JPH0781888B2 - １対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する装置 - Google Patents
１対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する装置Info
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- JPH0781888B2 JPH0781888B2 JP61026641A JP2664186A JPH0781888B2 JP H0781888 B2 JPH0781888 B2 JP H0781888B2 JP 61026641 A JP61026641 A JP 61026641A JP 2664186 A JP2664186 A JP 2664186A JP H0781888 B2 JPH0781888 B2 JP H0781888B2
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、ファイバ光学センサに関し、より特定的に
は、短いコヒーレンス長の光源を利用する分散されたフ
ァイバ光学センサアレイに関する。
は、短いコヒーレンス長の光源を利用する分散されたフ
ァイバ光学センサアレイに関する。
過去数年にわたって、ファイバ光学装置は、広範囲の分
野における種々の感知応用への使用に関して活発に研究
されかつ開発されてきた。この関心に対する１つの理由
は、光ファイバを取巻く周囲環境の状態に対する光ファ
イバの感度であった。たとえば、温度、圧力および音響
波などの要因は、光ファイバの光伝送特性に直接影響を
及ぼす、光ファイバにおけるこれらの変化は、ファイバ
を伝わる光信号の位相に変化を引起こす。したがって、
ファイバを介して伝送された光信号の位相の変化の大き
さは、ファイバに影響を及ぼしているこれらの周囲環境
の状態における変化を表わしている。
野における種々の感知応用への使用に関して活発に研究
されかつ開発されてきた。この関心に対する１つの理由
は、光ファイバを取巻く周囲環境の状態に対する光ファ
イバの感度であった。たとえば、温度、圧力および音響
波などの要因は、光ファイバの光伝送特性に直接影響を
及ぼす、光ファイバにおけるこれらの変化は、ファイバ
を伝わる光信号の位相に変化を引起こす。したがって、
ファイバを介して伝送された光信号の位相の変化の大き
さは、ファイバに影響を及ぼしているこれらの周囲環境
の状態における変化を表わしている。
近年、アレイとして構成されたセンサを有するシステム
の開発に特別の努力が向けられており、このため多数の
センサが単一の光源からの光を利用し、かつ共通の検出
位置において周囲環境環境に関する情報を与えることが
できる。理想的には、そのようなアレイは、１組のセン
サへ光を搬送するであろうファイバ入力バスから構成さ
れるであろう。各センサは、周囲環境に関する情報をこ
の光学的キャリアに押付けるであろう。出力ファイババ
スはその後、この情報を集めてそれを中央の処理位置に
戻し、この中央の処理位置において、センサの選択され
たいずれかのものから得られた情報が容易に識別されか
つ解析され得るであろう。
の開発に特別の努力が向けられており、このため多数の
センサが単一の光源からの光を利用し、かつ共通の検出
位置において周囲環境環境に関する情報を与えることが
できる。理想的には、そのようなアレイは、１組のセン
サへ光を搬送するであろうファイバ入力バスから構成さ
れるであろう。各センサは、周囲環境に関する情報をこ
の光学的キャリアに押付けるであろう。出力ファイババ
スはその後、この情報を集めてそれを中央の処理位置に
戻し、この中央の処理位置において、センサの選択され
たいずれかのものから得られた情報が容易に識別されか
つ解析され得るであろう。
これらの開発の努力の目標は、急速に変化する周囲環境
の状態をモニタするなどの特定の応用に対して用いるこ
とができるセンサアレイを作り出すことである。たとえ
ば、そのようなセンサアレイは、光源の位置とこれらの
波の音響特性とを決定するために音響波を検出するため
に用いることができるであろう。そのような多くの応用
例に対して、比較的大きな領域にわたってアレイを一定
間隔隔てて配置することが必要かもしれない。これらの
状況において、たとえば電気的なラインをファイバ光学
で置換えることは、これらの電気的なラインの使用に関
連する電気的ピックアップ、ケーブルの重量および安全
性の障害などの問題を克服するであろう。このセンサが
制限されたスペースで用いられるときでさえ、電子回路
および大きな光学的構成要素の除去は一般的に、減少し
たノイズに起因する改善されたシステムの性能をもたら
すであろう。一方、長い電気的ラインの光ファイバによ
る置換えは、システムの非センサ部分における周囲環境
状態のどのような影響も防ぎまた除去するという点にお
いて問題を生み出している。それゆえに、これは、重要
な設計上の考慮すべき事項になってきている。
の状態をモニタするなどの特定の応用に対して用いるこ
とができるセンサアレイを作り出すことである。たとえ
ば、そのようなセンサアレイは、光源の位置とこれらの
波の音響特性とを決定するために音響波を検出するため
に用いることができるであろう。そのような多くの応用
例に対して、比較的大きな領域にわたってアレイを一定
間隔隔てて配置することが必要かもしれない。これらの
状況において、たとえば電気的なラインをファイバ光学
で置換えることは、これらの電気的なラインの使用に関
連する電気的ピックアップ、ケーブルの重量および安全
性の障害などの問題を克服するであろう。このセンサが
制限されたスペースで用いられるときでさえ、電子回路
および大きな光学的構成要素の除去は一般的に、減少し
たノイズに起因する改善されたシステムの性能をもたら
すであろう。一方、長い電気的ラインの光ファイバによ
る置換えは、システムの非センサ部分における周囲環境
状態のどのような影響も防ぎまた除去するという点にお
いて問題を生み出している。それゆえに、これは、重要
な設計上の考慮すべき事項になってきている。
もちろん、センサアレイを開発する際の主要な設計上の
考慮すべき事項は、各センサからの情報が単一のデータ
のストリーム上の中央の処理位置に到達する情報のすべ
ての中から個別的に識別するために分離され得る方法で
ある。以前に開発された分散された感知システムは一般
的に、単一のデータストリームから個別的なセンサの情
報を分離するための２つのアプローチのうちの一方を適
用してきた。第１のアプローチは、A.R.NelsonおよびD.
H.Mc Mahonによる、I.F.O.C.（1981年３月）の第27頁に
おける“ファイバ光学センサシステムのための受動多重
化手法（Passive Multiplexing Techniques For Fi
ber−Optic Sensor Systems）”において説明されて
いるように、センサ出力の時分割多重化を含んでいる。
時分割多重化において、光学入力は最も一般的に、入力
信号がパルス波形を含むようにパルス化される。その結
果、各センサは、システムの幾何学的形状の結果とし
て、他方のセンサ信号から時間的に分離されたパルスを
発生する。特に、各センサを介して通信された光学入力
パルスは、異なる時間においてセンサの各々によって出
力ファイバ上に配置される。センサの相対位置を制御す
ることによって、パルス信号のインターリーブは、信号
がセンサから復帰ファイババス上に多重化されるときに
完了される。これらのインターリーブされたパルス信号
はその後、デマルチプレクシングおよび他の信号処理が
生じる中央の処理位置へ搬送されて戻される。
考慮すべき事項は、各センサからの情報が単一のデータ
のストリーム上の中央の処理位置に到達する情報のすべ
ての中から個別的に識別するために分離され得る方法で
ある。以前に開発された分散された感知システムは一般
的に、単一のデータストリームから個別的なセンサの情
報を分離するための２つのアプローチのうちの一方を適
用してきた。第１のアプローチは、A.R.NelsonおよびD.
H.Mc Mahonによる、I.F.O.C.（1981年３月）の第27頁に
おける“ファイバ光学センサシステムのための受動多重
化手法（Passive Multiplexing Techniques For Fi
ber−Optic Sensor Systems）”において説明されて
いるように、センサ出力の時分割多重化を含んでいる。
時分割多重化において、光学入力は最も一般的に、入力
信号がパルス波形を含むようにパルス化される。その結
果、各センサは、システムの幾何学的形状の結果とし
て、他方のセンサ信号から時間的に分離されたパルスを
発生する。特に、各センサを介して通信された光学入力
パルスは、異なる時間においてセンサの各々によって出
力ファイバ上に配置される。センサの相対位置を制御す
ることによって、パルス信号のインターリーブは、信号
がセンサから復帰ファイババス上に多重化されるときに
完了される。これらのインターリーブされたパルス信号
はその後、デマルチプレクシングおよび他の信号処理が
生じる中央の処理位置へ搬送されて戻される。
このタイプのシステムに固有の１つの問題点は、センサ
がそこでモニタされる周波数がセンサの数によって制限
されるようにうなるということである。特に、或る長さ
の時間が経過するまで光源から第２のパルスが伝送され
ないということが注目される。すべてのセンサからの光
学信号がそのセンサの出力端子を通過する前に第２のパ
ルスが光源に最も近いセンサを介して伝送されるなら
ば、第２のパルスもたらされる信号がアレイにおける第
１のセンサを介して通過しかつアレイの端部に近いセン
サから発生した光学信号の通過に先立って復帰バス上に
配置され得るということが可能である。もちろん、これ
は、デマルチプレクシングおよび信号処理装置が、受信
されたパルス信号とその関連するセンサとの関係を決定
することを妨げるであろう。それゆえに、そのようなシ
ステムはしばしば、アレイにおけるセンサの各々による
周囲環境状態の急速な繰返される感知を必要とする応用
例においては有用ではない。
がそこでモニタされる周波数がセンサの数によって制限
されるようにうなるということである。特に、或る長さ
の時間が経過するまで光源から第２のパルスが伝送され
ないということが注目される。すべてのセンサからの光
学信号がそのセンサの出力端子を通過する前に第２のパ
ルスが光源に最も近いセンサを介して伝送されるなら
ば、第２のパルスもたらされる信号がアレイにおける第
１のセンサを介して通過しかつアレイの端部に近いセン
サから発生した光学信号の通過に先立って復帰バス上に
配置され得るということが可能である。もちろん、これ
は、デマルチプレクシングおよび信号処理装置が、受信
されたパルス信号とその関連するセンサとの関係を決定
することを妨げるであろう。それゆえに、そのようなシ
ステムはしばしば、アレイにおけるセンサの各々による
周囲環境状態の急速な繰返される感知を必要とする応用
例においては有用ではない。
単一のデータストリームから各々のセンサ情報を分離す
るために用いられる第２のアプローチは、I.P.Giles.D.
Uttam.B.CulshawおよびD.E.N.Davisによるエレクトロニ
クスレターズ（Electronics Letters）の第19巻の第14
頁（1983年）の“変調されたレーザ光源を備えたコヒー
レントな光ファイバセンサ（Cohernet Optical−Fiber
Sensor With Modulated Laser Sources）”にお
いて描かれた態様で、センサの出力を周波数分割多重化
することであった。このアプローチは、光源を周波数ラ
ンピングすることによっておよび光源からセンサへおよ
び中央位置へ戻る光の遷移時間が各センサにとって独自
のものであるようにアレイの幾何学的形状を配列するこ
とによって実現される。この場合、アレイの出力は、光
源の現在の出力と混合され、これにより各センサに対す
る独自の中央周波数を発生する。周囲環境の情報は、こ
の中央周波数に関する側波帯で搬送される。
るために用いられる第２のアプローチは、I.P.Giles.D.
Uttam.B.CulshawおよびD.E.N.Davisによるエレクトロニ
クスレターズ（Electronics Letters）の第19巻の第14
頁（1983年）の“変調されたレーザ光源を備えたコヒー
レントな光ファイバセンサ（Cohernet Optical−Fiber
Sensor With Modulated Laser Sources）”にお
いて描かれた態様で、センサの出力を周波数分割多重化
することであった。このアプローチは、光源を周波数ラ
ンピングすることによっておよび光源からセンサへおよ
び中央位置へ戻る光の遷移時間が各センサにとって独自
のものであるようにアレイの幾何学的形状を配列するこ
とによって実現される。この場合、アレイの出力は、光
源の現在の出力と混合され、これにより各センサに対す
る独自の中央周波数を発生する。周囲環境の情報は、こ
の中央周波数に関する側波帯で搬送される。
上述のシステムについての或る特定の問題は、周期的な
ランプ信号がその最大からその最小位置までリセットさ
れるときの“フライバック”期間を含んでいる。このフ
ライバック期間は、ランプ信号が存在しないためにシス
テムのオペレーションが生じない時間を含んでおり、有
意義な結果が生じないであろう。これは、周囲環境の状
態が変化しかつセンサシステムによって未だ確実にモニ
タされる速度に或る制限をもたらしている。
ランプ信号がその最大からその最小位置までリセットさ
れるときの“フライバック”期間を含んでいる。このフ
ライバック期間は、ランプ信号が存在しないためにシス
テムのオペレーションが生じない時間を含んでおり、有
意義な結果が生じないであろう。これは、周囲環境の状
態が変化しかつセンサシステムによって未だ確実にモニ
タされる速度に或る制限をもたらしている。
この特定のシステムについての他の問題点は、アレイに
おいて用いられるセンサの数または検出されるべき信号
の周波数範囲が、ランプ信号において利用されるFM周波
数の範囲に基づいて、およびランプ信号の周期に基づい
て制限されるということである。より詳細に説明する
と、各センサに対して異なる中央周波数が生じるので、
そのような中央周波数の各々の間の差の大きさと、これ
らの中央周波数が含まれる周波数の全体の範囲とが、利
用されるセンサの数を指定する。同等に、センサの数
は、周波数の全体的な範囲とともに、中央周波数間の最
大の差を決定し、したがって検出される最大の周囲環境
周波数を決定する。周波数の範囲は、もちろん、ランプ
信号の傾斜および周期によって決定される。
おいて用いられるセンサの数または検出されるべき信号
の周波数範囲が、ランプ信号において利用されるFM周波
数の範囲に基づいて、およびランプ信号の周期に基づい
て制限されるということである。より詳細に説明する
と、各センサに対して異なる中央周波数が生じるので、
そのような中央周波数の各々の間の差の大きさと、これ
らの中央周波数が含まれる周波数の全体の範囲とが、利
用されるセンサの数を指定する。同等に、センサの数
は、周波数の全体的な範囲とともに、中央周波数間の最
大の差を決定し、したがって検出される最大の周囲環境
周波数を決定する。周波数の範囲は、もちろん、ランプ
信号の傾斜および周期によって決定される。
上述のアプローチの双方によって経験される他の制限
は、所望の周囲環境の状態を識別するために最初の光源
信号と、センサによって生じた信号との間の干渉の使用
を要求するので、それらがより長いコヒーレンス長の光
源に制限されるということである。したがって、これら
のシステムの双方は、光学信号を発生するためにパルス
化されたまたはランプ化されたコヒーレントな光源のい
ずれかを使用する。
は、所望の周囲環境の状態を識別するために最初の光源
信号と、センサによって生じた信号との間の干渉の使用
を要求するので、それらがより長いコヒーレンス長の光
源に制限されるということである。したがって、これら
のシステムの双方は、光学信号を発生するためにパルス
化されたまたはランプ化されたコヒーレントな光源のい
ずれかを使用する。
一連のセンサから戻ってくる信号を分離するために短い
コヒーレンス長の光源を用いるという考えは、S.A.Al−
Chalabi,B.Culshow,およびD.E.N.Davisによる“光ファ
イバセンサに関する第１回国際会議の議事録（Proceedi
ngs of the First International Conference On
Optical Fiber Sensors）”（I.E.E.E.）の第132頁
（1983年４月）の“干渉計センサにおける部分的にコヒ
ーレントな光源（Partially Coherent Sources In I
nterferometric Sensors）”によって提案されてい
る。この文献は、各干渉計におけるアームの長さの差が
光源のコヒーレンス長よりも長く、このため干渉計の出
力に干渉信号が存在しないような、一連の遠隔マッハ−
ツェンダ干渉計（Mach−Zehnder interferometer）の
使用について開示している。２つの光ファイバは、各干
渉計の出力を次の干渉計の入力に接続する。最後の感知
干渉計の出力ファイバは、その出力ポートの一方上に位
置決めされた検出器を有する単一の基準干渉計の入力ポ
ートに接続される。基準干渉計は、大きな光学構成要素
から構成されかつそのアームの一方における遅延が可変
であるように構成されている。レシーバは、指示された
アームにおける遅延を変化させ、これによりそのアーム
を介する光経路の長さを有効に変化させてシステムにお
ける種々の干渉計センサの各々からの信号を検出する。
基準干渉計は、ファイバよりもむしろ大きな光学構成要
素から構成されなければならず、これによりそのアーム
の長さは、多数のセンサを適用させるのに充分なように
変化され得る。
コヒーレンス長の光源を用いるという考えは、S.A.Al−
Chalabi,B.Culshow,およびD.E.N.Davisによる“光ファ
イバセンサに関する第１回国際会議の議事録（Proceedi
ngs of the First International Conference On
Optical Fiber Sensors）”（I.E.E.E.）の第132頁
（1983年４月）の“干渉計センサにおける部分的にコヒ
ーレントな光源（Partially Coherent Sources In I
nterferometric Sensors）”によって提案されてい
る。この文献は、各干渉計におけるアームの長さの差が
光源のコヒーレンス長よりも長く、このため干渉計の出
力に干渉信号が存在しないような、一連の遠隔マッハ−
ツェンダ干渉計（Mach−Zehnder interferometer）の
使用について開示している。２つの光ファイバは、各干
渉計の出力を次の干渉計の入力に接続する。最後の感知
干渉計の出力ファイバは、その出力ポートの一方上に位
置決めされた検出器を有する単一の基準干渉計の入力ポ
ートに接続される。基準干渉計は、大きな光学構成要素
から構成されかつそのアームの一方における遅延が可変
であるように構成されている。レシーバは、指示された
アームにおける遅延を変化させ、これによりそのアーム
を介する光経路の長さを有効に変化させてシステムにお
ける種々の干渉計センサの各々からの信号を検出する。
基準干渉計は、ファイバよりもむしろ大きな光学構成要
素から構成されなければならず、これによりそのアーム
の長さは、多数のセンサを適用させるのに充分なように
変化され得る。
以上のことから、Al−Chalabi et al.の文献は、分散さ
れたシステムにおける種々のセンサの各々を連続的にモ
ニタするシステムを開示していないということは明らか
となろう。むしろ、Al−Chalabi et al.のシステムは単
に、任意の時間においていずれかの単一のセンサによっ
て感知された周囲環境の条件を検出するだけである。す
べてのセンサにおける周囲環境の状態は、各センサを順
次モニタリングすることによって周期的にのみ検出され
得る。このことが実行され得る周波数は、レシーバの可
変アームの長さが変化され得る速度によって制限されて
いる。
れたシステムにおける種々のセンサの各々を連続的にモ
ニタするシステムを開示していないということは明らか
となろう。むしろ、Al−Chalabi et al.のシステムは単
に、任意の時間においていずれかの単一のセンサによっ
て感知された周囲環境の条件を検出するだけである。す
べてのセンサにおける周囲環境の状態は、各センサを順
次モニタリングすることによって周期的にのみ検出され
得る。このことが実行され得る周波数は、レシーバの可
変アームの長さが変化され得る速度によって制限されて
いる。
このシステムに関する他の問題点は、２つのファイバの
間で光が結合するときに生じるπ/2の位相シフトが重要
となるということである。感知干渉計の一方の入力ポー
トからの光が、より短い方のアームに入る光に対してπ
/2だけ遅延されてより長い方のアームに入る。第２の入
力ポートからの光は、π/2ラジアンの相対遅延を伴なっ
てより短い方のアームに入る。相対遅延におけるこの差
は、２つの入力ポートの各々に入る光に関連する信号間
の打消しをもたらし、これによりもしもすべてのカプラ
が50％の結合効率にセットされるならば、そのときは第
１のセンサのみが何らかの信号を発生するであろう。
間で光が結合するときに生じるπ/2の位相シフトが重要
となるということである。感知干渉計の一方の入力ポー
トからの光が、より短い方のアームに入る光に対してπ
/2だけ遅延されてより長い方のアームに入る。第２の入
力ポートからの光は、π/2ラジアンの相対遅延を伴なっ
てより短い方のアームに入る。相対遅延におけるこの差
は、２つの入力ポートの各々に入る光に関連する信号間
の打消しをもたらし、これによりもしもすべてのカプラ
が50％の結合効率にセットされるならば、そのときは第
１のセンサのみが何らかの信号を発生するであろう。
以上のことに基づいて、過去において用いられていた時
分割および周波数分割多重化構成に固有な上述の制限を
受けることなく、複数の遠隔センサの多重化のための感
知システムおよび手法を提供することが先行技術におけ
る重要な改良点となろう。したがって、改善されたシス
テムは、選択的に時分割であり、これによりセンサの各
々の実質的に連続的なモニタリングが可能である。その
ようなシステムは、周囲環境感知領域において電子回路
または能動装置の使用を必要とすることなくオペレーシ
ョンをもたらすべきである。好ましくは、そのようなシ
ステムは、どのようなワイドレンジの光源の使用をも許
容すべきであり、かつ現実の応用において作り出しかつ
用いるために簡単かつ経済的であるべきである。
分割および周波数分割多重化構成に固有な上述の制限を
受けることなく、複数の遠隔センサの多重化のための感
知システムおよび手法を提供することが先行技術におけ
る重要な改良点となろう。したがって、改善されたシス
テムは、選択的に時分割であり、これによりセンサの各
々の実質的に連続的なモニタリングが可能である。その
ようなシステムは、周囲環境感知領域において電子回路
または能動装置の使用を必要とすることなくオペレーシ
ョンをもたらすべきである。好ましくは、そのようなシ
ステムは、どのようなワイドレンジの光源の使用をも許
容すべきであり、かつ現実の応用において作り出しかつ
用いるために簡単かつ経済的であるべきである。
発明の概要 この発明は、ファイバ光学センサのアレイのコヒーレン
トな多重化を実現するために好ましくは短いコヒーレン
ト長の光源を用いる、コヒーレントに分散されたセンサ
システムおよび方法を含んでいる。１対のセンサ上で周
囲環境の影響を遠隔的に感知する装置は、光源と、前記
光源に対する第1,第2,第３および第４の光経路を規定す
る複数の光学導波管部分とによって特徴づけられ、前記
第１および第２の光経路は、少なくとも１つの感知領域
において異なっており、かつ前記第１および第２の光経
路の少なくとも一方は、前記感知領域における周囲環境
の影響によって影響を受け、かつ前記第３および第４の
光経路は、少なくとも１つの受信領域において異なり、
かつそれぞれ前記第１および第２の光経路の実質的に長
さが等しく、かつ前記第１および第２の光経路と同じ周
囲環境の影響を受けず、前記第1,第2,第３および第４の
光経路の少なくとも一部は導波管部分によって規定さ
れ、前記導波管部分は、前記感知および受信領域を光学
的に接続する光ファイバを含み、前記第1,第2,第３およ
び第４の光経路からの光を結合する手段をさらに備え、
前記手段はいつでも、前記第１および第２の光経路のう
ちの特定の一方に実質的に長さが一致する光経路からの
み光をコヒーレントに結合する。
トな多重化を実現するために好ましくは短いコヒーレン
ト長の光源を用いる、コヒーレントに分散されたセンサ
システムおよび方法を含んでいる。１対のセンサ上で周
囲環境の影響を遠隔的に感知する装置は、光源と、前記
光源に対する第1,第2,第３および第４の光経路を規定す
る複数の光学導波管部分とによって特徴づけられ、前記
第１および第２の光経路は、少なくとも１つの感知領域
において異なっており、かつ前記第１および第２の光経
路の少なくとも一方は、前記感知領域における周囲環境
の影響によって影響を受け、かつ前記第３および第４の
光経路は、少なくとも１つの受信領域において異なり、
かつそれぞれ前記第１および第２の光経路の実質的に長
さが等しく、かつ前記第１および第２の光経路と同じ周
囲環境の影響を受けず、前記第1,第2,第３および第４の
光経路の少なくとも一部は導波管部分によって規定さ
れ、前記導波管部分は、前記感知および受信領域を光学
的に接続する光ファイバを含み、前記第1,第2,第３およ
び第４の光経路からの光を結合する手段をさらに備え、
前記手段はいつでも、前記第１および第２の光経路のう
ちの特定の一方に実質的に長さが一致する光経路からの
み光をコヒーレントに結合する。
より詳細に説明すると、この発明のセンサシステムは一
般的に、光源から結合された光に対する第１および第２
の光経路の少なくとも一部分を規定する第１の複数の導
波管部分に光学的に結合された短いコヒーレンス長の光
源を含んでいる。第１および第２の光経路は、第１およ
び第２の位置において周囲環境の影響によって影響を受
ける。第３および第４の光経路の少なくとも一部分を介
して光を伝播する少なくとも１つの第２の光学導波管部
分が設けられている。第３および第４の光経路は実質的
に、それぞれ第１および第２の光経路に長さが等しい
が、しかし第３および第４の光経路は、第１および第２
の光経路と同じ周囲環境の影響を受けない。第３の光導
波管部分は、第１の複数の光導波管部分の１つへおよび
第２の光導波管部分へ光学的に結合され、これにより第
１の複数の導波管部分からの光は、第３の光導波管部分
を介してのみ第２の導波管部分との光学的接続へ伝播さ
れる。第1,第2,第３および第４の光経路からの光を結合
し、かついつでも第１および第２の経路の特定の一方に
実質的に長さが等しい光経路からのみ光をコヒーレント
に結合する手段が設けられている。この発明の少なくと
も一方の好ましい実施例において、第３および第４の光
経路は同時には存在しない。
般的に、光源から結合された光に対する第１および第２
の光経路の少なくとも一部分を規定する第１の複数の導
波管部分に光学的に結合された短いコヒーレンス長の光
源を含んでいる。第１および第２の光経路は、第１およ
び第２の位置において周囲環境の影響によって影響を受
ける。第３および第４の光経路の少なくとも一部分を介
して光を伝播する少なくとも１つの第２の光学導波管部
分が設けられている。第３および第４の光経路は実質的
に、それぞれ第１および第２の光経路に長さが等しい
が、しかし第３および第４の光経路は、第１および第２
の光経路と同じ周囲環境の影響を受けない。第３の光導
波管部分は、第１の複数の光導波管部分の１つへおよび
第２の光導波管部分へ光学的に結合され、これにより第
１の複数の導波管部分からの光は、第３の光導波管部分
を介してのみ第２の導波管部分との光学的接続へ伝播さ
れる。第1,第2,第３および第４の光経路からの光を結合
し、かついつでも第１および第２の経路の特定の一方に
実質的に長さが等しい光経路からのみ光をコヒーレント
に結合する手段が設けられている。この発明の少なくと
も一方の好ましい実施例において、第３および第４の光
経路は同時には存在しない。
そこから結合された光を受取る電子検出器が、光を検出
する手段に光学的に結合されている。コヒーレントに結
合された光は、第１および第２の光経路の選択された一
方を介して伝わった光と、同じ長さの第３または第４の
光経路を伝わった光との間の位相差に一致する位相差信
号を含んでいる。この位相差は、センサシステムにおけ
る選択された光経路に影響を及ぼす周囲環境状態を表わ
している。検出器は典型的には、検出された特定の周囲
環境の状態をモニタしかつ評価するための他の情報処理
装置に相互接続される。
する手段に光学的に結合されている。コヒーレントに結
合された光は、第１および第２の光経路の選択された一
方を介して伝わった光と、同じ長さの第３または第４の
光経路を伝わった光との間の位相差に一致する位相差信
号を含んでいる。この位相差は、センサシステムにおけ
る選択された光経路に影響を及ぼす周囲環境状態を表わ
している。検出器は典型的には、検出された特定の周囲
環境の状態をモニタしかつ評価するための他の情報処理
装置に相互接続される。
１つの好ましい実施例において、この発明は、短いコヒ
ーレンス長のレーザからの光がシングルモードファイバ
内に放出され、さらにその後２つの経路に沿った方向性
カプラによって分割される“並列”構成を含んでいる。
第１の経路をとる光の部分は、入力ファイバ光学バスに
入りかつ複数の光ファイバ、または電子トランスデュー
サのような他の部品に分散され、この電子トランスデュ
ーサは、一方の端子において各々入力ファイバ光学バス
へ光学的に接続され、かつそれらの他方の端子において
ファイバ光学出力バスに接続されて、梯子形状を形成す
るセンサを含んでいる。第２の経路をとる光の部分は、
ファイバ光学タップ付遅延ラインに入りかつ基準信号と
して作用する。
ーレンス長のレーザからの光がシングルモードファイバ
内に放出され、さらにその後２つの経路に沿った方向性
カプラによって分割される“並列”構成を含んでいる。
第１の経路をとる光の部分は、入力ファイバ光学バスに
入りかつ複数の光ファイバ、または電子トランスデュー
サのような他の部品に分散され、この電子トランスデュ
ーサは、一方の端子において各々入力ファイバ光学バス
へ光学的に接続され、かつそれらの他方の端子において
ファイバ光学出力バスに接続されて、梯子形状を形成す
るセンサを含んでいる。第２の経路をとる光の部分は、
ファイバ光学タップ付遅延ラインに入りかつ基準信号と
して作用する。
各センサは、光位相に対する修正の形態で、そこを介し
て通過する光の上に周囲環境情報を押しつける。各セン
サからの光は、ファイバ光学復帰バス上に光学的に結合
される。光は、復帰バスから、その長さの他方の部分に
沿って位置決めされたカプラによって、タップを含む複
数の光ファイバ上に光学的に結合される。入力ファイバ
光学バス、個別的センサ、およびファイバ光学復帰バス
によって規定された光経路の各々の長さの間の差は、光
源のコヒーレント長よりもはるかに大きく、これによ
り、各センサからの光がファイバ光学復帰バス上に集め
られるときに強度変調が生じない。
て通過する光の上に周囲環境情報を押しつける。各セン
サからの光は、ファイバ光学復帰バス上に光学的に結合
される。光は、復帰バスから、その長さの他方の部分に
沿って位置決めされたカプラによって、タップを含む複
数の光ファイバ上に光学的に結合される。入力ファイバ
光学バス、個別的センサ、およびファイバ光学復帰バス
によって規定された光経路の各々の長さの間の差は、光
源のコヒーレント長よりもはるかに大きく、これによ
り、各センサからの光がファイバ光学復帰バス上に集め
られるときに強度変調が生じない。
復帰バスのタップラインからの光は、遅延ラインに沿っ
た特定の位置に位置決めされた光ファイバによって遅延
ラインからタップされた光と混合される。これらのファ
イバタップは、遅延ラインおよび各光ファイバタップラ
インが、関連する入力バス、センサ、出力バスおよびタ
ップ経路長に実質的に等しい光経路長を規定するように
位置決めされる。遅延ラインまたは基準アームは、周囲
環境からシールドされ、これにより各検出器は、センサ
の光経路を介して伝わった光と、対応する遅延ラインを
介して伝わった光との間の位相差からなる周囲環境情報
を測定する。
た特定の位置に位置決めされた光ファイバによって遅延
ラインからタップされた光と混合される。これらのファ
イバタップは、遅延ラインおよび各光ファイバタップラ
インが、関連する入力バス、センサ、出力バスおよびタ
ップ経路長に実質的に等しい光経路長を規定するように
位置決めされる。遅延ラインまたは基準アームは、周囲
環境からシールドされ、これにより各検出器は、センサ
の光経路を介して伝わった光と、対応する遅延ラインを
介して伝わった光との間の位相差からなる周囲環境情報
を測定する。
一般に、検出器によって測定された信号は、センサのみ
ならず、入力および復帰バスとも関連する周囲環境情報
を含んでいる。これは通常望ましくないことである。こ
の問題点に対して２つの解決方法が可能である：すなわ
ち、入力および出力バスにおけるファイバの双方がシー
ルドされるか；または隣接する検出器において受信され
た信号を電子的に減算することによって、対応するセン
サ間の領域を除いて、バス上に含まれる位相変化に無関
係な検出信号が与えられる。その結果、この差の情報
は、特定のセンサに影響を及ぼす周囲環境状態に直接関
連する。
ならず、入力および復帰バスとも関連する周囲環境情報
を含んでいる。これは通常望ましくないことである。こ
の問題点に対して２つの解決方法が可能である：すなわ
ち、入力および出力バスにおけるファイバの双方がシー
ルドされるか；または隣接する検出器において受信され
た信号を電子的に減算することによって、対応するセン
サ間の領域を除いて、バス上に含まれる位相変化に無関
係な検出信号が与えられる。その結果、この差の情報
は、特定のセンサに影響を及ぼす周囲環境状態に直接関
連する。
他の好ましい実施例において、上述のシステムは、ファ
イバ光学遅延ラインを設けないことによって修正され
る。代わりに、マッハ−ツェンダ干渉計がファイバ光学
復帰バス上に構成され、さらに光源からの信号はファイ
バ光学入力バス上へパルス化される。これらのパルス
は、センサからの復帰パルスが互いにまたはアレイの次
のサンプリングからのパルスと重なり合わないように時
間調整される。マッハ−ツェンダ干渉計のアームは異な
った長さであり、アーム長のこの差は、２つの隣接する
センサの各々の間の光経路の差に等しい。したがって、
この干渉は、隣接するセンサの出力の混合を引起こし、
かつ再度、周囲環境パラメータのグラディエントが測定
される。周波数シフタは、ヘテロダイン出力を発生する
ためにマッハ−ツェンダ干渉計の一方のアームに配置さ
れ得る。
イバ光学遅延ラインを設けないことによって修正され
る。代わりに、マッハ−ツェンダ干渉計がファイバ光学
復帰バス上に構成され、さらに光源からの信号はファイ
バ光学入力バス上へパルス化される。これらのパルス
は、センサからの復帰パルスが互いにまたはアレイの次
のサンプリングからのパルスと重なり合わないように時
間調整される。マッハ−ツェンダ干渉計のアームは異な
った長さであり、アーム長のこの差は、２つの隣接する
センサの各々の間の光経路の差に等しい。したがって、
この干渉は、隣接するセンサの出力の混合を引起こし、
かつ再度、周囲環境パラメータのグラディエントが測定
される。周波数シフタは、ヘテロダイン出力を発生する
ためにマッハ−ツェンダ干渉計の一方のアームに配置さ
れ得る。
さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの修正を含んでおり、ここで、光ファイバ遅延ラ
インは、可変遅延能力を含み、かつ遅延ラインはその端
部においてセンサ梯子型ネットワークから復帰バスに光
学的に結合される。結合された遅延ラインおよび復帰バ
スによって発生する出力信号は、任意の時間において、
その長さが実質的にそのときに遅延ラインを介する基準
信号経路長と一致する光経路の一部であるセンサに影響
を及ぼす周囲環境状態を表わす位相差信号を発生する。
可変遅延ラインの光経路長を急速に変化させることによ
って、このシステムは、各センサが光学からの入力をパ
ルス化することなくモニタされ得るように急速にスキャ
ンされ得る。選択的に、周波数シフタは、ヘテロダイン
出力を発生するために可変遅延ラインに配置され得る。
ステムの修正を含んでおり、ここで、光ファイバ遅延ラ
インは、可変遅延能力を含み、かつ遅延ラインはその端
部においてセンサ梯子型ネットワークから復帰バスに光
学的に結合される。結合された遅延ラインおよび復帰バ
スによって発生する出力信号は、任意の時間において、
その長さが実質的にそのときに遅延ラインを介する基準
信号経路長と一致する光経路の一部であるセンサに影響
を及ぼす周囲環境状態を表わす位相差信号を発生する。
可変遅延ラインの光経路長を急速に変化させることによ
って、このシステムは、各センサが光学からの入力をパ
ルス化することなくモニタされ得るように急速にスキャ
ンされ得る。選択的に、周波数シフタは、ヘテロダイン
出力を発生するために可変遅延ラインに配置され得る。
上述のシステムのフィードフォワードの実施例は、入力
光ファイバとして複屈折ファイバを利用することによっ
て提供され、このファイバの２つの偏光軸は入力および
出力バスとして作用する。タップはファイバに沿って配
置されてこれらの２つの偏光軸間で光を結合する。この
構成の２つの偏光軸は非常に類似した群速度を有してい
るので、可変遅延ラインは広い範囲全体にわたってスキ
ャンする必要はなく、レーザは、互いにかなり影響し合
うことなくタップが合理的に接近して配置され得るのに
十分な短さのコヒーレンス長で存在する。
光ファイバとして複屈折ファイバを利用することによっ
て提供され、このファイバの２つの偏光軸は入力および
出力バスとして作用する。タップはファイバに沿って配
置されてこれらの２つの偏光軸間で光を結合する。この
構成の２つの偏光軸は非常に類似した群速度を有してい
るので、可変遅延ラインは広い範囲全体にわたってスキ
ャンする必要はなく、レーザは、互いにかなり影響し合
うことなくタップが合理的に接近して配置され得るのに
十分な短さのコヒーレンス長で存在する。
さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの使用を含んでおり、ここでファイバ光学復帰バ
スは、その端部においてファイバ遅延ラインの端部に直
接接続され、かつ光源はパルス光信号を発生し、この光
信号はビームスプリッタまたは方向性カプラを介して方
向づけられかつこれにより入力光ファイバとファイバ遅
延ラインとの間で分割される。入力光ファイバからアレ
イに入る光パルスは、ファイバ遅延ラインを介して通信
されるパルスよりも早くセンサを介して周囲環境をサン
プリングする。選択されたセンサによって入力および復
帰バス上に与えられたパルスは、ビームスプリッタまた
はカプラにおいて復帰しかつ干渉するであろう。これら
のパルスは異なる時間においてセンサを介して通過する
ので、それらが発生した干渉信号はセンサのオーバタイ
ムの変化の表示を含むであろう。干渉パルスによって生
じた信号は、ビームスプリッタまたは方向性カプラから
検出器へ通信されるであろう。選択的に、他の光ファイ
バは、マッハ−ツェンダ干渉計の一方のアームを含んで
おり、この干渉計は、その第２とアームにおけるファイ
バ遅延ラインと、出力をヘテロダインしかつ周囲環境の
変化が時間に従って各センサに影響を及ぼすにつれて周
囲環境変化のグラディエントを観察する周波数シフタと
を含んでいる。
ステムの使用を含んでおり、ここでファイバ光学復帰バ
スは、その端部においてファイバ遅延ラインの端部に直
接接続され、かつ光源はパルス光信号を発生し、この光
信号はビームスプリッタまたは方向性カプラを介して方
向づけられかつこれにより入力光ファイバとファイバ遅
延ラインとの間で分割される。入力光ファイバからアレ
イに入る光パルスは、ファイバ遅延ラインを介して通信
されるパルスよりも早くセンサを介して周囲環境をサン
プリングする。選択されたセンサによって入力および復
帰バス上に与えられたパルスは、ビームスプリッタまた
はカプラにおいて復帰しかつ干渉するであろう。これら
のパルスは異なる時間においてセンサを介して通過する
ので、それらが発生した干渉信号はセンサのオーバタイ
ムの変化の表示を含むであろう。干渉パルスによって生
じた信号は、ビームスプリッタまたは方向性カプラから
検出器へ通信されるであろう。選択的に、他の光ファイ
バは、マッハ−ツェンダ干渉計の一方のアームを含んで
おり、この干渉計は、その第２とアームにおけるファイ
バ遅延ラインと、出力をヘテロダインしかつ周囲環境の
変化が時間に従って各センサに影響を及ぼすにつれて周
囲環境変化のグラディエントを観察する周波数シフタと
を含んでいる。
この発明のさらに好ましい実施例は、アレイの“直列”
構成を含んでいる。この構成において、光は、シングル
モードのファイバを介して、異なる長さのアームを有す
る一連のマッハ−ツェンダ干渉計内に放出される。干渉
計の各々は、アレイにおけるセンサの１つを含んでい
る。これらのセンサは、光を分割する方向性カプラを用
いて構成されており、各カプラの結合定数は、システム
におけるセンサの数によって規定されている。種々のセ
ンサを介する光経路の差は、光源のコヒーレンス長より
もはるかに長くなるように選択され、これにより干渉計
のアーム間の相対位相の変化は、センサ出力における検
出可能な強度の変調に変換されないであろう。各センサ
において光上に押しつけられた情報は、干渉計の２つの
アームを伝わる光の間の位相における差である。
構成を含んでいる。この構成において、光は、シングル
モードのファイバを介して、異なる長さのアームを有す
る一連のマッハ−ツェンダ干渉計内に放出される。干渉
計の各々は、アレイにおけるセンサの１つを含んでい
る。これらのセンサは、光を分割する方向性カプラを用
いて構成されており、各カプラの結合定数は、システム
におけるセンサの数によって規定されている。種々のセ
ンサを介する光経路の差は、光源のコヒーレンス長より
もはるかに長くなるように選択され、これにより干渉計
のアーム間の相対位相の変化は、センサ出力における検
出可能な強度の変調に変換されないであろう。各センサ
において光上に押しつけられた情報は、干渉計の２つの
アームを伝わる光の間の位相における差である。
センサからの光は、共通ファイバ光学バスを介していく
つかの受信マッハ−ツェンダ干渉計へ伝送され、その干
渉計の各々は、センサの対応するもののアーム長の差と
実質的に一致する大きさだけその長さが異なる２つのア
ームを有している。したがって、各センサは好ましく
は、対応するアーム長の差を伴なった受信干渉計を有し
ている。その結果、センサからの位相変調信号は、受信
