JP2654637B2 - 光信号間の干渉を表わす電気信号を生成する光検出器および方法 - Google Patents
光信号間の干渉を表わす電気信号を生成する光検出器および方法Info
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- JP2654637B2 JP2654637B2 JP6088470A JP8847094A JP2654637B2 JP 2654637 B2 JP2654637 B2 JP 2654637B2 JP 6088470 A JP6088470 A JP 6088470A JP 8847094 A JP8847094 A JP 8847094A JP 2654637 B2 JP2654637 B2 JP 2654637B2
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Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は、一般に光ファイバ音響センサ
に関し、かつ特に水中で使用する光ファイバ音響センサ
に関する。さらに詳細には、本発明はハイドロホンとし
て使用する光ファイバ干渉センサにおける偏光信号フェ
ージングを防止するための装置および方法に関する。
に関し、かつ特に水中で使用する光ファイバ音響センサ
に関する。さらに詳細には、本発明はハイドロホンとし
て使用する光ファイバ干渉センサにおける偏光信号フェ
ージングを防止するための装置および方法に関する。
【０００２】シングルモードの光ファイバは、２種の直
線偏光の信号を導くことができる。光ファイバ干渉セン
サから構成される光ファイバハイドロホンでは、出力信
号は恐らくはセンサ内の光ファイバにより導かれる光信
号の偏光の関数であろう。一般に、２本のファイバが同
じ偏光状態の信号を導く場合に最大信号が得られる。
線偏光の信号を導くことができる。光ファイバ干渉セン
サから構成される光ファイバハイドロホンでは、出力信
号は恐らくはセンサ内の光ファイバにより導かれる光信
号の偏光の関数であろう。一般に、２本のファイバが同
じ偏光状態の信号を導く場合に最大信号が得られる。
【０００３】光ファイバ干渉センサに関する主要な問題
は、ファイバが導く波の偏光における変化が引き起こす
信号フェージングによる信号の損失である。干渉計アー
ムの相対的光路長差におけるずれによって２つの干渉計
アームの偏光の相対的な状態に変化が生じる。これを干
渉位相における変化と見ることもでき、これによって信
号強度が変化する。偏光が直交する場合に完全な偏光フ
ェージングが生じる。先行技術のシステムでは、偏光信
号フェージングによって使用可能な情報が得られないポ
イントまで信号強度が劣化する可能性がある。
は、ファイバが導く波の偏光における変化が引き起こす
信号フェージングによる信号の損失である。干渉計アー
ムの相対的光路長差におけるずれによって２つの干渉計
アームの偏光の相対的な状態に変化が生じる。これを干
渉位相における変化と見ることもでき、これによって信
号強度が変化する。偏光が直交する場合に完全な偏光フ
ェージングが生じる。先行技術のシステムでは、偏光信
号フェージングによって使用可能な情報が得られないポ
イントまで信号強度が劣化する可能性がある。
【０００４】光ファイバトードハイドロホンアレイ(fib
re optic towed hydrophone arrays) の海用試験では、
偏光フェージングおよびひっかいたようなノイズがよく
見られる。このようなハイドロホンアレイにおいて偏光
フェージングが生じるのは、このハイドロホンを構成す
る２本のファイバが直交偏光成分を有している場合であ
る。偏光フェージングによって干渉センサの出力におけ
るフリンジの視界はゼロまで落ちる可能性がある。その
場合、ハイドロホン信号情報はすべて失われる。
re optic towed hydrophone arrays) の海用試験では、
偏光フェージングおよびひっかいたようなノイズがよく
見られる。このようなハイドロホンアレイにおいて偏光
フェージングが生じるのは、このハイドロホンを構成す
る２本のファイバが直交偏光成分を有している場合であ
る。偏光フェージングによって干渉センサの出力におけ
るフリンジの視界はゼロまで落ちる可能性がある。その
場合、ハイドロホン信号情報はすべて失われる。
【０００５】この偏光信号フェージングの問題を克服す
るために、光ファイバ偏光コントローラが用いられてき
た。この偏光コントローラは、エッジが共通の軸上に装
着されたスプールに巻かれた光ファイバの複数のループ
を有している。この軸は各コイルの面を通る。光ファイ
バのループの角度を調整することによってファイバが導
く光信号の偏光状態を調節する。
るために、光ファイバ偏光コントローラが用いられてき
た。この偏光コントローラは、エッジが共通の軸上に装
着されたスプールに巻かれた光ファイバの複数のループ
を有している。この軸は各コイルの面を通る。光ファイ
バのループの角度を調整することによってファイバが導
く光信号の偏光状態を調節する。
【０００６】ファイバを曲げてコイル状にすることによ
ってシングルモードの光ファイバに複屈折を誘導するこ
とができる。光ファイバを曲げることでコイルの平面に
直角をなす箇所の物質密度を増大させ、それによってそ
の面における屈折率が上昇する。コイルのこの面におけ
る屈折率の変化は、屈曲部の内側に対する圧縮と外側部
分に対する張力という相対する効果によって無視できる
程度である。ストレスおよびしたがって屈折率における
変化はファイバのコアにわたって本質的に一定である。
等方性物質では、屈折率における変化は以下のように表
わすことができる。
ってシングルモードの光ファイバに複屈折を誘導するこ
とができる。光ファイバを曲げることでコイルの平面に
直角をなす箇所の物質密度を増大させ、それによってそ
の面における屈折率が上昇する。コイルのこの面におけ
る屈折率の変化は、屈曲部の内側に対する圧縮と外側部
分に対する張力という相対する効果によって無視できる
程度である。ストレスおよびしたがって屈折率における
変化はファイバのコアにわたって本質的に一定である。
等方性物質では、屈折率における変化は以下のように表
わすことができる。
【０００７】
【数１】
【０００８】ただし、ｎは屈折率であり、σはポアソン
比であり、ｐ１１−ｐ１２は光弾性テンソルの成分であ
り、ｒはファイバの半径であり、Ｒは屈曲部の曲率半径
である。
比であり、ｐ１１−ｐ１２は光弾性テンソルの成分であ
