JP2020536256A - 分布光学センシングシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下の定義は、一般的な定義として提供されるものであり、これらの用語のみに本発明の範囲を限定すべきではないが、以下の説明のいっそう十分な理解のために提示される。
直接前方伝播光信号が第2の光遅延手段を迂回していることから生じる後方伝播信号を有する直接+直接信号(信号1)と、遅延前方伝播光信号が第2の光遅延手段を迂回していることから生じる後方伝播信号を有する遅延+直接信号(信号2)と、直接出力信号が第2の光遅延手段を通して伝えられていることから生じる後方伝播信号を有する直接+遅延信号(信号3)と、遅延出力信号が第2の光遅延手段を通して伝えられていることから生じる後方伝播信号を有する遅延+遅延信号(信号4)と、を含む複数の信号を受信し得る。
・ 遅延前方伝播光信号が第2の光遅延手段を迂回していることから生じる後方伝播信号を有する遅延+直接信号(信号2);及び
・ 直接出力信号が第2の光遅延手段を通して伝えられていることから生じる後方伝播信号を有する直接+遅延信号(信号3)。
・ 直接出力信号151が第2の光遅延手段107bを迂回したことから生じる後方伝播信号161aを有する直接+直接信号(信号1);
・ 遅延前方伝播出力信号153が第2の光遅延手段を迂回したことから生じる後方伝播信号163aを有する遅延+直接信号(信号2);
・ 直接出力信号151が第2の光遅延手段107bを通して伝えられたことから生じる後方伝播信号161bを有する直接+遅延信号(信号3);及び
・ 遅延出力信号153が第2の光遅延手段を通して伝えられたことから生じる後方伝播信号163bを有する遅延+遅延信号(信号4)。
(a)光源101から光を受け、それを前方伝播方向にてIRDPを介して導き、出力信号の2つの分割された部分が、センシング媒体内に発射されて後方散乱信号を生成する前に、ハイブリッド結合器/スプリッタ211にて結合される;及び
(b)センシング媒体160(例えば、光ファイバセンシング媒体)から後方伝播する後方散乱光を受け、受けた各後方散乱信号が、結合器/スプリッタ211によって2つの部分へと分割され、分割された後方散乱信号の各々が、後方伝播方向にて共通経路IRDPを通り抜け、サーキュレータ206a及び206bによって位相・振幅受信器131に方向付けられる。ここでも、検出された信号が、ストレージ133に記録及び記憶され、そして、外乱によって引き起こされたセンシング媒体160内の分布経路長変化を計算するために解析プロセッサ135によって解析される。
具体的には光ファイバである光媒体における前方伝播モードと後方伝播モードとの間の結合に関する結合モード方程式を用いて、Froggatt及びMoore(M.Froggatt及びJ.Moore,“High spatial resolution distributed strain measurement in optical fiber with Rayleigh scatter”,Appl.Opt.,vol.37,no.10,pp.1735−1740,1998)は次式:
R(β)は、レイリー(非周波数シフト)後方散乱波の複素振幅であり、
εcoは、ファイバコアの誘電率であり、
ε(z)−εcoは、ファイバコアの誘電率のランダム変動であり、
我々は、センシングファイバの外側でε(z)−εco≡0であると仮定し、
βは、導波路中の伝播定数であり、そして、
E0(β)は、z=0における励磁場の複素振幅である。
z=vpτ/2
を行うことができ、ここで、
τは2方向(位相速度)進行時間であり、
vp=c/neffは位相速度であり、
S(ω)=R(β(ω))は周波数ドメインでの信号であり、
E(ω)=E0(β(ω))は周波数ドメインでの発射場であり、
β=ω/vpは伝播定数であり、
Y(ω)=F[y(τ)]
を用いて、
S(ω)=E(ω)(−iω)Y(ω)
を得る。あるいは、等価的に、信号モデルは、簡潔な表記:
S(ω)=E(ω)G(ω)
s(τ)=e(τ)*g(τ) (2)
として書き直すことができ、ここで、
*は、コンボリューションを示し、
G(ω)=(−iω)Y(ω)が代入されており、
g(τ)は、時間ドメインにおけるファイバのインパルス応答関数として解釈され、
s(τ)は、時間ドメインでの信号であり、
e(τ)は、時間ドメインでの発射場であり、
g(τ)、s(τ)、及びe(τ)は、フーリエ変換によってG(ω)、S(ω)、及びE(ω)に関係づけられる。
以上の導出は、例えば光ファイバといったセンシング媒体に誘起される光路長の変化ρ(t)が、次式:
tはサンプル時間であり、
z=vt/2はファイバに沿った位置であり、
vはファイバ中での光の速さであり、
d(t)は位相・振幅受信器からの複素信号であり、
I(t)は変調されたレーザ強度であり、
Fはフーリエ変換を表し、
F−1は逆フーリエ変換を表し、