干渉計によって振幅変調に変換され、これにより各受信
干渉計の出力における光検出器は、その関連するセンサ
の位相変調に対応する振幅変調をモニタしかつそのセン
サに影響を及ぼす周囲環境の状態を表わす信号を発生す
る。これらの信号はセンサまたは受信干渉計における期
間を除いて共通ファイバ上を伝えられるのでこの構成は
リードに不感性である。したがって、周囲環境の遮蔽
は、もしも適正な技術が信号の消失を咲けるために用い
られるならば、選択されたセンサにおける変化を直接反
映する信号を得るために、受信干渉計上においてのみ必
要とされる。
つかの受信マッハ−ツェンダ干渉計へ伝送され、その干
渉計の各々は、センサの対応するもののアーム長の差と
実質的に一致する大きさだけその長さが異なる２つのア
ームを有している。したがって、各センサは好ましく
は、対応するアーム長の差を伴なった受信干渉計を有し
ている。その結果、センサからの位相変調信号は、受信
干渉計によって振幅変調に変換され、これにより各受信
干渉計の出力における光検出器は、その関連するセンサ
の位相変調に対応する振幅変調をモニタしかつそのセン
サに影響を及ぼす周囲環境の状態を表わす信号を発生す
る。これらの信号はセンサまたは受信干渉計における期
間を除いて共通ファイバ上を伝えられるのでこの構成は
リードに不感性である。したがって、周囲環境の遮蔽
は、もしも適正な技術が信号の消失を咲けるために用い
られるならば、選択されたセンサにおける変化を直接反
映する信号を得るために、受信干渉計上においてのみ必
要とされる。
この発明のさらにもう１つの好ましい実施例は、ハイブ
リット構成を含み、このハイブリット構成において、レ
ーザダイオードからの光信号は、入力ファイバを介し
て、梯子型構成で構成された一連の光センサまで通過さ
れ、各センサはマッハ−ツェンダ干渉計を含んでいる。
各センサからの出力は、並列構成に関して最初に説明さ
れた態様で復帰バス上で結合される。しかしながら、復
帰バスは、センサからの結合された信号を、直列構成に
ついて上述されたような配置で構成された複数のマッハ
−ツェンダ受信干渉計へ通信するために光学的に結合さ
れている。このシステムは、直列システムに類似したリ
ード不感性を示している。
リット構成を含み、このハイブリット構成において、レ
ーザダイオードからの光信号は、入力ファイバを介し
て、梯子型構成で構成された一連の光センサまで通過さ
れ、各センサはマッハ−ツェンダ干渉計を含んでいる。
各センサからの出力は、並列構成に関して最初に説明さ
れた態様で復帰バス上で結合される。しかしながら、復
帰バスは、センサからの結合された信号を、直列構成に
ついて上述されたような配置で構成された複数のマッハ
−ツェンダ受信干渉計へ通信するために光学的に結合さ
れている。このシステムは、直列システムに類似したリ
ード不感性を示している。
上述の“直列”実施例およびハイブリッド装置の各々に
対して、この発明の機能的に関連した実施例は、各マッ
ハ−ツェンダ干渉計を規定する２つの光ファイバを、高
複屈折シングルモードファイバによってまたは干渉計を
含む２−モードファイバによって置換えることによって
提供される。シングルモードファイバにおいて、各干渉
計の２つの光経路は、その中に存在する２つの直交する
偏光モードによって規定される。結合装置および／また
は偏光子は、直交経路上を伝わる光信号をシステムのこ
れらのセグメントにおける単一の経路上に結合するため
に、これらのセンサを互いに対してまたは受信機に対し
て接続するファイバ上で利用される。２−モードファイ
バの場合、２つの空間的に直交するモード（基本および
２次）は、各干渉計の２つの光経路を規定するために利
用される。２−モードファイバおよび相互接続されたエ
レメント間で適当な結合装置を利用することによって、
およびモードストリッパのような他の構成要素を使用す
ることによって、２−モードファイバ構成は、センサお
よびレシーバ間で必要な単一の信号伝送経路を提供す
る。これらの複屈折または２−モードファイバの直交モ
ードを利用することによって、光経路の差は、現実のフ
ァイバ長の任意の小さな分数となり、この分数は２つの
直交モード間のビート長に対する波長の比率である。そ
の結果、感知および対応する受信干渉計の光経路長さの
マッチングにおけるトレランスは、マッハ−ツェンダ干
渉計を規定するために別々のファイバを利用する実施例
に対してよりもはるかに厳格ではない。
対して、この発明の機能的に関連した実施例は、各マッ
ハ−ツェンダ干渉計を規定する２つの光ファイバを、高
複屈折シングルモードファイバによってまたは干渉計を
含む２−モードファイバによって置換えることによって
提供される。シングルモードファイバにおいて、各干渉
計の２つの光経路は、その中に存在する２つの直交する
偏光モードによって規定される。結合装置および／また
は偏光子は、直交経路上を伝わる光信号をシステムのこ
れらのセグメントにおける単一の経路上に結合するため
に、これらのセンサを互いに対してまたは受信機に対し
て接続するファイバ上で利用される。２−モードファイ
バの場合、２つの空間的に直交するモード（基本および
２次）は、各干渉計の２つの光経路を規定するために利
用される。２−モードファイバおよび相互接続されたエ
レメント間で適当な結合装置を利用することによって、
およびモードストリッパのような他の構成要素を使用す
ることによって、２−モードファイバ構成は、センサお
よびレシーバ間で必要な単一の信号伝送経路を提供す
る。これらの複屈折または２−モードファイバの直交モ
ードを利用することによって、光経路の差は、現実のフ
ァイバ長の任意の小さな分数となり、この分数は２つの
直交モード間のビート長に対する波長の比率である。そ
の結果、感知および対応する受信干渉計の光経路長さの
マッチングにおけるトレランスは、マッハ−ツェンダ干
渉計を規定するために別々のファイバを利用する実施例
に対してよりもはるかに厳格ではない。
この発明はまた、光周波数シフタを用いることなく、ヘ
テロダイン状の出力信号を提供するためにこの発明のい
くつかの構成において利用される新規な装置および手法
を含んでいる。ヘテロダイ化において、信号の周波数
は、信号によって含まれる情報が結果として生じる非−
ゼロ中心周波数の側波帯周波数上で搬送されるようにシ
フトされる。ヘテロダイン化は、ファイバ上の低周波数
周囲環境の影響に起因する信号の消滅の問題を克服する
ので望ましい。さらに、ヘテロダイン信号は、スペクト
ルアナライザ、FM復調器または位相検出器などの従来の
電子装置の使用によって容易に評価され得る。この発明
は、結果として生じた位相変調された信号を周波数シフ
トされた電子信号に戻す信号処理手法とともに、センサ
のレシーバ部分に位相変調器を設けることによって、ヘ
テロダインのための周波数シフタの使用を排除してい
る。
テロダイン状の出力信号を提供するためにこの発明のい
くつかの構成において利用される新規な装置および手法
を含んでいる。ヘテロダイ化において、信号の周波数
は、信号によって含まれる情報が結果として生じる非−
ゼロ中心周波数の側波帯周波数上で搬送されるようにシ
フトされる。ヘテロダイン化は、ファイバ上の低周波数
周囲環境の影響に起因する信号の消滅の問題を克服する
ので望ましい。さらに、ヘテロダイン信号は、スペクト
ルアナライザ、FM復調器または位相検出器などの従来の
電子装置の使用によって容易に評価され得る。この発明
は、結果として生じた位相変調された信号を周波数シフ
トされた電子信号に戻す信号処理手法とともに、センサ
のレシーバ部分に位相変調器を設けることによって、ヘ
テロダインのための周波数シフタの使用を排除してい
る。
この位相変調器は、センサにおける信号の周波数よりも
はるかに高い周波数で作動される。ゲートのようなスイ
ッチング部品が、位相変調器のオペレーションに同期し
た態様で、光検出器からの電子信号を変調するために用
いられる。したがって、レシーバからの出力信号は、よ
り高い変調周波数における方形波によって検出された信
号を効果的に乗算し、その信号におけるその変調周波数
の高調波を混合する。奇数および偶数高調波は決して同
時には消えないので、上述の２つの高調波を混合するこ
とによって信号の消失を除去することが可能である。位
相変調器の変調振幅およびゲートの同期が適当に調整さ
れるときに、出力信号は、変調周波数側波帯の一方のま
わりのヘテロダンイン状の信号を含むであろう。
はるかに高い周波数で作動される。ゲートのようなスイ
ッチング部品が、位相変調器のオペレーションに同期し
た態様で、光検出器からの電子信号を変調するために用
いられる。したがって、レシーバからの出力信号は、よ
り高い変調周波数における方形波によって検出された信
号を効果的に乗算し、その信号におけるその変調周波数
の高調波を混合する。奇数および偶数高調波は決して同
時には消えないので、上述の２つの高調波を混合するこ
とによって信号の消失を除去することが可能である。位
相変調器の変調振幅およびゲートの同期が適当に調整さ
れるときに、出力信号は、変調周波数側波帯の一方のま
わりのヘテロダンイン状の信号を含むであろう。
この発明の分散されたアレイセンサは、正確であり、か
つ各センサの実質的に連続的なモニタリングが可能であ
りセンサに影響を及ぼす周囲環境状態の急速な変化の検
出を許容するように光学的に時間とは無関係である遠隔
センサを多重化するシステムおよび手法を含んでいる。
この発明は、短いコヒーレンス長を有する光源の使用を
許容し、これによりより長いコヒーレンス長を有するも
のより安価でありかつ小さな商業的に利用可能な広範囲
のレーザを含んでいる。さらに、この発明は好ましく
は、すべてのファイバ光学構成においてその目的を達成
し、信頼性を減少させることおよび複雑さを増大させる
ことによってシステムの性能を劣化させる不必要な電子
部品を除去している。このシステムは、リード不感性に
なるように構成され、これらのラインの周囲環境からの
遮蔽を必要とすることなくセンサ間で長いラインの使用
を許容している。この発明はまた、出力信号を効果的に
ヘテロダイン化する手法を含んでおり、各受信干渉計に
おける周波数シフタの必要性を除去し、これにより費用
をさらに減少させかつ感知システムの精度を増大させて
いる。
つ各センサの実質的に連続的なモニタリングが可能であ
りセンサに影響を及ぼす周囲環境状態の急速な変化の検
出を許容するように光学的に時間とは無関係である遠隔
センサを多重化するシステムおよび手法を含んでいる。
この発明は、短いコヒーレンス長を有する光源の使用を
許容し、これによりより長いコヒーレンス長を有するも
のより安価でありかつ小さな商業的に利用可能な広範囲
のレーザを含んでいる。さらに、この発明は好ましく
は、すべてのファイバ光学構成においてその目的を達成
し、信頼性を減少させることおよび複雑さを増大させる
ことによってシステムの性能を劣化させる不必要な電子
部品を除去している。このシステムは、リード不感性に
なるように構成され、これらのラインの周囲環境からの
遮蔽を必要とすることなくセンサ間で長いラインの使用
を許容している。この発明はまた、出力信号を効果的に
ヘテロダイン化する手法を含んでおり、各受信干渉計に
おける周波数シフタの必要性を除去し、これにより費用
をさらに減少させかつ感知システムの精度を増大させて
いる。
好ましい実施例の詳細な説明 この発明は、全体を通して同一部分が同一番号で指定さ
れた図面を参照することによって最もよく理解される。
れた図面を参照することによって最もよく理解される。
並列システム 第１図は、“並列構成”の１つの好ましい実施例を描い
ており、この構成は、複数の分散されたセンサに影響を
及ぼす周囲環境状態をモニタするセンサアレイシステム
を含んでいる。好ましくは短いコヒーレンス長を有す
る、レーザダイオードなどの光源100がこの実施例にお
いて用いられる。
ており、この構成は、複数の分散されたセンサに影響を
及ぼす周囲環境状態をモニタするセンサアレイシステム
を含んでいる。好ましくは短いコヒーレンス長を有す
る、レーザダイオードなどの光源100がこの実施例にお
いて用いられる。
コヒーレンス長は、軸方向における信号干渉効果が得ら
れる長さを意味している。当業者は、以下の関係によっ
て、少なくともいくつかのタイプのレーザ光源に対して
コヒーレンス長（Lc）が定義されるということを評価す
るであろう： （Vg）／（２πΔｆ）＝Lc ……（１） ここで、２Δｆ＝1/2最大パワーにおける光学帯域幅：
かつ Vg＝光ファイバにおける光の群速度 したがって、方程式（１）から、コヒーレンス長は、レ
ーザのスペクトル純度が改善されるにつれて増大すると
いうことは明白となろう。より長いコヒーレンス長の光
源を必要とする先行技術のシステムに比較して、より短
いコヒーレンス長の信号源を利用することができるセン
サシステムは、比較的安価かつ高額なダイオードレーザ
を含む多数のレーザ光源のいずれでも用いられる多様な
システムを含むということが当業者によって評価される
であろう。
れる長さを意味している。当業者は、以下の関係によっ
て、少なくともいくつかのタイプのレーザ光源に対して
コヒーレンス長（Lc）が定義されるということを評価す
るであろう： （Vg）／（２πΔｆ）＝Lc ……（１） ここで、２Δｆ＝1/2最大パワーにおける光学帯域幅：
かつ Vg＝光ファイバにおける光の群速度 したがって、方程式（１）から、コヒーレンス長は、レ
ーザのスペクトル純度が改善されるにつれて増大すると
いうことは明白となろう。より長いコヒーレンス長の光
源を必要とする先行技術のシステムに比較して、より短
いコヒーレンス長の信号源を利用することができるセン
サシステムは、比較的安価かつ高額なダイオードレーザ
を含む多数のレーザ光源のいずれでも用いられる多様な
システムを含むということが当業者によって評価される
であろう。
図示された実施例において、光源100は、約790nmのオー
ダの波長を有する光を発生するひ化アルミニウムガリウ
ム（AlGaAs）レーザを含んでいる。特定の例によると、
光源100は、252 Humbolt Court,Sunnyvale,Californi
a,94086に住所を有するNEC Electronics U.S.A.Inc.
から商業的に利用可能なモデルNDL3000レーザダイオー
ドを含んでもよい。
ダの波長を有する光を発生するひ化アルミニウムガリウ
ム（AlGaAs）レーザを含んでいる。特定の例によると、
光源100は、252 Humbolt Court,Sunnyvale,Californi
a,94086に住所を有するNEC Electronics U.S.A.Inc.
から商業的に利用可能なモデルNDL3000レーザダイオー
ドを含んでもよい。
光源100は、ファイバ光学入力バス102を含む光ファイバ
に光学的に結合される。第１の方向性カプラ104が入力
バス102上に配置され、このカプラ104は、光パワーのい
くらかを、光学遅延ライン106を含む第２の光ファイバ
に結合する。描かれた実施例において、方向性カプラ10
4は、センサシステムにおいて利用される他の方向性カ
プラと同じタイプのものである。システムにおいて用い
られる方向性カプラの１つの好ましい実施例は、引続き
ここに開示されており、かつ“ファイバ光学方向性カプ
ラ（Fiber−Optic Directional Coupler）”と題され
た1981年９月10日に出願された同時継続中の米国特許出
願連続番号第300,955号において詳細に説明されてお
り、この出願は、“ファイバ光学方向性カプラ（Fiber
−Optic Directional Coupler）”と題された1980年
４月11日に出願された米国特許出願連続番号第139,511
号のCIP出願であり、これらの特許出願の双方は本願発
明の譲受人に譲渡された。これらの同時継続中の出願は
援用されてここに取入れられている。
に光学的に結合される。第１の方向性カプラ104が入力
バス102上に配置され、このカプラ104は、光パワーのい
くらかを、光学遅延ライン106を含む第２の光ファイバ
に結合する。描かれた実施例において、方向性カプラ10
4は、センサシステムにおいて利用される他の方向性カ
プラと同じタイプのものである。システムにおいて用い
られる方向性カプラの１つの好ましい実施例は、引続き
ここに開示されており、かつ“ファイバ光学方向性カプ
ラ（Fiber−Optic Directional Coupler）”と題され
た1981年９月10日に出願された同時継続中の米国特許出
願連続番号第300,955号において詳細に説明されてお
り、この出願は、“ファイバ光学方向性カプラ（Fiber
−Optic Directional Coupler）”と題された1980年
４月11日に出願された米国特許出願連続番号第139,511
号のCIP出願であり、これらの特許出願の双方は本願発
明の譲受人に譲渡された。これらの同時継続中の出願は
援用されてここに取入れられている。
複数の方向性カプラ108a,108b,…108nはまた、ファイバ
光学入力バス102に沿った選択された位置に配置されて
いる。入力バス102上でカプラ108の位置を選択するため
の基礎は、以下により完全に説明されるであろう。
光学入力バス102に沿った選択された位置に配置されて
いる。入力バス102上でカプラ108の位置を選択するため
の基礎は、以下により完全に説明されるであろう。
複数の光ファイバ110a,110b,…110nは各々、対応する光
カプラ108a,108b,…108nのポートを介して延びる第１の
端部を有している。光ファイバ110は、センサ110を囲む
周囲環境状態における変化を感知しかつその影響を受け
るように周囲環境に配置されたファイバ光学センサを含
んでいる。もちろん、この発明の実質的にすべての他の
実施例のみならず、トランスデューサなどのようなこの
装置は、システムにおいて光ファイバに接続されかつこ
れらの光ファイバを介する光の流れに影響を及ぼすこと
によって周囲環境の影響に応答するセンサ110として利
用される。たとえば、音響トランスデューサは、光ファ
イバ110に接続されてそのファイバの音響感度を増大さ
せる。
カプラ108a,108b,…108nのポートを介して延びる第１の
端部を有している。光ファイバ110は、センサ110を囲む
周囲環境状態における変化を感知しかつその影響を受け
るように周囲環境に配置されたファイバ光学センサを含
んでいる。もちろん、この発明の実質的にすべての他の
実施例のみならず、トランスデューサなどのようなこの
装置は、システムにおいて光ファイバに接続されかつこ
れらの光ファイバを介する光の流れに影響を及ぼすこと
によって周囲環境の影響に応答するセンサ110として利
用される。たとえば、音響トランスデューサは、光ファ
イバ110に接続されてそのファイバの音響感度を増大さ
せる。
センサ110の各々の第２の端部は、複数の方向性カプラ1
12a,112b,…112nの１つを介して通過している。カプラ1
12は、ファイバ光学復帰バス114上の選択された位置に
位置決めされ、センサ110を復帰バス114との光学結合関
係にもちこんでいる。上述の関係は、感知システムのセ
ンサアームに対する梯子形ネットワークを規定している
ということが評価されよう。
12a,112b,…112nの１つを介して通過している。カプラ1
12は、ファイバ光学復帰バス114上の選択された位置に
位置決めされ、センサ110を復帰バス114との光学結合関
係にもちこんでいる。上述の関係は、感知システムのセ
ンサアームに対する梯子形ネットワークを規定している
ということが評価されよう。
複数の方向性カプラ116a,116b,…116nもまた復帰バス11
4上に配置されているが、センサ梯子形ネットワークか
らは一定間隔離れて配置されている。カプラ116の各々
はまた、以下により完全に説明されるように、復帰バス
114に沿った選択された位置に位置決めされる。
4上に配置されているが、センサ梯子形ネットワークか
らは一定間隔離れて配置されている。カプラ116の各々
はまた、以下により完全に説明されるように、復帰バス
114に沿った選択された位置に位置決めされる。
復帰バス114に光学的に結合されるように各方向性カプ
ラ116内に取付けられているのは、複数の光ファイバ部
分118a,118b,…118nの１つの第１の端部である。光ファ
イバ部分118の各々の第２の端部に取付けられているの
は、方向性カプラ120a,120b,…120nである。方向性カプ
ラ120の各々に取付けられているのはまた、複数の付加
的な光ファイバ部分122a,122b,…122nの１つの端部であ
る。光ファイバ部分122の各々は、それらの他方の端部
において方向性カプラ124a,124b,…124nに取付けられ、
これらのカプラは各々、遅延ライン160からの光信号を
ファイバ部分122に結合するように遅延ライン106に沿っ
て選択された位置に配置される。
ラ116内に取付けられているのは、複数の光ファイバ部
分118a,118b,…118nの１つの第１の端部である。光ファ
イバ部分118の各々の第２の端部に取付けられているの
は、方向性カプラ120a,120b,…120nである。方向性カプ
ラ120の各々に取付けられているのはまた、複数の付加
的な光ファイバ部分122a,122b,…122nの１つの端部であ
る。光ファイバ部分122の各々は、それらの他方の端部
において方向性カプラ124a,124b,…124nに取付けられ、
これらのカプラは各々、遅延ライン160からの光信号を
ファイバ部分122に結合するように遅延ライン106に沿っ
て選択された位置に配置される。
各ファイバ部分118または122の第２の端部に光学的に接
続されているのは、検出器126a,126b,…126nである。検
出器126は、ファイバ118および122における信号がカプ
ラ120において結合された後にファイバ118または122か
らの光信号を受取るように機能する。特に、この発明の
システムにおいて使用するための検出器の１つの好まし
い実施例は、35−Congress Street,Salem,Massachuset
ts,01970に住所を有するE.G.＆ G.コーポレーションか
ら商業的に利用可能なモデルHAD1100検出器を含んでい
る。
続されているのは、検出器126a,126b,…126nである。検
出器126は、ファイバ118および122における信号がカプ
ラ120において結合された後にファイバ118または122か
らの光信号を受取るように機能する。特に、この発明の
システムにおいて使用するための検出器の１つの好まし
い実施例は、35−Congress Street,Salem,Massachuset
ts,01970に住所を有するE.G.＆ G.コーポレーションか
ら商業的に利用可能なモデルHAD1100検出器を含んでい
る。
第１図のシステムの種々の構成要素は、光源100のコヒ
ーレンス長の関数としてシステム内に配置されている。
特に、カプラ108aおよび112aの間で測定されたセンサを
介する光経路の長さの間の差は、センサ110の各々を介
して光源100から伝送された光がファイバ復帰バス114上
で集められるときに強度の変調が発生しないように、光
源100の１コヒーレンス長よりも大きくなければならな
い。したがって、カプラ108aからカプラ108bへおよびカ
プラ112bへファイバ110bを介してそしてカプラ112aへ規
定されたセンサ110bの光経路長は、カプラ108aからファ
イバ110aを介してカプラ112aまで規定されたセンサ110a
の光経路長よりも少なくとも光源100の１コヒーレンス
長（Lc）大きくなければならない。
ーレンス長の関数としてシステム内に配置されている。
特に、カプラ108aおよび112aの間で測定されたセンサを
介する光経路の長さの間の差は、センサ110の各々を介
して光源100から伝送された光がファイバ復帰バス114上
で集められるときに強度の変調が発生しないように、光
源100の１コヒーレンス長よりも大きくなければならな
い。したがって、カプラ108aからカプラ108bへおよびカ
プラ112bへファイバ110bを介してそしてカプラ112aへ規
定されたセンサ110bの光経路長は、カプラ108aからファ
イバ110aを介してカプラ112aまで規定されたセンサ110a
の光経路長よりも少なくとも光源100の１コヒーレンス
長（Lc）大きくなければならない。
遅延ライン106および光ファイバ部分122（L1,L2,…Lnと
して指定された）によって規定される各光経路の長さ
は、対応する光センサ経路長l1,l2,…ｌ）に実質的に一
致すべきである。任意のセンサの線路長（ln）と、対応
する復帰経路長（Ln）との間のミスマッチが増大するに
つれて、基準信号と干渉しかつ正確な位相差信号を発生
する第２の信号の能力は、ほぼ指数関数的に減少され
る。
して指定された）によって規定される各光経路の長さ
は、対応する光センサ経路長l1,l2,…ｌ）に実質的に一
致すべきである。任意のセンサの線路長（ln）と、対応
する復帰経路長（Ln）との間のミスマッチが増大するに
つれて、基準信号と干渉しかつ正確な位相差信号を発生
する第２の信号の能力は、ほぼ指数関数的に減少され
る。
動作において、光信号は光源100から光学入力バス102へ
与えられる。バス102における光信号は、方向性カプラ1
04によってファイバ光学遅延ライン106に部分的に結合
され、この信号は基準信号として機能する。入力バス10
2を介して伝わり続ける光信号の部分は、カプラ108を介
してセンサ110に結合され、ここで周囲環境情報は、こ
れらの外部周囲環境の影響の結果センサ110における変
化によって引き起こされた光学位相の修正の形で光上に
押しつけられる。
与えられる。バス102における光信号は、方向性カプラ1
04によってファイバ光学遅延ライン106に部分的に結合
され、この信号は基準信号として機能する。入力バス10
2を介して伝わり続ける光信号の部分は、カプラ108を介
してセンサ110に結合され、ここで周囲環境情報は、こ
れらの外部周囲環境の影響の結果センサ110における変
化によって引き起こされた光学位相の修正の形で光上に
押しつけられる。
センサ110の各々からの光信号は、方向性カプラ112を介
してファイバ光学復帰バス114上に結合される。センサ
の光経路長の差がLcよりもはるかに大きいときに、ファ
イバ光学復帰バス114上への光信号の収集時に強度変調
が発生せず、したがって信号が互いに干渉しないという
ことが注目されよう。
してファイバ光学復帰バス114上に結合される。センサ
の光経路長の差がLcよりもはるかに大きいときに、ファ
イバ光学復帰バス114上への光信号の収集時に強度変調
が発生せず、したがって信号が互いに干渉しないという
ことが注目されよう。
復帰バス114を下って伝わる光信号は、方向性カプラ116
の各々において光ファイバ部分118上に部分的に結合さ
れ、ここで信号は、基準信号に対してカプラ120におい
てマッチされ、この基準信号は、遅延ライン106から方
向性カプラ124を介して、カプラ120に取付けられた光フ
ァイバセグメント122上へ結合される。センサの経路長l
nは、対応する基準経路長Lnに実質的に一致され、かつ
カプラおよびシステムの他の要素における損失のために
信号に影響が生じないと推測されるので、カプラ120に
おいて比較された信号の相対位相は、周囲環境の影響が
光経路の１つに影響を及ぼさないならば、不変であるべ
きである。好ましくは、遅延ライン106は、周囲環境の
影響から遮蔽される一方で、センサ経路の少なくともセ
ンサ110部分は、周囲環境の影響にさらされる。したが
って、検出器126を介して伝送された位相差信号は、関
連するセンサ経路を介して伝送された光信号の位相に影
響を及ぼした周囲環境状態を表わしている。
の各々において光ファイバ部分118上に部分的に結合さ
れ、ここで信号は、基準信号に対してカプラ120におい
てマッチされ、この基準信号は、遅延ライン106から方
向性カプラ124を介して、カプラ120に取付けられた光フ
ァイバセグメント122上へ結合される。センサの経路長l
nは、対応する基準経路長Lnに実質的に一致され、かつ
カプラおよびシステムの他の要素における損失のために
信号に影響が生じないと推測されるので、カプラ120に
おいて比較された信号の相対位相は、周囲環境の影響が
光経路の１つに影響を及ぼさないならば、不変であるべ
きである。好ましくは、遅延ライン106は、周囲環境の
影響から遮蔽される一方で、センサ経路の少なくともセ
ンサ110部分は、周囲環境の影響にさらされる。したが
って、検出器126を介して伝送された位相差信号は、関
連するセンサ経路を介して伝送された光信号の位相に影
響を及ぼした周囲環境状態を表わしている。
入力バス102および復帰バス114を遮蔽することなく、各
検出器126は、各センサ110からの周囲環境情報のみなら
ず、入力バス102および出力バス114からのその情報をも
観察する。入力バス102および出力バス114を遮蔽するこ
となく特定のセンサに関連する周囲環境情報を得る１つ
の方法は、126aおよび126bなどの隣接する検出器によっ
て受取られた信号を電子的に減算することである。その
ような減算によって生じた差の信号は、これらの位相変
化が隣接する検出器から受取られた信号の双方に表わさ
れたであろうから、入力バス102および出力バス114上で
誘起された位相変化とは無関係である。双方の信号に共
通しない唯一の情報は、異なるセンサ110aおよび110b
と、センサ110aおよび110b間の入力および出力バス102
および114の部分とを介する別々の経路を伝わる期間中
に信号に与えられた情報である。したがって、そのよう
な減算によって発生する信号は、隣接するセンサ110aお
よび110bの間の領域に存在するこれらの位相変化が、こ
の領域全体にわたってどのように変化するかということ
だけを表わしている。したがって、隣接するセンサに同
様に影響を及ぼすどのような周囲環境の影響にも応答し
て、減算プロセスは、出力信号にどのような変化も発生
しないであろう。以上のことを考慮して、第１図の実施
例は、各センサ110a,110b,…110nに対する周囲環境環境
の影響がこれによって個別的かつ連続的にモニタされる
手段を提供している。
検出器126は、各センサ110からの周囲環境情報のみなら
ず、入力バス102および出力バス114からのその情報をも
観察する。入力バス102および出力バス114を遮蔽するこ
となく特定のセンサに関連する周囲環境情報を得る１つ
の方法は、126aおよび126bなどの隣接する検出器によっ
て受取られた信号を電子的に減算することである。その
ような減算によって生じた差の信号は、これらの位相変
化が隣接する検出器から受取られた信号の双方に表わさ
れたであろうから、入力バス102および出力バス114上で
誘起された位相変化とは無関係である。双方の信号に共
通しない唯一の情報は、異なるセンサ110aおよび110b
と、センサ110aおよび110b間の入力および出力バス102
および114の部分とを介する別々の経路を伝わる期間中
に信号に与えられた情報である。したがって、そのよう
な減算によって発生する信号は、隣接するセンサ110aお
よび110bの間の領域に存在するこれらの位相変化が、こ
の領域全体にわたってどのように変化するかということ
だけを表わしている。したがって、隣接するセンサに同
様に影響を及ぼすどのような周囲環境の影響にも応答し
て、減算プロセスは、出力信号にどのような変化も発生
しないであろう。以上のことを考慮して、第１図の実施
例は、各センサ110a,110b,…110nに対する周囲環境環境
の影響がこれによって個別的かつ連続的にモニタされる
手段を提供している。
ここに説明された他の実施例と同様に、第１図の実施例
において、周波数シフタは、カプラ10および124aの間
の、第１図の遅延ライン106上などで、システム内に選
択的に配置されてもよい。周波数シフタは、遅延ライン
106上の光信号の周波数をシフトし、したがって検出器1
26によって検出された一致された光信号を“ヘテロダイ
ン”するために利用される。ヘテロダインによって、セ
ンサ経路lnから戻ってくる位相変調された光信号は、よ
り高い周波数の振幅変調された光信号の比較的低い周波
数の位相変調として検出器126に入ってくる出力ライン
上を搬送される。ヘテロダインは、より低い周波数の周
囲環境影響が所望の周波数レンジにおける小さな信号に
対するシステムの感度を減少させることを防ぐことがで
きる方法を提供している。したがって、所望の周波数レ
ンジにおけるこれらの周囲環境の影響は、より容易に識
別され得る。
において、周波数シフタは、カプラ10および124aの間
の、第１図の遅延ライン106上などで、システム内に選
択的に配置されてもよい。周波数シフタは、遅延ライン
106上の光信号の周波数をシフトし、したがって検出器1
26によって検出された一致された光信号を“ヘテロダイ
ン”するために利用される。ヘテロダインによって、セ
ンサ経路lnから戻ってくる位相変調された光信号は、よ
り高い周波数の振幅変調された光信号の比較的低い周波
数の位相変調として検出器126に入ってくる出力ライン
上を搬送される。ヘテロダインは、より低い周波数の周
囲環境影響が所望の周波数レンジにおける小さな信号に
対するシステムの感度を減少させることを防ぐことがで
きる方法を提供している。したがって、所望の周波数レ
ンジにおけるこれらの周囲環境の影響は、より容易に識
別され得る。
この目的で利用される周波数シフタの１つの好ましい実
施例は、先行技術において周知のブラッグセル（Bragg
Cell）変調器であり、その多くのタイプが商業的に利
用可能である。そのような周波数シフタは、大きな光学
装置から構成され、これはファイバを分離することによ
ってシステム内に挿入される。光はレンズによってその
ような大きな光学装置へおよび光学装置から結合され
る。周波数シフタに対するブラッグセルのような大きな
光学装置の使用がシステムの損失を増大させかつ性能の
全体的効率および質を減少させるということは明白とな
ろう。周波数シフタを必要とせずかつ大きな光学装置の
使用に含まれる損失を被ることなく、この発明のコヒー
レンス分散センサにおけるヘテロダインを達成する他の
手法は、第16図を参照して後で詳細に説明される。
施例は、先行技術において周知のブラッグセル（Bragg
Cell）変調器であり、その多くのタイプが商業的に利
用可能である。そのような周波数シフタは、大きな光学
装置から構成され、これはファイバを分離することによ
ってシステム内に挿入される。光はレンズによってその
ような大きな光学装置へおよび光学装置から結合され
る。周波数シフタに対するブラッグセルのような大きな
光学装置の使用がシステムの損失を増大させかつ性能の
全体的効率および質を減少させるということは明白とな
ろう。周波数シフタを必要とせずかつ大きな光学装置の
使用に含まれる損失を被ることなく、この発明のコヒー
レンス分散センサにおけるヘテロダインを達成する他の
手法は、第16図を参照して後で詳細に説明される。
この発明における光信号の結合に関して、たとえばカプ
ラ104,108および112を含む好ましいファイバ光学方向性
カプラのより詳細な説明が、第２図を参照して与えられ
ている。特に、このカプラは、その一方の側部から除去
されたクラッドの部分を有するシングルモードファイバ
光学材料からなる、第２図において150Aおよび150Bとし
て表示された２つの光ファイバストランドを含んでい
る。これらの２つのストランド150Aおよび150Bは、それ
ぞれブロック153Aおよび153Bに形成された、弧状の溝15
2Aおよび152Bに取付けられている。ストランド150Aおよ
び150Bは、近接して間隔を保った関係でクラッドが除去
されたストランドの部分が、ストランドのコア部分の間
で光が転送される相互作用領域154を形成するように配
置される。除去される材料の量は、各ストランド150Aお
よび150Bのコア部分が、他のエバネセントフィールド内
に来るようにされている。カプラの中心におけるストラ
ンド間の中心間距離は典型的には、コアの直径の約２な
いし３倍よりも小さい。
ラ104,108および112を含む好ましいファイバ光学方向性
カプラのより詳細な説明が、第２図を参照して与えられ
ている。特に、このカプラは、その一方の側部から除去
されたクラッドの部分を有するシングルモードファイバ
光学材料からなる、第２図において150Aおよび150Bとし
て表示された２つの光ファイバストランドを含んでい
る。これらの２つのストランド150Aおよび150Bは、それ
ぞれブロック153Aおよび153Bに形成された、弧状の溝15
2Aおよび152Bに取付けられている。ストランド150Aおよ
び150Bは、近接して間隔を保った関係でクラッドが除去
されたストランドの部分が、ストランドのコア部分の間
で光が転送される相互作用領域154を形成するように配
置される。除去される材料の量は、各ストランド150Aお
よび150Bのコア部分が、他のエバネセントフィールド内
に来るようにされている。カプラの中心におけるストラ
ンド間の中心間距離は典型的には、コアの直径の約２な
いし３倍よりも小さい。
相互作用領域154におけるストランド間で転送される光
は指向性を有するということに注目することが重要であ
る。すなわち、入力ポートＡに加えられる光の実質的に
すべてが、ポートＣに逆方向結合することなく出力ポー
トＢおよびＤに伝えられる。同様に、入力ポートＣに加
えられた光の実質的にすべてが、出力ポートＢおよびＤ
に伝えられる。さらに、この指向性は、対称的である。
したがって、入力ポートＢまたは入力ポートＤのいずれ
かに与えられた光は、出力ポートＡおよびＣに伝えられ
る。さらに、このカプラは本質的に、偏光に関して識別
不能であり、したがって結合された光の偏光を保つ。し
たがって、たとえば垂直偏光を有する光ビームがポート
Ａに入力されると、ポートＡからポートＢまで真直ぐに
通過する光と同様に、ポートＡからポートＤまで結合さ
れた光は、垂直に変更されて留まるであろう。
は指向性を有するということに注目することが重要であ
る。すなわち、入力ポートＡに加えられる光の実質的に
すべてが、ポートＣに逆方向結合することなく出力ポー
トＢおよびＤに伝えられる。同様に、入力ポートＣに加
えられた光の実質的にすべてが、出力ポートＢおよびＤ
に伝えられる。さらに、この指向性は、対称的である。
したがって、入力ポートＢまたは入力ポートＤのいずれ
かに与えられた光は、出力ポートＡおよびＣに伝えられ
る。さらに、このカプラは本質的に、偏光に関して識別
不能であり、したがって結合された光の偏光を保つ。し
たがって、たとえば垂直偏光を有する光ビームがポート
Ａに入力されると、ポートＡからポートＢまで真直ぐに
通過する光と同様に、ポートＡからポートＤまで結合さ
れた光は、垂直に変更されて留まるであろう。
以上のことから、カプラは、第１図のカプラ104によっ
て実現されるように、与えられた光を２つの光経路に分
割するビームスプリッタとして機能するということが理
解されよう。
て実現されるように、与えられた光を２つの光経路に分
割するビームスプリッタとして機能するということが理
解されよう。
第２図に示された実施例において、このカプラは互いに
対するファイバの配置に基づいて変化される結合効率を
有している。ここで用いられているように、“結合効
率”という用語は、全出力パワーに対する結合されたパ
ワーのパワー比率として定義され、パーセントで表わさ
れる。たとえば、第２図を参照すると、もしも光がポー
トＡに加えられると、結合効率は、ポートＢおよびＤに
おけるパワー出力の合計に対するポートＤにおけるパワ
ーの比率に等しくなるであろう。
対するファイバの配置に基づいて変化される結合効率を
有している。ここで用いられているように、“結合効
率”という用語は、全出力パワーに対する結合されたパ
ワーのパワー比率として定義され、パーセントで表わさ
れる。たとえば、第２図を参照すると、もしも光がポー
トＡに加えられると、結合効率は、ポートＢおよびＤに
おけるパワー出力の合計に対するポートＤにおけるパワ
ーの比率に等しくなるであろう。
第１図の分散されたセンサの並列構成において、相対的
な経路長のおよびカプラの結合効率の注意深い調整が必
要である。このシステムをいくらか簡略化しているこの
発明の１つの好ましい実施例が第３図に描かれている。
第３図の構成において、光信号が光源100からファイバ
光学入力バス102内へ供給される。ここでこの信号は方
向性カプラ108a−108nを介してセンサ110a−110n内へ、
さらにその後カプラ112a−112nを介してファイバ光学復
帰バス114内へ結合される。隣接するセンサ光学経路長
における差は、光源100の光源コヒーレンス長よりも長
くなるべきである。
な経路長のおよびカプラの結合効率の注意深い調整が必
要である。このシステムをいくらか簡略化しているこの
発明の１つの好ましい実施例が第３図に描かれている。
第３図の構成において、光信号が光源100からファイバ
光学入力バス102内へ供給される。ここでこの信号は方
向性カプラ108a−108nを介してセンサ110a−110n内へ、
さらにその後カプラ112a−112nを介してファイバ光学復
帰バス114内へ結合される。隣接するセンサ光学経路長
における差は、光源100の光源コヒーレンス長よりも長
くなるべきである。
第３図の実施例において、光源はパルス化されて、入力
バス102および方向性カプラ108a−108nを介して種々の
センサ110に分散される入力パルス201を発生する。パル
ス201がライン102を下って伝わりかつ種々のセンサ110
に分散されるときに、パルス列203が復帰バス114上に発
生し、この列における各パルスは異なるセンサ110から
到達する。この列203における各パルス間の間隔は、隣
接するセンサ110間の光経路の差に基づいている。した
がって、この列における第１のパルスは、この光パルス
が光源100と復帰バス114との間で最も短い移動時間を有
しているので、センサ110aを介して伝えられたパルスに
対応するであろう。同様に、第２の光パルスは、このパ
ルスが光源100から復帰バス114への次に最も短い光経路
長を有していたので、センサ110bから与えられたパルス
に対応するであろう。この実施例におけるパルスの間隔
は、このパルス化されたシステムがコヒーレンスに依存
しないので光源のコヒーレンス長に基づいていない。そ
れゆえに、広範囲のコヒーレンス長のいずれの光源もこ
の実施例において用いられる。
バス102および方向性カプラ108a−108nを介して種々の
センサ110に分散される入力パルス201を発生する。パル
ス201がライン102を下って伝わりかつ種々のセンサ110
に分散されるときに、パルス列203が復帰バス114上に発
生し、この列における各パルスは異なるセンサ110から
到達する。この列203における各パルス間の間隔は、隣
接するセンサ110間の光経路の差に基づいている。した
がって、この列における第１のパルスは、この光パルス
が光源100と復帰バス114との間で最も短い移動時間を有
しているので、センサ110aを介して伝えられたパルスに
対応するであろう。同様に、第２の光パルスは、このパ
ルスが光源100から復帰バス114への次に最も短い光経路
長を有していたので、センサ110bから与えられたパルス
に対応するであろう。この実施例におけるパルスの間隔
