omfattende" forstås til å bety innlemmelse av en angitt enhet eller et trinn, eller en gruppe angitte enheter eller trinn.

Claims (14)

1. Anordning for interferometrisk avføling, som omfatteren mengde laserkilder med enkel longitudinal modus, som hver frembringer stråling ved en tilhørende valgt bølgelengde og minst én kontrollmodulator for å frekvens- eller fasemodulere strålingen fra hver laserkilde, en mengde Fabry-Perot interferometre dannet ved skriving av Bragg-gittere inn i en optisk fiber, idet hvert interferometer har en resonansbølgelengde svarende til én av de valgte bølgelengder og reagerer på den modulerte stråling ved én i nevnte mengde av bølge-lengder, slik at hvert enkelt frembringer et reflektert eller overført optisk utgangssignal avhengig av den tilhørende interferometersveilengde, og én eller flere demodulatorer for å demodulere de optiske utgangssignaler og frembringe en mengde av tilhørende målesignaler som angir de respektive interferometres optiske veilengder.

2. Anordning som angitt i krav 1, videre omfattende en mengde bølgelengdestyringer, respektivt koblet til laserkildene, for å styre de valgte bølgelengder for laserkildene.

3. Anordning som angitt i krav 2, hvor hver bølgelengdestyring omfatter et eksternt optisk hulrom som hver tilhørende laserkilde er frekvenslist til for å styre den tilhørende valgte bølgelengden.

4. Anordning som angitt i krav 2, hvor hver laserkilde er utstyrt med en drivstrøm for generering av den tilhørende strålingen, og hvor hver bølgelengdestyring er koblet til den tilhørende laserkilde for å justere eller regulere drivstrømmen for å styre den tilhørende valgte bølgelengden for hver tilhørende laserkilde.

5. Anordning som angitt i krav 2, omfattende minst én ekstern frekvens- eller fasemodulator som er koblet til laserkildene for å motta den frembragte strålingen fra laserkildene, og koblet til kontrollmodulatoren for å motta et modulasjonssignal fra kontrollmodulatoren for å drive den eksterne frekvens- eller fasemodulator og styre modulasjonen av strålingen av laserkildene.

6. Anordning som angitt i krav 2, hvor kontrollmodulatoren er koblet til en inngang til bølgelengdestyringen for å drive bølgelengdestyringen og styre modulasjonen av strålingen av den tilhørende laserkilde.

7. Anordning som angitt i krav 2, hvor hver bølgelengdestyring er koblet til hver tilhørende demodulator for å motta tilbakekoblingssignaler fra hver tilhørende demodulator for å styre den valgte bølgelengde for den tilhørende laserkilde.

8. Anordning som angitt i krav 7, omfattende minst ett lavpassfilter koblet til demodulatorene og bølgelengdestyringene for å motta respektive utgangssignaler fra demodulatorene, og konfigurert til å velge et lavt frekvensområde for demodulatorutgangs-signalene mens utgangssignalene passerer gjennom lavpassfilteret for å generere tilbakekoblingssignalene for bølgelengdestyringene.

9. Anordning som angitt i et av kravene 7, hvor tilbakekoblingssignalene innbefatter negative tilbakekoblingssignaler for å justere eller regulere de valgte bølgelengder for laserkildene til å avstemme senterbølgelengder for de respektive tilhørende interfero-metere.

10. Anordning som angitt i krav 1, omfattende en eneste optisk fiber og en multiplekser for kombinering av strålingen fra mengden av laserkilder inn i den eneste optiske fiber, hvor mengden av interferometre er fordelt langs nevnte optiske fiber.

11. Anordning som angitt i krav 10, hvor en avstand mellom påfølgende interferometre er lik c j / (4 n Fmod), hvor c er hastigheten av lys, Fmoder modulasjonsfrekvensen, j er et heltall og n er den optiske fibers brytningsindeks.

12. Anordning som angitt i krav 1, hvor kontrollmodulatoren er egnet for generering av et felles signal for frekvens- eller fasemodulering av strålingen fra mengden av laserkilder ved den samme modulasjonsfrekvens.

13. Anordning som angitt i krav 1, hvor den minst ene kontrollmodulator omfatter en mengde av kontrollmodulatorer koblet til respektive laserkilder, hvor kontrollmodulatorene er egnet for generering av signaler som modulerer strålingen fra laserkildene ved respektive forskjellige modulasjonsfrekvensen

14. Anordning som angitt i krav 13, omfattende en felles optisk detektor konfigurert til å motta en mengde av de reflekterte eller overførte optiske utgangssignaler for generering av et felles detektert signal, slik at hver demodulator demodulerer nevnte felles detekterte signal for å frembringe de respektive målesignaler.