り、ｒはファイバの半径であり、Ｒは屈曲部の曲率半径
である。
【０００９】シリカでは、波長ｌ＝６３３ｎｍの場合、
ｓ＝０．１６、ｐ１１＝０．１２１、ｐ１２＝０．２７
０、かつｎ＝１．４６である。これらの値を用いて式
（１）を以下のように表わすことができる。
ｓ＝０．１６、ｐ１１＝０．１２１、ｐ１２＝０．２７
０、かつｎ＝１．４６である。これらの値を用いて式
（１）を以下のように表わすことができる。
【００１０】
【数２】
【００１１】ただし、ａは定数で０．１３３に等しい。
式（２）を使用して、任意の選択の位相遅延に関して１
本のファイバループの曲率半径Ｒを計算し得る。たとえ
ば、４分の１波長板に必要なのは９０°の位相差なの
で、半径Ｒを以下のように計算し得る。
式（２）を使用して、任意の選択の位相遅延に関して１
本のファイバループの曲率半径Ｒを計算し得る。たとえ
ば、４分の１波長板に必要なのは９０°の位相差なの
で、半径Ｒを以下のように計算し得る。
【００１２】
【数３】
【００１３】
【数４】
【００１４】ただし、△βは２つの可能な直線偏光信号
に関する伝播定数の差を表わし、かつλは空気中での波
長を表わす。
に関する伝播定数の差を表わし、かつλは空気中での波
長を表わす。
【００１５】そこで、曲率半径Ｒを以下のように書き表
わすことが可能である。
わすことが可能である。
【００１６】
【数５】
【００１７】波長１３００ｎｍの場合では、Ｒの値はお
よそ１０ｍｍである。コイルの１つを回転させるとルー
プの速い軸と遅い軸が入力電界に対し単純に回転する。
ある任意の入力偏光状態からある任意の出力偏光状態へ
の変換が必要な場合には、偏光コントローラの２本のル
ープを組合せかつ適切に配向することで必要な変換が得
られる。
よそ１０ｍｍである。コイルの１つを回転させるとルー
プの速い軸と遅い軸が入力電界に対し単純に回転する。
ある任意の入力偏光状態からある任意の出力偏光状態へ
の変換が必要な場合には、偏光コントローラの２本のル
ープを組合せかつ適切に配向することで必要な変換が得
られる。
【００１８】先行技術には、数分ごとに手動で調節を行
なう必要があるという欠点がある。７つ以上のセンサを
含み得るマルチセンサアレイの場合、扱いにくく嵩張る
ので、このようなやり方では実用的とは言えない。
なう必要があるという欠点がある。７つ以上のセンサを
含み得るマルチセンサアレイの場合、扱いにくく嵩張る
ので、このようなやり方では実用的とは言えない。
【００１９】
【発明の概要】本発明は、光ファイバ干渉センサシステ
ムにおける信号フェージングを防止する検出システムを
提供する。
ムにおける信号フェージングを防止する検出システムを
提供する。
【００２０】本発明による光検出器は偏光状態がわから
ない光信号を受け干渉計の２つの光信号の間の干渉を表
わす電気信号を生成するためのもので、これら光信号を
受けるように構成された偏光子アレイを備える。この偏
光子アレイは、偏光軸が選択された角度で離された複数
の偏光子を備え、光信号が両方とも偏光軸の少なくとも
一方に沿った偏光成分を有するようになっている。光検
出器は光電素子のアレイをさらに備え、光電素子の各々
が偏光子の１つのみから光を受けるようにされている。
光電素子の少なくとも１つが光信号からの平行な偏光成
分を受けて、２つの光信号成分の間の干渉を表わす電気
信号を形成する。偏光子は光電素子から間隔を置かれる
ことが好ましい。
ない光信号を受け干渉計の２つの光信号の間の干渉を表
わす電気信号を生成するためのもので、これら光信号を
受けるように構成された偏光子アレイを備える。この偏
光子アレイは、偏光軸が選択された角度で離された複数
の偏光子を備え、光信号が両方とも偏光軸の少なくとも
一方に沿った偏光成分を有するようになっている。光検
出器は光電素子のアレイをさらに備え、光電素子の各々
が偏光子の１つのみから光を受けるようにされている。
光電素子の少なくとも１つが光信号からの平行な偏光成
分を受けて、２つの光信号成分の間の干渉を表わす電気
信号を形成する。偏光子は光電素子から間隔を置かれる
ことが好ましい。
【００２１】添付の図面を参照して以下の好ましい実施
例の説明を研究することにより、本発明の目的を評価し
かつその構造および動作方法についてより完全な理解が
得られることであろう。
例の説明を研究することにより、本発明の目的を評価し
かつその構造および動作方法についてより完全な理解が
得られることであろう。
【００２２】
【好ましい実施例の説明】図１は、本発明に従う光検出
器アセンブリ２２へ光信号出力を与えるよう構成された
マッハツェンダー干渉計２０を示す。マッハツェンダー
干渉計２０は、光検出器アセンブリ２２とともに使用し
得る光ファイバセンサを表わす。マイケルソン干渉計等
の他の装置（図示せず）を用いて光検出器アセンブリ２
２に信号を与えてもよい。マッハツェンダー干渉計２０
とともに使用する本発明の光検出器アセンブリ２２を以
下に説明するが、この説明が本発明の範囲をいずれか特
定の光ファイバセンサに限定するものではないことを理
解されたい。
器アセンブリ２２へ光信号出力を与えるよう構成された
マッハツェンダー干渉計２０を示す。マッハツェンダー
干渉計２０は、光検出器アセンブリ２２とともに使用し
得る光ファイバセンサを表わす。マイケルソン干渉計等
の他の装置（図示せず）を用いて光検出器アセンブリ２
２に信号を与えてもよい。マッハツェンダー干渉計２０
とともに使用する本発明の光検出器アセンブリ２２を以
下に説明するが、この説明が本発明の範囲をいずれか特
定の光ファイバセンサに限定するものではないことを理
解されたい。
【００２３】マッハツェンダー干渉計２０は、１対の光
ファイバカプラ２８と３０との間に接続された１対の光
ファイバ２４と２６とを備える。光ファイバ２４と２６
とがマッハツェンダー干渉計２０のアームを構成する。
光ファイバ２４はマッハツェンダー干渉計２０の参照ア
ームと呼ばれることもあり、光ファイバ２６は検知アー
ムと呼ばれることもある。
ファイバカプラ２８と３０との間に接続された１対の光
ファイバ２４と２６とを備える。光ファイバ２４と２６
とがマッハツェンダー干渉計２０のアームを構成する。
光ファイバ２４はマッハツェンダー干渉計２０の参照ア
ームと呼ばれることもあり、光ファイバ２６は検知アー
ムと呼ばれることもある。
【００２４】光カプラ２８は、光がその間で結合するよ
うに構成された１対の光ファイバ２８Ａと２８Ｂとを備
える。同様に、光カプラ３０は１対の光ファイバ３０Ａ
と３０Ｂとを備える。発明の好ましい実施例において
は、光ファイバは、すべて一般の単一モードで、非偏光