は、このパルス化されたシステムがコヒーレンスに依存
しないので光源のコヒーレンス長に基づいていない。そ
れゆえに、広範囲のコヒーレンス長のいずれの光源もこ
の実施例において用いられる。
もちろん、光源100からのパルスのパルス長は、センサ
からの復帰パルスが互いに重なり合わないように調整さ
れるべきである。さらに、光源100からのパルスは、セ
ンサからの復帰パルスがアレイの次のサンプリングから
のパルスと重なり合わないように時間調整されるべきで
ある。たとえば、光源100からのパルス長があまりにも
長ければ、センサ110aから復帰バス114上に伝えられた
パルスの長さは、センサ110bからのパルスの前縁がカプ
ラ112aを介して復帰バス114上に通過する前にカプラ112
aにおいてバス114上にパルスの終わりが配置されないよ
うにされてもよい。同様に、光源100からのパルスのタ
イミングがあまりにも近接していれば、光源100からの
第１のパルスに対応するセンサ110nからの出力パルスが
復帰バス114上でカプラ112aを通過する前に光源からの
第２のパルスに対応するセンサ110aからの出力パルスが
復帰バス114上に与えられ得るであろう。これらの状況
のいずれにおいても、復帰バス114からパルスを受取る
検出器が、どのセンサからこれらのパルスが受取られた
かを判断することは実質的に不可能であろう。
からの復帰パルスが互いに重なり合わないように調整さ
れるべきである。さらに、光源100からのパルスは、セ
ンサからの復帰パルスがアレイの次のサンプリングから
のパルスと重なり合わないように時間調整されるべきで
ある。たとえば、光源100からのパルス長があまりにも
長ければ、センサ110aから復帰バス114上に伝えられた
パルスの長さは、センサ110bからのパルスの前縁がカプ
ラ112aを介して復帰バス114上に通過する前にカプラ112
aにおいてバス114上にパルスの終わりが配置されないよ
うにされてもよい。同様に、光源100からのパルスのタ
イミングがあまりにも近接していれば、光源100からの
第１のパルスに対応するセンサ110nからの出力パルスが
復帰バス114上でカプラ112aを通過する前に光源からの
第２のパルスに対応するセンサ110aからの出力パルスが
復帰バス114上に与えられ得るであろう。これらの状況
のいずれにおいても、復帰バス114からパルスを受取る
検出器が、どのセンサからこれらのパルスが受取られた
かを判断することは実質的に不可能であろう。
パルスの列203は、ファイバ光学復帰バス114に沿ってマ
ッハ−ツェンダ干渉計200の入力に伝送され、この干渉
計は、カプラ間の第１のアーム206を規定するようにフ
ァイバ光学復帰バス114上に配置された１対の方向性カ
プラ202および204を備えている。第２の長さの光ファイ
バ208は、カプラ202および204間で干渉計の第２のアー
ムを規定するようにカプラ202および204においてその両
端のいずれにおいても取付けられている。アーム206お
よび208の光経路長の差は、連続するセンサの光経路長
間の差に実質的に等しいであろう。
ッハ−ツェンダ干渉計200の入力に伝送され、この干渉
計は、カプラ間の第１のアーム206を規定するようにフ
ァイバ光学復帰バス114上に配置された１対の方向性カ
プラ202および204を備えている。第２の長さの光ファイ
バ208は、カプラ202および204間で干渉計の第２のアー
ムを規定するようにカプラ202および204においてその両
端のいずれにおいても取付けられている。アーム206お
よび208の光経路長の差は、連続するセンサの光経路長
間の差に実質的に等しいであろう。
上述のように選択されたアーム長さで、より長いアーム
210を通過する列203からの第１のパルスの部分が短い方
のアーム206を通過する列203からの第２のパルスの部分
と実質的に同時にカプラ204に到達するように、パルス
は干渉計200を通過する。同様に、アーム210を通過する
第２のパルスの部分が、アーム206を通過する列203から
の第３の信号の部分と実質的に同時にカプラ204に到達
する。したがって、干渉計200は、隣接するセンサから
の出力信号の光学カプラ204に混合を引起こすであろう
ということが示されている。
210を通過する列203からの第１のパルスの部分が短い方
のアーム206を通過する列203からの第２のパルスの部分
と実質的に同時にカプラ204に到達するように、パルス
は干渉計200を通過する。同様に、アーム210を通過する
第２のパルスの部分が、アーム206を通過する列203から
の第３の信号の部分と実質的に同時にカプラ204に到達
する。したがって、干渉計200は、隣接するセンサから
の出力信号の光学カプラ204に混合を引起こすであろう
ということが示されている。
カプラ204から出力される混合された信号は、カプラ204
の上を延びるファイバ208のその部分上に配置された検
出器212に伝えられる。検出器212は、混合された信号を
受取り、この信号は、関連するセンサに影響を及ぼす周
囲環境環境パラメータのグラディエントを表わしてい
る。もちろん、そのような光出力信号をモニタしかつ評
価するための技術において通常用いられているタイプの
適当な測定装置（図示せず）が、実施例の各々に対する
検出器の出力に接続されている。
の上を延びるファイバ208のその部分上に配置された検
出器212に伝えられる。検出器212は、混合された信号を
受取り、この信号は、関連するセンサに影響を及ぼす周
囲環境環境パラメータのグラディエントを表わしてい
る。もちろん、そのような光出力信号をモニタしかつ評
価するための技術において通常用いられているタイプの
適当な測定装置（図示せず）が、実施例の各々に対する
検出器の出力に接続されている。
周波数シフタ210は、干渉計200の一方のアームに選択的
に配置されて、第１図の実施例に関して既に説明された
ヘテロダインされた出力を発生する。第３図に描かれた
実施例において、周波数シフタ210は、干渉計200のアー
ム208に配置される。
に配置されて、第１図の実施例に関して既に説明された
ヘテロダインされた出力を発生する。第３図に描かれた
実施例において、周波数シフタ210は、干渉計200のアー
ム208に配置される。
分散されたセンサシステムの他の好ましい実施例が第４
図に描かれている。この実施例において、連続波の光レ
ーザのような光源100が、ファイバ光学入力バス102に光
学的に接続されており、方向性カプラ104がこの上に固
定されている。バス108を複数のセンサ110に光学的に接
続する複数の光学カプラ108が入力バス102に沿って一定
間隔保った関係で固定されており、これらのセンサ110
自体は複数の光学カプラ112を介してファイバ光学復帰
バス114に光学的に結合されている。この構成は、第１
図に描かれた実施例のセンサアームの梯子形ネットワー
クに対応している。再度、第１図のシステムと同様に、
隣接するセンサの光経路長の間の差は、光源100の光源
コヒーレンス長よりも大きくなければならない。
図に描かれている。この実施例において、連続波の光レ
ーザのような光源100が、ファイバ光学入力バス102に光
学的に接続されており、方向性カプラ104がこの上に固
定されている。バス108を複数のセンサ110に光学的に接
続する複数の光学カプラ108が入力バス102に沿って一定
間隔保った関係で固定されており、これらのセンサ110
自体は複数の光学カプラ112を介してファイバ光学復帰
バス114に光学的に結合されている。この構成は、第１
図に描かれた実施例のセンサアームの梯子形ネットワー
クに対応している。再度、第１図のシステムと同様に、
隣接するセンサの光経路長の間の差は、光源100の光源
コヒーレンス長よりも大きくなければならない。
ファイバ光学遅延ライン250の一端が、入力バス102と光
学的結合関係に入るようにカプラ104内に固定されてい
る。方向性カプラ104から、ファイバ光学遅延ライン250
は、可変遅延ライン254に光学的に接続されている。描
かれた可変遅延ラインは、大きな光学装置を含んでい
る。たとえば、回転可能なミラー装置が、光経路を変
え、したがって信号遅延を変化させるために用いられ
る。長さの小さな変化に対して、ファイバ250の一部分
は、一片のPZTの近くに固定され、このPZTは、ファイバ
250の光経路長を拡張しまたは減少するように望まれた
通りに、拡張しまたは収縮するようにされている。
学的結合関係に入るようにカプラ104内に固定されてい
る。方向性カプラ104から、ファイバ光学遅延ライン250
は、可変遅延ライン254に光学的に接続されている。描
かれた可変遅延ラインは、大きな光学装置を含んでい
る。たとえば、回転可能なミラー装置が、光経路を変
え、したがって信号遅延を変化させるために用いられ
る。長さの小さな変化に対して、ファイバ250の一部分
は、一片のPZTの近くに固定され、このPZTは、ファイバ
250の光経路長を拡張しまたは減少するように望まれた
通りに、拡張しまたは収縮するようにされている。
好ましくは、すべてのファイバ光学遅延ラインは、この
発明において利用される。この発明に用いられるファイ
バ光学可変遅延ラインの１つの好ましい実施例が、1982
年11月12日に出願され、“連続可変ファイバ光学遅延ラ
イン（Continuously Variable Fiber Optic Delay l
ine）”と題された同時継続中の特許出願PCT/C.S.82/01
609において開示されている。この特許出願は、国際公
開番号WO84/02006として1984年５月24日に公開された。
この特許出願は、本願の譲受人に譲渡された。この可変
ファイバ光学遅延ラインはまた、J.E.Bowers et alによ
る、エレクトロニクスレターズ（Electronics Letter
s）の第18巻第23号の第999頁ないし第1000頁（1982年11
月11日）の“ファイバ光学可変遅延ライン（Fiber−Opt
ic Variable Delay Lines）”において開示されてい
る。上述の文献は、援用されてここに取入れられてい
る。これらの文献において援用されたファイバ光学遅延
ラインの好ましい実施例は、後でより詳細に説明され
る。
発明において利用される。この発明に用いられるファイ
バ光学可変遅延ラインの１つの好ましい実施例が、1982
年11月12日に出願され、“連続可変ファイバ光学遅延ラ
イン（Continuously Variable Fiber Optic Delay l
ine）”と題された同時継続中の特許出願PCT/C.S.82/01
609において開示されている。この特許出願は、国際公
開番号WO84/02006として1984年５月24日に公開された。
この特許出願は、本願の譲受人に譲渡された。この可変
ファイバ光学遅延ラインはまた、J.E.Bowers et alによ
る、エレクトロニクスレターズ（Electronics Letter
s）の第18巻第23号の第999頁ないし第1000頁（1982年11
月11日）の“ファイバ光学可変遅延ライン（Fiber−Opt
ic Variable Delay Lines）”において開示されてい
る。上述の文献は、援用されてここに取入れられてい
る。これらの文献において援用されたファイバ光学遅延
ラインの好ましい実施例は、後でより詳細に説明され
る。
可変遅延ライン254は、他方の光ファイバ251の一端に光
学的に接続されており、この光ファイバ251はカプラ252
内にその他端が固定されており、これにより復帰バス11
4との光学的結合関係に入っている。検出器256は、復帰
バス114の端部にまたはファイバ251に光学的に接続され
ており、これによりバス114からの信号と、カプラ252に
おけるライン251からの信号との結合によって発生した
干渉信号を受取る。光信号を処理しかつ評化する他の装
置が検出器256に接続されてもよい。
学的に接続されており、この光ファイバ251はカプラ252
内にその他端が固定されており、これにより復帰バス11
4との光学的結合関係に入っている。検出器256は、復帰
バス114の端部にまたはファイバ251に光学的に接続され
ており、これによりバス114からの信号と、カプラ252に
おけるライン251からの信号との結合によって発生した
干渉信号を受取る。光信号を処理しかつ評化する他の装
置が検出器256に接続されてもよい。
動作において、連続波光信号は、光源100から入力バス1
02を介してカプラ104に伝えられる。光信号の一部は、
入力バス102上を伝わり続け、さらに第１図に関して既
に説明した態様でカプラ108を介して、センサ110および
カプラ112を通じてファイバ光学復帰バス114へ伝送され
る。
02を介してカプラ104に伝えられる。光信号の一部は、
入力バス102上を伝わり続け、さらに第１図に関して既
に説明した態様でカプラ108を介して、センサ110および
カプラ112を通じてファイバ光学復帰バス114へ伝送され
る。
カプラ104から、光学100からの光信号の一部は、遅延ラ
イン250を介して、可変遅延ライン254を介して、そして
光ファイバ251を介してカプラ252に進み、ここで復帰バ
ス114上の信号と干渉して、バス114およびファイバ251
上の信号間の位相差を含む信号を発生する。
イン250を介して、可変遅延ライン254を介して、そして
光ファイバ251を介してカプラ252に進み、ここで復帰バ
ス114上の信号と干渉して、バス114およびファイバ251
上の信号間の位相差を含む信号を発生する。
可変遅延ライン254は、ファイバ遅延ライン250の光経路
長を有効に変化させるように作動し、これにより遅延ラ
イン250の光経路長を、センサ110を介して規定された種
々の光経路の各々といくつかの点においてマッチするよ
うにさせる。この点で、特定のセンサ110からの光信号
は、ライン251上の信号と干渉し、上述の位相差信号を
発生し、このセンサに影響を及ぼす周囲環境状態を規定
する情報を提供する。この態様で各センサがモニタされ
る周波数は、可変遅延ライン254が作動される速度に依
存している。種々の遅延ライン254は、種々のセンサに
よって規定される経路のすべての光経路長を一致させる
ために、広いレンジを必要とするので、種々のセンサの
信号間の相対遅延が大きいときにそのような構成はより
実行し難い。
長を有効に変化させるように作動し、これにより遅延ラ
イン250の光経路長を、センサ110を介して規定された種
々の光経路の各々といくつかの点においてマッチするよ
うにさせる。この点で、特定のセンサ110からの光信号
は、ライン251上の信号と干渉し、上述の位相差信号を
発生し、このセンサに影響を及ぼす周囲環境状態を規定
する情報を提供する。この態様で各センサがモニタされ
る周波数は、可変遅延ライン254が作動される速度に依
存している。種々の遅延ライン254は、種々のセンサに
よって規定される経路のすべての光経路長を一致させる
ために、広いレンジを必要とするので、種々のセンサの
信号間の相対遅延が大きいときにそのような構成はより
実行し難い。
選択的に、周波数シフタ258は、第４図の実施例のファ
イバ遅延ライン250に含まれてもよく、これにより第１
図に関して既に説明されたヘテロダイン信号を提供す
る。
イバ遅延ライン250に含まれてもよく、これにより第１
図に関して既に説明されたヘテロダイン信号を提供す
る。
第４図の実施例は、センサ間の大きな相対遅延を含むセ
ンサシステムへの使用にとって利用可能ではないかもし
れないが、第５図に描かれたようなフィードフォワード
システムにとっては理想的である。特に第５図を参照す
ると、システムのこの実施例は、光源100を含んでお
り、この光源100は、ビームスプリッタ300に伝送される
光信号を与え、このビームスプリッタ300は光信号の少
なくとも一部を偏光子302に伝送するように光学的に結
合されている。１つの好ましい実施例において、偏光子
302は、所望の方向に信号を偏光するように光信号と一
致して配置された、一片のシート状の偏光子のような大
きな光学偏光子を含んでいる。偏光子302から、信号が
レンズ304を介して通過し、このレンジ304は、光信号を
複屈折光ファイバ306の端部に向ける。
ンサシステムへの使用にとって利用可能ではないかもし
れないが、第５図に描かれたようなフィードフォワード
システムにとっては理想的である。特に第５図を参照す
ると、システムのこの実施例は、光源100を含んでお
り、この光源100は、ビームスプリッタ300に伝送される
光信号を与え、このビームスプリッタ300は光信号の少
なくとも一部を偏光子302に伝送するように光学的に結
合されている。１つの好ましい実施例において、偏光子
302は、所望の方向に信号を偏光するように光信号と一
致して配置された、一片のシート状の偏光子のような大
きな光学偏光子を含んでいる。偏光子302から、信号が
レンズ304を介して通過し、このレンジ304は、光信号を
複屈折光ファイバ306の端部に向ける。
複屈折ファイバ306は、２つの偏光軸を含み、これらの
軸は、上述の並列システムにおける入力および復帰バ
ス、102および114と同一の態様で偏光された光を搬送す
るように機能する。光学タップ308a−308nは、ファイバ
の２つの偏光軸間で偏光された光信号を結合するため
に、選択された位置で複屈折ファイバに位置決めされ
る。パルス化されたレーザ光源を利用しない並列システ
ムのこれらの実施例によると、光源と、いずれかの２つ
の隣接するタップの各々との間の光路長の差が光源の光
源コヒーレンス長よりも大きくなるべきである。第５図
の実施例において利用されるタップの１つの好ましいタ
イプは、R.C.Youngquist,J.BrooksおよびH.Shawによる
オプティクスレターズ（Optics Lettes）の第８巻の第
656頁（1983年12月）の“複屈折ファイバ偏光カプラ（B
irefringent−Fiber Polarization Coupler）”にお
いて詳細に説明されている。この文献は、援用されてこ
こに取入れられている。さらに、この文献において開示
されたタップは、第27図および第28図に関して後でより
詳細に説明される。
軸は、上述の並列システムにおける入力および復帰バ
ス、102および114と同一の態様で偏光された光を搬送す
るように機能する。光学タップ308a−308nは、ファイバ
の２つの偏光軸間で偏光された光信号を結合するため
に、選択された位置で複屈折ファイバに位置決めされ
る。パルス化されたレーザ光源を利用しない並列システ
ムのこれらの実施例によると、光源と、いずれかの２つ
の隣接するタップの各々との間の光路長の差が光源の光
源コヒーレンス長よりも大きくなるべきである。第５図
の実施例において利用されるタップの１つの好ましいタ
イプは、R.C.Youngquist,J.BrooksおよびH.Shawによる
オプティクスレターズ（Optics Lettes）の第８巻の第
656頁（1983年12月）の“複屈折ファイバ偏光カプラ（B
irefringent−Fiber Polarization Coupler）”にお
いて詳細に説明されている。この文献は、援用されてこ
こに取入れられている。さらに、この文献において開示
されたタップは、第27図および第28図に関して後でより
詳細に説明される。
複屈折ファイバ306の出力は、それを交差された偏光子3
12に伝えるようにレンジ310を介して伝送され、この偏
光子312は、偏光子302に対して直角に配向され、これに
より偏光子302によって停止されなかった偏光のどの光
の通過も禁止するということを除いて、偏光子302と同
一の偏光子を含んでいる。したがって、交差された偏光
子312を介して通過する光は、非干渉光信号のグループ
を含んでおり、これらの信号の各々は、それらがそこを
介して進んだ複屈折ファイバ306の特定の部分に影響を
及ぼした周囲環境状態を識別する。
12に伝えるようにレンジ310を介して伝送され、この偏
光子312は、偏光子302に対して直角に配向され、これに
より偏光子302によって停止されなかった偏光のどの光
の通過も禁止するということを除いて、偏光子302と同
一の偏光子を含んでいる。したがって、交差された偏光
子312を介して通過する光は、非干渉光信号のグループ
を含んでおり、これらの信号の各々は、それらがそこを
介して進んだ複屈折ファイバ306の特定の部分に影響を
及ぼした周囲環境状態を識別する。
交差された偏光子312からの出力は、ビームスプリッタ3
00と同一であり得る他のビームスプリッタ314に伝えら
れる。ビームスプリッタ314に出会う信号の一部は、そ
こを介して検出器320に伝送され、この検出器320はそれ
自体、位相差を検出するためのおよび複屈折ファイバ上
に作用して位相差を発生する周囲環境状態にこれらの位
相差を関連づけるモニタリングおよび評価装置（図示せ
ず）に相互接続される。
00と同一であり得る他のビームスプリッタ314に伝えら
れる。ビームスプリッタ314に出会う信号の一部は、そ
こを介して検出器320に伝送され、この検出器320はそれ
自体、位相差を検出するためのおよび複屈折ファイバ上
に作用して位相差を発生する周囲環境状態にこれらの位
相差を関連づけるモニタリングおよび評価装置（図示せ
ず）に相互接続される。
再度ビームスプリッタ300を参照すると、ビームスプリ
ッタ300を介して通過されない光源100から伝えられた光
の部分は、信号を光ファイバ316の端部に向ける他のレ
ンズ315を介して伝えられる。ファイバ316は、可変遅延
ライン318に接続され、この可変遅延ライン318は、先に
参照されたファイバ光学タイプのものであってもよくま
たは先行技術において周知の態様でミラー構成を移動さ
せることによって大きな光学装置を含んでもよい。可変
遅延ライン318から、光信号は好ましくは、レンジ313を
介してビームスプリッタ314に伝送され、ここでこの光
信号は、偏光子312から伝送された信号と混合され、そ
の結果もたらされた位相差信号は検出器320によって受
取られる。
ッタ300を介して通過されない光源100から伝えられた光
の部分は、信号を光ファイバ316の端部に向ける他のレ
ンズ315を介して伝えられる。ファイバ316は、可変遅延
ライン318に接続され、この可変遅延ライン318は、先に
参照されたファイバ光学タイプのものであってもよくま
たは先行技術において周知の態様でミラー構成を移動さ
せることによって大きな光学装置を含んでもよい。可変
遅延ライン318から、光信号は好ましくは、レンジ313を
介してビームスプリッタ314に伝送され、ここでこの光
信号は、偏光子312から伝送された信号と混合され、そ
の結果もたらされた位相差信号は検出器320によって受
取られる。
ビームスプリッタ300から光ファイバ316を介して通信さ
れる光信号は、ファイバ308を介して対応する光経路長
を伝わる信号と比較される基準信号を含んでいる。この
態様で、このシステムは、複屈折ファイバ上の周囲環境
の影響によって引起こされた２つの信号間の位相のシフ
トを識別する。ファイバ308を介する種々の光経路長
は、可変遅延ライン318の使用によって装置の基準信号
アームに与えられる。したがって、基準信号アームは、
関心のある種々のファイバ長をスキャンし、ビームスプ
リッタ314においてファイバ308の対応する光経路長の光
信号と干渉するであろう光信号を発生する。
れる光信号は、ファイバ308を介して対応する光経路長
を伝わる信号と比較される基準信号を含んでいる。この
態様で、このシステムは、複屈折ファイバ上の周囲環境
の影響によって引起こされた２つの信号間の位相のシフ
トを識別する。ファイバ308を介する種々の光経路長
は、可変遅延ライン318の使用によって装置の基準信号
アームに与えられる。したがって、基準信号アームは、
関心のある種々のファイバ長をスキャンし、ビームスプ
リッタ314においてファイバ308の対応する光経路長の光
信号と干渉するであろう光信号を発生する。
複屈折ファイバ306の２つの偏光軸は、同様の群速度を
有しているので、可変遅延ラインは、広いレンジ全体に
わたってスキャンする必要はないが、レーザは、タップ
が互いにかなり影響を及ぼすことなく合理的に接近して
（約1mだけ離れて）配置され得るのに十分短いコヒーレ
ント長を伴なって存在する。
有しているので、可変遅延ラインは、広いレンジ全体に
わたってスキャンする必要はないが、レーザは、タップ
が互いにかなり影響を及ぼすことなく合理的に接近して
（約1mだけ離れて）配置され得るのに十分短いコヒーレ
ント長を伴なって存在する。
第５図のシステムにおいて、２つのファイバ偏光に異な
って影響を及ぼす周囲環境パラメータが検出され得る。
選択的に、周波数シフタ322は、可変遅延ライン318の出
力とビームスプリッタ314との間に設けられて、第１図
に関して既に説明されたようにヘテロダイン信号を供給
することができる。
って影響を及ぼす周囲環境パラメータが検出され得る。
選択的に、周波数シフタ322は、可変遅延ライン318の出
力とビームスプリッタ314との間に設けられて、第１図
に関して既に説明されたようにヘテロダイン信号を供給
することができる。
第６図を参照すると、分散されたセンサシステムの他の
実施例が描かれている。第６図のシステムは、センサに
影響を及ぼしている周囲環境パラメータの時間微分を測
定するように構成されている。このシステムは、電子的
または機械的にパルス化された連続波レーザ、または自
己パルス化レーザのいずれかを含むことができるパルス
光源100を利用している。光源100は、ビームスプリッタ
350に通信されるパルスを含む光信号を発生し、これに
より光信号の少なくとも一部分は、ビームスプリッタ35
0を介して及びレンズ352を介して光ファイバ入力バス10
2内へ通過させられる。入力バス102からのパルス信号は
その後、カプラ108を介してセンサ110へ、さらにその後
カプラ112を介して光学復帰バス354へ通信され、このバ
ス354は、一般的に356で示され、第１のセンサ110aとビ
ームスプリッタ350への復帰経路との間に配置された遅
延された部分を含んでいる。信号は、遅延部分356を介
して、およびレンズ358を介してビームスプリッタ350ま
で通過する。方向性カプラはビームスプリッタ350の代
わりに用いることができ、レンズ352、358および360の
必要性を打消している。
実施例が描かれている。第６図のシステムは、センサに
影響を及ぼしている周囲環境パラメータの時間微分を測
定するように構成されている。このシステムは、電子的
または機械的にパルス化された連続波レーザ、または自
己パルス化レーザのいずれかを含むことができるパルス
光源100を利用している。光源100は、ビームスプリッタ
350に通信されるパルスを含む光信号を発生し、これに
より光信号の少なくとも一部分は、ビームスプリッタ35
0を介して及びレンズ352を介して光ファイバ入力バス10
2内へ通過させられる。入力バス102からのパルス信号は
その後、カプラ108を介してセンサ110へ、さらにその後
カプラ112を介して光学復帰バス354へ通信され、このバ
ス354は、一般的に356で示され、第１のセンサ110aとビ
ームスプリッタ350への復帰経路との間に配置された遅
延された部分を含んでいる。信号は、遅延部分356を介
して、およびレンズ358を介してビームスプリッタ350ま
で通過する。方向性カプラはビームスプリッタ350の代
わりに用いることができ、レンズ352、358および360の
必要性を打消している。
光源100からの信号がビームスプリッタ350に出会うとき
に、この信号の一部分はレンズ358を介して下方におよ
び復帰ライン354のファイバ遅延部分356内に伝送され
る。遅延された部分356を通過したときに、信号はカプ
ラ112を介してセンサ110へ、さらにその後カプラ108を
介してファイバ光学入力バス102へ通信される。この信
号はその後、レンズ352を介してビームスプリッタ350に
伝送される。入力バス102から任意のセンサ110を介して
さらにその後ファイバ遅延ライン356を介して進みビー
ムスプリッタ350に戻るパルスが、最初に遅延ライン部
分356を介しておよびその同じセンサ110を介して進みそ
の後入力ライン102を介してビームスプリッタ350に戻る
パルスと同じ光経路を進むということが注目されよう。
したがって、これらの２つのパルスは、実質的に同時に
ビームスプリッタ350に到達し、互いに干渉しかつ干渉
信号の位相差を含む信号をビームスプリッタ350の出力
に与えるであろう。これらの干渉信号は同時にアレイに
入ったが、しかし異なる時間において同一センサを介し
て通過したので、最初にアレイに入ったパルスは遅延さ
れたパルスよりも速く周囲環境をサンプリングするであ
ろう。その結果、２つの干渉信号によってビームスプリ
ッタ350において生じた位相差信号は、センサのオーバ
タイムによって検出された周囲環境における変化を表わ
している。
に、この信号の一部分はレンズ358を介して下方におよ
び復帰ライン354のファイバ遅延部分356内に伝送され
る。遅延された部分356を通過したときに、信号はカプ
ラ112を介してセンサ110へ、さらにその後カプラ108を
介してファイバ光学入力バス102へ通信される。この信
号はその後、レンズ352を介してビームスプリッタ350に
伝送される。入力バス102から任意のセンサ110を介して
さらにその後ファイバ遅延ライン356を介して進みビー
ムスプリッタ350に戻るパルスが、最初に遅延ライン部
分356を介しておよびその同じセンサ110を介して進みそ
の後入力ライン102を介してビームスプリッタ350に戻る
パルスと同じ光経路を進むということが注目されよう。
したがって、これらの２つのパルスは、実質的に同時に
ビームスプリッタ350に到達し、互いに干渉しかつ干渉
信号の位相差を含む信号をビームスプリッタ350の出力
に与えるであろう。これらの干渉信号は同時にアレイに
入ったが、しかし異なる時間において同一センサを介し
て通過したので、最初にアレイに入ったパルスは遅延さ
れたパルスよりも速く周囲環境をサンプリングするであ
ろう。その結果、２つの干渉信号によってビームスプリ
ッタ350において生じた位相差信号は、センサのオーバ
タイムによって検出された周囲環境における変化を表わ
している。
ビームスプリッタ350からの位相差信号は、光学レンズ3
60を介して検出器370に通信される。検出器370は、種々
のセンサにおける周囲環境状態を判断する際に用いられ
る他の従来のモニタリングおよび評価装置に接続され
る。
60を介して検出器370に通信される。検出器370は、種々
のセンサにおける周囲環境状態を判断する際に用いられ
る他の従来のモニタリングおよび評価装置に接続され
る。
選択的に、位相変調器364は、レンズ358と遅延ライン35
6との間で復帰ライン354上に含まれる。この位相変調器
は、サグナック（Sagnac）ファイバ光学ジャイロスコー
プに関して周知の態様でシステムの感度を改善するため
に用いられる。そのような手法は、たとえば、R.Ulrich
によるオプティクスレターズ（Optics Letters）の第
５巻の第173頁ないし第175頁（1980年）の“低いドリフ
トを伴なったファイバ光学回転センサ（Fiber Optic
Rotation Sensor with Low Drifft"において議論さ
れており、この文献は援用されてここに取入れられてい
る。代わりに、位相変調器は、第11図を参照してここで
議論された方法に従って周波数シフトされた信号を発生
するために用いられてもよい。
6との間で復帰ライン354上に含まれる。この位相変調器
は、サグナック（Sagnac）ファイバ光学ジャイロスコー
プに関して周知の態様でシステムの感度を改善するため
に用いられる。そのような手法は、たとえば、R.Ulrich
によるオプティクスレターズ（Optics Letters）の第
５巻の第173頁ないし第175頁（1980年）の“低いドリフ
トを伴なったファイバ光学回転センサ（Fiber Optic
Rotation Sensor with Low Drifft"において議論さ
れており、この文献は援用されてここに取入れられてい
る。代わりに、位相変調器は、第11図を参照してここで
議論された方法に従って周波数シフトされた信号を発生
するために用いられてもよい。
第６図のシステムにおいて、第３図の装置と同様に、光
信号はパルス信号であるということに注目されよう。そ
れゆえに、カプラ108およびセンサ110の位置決めは、光
源の光源コヒーレンス長に依存しない。しかしながら、
第３図のパルス構成と同様に、光源100からのパルス
は、センサからビームスプリッタ350に戻るパルスが互
いに重なり合わず、光源100からの次のパルスによって
発生したパルスと干渉しないように時間調整されるべき
である。
信号はパルス信号であるということに注目されよう。そ
れゆえに、カプラ108およびセンサ110の位置決めは、光
源の光源コヒーレンス長に依存しない。しかしながら、
第３図のパルス構成と同様に、光源100からのパルス
は、センサからビームスプリッタ350に戻るパルスが互
いに重なり合わず、光源100からの次のパルスによって
発生したパルスと干渉しないように時間調整されるべき
である。
第６図のセンサシステムの幾何学的形状は、ビームスプ
リッタ350から伝送された２つの信号の光経路が同一で
あり、かつしたがってこれらの２つのパルスの良好な干
渉が容易に実現されるという利点を有している。このア
プローチの１つの欠点は、相対的な位相遅延と遅く比較
される周囲環境の変化が検出することが困難であるとい
う点で周波数依存型であるということである。ファイバ
の長い長さは、音声信号のようなゆっくり変化する信号
を検出するために必要であろう。
リッタ350から伝送された２つの信号の光経路が同一で
あり、かつしたがってこれらの２つのパルスの良好な干
渉が容易に実現されるという利点を有している。このア
プローチの１つの欠点は、相対的な位相遅延と遅く比較
される周囲環境の変化が検出することが困難であるとい
う点で周波数依存型であるということである。ファイバ
の長い長さは、音声信号のようなゆっくり変化する信号
を検出するために必要であろう。
上述の実施例の各々は、短いコヒーレンス長の信号源の
使用によってモニタされるが、一方でセンサの出力を未
だにヘテロダインさせるファイバ光学センサの分散され
たアレイを規定している。さらに、連続波信号源を利用
する実施例は、センサをデマルチプレクスする新しい手
法を提供している。この手法は、光源のコヒーレンス長
よりも非常に長い距離だけセンサを分離し、さらにその
後中央処理位置に干渉計ミキサ（カプラ）を合理的に配
置することを含んでおり、これによりセンサは連続的に
モニタされ、それらの出力は、特定のセンサからの出力
が容易に識別されるように分離されている。
使用によってモニタされるが、一方でセンサの出力を未
だにヘテロダインさせるファイバ光学センサの分散され
たアレイを規定している。さらに、連続波信号源を利用
する実施例は、センサをデマルチプレクスする新しい手
法を提供している。この手法は、光源のコヒーレンス長
よりも非常に長い距離だけセンサを分離し、さらにその
後中央処理位置に干渉計ミキサ（カプラ）を合理的に配
置することを含んでおり、これによりセンサは連続的に
モニタされ、それらの出力は、特定のセンサからの出力
が容易に識別されるように分離されている。
直列構成 この発明の分散されたセンサシステムの他の構成は、
“直列構成”または“直列システム”と呼ばれ、このシ
ステムはリードの不感度を示しているが、しかし並列シ
ステムよりもさらにノイズを受ける。この直列システム
の発明としての実態は、並列システムの発明としての実
態と重なり合っているが、同一ではない。
“直列構成”または“直列システム”と呼ばれ、このシ
ステムはリードの不感度を示しているが、しかし並列シ
ステムよりもさらにノイズを受ける。この直列システム
の発明としての実態は、並列システムの発明としての実
態と重なり合っているが、同一ではない。
直列システムの１つの好ましい実施例が第７図を参照し
て説明され、この第７図は、議論の目的で簡単な２−セ
ンサシステムを描いている。しかしながら、単に第７図
に描かれた構成を拡張することによって実質的にどのよ
うな所望の数のセンサもこのアレイにおいて利用され得
るということが評価されよう。第７図の実施例は、好ま
しくは短いコヒーレンス長の連続波の光信号を発生する
レーザダイオードのような光源100を含んでいる。光源1
00は、好ましい実施例においてシングルモードファイバ
である光ファイバ402に光学的に接続されている。
て説明され、この第７図は、議論の目的で簡単な２−セ
ンサシステムを描いている。しかしながら、単に第７図
に描かれた構成を拡張することによって実質的にどのよ
うな所望の数のセンサもこのアレイにおいて利用され得
るということが評価されよう。第７図の実施例は、好ま
しくは短いコヒーレンス長の連続波の光信号を発生する
レーザダイオードのような光源100を含んでいる。光源1
00は、好ましい実施例においてシングルモードファイバ
である光ファイバ402に光学的に接続されている。
複数のマッハ−ツェンダ干渉計は、ファイバ402上に配
置された、404,406として一般に識別されたセンサを規
定している。各センサ404,406は、入力光学カプラ407a,
407bと、光ファイバ402上の結合装置に位置決めされた
出力光学カプラ408a,408bとを含んでいる。センサ404お
よび406の各々におけるカプラ407,408間に配置されたフ
ァイバ402の部分は、それぞれ、これらのセンサのアー
ム409および411を規定する。センサ404,406の各々は、
光ファイバ部分を含んでおり、この光ファイバ部分は、
これらの結合位置においてファイバ402に光学的に結合
されるようにカプラ407および408の一方にその両端の各
々において接続された干渉計アーム410および412を含ん
でいる。
置された、404,406として一般に識別されたセンサを規
定している。各センサ404,406は、入力光学カプラ407a,
407bと、光ファイバ402上の結合装置に位置決めされた
出力光学カプラ408a,408bとを含んでいる。センサ404お
よび406の各々におけるカプラ407,408間に配置されたフ
ァイバ402の部分は、それぞれ、これらのセンサのアー
ム409および411を規定する。センサ404,406の各々は、
光ファイバ部分を含んでおり、この光ファイバ部分は、
これらの結合位置においてファイバ402に光学的に結合
されるようにカプラ407および408の一方にその両端の各
々において接続された干渉計アーム410および412を含ん
でいる。
アーム409および410間のまたは411および412間の長さの
差は、それぞれ各センサに対して異なる長さl1またはl2
を有する光経路差を規定する。この光経路長の差（l1お
よびl2）は、光源100の光源コヒーレント長（Lc）より
もはるかに大きく、これにより任意のセンサ404または4
06のアーム409および410間のまたは411および412間の相
対位相の変化は、センサ出力において検出された強度変
調に変換されないであろう。複数のセンサに対して、相
対経路長の差l1およびl2は、設計上考慮すべき事項とし
て後で詳細に議論される手順に従って選択される。
差は、それぞれ各センサに対して異なる長さl1またはl2
を有する光経路差を規定する。この光経路長の差（l1お
よびl2）は、光源100の光源コヒーレント長（Lc）より
もはるかに大きく、これにより任意のセンサ404または4
06のアーム409および410間のまたは411および412間の相
対位相の変化は、センサ出力において検出された強度変
調に変換されないであろう。複数のセンサに対して、相
対経路長の差l1およびl2は、設計上考慮すべき事項とし
て後で詳細に議論される手順に従って選択される。
カプラ408bから、ファイバ402は、ファイバ416をファイ
バ402との結合関係に持ってくるように、光ファイバ416
の一端に延びるとともに、ファイバ402上に固定される
他方の光学カプラ414へ延びる。カプラ414から、ファイ
バ402はさらにマッハ−ツェンダ干渉計に光学的に接続
され、この干渉計は、それ自体１対の光学カプラ422aお
よび424aを含むレシーバ418を備えており、これらのカ
プラは、カプラ422aおよび424aの間で延びるファイバ40
2の部分を含む第１のレシーバアーム426を規定するよう
に、ファイバ402上の結合構成で位置決めされている。
第２のレシーバアーム428は、これらの位置の各々にお
いて光ファイバ402に光学的に結合されるように、その
両端の各々の近くで光学カプラ422aおよび424aに接続さ
れた光ファイバの部分を含んでいる。
バ402との結合関係に持ってくるように、光ファイバ416
の一端に延びるとともに、ファイバ402上に固定される
他方の光学カプラ414へ延びる。カプラ414から、ファイ
バ402はさらにマッハ−ツェンダ干渉計に光学的に接続
され、この干渉計は、それ自体１対の光学カプラ422aお
よび424aを含むレシーバ418を備えており、これらのカ
プラは、カプラ422aおよび424aの間で延びるファイバ40
2の部分を含む第１のレシーバアーム426を規定するよう
に、ファイバ402上の結合構成で位置決めされている。
第２のレシーバアーム428は、これらの位置の各々にお
いて光ファイバ402に光学的に結合されるように、その
両端の各々の近くで光学カプラ422aおよび424aに接続さ
れた光ファイバの部分を含んでいる。
他方のマッハ−ツェンダ干渉計は、それ自体１対の光学
カプラ422bおよび424bを含むレシーバ420を含んでお
り、これらのカプラは、カプラ422bおよび424bの間を延
びるファイバ416の部分を含む第１のレシーバアーム430
を規定する結合構成で光ファイバ416に配置されてい
る。第２のレシーバアーム432は、これらの位置の各々
においてファイバ416に光学的に結合されるように、そ
の両端の各々の近くでカプラ422bおよび424bに接続され
た光ファイバの部分を含んでいる。
カプラ422bおよび424bを含むレシーバ420を含んでお
り、これらのカプラは、カプラ422bおよび424bの間を延
びるファイバ416の部分を含む第１のレシーバアーム430
を規定する結合構成で光ファイバ416に配置されてい
る。第２のレシーバアーム432は、これらの位置の各々
においてファイバ416に光学的に結合されるように、そ
の両端の各々の近くでカプラ422bおよび424bに接続され
た光ファイバの部分を含んでいる。
レシーバ418におけるアーム426および428の光経路差L1
は、できるだけ近く、センサ404のアーム409および410
の光経路差l1と一致すべきであり、これによりアーム40
9および410を介して通過する光源100からの光信号はレ
シーバ418のアーム426および428によってシステムにお
ける他の信号から分離され得る。光経路差L1およびl1の
間の一致がより近づけば近づくほど、カプラ424aにおけ
る干渉はより良好になり、アーム426および428における
光の間の位相差を示す。L1およびl1の間の差が増大する
につれて、カプラ424aにおける干渉は、これらの２つの
光経路差の間の差に対してほぼ指数関数的関係で劣化さ
れるようになる。もちろん、これはまた、センサ406の