ω0は光源の中心周波数であり、そして、
ΔTはセンシングファイバの前後の遅延間の差である。
ここに開示されるシステム及び方法の可能な用途は、ファイバ又は導波路上での分布音響センシング、表面振動測定、空気及び大気中での分布音響LIDAR、風速測定(風速計)、水中での分布音響LIDAR、パイプライン流体中での分布音響LIDAR、掘削孔及び井戸内での垂直地震探査、地震探査のための海中ストリーマ、地震探査のための陸上地震センサ、反復地震学的描像及びインバージョンのための永続的地震モニタリングアレイ、例えば地震モニタリング、微小地震モニタリング、及び地下流体注入若しくは生成に関連する誘起地震動などの受動的地震モニタリング、例えば微小地震モニタリング及び陥没などの坑道壁安定性のモニタリング、例えば水ダム誘起地震動及び掘削ダムの剛性などのダム安定性のモニタリング、例えばリーク検出及び改造などのパイプラインモニタリング、例えば侵入検出などの周辺及びセキュリティモニタリング/調査、例えば橋梁、トンネル、建物及び風力タービン上での歪み及び振動制御などのインフラモニタリング、例えば車、航空機及び船舶内での歪み及び振動制御などの車両構造モニタリング、例えばパイプライン内での流れ計測などの流れ計測、例えば近地表面せん断波速度の表面波インバージョンなどの地質調査、例えば大気プロファイリング、風室プロファイリング及び航空機周囲などの空気の動きプロファイリング、例えば海流、河川流及び船舶周辺などの水の動きプロファイリング、例えば身体歪みセンサ及び血流計測などの医療装置、例えば妨害及び故障などの通信ネットワークのモニタリング、例えば道路、鉄道及びボートなどの交通・車両の流れモニタリング、音声記録、並びに、例えばトンネル及びインフラ内などでの火災モニタリング、を含み得る。
ここでの開示から当業者によって理解されるように、ここに開示されるシステム及び方法は、以下に記載される利点を含め、既存の分布音響センシングシステムによって教示されるシステムに内在する制限を克服する。
に従って
ここに記載されるとき、“に従って”は、“の関数として”を意味することもあり、それに関係して指定される整数に必ずしも限定されない。
この明細書全体を通しての“一実施形態”、“実施形態”、“一構成”、又は“構成”への言及は、その実施形態/構成に関連して記載される特定の機構、構造又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態/構成に含まれることを意味する。従って、この明細書全体を通して様々な箇所に“一実施形態/構成において”又は“実施形態/構成において”という言い回しが現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態/構成に言及しているわけではない(しかし、そうであってもよい)。また、複数の特定の機構、構造又は特性が、1つ以上の実施形態/構成において、この開示から当業者に理解されるような好適なやり方で組み合わされてもよい。
ここで提供される説明では、数多くの具体的詳細が記載されている。しかしながら、理解されることには、本発明の実施形態は、これらの具体的詳細なしで実施されてもよい。また、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造及び技術については詳細に示していない。
図面に例示される本発明の好適実施形態を説明するのに際し、明瞭さのために、特定の用語を当てにしている。しかしながら、そのように選択された特定の用語に本発明が限定されることを意図されておらず、理解されるべきことには、各特定の用語は、同様の技術的目的を達成するために同様にして動作する全ての技術的に等価なものを含むものである。例えば“前方”、“後方”、“半径方向”、“周辺”、“上方”、“下方”、及びこれらに類するものなどの用語は、基準点を提供するための便宜上の用語として使用されており、限定的な用語として解釈されるべきでない。
ここで使用されるとき、別段の断りがない限り、共通のオブジェクトを記述するための序数形容詞“第1の”、“第2の”、“第3の”などの使用は、単に、同様のオブジェクトの異なるインスタンスが参照されていることを示しものであり、そのように記述されるオブジェクトが、時間的に、空間的に、ランク付けにおいて、又は何らかの他のやり方で、所与のシーケンスになければならないことを意味する意図はない。
従って、本発明の好適な構成であると考えられるものを説明してきたが、当業者が認識することには、これらの構成には、本発明の精神から逸脱することなく、他の更なる変更が為されることができ、本発明の範囲内にある全てのそのような変形及び変更を特許請求することが意図される。ブロック図に対して機能が追加又は削除されてもよく、機能ブロック間で動作が交換されてもよい。記載された方法に対して、本発明の範囲内で、ステップが追加又は削除され得る。
以上から明らかなことには、説明された構成は、モバイル装置産業、特に、モバイル装置を介してデジタルメディアを配信する方法及びシステムに適用可能である。