維持のファイバ（non-polarization-maintaining fiber
s)である。光ファイバ２８および３０は、エバネッセン
トフィールドカプラが好ましい。
うに構成された１対の光ファイバ２８Ａと２８Ｂとを備
える。同様に、光カプラ３０は１対の光ファイバ３０Ａ
と３０Ｂとを備える。発明の好ましい実施例において
は、光ファイバは、すべて一般の単一モードで、非偏光
維持のファイバ（non-polarization-maintaining fiber
s)である。光ファイバ２８および３０は、エバネッセン
トフィールドカプラが好ましい。
【００２５】ファイバ２４は、それぞれ継ぎ目３１と３
２でファイバ２８Ａと３０Ａとの間に接続される。ファ
イバ２６は、それぞれ継ぎ目３３および３４でファイバ
２８Ｂと３０Ｂとの間に接続される。光源３５は光ファ
イバ２３を経由して光パワーをカプラ２８の入力ポート
に与える。光ファイバ２３は継ぎ目２９で光ファイバ２
８Ａに接合されている。カプラ２８は、典型的には、入
力ポートからの光パワーを干渉計のアーム２４および２
６を介して伝播するビームに均等に分割する特徴を持つ
５０／５０カプラである。光ファイバ２４および２６は
両方ともそれぞれの信号ビームを、カプラ３０のそれぞ
れ第１および第２の入力ポートに導くが、このカプラも
また典型的には５０／５０カプラである。
２でファイバ２８Ａと３０Ａとの間に接続される。ファ
イバ２６は、それぞれ継ぎ目３３および３４でファイバ
２８Ｂと３０Ｂとの間に接続される。光源３５は光ファ
イバ２３を経由して光パワーをカプラ２８の入力ポート
に与える。光ファイバ２３は継ぎ目２９で光ファイバ２
８Ａに接合されている。カプラ２８は、典型的には、入
力ポートからの光パワーを干渉計のアーム２４および２
６を介して伝播するビームに均等に分割する特徴を持つ
５０／５０カプラである。光ファイバ２４および２６は
両方ともそれぞれの信号ビームを、カプラ３０のそれぞ
れ第１および第２の入力ポートに導くが、このカプラも
また典型的には５０／５０カプラである。
【００２６】第２の光ファイバカプラ３０は、第１およ
び第２の信号ビームを結合し、光ファイバ３０Ａを介し
て結合したビームを光検出器アセンブリ２２へ出力す
る。光ファイバ検知アーム２６は、カプラ２８と３０と
の間の光ファイバ検知アーム２６の光路長が光ファイバ
参照アーム２４よりも長くなるように、コイルになった
部分３７を備える。それぞれの光ファイバアーム２４と
２６とに導かれた第１および第２の信号ビームは異なる
長さの光路を辿るので、ビームが光ファイバカプラ３０
内で結合されるときにはこれら信号ビームの間には位相
差がある。
び第２の信号ビームを結合し、光ファイバ３０Ａを介し
て結合したビームを光検出器アセンブリ２２へ出力す
る。光ファイバ検知アーム２６は、カプラ２８と３０と
の間の光ファイバ検知アーム２６の光路長が光ファイバ
参照アーム２４よりも長くなるように、コイルになった
部分３７を備える。それぞれの光ファイバアーム２４と
２６とに導かれた第１および第２の信号ビームは異なる
長さの光路を辿るので、ビームが光ファイバカプラ３０
内で結合されるときにはこれら信号ビームの間には位相
差がある。
【００２７】結合された信号は光ファイバ３０Ａを経由
して図１に示す検出器アセンブリ２２へ伝播する。
して図１に示す検出器アセンブリ２２へ伝播する。
【００２８】光ファイバ２４と２６におけるこれら２つ
の信号ビームはカプラ３０で同じ偏光状態になり、それ
から干渉して明るい線と暗い線からなるフリンジパター
ンを構成するが、このパターンは光検出器でモニタす
る。ただし、光ファイバアーム２４および２６における
これら２つの信号ビームが直交偏光状態を有している場
合には、フリンジパターンは生成されない。
の信号ビームはカプラ３０で同じ偏光状態になり、それ
から干渉して明るい線と暗い線からなるフリンジパター
ンを構成するが、このパターンは光検出器でモニタす
る。ただし、光ファイバアーム２４および２６における
これら２つの信号ビームが直交偏光状態を有している場
合には、フリンジパターンは生成されない。
【００２９】図１を参照して、光ファイバ検知アーム２
６のコイルになった部分３７をたとえば音圧等周囲のパ
ラメータの変化にさらすことによって、光検出器アセン
ブリ２２へ入射するフリンジパターンが変わる。モニタ
された信号の値は、光検出器アセンブリ２２の出力を処
理することによって連続的に観察し得る。
６のコイルになった部分３７をたとえば音圧等周囲のパ
ラメータの変化にさらすことによって、光検出器アセン
ブリ２２へ入射するフリンジパターンが変わる。モニタ
された信号の値は、光検出器アセンブリ２２の出力を処
理することによって連続的に観察し得る。
【００３０】図２−図７では、本発明による光検出器ア
センブリ２２は３つの光検出器素子３７Ａ、３７Ｂおよ
び３７Ｃを含んでいる。光ファイバ３０Ａから出力され
た光ビームは広がって３つの偏光子３８Ａ、３８Ｂおよ
び３８Ｃ（光ファイバ３０Ａの端部と光検出器素子３７
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃそれぞれとの間に置かれてい
る）に衝突する。この３つの光検出器素子３７Ａ、３７
Ｂおよび３７Ｃは各々、好ましくはＩｎＧａＡｓホトダ
イオードを含むよう構成される活性領域を含む。このよ
うなホトダイオードは周知でかつ商業的に入手可能であ
る。
センブリ２２は３つの光検出器素子３７Ａ、３７Ｂおよ
び３７Ｃを含んでいる。光ファイバ３０Ａから出力され
た光ビームは広がって３つの偏光子３８Ａ、３８Ｂおよ
び３８Ｃ（光ファイバ３０Ａの端部と光検出器素子３７
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃそれぞれとの間に置かれてい
る）に衝突する。この３つの光検出器素子３７Ａ、３７
Ｂおよび３７Ｃは各々、好ましくはＩｎＧａＡｓホトダ
イオードを含むよう構成される活性領域を含む。このよ
うなホトダイオードは周知でかつ商業的に入手可能であ
る。
【００３１】図２に示される実施例では、活性領域３７
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃは基板４０上に形成された０．
２５ｎｍの隙間４４Ａ、４４Ｂおよび４４Ｃにより分け
られている。３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの活性領域は
各々好ましくは円形の領域の１２０°の扇形部分として