アーム411および412の光経路の差l2に比較してアーム43
0および432の光経路差L2の間の差に対しても真実であ
る。再度、L2は、l2と可能な限り近く一致すべきであ
る。
は、できるだけ近く、センサ404のアーム409および410
の光経路差l1と一致すべきであり、これによりアーム40
9および410を介して通過する光源100からの光信号はレ
シーバ418のアーム426および428によってシステムにお
ける他の信号から分離され得る。光経路差L1およびl1の
間の一致がより近づけば近づくほど、カプラ424aにおけ
る干渉はより良好になり、アーム426および428における
光の間の位相差を示す。L1およびl1の間の差が増大する
につれて、カプラ424aにおける干渉は、これらの２つの
光経路差の間の差に対してほぼ指数関数的関係で劣化さ
れるようになる。もちろん、これはまた、センサ406の
アーム411および412の光経路の差l2に比較してアーム43
0および432の光経路差L2の間の差に対しても真実であ
る。再度、L2は、l2と可能な限り近く一致すべきであ
る。
より詳細に説明すると、第７図のシステムにおいて、も
しも光源コヒーレンス長がセンサの光経路差のいずれよ
りもはるかに短いならばそしてl1およびl2のようなセン
サの光経路差の間の差が適当にセットされるがその後セ
ンサシステム全体を通じて数多くの光経路が有効である
ならば、レシーバの任意の出力カプラ424において干渉
する信号を発生するであろう一定の経路のみがシステム
を通じて存在するであろう。
しも光源コヒーレンス長がセンサの光経路差のいずれよ
りもはるかに短いならばそしてl1およびl2のようなセン
サの光経路差の間の差が適当にセットされるがその後セ
ンサシステム全体を通じて数多くの光経路が有効である
ならば、レシーバの任意の出力カプラ424において干渉
する信号を発生するであろう一定の経路のみがシステム
を通じて存在するであろう。
たとえば、光ファイバ402、センサ404のアーム410、セ
ンサ406のアーム411、およびレシーバ418のアーム426に
よって規定される光経路を進む第１の光信号は、センサ
404に影響を及ぼす周囲環境状態を表わす情報を搬送す
るであろう。もしもアーム409に対するアーム410の光経
路差が、アーム426に対するアーム428の光経路差に接近
して一致していれば、そのときはカプラ424aにおいて干
渉をもたらすであろう光学基準信号は、ファイバ402、
センサ404のアーム409、センサ406のアーム411およびセ
ンサ418のアーム428によって規定される光経路を進む。
上述のように規定された２つの光経路は、異なるシステ
ム要素を介して進むが、長さにおいて実質的に同一であ
る。一方で、システムを介するすべての他の光経路は、
これとは異なった長さのものであり、したがってこれら
の２つの経路を進む光とは干渉しない。互いに干渉する
他の経路のみが、アーム411を上述の議論におけるアー
ム412によって置換えることによって得られる。この干
渉経路の対は、他の経路の対と同じ周囲環境情報を搬送
し、これにより前者の経路の対によって発生した干渉信
号は、後者の経路の対によって発生した信号を補強す
る。後で議論される設計上の考慮すべき事項に従ってこ
のシステムが設計されているので、どのような他の経路
の対も干渉しないであろう。
ンサ406のアーム411、およびレシーバ418のアーム426に
よって規定される光経路を進む第１の光信号は、センサ
404に影響を及ぼす周囲環境状態を表わす情報を搬送す
るであろう。もしもアーム409に対するアーム410の光経
路差が、アーム426に対するアーム428の光経路差に接近
して一致していれば、そのときはカプラ424aにおいて干
渉をもたらすであろう光学基準信号は、ファイバ402、
センサ404のアーム409、センサ406のアーム411およびセ
ンサ418のアーム428によって規定される光経路を進む。
上述のように規定された２つの光経路は、異なるシステ
ム要素を介して進むが、長さにおいて実質的に同一であ
る。一方で、システムを介するすべての他の光経路は、
これとは異なった長さのものであり、したがってこれら
の２つの経路を進む光とは干渉しない。互いに干渉する
他の経路のみが、アーム411を上述の議論におけるアー
ム412によって置換えることによって得られる。この干
渉経路の対は、他の経路の対と同じ周囲環境情報を搬送
し、これにより前者の経路の対によって発生した干渉信
号は、後者の経路の対によって発生した信号を補強す
る。後で議論される設計上の考慮すべき事項に従ってこ
のシステムが設計されているので、どのような他の経路
の対も干渉しないであろう。
カプラ424aを介して光波を干渉させることによって発生
した信号は、これらの光波間の位相差を表わしており、
かつセンサ404のアーム410上の周囲環境状態の影響を表
わしている。この情報は、カプラ424aから検出決434へ
通信され、そこに相互接続された従来のモニタリングお
よび評価装置（図示せず）を利用可能にしている。
した信号は、これらの光波間の位相差を表わしており、
かつセンサ404のアーム410上の周囲環境状態の影響を表
わしている。この情報は、カプラ424aから検出決434へ
通信され、そこに相互接続された従来のモニタリングお
よび評価装置（図示せず）を利用可能にしている。
レシーバ418からの位相差出力信号の発生を取巻く条件
は以上のように説明されたが、同じ種類の説明もまた、
レシーバ420からの位相差出力信号の発生に適用され、
センサ406のアーム411に関してアーム412に影響を及ぼ
す周囲環境状態を識別する。
は以上のように説明されたが、同じ種類の説明もまた、
レシーバ420からの位相差出力信号の発生に適用され、
センサ406のアーム411に関してアーム412に影響を及ぼ
す周囲環境状態を識別する。
第７図の直列構成において、レシーバ418および420は好
ましくは、そこを介して伝送されている光波の位相に影
響を及ぼすかもしれない周囲環境状態から遮蔽される。
このシステムはセンサ自身における場合を除いて周囲環
境に不感性であるので、この目的のために他のどのよう
な遮蔽もこの直列システムには必要ではない。この不感
度は、システムにおける光信号が、センサによって規定
された経路を除いて共通経路に沿って通信されるという
事実によるものである。したがって、共通経路における
光信号に影響を及ぼす周囲環境影響は、これらの経路に
おける光信号間の位相差にどのような変化も発生しない
であろう。光は異なる経路を進むので、発生された位相
差の唯一の変化は、センサ自体において生じるであろ
う。
ましくは、そこを介して伝送されている光波の位相に影
響を及ぼすかもしれない周囲環境状態から遮蔽される。
このシステムはセンサ自身における場合を除いて周囲環
境に不感性であるので、この目的のために他のどのよう
な遮蔽もこの直列システムには必要ではない。この不感
度は、システムにおける光信号が、センサによって規定
された経路を除いて共通経路に沿って通信されるという
事実によるものである。したがって、共通経路における
光信号に影響を及ぼす周囲環境影響は、これらの経路に
おける光信号間の位相差にどのような変化も発生しない
であろう。光は異なる経路を進むので、発生された位相
差の唯一の変化は、センサ自体において生じるであろ
う。
第７図に関して説明された構成は、直列構成の１つの代
表的な実施例を含んでいる。この構成は、類似した構成
で現在そこにあるセンサと直列に、ライン402上に他の
センサを加えることによって、およびライン402上また
は416のようなライン上のいずれかにカプラ414のような
付加的なカプラを設けることによって必要なだけ拡張す
ることができ、レシーバ418および420の態様で構成され
た付加的なレシーバに対する入力を与えることができ
る。
表的な実施例を含んでいる。この構成は、類似した構成
で現在そこにあるセンサと直列に、ライン402上に他の
センサを加えることによって、およびライン402上また
は416のようなライン上のいずれかにカプラ414のような
付加的なカプラを設けることによって必要なだけ拡張す
ることができ、レシーバ418および420の態様で構成され
た付加的なレシーバに対する入力を与えることができ
る。
上述の説明に基づいて、第７図に描かれたような直列構
成は、リード不感性の分散されたセンサシステムを規定
し、さらにそれゆえに最小の周囲環境遮蔽を必要とする
ということが明白となろう。この直列構成はまた、シス
テムにおける各センサの連続的なモニタリングを許容す
るすべてのファイバ光学センサシステムを描いている。
成は、リード不感性の分散されたセンサシステムを規定
し、さらにそれゆえに最小の周囲環境遮蔽を必要とする
ということが明白となろう。この直列構成はまた、シス
テムにおける各センサの連続的なモニタリングを許容す
るすべてのファイバ光学センサシステムを描いている。
第７図のシステムに関して、各センサはそこから光が漏
れる自由端を有するということが注目されよう。これは
損失をもたらしているが、方向性カプラの結合定数を適
正に選択することによって、多数のセンサに対してさえ
パワーの損失は比較的小さなものに保たれ得るので、深
刻な問題ではない。これらの結合定数を選択する方法
は、以下に詳細に説明される。
れる自由端を有するということが注目されよう。これは
損失をもたらしているが、方向性カプラの結合定数を適
正に選択することによって、多数のセンサに対してさえ
パワーの損失は比較的小さなものに保たれ得るので、深
刻な問題ではない。これらの結合定数を選択する方法
は、以下に詳細に説明される。
原則的に、各センサの双方のポートからのファイバが次
のセンサを形成し続ける、第８図に描かれたようなシス
テムをもたらすことによって、第７図におけるセンサの
露出された端部からのパワーの損失を避けることができ
るかもしれない。したがって、第７図の実施例は、カプ
ラ408aおよび407bを、センサ404のアーム410とセンサ40
6のアーム412との間に通信をもたらす単一のカプラ440
で置換えることによって、およびこれらのアームを光フ
ァイバ442として指定された連続する光ファイバの一部
として構成することによって修正される。さらに、ファ
イバ442からの光の一部を光ファイバ446内に光学的に結
合するように、光学カプラ444が光ファイバ442上に配置
され、光ファイバ446は、レシーバ420のアーム432の延
長を含んでいる。
のセンサを形成し続ける、第８図に描かれたようなシス
テムをもたらすことによって、第７図におけるセンサの
露出された端部からのパワーの損失を避けることができ
るかもしれない。したがって、第７図の実施例は、カプ
ラ408aおよび407bを、センサ404のアーム410とセンサ40
6のアーム412との間に通信をもたらす単一のカプラ440
で置換えることによって、およびこれらのアームを光フ
ァイバ442として指定された連続する光ファイバの一部
として構成することによって修正される。さらに、ファ
イバ442からの光の一部を光ファイバ446内に光学的に結
合するように、光学カプラ444が光ファイバ442上に配置
され、光ファイバ446は、レシーバ420のアーム432の延
長を含んでいる。
そのようなシステムが損失を取除くであろうということ
は明白であるが、そのようなシステムにおいて２つのフ
ァイバの間で光が結合するときに発生するπ/2の位相シ
フトが重要になる。感知干渉計の１つの入力ポートから
の光が、短い方のアームに入ってくる光に関してπ/2だ
け遅延されて長い方のアームに入ってくる。第２の入力
ポートからの光は、π/2ラジアンの相対遅延を伴なって
短い方のアームに入ってくる。相対遅延におけるこの差
は、２つの入力ポートの各々に入ってくる光に関連する
信号間の打消しをもたらし、これによりもしもすべての
カプラが、結合されたファイバ間で光信号の50％を通信
する結合係数にセットされれば、そのときは第１のセン
サのみが何らかの信号を発生するであろう。
は明白であるが、そのようなシステムにおいて２つのフ
ァイバの間で光が結合するときに発生するπ/2の位相シ
フトが重要になる。感知干渉計の１つの入力ポートから
の光が、短い方のアームに入ってくる光に関してπ/2だ
け遅延されて長い方のアームに入ってくる。第２の入力
ポートからの光は、π/2ラジアンの相対遅延を伴なって
短い方のアームに入ってくる。相対遅延におけるこの差
は、２つの入力ポートの各々に入ってくる光に関連する
信号間の打消しをもたらし、これによりもしもすべての
カプラが、結合されたファイバ間で光信号の50％を通信
する結合係数にセットされれば、そのときは第１のセン
サのみが何らかの信号を発生するであろう。
もしも結合係数がより適当な値に調整されれば、そのと
きはこの種のシステムは、不連続なシステムによって発
生されるよりもわずかに強い信号を発生するが、しかし
このような信号は感知干渉計に所望の感知位置間のファ
イバの全体の長さを含ませることを犠牲にして獲得され
る。これはまた、干渉計を含まない並列ファイバに遮蔽
が加えられなければならず、さもなければレシーバに到
達する光信号が、センサに影響を及ぼす周囲環境状態だ
けでなくセンサとレシーバとの間を延びる並列光ファイ
バに影響を及ぼすこれらの状態をも反映するであろうと
いうことを意味する。関心のある特定のポイントにさら
に局在するセンサ間のリンクとして、対応するレシーバ
を伴なわずに余分な干渉計を選択的に用いることもでき
るが、しかしそのようなリンクの負荷は、各センサに関
連する信号−雑音比を劣化させる傾向がある。
きはこの種のシステムは、不連続なシステムによって発
生されるよりもわずかに強い信号を発生するが、しかし
このような信号は感知干渉計に所望の感知位置間のファ
イバの全体の長さを含ませることを犠牲にして獲得され
る。これはまた、干渉計を含まない並列ファイバに遮蔽
が加えられなければならず、さもなければレシーバに到
達する光信号が、センサに影響を及ぼす周囲環境状態だ
けでなくセンサとレシーバとの間を延びる並列光ファイ
バに影響を及ぼすこれらの状態をも反映するであろうと
いうことを意味する。関心のある特定のポイントにさら
に局在するセンサ間のリンクとして、対応するレシーバ
を伴なわずに余分な干渉計を選択的に用いることもでき
るが、しかしそのようなリンクの負荷は、各センサに関
連する信号−雑音比を劣化させる傾向がある。
それにもかかわらず、第８図の実施例は、選択された応
用例、特に第７図の実施例におけるように、レシーバ41
8および420が並列に構成された応用例に対する望ましい
構成を提供している。そのような並列レシーバによっ
て、センサの各々の連続的かつ同時モニタリングが可能
である。
用例、特に第７図の実施例におけるように、レシーバ41
8および420が並列に構成された応用例に対する望ましい
構成を提供している。そのような並列レシーバによっ
て、センサの各々の連続的かつ同時モニタリングが可能
である。
第８図の実施例に比較して必要な周囲環境の遮蔽の大き
さを最小限にするとともに、多くの応用例に対する性能
を考慮して表面上合理的な妥協をもたらすことに加え
て、第７図に描かれたシステムの構成はまた、システム
全体を通していずれかのセンサまたはレシーバに存在す
る信号に対するアクセスをもたらすことによって自由な
ファイバの端部がアライメントの必要性を簡略化すると
いう実際的な利点を有している。
さを最小限にするとともに、多くの応用例に対する性能
を考慮して表面上合理的な妥協をもたらすことに加え
て、第７図に描かれたシステムの構成はまた、システム
全体を通していずれかのセンサまたはレシーバに存在す
る信号に対するアクセスをもたらすことによって自由な
ファイバの端部がアライメントの必要性を簡略化すると
いう実際的な利点を有している。
上述の並列および直列構成は、この発明の好ましい実施
例のいくつかを表わしているが、ここに説明されるこの
発明の特徴を示すコヒーレンス多重化センサネットワー
クに対して数多くの可能な構成が存在するということが
評価されよう。たとえば、第９図は、直列システムに似
たリード不感度を示す可能なハイブリッド並列−直列コ
ヒーレンス多重化システムを描いている。
例のいくつかを表わしているが、ここに説明されるこの
発明の特徴を示すコヒーレンス多重化センサネットワー
クに対して数多くの可能な構成が存在するということが
評価されよう。たとえば、第９図は、直列システムに似
たリード不感度を示す可能なハイブリッド並列−直列コ
ヒーレンス多重化システムを描いている。
特に、第９図の実施例は、ファイバ光学入力バス102に
光学的に結合されたレーザダイオードのような光源100
を含み、この入力バス102は、結合構成で入力バス102の
長さに沿って配置された光学カプラ108a,108b,…108nを
有する。結合された信号を入力バス102から、センサ500
a,500b,…500nを含む複数のマッハ−ツェンダ干渉計の
１つの入力に通信する複数のファイバ光学入力ライン部
分501a,501b,…501nのうちの１つの端部は、入力バス10
2と光学結合関係になるようにカプラ108a,108b,…108n
の各々によって固定されている。
光学的に結合されたレーザダイオードのような光源100
を含み、この入力バス102は、結合構成で入力バス102の
長さに沿って配置された光学カプラ108a,108b,…108nを
有する。結合された信号を入力バス102から、センサ500
a,500b,…500nを含む複数のマッハ−ツェンダ干渉計の
１つの入力に通信する複数のファイバ光学入力ライン部
分501a,501b,…501nのうちの１つの端部は、入力バス10
2と光学結合関係になるようにカプラ108a,108b,…108n
の各々によって固定されている。
特に、センサ500は各々、カプラ504と506との間で延び
る第１のセンサアーム502a,502b,…502nを規定するよう
に光ファイバ501上に各々配置された、入力光学カプラ5
04a,504b,…504nおよび出力光学カプラ506a,506b,…506
nを含んでいる。他の光ファイバは、アーム502に光学的
に結合されるようにその両端の近くで光学カプラ504お
よび506に接続されており、第２のセンサアーム508a,50
8b,…508nを規定している。センサ500は各々、各アーム
502の延長である光ファイバ部分503a,503b,…503nに接
続されている。光ファイバ部分503は各々、対応するカ
プラ112a,112b,…112nによって固定され、このカプラは
また、復帰バス114を光ファイバ部分503に光学的に結合
するためにファイバ光学復帰バス114に固定されてい
る。
る第１のセンサアーム502a,502b,…502nを規定するよう
に光ファイバ501上に各々配置された、入力光学カプラ5
04a,504b,…504nおよび出力光学カプラ506a,506b,…506
nを含んでいる。他の光ファイバは、アーム502に光学的
に結合されるようにその両端の近くで光学カプラ504お
よび506に接続されており、第２のセンサアーム508a,50
8b,…508nを規定している。センサ500は各々、各アーム
502の延長である光ファイバ部分503a,503b,…503nに接
続されている。光ファイバ部分503は各々、対応するカ
プラ112a,112b,…112nによって固定され、このカプラは
また、復帰バス114を光ファイバ部分503に光学的に結合
するためにファイバ光学復帰バス114に固定されてい
る。
アーム502とアーム508との間の光経路長の差は、どのセ
ンサに対しても光源100の光源コヒーレンス長よりも大
きくなければならない。センサの各々におけるアーム50
2および508の間の光経路長の差は、いずれかの他のセン
サの光経路長の差よりも少なくのも１光源コヒーレンス
長だけ異なっていなければならない。さらに、センサ50
0は、ファイバ102および114に沿った選択された位置に
配置され、これによりカプラ108aからカプラ108bに至り
カプラ500bのアーム502bを介しカプラ112bに至りさらに
カプラ112aに戻る経路の長さは、カプラ108aからセンサ
500aのアーム508aを介しカプラ112aに至る経路よりも、
光源100のコヒーレンス長よりも大きくかつ光源100の少
なくもコヒーレンス長だけすべてのセンサ500の経路長
の差508および502とは異なる大きさだけ長くなければな
らない。同様の要求が他のセンサ間の間隔にもあてはま
る。この構成は、バス114上の異なるセンサからの信号
の干渉を排ことを要求される。
ンサに対しても光源100の光源コヒーレンス長よりも大
きくなければならない。センサの各々におけるアーム50
2および508の間の光経路長の差は、いずれかの他のセン
サの光経路長の差よりも少なくのも１光源コヒーレンス
長だけ異なっていなければならない。さらに、センサ50
0は、ファイバ102および114に沿った選択された位置に
配置され、これによりカプラ108aからカプラ108bに至り
カプラ500bのアーム502bを介しカプラ112bに至りさらに
カプラ112aに戻る経路の長さは、カプラ108aからセンサ
500aのアーム508aを介しカプラ112aに至る経路よりも、
光源100のコヒーレンス長よりも大きくかつ光源100の少
なくもコヒーレンス長だけすべてのセンサ500の経路長
の差508および502とは異なる大きさだけ長くなければな
らない。同様の要求が他のセンサ間の間隔にもあてはま
る。この構成は、バス114上の異なるセンサからの信号
の干渉を排ことを要求される。
復帰バス114は、第７図におけるライン402のレシーバ41
8および420への接続と同じ態様で、複数の光学カプラ50
9a,509b,…509nを介して複数のレシーバ510a,510b,…51
0nに相互接続されている。第９図のレシーバは、入力光
学カプラ512a,512b,…512nと、出力光学カプラ514a,514
b,…514nと、センサアーム516a,516b,…516nと、センサ
アーム518a,518b,…518nとを含んでいる。
8および420への接続と同じ態様で、複数の光学カプラ50
9a,509b,…509nを介して複数のレシーバ510a,510b,…51
0nに相互接続されている。第９図のレシーバは、入力光
学カプラ512a,512b,…512nと、出力光学カプラ514a,514
b,…514nと、センサアーム516a,516b,…516nと、センサ
アーム518a,518b,…518nとを含んでいる。
第７図の構成と同様に、第９図のレシーバは各々、セン
サアーム516aおよび518aが、第７図の実施例の経路長の
差L1およびl1に関して説明されたように、アーム502aお
よび508aの光経路長の差l1に実質的に一致する光経路長
の差L1を有するように構成されている。さらに、アーム
516bおよび518bの光経路長の差L2は、第７図のレシーバ
420および418の光経路長の差L2およびL1の間の関係と同
一の態様で、アーム516aおよび518aの光経路長の差L1に
関連している。
サアーム516aおよび518aが、第７図の実施例の経路長の
差L1およびl1に関して説明されたように、アーム502aお
よび508aの光経路長の差l1に実質的に一致する光経路長
の差L1を有するように構成されている。さらに、アーム
516bおよび518bの光経路長の差L2は、第７図のレシーバ
420および418の光経路長の差L2およびL1の間の関係と同
一の態様で、アーム516aおよび518aの光経路長の差L1に
関連している。
動作において、第９図の光源100は、カプラ108を介して
センサ500に通信される光信号を光ファイバ入力バス102
上に与えられる。センサ500は各々、アーム502に関する
アーム508上の周囲環境の影響を表わす光信号を与えて
いる。この光信号は、カプラ112を介して復帰バス114に
通信され、そこから信号がそれぞれのレシーバ510に結
合される。第７図の実施例に関して説明されたように、
各レシーバは、基準信号と、選択されたセンサ500のア
ーム502および508を介して通過するときに周囲環境状態
によって影響を受けた光信号との間の位相差に対応する
出力信号を与える。この出力情報は、関連する検出器52
0a,520b,…520nに通信され、この検出器自体は、感知さ
れた周囲環境情報を処理しかつ分析する従来のモニタリ
ングおよび評価装置に相互接続されている。
センサ500に通信される光信号を光ファイバ入力バス102
上に与えられる。センサ500は各々、アーム502に関する
アーム508上の周囲環境の影響を表わす光信号を与えて
いる。この光信号は、カプラ112を介して復帰バス114に
通信され、そこから信号がそれぞれのレシーバ510に結
合される。第７図の実施例に関して説明されたように、
各レシーバは、基準信号と、選択されたセンサ500のア
ーム502および508を介して通過するときに周囲環境状態
によって影響を受けた光信号との間の位相差に対応する
出力信号を与える。この出力情報は、関連する検出器52
0a,520b,…520nに通信され、この検出器自体は、感知さ
れた周囲環境情報を処理しかつ分析する従来のモニタリ
ングおよび評価装置に相互接続されている。
第９図のセンサ500に対して利用された干渉計の構成の
ために、センサ500以外のシステムの部分上の周囲環境
の影響は、信号の出力に影響を及ぼさない。
ために、センサ500以外のシステムの部分上の周囲環境
の影響は、信号の出力に影響を及ぼさない。
分散されたセンサシステムの直接構成は、シングルモー
ドの、複屈折ファイバにおける直交偏光によって、また
は２−モードファイバにおける基本および２次モードに
よって規定された光経路を含んでいる。そのような分散
されたセンサの１つの好ましい実施例が第10図に描かれ
ている。第10図の構成は第７図に描かれたシステムに機
能的に対応しているが、しかし第７図に描かれたシステ
ムの経路に対応する光経路を規定するために、選択され
た構成要素とともに、シングルモードの含屈折ファイバ
の直交偏光または２−モードファイバの直交モードを利
用している。シングルモード複屈折ファイバまたは２−
モードファイバに与えられた直交モードは、マッハーツ
ェンダ干渉計のように２−チャネル媒体として装置を使
用させる、ファイバを介する２つの経路を規定する。
ドの、複屈折ファイバにおける直交偏光によって、また
は２−モードファイバにおける基本および２次モードに
よって規定された光経路を含んでいる。そのような分散
されたセンサの１つの好ましい実施例が第10図に描かれ
ている。第10図の構成は第７図に描かれたシステムに機
能的に対応しているが、しかし第７図に描かれたシステ
ムの経路に対応する光経路を規定するために、選択され
た構成要素とともに、シングルモードの含屈折ファイバ
の直交偏光または２−モードファイバの直交モードを利
用している。シングルモード複屈折ファイバまたは２−
モードファイバに与えられた直交モードは、マッハーツ
ェンダ干渉計のように２−チャネル媒体として装置を使
用させる、ファイバを介する２つの経路を規定する。
この分散されたセンサシステムのこれらの他の実施例の
構造上の詳細および動作理論を議論する前に、そしてそ
れらの理解を助けるために、光ファイバのモード理論の
概要が提供される。この発明の理解のために、ここで用
いられるようないわゆる弱い案内ファイバ表記法を用い
ることで十分である。
構造上の詳細および動作理論を議論する前に、そしてそ
れらの理解を助けるために、光ファイバのモード理論の
概要が提供される。この発明の理解のために、ここで用
いられるようないわゆる弱い案内ファイバ表記法を用い
ることで十分である。
ファイバモード理論 ファイバがカットオフ以下の波長で光を伝播させるとき
に、ファイバはより高次のモードを案内し始めるであろ
う。カットオフλｃにおける波長は、ファイバの幾何学
的形状に関連しており、ステップインデックスファイバ
に対して、以下の方程式を用いて計算される： ここでｒは、コアの半径であり； ncはコアの屈折率であり；かつ nclは、クラッドの屈折率である。
に、ファイバはより高次のモードを案内し始めるであろ
う。カットオフλｃにおける波長は、ファイバの幾何学
的形状に関連しており、ステップインデックスファイバ
に対して、以下の方程式を用いて計算される： ここでｒは、コアの半径であり； ncはコアの屈折率であり；かつ nclは、クラッドの屈折率である。
当業者は、基本モード、２次モードなどが各々、複数の
電界パターンを含み、各パターンはモードを表わしてい
るということを認識するであろう。たとえば、基本モー
ドは、２つの偏光モードを含んでいる。混同を避けるた
めに、基本モードは以後、モードの基本セットと呼ば
れ、かつ２次モードはモードの２次セットと呼ばれるで
あろう。
電界パターンを含み、各パターンはモードを表わしてい
るということを認識するであろう。たとえば、基本モー
ドは、２つの偏光モードを含んでいる。混同を避けるた
めに、基本モードは以後、モードの基本セットと呼ば
れ、かつ２次モードはモードの２次セットと呼ばれるで
あろう。
案内されるモードの最も下位の、すなわち基本のセット
は、LP01モードセットである。LP11モードセットは、基
本モードセットLP01を越えて案内される次のモードセッ
ト（すなわち、２次モードセット）である。これらのモ
ードセットは、D.Glogeによる応用光学（Applied Opti
cs）の10,2252（1971年）の“弱い案内ファイバ（Weakl
y Guiding Fiber）”と題された論文において詳細に
定義されかつ説明されている。
は、LP01モードセットである。LP11モードセットは、基
本モードセットLP01を越えて案内される次のモードセッ
ト（すなわち、２次モードセット）である。これらのモ
ードセットは、D.Glogeによる応用光学（Applied Opti
cs）の10,2252（1971年）の“弱い案内ファイバ（Weakl
y Guiding Fiber）”と題された論文において詳細に
定義されかつ説明されている。
第11図は、モードの基本LP01セットにおける２つのモー
ドと、モードの２次LP11セットにおける４つのモードと
の電界パターンを示している。矢印は、時間の特定の瞬
間における電界ベクトルの方向を示している。
ドと、モードの２次LP11セットにおける４つのモードと
の電界パターンを示している。矢印は、時間の特定の瞬
間における電界ベクトルの方向を示している。
基本モードのLP01セットに対して、電界ベクトルは、垂
直であり垂直に偏光された光を表わしているか、または
水平であり水平に偏光された光を表わしているかのいず
かである。しかしながら、２次モードのLP11セットに対
して、垂直偏光および水平偏光は各々、２つの電界パタ
ーンを有している。さらに、２次モードセット電界パタ
ーンの各々は、２つのローブを含んでいる。これらの電
界パターンの１つにおいて、ローブの電界ベクトルは、
ゼロ電界ライン（ZFL）に対して垂直である一方で、他
方の電界パターンにおいて、ローブの電界ベクトルは、
ゼロ電界ライン（ZFL）に対して平行である。ゼロ電界
ラインは単に、ゼロ電界振幅を表わす２次モードパター
ンの各々における２つのローブ間のラインである。同様
に、水平に偏光された２次モードは、第11図に示される
ように、ZFLに対して平行かまたはZFLに対して垂直かの
いずれかで配向された電界ベクトルを有している。
直であり垂直に偏光された光を表わしているか、または
水平であり水平に偏光された光を表わしているかのいず
かである。しかしながら、２次モードのLP11セットに対
して、垂直偏光および水平偏光は各々、２つの電界パタ
ーンを有している。さらに、２次モードセット電界パタ
ーンの各々は、２つのローブを含んでいる。これらの電
界パターンの１つにおいて、ローブの電界ベクトルは、
ゼロ電界ライン（ZFL）に対して垂直である一方で、他
方の電界パターンにおいて、ローブの電界ベクトルは、
ゼロ電界ライン（ZFL）に対して平行である。ゼロ電界
ラインは単に、ゼロ電界振幅を表わす２次モードパター
ンの各々における２つのローブ間のラインである。同様
に、水平に偏光された２次モードは、第11図に示される
ように、ZFLに対して平行かまたはZFLに対して垂直かの
いずれかで配向された電界ベクトルを有している。
第11図における６つの電界パターンの各々、すなわち２
つのLP01パターンと４つのLP11パターンとは、互いに直
交している。したがって、６つのパターンまたはモード
は、通常は互いに結合しない、ファイバを介する独立し
た光経路として観察される。
つのLP01パターンと４つのLP11パターンとは、互いに直
交している。したがって、６つのパターンまたはモード
は、通常は互いに結合しない、ファイバを介する独立し
た光経路として観察される。
２つのLP01モードは、同じ位相速度でファイバを介して
進み、かつ４つの２次LP11モードは、ほぼ同じ位相速度
でファイバを介して進むであろう。しかしながら、モー
ドの基本LP01セットに対する位相速度は、モードの２次
LP11セットに対する位相速度よりも遅いであろう。した
がって、モードの２つのセットLP01,LP11を進む光は、
光がファイバを介して伝播するにつれて、互いに位相が
一致したりずれたりするように移動するであろう。モー
ドLP01,LP11が位相が一致したりずれたりするように移
動する速度は、モードの２つのセットLP01およびLP11の
間の実効屈折率の差に依存している。
進み、かつ４つの２次LP11モードは、ほぼ同じ位相速度
でファイバを介して進むであろう。しかしながら、モー
ドの基本LP01セットに対する位相速度は、モードの２次
LP11セットに対する位相速度よりも遅いであろう。した
がって、モードの２つのセットLP01,LP11を進む光は、
光がファイバを介して伝播するにつれて、互いに位相が
一致したりずれたりするように移動するであろう。モー
ドLP01,LP11が位相が一致したりずれたりするように移
動する速度は、モードの２つのセットLP01およびLP11の
間の実効屈折率の差に依存している。
ファイバの複屈折は、２つの偏光モードの実効屈折率に
おける差である。もしも光源がカットオフ以上の波長に
あるならば、モードのLP01セット内の２つの偏光モード
のみがファイバを介して伝播するであろう。非複屈折フ
ァイバに対するこれらの２つの偏光モードの位相速度間
に差は存在しないが、これらの２つの偏光モードに対す
る屈折率の差、したがって２つのモード間の位相速度の
差は、ファイバの複屈折が増大するにつれて増大する。
複屈折ファイバを伝播する光は、異なる偏光モードにお
いて異なる速度で進むので、一方の偏光モードにおける
光と他方の偏光モードにおける光との間の相対位相は連
続的にシフトし、これにより光がファイバを伝播するに
つれて、２つの偏光モードにおける光を互いに位相が一
致したりずれたりするように移動させるであろう。
おける差である。もしも光源がカットオフ以上の波長に
あるならば、モードのLP01セット内の２つの偏光モード
のみがファイバを介して伝播するであろう。非複屈折フ
ァイバに対するこれらの２つの偏光モードの位相速度間
に差は存在しないが、これらの２つの偏光モードに対す
る屈折率の差、したがって２つのモード間の位相速度の
差は、ファイバの複屈折が増大するにつれて増大する。
複屈折ファイバを伝播する光は、異なる偏光モードにお
いて異なる速度で進むので、一方の偏光モードにおける
光と他方の偏光モードにおける光との間の相対位相は連
続的にシフトし、これにより光がファイバを伝播するに
つれて、２つの偏光モードにおける光を互いに位相が一
致したりずれたりするように移動させるであろう。
単一の高複屈折モノモード光ファイバは、長い距離にわ
たってその中を進む光の偏光を維持することができ、こ
れにより通常一方のモードから他方のモードへの光の感
知できるほどの結合は存在しない。これらの偏光モード
は一般的に、ＸおよびＹ偏光モードと呼ばれている。
たってその中を進む光の偏光を維持することができ、こ
れにより通常一方のモードから他方のモードへの光の感
知できるほどの結合は存在しない。これらの偏光モード
は一般的に、ＸおよびＹ偏光モードと呼ばれている。
ビート長 ファイバのビート長は、異なる速度でファイバの異なる
伝播モードを進む同一周波数の２つの信号が、相対位相
で360゜シフトししたがって再度同相になるのに要する
距離である。数学的に、ビート長は次のように表現され
る： Ｌ＝λ／Δｎ …（３） ここでλは、真空中における光の波長であり、かつ Δｎは、ファイバの２つの伝播モードの実効屈折率にお
ける差である。
伝播モードを進む同一周波数の２つの信号が、相対位相
で360゜シフトししたがって再度同相になるのに要する
距離である。数学的に、ビート長は次のように表現され
る： Ｌ＝λ／Δｎ …（３） ここでλは、真空中における光の波長であり、かつ Δｎは、ファイバの２つの伝播モードの実効屈折率にお
ける差である。
もしもこの発明において複屈折ファイバが用いられる
と、Δｎは、モードのLP01セットの２つの偏光モード
（X,Y）間の実効屈折率の差に等しい。もしもこの発明
において２−モードファイバが用いられると、Δｎは、
モードの１次セット（LP01）とモードの２次セット（LP
11）との間の実効屈折率の差に等しい。
と、Δｎは、モードのLP01セットの２つの偏光モード
（X,Y）間の実効屈折率の差に等しい。もしもこの発明
において２−モードファイバが用いられると、Δｎは、
モードの１次セット（LP01）とモードの２次セット（LP
11）との間の実効屈折率の差に等しい。
複屈折ファイバの実施例 第10図において描かれた分散されたセンサの構成は、第
７図に描かれたシステムに機能的に対応している。しか
しながら、この実施例において、センサおよびレシーバ
は、シングルモードの、複屈折ファイバを備えている。
７図に描かれたシステムに機能的に対応している。しか
しながら、この実施例において、センサおよびレシーバ
は、シングルモードの、複屈折ファイバを備えている。
特に、第10図は、たとえばレーザダイオード、超発光ダ
イオード（superluminescent diode）または発光ダイオ
ードのような光源100を備えている。ライン702から垂直
および水平偏光モードに光信号を分離し、かつこれらを
第１のセンサ706上に結合するように機能するカプラ704
へ光ファイバ702を介して光学的に結合された光源100
は、シングルモードの、複屈折光ファイバを備えてい
る。
イオード（superluminescent diode）または発光ダイオ
ードのような光源100を備えている。ライン702から垂直
および水平偏光モードに光信号を分離し、かつこれらを
第１のセンサ706上に結合するように機能するカプラ704
へ光ファイバ702を介して光学的に結合された光源100
は、シングルモードの、複屈折光ファイバを備えてい
る。
カプラ704のようなカプラは、シングルモードの、単一
偏光ファイバのモードのみの間の信号を複屈折ファイバ
の双方の偏光へ結合する１つの手段として、またはその
逆の手段として、ここで議論される実施例において数多
くの位置で利用される。モードを結合しまたは分離する
そのようなカプラは、ここでは偏光カプラと呼ばれるで
あろう。先行技術において周知のそのような結合をもた
らす種々の方法が存在する。この結合を実現する１つの
好ましい実施例は、このファイバの物理的な軸が共直線
となる一方で、偏光のファイバ軸が互いに角度をなすよ
うに、ファイバを共に突合せ（butt）結合することを含
んでいる。この突合せ結合は、ファイバを共に接着し、
またはそれらを共に溶融するなどのいくつかの周知の手
順のいずれかによって実現される。
偏光ファイバのモードのみの間の信号を複屈折ファイバ
の双方の偏光へ結合する１つの手段として、またはその
逆の手段として、ここで議論される実施例において数多
くの位置で利用される。モードを結合しまたは分離する
そのようなカプラは、ここでは偏光カプラと呼ばれるで
あろう。先行技術において周知のそのような結合をもた
らす種々の方法が存在する。この結合を実現する１つの
好ましい実施例は、このファイバの物理的な軸が共直線
となる一方で、偏光のファイバ軸が互いに角度をなすよ
うに、ファイバを共に突合せ（butt）結合することを含
んでいる。この突合せ結合は、ファイバを共に接着し、
またはそれらを共に溶融するなどのいくつかの周知の手
順のいずれかによって実現される。
偏光軸の角度を有する配向は、従来の方向性カプラにお
ける結合係数に類似している。すなわち、角度が変化す
るにつれて、より多くのまたはより少ない光が２つのフ
ァイバのモード間で結合される。偏光軸間の45゜の角度
は、従来の方向性カプラにおける50％の結合効率の通常
の3dbレベルと等しい。わずか１つのセンサのみから構
成されるシステムに対して、これは最適の角度の選択で
ある。一方で、システムがいくつかのセンサを含むなら
ば、信号対雑音比を最大限にするのに必要な角度は異な
っている。適当な角度の決定は、周知の数学的手順を用
いる数学的解析によって行なうことができ、またはファ
イバ偏光軸の種々の角度の関係に対するシステムの応答
をテストすることによってなされてもよい。
ける結合係数に類似している。すなわち、角度が変化す
るにつれて、より多くのまたはより少ない光が２つのフ
ァイバのモード間で結合される。偏光軸間の45゜の角度
は、従来の方向性カプラにおける50％の結合効率の通常
の3dbレベルと等しい。わずか１つのセンサのみから構
成されるシステムに対して、これは最適の角度の選択で
ある。一方で、システムがいくつかのセンサを含むなら
ば、信号対雑音比を最大限にするのに必要な角度は異な
っている。適当な角度の決定は、周知の数学的手順を用
いる数学的解析によって行なうことができ、またはファ
イバ偏光軸の種々の角度の関係に対するシステムの応答
をテストすることによってなされてもよい。
ファイバを共に突合せ結合してカプラ704を形成すると
きに、ファイバの複屈折軸が正しく整列されるようにこ
れらの軸を見出すことが重要である。いくつかのファイ
バに対して、これはファイバを顕微鏡的に検査してそれ
らの楕円率を検出することによって実現され得る。他の
方法は、ファイバに光を注入し、さらにその後散乱され
た光のパターンを観察して複屈折の軸を決定することを
含んでいる。複屈折軸を決定するさらに他の方法は、S.
Carrara et al.による、カリフォルニア洲サンディエゴ
における1985年２月13日から14日までの光ファイバセン
サに関する第３回国際会議（Third International Co
nference on Optical Fiber Sensors）における
“偏光−保持光ファイバにおける複屈折軸の弾性−光学
測定（Elasto−optic Determination of Birefringent
Axes in Polarization−Holding Optical Fiber）”
において説明されている。この論文は援用されてここに
取入れられている。
きに、ファイバの複屈折軸が正しく整列されるようにこ
れらの軸を見出すことが重要である。いくつかのファイ
バに対して、これはファイバを顕微鏡的に検査してそれ
らの楕円率を検出することによって実現され得る。他の
方法は、ファイバに光を注入し、さらにその後散乱され
た光のパターンを観察して複屈折の軸を決定することを
含んでいる。複屈折軸を決定するさらに他の方法は、S.