Claims (106)
- 広帯域光源と、
位相・振幅受信器と、
を有する分布光学センシングシステム。 - 前記位相・振幅受信器は、媒体に向けて前記光源によって生成された光信号の分布後方散乱を受信するように適応されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記広帯域光源は、インコヒーレント又は部分コヒーレントのいずれかの広帯域光源である、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記広帯域光源はコヒーレント広帯域光源である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも1つの意図的相対遅延経路(IRDP)を更に有する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記IRDPは、前記光源によって生成された光出力の一部を遅延させるように適応されている、請求項5に記載のシステム。
- 前記光源は変調光源である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記変調光源は強度変調光源又はパルス光源である、請求項7に記載のシステム。
- 前記光源によって生成された出力光を受けるように適応された順方向光路、を更に有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載のシステム
- 前記順方向光路内の前記光源によって生成された前記光の少なくとも一部を変調するように適応された変調器、を更に有する請求項9に記載のシステム。
- 前記変調器は、前記順方向光路内の前記光の少なくとも一部の強度を変調するように適応されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記変調器は、前記順方向光路内の前記光の少なくとも一部の位相を変調するように適応されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記変調器は、前記順方向光路内の前記光の少なくとも一部の偏光を変調するように適応されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記変調器は、前記順方向光路内の前記光の少なくとも一部の周波数を変調するように適応されている、請求項10に記載のシステム。
- 前記順方向光路は更に、変調された前記出力光を、物理的変化に応答して光信号を変化させるように適応された光学的に透明な媒体に伝えるように適応されている、請求項9乃至14のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記光学的に透明な媒体は、当該媒体内での前記光信号の経路長を変更することによって、当該媒体中を伝播する光信号を乱すように適応されている、請求項15に記載のシステム。
- 前記光路長は、前記媒体中を伝播する前記光信号の光路長である、請求項16に記載のシステム。
- 前記順方向光路は、前記光信号を少なくとも2つの部分に分割するように適応された光スプリッタを有する、請求項1乃至17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記変調器は、前記分割された光信号の一方又は双方の部分を受けて、少なくとも1つの変調された光信号を提供するように適応されている、請求項18に記載のシステム。
- 前記順方向光路は、
第1の遅延τ1を持つ第1の光遅延手段であり、前記光スプリッタから前記光信号の第1の部分を受け、その後、遅延前方伝播光信号を前記光学的に透明な媒体に伝えるように適応された第1の光遅延手段と、
前記光スプリッタから強度変調された光信号の第2の部分を受け、その後、前記第1の光遅延手段を迂回して、直接前方伝播光信号を前記光学的に透明な媒体に伝えるように適応された直接光伝送手段と、
を有し、
前記遅延前方伝播光信号は、前記直接前方伝播光信号に対して、前記第1の遅延τ1だけ時間的に遅延される、
請求項18又は19に記載のシステム。 - 前記直接前方伝播光信号と前記遅延前方伝播光信号とを共通の順方向光路上で結合する結合手段、を更に有する請求項20に記載のシステム。
- 前記光学的に透明な媒体から後方伝播光を受け、該受けた後方伝播光を戻り光路に向けるように適応された光方向付け手段、を更に有する請求項20又は21に記載のシステム。
- 前記戻り光路は、前記後方伝播光を少なくとも2つの部分へと分割するように適応された戻り光スプリッタを有する、請求項22に記載のシステム。
- 前記戻り光路は、
第2の遅延τ2を持つ第2の光遅延手段であり、前記戻り光スプリッタから前記後方伝播光の第1の部分を受け、その後、遅延戻り光信号を前記位相・振幅受信器に伝えるように適応された第2の光遅延手段、
を有し、