形成される。円の直径は好ましくは約１．８ｍｍであ
る。
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃは基板４０上に形成された０．
２５ｎｍの隙間４４Ａ、４４Ｂおよび４４Ｃにより分け
られている。３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの活性領域は
各々好ましくは円形の領域の１２０°の扇形部分として
形成される。円の直径は好ましくは約１．８ｍｍであ
る。
【００３２】光検出器素子３７Ａは、この領域から外側
のエッジに向かって外向きに一般に半径方向に延びる導
電ストリップ４６Ａを含む。光検出器素子３７Ｂおよび
３７Ｃは導電ストリップ４６Ａに類似する、導電ストリ
ップ４６Ｂおよび４６Ｃをそれぞれ含む。導電ストリッ
プ４６Ａの外側端部から配線パッド４８Ａが延びて、導
体（図示せず）が光検出器素子３７Ａの活性領域に接続
されて、そこからの電気信号を運ぶようになっている。
同様に、導電ストリップ４６Ｂおよび４６Ｃにはそれぞ
れ配線パッド４８Ｂおよび４８Ｃが接続されている。
のエッジに向かって外向きに一般に半径方向に延びる導
電ストリップ４６Ａを含む。光検出器素子３７Ｂおよび
３７Ｃは導電ストリップ４６Ａに類似する、導電ストリ
ップ４６Ｂおよび４６Ｃをそれぞれ含む。導電ストリッ
プ４６Ａの外側端部から配線パッド４８Ａが延びて、導
体（図示せず）が光検出器素子３７Ａの活性領域に接続
されて、そこからの電気信号を運ぶようになっている。
同様に、導電ストリップ４６Ｂおよび４６Ｃにはそれぞ
れ配線パッド４８Ｂおよび４８Ｃが接続されている。
【００３３】光検出器アセンブリ２２はスタンドオフ５
０をさらに含む。このスタンドオフは周縁リング５２
と、穴５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃを密封する３つのス
ポーク状部材５４Ａ、５４Ｂおよび５４Ｃとを含む。穴
５６Ａ、５６Ｂおよび５８Ｃは活性領域３７Ａ、３７Ｂ
および３７Ｃと整合し、好ましくは同じ全体形状を有す
る。穴５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃならびに活性領域３
７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃは円の扇形部分の形をした上
下表面を有するように形成されている。セラミックのス
タンドオフ５０は約０．３５ｍｍの厚さを有する。リン
グ５２の内径および外径は好ましくはそれぞれ約１．８
３ｍｍおよび２．３ｍｍである。
０をさらに含む。このスタンドオフは周縁リング５２
と、穴５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃを密封する３つのス
ポーク状部材５４Ａ、５４Ｂおよび５４Ｃとを含む。穴
５６Ａ、５６Ｂおよび５８Ｃは活性領域３７Ａ、３７Ｂ
および３７Ｃと整合し、好ましくは同じ全体形状を有す
る。穴５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃならびに活性領域３
７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃは円の扇形部分の形をした上
下表面を有するように形成されている。セラミックのス
タンドオフ５０は約０．３５ｍｍの厚さを有する。リン
グ５２の内径および外径は好ましくはそれぞれ約１．８
３ｍｍおよび２．３ｍｍである。
【００３４】図４を参照して、各偏光子３８Ａ、３８Ｂ
および３８Ｃは典型的には長さ１．４ｍｍの辺を有する
平行四辺形として形成され得る。各偏光子は約０．５ｍ
ｍの厚さを有し得る。
および３８Ｃは典型的には長さ１．４ｍｍの辺を有する
平行四辺形として形成され得る。各偏光子は約０．５ｍ
ｍの厚さを有し得る。
【００３５】図７を参照して、偏光子３８Ａ、３８Ｂお
よび３８Ｃはファイバ２４の端部と光検出器アセンブリ
２２の活性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃとの間に置
かれる。偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃの各々は隣
接する偏光子の透過軸に対して１２０°の角度をなす透
過軸を有するように形成かつ構成される。したがって、
どの偏光状態であれ入射信号は光検出器アセンブリ２２
のそれぞれ活性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの少な
くとも１つに入射する平行な偏光成分を有することにな
る。したがって、光検出器アセンブリ２２のそれぞれ活
性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの少なくとも１つに
対して干渉光信号が得られて、結果として得られる干渉
フリンジパターンにおける光の強度を表わす電気信号を
生成することになる。
よび３８Ｃはファイバ２４の端部と光検出器アセンブリ
２２の活性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃとの間に置
かれる。偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃの各々は隣
接する偏光子の透過軸に対して１２０°の角度をなす透
過軸を有するように形成かつ構成される。したがって、
どの偏光状態であれ入射信号は光検出器アセンブリ２２
のそれぞれ活性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの少な
くとも１つに入射する平行な偏光成分を有することにな
る。したがって、光検出器アセンブリ２２のそれぞれ活
性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃの少なくとも１つに
対して干渉光信号が得られて、結果として得られる干渉
フリンジパターンにおける光の強度を表わす電気信号を
生成することになる。
【００３６】図８を参照して、矢印６２Ａ、６２Ｂおよ
び６２Ｃは、偏光子の３つの透過軸が１２０°離れてい
ることを示す。図８の紙面に対して水平および垂直方向
に直交偏光成分ＩX およびＩY を有する光信号は、偏光
子３８Ｂと３８Ｃの透過軸に沿って共通の成分を有す
る。活性領域３７Ｂと３７Ｃとは示された偏光状態を有
する入射信号に応答して電気信号を生成すると考えられ