Carrara et al.による、カリフォルニア洲サンディエゴ
における1985年２月13日から14日までの光ファイバセン
サに関する第３回国際会議（Third International Co
nference on Optical Fiber Sensors）における
“偏光−保持光ファイバにおける複屈折軸の弾性−光学
測定（Elasto−optic Determination of Birefringent
Axes in Polarization−Holding Optical Fiber）”
において説明されている。この論文は援用されてここに
取入れられている。
S.Carrara et al.の論文は、横方向の応力の使用が、結
果として複屈折を生じさせ、この複屈折は、残りの組入
れられた複屈折と、応力のために外部から誘起された複
屈折との結合であるということを教示している。応力の
結果、正味の複屈折の配向および大きさは、一般に、そ
れらの最初の値から逸脱する。これは、外部応力の方向
が複屈折軸の一方に沿ったものでないならば、ファイバ
の一方の固有偏光モードから他方のモードへ光学パワー
のいくらかを結合させる。それゆえに、もしも応力領域
における光が残りの複屈折軸の一方に沿って線形に偏光
されるならば、出力の偏光状態は変化しない。これは、
横方向の応力の方向を参照して複屈折軸の配向の測定と
して利用される。
果として複屈折を生じさせ、この複屈折は、残りの組入
れられた複屈折と、応力のために外部から誘起された複
屈折との結合であるということを教示している。応力の
結果、正味の複屈折の配向および大きさは、一般に、そ
れらの最初の値から逸脱する。これは、外部応力の方向
が複屈折軸の一方に沿ったものでないならば、ファイバ
の一方の固有偏光モードから他方のモードへ光学パワー
のいくらかを結合させる。それゆえに、もしも応力領域
における光が残りの複屈折軸の一方に沿って線形に偏光
されるならば、出力の偏光状態は変化しない。これは、
横方向の応力の方向を参照して複屈折軸の配向の測定と
して利用される。
再度第10図を参照すると、構成においてカプラ704に対
応する他方の光学偏光カプラ708は、ファイバ706の一方
の側部上に光学的に結合され、かつ他方の側部上で、単
一偏光モードを有するシングルモードファイバ714に光
学的に結合される。ファイバ706および710は、ファイバ
706の垂直および水平偏光モードにおける信号がファイ
バ710の単一の偏光装置において伝送されるようにカプ
ラ708を介して光学的に結合されている。
応する他方の光学偏光カプラ708は、ファイバ706の一方
の側部上に光学的に結合され、かつ他方の側部上で、単
一偏光モードを有するシングルモードファイバ714に光
学的に結合される。ファイバ706および710は、ファイバ
706の垂直および水平偏光モードにおける信号がファイ
バ710の単一の偏光装置において伝送されるようにカプ
ラ708を介して光学的に結合されている。
光ファイバ710は、他方の偏光カプラ712を介して、シン
グルモード複屈折ファイバ714を含むセンサ714に光学的
に結合されている。再度、カプラ712は、カプラ704とし
て形成されている。センサ714は、他方の偏光カプラ716
を介して他方の光ファイバ718に結合され、この光ファ
イバ718は好ましくは、システムにおけるセンサとレシ
ーバとの間で光信号が伝播する単一の偏光モードを有し
ている。
グルモード複屈折ファイバ714を含むセンサ714に光学的
に結合されている。再度、カプラ712は、カプラ704とし
て形成されている。センサ714は、他方の偏光カプラ716
を介して他方の光ファイバ718に結合され、この光ファ
イバ718は好ましくは、システムにおけるセンサとレシ
ーバとの間で光信号が伝播する単一の偏光モードを有し
ている。
光ファイバ718は、従来の方向性カプラ720を介して、74
0で一般的に示された受信アームにおける他方のシング
ルモードの単一偏光光ファイバ722に光学的に結合され
ている。光ファイバ722は、偏光カプラ724を介して、シ
ングルモードの複屈折光ファイバを含むレシーバ部分72
6に結合されている。
0で一般的に示された受信アームにおける他方のシング
ルモードの単一偏光光ファイバ722に光学的に結合され
ている。光ファイバ722は、偏光カプラ724を介して、シ
ングルモードの複屈折光ファイバを含むレシーバ部分72
6に結合されている。
第７図のレシーバ418および420と同様に、レシーバ726
は、センサ706または714の一方の長さに実質的に一致す
る長さのものであって、これによりレシーバ726におけ
る偏光モード間の光経路長の差は、対応するセンサ706
または714における偏光モード間の光経路長の差に実質
的に一致する。この構成において、第７図に描かれた実
施例と同様に、対応する長さの光経路を介して伝播した
レシーバ726における光信号は干渉し、対応する長さの
センサ706または714を介する光信号の伝播に影響を及ぼ
した周囲環境状態を示す位相差信号を発生する。
は、センサ706または714の一方の長さに実質的に一致す
る長さのものであって、これによりレシーバ726におけ
る偏光モード間の光経路長の差は、対応するセンサ706
または714における偏光モード間の光経路長の差に実質
的に一致する。この構成において、第７図に描かれた実
施例と同様に、対応する長さの光経路を介して伝播した
レシーバ726における光信号は干渉し、対応する長さの
センサ706または714を介する光信号の伝播に影響を及ぼ
した周囲環境状態を示す位相差信号を発生する。
レシーバ726は、他方の偏光カプラ728を介して、光信号
をそこを介して伝送するための単一偏光モードを有する
シングルモードファイバ730に結合される。光ファイバ7
30は、第７図の検出器434および436のような、他の実施
例に関して前に説明されたタイプの検出器732に光学的
に結合される。出力電気信号は、検出器732から電気出
力端子734上に伝送され、この出力電気信号は、対応す
るセンサ706または714を介する光信号の流れに影響を及
ぼす周囲環境状態の表示をもたらしている。
をそこを介して伝送するための単一偏光モードを有する
シングルモードファイバ730に結合される。光ファイバ7
30は、第７図の検出器434および436のような、他の実施
例に関して前に説明されたタイプの検出器732に光学的
に結合される。出力電気信号は、検出器732から電気出
力端子734上に伝送され、この出力電気信号は、対応す
るセンサ706または714を介する光信号の流れに影響を及
ぼす周囲環境状態の表示をもたらしている。
光ファイバ718はさらに、従来の方向性カプラ736を介し
て、一般に741で示された他方の受信レッグ（leg）に光
学的に結合され、このレッグは、上述の受信レッグ740
に対応する構成を有している。より詳細に説明すると、
受信レッグ741における光信号は、カプラ736から、シン
グルモードの、単一偏光の光ファイバ742へ伝えられ、
そこから偏光カプラ744を介して、センサ706または714
の一方の長さに対応する長さを有する光学レシーバを含
む或る長さのシングルモード複屈折ファイバ746に結合
される。レシーバ746は、偏光カプラ748を介して、その
中に単一偏光モードを有する他方のシングルモードファ
イバ750に光学的に結合される。ファイバ750は、検出器
752に光学的に結合され、この検出器752は、ファイバ75
0から電気的出力ポート754に光信号を通信し、このポー
ト754は、対応するセンサ706または714の位相差信号を
表わす電気信号を搬送する。
て、一般に741で示された他方の受信レッグ（leg）に光
学的に結合され、このレッグは、上述の受信レッグ740
に対応する構成を有している。より詳細に説明すると、
受信レッグ741における光信号は、カプラ736から、シン
グルモードの、単一偏光の光ファイバ742へ伝えられ、
そこから偏光カプラ744を介して、センサ706または714
の一方の長さに対応する長さを有する光学レシーバを含
む或る長さのシングルモード複屈折ファイバ746に結合
される。レシーバ746は、偏光カプラ748を介して、その
中に単一偏光モードを有する他方のシングルモードファ
イバ750に光学的に結合される。ファイバ750は、検出器
752に光学的に結合され、この検出器752は、ファイバ75
0から電気的出力ポート754に光信号を通信し、このポー
ト754は、対応するセンサ706または714の位相差信号を
表わす電気信号を搬送する。
もちろん、第７図に描かれた直列構成と同様に、多数の
センサとそれらの関連するカプラとが第10図の実施例に
含まれ、同様に、センサを介して流れる光信号の位相差
関係に影響を及ぼす周囲環境状態を受取りかつ検出する
多数のレシーバレッグが含まれ得るということが評価さ
れよう。センサ間で伝送される光信号のすべてがセンサ
間の共通経路に沿って進むので、センサ間の710のよう
なシングルモードの単一偏光ファイバ部分の長さは、シ
ステムの精度に影響を及ぼさないであろう。したがっ
て、光信号の位相関係におけるどのような変化もシステ
ムのこれらの非感知部分において発生しない。
センサとそれらの関連するカプラとが第10図の実施例に
含まれ、同様に、センサを介して流れる光信号の位相差
関係に影響を及ぼす周囲環境状態を受取りかつ検出する
多数のレシーバレッグが含まれ得るということが評価さ
れよう。センサ間で伝送される光信号のすべてがセンサ
間の共通経路に沿って進むので、センサ間の710のよう
なシングルモードの単一偏光ファイバ部分の長さは、シ
ステムの精度に影響を及ぼさないであろう。したがっ
て、光信号の位相関係におけるどのような変化もシステ
ムのこれらの非感知部分において発生しない。
第７図に描かれた構成は、センサ404のアームの光経路
長の差が、光源の少なくとも１コヒーレンス長だけセン
サ406のアームの経路長の差と異なっていなければなら
ないということを要求するということが思い出されるで
あろう。付加的なセンサが直接構成に加えられるとき
に、種々の光経路間干渉は、システムのセンサの光経路
長の差が、指数関数的に増大しかつ光源のコヒーレンス
長の倍数に基づく大きさだけ互いに異なるように要求す
ることによって避けられる。
長の差が、光源の少なくとも１コヒーレンス長だけセン
サ406のアームの経路長の差と異なっていなければなら
ないということを要求するということが思い出されるで
あろう。付加的なセンサが直接構成に加えられるとき
に、種々の光経路間干渉は、システムのセンサの光経路
長の差が、指数関数的に増大しかつ光源のコヒーレンス
長の倍数に基づく大きさだけ互いに異なるように要求す
ることによって避けられる。
第10図のシステムはまた、光源のコヒーレンス長に基づ
くセンサ間の光経路長の差の分離を必要としている。し
かしながら、複屈折ファイバにおける直交モード間の光
経路長の差は偏光の位相速度の差に基づいているので、
干渉を避けるために必要なこれらの偏光モード間の経路
長の差は、光信号の光波長およびビート長に関連するフ
ァイバの長さに基づいている。特に、複屈折ファイバの
長さ（ｌ）と、このファイバ内の光経路の光経路長の差
（Δｌ）との間の関係は、次のように表わされる： Δｌ＝ｌ（λ／λｂ） …（４） ここで、λは光信号の波長であり、かつ λｂは、光信号のビート長である。
くセンサ間の光経路長の差の分離を必要としている。し
かしながら、複屈折ファイバにおける直交モード間の光
経路長の差は偏光の位相速度の差に基づいているので、
干渉を避けるために必要なこれらの偏光モード間の経路
長の差は、光信号の光波長およびビート長に関連するフ
ァイバの長さに基づいている。特に、複屈折ファイバの
長さ（ｌ）と、このファイバ内の光経路の光経路長の差
（Δｌ）との間の関係は、次のように表わされる： Δｌ＝ｌ（λ／λｂ） …（４） ここで、λは光信号の波長であり、かつ λｂは、光信号のビート長である。
当業者は、ビート長に対する波長の比率が典型的には、
任意のファイバに対して任意の数であり、かつこの数は
一般にファイバの製造業者から得られるということを評
価するであろう。
任意のファイバに対して任意の数であり、かつこの数は
一般にファイバの製造業者から得られるということを評
価するであろう。
以上のことに基づいて、干渉を避けるために必要な第１
のセンサ706の長さは次のように定義される。
のセンサ706の長さは次のように定義される。
（λ／λｂ）ｌ＞lc …（５） したがって、 ｌ＞（λb/λ）lc …（６） 上述の長さは、これらの種々の光経路間の干渉が排除さ
れるようにシステムのセンサ間の経路長の差の分離が決
定される大きさとなる。
れるようにシステムのセンサ間の経路長の差の分離が決
定される大きさとなる。
第10図の実施例の重要な利点の１つは、複屈折ファイバ
の偏光モードによって規定された光経路の使用が、シス
テムのオペレーションを劣化させることなく、レシーバ
726とその対応するセンサ706および714との物理的長さ
の間で、第７図の実施例よりも大きな差を許容するとい
うことである。第７図に示された実施例のような直列実
施例の場合に、センサの光経路差とレシーバの光経路差
との間の差は、光源の１コヒーレンス長よりもはるかに
小さくなければならない。超発光ダイオードに対して、
この光源コヒーレンス長（Lc）は典型的には、約50μｍ
のオーダにある。したがって、第７図ないし第９図に示
されたような直列構成のセンサおよびレシーバ間の光経
路差における差は、その差がこの大きさ以下であるよう
な長さのものである必要があろう。しかしながら、複屈
折ファイバの使用によって、波長とビート長との間の比
率は活動し始める。第10図の実施例において利用され得
るそして商業的市場において一般に利用可能な多くの光
ファイバは、１μｍのオーダの波長で作動されるときに
１ないし3mmのオーダのビート長を有する。センサおよ
びレシーバの長さの間の許容可能な差を表わす複屈折フ
ァイバの関係は次のとおりである： （λ／λｂ）|l1−L1|《Lc …（７） ここで、l1は感知ファイバの長さであり、かつ L1は受信ファイバの長さである。
の偏光モードによって規定された光経路の使用が、シス
テムのオペレーションを劣化させることなく、レシーバ
726とその対応するセンサ706および714との物理的長さ
の間で、第７図の実施例よりも大きな差を許容するとい
うことである。第７図に示された実施例のような直列実
施例の場合に、センサの光経路差とレシーバの光経路差
との間の差は、光源の１コヒーレンス長よりもはるかに
小さくなければならない。超発光ダイオードに対して、
この光源コヒーレンス長（Lc）は典型的には、約50μｍ
のオーダにある。したがって、第７図ないし第９図に示
されたような直列構成のセンサおよびレシーバ間の光経
路差における差は、その差がこの大きさ以下であるよう
な長さのものである必要があろう。しかしながら、複屈
折ファイバの使用によって、波長とビート長との間の比
率は活動し始める。第10図の実施例において利用され得
るそして商業的市場において一般に利用可能な多くの光
ファイバは、１μｍのオーダの波長で作動されるときに
１ないし3mmのオーダのビート長を有する。センサおよ
びレシーバの長さの間の許容可能な差を表わす複屈折フ
ァイバの関係は次のとおりである： （λ／λｂ）|l1−L1|《Lc …（７） ここで、l1は感知ファイバの長さであり、かつ L1は受信ファイバの長さである。
0.001のビート長対波長の比率を有するファイバを用い
て、上述の方程式は、レシーバに比較してセンサの光フ
ァイバ長の差が5cmよりもはるかに小さくなるべきであ
るということを示している。ライン長におけるそのよう
な差は、第10図に描かれたようなタイプの分散されたセ
ンサシステムの製造において比較的容易に達成されるで
あろうということが評価されよう。
て、上述の方程式は、レシーバに比較してセンサの光フ
ァイバ長の差が5cmよりもはるかに小さくなるべきであ
るということを示している。ライン長におけるそのよう
な差は、第10図に描かれたようなタイプの分散されたセ
ンサシステムの製造において比較的容易に達成されるで
あろうということが評価されよう。
選択的に、第10図の実施例において用いられるシングル
モードの、単一偏光ファイバは、複屈折ファイバで置換
えることができる。複屈折ファイバ内で単一偏光モード
を得るために、ファイバ上に偏光子が含まれる。選択さ
れた偏光の信号の伝播を制御する偏光子は、先行技術に
おいてよく知られている。この発明に用いることができ
る偏光子の一実施例は、1983年６月７日に発行され、
“偏光子および方法（Polarizer and Method）”と題さ
れた米国特許第4,386,822号においてBerghによって開示
されている。この特許は援用されてここに取入れられて
いる。さらに、シングルモードの、単一偏光ファイバが
複屈折ファイバによって置換えられる場合、カプラ407,
408および416は、カプラの一方側部上の複屈折ファイバ
における双方の偏光と、カプラの他方の側部上の複屈折
ファイバの双方の偏光との間で結合するであろう。これ
は、上述のように、適当な角度でファイバを偏光軸に突
合せ接続することによって実現される。代わりに、この
タイプの結合は、702,706,710,714および718などのセン
サおよび光学的に結合されたファイバのすべてを含むよ
うに単一の連続するシングルモード複屈折ファイバを利
用し、かつ結合が望まれる複屈折ファイバ上のこれらの
位置に横断する圧力を周期的に加えることによって実現
され得る。この横方向の力を加えるための装置は、第26
図を参照して後で説明される。
モードの、単一偏光ファイバは、複屈折ファイバで置換
えることができる。複屈折ファイバ内で単一偏光モード
を得るために、ファイバ上に偏光子が含まれる。選択さ
れた偏光の信号の伝播を制御する偏光子は、先行技術に
おいてよく知られている。この発明に用いることができ
る偏光子の一実施例は、1983年６月７日に発行され、
“偏光子および方法（Polarizer and Method）”と題さ
れた米国特許第4,386,822号においてBerghによって開示
されている。この特許は援用されてここに取入れられて
いる。さらに、シングルモードの、単一偏光ファイバが
複屈折ファイバによって置換えられる場合、カプラ407,
408および416は、カプラの一方側部上の複屈折ファイバ
における双方の偏光と、カプラの他方の側部上の複屈折
ファイバの双方の偏光との間で結合するであろう。これ
は、上述のように、適当な角度でファイバを偏光軸に突
合せ接続することによって実現される。代わりに、この
タイプの結合は、702,706,710,714および718などのセン
サおよび光学的に結合されたファイバのすべてを含むよ
うに単一の連続するシングルモード複屈折ファイバを利
用し、かつ結合が望まれる複屈折ファイバ上のこれらの
位置に横断する圧力を周期的に加えることによって実現
され得る。この横方向の力を加えるための装置は、第26
図を参照して後で説明される。
光ファイバ718が複屈折ファイバを含むときに、カプラ7
20および736は好ましくは、偏光を保つ方向性カプラで
あり、ファイバ718における直交偏光モードからの光信
号を複屈折ファイバ722および742における対応する直交
偏光モードに結合する。ファイバ間の結合時に偏光を保
つ１つの手法は、第２図に関して説明されたような従来
の方向性カプラを使用し、かつ偏光のそれらの方法が共
通平面で整列されるようにファイバをその中に整列させ
るということである。したがって、たとえば、カプラ72
0において、ファイバ718の垂直偏光の平面は、ファイバ
722の平面と平面整列されるべきである。同様に、これ
らのファイバの水平偏光の平面は、平面整列されるべき
である。この構成において、同様の偏光の光経路は、そ
れら自身とのみ結合するであろう。偏光の軸を識別する
方法は以上のように説明され、ここではカプラ720にお
いてファイバ718および722を適当に整列させるために用
いられる。
20および736は好ましくは、偏光を保つ方向性カプラで
あり、ファイバ718における直交偏光モードからの光信
号を複屈折ファイバ722および742における対応する直交
偏光モードに結合する。ファイバ間の結合時に偏光を保
つ１つの手法は、第２図に関して説明されたような従来
の方向性カプラを使用し、かつ偏光のそれらの方法が共
通平面で整列されるようにファイバをその中に整列させ
るということである。したがって、たとえば、カプラ72
0において、ファイバ718の垂直偏光の平面は、ファイバ
722の平面と平面整列されるべきである。同様に、これ
らのファイバの水平偏光の平面は、平面整列されるべき
である。この構成において、同様の偏光の光経路は、そ
れら自身とのみ結合するであろう。偏光の軸を識別する
方法は以上のように説明され、ここではカプラ720にお
いてファイバ718および722を適当に整列させるために用
いられる。
720および736のような方向性カプラが、偏光を保つよう
にされるならば、偏光子は、シングルモードの複屈折フ
ァイバ722および742において必要ではない。
にされるならば、偏光子は、シングルモードの複屈折フ
ァイバ722および742において必要ではない。
第12図は、センサおよびレシーバとして複屈折のシング
ルモードファイバを用いる、分散されたセンサシステム
の直列構成の他の好ましい実施例を描いている。第12図
の実施例は、機能的には第８図に描かれた実施例に対応
している。さらに、第12図は、システム全体を通じてシ
ングルモードの複屈折ファイバが用いられ、かつファイ
バ710のようなセンサ間の単一の偏光ファイバがシステ
ムから除去されるときに、第10図に描かれた実施例に物
理的に対応している。
ルモードファイバを用いる、分散されたセンサシステム
の直列構成の他の好ましい実施例を描いている。第12図
の実施例は、機能的には第８図に描かれた実施例に対応
している。さらに、第12図は、システム全体を通じてシ
ングルモードの複屈折ファイバが用いられ、かつファイ
バ710のようなセンサ間の単一の偏光ファイバがシステ
ムから除去されるときに、第10図に描かれた実施例に物
理的に対応している。
特に、第12図の実施例は、好ましくは短いコヒーレンス
長を有する光信号を与える光源100を含んでいる。光源1
00は、光ファイバ752を介して、そして複屈折ファイバ
からなるセンサ756へカプラ754を介して光学的に結合さ
れている。カプラ754は、第10図に関して説明されたタ
イプの偏光カプラを含んでいる。センサ756は、その端
部においてカプラ758を介して、複屈折ファイバを含む
他方のセンサ760に光学的に結合されている。再度、カ
プラ758は、カプラ754と同様の偏光カプラであってもよ
い。センサ760は、他方の偏光カプラ762を介して或る長
さの複屈折ファイバ764に結合され、このファイバ764
は、センサから装置の受信部分に信号を通信する。
長を有する光信号を与える光源100を含んでいる。光源1
00は、光ファイバ752を介して、そして複屈折ファイバ
からなるセンサ756へカプラ754を介して光学的に結合さ
れている。カプラ754は、第10図に関して説明されたタ
イプの偏光カプラを含んでいる。センサ756は、その端
部においてカプラ758を介して、複屈折ファイバを含む
他方のセンサ760に光学的に結合されている。再度、カ
プラ758は、カプラ754と同様の偏光カプラであってもよ
い。センサ760は、他方の偏光カプラ762を介して或る長
さの複屈折ファイバ764に結合され、このファイバ764
は、センサから装置の受信部分に信号を通信する。
ファイバ764は、偏光保持方向性カプラ770および772を
介して766および768で一般に示された受信アームの各々
に光学的に結合される。カプラ770および772は、第10図
に関して上述された偏光保持カプラ720および736に対応
する。カプラ770および772は、ファイバ764から、それ
ぞれ一般に766および768で示されたレシーバアームに信
号を光学的に結合する。レシーバアーム766および768の
複屈折ファイバ構成は、これらの受信アームの種々の構
成要素として複屈折ファイバが用いられるときに第10図
の実施例において説明されたこれらのアームに対する構
成に対応している。したがって、アーム766および768の
構成要素は、第10図の実施例における関連するアームに
対応するように番号が付されている。
介して766および768で一般に示された受信アームの各々
に光学的に結合される。カプラ770および772は、第10図
に関して上述された偏光保持カプラ720および736に対応
する。カプラ770および772は、ファイバ764から、それ
ぞれ一般に766および768で示されたレシーバアームに信
号を光学的に結合する。レシーバアーム766および768の
複屈折ファイバ構成は、これらの受信アームの種々の構
成要素として複屈折ファイバが用いられるときに第10図
の実施例において説明されたこれらのアームに対する構
成に対応している。したがって、アーム766および768の
構成要素は、第10図の実施例における関連するアームに
対応するように番号が付されている。
もちろん、どのような所望の数のセンサアームも、それ
らをセンサ756と760との間で描かれた態様で接続するこ
とによって、直列に加えることができるということが評
価されよう。同様に、付加的な受信アームは、これらの
付加的なセンサにおいて発生する位相差の変化を受信し
かつ検出するように加えることができる。
らをセンサ756と760との間で描かれた態様で接続するこ
とによって、直列に加えることができるということが評
価されよう。同様に、付加的な受信アームは、これらの
付加的なセンサにおいて発生する位相差の変化を受信し
かつ検出するように加えることができる。
第10図におけるファイバ710のような、接続ファイバ上
への結合のためにセンサ間でパワーの損失がないので、
伝送パワーに関する限り、第12図に描かれた実施例は第
10図の実施例を越える利点を有しているということが注
目されよう。一方、第12図の実施例におけるように互い
に隣接するセンサを位置決めすることは、第10図の実施
例において実現され得るように、異なる物理的領域にお
ける周囲環境の影響を感知する能力を制限する。第12図
の実施例は、もし所望するならばセンサが一定距離離れ
て配置されるように調整され得るということが評価され
よう。特に、すべての第２の長さの複屈折ファイバは単
に、これらの接続ファイバにおける信号を検出するため
に整合されたどのような受信アームも与えないことによ
って、２つのセンサ間の接続として作用する。
への結合のためにセンサ間でパワーの損失がないので、
伝送パワーに関する限り、第12図に描かれた実施例は第
10図の実施例を越える利点を有しているということが注
目されよう。一方、第12図の実施例におけるように互い
に隣接するセンサを位置決めすることは、第10図の実施
例において実現され得るように、異なる物理的領域にお
ける周囲環境の影響を感知する能力を制限する。第12図
の実施例は、もし所望するならばセンサが一定距離離れ
て配置されるように調整され得るということが評価され
よう。特に、すべての第２の長さの複屈折ファイバは単
に、これらの接続ファイバにおける信号を検出するため
に整合されたどのような受信アームも与えないことによ
って、２つのセンサ間の接続として作用する。
第12図の実施例は、単一の長さの複屈折ファイバを用い
ることによって、センサ756および760と、システムの非
感知、接続部分764とを含むように構成され得る。同様
に、各受信アーム766および768は、別々の長さの複屈折
ファイバを備えることができる。この構成において、複
屈折ファイバ部分間のカプラの各々は、複屈折ファイバ
の直交偏光モード間で光信号を結合するために横方向の
応力を周期的に加えるカプラを含むことができるであろ
う。そのような装置は、第26図に描かれており、さらに
以下に詳細に説明される。複屈折ファイバの連続するス
トランドの使用は、突合せ結合と突合せ結合を完了する
ために必要なファイバの整列プロセスとが必要でないの
で、装置の製造を簡略化することができる。
ることによって、センサ756および760と、システムの非
感知、接続部分764とを含むように構成され得る。同様
に、各受信アーム766および768は、別々の長さの複屈折
ファイバを備えることができる。この構成において、複
屈折ファイバ部分間のカプラの各々は、複屈折ファイバ
の直交偏光モード間で光信号を結合するために横方向の
応力を周期的に加えるカプラを含むことができるであろ
う。そのような装置は、第26図に描かれており、さらに
以下に詳細に説明される。複屈折ファイバの連続するス
トランドの使用は、突合せ結合と突合せ結合を完了する
ために必要なファイバの整列プロセスとが必要でないの
で、装置の製造を簡略化することができる。
第13図は、複屈折ファイバセンサを利用し、さらに第９
図に描かれた実施例に機能的に対応するこの発明の他の
実施例を描いている。第13図の実施例は、好ましくは短
いコヒーレンス長を有する光源100を含んでいる。ダイ
オード100は、シングルモードの、単一偏光ファイバ802
に光学的に結合される。ファイバ802は、方向性カプラ8
04および806を介して、それぞれセンサ808および810を
含む複屈折ファイバの第１の端部に光学的に結合され
る。センサ808および810は、それらの第２の端部におい
て、方向性カプラ812および814を介して、シングルモー
ドの、単一偏光ファイバ816に光学的に結合される。
図に描かれた実施例に機能的に対応するこの発明の他の
実施例を描いている。第13図の実施例は、好ましくは短
いコヒーレンス長を有する光源100を含んでいる。ダイ
オード100は、シングルモードの、単一偏光ファイバ802
に光学的に結合される。ファイバ802は、方向性カプラ8
04および806を介して、それぞれセンサ808および810を
含む複屈折ファイバの第１の端部に光学的に結合され
る。センサ808および810は、それらの第２の端部におい
て、方向性カプラ812および814を介して、シングルモー
ドの、単一偏光ファイバ816に光学的に結合される。
カプラ804および806において信号が結合されるときに、
これらの信号は、ファイバ802における単一偏光モード
から、ファイバ808および810における双方の偏光モード
に転送される。これは、第２図に描かれたような方向性
カプラにおいて複屈折ファイバ808および810のコアを適
正に配向することによって実現される。最も一般的に
は、コアは、複屈折ファイバ808および810における偏光
モードの各々の方向がファイバ808における単一偏光モ
ードの角度に対してほぼ45゜の角度になるように配向さ
れる。同様に、信号がカプラ812および814において結合
されるときに、ファイバ808および810は一般に、複屈折
ファイバ808および810における偏光の方向がファイバ81
6における単一偏光モードに対してほぼ45゜になるよう
にファイバ816に対してカプラ内に配向される。この態
様で、複屈折ファイバにおける双方の偏光モードの成分
は、単一偏光ファイバの単一偏光モードにおいて進むよ
うに結合され、さらにその逆も同様である。
これらの信号は、ファイバ802における単一偏光モード
から、ファイバ808および810における双方の偏光モード
に転送される。これは、第２図に描かれたような方向性
カプラにおいて複屈折ファイバ808および810のコアを適
正に配向することによって実現される。最も一般的に
は、コアは、複屈折ファイバ808および810における偏光
モードの各々の方向がファイバ808における単一偏光モ
ードの角度に対してほぼ45゜の角度になるように配向さ
れる。同様に、信号がカプラ812および814において結合
されるときに、ファイバ808および810は一般に、複屈折
ファイバ808および810における偏光の方向がファイバ81
6における単一偏光モードに対してほぼ45゜になるよう
にファイバ816に対してカプラ内に配向される。この態
様で、複屈折ファイバにおける双方の偏光モードの成分
は、単一偏光ファイバの単一偏光モードにおいて進むよ
うに結合され、さらにその逆も同様である。
ファイバ816は、方向性カプラ818および820において、
複屈折ファイバ822および824に光学的に結合され、これ
らのファイバ822および824はそれぞれ、受信アーム826
および828の一部を含んでいる。カプラ818および820
は、そのタイプにおいてカプラ804および806に対応し、
かつファイバ816,822および824は、上述のファイバ802,
808および810に関して説明された態様でカプラ818およ
び820に配置される。センサ822および824から、光信号
は、それぞれ偏光カプラ830および832を介して、シング
ルモードの単一偏光ファイバ834および836に通信され
る。カプラ830および832は、第10図の偏光カプラ728お
よび748に対応する。ファイバ834および836は、それぞ
れ、検出器838および840に結合され、これらの検出器83
8および840は、センサ808および810にそれぞれ影響を及
ぼす周囲環境状態を表わす信号を出力電気端子842およ
び844上に通信する。
複屈折ファイバ822および824に光学的に結合され、これ
らのファイバ822および824はそれぞれ、受信アーム826
および828の一部を含んでいる。カプラ818および820
は、そのタイプにおいてカプラ804および806に対応し、
かつファイバ816,822および824は、上述のファイバ802,
808および810に関して説明された態様でカプラ818およ
び820に配置される。センサ822および824から、光信号
は、それぞれ偏光カプラ830および832を介して、シング
ルモードの単一偏光ファイバ834および836に通信され
る。カプラ830および832は、第10図の偏光カプラ728お
よび748に対応する。ファイバ834および836は、それぞ
れ、検出器838および840に結合され、これらの検出器83
8および840は、センサ808および810にそれぞれ影響を及
ぼす周囲環境状態を表わす信号を出力電気端子842およ
び844上に通信する。
選択的に、ファイバ802,816,834および836のいずれも、
シングルモードの、複屈折ファイバを含むことができ
る。このような状況下において、ファイバ802における
センサ間にそしてファイバ816におけるセンサおよびレ
シーバ間に単一の光経路が設けられこれによりこれらの
非感知領域における光信号の位相関係への周囲環境の影
響を防ぐように、偏光子がファイバ802および816に必要
とされるであろう。
シングルモードの、複屈折ファイバを含むことができ
る。このような状況下において、ファイバ802における
センサ間にそしてファイバ816におけるセンサおよびレ
シーバ間に単一の光経路が設けられこれによりこれらの
非感知領域における光信号の位相関係への周囲環境の影
響を防ぐように、偏光子がファイバ802および816に必要
とされるであろう。
第10図のレシーバアーム740および741は、第13図のレシ
ーバアーム826および828と実質的に等しくかつ完全に交
換可能であるということが注目される。同様に、方向性
カプラ804,806,812および814の各々は、第10図の720の
ような偏光維持カプラと、同図の724のような偏光カプ
ラとの組合わせによって置換えることができる。また、
第12図のシステムにおいて、方向性カプラ770と、ファ
イバ722と、偏光カプラ724との（または772と,742と、7
44との）組合わされたオペレーションは、ファイバ764
の双方の偏光からファイバ726（または746）の双方の偏
光へ光学パワーを結合する単一の装置によって実行され
得る。２つの複屈折ファイバの２つの偏光の間で結合す
るための１つのそのようなカプラは、２つのファイバの
偏光軸が互いに平行に整列されないならば、第２図に描
かれた設計を用いて構成され得る。そのようなカプラの
現実の結合係数は、偏光軸間の角度、ファイバの複屈
折、ファイバ間の距離および結合長さなどのいくつかの
パラメータに依存している。
ーバアーム826および828と実質的に等しくかつ完全に交
換可能であるということが注目される。同様に、方向性
カプラ804,806,812および814の各々は、第10図の720の
ような偏光維持カプラと、同図の724のような偏光カプ
ラとの組合わせによって置換えることができる。また、
第12図のシステムにおいて、方向性カプラ770と、ファ
イバ722と、偏光カプラ724との（または772と,742と、7
44との）組合わされたオペレーションは、ファイバ764
の双方の偏光からファイバ726（または746）の双方の偏
光へ光学パワーを結合する単一の装置によって実行され
得る。２つの複屈折ファイバの２つの偏光の間で結合す
るための１つのそのようなカプラは、２つのファイバの
偏光軸が互いに平行に整列されないならば、第２図に描
かれた設計を用いて構成され得る。そのようなカプラの
現実の結合係数は、偏光軸間の角度、ファイバの複屈
折、ファイバ間の距離および結合長さなどのいくつかの
パラメータに依存している。
このようなシステム間における１つの相違は、第10図お
よび第12図における種々のセンサを介して進む光信号の
干渉を排除するために、システムに加えられた第10図お
よび第12図のシステムにおける各センサの光経路長の差
が、各付加されたセンサに従って指数関数的に増大する
光源のコヒーレンス長の倍数だけすべての先行するセン
サの光経路長の差と異なっていなければならないという
ことである。反対に、第13図の実施例における新しいセ
ンサの各々の光経路長の差は、各付加されたセンサに従
って線形に増大する光源のコヒーレンス長の倍数だけす
べての先行するセンサの光経路長の差と異なっていなけ
ればならない。
よび第12図における種々のセンサを介して進む光信号の
干渉を排除するために、システムに加えられた第10図お
よび第12図のシステムにおける各センサの光経路長の差
が、各付加されたセンサに従って指数関数的に増大する
光源のコヒーレンス長の倍数だけすべての先行するセン
サの光経路長の差と異なっていなければならないという
ことである。反対に、第13図の実施例における新しいセ
ンサの各々の光経路長の差は、各付加されたセンサに従
って線形に増大する光源のコヒーレンス長の倍数だけす
べての先行するセンサの光経路長の差と異なっていなけ
ればならない。
出力信号の差動検波は、出力ファイバ730,750（第10図
および第12図）と、834および836（第13図）とを、産業
分野において周知のタイプの偏光ビームスプリッタ（図
示せず）と、２つの光学検出器（図示せず）とが後に続
く複屈折ファイバによって置換えることによって、第10
図，第12図および第13図に描かれたシステムのいずれに
おいても提供され得る。各検出器は、偏光されたビーム
スプリッタからのビームのうちの１つに光学的に結合さ
れるであろう。２つの検出器からの電気信号はその後、
差動増幅器（図示せず）において減算されて、対応する
センサを介して伝送される光信号間の位相差を識別する
ことができるであろう。
および第12図）と、834および836（第13図）とを、産業
分野において周知のタイプの偏光ビームスプリッタ（図
示せず）と、２つの光学検出器（図示せず）とが後に続
く複屈折ファイバによって置換えることによって、第10
図，第12図および第13図に描かれたシステムのいずれに
おいても提供され得る。各検出器は、偏光されたビーム
スプリッタからのビームのうちの１つに光学的に結合さ
れるであろう。２つの検出器からの電気信号はその後、
差動増幅器（図示せず）において減算されて、対応する
センサを介して伝送される光信号間の位相差を識別する
ことができるであろう。
２−モードファイバの実施例 第10図，第12図および第13図を参照して説明されたシス
テムは、高複屈折ファイバにおける２つの直交して偏光
されたモード間の干渉に基づいている。２−モードファ
イバにおける２つの空間的に直交するモード間の干渉に
基づいて類似の構成が設計され得る。
テムは、高複屈折ファイバにおける２つの直交して偏光
されたモード間の干渉に基づいている。２−モードファ
イバにおける２つの空間的に直交するモード間の干渉に
基づいて類似の構成が設計され得る。
ファイバ光学モード理論は、第11図に関して既に説明さ
れた。第11図を参照すると、２−モードファイバは現実
に、描かれたように６つのモードを伝播するということ
が思い出されるであろう。当業者は、円筒状の対称性を
伴なったファイバにおいて、基本モードセットが２倍退
化されるということを評価するであろう。言い換える
と、基本モードの２つの直交する偏光を伝播する光信号
は、同一の位相速度で伝播するであろう。同様に、２次
モードセットは、２次の退化した、直交偏光されたモー
ドからなり、これらの対はそれら自身の間でほとんど退
化されている。偏光間のこの退化は、応力によって誘起
された異方性によって、または代わりに２−モードファ
イバにおける楕円形のコアを用いることによって向上さ
れ得るということがよく知られている。楕円形のコアの
導入はまた、２次モードの退化に近いものをも向上させ
るであろう。
れた。第11図を参照すると、２−モードファイバは現実
に、描かれたように６つのモードを伝播するということ
が思い出されるであろう。当業者は、円筒状の対称性を
伴なったファイバにおいて、基本モードセットが２倍退
化されるということを評価するであろう。言い換える
と、基本モードの２つの直交する偏光を伝播する光信号
は、同一の位相速度で伝播するであろう。同様に、２次
モードセットは、２次の退化した、直交偏光されたモー
ドからなり、これらの対はそれら自身の間でほとんど退
化されている。偏光間のこの退化は、応力によって誘起
された異方性によって、または代わりに２−モードファ
イバにおける楕円形のコアを用いることによって向上さ
れ得るということがよく知られている。楕円形のコアの
導入はまた、２次モードの退化に近いものをも向上させ
るであろう。
このような退化がファイバの適正な設計によって向上さ
れるときに、光は、同一モードセットにおける他のモー
ドにまたは他のモードセットにおけるいずれかのモード
に明らかに結合されることなくこのモードセットにおけ
るモードのいずれか１つにおいて伝播することができ
る。
れるときに、光は、同一モードセットにおける他のモー
ドにまたは他のモードセットにおけるいずれかのモード
に明らかに結合されることなくこのモードセットにおけ
るモードのいずれか１つにおいて伝播することができ
る。
以下の議論の目的で、２−モードファイバが上述のよう
に構成され、これによりこれらのファイバはこのような
退化を取除きながらモードを維持しているものと仮定す
る。したがって、基本モードセットにおけるただ１つの
モードおよび２次モードセットにおける１つのモードの
みが光信号の伝播のために与えられると考えられる。こ
のような条件下において、第10図，第12図および第13図
は、分散された干渉計センサの図解を含んでおり、これ
らのオペレーションは、２−モードファイバにおける基
本および２次モード間の干渉に基づいている。
に構成され、これによりこれらのファイバはこのような
退化を取除きながらモードを維持しているものと仮定す
る。したがって、基本モードセットにおけるただ１つの
モードおよび２次モードセットにおける１つのモードの
みが光信号の伝播のために与えられると考えられる。こ
のような条件下において、第10図，第12図および第13図
は、分散された干渉計センサの図解を含んでおり、これ
らのオペレーションは、２−モードファイバにおける基
本および２次モード間の干渉に基づいている。
第10図を参照すると、このシステムは、太い線702,706,
714,726および746によって描かれた光ファイバが２−モ
ードファイバを含み、かつ細い線によって描かれたファ
イバがシングルモードファイバを含むということを除い
て、複屈折ファイバ実施例に対して先に説明されたよう
に機能する。704,708,712および716のような円で表わさ
れたカプラは、シングルモードファイバの基本モード
と、２−モードファイバの基本および２次モードの双方
との間で光信号を結合するように機能する。この結合装
置は、第14図において描かれた態様で光ファイバを突合
せ接続することによって実現される。
714,726および746によって描かれた光ファイバが２−モ
ードファイバを含み、かつ細い線によって描かれたファ
イバがシングルモードファイバを含むということを除い
て、複屈折ファイバ実施例に対して先に説明されたよう
に機能する。704,708,712および716のような円で表わさ
れたカプラは、シングルモードファイバの基本モード
と、２−モードファイバの基本および２次モードの双方
との間で光信号を結合するように機能する。この結合装
置は、第14図において描かれた態様で光ファイバを突合
せ接続することによって実現される。
より詳細に説明すると、第14図は、垂直に偏光された基
本モードを有するシングルモード光ファイバ850を描い
ている。ファイバ850は、第11図に関して説明されたよ
うに、垂直偏光を有する基本モードと、垂直−直交配向
を含む２次モードとを有する２−モード光ファイバ852
に突合せ結合されている。ファイバの中央軸がずらされ
るようにファイバ850をファイバ852に突合せ結合するこ
とによって、ファイバ850から、ファイバ852の垂直偏光
された基本モードと、垂直−直交２次モードとの双方
に、垂直に偏光された信号を結合することが可能であ
る。もちろん、２−モードファイバ852からシングルモ
ードファイバ850への結合もまた、この結合構成を用い
て実現可能である。この実施例において、カプラ720お
よび736は、ファイバ718からファイバ722および742に光
信号を伝える従来の方向性カプラを含んでいる。
本モードを有するシングルモード光ファイバ850を描い