当該システムは更に、前記戻り光スプリッタから前記後方伝播光の第2の部分を受け、その後、前記第1の光遅延手段を迂回して、直接戻り光信号を前記位相・振幅受信器に伝えるように適応された直接戻り光伝送手段を有し、
前記遅延戻り光信号は、前記直接戻り信号に対して、前記第2の遅延τ2だけ遅延される、
請求項22又は23に記載のシステム。 - 前記第1の光遅延手段及び前記第2の光遅延手段は共通であり、遅延τcomを持つ、請求項24に記載のシステム。
- 前記広帯域光源はコヒーレンス時間τcohを持ち、|τ1−τ2|<aτcohである、請求項24に記載のシステム。
- 前記乗算係数aは約1である、請求項26に記載のシステム。
- 前記乗算係数aは約1と約100との間である、請求項26に記載のシステム。
- τ1>τcoh、且つτ2>τcohである、請求項27又は28に記載のシステム。
- 前記位相・振幅受信器は、前記位相・振幅受信器に入射する光信号の位相及び干渉振幅における差を測定するように適応されている、請求項1乃至29のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記位相・振幅受信器は、
前記遅延前方伝播光信号が前記第2の光遅延手段を迂回していることから生じる後方伝播信号を有する遅延+直接信号(信号2)、及び
前記直接出力信号が前記第2の光遅延手段を通して伝えられていることから生じる後方伝播信号を有する直接+遅延信号(信号3)、
を含む複数の信号を受信する、請求項1乃至30のいずれか一項に記載のシステム。 - 信号2及び信号3は略同時に前記受信器に到着して、信号2が信号3と干渉することを可能にし、それにより、外乱によって引き起こされる前記光学的に透明な媒体内での経路長差を示す信号2と信号3との間での光路差、の尺度を提供するように適応された干渉信号を生成する、請求項31に記載のシステム。
- 前記光学的に透明な媒体は光ファイバである、請求項1乃至32のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記位相・振幅受信器の出力信号を受信し、その後、前記光学的に透明な媒体内の分布光路長変化を計算するように適応された計算・解析手段、を更に有する請求項1乃至33のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記計算・解析手段は、測定された光路長変化から前記光学的に透明な媒体における物理的変化を推測するように適応されている、請求項34に記載のシステム。
- 複数の光学的に透明な媒体と、
前記直接前方伝播光信号及び前記遅延前方伝播光信号の各々内の複数の周波数帯を選択する周波数選択手段であり、選択された各周波数帯が、選択された媒体に向けられる前方伝播直接及び遅延光信号を有する、周波数選択手段と、
各選択された光媒体から後方伝播光信号を受信する複数の受信手段と、
前記直接戻り伝播光信号及び前記遅延戻り伝播光信号の各々内の複数の周波数帯を選択する周波数選択手段であり、選択された各周波数帯が、選択された位相・振幅受信器に向けられる戻り伝播直接及び遅延光信号を有する、周波数選択手段と、
選択された周波数帯内の受信光信号の振幅位相における差を測定して、分布して各選択された媒体に沿った光路長変化を決定し、該選択された媒体における物理的変化を推測するように適応された複数の位相・振幅受信器と、
を有する請求項1乃至35のいずれか一項に記載のシステム。 - 分布してセンシング媒体に沿った光路長変化をセンシングする方法であって、
光出力を生成する広帯域光源を用意するステップと、
前記光出力を少なくとも2つの部分へと分離し、分離された各部分を独立した順方向光路に導くステップと、
前記光路のうちの第1の光路内に第1の光遅延手段を設けるステップであり、該遅延手段は、前記第1の順方向光路上の前記光出力の少なくとも1つの部分を、少なくとも1つの他の独立した順方向光路に対して所定の遅延時間τ1だけ遅延させ、それにより、遅延光出力信号と少なくとも1つの直接光出力信号とを生成するように適応される、ステップと、
前記出力信号を前記センシング媒体内に導く方向付けデバイスを設けるステップと、
前記センシング媒体からの分布後方散乱信号を受信する受信手段を設けるステップと、
前記後方散乱信号を少なくとも2つの独立した戻り経路へと分離するステップと、
前記戻り経路のうちの第1の戻り経路内に第2の光遅延手段を設けるステップであり、該遅延手段は、前記第1の戻り経路上の受信後方散乱信号の少なくとも1つの部分を、少なくとも1つの他の戻り光路に対して所定の遅延時間τ2だけ遅延させ、それにより、遅延後方散乱信号と少なくとも1つの直接後方散乱信号とを生成するように適応される、ステップと、
分離された前記遅延後方散乱信号と前記直接後方散乱信号との間の相対的な位相差を測定して、前記センシング媒体に沿った光路長変化を決定するステップと、