る。成分ＩX のみが偏光子３８Ａを通過すると考えられ
るので、活性領域３７Ａは、干渉信号を生成しないと考
えられる。
び６２Ｃは、偏光子の３つの透過軸が１２０°離れてい
ることを示す。図８の紙面に対して水平および垂直方向
に直交偏光成分ＩX およびＩY を有する光信号は、偏光
子３８Ｂと３８Ｃの透過軸に沿って共通の成分を有す
る。活性領域３７Ｂと３７Ｃとは示された偏光状態を有
する入射信号に応答して電気信号を生成すると考えられ
る。成分ＩX のみが偏光子３８Ａを通過すると考えられ
るので、活性領域３７Ａは、干渉信号を生成しないと考
えられる。
【００３７】図４および図７を参照して、偏光子３８
Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃは光検出器アセンブリ２２の活
性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃを覆う。スタンドオ
フ５０は、光検出器アセンブリ２２の偏光子３８Ａ、３
８Ｂおよび３８Ｃと基板４０との間に置かれる。スタン
ドオフ５０は、偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃを支
持するよう機能し、これらが活性領域３７Ａ、３７Ｂお
よび３７Ｃと接触状態に至らないようにする。スタンド
オフ５０はまた光検出器アセンブリ２２の各セル３７
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃを他のセルから光学的に分離す
る。
Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃは光検出器アセンブリ２２の活
性領域３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃを覆う。スタンドオ
フ５０は、光検出器アセンブリ２２の偏光子３８Ａ、３
８Ｂおよび３８Ｃと基板４０との間に置かれる。スタン
ドオフ５０は、偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃを支
持するよう機能し、これらが活性領域３７Ａ、３７Ｂお
よび３７Ｃと接触状態に至らないようにする。スタンド
オフ５０はまた光検出器アセンブリ２２の各セル３７
Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃを他のセルから光学的に分離す
る。
【００３８】偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃの各々
は、好ましくは図４および図７に示すような直線偏光の
薄いガラスプレートから製作される。各ガラスプレート
の厚さは好ましくはおよそ０．５ｍｍである。偏光子３
８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃは研磨されて、一緒にされた
ときにそれぞれの透過軸が互いに１２０°離れるような
特定の配向にカットされる。各偏光子を通る光パワーは
ｃｏｓ2 ｑに比例する。（ｑは偏光面と偏光子の透過軸
との間の角度を表わす。）偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび
３８Ｃとセラミックのスタンドオフ５０とは好ましくは
接合される。偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃとセラ
ミックのスタンドオフ５０とはそれから光検出器アセン
ブリ２２上の決められた領域上に置かれてその場所に接
合される。アセンブリ全体はそれから好ましくはＴＯ−
５缶（図示せず）等の検出器ハウジング内にカプセル化
されて密封される。
は、好ましくは図４および図７に示すような直線偏光の
薄いガラスプレートから製作される。各ガラスプレート
の厚さは好ましくはおよそ０．５ｍｍである。偏光子３
８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃは研磨されて、一緒にされた
ときにそれぞれの透過軸が互いに１２０°離れるような
特定の配向にカットされる。各偏光子を通る光パワーは
ｃｏｓ2 ｑに比例する。（ｑは偏光面と偏光子の透過軸
との間の角度を表わす。）偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび
３８Ｃとセラミックのスタンドオフ５０とは好ましくは
接合される。偏光子３８Ａ、３８Ｂおよび３８Ｃとセラ
ミックのスタンドオフ５０とはそれから光検出器アセン
ブリ２２上の決められた領域上に置かれてその場所に接
合される。アセンブリ全体はそれから好ましくはＴＯ−
５缶（図示せず）等の検出器ハウジング内にカプセル化
されて密封される。
【００３９】このハウジングは好ましくはアルミニウム
から製作され、検出器アセンブリ２２と光ファイバ２７
とを収納する。ハウジングは自動的に光ファイバ３０Ａ
に整合し光検出器２２の正面からあらかじめ定められた
距離離れた位置において、活性領域３７Ａ、３７Ｂおよ
び３７Ｃをファイバ３０Ａから出力される光信号でカバ
ーするような設計になっている。ファイバホルダーおよ
び検出器の両方がハウジングに接合されるように設計さ
れている。それから、このコンパクトなアセンブリを印
刷回路基板（図示せず）上に装着することができる。
から製作され、検出器アセンブリ２２と光ファイバ２７
とを収納する。ハウジングは自動的に光ファイバ３０Ａ
に整合し光検出器２２の正面からあらかじめ定められた
距離離れた位置において、活性領域３７Ａ、３７Ｂおよ
び３７Ｃをファイバ３０Ａから出力される光信号でカバ
ーするような設計になっている。ファイバホルダーおよ
び検出器の両方がハウジングに接合されるように設計さ
れている。それから、このコンパクトなアセンブリを印
刷回路基板（図示せず）上に装着することができる。
【００４０】図１に示すとおり、干渉計２０からの出力
が検出器アセンブリ２２内の偏光子３８Ａ、３８Ｂおよ
び３８Ｃの全面積をカバーする。偏光子３８Ａ、３８Ｂ
および３８Ｃと３セグメント検出器のこのような構成に
より、光ファイバ干渉センサにおける偏光ずれにより生
じる完全な信号フェージングをなくす装置が得られる。
計算によれば、偏光子／検出器チャネルの必要最少の数
は３であり、というのも３つのチャネルすべてが同時に
フェードしてゼロ信号出力をつくることは不可能だから
である。光ファイバ３０Ａから発せられる光信号の偏光
は偏光子のうちの少なくとも１つの偏光軸に沿って共通