ている。ファイバ850は、第11図に関して説明されたよ
うに、垂直偏光を有する基本モードと、垂直−直交配向
を含む２次モードとを有する２−モード光ファイバ852
に突合せ結合されている。ファイバの中央軸がずらされ
るようにファイバ850をファイバ852に突合せ結合するこ
とによって、ファイバ850から、ファイバ852の垂直偏光
された基本モードと、垂直−直交２次モードとの双方
に、垂直に偏光された信号を結合することが可能であ
る。もちろん、２−モードファイバ852からシングルモ
ードファイバ850への結合もまた、この結合構成を用い
て実現可能である。この実施例において、カプラ720お
よび736は、ファイバ718からファイバ722および742に光
信号を伝える従来の方向性カプラを含んでいる。
動作において、第10図の２−モード実施例は、光源100
からシングルモードファイバ702を介してカプラ704に通
信される光信号を含み、ここでファイバ702からの信号
は２−モードファイバ光学センサ706の基本および２次
モードの双方を伝播するように結合される。これらの信
号はその後、カプラ708を通過し、信号はシングルモー
ドファイバ710の単一偏光モードで伝播するように結合
される。カプラ712において、ファイバ710からの信号
は、２−モード光ファイバセンサ714の基本および２次
モードの双方を伝播するように再度結合され、さらにカ
プラ716において、信号はシングルモードファイバ718を
介して単一偏光で進むように結合される。カプラ720に
おいて、ファイバ718からの信号の一部は光ファイバ722
に伝えられ、２−モードファイバ光学レシーバ726の基
本および２次モードに結合されるようにそこからカプラ
724を介して通過する。既に説明されたように、ファイ
バ726におけるモードは、センサ706またはファイバ714
のいずれかのモードに光経路長の差において対応してい
る。したがって、対応するセンサの光経路を介して通過
した信号は、レシーバ726において干渉して対応するセ
ンサに影響を及ぼす周囲環境状態を表わす差の信号を発
生する。差の信号は、カプラ728を介してシングルモー
ドファイバ730の単一偏光モードに通信される。この信
号はその後、検出器732において検出され、振幅信号と
して電気端子734を介して他のモニタリング装置に通信
される。
からシングルモードファイバ702を介してカプラ704に通
信される光信号を含み、ここでファイバ702からの信号
は２−モードファイバ光学センサ706の基本および２次
モードの双方を伝播するように結合される。これらの信
号はその後、カプラ708を通過し、信号はシングルモー
ドファイバ710の単一偏光モードで伝播するように結合
される。カプラ712において、ファイバ710からの信号
は、２−モード光ファイバセンサ714の基本および２次
モードの双方を伝播するように再度結合され、さらにカ
プラ716において、信号はシングルモードファイバ718を
介して単一偏光で進むように結合される。カプラ720に
おいて、ファイバ718からの信号の一部は光ファイバ722
に伝えられ、２−モードファイバ光学レシーバ726の基
本および２次モードに結合されるようにそこからカプラ
724を介して通過する。既に説明されたように、ファイ
バ726におけるモードは、センサ706またはファイバ714
のいずれかのモードに光経路長の差において対応してい
る。したがって、対応するセンサの光経路を介して通過
した信号は、レシーバ726において干渉して対応するセ
ンサに影響を及ぼす周囲環境状態を表わす差の信号を発
生する。差の信号は、カプラ728を介してシングルモー
ドファイバ730の単一偏光モードに通信される。この信
号はその後、検出器732において検出され、振幅信号と
して電気端子734を介して他のモニタリング装置に通信
される。
同様に、第10図の受信レッグ741は、レシーバ46の光経
路長の差に対応する光経路長の差を有するセンサ706ま
たは714を介して伝播した信号を受信するように機能す
る。したがって、レシーバ746における信号間で干渉が
生じ、対応するセンサ706または714における別々のモー
ドを介して進む光信号の位相に変化を引起こす周囲環境
状態を表わす差の信号を発生する。
路長の差に対応する光経路長の差を有するセンサ706ま
たは714を介して伝播した信号を受信するように機能す
る。したがって、レシーバ746における信号間で干渉が
生じ、対応するセンサ706または714における別々のモー
ドを介して進む光信号の位相に変化を引起こす周囲環境
状態を表わす差の信号を発生する。
選択的に、第10図における細い線で表わされたシングル
モードの非感知ファイバはまた、２−モードファイバに
よって置換えることができる。この構成において、２次
モードを除去するためにモードフィルタまたはストリッ
パが利用される。２次モードを除去するための方法は産
業分野において周知であり、かつマンドレル上で２−モ
ードファイバを包むようなことを含んでいる。モードス
トリッパのこの周知の形式は、Y.Katsuyamaによるエレ
クトロニクスレターズ（Electronics Letters）の15,44
2（1979年）の“モードフィルタを使用することによる
光ファイバの２−モード領域におけるシングルモード伝
播（Single Mode Propagation in a Two Mode Regi
on of Optical Fiber by Using Mode Filter）”
と題された論文において議論されている。この論文は、
援用されてここに取入れられている。他の周知のモード
ストリッピング手法は、２−モードファイバを加熱し、
さらにその後そのファイバを引張ってその直径を減少さ
せることを含んでいる。
モードの非感知ファイバはまた、２−モードファイバに
よって置換えることができる。この構成において、２次
モードを除去するためにモードフィルタまたはストリッ
パが利用される。２次モードを除去するための方法は産
業分野において周知であり、かつマンドレル上で２−モ
ードファイバを包むようなことを含んでいる。モードス
トリッパのこの周知の形式は、Y.Katsuyamaによるエレ
クトロニクスレターズ（Electronics Letters）の15,44
2（1979年）の“モードフィルタを使用することによる
光ファイバの２−モード領域におけるシングルモード伝
播（Single Mode Propagation in a Two Mode Regi
on of Optical Fiber by Using Mode Filter）”
と題された論文において議論されている。この論文は、
援用されてここに取入れられている。他の周知のモード
ストリッピング手法は、２−モードファイバを加熱し、
さらにその後そのファイバを引張ってその直径を減少さ
せることを含んでいる。
全体を通して２−モードファイバを利用する構成におい
て、第10図において円で示されたカプラは、カプラの一
方の側部上の２−モードファイバの基本および２次モー
ドの双方と、このカプラの他方の側部上のファイバの双
方のモードとの間で結合するように機能する。したがっ
て、非感知２−モードファイバに接続されたモードスト
リッパによって、２次モードがストリップされ、光学２
−モードファイバの基本モードの一方においてのみ光信
号を伝播させる。
て、第10図において円で示されたカプラは、カプラの一
方の側部上の２−モードファイバの基本および２次モー
ドの双方と、このカプラの他方の側部上のファイバの双
方のモードとの間で結合するように機能する。したがっ
て、非感知２−モードファイバに接続されたモードスト
リッパによって、２次モードがストリップされ、光学２
−モードファイバの基本モードの一方においてのみ光信
号を伝播させる。
上述の態様で結合するように機能する光学カプラは、第
14図を参照して先に議論されたように、光ファイバをそ
れらの軸をずらして突合せ接合することによって形成さ
れる。代わりに、所望の結合位置において光ファイバを
曲げることによって結合をもたらすことができる。ファ
イバを曲げることによって、光信号は光ファイバのモー
ド間で結合させられる。ファイバの適当な位置にこのよ
うな曲げを加える装置の一実施例は、H.F.Taylorによる
Jounal of Lightwave TechnologyのLT−2,5,617−628
（1984年10月）の“光ファイバにおける曲げ効果（Bend
ing Effects in Optical Fibers）”において描かれ
かつ説明されている。この論文は援用されてここに取入
れられている。
14図を参照して先に議論されたように、光ファイバをそ
れらの軸をずらして突合せ接合することによって形成さ
れる。代わりに、所望の結合位置において光ファイバを
曲げることによって結合をもたらすことができる。ファ
イバを曲げることによって、光信号は光ファイバのモー
ド間で結合させられる。ファイバの適当な位置にこのよ
うな曲げを加える装置の一実施例は、H.F.Taylorによる
Jounal of Lightwave TechnologyのLT−2,5,617−628
（1984年10月）の“光ファイバにおける曲げ効果（Bend
ing Effects in Optical Fibers）”において描かれ
かつ説明されている。この論文は援用されてここに取入
れられている。
２−モードファイバは、ファイバ722および742に対して
のみならずファイバ718に対しても用いられているの
で、方向性カプラ720および736は、ファイバ間で結合さ
れたモードを保持するように機能しなければならない。
言い換えると、これらのカプラは、一方のファイバにお
ける基本モードから第２のファイバにおける基本モード
へおよび一方のファイバにおける２次モードから第２の
ファイバにおける２次モードへのみ結合しなければなら
ない。互いに接近して配置されたファイバにおける２つ
のモード間の結合はモードが同じ位相速度を有したとき
にのみ強いということは周知である。２つのファイバは
おそらく同じ設計であるので、これらの２つのファイバ
における基本モードは、同じ位相速度を有しており、そ
れゆえに互いに強力に結合する。同様に、２次モード
は、同じ位相速度を有しており、したがって互いに強力
に結合されている。
のみならずファイバ718に対しても用いられているの
で、方向性カプラ720および736は、ファイバ間で結合さ
れたモードを保持するように機能しなければならない。
言い換えると、これらのカプラは、一方のファイバにお
ける基本モードから第２のファイバにおける基本モード
へおよび一方のファイバにおける２次モードから第２の
ファイバにおける２次モードへのみ結合しなければなら
ない。互いに接近して配置されたファイバにおける２つ
のモード間の結合はモードが同じ位相速度を有したとき
にのみ強いということは周知である。２つのファイバは
おそらく同じ設計であるので、これらの２つのファイバ
における基本モードは、同じ位相速度を有しており、そ
れゆえに互いに強力に結合する。同様に、２次モード
は、同じ位相速度を有しており、したがって互いに強力
に結合されている。
第12図に描かれた分散されたセンサの実施例はまた、２
−モードファイバから構成され得る。この構成におい
て、光ファイバは、センサ部分に対して単一の２−モー
ドファイバを、そして受信アーム766および768の各々に
対して個々の２−モードファイバを含むことができる。
円で描かれたこれらのカプラは、先に説明されたモード
混合カプラに対応し、これらのファイバにおけるモード
間で光信号の結合を発生するためにファイバを折曲げる
ことによって与えられ得る。方向性カプラ770および772
は、上述のタイプのモード保持カプラを含み、ここで従
来のカプラは、対応する同一のモード間でのみ信号が伝
送されるようにその位相速度が一致されたファイバに関
して利用される。
−モードファイバから構成され得る。この構成におい
て、光ファイバは、センサ部分に対して単一の２−モー
ドファイバを、そして受信アーム766および768の各々に
対して個々の２−モードファイバを含むことができる。
円で描かれたこれらのカプラは、先に説明されたモード
混合カプラに対応し、これらのファイバにおけるモード
間で光信号の結合を発生するためにファイバを折曲げる
ことによって与えられ得る。方向性カプラ770および772
は、上述のタイプのモード保持カプラを含み、ここで従
来のカプラは、対応する同一のモード間でのみ信号が伝
送されるようにその位相速度が一致されたファイバに関
して利用される。
第13図の実施例または、２−モードファイバを含むセン
サ808および810と、レシーバ822および824とによって構
成される。そのような状況において、カプラ804および8
06のような四角形で描かれた方向性カプラは、シングル
モードファイバの基本モードと、２−モードファイバの
基本および２次モードの双方との間で結合するように機
能するカプラを含んでいる。互いに接近して配置された
ファイバにおけるモード間の結合はモード間の位相速度
の差と、モードフィールドの重なりの程度とに依存して
いるので、これらのパラメータは、２−モードファイバ
の基本および２次モードの双方に適当な結合をもたらす
ように調整され得る。カプラ830および832は、第10図の
２−モードファイバの実施例に関連して説明されたよう
に、シングルモードファイバの基本モードと、２−モー
ドファイバの基本および２次モードの双方との間で結合
する偏光カプラを含んでいる。
サ808および810と、レシーバ822および824とによって構
成される。そのような状況において、カプラ804および8
06のような四角形で描かれた方向性カプラは、シングル
モードファイバの基本モードと、２−モードファイバの
基本および２次モードの双方との間で結合するように機
能するカプラを含んでいる。互いに接近して配置された
ファイバにおけるモード間の結合はモード間の位相速度
の差と、モードフィールドの重なりの程度とに依存して
いるので、これらのパラメータは、２−モードファイバ
の基本および２次モードの双方に適当な結合をもたらす
ように調整され得る。カプラ830および832は、第10図の
２−モードファイバの実施例に関連して説明されたよう
に、シングルモードファイバの基本モードと、２−モー
ドファイバの基本および２次モードの双方との間で結合
する偏光カプラを含んでいる。
第13図の構成において、ファイバ802および816を構成す
る際の２−モードファイバの使用は、センサとして機能
するように意図されていない領域において外部からの力
によって異なるように影響を受ける２つの別々のモード
を進む信号に対する手段を提供するので、システムを不
必要に複雑にするであろう。したがって、受信アーム82
6および828において識別された位相差信号は、特定のセ
ンサにおいて単独に発生されたものと推測することはで
きないであろう。シングルモードの複屈折ファイバの実
施例によって、レシーバアーム826および828の２−モー
ド実施例は、第10図の受信アーム740および741の２−モ
ード実施例と同等でありかつ完全に交換可能である。
る際の２−モードファイバの使用は、センサとして機能
するように意図されていない領域において外部からの力
によって異なるように影響を受ける２つの別々のモード
を進む信号に対する手段を提供するので、システムを不
必要に複雑にするであろう。したがって、受信アーム82
6および828において識別された位相差信号は、特定のセ
ンサにおいて単独に発生されたものと推測することはで
きないであろう。シングルモードの複屈折ファイバの実
施例によって、レシーバアーム826および828の２−モー
ド実施例は、第10図の受信アーム740および741の２−モ
ード実施例と同等でありかつ完全に交換可能である。
設計上の考慮すべき事項 1. ノイズの影響 コヒーレンス多重化システムの性能は、一般にいくつか
のタイプのノイズによって制限されるであろう。どのよ
うな光感知システムにも存在するショットノイズおよび
電子増幅ノイズに加えて、ここに開示されたシステム
は、干渉するようには意図されていない経路と関連する
光成分間の干渉からもたらされるノイズを被る。これは
２つの方法で発生することができる。第１に、もしも２
つの経路間の光遅延の差が十分大きくなければ、そのと
きは２つの経路からの光は完全に非コヒーレントとはな
らず、さらに検出されたパワーに“クロストーク”項が
存在するであろう。言い換えると、検出されたパワー
は、名目上の非干渉経路の相対的に位相遅延にわずかに
依存するであろう。
のタイプのノイズによって制限されるであろう。どのよ
うな光感知システムにも存在するショットノイズおよび
電子増幅ノイズに加えて、ここに開示されたシステム
は、干渉するようには意図されていない経路と関連する
光成分間の干渉からもたらされるノイズを被る。これは
２つの方法で発生することができる。第１に、もしも２
つの経路間の光遅延の差が十分大きくなければ、そのと
きは２つの経路からの光は完全に非コヒーレントとはな
らず、さらに検出されたパワーに“クロストーク”項が
存在するであろう。言い換えると、検出されたパワー
は、名目上の非干渉経路の相対的に位相遅延にわずかに
依存するであろう。
第２に、２つの経路に関連する光が交互に非コヒーレン
トであるときでさえ、瞬時干渉の影響が存在する。その
ような干渉の影響は概して消失するものであるが、非ゼ
ロ帯域幅を備えた検出システムは、もたらされた強度変
動を完全に平均化してしまわないであろう。この“非コ
ヒーレントなノイズ”の正確な性質は、光源の性質に依
存するであろう。たとえば、光源としてシングルモード
レーザダイオードを用いるシステムにおいて、非コヒー
レントなノイズは、レーザ出力に存在する位相ノイズに
関連するであろう。より一般的な光源に対しては、モー
ド分割ノイズまたは光源強度ノイズもまたその一因とな
っている。
トであるときでさえ、瞬時干渉の影響が存在する。その
ような干渉の影響は概して消失するものであるが、非ゼ
ロ帯域幅を備えた検出システムは、もたらされた強度変
動を完全に平均化してしまわないであろう。この“非コ
ヒーレントなノイズ”の正確な性質は、光源の性質に依
存するであろう。たとえば、光源としてシングルモード
レーザダイオードを用いるシステムにおいて、非コヒー
レントなノイズは、レーザ出力に存在する位相ノイズに
関連するであろう。より一般的な光源に対しては、モー
ド分割ノイズまたは光源強度ノイズもまたその一因とな
っている。
クロストークおよび非コヒーレントノイズのいくらか
は、偏光コントローラを用いて経路が干渉することを防
ぐことによってシステムから除去されるが、しかしなが
ら、この方法は、互いに干渉するように意図されていな
い２つ以上の経路を備えたシステムにおいて部分的にの
み有効であろう。クロストークを制御するこの発明のシ
ステムにおいて利用される或る特定のタイプの偏光コン
トローラは、以下に説明される。
は、偏光コントローラを用いて経路が干渉することを防
ぐことによってシステムから除去されるが、しかしなが
ら、この方法は、互いに干渉するように意図されていな
い２つ以上の経路を備えたシステムにおいて部分的にの
み有効であろう。クロストークを制御するこの発明のシ
ステムにおいて利用される或る特定のタイプの偏光コン
トローラは、以下に説明される。
2. センサ光経路長決定 コヒーレンス多重化センサネットワークに対する重要な
考慮すべき事項は、干渉することを所望する経路のみが
長さにおいて非常に近く一致しているということを保証
するために必要である。これは、並列構成において実現
することが比較的簡単であり、ここで各々の連続するセ
ンサ経路長は、L0の大きさだけ前の経路長よりも長いべ
きであり、ここでL0》Lcは、システムの要求に適合する
ようにクロストークを減少させるのに充分な大きさに選
択される。
考慮すべき事項は、干渉することを所望する経路のみが
長さにおいて非常に近く一致しているということを保証
するために必要である。これは、並列構成において実現
することが比較的簡単であり、ここで各々の連続するセ
ンサ経路長は、L0の大きさだけ前の経路長よりも長いべ
きであり、ここでL0》Lcは、システムの要求に適合する
ようにクロストークを減少させるのに充分な大きさに選
択される。
この状況は、直列構成においていくらかより複雑であ
る。たとえば、整数m1L0,m2L0,m3L0,…,mkを、感知マッ
ハーツェンダ干渉計の異なる経路遅延とする。この遅延
は、どのような特定のオーダにおいても番号付される必
要はない。その後mk+1は、mk+1Ckおよび2mk+1Akを
満足しなければならない。
る。たとえば、整数m1L0,m2L0,m3L0,…,mkを、感知マッ
ハーツェンダ干渉計の異なる経路遅延とする。この遅延
は、どのような特定のオーダにおいても番号付される必
要はない。その後mk+1は、mk+1Ckおよび2mk+1Akを
満足しなければならない。
ここで、 許容可能な遅延のシーケンスを構成する１つの方法は、
或る特定のm1で開始し、さらにその後上述の制限を満足
する次に小さな数に後続の直列の要素の各々を選択する
ことである。m1＝１に対して、結果として生じたシーケ
ンス1,3,8,21,55,…は、 という反復関係に従っている。ｚ変換を用いることによ
って、この方程式が楕円状の解を有しているということ
を示すことができる。
或る特定のm1で開始し、さらにその後上述の制限を満足
する次に小さな数に後続の直列の要素の各々を選択する
ことである。m1＝１に対して、結果として生じたシーケ
ンス1,3,8,21,55,…は、 という反復関係に従っている。ｚ変換を用いることによ
って、この方程式が楕円状の解を有しているということ
を示すことができる。
このシーケンスは、不明瞭に連続し、これにより或る数
のセンサＮを備えたシステムに対して、遅延を特定する
シーケンスのサブセットを常に選択することができる。
一般に、その構成がＮに依存する遅延のセットを用いる
ことも可能である。特に、以下の式に従ってmkを選択す
ることができる。
のセンサＮを備えたシステムに対して、遅延を特定する
シーケンスのサブセットを常に選択することができる。
一般に、その構成がＮに依存する遅延のセットを用いる
ことも可能である。特に、以下の式に従ってmkを選択す
ることができる。
mk＝m1＋2k-1−１ （10） Ｎ４であり、かつ であるとすると、代わりに、 mk＝mN−2N-k＋１ （12） ここで、Ｎ１であり、かつ たとえば、4n＝５の最も小さいセットのこれらのフォー
ムは、それぞれ［27,28,30,34,42］および［22,30,34,3
6,37］によって与えられる。上述の遅延のこれらの３つ
のクラスの最後が、増大するｎに従って最大遅延の最も
遅い成長を示すということに注意しなければならない。
遅延のよりコンパクトなセットが可能かどうかは知られ
ていない。
ムは、それぞれ［27,28,30,34,42］および［22,30,34,3
6,37］によって与えられる。上述の遅延のこれらの３つ
のクラスの最後が、増大するｎに従って最大遅延の最も
遅い成長を示すということに注意しなければならない。
遅延のよりコンパクトなセットが可能かどうかは知られ
ていない。
上述の関係に基づいて、選択された特定の位相経路長
は、システムに対する先行された応用例に基づくであろ
う。
は、システムに対する先行された応用例に基づくであろ
う。
先に説明されたように、少なくとも長距離の応用例に対
して、直列構成はリード不感性であるので特に興味深
く、それゆえに感知システムのリードのまたは他の部分
の周囲環境からの遮蔽を必要とすることなく遠隔の位置
において一定間隔で配置され得る。
して、直列構成はリード不感性であるので特に興味深
く、それゆえに感知システムのリードのまたは他の部分
の周囲環境からの遮蔽を必要とすることなく遠隔の位置
において一定間隔で配置され得る。
3. 結合係数の選択 コヒーレンス多重化分散センサシステムの設計に関連し
た他の問題点は、システムにおいて用いられる種々の方
向性カプラに対する結合係数の適正な選択である。ここ
に用いられるように、“結合係数”という用語は、全出
力パワーに対する結合されたパワーのパワー比率として
定義される。たとえば、第２図を参照すると、もしも光
がポートＡに与えられると、結合係数は、ポートＢおよ
びＤにおける出力の合計に対するポートＤにおけるパワ
ーの比率に等しいであろう。
た他の問題点は、システムにおいて用いられる種々の方
向性カプラに対する結合係数の適正な選択である。ここ
に用いられるように、“結合係数”という用語は、全出
力パワーに対する結合されたパワーのパワー比率として
定義される。たとえば、第２図を参照すると、もしも光
がポートＡに与えられると、結合係数は、ポートＢおよ
びＤにおける出力の合計に対するポートＤにおけるパワ
ーの比率に等しいであろう。
係合係数の決定は、同等の周囲環境の変調の振幅を被る
すべてのセンサが同等の強さの信号を中央処理位置に戻
すべきであるという直感的な要求に一部基づいている。
直列構成に対して、すべての干渉計が同等の周囲環境感
度を有しているとするならば、これは、すべての感知干
渉計が同一のカプラから構成されるべきであるというこ
とを意味する。連鎖状にセンサが現われるオーダは、レ
シーバに到達するフィールドの性質にどのような影響も
有しておらず、したがって、同一のカプラから構成され
たセンサは、同じ強度の信号を発生するであろう。各感
知干渉計の２つの端部におけるカプラはまたは同一であ
るべきであるということが注目される。
すべてのセンサが同等の強さの信号を中央処理位置に戻
すべきであるという直感的な要求に一部基づいている。
直列構成に対して、すべての干渉計が同等の周囲環境感
度を有しているとするならば、これは、すべての感知干
渉計が同一のカプラから構成されるべきであるというこ
とを意味する。連鎖状にセンサが現われるオーダは、レ
シーバに到達するフィールドの性質にどのような影響も
有しておらず、したがって、同一のカプラから構成され
たセンサは、同じ強度の信号を発生するであろう。各感
知干渉計の２つの端部におけるカプラはまたは同一であ
るべきであるということが注目される。
この解決方法は並列システムにおける場合よりもより平
凡ではない。第１図に描かれたような並列システムにＮ
個のセンサが存在すると仮定する。光源100およびレシ
ーバ120に最も近いセンサに対してｊ＝１で開始する、
１からＮまで走るインデックスｊで各センサを番号づけ
する。センサｊに関連するカプラ108および112に対する
パワー係合係数をkjにすることにより、全パワーの分数
部分kjは、カプラにおける２つのファイバ間で転送さ
れ、さらにパワー１−kjの大きさは、結合されることな
くカプラを介して真直ぐに通過する。任意の光ファイバ
センサの両端におけるカプラは同一であるべきであると
いうことが注目される。
凡ではない。第１図に描かれたような並列システムにＮ
個のセンサが存在すると仮定する。光源100およびレシ
ーバ120に最も近いセンサに対してｊ＝１で開始する、
１からＮまで走るインデックスｊで各センサを番号づけ
する。センサｊに関連するカプラ108および112に対する
パワー係合係数をkjにすることにより、全パワーの分数
部分kjは、カプラにおける２つのファイバ間で転送さ
れ、さらにパワー１−kjの大きさは、結合されることな
くカプラを介して真直ぐに通過する。任意の光ファイバ
センサの両端におけるカプラは同一であるべきであると
いうことが注目される。
簡略化するために、入力バス102から感知ファイバ110へ
そして復帰バス114へ戻るように獲得するためにカプラ1
08におけるファイバを横切って光が結合しなければなら
ず、この状況は良好に反転され得るということが仮定さ
れる。センサｊから戻ってくる光は、入力バス102およ
び復帰バス114の双方の上でカプラ１ないしｊから被っ
た損失を有するであろう。カプラ１ないしｊ−１は、そ
れぞれ入力および復帰カプラ108および112の双方に対し
て伝送１−kqを有し、さらにセンサｊにおける２つのカ
プラは伝送kjを有するであろう。したがって、センサｊ
からレシーバ120へ戻るパワーは次の式によって与えら
れる。
そして復帰バス114へ戻るように獲得するためにカプラ1
08におけるファイバを横切って光が結合しなければなら
ず、この状況は良好に反転され得るということが仮定さ
れる。センサｊから戻ってくる光は、入力バス102およ
び復帰バス114の双方の上でカプラ１ないしｊから被っ
た損失を有するであろう。カプラ１ないしｊ−１は、そ
れぞれ入力および復帰カプラ108および112の双方に対し
て伝送１−kqを有し、さらにセンサｊにおける２つのカ
プラは伝送kjを有するであろう。したがって、センサｊ
からレシーバ120へ戻るパワーは次の式によって与えら
れる。
ここでPinは、センサアレイに送られるパワーである。P
j+1,復帰＝Pj,復帰に設定することによって、結合係数
はkj+1＝kj/（１−kj）によって、または同様に次の式
によって関連づけられているということが見出される。
j+1,復帰＝Pj,復帰に設定することによって、結合係数
はkj+1＝kj/（１−kj）によって、または同様に次の式
によって関連づけられているということが見出される。
最後のセンサは、後のセンサに対してパワーが必要でな
く、したがってkn＝１にセットすることができるので、
どのようなカプラも本当に必要としていない。ちょうど
得られた反復関係とともに、これは、センサｊのカプラ
に対する結合係数がちょうど次式であることを意味して
いる。
く、したがってkn＝１にセットすることができるので、
どのようなカプラも本当に必要としていない。ちょうど
得られた反復関係とともに、これは、センサｊのカプラ
に対する結合係数がちょうど次式であることを意味して
いる。
これはさらに、全体の伝送Pj,復帰/Pinが、予想された
ようにすべてのセンサに対して同一であり、かつ1/N2に
等しいということを意味している。
ようにすべてのセンサに対して同一であり、かつ1/N2に
等しいということを意味している。
入力パワーはＮ個のセンサの中で分割されなければなら
ないので、1/Nのファクタのうちの１つが現われる。1/N
の他のファクタは、２つのファイバ（感知光ファイバ11
0および復帰バス114）からの信号が受動線形カプラ112
によって結合されて１つのシングルモード信号（すなわ
ち復帰バス上の信号）を形成するときに発生する避ける
ことができない損失の結果である。等しいセンサの感度
の要求によって決定されない結合定数は、各センサの信
号対雑音性能を最大限にするように選択され得る。
ないので、1/Nのファクタのうちの１つが現われる。1/N
の他のファクタは、２つのファイバ（感知光ファイバ11
0および復帰バス114）からの信号が受動線形カプラ112
によって結合されて１つのシングルモード信号（すなわ
ち復帰バス上の信号）を形成するときに発生する避ける
ことができない損失の結果である。等しいセンサの感度
の要求によって決定されない結合定数は、各センサの信
号対雑音性能を最大限にするように選択され得る。
4. システムの数学的理論 コヒーレンス多重化システムの構成について特定したの
で、次に、そのような構成の１つにおいて発生する信号
に注目する。第15図は、１つのセンサ404および１つの
レシーバ418のみが存在するという点を除いて、第７図
に描かれたものと同様の直列システムの簡略化された形
式を描いている。これは本当の多重化システムではない
が、この発明のコヒーレンス多重化システムのいくつか
の特徴を説明するのに役立つ。
で、次に、そのような構成の１つにおいて発生する信号
に注目する。第15図は、１つのセンサ404および１つの
レシーバ418のみが存在するという点を除いて、第７図
に描かれたものと同様の直列システムの簡略化された形
式を描いている。これは本当の多重化システムではない
が、この発明のコヒーレンス多重化システムのいくつか
の特徴を説明するのに役立つ。
光源100からのファイバ402の入力に存在する光学フィー
ルドを とし、ここでP0は光学パワーであり、かつｕ（ｔ）ｅ
ｉΩｔは、平均２乗値＜|u（ｔ）|2＞が１であるように
正規化されたフィールドを表わす確率的解析信号であ
る。もしもすべてのカラ407,408,422および424が50％の
結合係数にセットされかつシステムを介するすべての光
経路が光信号の同一の最終的な偏光をもたらすような損
失のないシステムを仮定すると、そのときは検出器434
上に入射する光パワーＰ（ｔ）は次の式によって与えら
れる。
ルドを とし、ここでP0は光学パワーであり、かつｕ（ｔ）ｅ
ｉΩｔは、平均２乗値＜|u（ｔ）|2＞が１であるように
正規化されたフィールドを表わす確率的解析信号であ
る。もしもすべてのカラ407,408,422および424が50％の
結合係数にセットされかつシステムを介するすべての光
経路が光信号の同一の最終的な偏光をもたらすような損
失のないシステムを仮定すると、そのときは検出器434
上に入射する光パワーＰ（ｔ）は次の式によって与えら
れる。
ここで、T0はシステムを介する最小遅延であり； Ｔは各センサ404およびレシーバ418における微分遅延で
あり、かつ ΦｓおよびΦｒは、センサ404およびレシーバ418におけ
る微分位相遅延である。
あり、かつ ΦｓおよびΦｒは、センサ404およびレシーバ418におけ
る微分位相遅延である。
この表現の期待値をとりかつ正規化された自己−コヒー
レンス関数ｕ（τ）＝＜ｕ（ｔ＋τ）ｕ（ｔ）＞を用
いて、予想される検出されたパワーは次のように表現さ
れ得る。
レンス関数ｕ（τ）＝＜ｕ（ｔ＋τ）ｕ（ｔ）＞を用
いて、予想される検出されたパワーは次のように表現さ
れ得る。
自己−コヒーレンス関数ｕ（τ）は、適当に正規化さ
れ原点にシフトされた片側光学パワースペクトル密度の
フーリエ変換であるということが示されている。したが
って、もしも光源100によって発生した光が（πτｃ）
-1によって与えられる1/2の最大値（FWHM）において全
体の幅を伴なうローレンツ曲線形を有するならば、その
ときは自己−コヒーレンス関数は、 となるであろう。これは、もしもセンサおよびレシーバ
の不整合Ｔがコヒーレンス長τｃよりもはるかに大きく
選択されたならば、そのときはｕ（Ｔ）およびｕ
（2T）が無視できるほど小さくなり、これにより次の式
が得られるということを意味している。
れ原点にシフトされた片側光学パワースペクトル密度の
フーリエ変換であるということが示されている。したが
って、もしも光源100によって発生した光が（πτｃ）
-1によって与えられる1/2の最大値（FWHM）において全
体の幅を伴なうローレンツ曲線形を有するならば、その
ときは自己−コヒーレンス関数は、 となるであろう。これは、もしもセンサおよびレシーバ
の不整合Ｔがコヒーレンス長τｃよりもはるかに大きく
選択されたならば、そのときはｕ（Ｔ）およびｕ
（2T）が無視できるほど小さくなり、これにより次の式
が得られるということを意味している。
したがって、受信されたパワーは、信号の位相Φｓ−Φ
ｒに依存する変調とともに、入力パワーの1/4に等しい
平均レベルによって与えられる。変調の深さは、光源か
ら検出器への４つの経路のうちの２つのみが干渉するの
で、わずか50％である。他の２つの経路は平均受信パワ
ーに加わる。特に、アーム410および426によって規定さ
れる経路を進む光信号は、アーム409および428を含む経
路を進む信号と干渉する。逆に、アーム410および428を
含む経路とともにアーム409および426を含む経路を進む
信号は干渉しない。
ｒに依存する変調とともに、入力パワーの1/4に等しい
平均レベルによって与えられる。変調の深さは、光源か
ら検出器への４つの経路のうちの２つのみが干渉するの
で、わずか50％である。他の２つの経路は平均受信パワ
ーに加わる。特に、アーム410および426によって規定さ
れる経路を進む光信号は、アーム409および428を含む経
路を進む信号と干渉する。逆に、アーム410および428を
含む経路とともにアーム409および426を含む経路を進む
信号は干渉しない。
＜Ｐ（ｔ）＞の期待値を取出して検出された信号を得る
ときに、現実に存在する非コヒーレンスノイズＰ（ｔ）
−＜Ｐ（ｔ）＞は、平均化されてしまっている。光源の
出力における光が、無視できる強度のノイズとともに、
ウィーナ・レヴィ（Wiener−Levy）の確率過程としてモ
デル化されるランダムな位相を有していると仮定するな
らば、そのときは非コヒーレンスノイズの両側スペクト
ル密度は次の式によって与えられるということが示され
る。
ときに、現実に存在する非コヒーレンスノイズＰ（ｔ）
−＜Ｐ（ｔ）＞は、平均化されてしまっている。光源の
出力における光が、無視できる強度のノイズとともに、
ウィーナ・レヴィ（Wiener−Levy）の確率過程としてモ
デル化されるランダムな位相を有していると仮定するな
らば、そのときは非コヒーレンスノイズの両側スペクト
ル密度は次の式によって与えられるということが示され
る。
ここで信号位相Φｓ−Φｒは、確率的な量として取扱わ
れているので平均化されなければならない。したがっ
て、非コヒーレンスノイズのスペクトルは、光源のライ
ン幅の２倍に等しい幅と、信号の位相に依存する高さと
を伴なうローレンツの包絡線によって特徴づけられる。
この包絡線の中に、ゼロ周波数においてピークとなり1/
Tの周期を有する余弦変調が存在する。比較のために、
もしも単一の強力にミスマッチされたマッハーツェンダ
干渉計にパワーP0/4を注入するならば、非コヒーレンス
ノイズパワースペクトル密度は次のようになるであろ
う。
れているので平均化されなければならない。したがっ
て、非コヒーレンスノイズのスペクトルは、光源のライ
ン幅の２倍に等しい幅と、信号の位相に依存する高さと
を伴なうローレンツの包絡線によって特徴づけられる。
この包絡線の中に、ゼロ周波数においてピークとなり1/
Tの周期を有する余弦変調が存在する。比較のために、
もしも単一の強力にミスマッチされたマッハーツェンダ
干渉計にパワーP0/4を注入するならば、非コヒーレンス
ノイズパワースペクトル密度は次のようになるであろ
う。
この正規化は、単一のセンサの直列システムにおける偏
光が２対の経路のみを非コヒーレントに干渉させるよう
に調整されるときにもたらされる非コヒーレンスノイズ
パワースペクトル密度を与えるようにこの表現を変換さ
せるので非常に都合がよい。GN（ｔ）に対する２つの表
現の比較は、２重マッハーツェンダケースのスペクトル
の変調信号依存部分が、信号を有している経路と他の２
つの経路との間の干渉からもたらされる一方で、スペク
トルの変調されていない部分は、信号に寄与しない２つ
の経路間の干渉からもたらされるということを明らかに
している。
光が２対の経路のみを非コヒーレントに干渉させるよう
に調整されるときにもたらされる非コヒーレンスノイズ
パワースペクトル密度を与えるようにこの表現を変換さ
せるので非常に都合がよい。GN（ｔ）に対する２つの表
現の比較は、２重マッハーツェンダケースのスペクトル
の変調信号依存部分が、信号を有している経路と他の２
つの経路との間の干渉からもたらされる一方で、スペク
トルの変調されていない部分は、信号に寄与しない２つ
の経路間の干渉からもたらされるということを明らかに
している。
5. 非コヒーレンスノイズによるシステムの感度に対す
る制限 非コヒーレンスノイズは、比較的少数のセンサを備えた
コヒーレンス多重化システムにおけるノイズの主要なタ
イプであるので、非コヒーレンスノイズペクトルの知識
は、センサ／レシーバ対の位相感度を予測させる。しか
しながら、これが実行され得る前に、一般に小さな信号
位相感度およびノイズノベルはシステムの位相に依存し
ており、これは低い周波数の周囲環境ノイズによる一定
の変化を受けるので、このシステムをさらに特定しなけ
ればならない。
る制限 非コヒーレンスノイズは、比較的少数のセンサを備えた
コヒーレンス多重化システムにおけるノイズの主要なタ
イプであるので、非コヒーレンスノイズペクトルの知識
は、センサ／レシーバ対の位相感度を予測させる。しか
しながら、これが実行され得る前に、一般に小さな信号
位相感度およびノイズノベルはシステムの位相に依存し
ており、これは低い周波数の周囲環境ノイズによる一定
の変化を受けるので、このシステムをさらに特定しなけ
ればならない。
この信号の消失はすべてのマッハーツェンダタイプのセ
ンサにとって深刻な問題であり、さらにコヒーレンス多
重化センサは、他の位相センサがそうであるようにこの
ことに対して敏感である。この問題に対する１つの解決
策は、第１図の実施例に関して既に説明した態様で、レ
シーバの１つのアームに周波数シフタを導入することに
よって信号をヘテロダインすることである。この場合、
位相Φｓ−Φｒは、次の形式を獲得する。
ンサにとって深刻な問題であり、さらにコヒーレンス多
重化センサは、他の位相センサがそうであるようにこの
ことに対して敏感である。この問題に対する１つの解決
策は、第１図の実施例に関して既に説明した態様で、レ
シーバの１つのアームに周波数シフタを導入することに
よって信号をヘテロダインすることである。この場合、
位相Φｓ−Φｒは、次の形式を獲得する。
φｅ＋２пfnt＋Δφasin2пfat （22） ここで、Φｅは、ゆっくり変化する周囲環境位相バイア
スであり、 fhは、ヘテロダイン周波数であり、かつ ΔΦa sin 2πfatは、センサによって検出された音響信
号である。もしもΔΦａが小さければ、そのときはヘテ
ロダイン信号は、次の式によって与えられるパワースペ
クルを有するであろう。
スであり、 fhは、ヘテロダイン周波数であり、かつ ΔΦa sin 2πfatは、センサによって検出された音響信
号である。もしもΔΦａが小さければ、そのときはヘテ
ロダイン信号は、次の式によって与えられるパワースペ
クルを有するであろう。
ここで、δ（．）は、ディラック（Dirac）のデルタ関
数を表わしている。これをノイズパワースペクトル密度
GN（ｆ）と比較しかつ＜cos（Φｓ−Φｒ）＞＝０であ
りかつfa.fh《1/Tであることに注目すると、次の式が得
られる。
数を表わしている。これをノイズパワースペクトル密度
GN（ｆ）と比較しかつ＜cos（Φｓ−Φｒ）＞＝０であ
りかつfa.fh《1/Tであることに注目すると、次の式が得
られる。
ここで、（ΔΦａ）S/N＝１は、信号およびノイズレベ
ルが等しいΔΦａの大きさであり、かつＢは検出電子回
路の帯域幅である。
ルが等しいΔΦａの大きさであり、かつＢは検出電子回
路の帯域幅である。
信号の消失を防止するための擬似−ヘテロダイン手法 従来のヘテロダインは、信号の消失を排除しかつ所望の
周波数レンジおよび低い周波数の周囲環境の影響におけ
る信号間を識別する１つの方法を提供する一方で、この
アプローチは、それがしばしば大きな光学的装置を含む
周波数シフタの使用を要求するという欠点を有してい
る。そのような装置は、非常に嵩張り、システムの無駄
を増大し、効率を劣化さしかつ高価なものとなり得る。
これは、タップ付遅延ライン106の最初に配置された単
一の周波数シフタのみが信号のすべてをヘテロダインす
ることを要求されるので、第１図に描かれたような並列
システムにとっては大きな問題ではない。しかしなが
ら、第７図の直列システムにおける信号のすべてをヘテ
ロダインするためには、周波数シフタは各レシーバの１
つのアーム内において要求されるであろう。これは、増
大したシステムの大きさおよび効率の悪さの問題に加え
て、非常に高価なものとなる。
周波数レンジおよび低い周波数の周囲環境の影響におけ
る信号間を識別する１つの方法を提供する一方で、この
アプローチは、それがしばしば大きな光学的装置を含む
周波数シフタの使用を要求するという欠点を有してい
る。そのような装置は、非常に嵩張り、システムの無駄
を増大し、効率を劣化さしかつ高価なものとなり得る。
これは、タップ付遅延ライン106の最初に配置された単
一の周波数シフタのみが信号のすべてをヘテロダインす
ることを要求されるので、第１図に描かれたような並列
システムにとっては大きな問題ではない。しかしなが
ら、第７図の直列システムにおける信号のすべてをヘテ
ロダインするためには、周波数シフタは各レシーバの１
つのアーム内において要求されるであろう。これは、増
大したシステムの大きさおよび効率の悪さの問題に加え
て、非常に高価なものとなる。
信号の消失を避けるより容易でかつ安価な方法は、セン
サシステムの光経路にどのような大きな光装置も要しな
い擬似−ヘテロダイン手法である。この手法は、B.Y.Ki
mおよびH.J.Shawによるオプティカルレターズ（Optical
Letters）の第９巻第378頁（1984年）の“位相−読出
全−ファイバ−光学ジャイロスコープ（Phase−Reading
All−Fiber−Optic Gyroscope）”におけるファイバ
−光学ジャイロスコープにおけるその応用に関して規定
されている。この手法はまた、1984年４月25日に出願さ
れ、本願の譲受人に譲渡された“位相読出ファイバ−光
学回転センサ（Phase Reading Fiber−Optic Rotati
on Sensor）”と題された同時継続中の米国特許出願連
続番号第603,630号におけるファイバ−光学ジャイロス
コープにおけるその応用例に関連して開示されている。
上述の引用された論文および特許出願の双方は援用され
てここに取入れられている。
サシステムの光経路にどのような大きな光装置も要しな
い擬似−ヘテロダイン手法である。この手法は、B.Y.Ki
mおよびH.J.Shawによるオプティカルレターズ（Optical
Letters）の第９巻第378頁（1984年）の“位相−読出
全−ファイバ−光学ジャイロスコープ（Phase−Reading
All−Fiber−Optic Gyroscope）”におけるファイバ
−光学ジャイロスコープにおけるその応用に関して規定
されている。この手法はまた、1984年４月25日に出願さ
れ、本願の譲受人に譲渡された“位相読出ファイバ−光