を有する方法。 - センシングされた前記光路長変化から前記センシング媒体における物理的変化を推測するステップを有する請求項37に記載の方法。
- 前記光源はコヒーレンス時間τcohを有し、前記第1及び第2の遅延手段の遅延は、|τ1−τ2|<aτcohなる関係を満たす、請求項37又は38に記載の方法。
- 前記乗算係数aは約1である、請求項39に記載の方法。
- 前記乗算係数aは約1と約100との間である、請求項39に記載の方法。
- 前記広帯域光源は、インコヒーレント又は部分コヒーレントのいずれかの広帯域光源である、請求項37乃至41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記広帯域光源はコヒーレント広帯域光源である、請求項37乃至41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源は変調光源又はパルス光源である、請求項37乃至43のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出力信号を前記センシング媒体に導くことに先立って、前記光出力、又は前記遅延出力信号及び/又は前記直接出力信号、のいずれかを変調するステップ、を有する請求項37乃至44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出力信号を前記センシング媒体内に導くことに先立って、前記遅延出力信号と前記少なくとも1つの直接出力信号とを共通の順方向光路上に結合する結合手段を設けるステップ、を更に有する請求項37乃至45のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の光遅延手段及び前記第2の光遅延手段は共通である、請求項37乃至46のいずれか一項に記載の方法。
- 前記センシング媒体内の光の進行時間及び変調スキームを用いて、前記光路長変化の位置又は物理パラメータを決定するステップと、
測定された位相を用いて、分布した光路長変化を定量的に決定するステップと、
該決定された光路長変化から前記センシング媒体の1つ以上の物理パラメータを推測するステップと、
を更に有する請求項37乃至47のいずれか一項に記載の方法。 - 前記変調するステップは、前記光信号の強度を変調すること、振幅を変調すること、周波数を変調すること、位相を変調すること、又は偏光を変調することのいずれかを有する、請求項44乃至48のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変調はパルス化され、それにより、強度変調された光出力を提供する、請求項49に記載の方法。
- 前記センシング媒体は、前記光源によって生成される所定の1つ以上の波長で光学的に透明な媒体である、請求項37乃至50のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光学的に透明な媒体は、前記所定の1つ以上の波長を持つ光を導波するように適応された光ファイバ又は光導波路である、請求項51に記載の方法。
- 前記光学的に透明な媒体は、水、海水、流体、ガラス、ポリマー、半導体材料、空気、メタン、圧縮天然ガス、液化天然ガス、ガス、又は他の好適な光学的に透明な材料である、請求項51に記載の方法。
- 前記光学的に透明な媒体が導波媒体でない場合、当該方法は更に、前記出力信号を前記センシング媒体内に発射するため及び前記センシング媒体からの後方散乱光信号を収集するためのコリメータを設けるステップを有する、請求項51に記載の方法。
- 第1の周波数選択手段を設けるステップであり、該第1の周波数選択手段は、
前記直接前方伝播光信号及び前記遅延前方伝播光信号の各々内の複数の周波数帯を選択し、選択された各周波数帯が、前方伝播する直接及び遅延光信号を有し、
選択された各周波数帯内の各対の光信号を、複数のセンシング媒体のうちの選択された1つに導き、
選択された各光学媒体から後方伝播する分布後方散乱光信号を受信し、及び
受信した光信号の各々を共通の光戻り経路上に結合する、
ためのものである、ステップと、
第2の周波数選択手段を設けるステップであり、該第2の周波数選択手段は、
前記戻り経路から光信号を受信し、及び
前記受信した光信号で複数の周波数帯を選択する、
ためのものである、ステップと、
選択された複数の周波数帯の各々内の信号を、複数の位相・振幅受信器のうちの選択された1つに導いて、選択された各周波数帯における前記遅延後方散乱光信号と前記直接後方散乱光信号との間の相対的な位相差を測定し、前記複数のセンシング媒体の各々における光路長変化を決定し、それにより、各センシング媒体における物理的変化を推測するステップと、
を更に有する請求項37乃至54のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の周波数選択手段は周波数デマルチプレクサ及びマルチプレクサを有する、請求項55に記載の方法。