の成分を有することになる。
が検出器アセンブリ２２内の偏光子３８Ａ、３８Ｂおよ
び３８Ｃの全面積をカバーする。偏光子３８Ａ、３８Ｂ
および３８Ｃと３セグメント検出器のこのような構成に
より、光ファイバ干渉センサにおける偏光ずれにより生
じる完全な信号フェージングをなくす装置が得られる。
計算によれば、偏光子／検出器チャネルの必要最少の数
は３であり、というのも３つのチャネルすべてが同時に
フェードしてゼロ信号出力をつくることは不可能だから
である。光ファイバ３０Ａから発せられる光信号の偏光
は偏光子のうちの少なくとも１つの偏光軸に沿って共通
の成分を有することになる。
【００４１】装置のどの部分にも手動で調節を行なう必
要がないので、本発明はオペレータなしで行なうことが
できるという利点がある。本発明による光検出器２２は
マルチセンサアレイの場合に実用性がありかつ丈夫でコ
ンパクトである。本発明による装置は密封することがで
きかつ完全な偏光フェージングをなくしかつ偏光に誘因
する位相ノイズ（引っ掻き音のノイズ）を低減すること
ができる。
要がないので、本発明はオペレータなしで行なうことが
できるという利点がある。本発明による光検出器２２は
マルチセンサアレイの場合に実用性がありかつ丈夫でコ
ンパクトである。本発明による装置は密封することがで
きかつ完全な偏光フェージングをなくしかつ偏光に誘因
する位相ノイズ（引っ掻き音のノイズ）を低減すること
ができる。
【００４２】本明細書中に開示した構造および方法は、
本発明の原則を示すものである。本発明は、その精神ま
たは本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で
実施され得る。特に、光検出器を３つ以上のセグメント
で構成することも可能である。記載した実施例はすべて
の点で限定目的でなく例示目的のみのものであると考慮
されたい。したがって、発明の詳細な説明ではなく先行
の特許請求の範囲が発明の範囲を規定する。これらクレ
ームに対し均等の意味を持ちかつ均等の範囲にある、本
明細書中に記載した実施例に対する修正はすべて本発明
の範囲に包含されることを理解されたい。
本発明の原則を示すものである。本発明は、その精神ま
たは本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で
実施され得る。特に、光検出器を３つ以上のセグメント
で構成することも可能である。記載した実施例はすべて
の点で限定目的でなく例示目的のみのものであると考慮
されたい。したがって、発明の詳細な説明ではなく先行
の特許請求の範囲が発明の範囲を規定する。これらクレ
ームに対し均等の意味を持ちかつ均等の範囲にある、本
明細書中に記載した実施例に対する修正はすべて本発明
の範囲に包含されることを理解されたい。
【図１】本発明に従い形成される光検出器アセンブリに
光信号を供給するように構成された光ファイバマッハツ
ェンダー干渉計を示す模式図である。
光信号を供給するように構成された光ファイバマッハツ
ェンダー干渉計を示す模式図である。
【図２】図１の光検出器アセンブリに含まれ得る光検出
器素子を示す平面図である。
器素子を示す平面図である。
【図３】図１の光検出器アセンブリに含まれ得る偏光子
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図４】図３の偏光子の立面図である。
【図５】図１の光検出器アセンブリに含まれ得るセラミ
ックのスタンドオフの平面図である。
ックのスタンドオフの平面図である。
【図６】図５のセラミックスタンドオフの立面図であ
る。
る。
【図７】本発明に従う光検出器の分解斜視図であって、
（Ａ）は偏光子、（Ｂ）はセラミックスタンドオフ、
（Ｃ）は活性領域を含む基板を示す図である。
（Ａ）は偏光子、（Ｂ）はセラミックスタンドオフ、
（Ｃ）は活性領域を含む基板を示す図である。
【図８】２つの直交する直線偏光に対する図７の偏光子
の偏光軸の配向を示す図である。
の偏光軸の配向を示す図である。
２０…干渉計 ２２…光検出器アセンブリ ２４、２６…光ファイバ ２８、３０…光カプラ ３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ…光検出器素子 ３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ…偏光子 ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ…導電ストリップ ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ…配線パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カールハインツ・フォンビーレン アメリカ合衆国、93012 カリフォルニ ア州、カマリーヨ、サン・オノファー・ ドライブ、2086
Claims (10)
- 【請求項１】 偏光状態がわからない複数の光信号を受
けて前記光信号間の干渉を表わす電気信号を生成するた
めの光検出器（２２）であって、 前記光信号を受けるべく配列された偏光子アレイ（３８
Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）を含み、前記偏光子アレイ（３８
Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）は、各光信号が少なくとも１つの
偏光子軸に沿った偏光成分を有するような選択された角
度で偏光軸が離されており、 前記偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）の各々から、対
応する各々が光を受けるよう配列された光電素子のアレ
イ（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）とを備え、前記光電素子
（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）の少なくとも１つが前記光
信号からの平行な偏光成分を受けて前記光信号間の干渉
を表わす電気信号を形成する、光検出器。 - 【請求項２】 前記偏光子アレイ（３８Ａ、３８Ｂ、３
８Ｃ）が３つの直線偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）
を含む、請求項１に記載の光検出器。 - 【請求項３】 前記直線偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８