学回転センサ（Phase Reading Fiber−Optic Rotati
on Sensor）”と題された同時継続中の米国特許出願連
続番号第603,630号におけるファイバ−光学ジャイロス
コープにおけるその応用例に関連して開示されている。
上述の引用された論文および特許出願の双方は援用され
てここに取入れられている。
この発明の分散されたセンサの手法の応用は、第16図を
参照して説明される。第16図の感知システムは、議論の
目的で与えられた、第15図のシステムに対応する簡略化
された直列システムを含んでいる。付加的なセンサおよ
びレシーバがシステム内に組入れられて第７図，第８図
および第９図に描かれたような構成を規定するというこ
とが評価されよう。第15図のシステムに対するその類似
性のために、第16図におけるシステムの対応する要素
は、特定の要素が異なっているということを除いて、第
15図の番号付けに従って番号が付されている。
参照して説明される。第16図の感知システムは、議論の
目的で与えられた、第15図のシステムに対応する簡略化
された直列システムを含んでいる。付加的なセンサおよ
びレシーバがシステム内に組入れられて第７図，第８図
および第９図に描かれたような構成を規定するというこ
とが評価されよう。第15図のシステムに対するその類似
性のために、第16図におけるシステムの対応する要素
は、特定の要素が異なっているということを除いて、第
15図の番号付けに従って番号が付されている。
特に、第16図のシステムは、センサ404のアーム410にお
いて偏光コントローラ551を含んでいる。コントローラ5
51は、コントローラを介して通過する光信号の適当な偏
光関係を維持するように機能する。この発明に用いる偏
光コントローラの１つの好ましい実施例は、以下に説明
される。
いて偏光コントローラ551を含んでいる。コントローラ5
51は、コントローラを介して通過する光信号の適当な偏
光関係を維持するように機能する。この発明に用いる偏
光コントローラの１つの好ましい実施例は、以下に説明
される。
アーム410は、カプラ407を介して光ファイバ552に接続
されるが、このファイバ552はその後、カプラ422を介し
てレシーバ干渉計のアーム554に相互接続される。レシ
ーバ418のアーム428において、アーム428を進む光の偏
光を維持するための他の偏光コントローラ557が配置さ
れている。さらに、位相変調器558がレシーバ418のアー
ム428と光通信するように配置されている。位相変調器5
58は、変調周波数fmにおいて正弦波信号を発生する信号
発生器550への接続によって制御される。この信号発生
器550はまた、ゲート回路556に接続され、これにより周
期的なベースで方形波信号を発生するときにこのゲート
を制御する。ゲート556は、AC増幅器553に接続され、こ
の増幅器553自身は、検出器434に接続され、これにより
検出器434からの光信号を受信しかつ増幅し、さらに以
下に説明されるようにゲート556において処理する。ゲ
ート556の出力は、特定の周波数においてセンサ404にお
ける位相シフトをモニタするために変調周波数の高調波
のまわりの側波帯を識別するのに用いるスペクトルアナ
ライザ560に電気的に接続される。
されるが、このファイバ552はその後、カプラ422を介し
てレシーバ干渉計のアーム554に相互接続される。レシ
ーバ418のアーム428において、アーム428を進む光の偏
光を維持するための他の偏光コントローラ557が配置さ
れている。さらに、位相変調器558がレシーバ418のアー
ム428と光通信するように配置されている。位相変調器5
58は、変調周波数fmにおいて正弦波信号を発生する信号
発生器550への接続によって制御される。この信号発生
器550はまた、ゲート回路556に接続され、これにより周
期的なベースで方形波信号を発生するときにこのゲート
を制御する。ゲート556は、AC増幅器553に接続され、こ
の増幅器553自身は、検出器434に接続され、これにより
検出器434からの光信号を受信しかつ増幅し、さらに以
下に説明されるようにゲート556において処理する。ゲ
ート556の出力は、特定の周波数においてセンサ404にお
ける位相シフトをモニタするために変調周波数の高調波
のまわりの側波帯を識別するのに用いるスペクトルアナ
ライザ560に電気的に接続される。
第16図のシステムにおいて、光信号は、以下に説明され
る点を除いて、第７図および第15図に関して先に説明さ
れた態様で伝播しかつ干渉する。特に、アーム428にお
ける光は、位相変調器558によって位相変調され、この
変調器558は、発生器550の動作周波数に対応する変調周
波数でドライブされる。その結果、検出器434によって
受信されるカプラ424からの出力信号の強度が変調さ
れ、さらに検出器434から得られる電気出力信号は、以
下の方程式によって示されるように、位相変調周波数fm
およびその高調波における成分を有している。
る点を除いて、第７図および第15図に関して先に説明さ
れた態様で伝播しかつ干渉する。特に、アーム428にお
ける光は、位相変調器558によって位相変調され、この
変調器558は、発生器550の動作周波数に対応する変調周
波数でドライブされる。その結果、検出器434によって
受信されるカプラ424からの出力信号の強度が変調さ
れ、さらに検出器434から得られる電気出力信号は、以
下の方程式によって示されるように、位相変調周波数fm
およびその高調波における成分を有している。
ここでＣは定数であり： Jnはｎ次のベッセル関数を示し、 ΔΦｍは、位相変調器558によるアーム428および554に
おける光波間の位相変調の振幅であり、 ωｍ＝２πfmてあり、ここでΔΦａは外部からの音響信
号によって発生したアーム428および554における光波間
の位相差の大きさであり、 ωat＝２πfaであり、かつ ΔΦｅは、周囲環境における遅い変化によって発生した
アーム428および554における光波間の位相差の大きさで
ある。
おける光波間の位相変調の振幅であり、 ωｍ＝２πfmてあり、ここでΔΦａは外部からの音響信
号によって発生したアーム428および554における光波間
の位相差の大きさであり、 ωat＝２πfaであり、かつ ΔΦｅは、周囲環境における遅い変化によって発生した
アーム428および554における光波間の位相差の大きさで
ある。
方程式25は、検出器434からの出力が、cos（ΔΦa sin
ωat＋ΔΦｅ）およびsin（ΔΦa sin ωat＋ΔΦｅ）
を含む項を有しているということを示している。しかし
ながら、これらの余弦および正弦要素は異なる周波数に
ある。もしもこれらの信号が同一周波数にあり、それら
の位相が直角位相であるならば、周知の三角法が適用さ
れ、これにより信号は直接加えられて、その位相が（Δ
Φa sin ωat＋ΔΦｅ）に対応する単一の、低周波数の
正弦波信号を得ることができる。そのような関係は、振
幅変調器の使用を通じて第16図のシステムにおいて実現
され得る。振幅変調は単に、検出器434からの電気出力
信号の振幅を変調信号の振幅に従って変化させることを
含んでいる。
ωat＋ΔΦｅ）およびsin（ΔΦa sin ωat＋ΔΦｅ）
を含む項を有しているということを示している。しかし
ながら、これらの余弦および正弦要素は異なる周波数に
ある。もしもこれらの信号が同一周波数にあり、それら
の位相が直角位相であるならば、周知の三角法が適用さ
れ、これにより信号は直接加えられて、その位相が（Δ
Φa sin ωat＋ΔΦｅ）に対応する単一の、低周波数の
正弦波信号を得ることができる。そのような関係は、振
幅変調器の使用を通じて第16図のシステムにおいて実現
され得る。振幅変調は単に、検出器434からの電気出力
信号の振幅を変調信号の振幅に従って変化させることを
含んでいる。
検出器434からの出力信号が、位相変調周波数（fm）の
奇数倍（隣接する高調波間の差の周波数でもある）であ
る周波数を有する変調信号によって振幅変調されるとき
に、fmの高調波である検出器434からの出力信号の各成
分は部分的にその隣りの高調波の周波数に変換される。
言い換えると、この態様の振幅変調を通じて、位相変調
周波数の高調波において側波帯周波数が作り出される。
この側波帯周波数は、対応する周波数において出力信号
の成分と結合され、さらにスペクトルアナライザの使用
によって容易に識別される。
奇数倍（隣接する高調波間の差の周波数でもある）であ
る周波数を有する変調信号によって振幅変調されるとき
に、fmの高調波である検出器434からの出力信号の各成
分は部分的にその隣りの高調波の周波数に変換される。
言い換えると、この態様の振幅変調を通じて、位相変調
周波数の高調波において側波帯周波数が作り出される。
この側波帯周波数は、対応する周波数において出力信号
の成分と結合され、さらにスペクトルアナライザの使用
によって容易に識別される。
振幅変調器のこれらのおよび他の特徴は、当業者にとっ
て一般的に知られており、かつF.G.StremlerによるAddi
son−Wesleyの1979年の通信システムへの序論（Introdu
ction to Communication Systems）において詳細に説
明されており、これは援用されてここに取入れられてい
る。この点において特に関心のある主題は、Stremlerの
テキストの第191頁ないし第260頁において述べられてい
る。
て一般的に知られており、かつF.G.StremlerによるAddi
son−Wesleyの1979年の通信システムへの序論（Introdu
ction to Communication Systems）において詳細に説
明されており、これは援用されてここに取入れられてい
る。この点において特に関心のある主題は、Stremlerの
テキストの第191頁ないし第260頁において述べられてい
る。
以上のことに基づいて、周波数fmにおける正弦歯振幅変
調は、各高調波周波数成分からそして最も近い隣りの高
調波周波数にエネルギを転送するであろうということが
評価されよう。このセンサシステムにおいて干渉を防ぐ
ために、fmはfa（検出されている音響信号の周波数）よ
りもはるかに大きいことが望ましい。
調は、各高調波周波数成分からそして最も近い隣りの高
調波周波数にエネルギを転送するであろうということが
評価されよう。このセンサシステムにおいて干渉を防ぐ
ために、fmはfa（検出されている音響信号の周波数）よ
りもはるかに大きいことが望ましい。
動作において、レシーバ418のアーム428における光信号
は、周波数発生器550によって制御される周波数におい
て振幅変調される。上述のように、発生器550の周波数
は、fm（変調周波数）が、音響周波数（fa）よりもはる
かに大きくなるように選択される。アーム428からの信
号は、カプラ424を介して通過し、ここでこの信号はア
ーム554からの信号と混合されて、検出器434へ通過する
位相差のために強度変調信号を発生する。検出器434か
ら、位相差による強度変調信号は、増幅器553を介して
通信され、ここでこの信号は増幅されさらにその後従来
の電子ゲート556へ伝送される。
は、周波数発生器550によって制御される周波数におい
て振幅変調される。上述のように、発生器550の周波数
は、fm（変調周波数）が、音響周波数（fa）よりもはる
かに大きくなるように選択される。アーム428からの信
号は、カプラ424を介して通過し、ここでこの信号はア
ーム554からの信号と混合されて、検出器434へ通過する
位相差のために強度変調信号を発生する。検出器434か
ら、位相差による強度変調信号は、増幅器553を介して
通信され、ここでこの信号は増幅されさらにその後従来
の電子ゲート556へ伝送される。
ゲート556は、周波数発生器550からライン555上で受信
された信号に応答して機能し、ゲート556に、増幅器553
から受信された信号の方形波振幅変調を発生させる。AC
検出器電流に関して適当な位相でおよびΔΦｍの適当な
選択を伴なって変調されたときに、この実施例の振幅変
調された信号は次のように定義される。
された信号に応答して機能し、ゲート556に、増幅器553
から受信された信号の方形波振幅変調を発生させる。AC
検出器電流に関して適当な位相でおよびΔΦｍの適当な
選択を伴なって変調されたときに、この実施例の振幅変
調された信号は次のように定義される。
cos（ｎωmt−（Δφasin ωat＋Δφｅ）） 変調のための適当な位相および振幅に関して、カプラ42
4における波形間の三角関係のために、偶数の高調波fm
における振幅変調は、隣接する高調波周波数間で結合を
発生しないであろうということが注目される。むしろ、
偶数の高調波fmにおける振幅変調は、偶数の高調波との
偶数高調波結合と、奇数高調波との奇数高調波結合とを
もたらすであろう。この状況は当業者によって一般的に
理解され、さらにこの状況の基礎は、ここに取入れられ
たStremlerのテキストを参照してより完全に理解されよ
う。もしも奇数高調波における振幅変調が利用されるな
らばこれらの問題点は排除される。
4における波形間の三角関係のために、偶数の高調波fm
における振幅変調は、隣接する高調波周波数間で結合を
発生しないであろうということが注目される。むしろ、
偶数の高調波fmにおける振幅変調は、偶数の高調波との
偶数高調波結合と、奇数高調波との奇数高調波結合とを
もたらすであろう。この状況は当業者によって一般的に
理解され、さらにこの状況の基礎は、ここに取入れられ
たStremlerのテキストを参照してより完全に理解されよ
う。もしも奇数高調波における振幅変調が利用されるな
らばこれらの問題点は排除される。
ゲート556からの出力は、ライン568を介してスペクトル
アナライザ560に通信されて処理される。スペクトルア
ナライザ560は、信号の特定の成分を選択しかつ分析す
るためのバンドパスフィルタを取入れているということ
が注目される。もしも、２ωｍに中心をおくそのような
バンドパスフィルターがゲートの出力上に配置されれ
ば、そして位相変調の振幅ΔΦｍが適当に選択されれ
ば、フィルタは次の形式の信号を通過させるであろう。
アナライザ560に通信されて処理される。スペクトルア
ナライザ560は、信号の特定の成分を選択しかつ分析す
るためのバンドパスフィルタを取入れているということ
が注目される。もしも、２ωｍに中心をおくそのような
バンドパスフィルターがゲートの出力上に配置されれ
ば、そして位相変調の振幅ΔΦｍが適当に選択されれ
ば、フィルタは次の形式の信号を通過させるであろう。
ここでｋは、特定の周波数でセンサに発生する位相シフ
トの識別および評価に影響を及ぼさない定数である。
トの識別および評価に影響を及ぼさない定数である。
ゲート556から復調された信号をスペクトルアナライザ5
60に与えることによって、変調周波数の２次高調波のま
わりのベッセル関数側波帯の高さは、特定の周波数にお
いてセンサに位相シフトを与える先行技術において周知
の手法を用いることによって測定され得る。代わりに、
より複雑な信号に対しては、FM復調器が用いられ得る。
この場合、測定された信号は、現実の位相よりもむしろ
位相の導関数であり、またはその代わりに、現実の位相
を表わす測定された信号を発生するために積分器が用い
られ得る。
60に与えることによって、変調周波数の２次高調波のま
わりのベッセル関数側波帯の高さは、特定の周波数にお
いてセンサに位相シフトを与える先行技術において周知
の手法を用いることによって測定され得る。代わりに、
より複雑な信号に対しては、FM復調器が用いられ得る。
この場合、測定された信号は、現実の位相よりもむしろ
位相の導関数であり、またはその代わりに、現実の位相
を表わす測定された信号を発生するために積分器が用い
られ得る。
選択的に、第16図のシステムのゲート処理は、カプラ42
4と検出器434との間に、またはファイバ402のような、
すべての光信号が伝わる光経路を含むシステムにおける
いずれかのファイバ上に配置されたシャッタのような少
なくとも１つの光学ゲート、または光ファイバ552を利
用することによって、電的的ではなく光学的に実現され
得る。もしもゲートが検出器434から離れて配置されれ
ば、ゲートは、周波数fmにおいて遅延信号によって制御
され、これによりシステム内を進む光は、離れたゲート
と適当な位相でfm周波数で振幅変調されるであろう。他
のすべての点において、光学ゲートの使用は、電気的ゲ
ートに関連して説明されたものと実質的に同一の結果を
もたらすであろう。
4と検出器434との間に、またはファイバ402のような、
すべての光信号が伝わる光経路を含むシステムにおける
いずれかのファイバ上に配置されたシャッタのような少
なくとも１つの光学ゲート、または光ファイバ552を利
用することによって、電的的ではなく光学的に実現され
得る。もしもゲートが検出器434から離れて配置されれ
ば、ゲートは、周波数fmにおいて遅延信号によって制御
され、これによりシステム内を進む光は、離れたゲート
と適当な位相でfm周波数で振幅変調されるであろう。他
のすべての点において、光学ゲートの使用は、電気的ゲ
ートに関連して説明されたものと実質的に同一の結果を
もたらすであろう。
第16図の実施例は、その性能を評価するように構成され
かつテストされた。この実施例において、光源100は、7
90nmの光を放射する本質的にシングルモードのレーザダ
イオードを含んでいた。システムのすべての光ファイバ
は、633nmにおける使用のために設計されたが790nmにお
いて緩くシングルモードを案内する、ITT−1601ファイ
バを含んでいた。個別的な干渉計の各々におけるアーム
長の差はほぼ21mであったが、２つの干渉計404および41
8の差の長さは、120p秒（FWHM）のパルスを用いること
によって8cm内で一致され、各干渉計のデルタ関数応答
を別々に証明した。
かつテストされた。この実施例において、光源100は、7
90nmの光を放射する本質的にシングルモードのレーザダ
イオードを含んでいた。システムのすべての光ファイバ
は、633nmにおける使用のために設計されたが790nmにお
いて緩くシングルモードを案内する、ITT−1601ファイ
バを含んでいた。個別的な干渉計の各々におけるアーム
長の差はほぼ21mであったが、２つの干渉計404および41
8の差の長さは、120p秒（FWHM）のパルスを用いること
によって8cm内で一致され、各干渉計のデルタ関数応答
を別々に証明した。
光源100のコヒーレンス長は、ファイバにおいて約4.5m
に決定された。方向性カプラは、位相変調器として先に
説明されたタイプのものであった。偏光コントローラは
以下に説明されるものに対応していた。１つの偏光コン
トローラ557は、干渉信号を搬送する２つの経路（アー
ム410および554によって規定される経路と、アーム409
および428によって規定される経路）の偏光を、変調の
深さが最大限にされるように整列させた。他の偏光コン
トローラ551は、双方への最短および最長の経路（それ
ぞれ、アーム409および554を介する経路と、アーム410
および428を介する経路）を、干渉情報を搬送する経路
に対して平行または直角のいずれかにした。
に決定された。方向性カプラは、位相変調器として先に
説明されたタイプのものであった。偏光コントローラは
以下に説明されるものに対応していた。１つの偏光コン
トローラ557は、干渉信号を搬送する２つの経路（アー
ム410および554によって規定される経路と、アーム409
および428によって規定される経路）の偏光を、変調の
深さが最大限にされるように整列させた。他の偏光コン
トローラ551は、双方への最短および最長の経路（それ
ぞれ、アーム409および554を介する経路と、アーム410
および428を介する経路）を、干渉情報を搬送する経路
に対して平行または直角のいずれかにした。
光学カプラの結合の比率は、システムのインパルス応答
の使用によって決定され、最適応答はパルスの1:2:1の
比率であり、これにより４つの経路すべてからのパワー
は等しかった。
の使用によって決定され、最適応答はパルスの1:2:1の
比率であり、これにより４つの経路すべてからのパワー
は等しかった。
光は、カプラ408における端部が接続されたポートにお
いて検出された。偏光コントローラ511の配向を回転さ
せることによって、このポートにおける非コヒーレンス
ノイズは、任意の周波数においてほぼ20−30dBだけ減少
された。
いて検出された。偏光コントローラ511の配向を回転さ
せることによって、このポートにおける非コヒーレンス
ノイズは、任意の周波数においてほぼ20−30dBだけ減少
された。
システムの出力において測定された非コヒーレンスノイ
ズは、ほぼ10MHzごとに発生する最小値を伴なって余弦
波状のスペクトルを発生した。周期は、干渉計404およ
び418の時間遅延に対応し、これはほぼ105m秒であっ
た。音響周波数において、ノイズのスペクトルは比較的
フラットでありかつその最大値にあった。
ズは、ほぼ10MHzごとに発生する最小値を伴なって余弦
波状のスペクトルを発生した。周期は、干渉計404およ
び418の時間遅延に対応し、これはほぼ105m秒であっ
た。音響周波数において、ノイズのスペクトルは比較的
フラットでありかつその最大値にあった。
もしも干渉信号に寄与しない経路が干渉信号経路と直交
するようにされたならば、そのときは非コヒーレンスノ
イズは最小限にされた一方で、もしもすべての経路が並
列であったならば、ノイズは最大限になったということ
が注目された。
するようにされたならば、そのときは非コヒーレンスノ
イズは最小限にされた一方で、もしもすべての経路が並
列であったならば、ノイズは最大限になったということ
が注目された。
非コヒーレンスノイズが最小限にされた最小の検出可能
な位相変調振幅の幾何学的平均は、 であった。センサ404における非コヒーレンスノイズが
最小限にされたときに、最小の測定可能な音響的に引起
こされた位相差（ΔΦａ）は、 の平均となった。最大のおよび最小の検出可能な位相変
調の比率は3.4であった。
な位相変調振幅の幾何学的平均は、 であった。センサ404における非コヒーレンスノイズが
最小限にされたときに、最小の測定可能な音響的に引起
こされた位相差（ΔΦａ）は、 の平均となった。最大のおよび最小の検出可能な位相変
調の比率は3.4であった。
偏光コントローラ551,557 第16図の実施例のような、この発明のセンサシステムに
おける使用に適した偏光コントローラの１つのタイプが
第17図に描かれている。このコントローラは、その上に
複数の直立ブロック572Aないし572Dが取付けられたベー
ス570を含んでいる。これらのブロック572のうちの隣接
するものの間に、スプール574Aないし574Cが、それぞれ
シャフト576Aないし576C上に接線的に取付けられてい
る。シャフト576は、互いに軸上に整列されかつブロッ
ク572の間に回転自在に取付けられる。スプール574は一
般的に円筒状でありかつシャフト576に対して接線的に
位置決めされている。
おける使用に適した偏光コントローラの１つのタイプが
第17図に描かれている。このコントローラは、その上に
複数の直立ブロック572Aないし572Dが取付けられたベー
ス570を含んでいる。これらのブロック572のうちの隣接
するものの間に、スプール574Aないし574Cが、それぞれ
シャフト576Aないし576C上に接線的に取付けられてい
る。シャフト576は、互いに軸上に整列されかつブロッ
ク572の間に回転自在に取付けられる。スプール574は一
般的に円筒状でありかつシャフト576に対して接線的に
位置決めされている。
光ファイバ410の一部は、シャフト576における軸上のボ
アを介して延びかつスプール576の各々の付近で包まれ
て３つのコイル578Aないし578Cを形成する。コイル578
の半径は、ファイバ410に応力が加えられてコイル578の
各々に複屈折媒体を形成するようにされている。３つの
コイル578Aないし578Cは、それぞれシャフト574Aないし
574Cの軸に関して互いに独立して回転され、ファイバ41
0の複屈折を調整し、したがってファイバ410を介して通
過する光の偏光を制御する。
アを介して延びかつスプール576の各々の付近で包まれ
て３つのコイル578Aないし578Cを形成する。コイル578
の半径は、ファイバ410に応力が加えられてコイル578の
各々に複屈折媒体を形成するようにされている。３つの
コイル578Aないし578Cは、それぞれシャフト574Aないし
574Cの軸に関して互いに独立して回転され、ファイバ41
0の複屈折を調整し、したがってファイバ410を介して通
過する光の偏光を制御する。
コイル578における巻線の直径および数は、外側のコイ
ル578Aおよび578Cが1/4波長の空間的な遅延をもたらす
一方で、中央のコイル578Dが1/2波長の空間的遅延をも
たらすようにされている。1/4波長コイル578Aおよび578
Cは、偏光の楕円率を制御し、かつ1/2波長コイル578D
は、偏光の方向を制御する。これは、ファイバ410を介
して通過する光の偏光の全範囲の調整をもたらしてい
る。
ル578Aおよび578Cが1/4波長の空間的な遅延をもたらす
一方で、中央のコイル578Dが1/2波長の空間的遅延をも
たらすようにされている。1/4波長コイル578Aおよび578
Cは、偏光の楕円率を制御し、かつ1/2波長コイル578D
は、偏光の方向を制御する。これは、ファイバ410を介
して通過する光の偏光の全範囲の調整をもたらしてい
る。
しかしながら、偏光コントローラは、偏光の方向（他の
方法では中央コイル578Bによって与えられる）が２つの
1/4波長コイル578Aおよび578Cによって偏光の楕円率の
適当な調整を介して間接的に制御されるので、わずか２
つの1/4波長コイル578Aおよび578Cのみを設けるように
修正されてもよいということが理解されよう。したがっ
て、偏光コントローラ551および557は、２つの1/4波長
コイル578Aおよび578Cのみを含むものとして第16図に示
されている。この構成はコントローラ551および557の全
体的なサイズを減少させるので、空間的な制限を含むこ
の発明の一定の応用例に対して有利である。
方法では中央コイル578Bによって与えられる）が２つの
1/4波長コイル578Aおよび578Cによって偏光の楕円率の
適当な調整を介して間接的に制御されるので、わずか２
つの1/4波長コイル578Aおよび578Cのみを設けるように
修正されてもよいということが理解されよう。したがっ
て、偏光コントローラ551および557は、２つの1/4波長
コイル578Aおよび578Cのみを含むものとして第16図に示
されている。この構成はコントローラ551および557の全
体的なサイズを減少させるので、空間的な制限を含むこ
の発明の一定の応用例に対して有利である。
したがって、偏光コントローラ551および557は、センサ
404のアーム410およびレシーバ418のアーム428内の光の
偏光を確立し、維持しかつ制御するための手段を提供し
ている。
404のアーム410およびレシーバ418のアーム428内の光の
偏光を確立し、維持しかつ制御するための手段を提供し
ている。
ファイバ光学可変遅延ライン 第４図の254および第５図の318のような、可変遅延ライ
ンのファイバ光学実施例は、第18図ないし第25図を参照
して最もよく説明することができる。第18図は、各光フ
ァイバ584を受けるようにチップの表面に沿って長手方
向に延びる個々のＶ字状の溝（図示せず）でチップ586
上に取付けられた複数の光ファイバ584を描いている。
光ファイバ584が各々に横方向のライン585上でタップが
設けられるようにファイバおよびチップ586を同時に研
磨することによってタップが形成される。
ンのファイバ光学実施例は、第18図ないし第25図を参照
して最もよく説明することができる。第18図は、各光フ
ァイバ584を受けるようにチップの表面に沿って長手方
向に延びる個々のＶ字状の溝（図示せず）でチップ586
上に取付けられた複数の光ファイバ584を描いている。
光ファイバ584が各々に横方向のライン585上でタップが
設けられるようにファイバおよびチップ586を同時に研
磨することによってタップが形成される。
光学タップは、光ファイバ584の選択された部分がラッ
プ仕上げされるように曲げられた構成でそれらを取付け
ることによってファイバ584上に構成される。したがっ
て、シリコンチップ586が、曲げられた上部表面582を有
する石英のブロック580上に取付けられる。ファイバを
Ｖ字状の溝に位置決めし、かつファイバをこれらの溝に
取付けた後に、光ファイバ584の上部表面は横方向のラ
イン585においてラップ仕上げされる。このラップ仕上
げ動作は、ファイバからクラッドの部分を除去するが、
光ファイバ584のコアのまわりのクラッド材料のすべて
が除去されるわけではない。ファイバのコアと、ラップ
仕上げされた表面との間の距離は、光波の結合のための
適当な相互作用領域を規定するように、形成されるべき
カプラの特性に依存している。
プ仕上げされるように曲げられた構成でそれらを取付け
ることによってファイバ584上に構成される。したがっ
て、シリコンチップ586が、曲げられた上部表面582を有
する石英のブロック580上に取付けられる。ファイバを
Ｖ字状の溝に位置決めし、かつファイバをこれらの溝に
取付けた後に、光ファイバ584の上部表面は横方向のラ
イン585においてラップ仕上げされる。このラップ仕上
げ動作は、ファイバからクラッドの部分を除去するが、
光ファイバ584のコアのまわりのクラッド材料のすべて
が除去されるわけではない。ファイバのコアと、ラップ
仕上げされた表面との間の距離は、光波の結合のための
適当な相互作用領域を規定するように、形成されるべき
カプラの特性に依存している。
遅延ラインの上半分は、第２図に関して説明された標準
的な光学カプラに用いられるタイプの溝593を含む石英
ブロック591から形成される。この溝593は、比較的大き
な曲率半径を有しており、サブストレート591の中心に
ピークを有している。光ファイバ595は、溝593内に配置
され、エポキシまたは他のいずれかの満足できる接着剤
を用いて固定される。このファイバはその後、石英ブロ
ック591の表面に沿った曲線の最も高いポイントでラッ
プ仕上げされてクラッドのための平坦な表面を作り出
し、これはファイバのコアから数ミクロン離れており、
かつ石英ブロック591の表面と共平面である。
的な光学カプラに用いられるタイプの溝593を含む石英
ブロック591から形成される。この溝593は、比較的大き
な曲率半径を有しており、サブストレート591の中心に
ピークを有している。光ファイバ595は、溝593内に配置
され、エポキシまたは他のいずれかの満足できる接着剤
を用いて固定される。このファイバはその後、石英ブロ
ック591の表面に沿った曲線の最も高いポイントでラッ
プ仕上げされてクラッドのための平坦な表面を作り出
し、これはファイバのコアから数ミクロン離れており、
かつ石英ブロック591の表面と共平面である。
シリコンサブストレート66の研磨された平坦な表面82上
に屈折率整合オイルが与えられる。この場合、屈折率整
合オイルは有利なことに、結合領域の外側の光の損失を
防ぐためにファイバエレメント584およびファイバコア
自体の屈折率よりもわずかに低い屈折率を有している。
に屈折率整合オイルが与えられる。この場合、屈折率整
合オイルは有利なことに、結合領域の外側の光の損失を
防ぐためにファイバエレメント584およびファイバコア
自体の屈折率よりもわずかに低い屈折率を有している。
少なくとも小さな範囲の遅延に対して連続可変遅延ライ
ンを有するために、第１のサブストレート596の曲率半
径は、第２のサブストレート591の曲率半径よりも実質
的に大きくなければならない。したがって、たとえば、
単一のファイバ595を備えた第２のサブストレート591
は、約25cmの曲率半径を有している。ラップ仕上げされ
かつ研磨されたときに、ファイバ595は、約1mmの相互作
用領域の長さを有するであろう。第１のサブストレート
586の曲率半径は、たとえば、約50cmである。第１のサ
ブストレート596がラップ仕上げされかつ研磨されたと
きに、相互作用領域は、第２のサブストレートに対する
相互作用領域よりも実質的に長くなるであろう。したが
って、第２のサブストレート591のファイバ595が第１の
サブストレート596の相互作用領域においてファイバ586
のループのいずれかに対して整列されたときに、この第
２のサブストレートファイバ595は、第１のサブストレ
ートの相互作用領域の長さに沿って調整される。
ンを有するために、第１のサブストレート596の曲率半
径は、第２のサブストレート591の曲率半径よりも実質
的に大きくなければならない。したがって、たとえば、
単一のファイバ595を備えた第２のサブストレート591
は、約25cmの曲率半径を有している。ラップ仕上げされ
かつ研磨されたときに、ファイバ595は、約1mmの相互作
用領域の長さを有するであろう。第１のサブストレート
586の曲率半径は、たとえば、約50cmである。第１のサ
ブストレート596がラップ仕上げされかつ研磨されたと
きに、相互作用領域は、第２のサブストレートに対する
相互作用領域よりも実質的に長くなるであろう。したが
って、第２のサブストレート591のファイバ595が第１の
サブストレート596の相互作用領域においてファイバ586
のループのいずれかに対して整列されたときに、この第
２のサブストレートファイバ595は、第１のサブストレ
ートの相互作用領域の長さに沿って調整される。
この長さに沿った移動は、そこを介して光が通過する長
さを変化し、したがって連続可変遅延をもたらすように
効果的に作用する。
さを変化し、したがって連続可変遅延をもたらすように
効果的に作用する。
もちろん、サブストレート591を横方向に調整すること
によって、ファイバ595は、ファイバ584のループのいず
れか１つと結合され得るということが理解される。した
がって、サブストレート591を移動させることによっ
て、異なる大きさの遅延が得られ、不連続可変遅延ライ
ンを提供することができる。第18図は不連続可変遅延ラ
インの一部として連続可変遅延ラインを描いているが、
連続可変遅延ラインは、第１のサブストレート586上の
単一の大きな曲率半径のＶ字状の溝およびファイバのみ
を用いて構成され得る。
によって、ファイバ595は、ファイバ584のループのいず
れか１つと結合され得るということが理解される。した
がって、サブストレート591を移動させることによっ
て、異なる大きさの遅延が得られ、不連続可変遅延ライ
ンを提供することができる。第18図は不連続可変遅延ラ
インの一部として連続可変遅延ラインを描いているが、
連続可変遅延ラインは、第１のサブストレート586上の
単一の大きな曲率半径のＶ字状の溝およびファイバのみ
を用いて構成され得る。
第19図は、連続可変ファイバ光学遅延ラインの側面図を
示している。この図において、第１のサブストレート58
6と第２のサブストレート591との間の曲率半径の差が明
白である。またこの図面から、第１のサブストレート58
6におけるファイバ584との結合を維持しながら第２のサ
ブストレート591が第１のサブストレート586に沿って長
手方向に移動されるときに、ファイバ595および584のコ
アの間の距離は、ファイバ584のコアがわずかに曲げら
れるので、いくらか変化するであろうということが理解
されよう。この距離の差は、結合にいくらかの差を引起
こすであろう。多くの応用例に対して、結合の差は重要
ではないであろう。しかしながら、もしもすべての遅延
に対して結合が同一であるということが避けられないな
らば、結合の量は、第２のサブストレート591を第１の
サブストレート586に対して横方向に移動させることに
よって必要なだけ変化させることができる。先に述べた
ように、この移動は、２つのファイバ595および584の間
の結合を変化させるように作用する。
示している。この図において、第１のサブストレート58
6と第２のサブストレート591との間の曲率半径の差が明
白である。またこの図面から、第１のサブストレート58
6におけるファイバ584との結合を維持しながら第２のサ
ブストレート591が第１のサブストレート586に沿って長
手方向に移動されるときに、ファイバ595および584のコ
アの間の距離は、ファイバ584のコアがわずかに曲げら
れるので、いくらか変化するであろうということが理解
されよう。この距離の差は、結合にいくらかの差を引起
こすであろう。多くの応用例に対して、結合の差は重要
ではないであろう。しかしながら、もしもすべての遅延
に対して結合が同一であるということが避けられないな
らば、結合の量は、第２のサブストレート591を第１の
サブストレート586に対して横方向に移動させることに
よって必要なだけ変化させることができる。先に述べた
ように、この移動は、２つのファイバ595および584の間
の結合を変化させるように作用する。
第20図は、これらのサブストレート間の必要な相対移動
を与えるために下部サブストレート586に対する上部サ
ブストレート591の正確な調整を許容する装置を示して
いる。横方向のおよび角度のある動きは、フレーム606
の１対の壁602および604によって作り出された下方の谷
に1/4ブロック580を固定することによって実現される。
壁604は、遅延ラインのブロック580のエッジよりも高さ
においてわずかに低い。壁102および104上の１対のたな
608は、サブストレート591の幅の少なくとも1/2をそれ
らの上で摺動させるのに十分な広さである。上部壁610
は、２つのばね部材612を支持し、これらのばね部材612
は、壁610からはなれるように偏倚された上部サブスト
レート591を維持する。
を与えるために下部サブストレート586に対する上部サ
ブストレート591の正確な調整を許容する装置を示して
いる。横方向のおよび角度のある動きは、フレーム606
の１対の壁602および604によって作り出された下方の谷
に1/4ブロック580を固定することによって実現される。
壁604は、遅延ラインのブロック580のエッジよりも高さ
においてわずかに低い。壁102および104上の１対のたな
608は、サブストレート591の幅の少なくとも1/2をそれ
らの上で摺動させるのに十分な広さである。上部壁610
は、２つのばね部材612を支持し、これらのばね部材612
は、壁610からはなれるように偏倚された上部サブスト
レート591を維持する。
１対のマイクロメータ614および616がフレーム606に取
付けられている。このマイクロメータ614は、ばね612に
対して可変遅延ラインの上部サブストレート591を圧迫
しかつファイバ584の一方から他方への光学的結合を変
化させるように調整される。マイクロメータ614は、サ
ブストレート591の側部上に中央に配置されてサブスト
レート591を回転させることなくこの横方向の調整を許
容している。マイクロメータ616は、下部サブストレー
ト580に関して上部サブストレート591の角度を有する配
向を調整するために用いることができるように上部サブ
ストレート591上でずらされている。
付けられている。このマイクロメータ614は、ばね612に
対して可変遅延ラインの上部サブストレート591を圧迫
しかつファイバ584の一方から他方への光学的結合を変
化させるように調整される。マイクロメータ614は、サ
ブストレート591の側部上に中央に配置されてサブスト
レート591を回転させることなくこの横方向の調整を許
容している。マイクロメータ616は、下部サブストレー
ト580に関して上部サブストレート591の角度を有する配
向を調整するために用いることができるように上部サブ
ストレート591上でずらされている。
サブストレート586に対するサブストレート591の長手方
向の移動を得るために、サブストレー586は、ピン628の
ようなピンによって長手方向に正しい場所に保持され
る。このサブストレート591は、ノブ630を回転させるこ
とによってサブストレート586上にわたって長手方向に
移動される。このノブ630は、ブロック632および634に
機械的に結合されて必要なだけブロック636を横切って
長手方向に一致してそれらを移動させる。ブロック632,
634および636は、そのような調整期間中におけるこれら
の要素の整列を維持するありつぎ638を含んでいる。ブ
ロック632および634が移動されるときに、第２のサブス
トレート591上のマイクロメータ614,616およびばね612
の圧力は、サブストレート591がブロック632および634
に沿って移動されるようにこのサブストレート591を保
持するように作用する。
向の移動を得るために、サブストレー586は、ピン628の
ようなピンによって長手方向に正しい場所に保持され
る。このサブストレート591は、ノブ630を回転させるこ
とによってサブストレート586上にわたって長手方向に
移動される。このノブ630は、ブロック632および634に
機械的に結合されて必要なだけブロック636を横切って
長手方向に一致してそれらを移動させる。ブロック632,
634および636は、そのような調整期間中におけるこれら
の要素の整列を維持するありつぎ638を含んでいる。ブ
ロック632および634が移動されるときに、第２のサブス
トレート591上のマイクロメータ614,616およびばね612
の圧力は、サブストレート591がブロック632および634
に沿って移動されるようにこのサブストレート591を保
持するように作用する。
第21図ないし第23図は、連続可変遅延ラインを示してお
り、ここで第１のサブストレート586の曲率半径は、無
限大の大きさである（すなわち、サブストレート586の
一部が平坦である）。これは構成することがいくらかよ
り困難であるが、ファイバ584を平坦なシリコンのＶ字
形状の溝に配置することは、ファイバ584の長さに沿っ
たファイバ595および584の間の結合の変化を除去する。
したがって、第２のサブストレート595が平坦なサブス
トレート586を横切って移動するときに、ファイバ591お
よび584のコアの間の距離は一定に留まるであろう。
り、ここで第１のサブストレート586の曲率半径は、無
限大の大きさである（すなわち、サブストレート586の
一部が平坦である）。これは構成することがいくらかよ
り困難であるが、ファイバ584を平坦なシリコンのＶ字
形状の溝に配置することは、ファイバ584の長さに沿っ
たファイバ595および584の間の結合の変化を除去する。
したがって、第２のサブストレート595が平坦なサブス
トレート586を横切って移動するときに、ファイバ591お
よび584のコアの間の距離は一定に留まるであろう。
第22図および第23図は、それぞれこの装置に対する最大
および最小遅延を描いている。第１のサブストレート58
6に対して第２のサブストレート591を移動させる手段は
マイクロメータ642である。このマイクロメータ642は、
第21図に描かれたような互いに関してサブストレートを
移動させる装置とともに、どのような周知の態様におい
てもモータを備えることができまたはサーボ制御され得
る。
および最小遅延を描いている。第１のサブストレート58
6に対して第２のサブストレート591を移動させる手段は
マイクロメータ642である。このマイクロメータ642は、
第21図に描かれたような互いに関してサブストレートを
移動させる装置とともに、どのような周知の態様におい
てもモータを備えることができまたはサーボ制御され得
る。
第24図および第25図は、不連続可変遅延要素と連続可変
遅延要素との結合を用いて、広範囲の連続可変遅延を達
成する２つの装置を示している。第24図において、遅延
ラインにおける第１の要素は、各ループ遅延がＴに等し
い不連続可変遅延であるということが示される。可変遅
延がＯからＴである連続可変遅延ラインがこの不連続可
変抵抗と直列にされている。連続可変遅延は、互いに直
列により短い期間の遅延をもたらす複数の連続可変遅延
要素を、それらがＴに等しい全体の連続的な遅延を与え
るまで結合することによって提供される。
遅延要素との結合を用いて、広範囲の連続可変遅延を達
成する２つの装置を示している。第24図において、遅延
ラインにおける第１の要素は、各ループ遅延がＴに等し
い不連続可変遅延であるということが示される。可変遅
延がＯからＴである連続可変遅延ラインがこの不連続可
変抵抗と直列にされている。連続可変遅延は、互いに直
列により短い期間の遅延をもたらす複数の連続可変遅延
要素を、それらがＴに等しい全体の連続的な遅延を与え
るまで結合することによって提供される。
第25図は、第18図の不連続なおよび可変遅延の結合がど
のように不連続可変遅延と直列に用いられて広範囲の時
間期間にわたって連続可変遅延をもたらすかの一例であ
る。装置の組合わせは、各ループ遅延がＴに等しい不連
続可変遅延を有するであろう。結合装置の連続遅延はＯ
からT/4となろう。組合わされた遅延ラインと直列に配
置された不連続可変遅延ラインは、T/8のループ遅延を
有するであろう。これは、Ｎ×Ｔに等しい遅延の期間全
体にわたって連続的な可変遅延ラインを与えるように作
用し、ここでＮは結合遅延装置におけるループの数であ
る。
のように不連続可変遅延と直列に用いられて広範囲の時
間期間にわたって連続可変遅延をもたらすかの一例であ
る。装置の組合わせは、各ループ遅延がＴに等しい不連
続可変遅延を有するであろう。結合装置の連続遅延はＯ
からT/4となろう。組合わされた遅延ラインと直列に配
置された不連続可変遅延ラインは、T/8のループ遅延を
有するであろう。これは、Ｎ×Ｔに等しい遅延の期間全
体にわたって連続的な可変遅延ラインを与えるように作
用し、ここでＮは結合遅延装置におけるループの数であ
る。
ファイバ光学モードカプラ 複屈折または２−モード光ファイバにおけるモード間の
光信号を結合するために利用される光学カプラは、R.C.