- 前記第2の周波数選択手段はデマルチプレクサを有する、請求項55又は56に記載の方法。
- 前記周波数デマルチプレクサによって選択された複数の周波数帯内の光信号が各々、固有の位相・振幅受信器へと導かれる、請求項55に記載の方法。
- 前記周波数デマルチプレクサによって選択された複数の選択された周波数帯内の光信号が各々、共通の位相・振幅受信器に導かれる、請求項55に記載の方法。
- 分布してセンシング媒体に沿った光路長変化をセンシングする方法であって、
広帯域光源を用意するステップと、
前記光源からの光出力を少なくとも2つの出力経路へと分離するステップと、
1つの出力経路内の光を、少なくとも1つの他の出力経路に対して遅延時間τ1だけ遅延させるステップと、
異なる前記出力経路からの光を前記センシング媒体内に導くことに先立つ任意のステップにて光を変調するステップと、
異なる前記出力経路からの光を前記センシング媒体内に導くステップと、
前記センシング媒体からの分布後方散乱を受信するステップと、
受信した前記後方散乱を少なくとも2つの戻り経路へと分離するステップと、
1つの戻り経路内の光を、少なくとも1つの他の戻り経路に対して遅延時間τ2だけ遅延させるステップと、
分離された遅延後の前記分布後方散乱光の間の相対的な位相差を測定する位相・振幅受信器を設けるステップと、
を有する方法。 - 測定された位相を用いて、分布した光路長変化を定量的に決定するステップ、を更に有する請求項60に記載の方法。
- 前記センシング媒体内の光の進行時間及び変調スキームを用いて、前記光路長変化の位置、又は前記センシング媒体における光路長変化を生じさせている1つ以上の物理パラメータを決定するステップ、を更に有する請求項61に記載の方法。
- 光路長における前記変化から1つ以上の物理パラメータを推測するステップ、を更に有する請求項60乃至62のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源はコヒーレンス時間τcohを有し、前記第1及び第2の遅延手段の遅延は、|τ1−τ2|<aτcohなる関係を満たす、請求項60乃至63のいずれか一項に記載の方法。
- 前記乗算係数aは約1である、請求項64に記載の方法。
- 前記乗算係数aは約1と約100との間である、請求項64に記載の方法。
- 前記広帯域光源は、インコヒーレント又は部分コヒーレントのいずれかの広帯域光源である、請求項60乃至66のいずれか一項に記載の方法。
- 前記広帯域光源はコヒーレント広帯域光源である、請求項60乃至67のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源によって生成される光の強度又は振幅が、前記センシング媒体の前の任意の場所で変調される、請求項60乃至68のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源によって生成される光の周波数が、前記センシング媒体の前の任意の場所で変調される、請求項60乃至69のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源によって生成される光の位相が、前記センシング媒体の前の任意の場所で変調される、請求項60乃至70のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源によって生成される光の偏光が、前記センシング媒体の前の任意の場所で変調される、請求項60乃至71のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出力信号を前記センシング媒体内に導くことに先立って、前記遅延出力信号と前記少なくとも1つの直接出力信号とを共通の順方向光路上に結合する結合手段を設けるステップ、を更に有する請求項60乃至72のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の光遅延手段及び前記第2の光遅延手段は共通である、請求項60乃至73のいずれか一項に記載の方法。
- 前記広帯域光源は、前記システムの空間分解能よりも短いコヒーレンス長を持つ、請求項37乃至74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源は、自然放出若しくは増幅自然放出(ASE)、スーパールミネセントダイオード(SLED)、又はこれらの光源の組み合わせを有する群のうちの1つ以上から選択される、請求項37乃至75のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源は、マルチモードレーザ、シングルモードレーザ、又はこれらの光源の組み合わせを有する群のうちの1つ以上から選択される、請求項37乃至75のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光源は、スーパーコンティニウム光源、モードロックレーザ、振幅変調光源、周波数