Ｃ）の偏光軸が１２０°離されている、請求項２に記載
の光検出器。 - 【請求項４】 前記光電素子アレイ（３７Ａ、３７Ｂ、
３７Ｃ）が３つのホトダイオード（３６Ａ、３６Ｂ、３
６Ｃ）を含む、請求項２に記載の光検出器。 - 【請求項５】 前記偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）
が光電素子（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）から離されてい
る、請求項４に記載の光検出器。 - 【請求項６】 偏光状態がわからない光信号間の干渉を
表わす電気信号を生成するための方法であって、 少なくとも３つの偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）
を、選択された角度だけそれらの偏光軸を離して各光信
号が少なくとも１つの偏光子軸に沿った偏光成分を持つ
ように構成することによって、前記光信号を受けるため
の偏光子アレイ（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）を形成する
ステップと、 前記光電素子（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）の各々が前記
偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ）のうちの選択された
１つから光を受けるように構成された光電素子のアレイ
（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）を形成して、前記光電素子
（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）の少なくとも１つが前記光
信号からの平行な偏光成分を受けて前記光信号間の干渉
を表わす電気信号を形成するステップとを含む、方法。 - 【請求項７】 ３つの直線偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３
８Ｃ）を含むように前記偏光子アレイ（３８Ａ、３８
Ｂ、３８Ｃ）を形成するステップを含む、請求項６に記
載の方法。 - 【請求項８】 前記直線偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８
Ｃ）を、それらの偏光軸が１２０°ずつ離れるように配
列するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 ３つのホトダイオード（３６Ａ、３６
Ｂ、３６Ｃ）を含むように、前記光電素子（３７Ａ、３
７Ｂ、３７Ｃ）を形成するステップをさらに含む、請求
項７に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記偏光子（３８Ａ、３８Ｂ、３８
Ｃ）を前記光電素子（３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ）から離
すステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US053002 | 1993-04-27 | ||
| US08/053,002 US5448058A (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Optical signal detection apparatus and method for preventing polarization signal fading in optical fiber interferometric sensor systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719949A JPH0719949A (ja) | 1995-01-20 |
| JP2654637B2 true JP2654637B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=21981293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6088470A Expired - Lifetime JP2654637B2 (ja) | 1993-04-27 | 1994-04-26 | 光信号間の干渉を表わす電気信号を生成する光検出器および方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5448058A (ja) |
| EP (1) | EP0622619B1 (ja) |
| JP (1) | JP2654637B2 (ja) |
| CA (1) | CA2121880C (ja) |
| DE (1) | DE69414750T2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852507A (en) | 1995-12-11 | 1998-12-22 | Hall; David B. | High efficiency polarization diversity receiver system |
| EP1091222A3 (en) * | 1996-07-08 | 2001-05-02 | Corning Incorporated | Method of making Mach-Zehnder interferometric device with composite fibers |
| US5949740A (en) | 1997-06-06 | 1999-09-07 | Litton Systems, Inc. | Unbalanced fiber optic Michelson interferometer as an optical pick-off |
| US5959294A (en) * | 1998-02-10 | 1999-09-28 | Litton Systems, Inc. | Method and apparatus for interrogation of fiber optic interferometric sensors in multi-channel applications |