変調光源、位相シフトキーイングレーザ、位相変調光源、自然光、蛍光又は燐光の製造物、光通信光源、光ファイバーネットワーク内の既に存在している又は使用されているネットワーク光信号、光自由空間ネットワーク内の既に存在している又は使用されているネットワーク光信号、ファイバセンサシステム内の既に存在している又は使用されている光信号、又はこれらの光源の組み合わせを有する群のうちの1つ以上から選択される、請求項37乃至75のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変調は、パルス化、擬似ランダム符号化、シンプレックスコード、ゴーレイコード、線形チャープ周波数、又はバーカーコードのうちの1つ以上を有する群から選択される、請求項37乃至78のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変調のための手段は、電気光学変調器、音響光学変調器、光スイッチ、直接ソース変調器、可飽和吸収体、前記光源内で直接生じる変調、又は偏光変調器のうちの1つ以上を有する群から選択される、請求項37乃至79のいずれか一項に記載の方法。
- 望ましくない時に前記センシング媒体に光が入ることを防止するために時間ゲーティング装置が使用される、請求項37乃至80のいずれか一項に記載の方法。
- 信号対雑音比を改善するため、又はASEを通じて光源として作用するために、前記センシング媒体の前及び/又は後で光増幅器が使用される、請求項37乃至81のいずれか一項に記載の方法。
- 光増幅器ノイズを低減するために、前記センシング媒体の前及び/又は後で光フィルタが使用される、請求項37乃至82のいずれか一項に記載の方法。
- 前記遅延は、これに限られないが、好ましくは、前記センシング媒体における後方散乱光の最大戻り時間よりも長い、請求項37乃至83のいずれか一項に記載の方法。
- 前記遅延のための手段は、光ビーム遅延ライン(例えば、自由空間)、光キャビティ、再循環ループ、又は電磁的に誘起される透過性の使用を有する群のうちの1つ以上から選択される、請求項37乃至84のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光ビーム遅延ラインは自由空間である、請求項85に記載の方法。
- 前記遅延は、好ましく長い光ファイバの長さによって達成される、請求項37乃至85のいずれか一項に記載の方法。
- 前記遅延は、偏光コントローラ、偏光スクランブラ及び/又はファラデーミラーのような偏光制御用の装置と共に使用される、請求項37乃至87のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変調された光が、前記センシング媒体の前で測定される、請求項37乃至88のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光の前記分離又は結合は、カプラ、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、スイッチ、音響光学変調器、光学フィルタ、部分反射器、又は複屈折を有する群のうちの1つ以上を使用することによって達成される、請求項37乃至89のいずれか一項に記載の方法。
- 前記センシング媒体は、光導波路、任意の材料から作製された光ファイバ、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、マルチコアファイバ、偏光維持ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ、液体若しくはガスで充填されたコアを持つファイバ、ガス(例えば、大気)、液体(例えば、水若しくは海洋)、又は固体(例えば、ガラス若しくはポリマー)を有する群から選択される、請求項37乃至90のいずれか一項に記載の方法。
- 前記分布後方散乱は、光ファイバ内でのレイリー後方散乱である、請求項37乃至91のいずれか一項に記載の方法。
- 前記分布後方散乱は、光ファイバ内での後方散乱、ミー後方散乱、離散反射、ブラッグ格子反射、又は粒子での散乱/反射を有する群のうちの1つ以上によって与えられる、請求項37乃至91のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、3×3カプラ、又はM≧2若しくはN≧3であるM×Nカプラを有する群のうちの1つ以上の使用を有する、請求項37乃至93のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、周波数シフト(例えば、音響光学周波数シフト)と、位相を復元するための複素復調との使用を含む、請求項37乃至93のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、位相・振幅受信器、ヒルベルト変換の使用を介して位相を復元するための周波数掃引、変化する位相シフトの時間多重化を介した位相変調器受信位相、マルチポート干渉計内の波長板の配置、ローカル発振器との干渉、又はこれらの偏波ダイバース(二重偏波)バージョンを有する群のうちの1つ以上の使用を有する、請求項37乃至93のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、分光計又は光学フィルタの使用と、複数の異なる周波数帯で別々に強度測定又は位相・振幅測定を実行することとを有する、請求項37乃至93のいずれか一項に記載の方法。