| US6134281A (en) * | 1998-02-10 | 2000-10-17 | Litton Systems, Inc. | Method and apparatus for calibration of a signal processing system utilizing digital down converters |
| US6496685B2 (en) * | 1998-06-15 | 2002-12-17 | Qualcomm, Incorporated | Portable phone with imbedded battery |
| WO2000037925A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Future Fibre Technologies Pty Ltd | Apparatus and method for monitoring a structure using a counter-propagating signal method for locating events |
| JP3696070B2 (ja) | 2000-09-18 | 2005-09-14 | 三洋電機株式会社 | 弾性接点を備える機器 |
| US7245418B2 (en) * | 2005-03-18 | 2007-07-17 | Northrop Grumman Corporation | Electro-optic switching apparatus not requiring DC bias |
| US7035499B1 (en) | 2005-03-18 | 2006-04-25 | Northrop Grumman Corporation | ON/OFF optical switching using combined acousto-optic and electro-optic switches |
| US7812960B2 (en) | 2007-10-16 | 2010-10-12 | Judd Gardner | Optical ultrasound device |
| US20090100814A1 (en) * | 2007-10-22 | 2009-04-23 | Philip Egging | Non-Powered Roller for Assisting Crop Pick-Up With a Baler |
| KR101800038B1 (ko) * | 2009-12-04 | 2017-11-21 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 표시 장치 |
| CN101852645B (zh) * | 2010-06-25 | 2012-05-09 | 北京奥普科达科技有限公司 | 一种精确定位型光纤分布式振动传感器 |
| CN106124029B (zh) * | 2016-06-17 | 2020-12-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于微纳光纤全光相位调制器的光纤水听器系统 |
| CN110095177B (zh) * | 2019-04-24 | 2021-08-03 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | 一种光纤光栅水听器相位解调偏振衰落抑制的系统和方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3604811A (en) * | 1969-07-30 | 1971-09-14 | Teeg Research Inc | Shaft position encoders |
| US4516855A (en) * | 1981-04-03 | 1985-05-14 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for determining the polarization state of a light wave field |
| US4653915A (en) * | 1985-04-12 | 1987-03-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for reduction of polarization fading in interferometers |
| SE463337B (sv) * | 1989-03-08 | 1990-11-05 | Stefan Karlsson | Saett att detektera yttre paaverkan paa en optisk kabel |
-
1993
- 1993-04-27 US US08/053,002 patent/US5448058A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-04-05 DE DE69414750T patent/DE69414750T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-05 EP EP94302417A patent/EP0622619B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-21 CA CA002121880A patent/CA2121880C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-26 JP JP6088470A patent/JP2654637B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2121880C (en) | 1998-06-16 |
| DE69414750T2 (de) | 1999-05-12 |
| EP0622619B1 (en) | 1998-11-25 |
| EP0622619A3 (en) | 1995-05-31 |
| EP0622619A2 (en) | 1994-11-02 |
| US5448058A (en) | 1995-09-05 |
| JPH0719949A (ja) | 1995-01-20 |
| CA2121880A1 (en) | 1994-10-28 |
| DE69414750D1 (de) | 1999-01-07 |
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