- より高いアナログ周波数を、より低い周波数帯へとシフトさせるために、受信器信号と基準信号との電子的混合が使用される、請求項37乃至97のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、時間をかけて連続的に実行され、又は一気に実行される、請求項37乃至98のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位相の測定は、振幅の測定と同期して実行される、請求項37乃至99のいずれか一項に記載の方法。
- 前記物理パラメータは、センシング媒体における、縦歪み、横歪み、音響波、地震波、振動、運動、曲げ、ねじり、温度変化、光遅延変化、化学組成変化、又は散乱/反射粒子の動きを有する群から選択される、請求項37乃至100のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光路長変化の位置又は前記物理パラメータを決定する方法は、
パルス変調の使用であり、測定される位相は、遅延時間にわたっての光路長変化に比例し、サンプル時間は、センシング媒体に沿った位置にほぼ線形にマッピングされる、及び/又は
位相・振幅受信器からの複素信号と、既知の又は測定された変調との間の数値的デコンボリューション、及び/又は
位相・振幅受信器からの複素信号と、既知の又は測定された変調との間の数値的相互相関、
である、請求項37乃至101のいずれか一項に記載の方法。 - ファイバ又は導波路上での分布音響センシング、表面振動測定、空気及び大気中での分布音響LIDAR、風速測定(風速計)、水中での分布音響LIDAR、パイプライン流体中での分布音響LIDAR、掘削孔及び井戸内での垂直地震探査、地震探査のための海中ストリーマ、地震探査のための陸上地震センサ、反復地震学的描像及びインバージョンのための永続的地震モニタリングアレイ、例えば地震モニタリング、微小地震モニタリング、及び地下流体注入若しくは生成に関連する誘起地震動などの受動的地震モニタリング、例えば微小地震モニタリング及び陥没などの坑道壁安定性のモニタリング、例えば水ダム誘起地震動及び掘削ダムの剛性などのダム安定性のモニタリング、コンベアのモニタリング、例えば圧縮機、ファン、タービン及び発電機などの回転機のモニタリング、例えばリーク検出及び改造などのパイプラインモニタリング、例えば侵入検出などの周辺及びセキュリティモニタリング/調査、例えば橋梁、トンネル、建物及び風力タービン上での歪み及び振動制御などのインフラモニタリング、例えば車、航空機及び船舶内での歪み及び振動制御などの車両構造モニタリング、例えばパイプライン内での流れ計測などの流れ計測、例えば近地表面せん断波速度の表面波インバージョンなどの地質調査、例えば大気プロファイリング、風室プロファイリング及び航空機周囲などの空気の動きプロファイリング、例えば海流、河川流及び船舶周辺などの水の動きプロファイリング、例えば身体歪みセンサ及び血流計測などの医療装置、例えば妨害及び故障などの通信ネットワークのモニタリング、例えば道路、鉄道及びボートなどの交通・車両の流れモニタリング、音声記録、並びに、例えばトンネル及びインフラ内などでの火災モニタリング、を有する群のうちの1つ以上に適用される請求項37乃至102のいずれか一項に記載の方法。
- 広帯域光源の強度を変調する方法であって、
低い入力光強度であるときに増幅自然放出(ASE)の連続した出力を生成する光増幅器を用意するステップと、
強度変調器を用いて前記光増幅器の前記ASEの出力の強度を変調するステップと、
前記変調されたASEを、増幅のために前記光増幅器又は第2の光増幅器の入力に送るステップと、
システムでの使用に、前記増幅器からの増幅された変調光の全て又は一部を用いるステップと、
を有し、
変調スキームは、前記増幅器の出力から前記増幅器の入力まで光が進行するのにかかる時間τOよりも短い期間τPにわたって変調が高強度状態を維持し、その後、τOよりも長い期間にわたる低強度状態が続くものである、
方法。 - 前記変調スキームはパルス変調であり、パルスの継続時間がτOよりも短く、且つパルスの繰り返し周期がτOよりも長い、請求項104に記載の方法。
- 請求項1乃至36のいずれか一項に記載のシステムに適用される請求項104又は105に記載の方法。
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