Youngquist et al.によるオプティクスレターズ（Opti
cs Letters）第９巻第５号（1984年５月）の“２−モ
ードファイバモードカプラ（Two−mode Fiber ModalC
oupler）”、J.L.Brooks et al.によるオプティクスレ
ターズ第９巻第６号（1984年６月）の“複屈折ファイバ
のための能動偏光カプラ（Active Polarization Coup
ler For Birefringent Fiber）”、1983年11月30日
に出願された、“複屈折ファイバ狭帯域偏光カプラ（Bi
refringent Fiber Narrow Band Polarization Cou
pler）”と題された米国特許出願連続番号第556,305
号、および1983年11月30日に出願され“ファイバ光学モ
ードカプラ（Fiber−Optic Modal Coupler）”と題さ
れた米国特許出願連続番号第556,306号において開示さ
れている。上述の文献の各々は援用されてここに取入れ
られている。
光信号を結合するために利用される光学カプラは、R.C.
Youngquist et al.によるオプティクスレターズ（Opti
cs Letters）第９巻第５号（1984年５月）の“２−モ
ードファイバモードカプラ（Two−mode Fiber ModalC
oupler）”、J.L.Brooks et al.によるオプティクスレ
ターズ第９巻第６号（1984年６月）の“複屈折ファイバ
のための能動偏光カプラ（Active Polarization Coup
ler For Birefringent Fiber）”、1983年11月30日
に出願された、“複屈折ファイバ狭帯域偏光カプラ（Bi
refringent Fiber Narrow Band Polarization Cou
pler）”と題された米国特許出願連続番号第556,305
号、および1983年11月30日に出願され“ファイバ光学モ
ードカプラ（Fiber−Optic Modal Coupler）”と題さ
れた米国特許出願連続番号第556,306号において開示さ
れている。上述の文献の各々は援用されてここに取入れ
られている。
２−モードファイバにおける基本および２次モード間
で、または複屈折シングルモードファイバにおけるＸお
よびＹ偏光モード間でパワーの転送をもたらすカプラの
１つの好ましい実施例は、モードのビート長を一致させ
るモード間の周期的な結合を生じる装置を含んでいる。
この周期的な結合は、ファイバを周期的に変形させるこ
とによって得られる。この結合を達成するカプラは、第
26図ないし第30図に関連して以下に説明される。
で、または複屈折シングルモードファイバにおけるＸお
よびＹ偏光モード間でパワーの転送をもたらすカプラの
１つの好ましい実施例は、モードのビート長を一致させ
るモード間の周期的な結合を生じる装置を含んでいる。
この周期的な結合は、ファイバを周期的に変形させるこ
とによって得られる。この結合を達成するカプラは、第
26図ないし第30図に関連して以下に説明される。
1. カプラの構造的な特徴 第26図は、斜視図によってこのモードカプラを示してい
る。研磨された、平坦な表面910は、金属またはプラス
チックのブロック911上で機械加工される。表面910は、
数ミクロンの範囲内で滑かかつ平坦であるべきである。
光ファイバ924は、表面910と、その上に機械加工された
複数のリッジ領域912を有する第２のブロック914の下面
との間に配置される。このリッジ領域912は、一連のリ
ッジ形状の結合要素をもたらし、これらの要素は、ブロ
ック911および914の間でファイバを挾むようにファイバ
924に対して圧力を加えるときに、これにより周期的な
一定間隔でファイバに応力を加え光をモード間で結合さ
せる。
る。研磨された、平坦な表面910は、金属またはプラス
チックのブロック911上で機械加工される。表面910は、
数ミクロンの範囲内で滑かかつ平坦であるべきである。
光ファイバ924は、表面910と、その上に機械加工された
複数のリッジ領域912を有する第２のブロック914の下面
との間に配置される。このリッジ領域912は、一連のリ
ッジ形状の結合要素をもたらし、これらの要素は、ブロ
ック911および914の間でファイバを挾むようにファイバ
924に対して圧力を加えるときに、これにより周期的な
一定間隔でファイバに応力を加え光をモード間で結合さ
せる。
簡単に第27図を参照すると、複数のリッジ916が形成さ
れたリッジ領域912の断面図が示されている。リッジ916
は、一定間隔で配置された平行な切欠または溝917を設
けるようにブロック914を機械加工することによって形
成され、これにより複数の研磨されたリッジ表面918が
形成され、この表面の各々は、幅Ｗを有しかつ隣接する
リッジのエッジ間で間隔Ｓを与えている。図示された実
施例において、幅Ｗおよび間隔Ｓは各々、利用される特
定の周波数における光に対してファイバの各1/2ビート
長である。理論上、各リッジ916の幅Ｗは、1/2ビート長
のどのような奇数倍でもよく、かつ隣接するリッジ間の
間隔Ｓは、1/2ビート長のどのような奇数倍であっても
よい。
れたリッジ領域912の断面図が示されている。リッジ916
は、一定間隔で配置された平行な切欠または溝917を設
けるようにブロック914を機械加工することによって形
成され、これにより複数の研磨されたリッジ表面918が
形成され、この表面の各々は、幅Ｗを有しかつ隣接する
リッジのエッジ間で間隔Ｓを与えている。図示された実
施例において、幅Ｗおよび間隔Ｓは各々、利用される特
定の周波数における光に対してファイバの各1/2ビート
長である。理論上、各リッジ916の幅Ｗは、1/2ビート長
のどのような奇数倍でもよく、かつ隣接するリッジ間の
間隔Ｓは、1/2ビート長のどのような奇数倍であっても
よい。
好ましい実施例における切欠917の断面は長方形である
が、これはこの形状が機械加工するのに最も容易な形状
だからである。しかしながら、この形状は限定的なもの
ではない。切欠917の高さＨが、リッジ916の材料がファ
イバに応力を加えることによって変形されるときに応力
を維持するのに十分なものであれば、リッジ916上に平
坦な表面918を作り出すどのような形状も満足すべきも
のであろう。好ましい実施例において、ブロック914
は、Deltrinのような、硬質プラスチックから形成され
ている。このプラスチックは、ガラスよりより容易に変
形し、したがってファイバに応力が加えられたときのフ
ァイバの損傷を排除している。完全なパワーの転送のた
めに、ファイバに変形および非変形の交互の領域を設け
るようにリッジがファイバに応力を加えることが重要で
ある。装置の全体の長さは限定的ではないが、しかしな
がら図示された実施例において、長さは２ないし３イン
チのオーダである。さらに、非複屈折ファイバが用いら
れたときに、ブロック914に加えられた約3kgの力が、リ
ッジ916の数に関係なく最大の結合を達成するために必
要であるということが見出されている。
が、これはこの形状が機械加工するのに最も容易な形状
だからである。しかしながら、この形状は限定的なもの
ではない。切欠917の高さＨが、リッジ916の材料がファ
イバに応力を加えることによって変形されるときに応力
を維持するのに十分なものであれば、リッジ916上に平
坦な表面918を作り出すどのような形状も満足すべきも
のであろう。好ましい実施例において、ブロック914
は、Deltrinのような、硬質プラスチックから形成され
ている。このプラスチックは、ガラスよりより容易に変
形し、したがってファイバに応力が加えられたときのフ
ァイバの損傷を排除している。完全なパワーの転送のた
めに、ファイバに変形および非変形の交互の領域を設け
るようにリッジがファイバに応力を加えることが重要で
ある。装置の全体の長さは限定的ではないが、しかしな
がら図示された実施例において、長さは２ないし３イン
チのオーダである。さらに、非複屈折ファイバが用いら
れたときに、ブロック914に加えられた約3kgの力が、リ
ッジ916の数に関係なく最大の結合を達成するために必
要であるということが見出されている。
第26図に戻ると、ブロック914は、一致するパターンで
平坦な表面910から突出する１組のピン922を受けるよう
なパターンで配置された複数の孔920を有している。ブ
ロック914は、ピン922に沿って平坦な表面910に向かっ
ておよび表面910から離れるように摺動される。リッジ9
16のエッジがファイバ924の長手方向の軸を横切り、１
対のファイバ保持プレート926によって平坦な表面910上
に保持されるように、ピン922は整列されかつリッジ916
は配向される。したがって、第27図において参照番号92
7によって示されたリッジ916のエッジは、ファイバ924
の長手方向の軸を横切っている。ピン922はまた、ブロ
ック914のロッキングを防いで不均一な力がファイバ924
に加えられることを防止するように機能している。
平坦な表面910から突出する１組のピン922を受けるよう
なパターンで配置された複数の孔920を有している。ブ
ロック914は、ピン922に沿って平坦な表面910に向かっ
ておよび表面910から離れるように摺動される。リッジ9
16のエッジがファイバ924の長手方向の軸を横切り、１
対のファイバ保持プレート926によって平坦な表面910上
に保持されるように、ピン922は整列されかつリッジ916
は配向される。したがって、第27図において参照番号92
7によって示されたリッジ916のエッジは、ファイバ924
の長手方向の軸を横切っている。ピン922はまた、ブロ
ック914のロッキングを防いで不均一な力がファイバ924
に加えられることを防止するように機能している。
もしも所要するならば、ピン922の両端は、それぞれの
ナット（図示せず）を受取るようにねじが切られてもよ
く、かつそれぞれのコイルばね（図示せず）は、ファイ
バ924上に頂部プレート914によって作用される圧力を制
御するためにナットと上部ブロック914との間に配置さ
れてもよい。
ナット（図示せず）を受取るようにねじが切られてもよ
く、かつそれぞれのコイルばね（図示せず）は、ファイ
バ924上に頂部プレート914によって作用される圧力を制
御するためにナットと上部ブロック914との間に配置さ
れてもよい。
保持プレート926は、ファイバを受取るためのＶ字形状
のカットアウトをその中に備えたディスク形状であり、
さらにそれらが平坦な表面910に対して直角になるよう
にブロック911の両端において取付けられたそれぞれの
端部プレート928のそれぞれの円形の開口に取付けられ
る。しかしながら、ファイバを保持するどのような他の
適当な方法も代わりに用いられてもよい。
のカットアウトをその中に備えたディスク形状であり、
さらにそれらが平坦な表面910に対して直角になるよう
にブロック911の両端において取付けられたそれぞれの
端部プレート928のそれぞれの円形の開口に取付けられ
る。しかしながら、ファイバを保持するどのような他の
適当な方法も代わりに用いられてもよい。
2. 複屈折ファイバの動作理論 第28図に示されるように、プレート914に対する垂直の
力Ｆの印加は、リッジ916をファイバ924に対して押しつ
け、したがってリッジ916の下のファイバ924の部分に応
力を生じさせる。このリッジは、応力が生じた領域の始
めおよび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然
の変化を引起こす。説明の目的で、ファイバの幾何学的
形状におけるこれらの突然の変化は、境界944として観
察される。
力Ｆの印加は、リッジ916をファイバ924に対して押しつ
け、したがってリッジ916の下のファイバ924の部分に応
力を生じさせる。このリッジは、応力が生じた領域の始
めおよび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然
の変化を引起こす。説明の目的で、ファイバの幾何学的
形状におけるこれらの突然の変化は、境界944として観
察される。
配向におけるそのような変化が非常に短い境界領域にわ
たって生じるように偏光モード軸の配向の突然の変化が
引起こされるということが装置の動作にとって有益であ
る。示された実施例において、第28図におけるこれらの
境界944は、逃げ領域916の結合表面918のエッジによっ
て形成され、したがってビート長の1/2で周期的に一定
間隔保って配置される。他の実施例において、境界944
は、ビート長の1/2の奇数倍の間隔で配置され得る。
たって生じるように偏光モード軸の配向の突然の変化が
引起こされるということが装置の動作にとって有益であ
る。示された実施例において、第28図におけるこれらの
境界944は、逃げ領域916の結合表面918のエッジによっ
て形成され、したがってビート長の1/2で周期的に一定
間隔保って配置される。他の実施例において、境界944
は、ビート長の1/2の奇数倍の間隔で配置され得る。
各境界944において、光はファイバ924のモード間で結合
される。複屈折ファイバ924に対して、偏光ＸおよびＹ
（偏光モードＸおよびＹに対応する）の直交する軸は、
各境界944において角度θを介して第29図に示されるよ
うな偏光Ｘ′およびＹ′の直交軸まで突然シフトする。
される。複屈折ファイバ924に対して、偏光ＸおよびＹ
（偏光モードＸおよびＹに対応する）の直交する軸は、
各境界944において角度θを介して第29図に示されるよ
うな偏光Ｘ′およびＹ′の直交軸まで突然シフトする。
3. 非複屈折ファイバの動作理論 第30図を参照すると、２−モードファイバ924を取入れ
たモードカプラの１つのタイプが示されている。力Ｆが
上部ブロック914に加えられてリッジ916の結合表面918
をファイバ924に対して押しつけさせ、したがってファ
イバを非対称的に変形させる。リッジ916は、応力が生
じた領域932,936の各々の始めおよび終わりにおいてフ
ァイバの幾何学的形状に変化を引起こし、したがって応
力が生じた領域と応力が生じていない領域との間に境界
944を作り出す。
たモードカプラの１つのタイプが示されている。力Ｆが
上部ブロック914に加えられてリッジ916の結合表面918
をファイバ924に対して押しつけさせ、したがってファ
イバを非対称的に変形させる。リッジ916は、応力が生
じた領域932,936の各々の始めおよび終わりにおいてフ
ァイバの幾何学的形状に変化を引起こし、したがって応
力が生じた領域と応力が生じていない領域との間に境界
944を作り出す。
非複屈折ファイバ924に対して、ファイバの中心ライン
または長手方向の軸946は、加えられた力の方向に各境
界944において突然シフトされる。ファイバ軸946のその
ような突然のシフトは、境界944の各々においてモード
の基本LP01セットからモードの２次LP11セットまで光を
結合させる。光が結合される特定の２次モードは、加え
られた光の偏光に対する力の方向に依存している。たと
えば、もしも基本モードにおける光が垂直に偏光される
ならば、そのような光は、垂直−直交２次モードに独自
に結合し、垂直−平行２次モード、水平−垂直２次モー
ドまたは水平−平行２次モードには結合しないであろう
（第11図参照）。次に、力が未だ垂直であるが、入力光
が基本モードで水平に偏光されているとすると、そのよ
うな光は、水平−平行２次モードにも独自に結合する
が、他の２次モードのいずれにも結合しないであろう。
もちろん、２−モードファイバに用いられるカプラの他
の実施例は、先に述べられ、かつ結合を実現する際に２
−モードファイバに周期的な折曲げを加える装置につい
て議論した、H.F.Tarlorの文献において説明されたカプ
ラのような、先行技術において知られている。
または長手方向の軸946は、加えられた力の方向に各境
界944において突然シフトされる。ファイバ軸946のその
ような突然のシフトは、境界944の各々においてモード
の基本LP01セットからモードの２次LP11セットまで光を
結合させる。光が結合される特定の２次モードは、加え
られた光の偏光に対する力の方向に依存している。たと
えば、もしも基本モードにおける光が垂直に偏光される
ならば、そのような光は、垂直−直交２次モードに独自
に結合し、垂直−平行２次モード、水平−垂直２次モー
ドまたは水平−平行２次モードには結合しないであろう
（第11図参照）。次に、力が未だ垂直であるが、入力光
が基本モードで水平に偏光されているとすると、そのよ
うな光は、水平−平行２次モードにも独自に結合する
が、他の２次モードのいずれにも結合しないであろう。
もちろん、２−モードファイバに用いられるカプラの他
の実施例は、先に述べられ、かつ結合を実現する際に２
−モードファイバに周期的な折曲げを加える装置につい
て議論した、H.F.Tarlorの文献において説明されたカプ
ラのような、先行技術において知られている。
概要 要約すると、ここに説明された発明は、短いコヒーレン
ス長を有する光源を使用することにより複数の位置にお
ける周囲環境状態をモニタリングする際の先行技術を越
える有意義な改良点を含むだけではなく、（１）複数の
センサのすべての連続的な感知のために構成されたシス
テムを提供し、（２）リードの周囲環境からの遮蔽なし
に遠隔の位置で正確な感知を行なわせる構成を提供し、
（３）センサに影響を及ぼす周囲環境の影響を識別する
正確なかつ容易に分析された情報信号を発生する、簡単
な、経済的なそして選択的なすべてのファイバ光学態様
において光信号のヘテロダインを提供し、そして（４）
センサ側において大きな光学装置または電子装置の使用
を必要としないすべてのファイバ光学センサアレイシス
テムの選択を提供することによって、産業分野における
他の長く存在している問題点を克服している。
ス長を有する光源を使用することにより複数の位置にお
ける周囲環境状態をモニタリングする際の先行技術を越
える有意義な改良点を含むだけではなく、（１）複数の
センサのすべての連続的な感知のために構成されたシス
テムを提供し、（２）リードの周囲環境からの遮蔽なし
に遠隔の位置で正確な感知を行なわせる構成を提供し、
（３）センサに影響を及ぼす周囲環境の影響を識別する
正確なかつ容易に分析された情報信号を発生する、簡単
な、経済的なそして選択的なすべてのファイバ光学態様
において光信号のヘテロダインを提供し、そして（４）
センサ側において大きな光学装置または電子装置の使用
を必要としないすべてのファイバ光学センサアレイシス
テムの選択を提供することによって、産業分野における
他の長く存在している問題点を克服している。
この発明は、その精神および本質的な特徴から離れるこ
となく他の特定の形式において実施されてもよい。描か
れた実施例は、すべての点で例示的なものであり、かつ
限定的なのではないと考えられるべきである。それゆえ
に、この発明の範囲は、前述の説明よりはむしろ添付さ
れた特許請求の範囲によって示されている。特許請求の
範囲の同等の意義および範囲内のすべての変更は、それ
らの範囲内に包含されるべきである。
となく他の特定の形式において実施されてもよい。描か
れた実施例は、すべての点で例示的なものであり、かつ
限定的なのではないと考えられるべきである。それゆえ
に、この発明の範囲は、前述の説明よりはむしろ添付さ
れた特許請求の範囲によって示されている。特許請求の
範囲の同等の意義および範囲内のすべての変更は、それ
らの範囲内に包含されるべきである。
第１図は、並列構成におけるコヒーレント分散ファイバ
光学センサシステムの１つの好ましい実施例の概略図で
ある。 第２図は、この発明の分散されたセンサシステムにおい
て用いるためのファイバ光学方向性カプラの一実施例の
断面図である。 第３図は、パルス化された光源と、並列センサ梯子形構
成から復帰バスに結合されたマッハーツェンダ干渉計と
を含む、この発明のコヒーレント分散センサシステムの
他の好ましい実施例の概略図である。 第４図は、センサアレイから復帰バスに接続された可変
遅延ラインを含む、この発明のコヒーレント分散センサ
システムの他の好ましい実施例を示す図である。 第５図は、センサアレイに対して複屈折ファイバを用い
たフィードフォワード構成を含む、この発明のコヒーレ
ント分散センサシステムのさらに他の好ましい実施例を
示す概略図であり、並列アームにおける２つの信号経路
は、複屈折ファイバの２つの偏光軸を含んでいる。 第６図は、周囲環境パラメータの時間微分を測定する並
列構成を示す、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例の概略図である。 第７図は、センサアレイの直列構成の動作の原理を説明
する、この発明のコヒーレント分散センサシステムのさ
らに他の好ましい実施例の概略図である。 第８図は、第７図の直列構成への修正を含む、この発明
のコヒーレント分散センサシステムの他の好ましい実施
例を示す概略図であり、各センサの双方のポートからの
ファイバは、次のセンサを形成するように連続してい
る。 第９図は、システムの並列直列構成の結合を含むハイブ
リッド構成を有する、この発明のコヒーレント分散セン
サの他の好ましい実施例の概略図である。 第10図は、第７図の実施例に機能的に対応するが、複屈
折または２−モード光ファイバを含むセンサおよびレシ
ーバを有する、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第11図は、非複屈折ファイバの１次および２次モード、
LP01およびLP11の電界パターンを描く概略図である。 第12図は、第８図の実施例に機能的に対応するが、複屈
折または２−モードファイバを含むセンサおよびレシー
バを有する、この発明のコヒーレント分散センサシステ
ムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第13図は、第９図のシステムに機能的に等しいが、複屈
折または２−モードファイバを有するセンサおよびレシ
ーバを備えたシステムを示す、この発明のコヒーレント
分散センサシステムの他の好ましい実施例を示す概略図
である。 第14図は、軸がずれた２−モードファイバに突合せ結合
されて、共通偏光モードで光を結合し、かつ選択された
偏光モードではなく光信号の結合を排除するシングルモ
ードファイバの概略図である。 第15図は、単一のセンサおよび単一のレシーバを含む、
コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された形式
を示す概略図である。 第16図は、位相変調器およびゲートを用いて分散された
センサから出力信号を周波数シフトするための手法を描
く、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された
形式を描く概略図である。 第17図は、この発明の分散センサに用いるためのファイ
バ光学偏光コントローラの一実施例の斜視図である。 第18図は、不連続可変遅延ラインを連続可変遅延ライン
に結合する装置の分解斜視図である。 第19図は、連続可変ファイバ光学カプラの断面図であ
る。 第20図は、可変遅延ラインの経路長を調整するために用
いられる装置の斜視図である。 第21図は、平坦なサブストレートを備えた連続可変ファ
イバ光学カプラの断面図である。 第22図および第23図は、それぞれ最大および最小遅延位
置における第22図のカプラを示す図である。 第24図および第25図は、比較的長い遅延期間にわたって
連続可変遅延を発生する、不連続可変遅延装置の連続可
変遅延装置との結合を示す図である。 第26図は、この発明に用いるモードカプラの分解斜視図
である。 第27図は、モードカプラのリッジの形状を示す、第26図
のライン27−27に沿った断面図である。 第28図は、高複屈折ファイバに対して押しつけられて応
力が生じた領域と応力が生じていない領域とを形成する
１対のリッジを示す図である。 第29図は、ファイバに応力が加えられたときの複屈折フ
ァイバの偏光軸上の影響を示す図である。 第30図は、ファイバを変形させかつ各リッジの始めおよ
び終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然の変化
を引起こすように非複屈折光ファイバに対して押しつけ
られた１対のリッジを示す概略図である。 図において、100は光源、102は入力バス、104,108,112,
116,120,124は方向性カプラ、106は光学遅延ライン、11
0は光ファイバ、114は復帰バス、118および122は光ファ
イバ部分、126は検出器を示す。
光学センサシステムの１つの好ましい実施例の概略図で
ある。 第２図は、この発明の分散されたセンサシステムにおい
て用いるためのファイバ光学方向性カプラの一実施例の
断面図である。 第３図は、パルス化された光源と、並列センサ梯子形構
成から復帰バスに結合されたマッハーツェンダ干渉計と
を含む、この発明のコヒーレント分散センサシステムの
他の好ましい実施例の概略図である。 第４図は、センサアレイから復帰バスに接続された可変
遅延ラインを含む、この発明のコヒーレント分散センサ
システムの他の好ましい実施例を示す図である。 第５図は、センサアレイに対して複屈折ファイバを用い
たフィードフォワード構成を含む、この発明のコヒーレ
ント分散センサシステムのさらに他の好ましい実施例を
示す概略図であり、並列アームにおける２つの信号経路
は、複屈折ファイバの２つの偏光軸を含んでいる。 第６図は、周囲環境パラメータの時間微分を測定する並
列構成を示す、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例の概略図である。 第７図は、センサアレイの直列構成の動作の原理を説明
する、この発明のコヒーレント分散センサシステムのさ
らに他の好ましい実施例の概略図である。 第８図は、第７図の直列構成への修正を含む、この発明
のコヒーレント分散センサシステムの他の好ましい実施
例を示す概略図であり、各センサの双方のポートからの
ファイバは、次のセンサを形成するように連続してい
る。 第９図は、システムの並列直列構成の結合を含むハイブ
リッド構成を有する、この発明のコヒーレント分散セン
サの他の好ましい実施例の概略図である。 第10図は、第７図の実施例に機能的に対応するが、複屈
折または２−モード光ファイバを含むセンサおよびレシ
ーバを有する、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第11図は、非複屈折ファイバの１次および２次モード、
LP01およびLP11の電界パターンを描く概略図である。 第12図は、第８図の実施例に機能的に対応するが、複屈
折または２−モードファイバを含むセンサおよびレシー
バを有する、この発明のコヒーレント分散センサシステ
ムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第13図は、第９図のシステムに機能的に等しいが、複屈
折または２−モードファイバを有するセンサおよびレシ
ーバを備えたシステムを示す、この発明のコヒーレント
分散センサシステムの他の好ましい実施例を示す概略図
である。 第14図は、軸がずれた２−モードファイバに突合せ結合
されて、共通偏光モードで光を結合し、かつ選択された
偏光モードではなく光信号の結合を排除するシングルモ
ードファイバの概略図である。 第15図は、単一のセンサおよび単一のレシーバを含む、
コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された形式
を示す概略図である。 第16図は、位相変調器およびゲートを用いて分散された
センサから出力信号を周波数シフトするための手法を描
く、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された
形式を描く概略図である。 第17図は、この発明の分散センサに用いるためのファイ
バ光学偏光コントローラの一実施例の斜視図である。 第18図は、不連続可変遅延ラインを連続可変遅延ライン
に結合する装置の分解斜視図である。 第19図は、連続可変ファイバ光学カプラの断面図であ
る。 第20図は、可変遅延ラインの経路長を調整するために用
いられる装置の斜視図である。 第21図は、平坦なサブストレートを備えた連続可変ファ
イバ光学カプラの断面図である。 第22図および第23図は、それぞれ最大および最小遅延位
置における第22図のカプラを示す図である。 第24図および第25図は、比較的長い遅延期間にわたって
連続可変遅延を発生する、不連続可変遅延装置の連続可
変遅延装置との結合を示す図である。 第26図は、この発明に用いるモードカプラの分解斜視図
である。 第27図は、モードカプラのリッジの形状を示す、第26図
のライン27−27に沿った断面図である。 第28図は、高複屈折ファイバに対して押しつけられて応
力が生じた領域と応力が生じていない領域とを形成する
１対のリッジを示す図である。 第29図は、ファイバに応力が加えられたときの複屈折フ
ァイバの偏光軸上の影響を示す図である。 第30図は、ファイバを変形させかつ各リッジの始めおよ
び終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然の変化
を引起こすように非複屈折光ファイバに対して押しつけ
られた１対のリッジを示す概略図である。 図において、100は光源、102は入力バス、104,108,112,
116,120,124は方向性カプラ、106は光学遅延ライン、11
0は光ファイバ、114は復帰バス、118および122は光ファ
イバ部分、126は検出器を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｌ 1/00 Ｂ Ｇ０１Ｎ 21/17 Ｂ Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｇ０８Ｃ 15/00 Ｋ (72)発明者 ロバート・シイ・ヤングクイスト イギリス、ロンドン ダブリユ・シイ・１ ウオウバーン・プレイス ラツセル・コ ート、233 (72)発明者 ビヤング・ユーン・キム アメリカ合衆国、カリフオルニア州、スタ ンフオード エスカンデイード・ヴイレツ ジ、48・シー (72)発明者 ロバート・エイチ・ウエントワース アメリカ合衆国、カリフオルニア州、パ ロ・アルト アルマ・ストリート、2779 (72)発明者 ハーバート・ジヨン・シヨウ アメリカ合衆国、カリフオルニア州、スタ ンフオード アルヴアラード・ロウ、719 (72)発明者 ケール・ブロテクイエール ノルウエー、トロントハイム エヌ‐7000 スタインホイゲン、16 (56)参考文献 特開 昭58−105397（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−28158（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4375680（ＵＳ，Ａ)
Claims (24)
- 【請求項１】１対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的
に感知する装置であって、 短いコヒーレント長を有する光の発光源を含む光源（10
0）と、 前記光源（100）に対する第1,第2,第３および第４の光
経路を規定する複数の光学導波管部分（409,410,426,42
8）とを備え、前記第１および第２の光経路は長さが異
なりかつ前記第１および第２の光経路の少なくとも一方
は感知領域（404）に位置し、よって前記感知領域（40
4）における周囲環境の影響によって影響を及ぼされ、
前記第３および第４の光経路は長さが異なり受信領域
（418）に位置しかつ長さにおいてそれぞれ前記第１お
よび第２の光経路に実質的に等しくかつ前記第１および
第２の光経路と同じ周囲環境の影響を受けず、前記第1,
第2,第３および第４の光経路の少なくとも一部は、前記
感知および受信領域（404,418）を光学的に接続する光
ファイバを含む導波管部分（402）によって規定され、 前記第1,第2,第３および第４の光経路から光を結合する
多重化手段（424a）をさらに備え、前記多重化手段（42
4a）はいつでも、長さにおいて前記第１または第２の光
経路と前記第３または第４の光経路との和に実質的に一
致する光経路からのみ光をコヒーレントに結合する、１
対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する装
置。 - 【請求項２】前記光源（100）に光学的に結合されて前
記第１および第２の光経路の少なくとも一部を規定する
第１および第２の光学干渉計（404,406）をさらに備
え、前記第１および第２の干渉計（404,406）は各々、
周囲環境の影響を感知しかつ前記周囲環境の影響に応答
して前記第１および第２の光経路を伝播する光に影響を
及ぼし、 前記第３および第４の光経路の少なくとも一部を規定す
る少なくとも第３の光学干渉計（418）をさらに備え、
前記第３の干渉計（418）は前記第１および第２の干渉
計（404,406）と同じ周囲環境の影響を受けず、かつ 前記導波管部分（402）は、前記第１および第２の干渉
計（404,406）の少なくとも一方へおよび前記第３の干
渉計（418）へ光学的に結合され、これにより前記第１
および第２の干渉計（404,406）からの光は、前記光学
導波管のみを介して前記第３の干渉計（418）との光学
的結合へ伝播される、特許請求の範囲第１項記載の装
置。 - 【請求項３】各干渉計（404,406）における前記光経路
間の光経路長の差は、前記光源（100）の１光源コヒー
レンス長よりも大きく、かつ前記第１の干渉計（404）
における光経路の前記光経路長の差は、前記光源（10
0）の少なくとも１光源コヒーレンス長だけ前記第２の
干渉計（406）における光経路の前記光経路長の差とは
異なり、 前記第３の干渉計（418）における前記光経路間の光経
路長の差は、前記第１および第２の干渉計（404,406）
の少なくとも一方における１対の光経路の光経路長にお
ける差に実質的に等しく、かつ 前記光を結合する手段（424a）は、前記第３の干渉計
（418）から光を受取りかつ前記第３の干渉計（418）か
らの前記光をコヒーレントに結合する手段を含み、これ
により前記第１および第２の干渉計（404,406）の一方
を介して伝播する光に影響を及ぼす周囲環境の影響を表
わす光学信号を与え、前記第１および第２の干渉計のそ
の１対の光経路間の光経路長の差はいつでも、前記第３
の干渉計（418）における１対の光経路間の光経路長の
差に実質的に一致する、特許請求の範囲第２項記載の装
置。 - 【請求項４】前記複数の光学導波管部分（409,410,426,
428）は、少なくとも第１および第２のファイバ光学干
渉計を含み、前記少なくとも第１および第２のファイバ
光学干渉計は感知干渉計（404,406）を有し、前記感知
干渉計（404,406）の各々は１対の光経路を規定し、か
つ前記干渉計（404,406）の各々の少なくとも一部分
は、周囲環境の状態に応答して変化する光伝送特性を有
し、前記感知干渉計（404,406）の各々は、共に光学的
に結合されて梯子状のネットワークを形成する入力およ
び出力端子を有し、前記入力端子は前記光源（100）に
光学的に結合され、かつ前記感知干渉計（404,406）は
互いに光学的に一定間隔隔てて配置されかつ前記感知干
渉計（404,406）の各々における光経路の対の光経路長
は、前記光源（100）から前記干渉計（404,406）を介し
て伝送されかつ出力端子のいずれか１つから分散された
光が対応する時間において他のいずれかの出力端子から
分散された他のすべての光に関して光学的に非コヒーレ
ントであるような大きさだけ各干渉計に対して異なり、
かつ 前記複数の光学導波管部分（409,410,426,428）は、少
なくとも１つの第３のファイバ光学干渉計をさらに含
み、前記少なくとも１つの第３のファイバ光学干渉計
は、前記感知干渉計（404,406）の出力端子に光学的に
結合されかつ１対の光経路を規定する受信干渉計（41
8）を含み、前記１対の光経路の光経路長の差は、選択
された感知干渉計（404,406）における１対の光経路の
光経路長の差と実質的に一致し、これにより、前記セン
サシステムを介して前記光源（100）から伝送された光
信号の各部は前記受信干渉計（418）の出力においてコ
ヒーレントに結合されて、前記選択された感知干渉計
（404,406）の光伝送特性に変化を引起こす条件を表わ
す光学信号を与える、特許請求の範囲第１項記載の装
置。 - 【請求項５】前記複数の光導波管部分（409,410,426,42
8）は、前記光源（100）に光学的に結合された少なくと
も１つの光ファイバを含み、前記光ファイバは、そこを
介して光を伝播する第１および第２の直交モードを規定
し、 前記装置は、前記光ファイバ上の選択された位置に配置
されて前記選択された位置で前記直交モード間で光を結
合するように前記ファイバに作用する複数の手段をさら
に備え、作用手段の第１の対は、直交モード間において
それらの間の第１の伝播長の差を形成するように位置決
めされ、前記第１および第２の光経路の各部を規定し、
前記第１の伝播長の差は、前記光源（100）の１コヒー
レンス長よりも大きく、前記作用手段の第１の対の間の
直交モードは、前記直交モードを伝播する光に影響を及
ぼすように周囲環境の影響を感知し、かつ作用手段の第
２の対は、直交モード間においてそれらの間の第２の伝
播長を差を形成するように位置決めされ、前記第３およ
び第４の光経路の各部を規定し、前記第２の伝播長の差
は、第１の伝播長の差に実質的に等しく、かつ作用手段
の第２の対の間の直交モードは、作用手段の第１の対の
間の直交モードと同じ周囲環境の影響を受けず、かつ 前記装置は、前記光結合手段が、作用手段の第２の対の
間の直交モードから光を受取りかつ前記受取った光をコ
ヒーレントに結合する手段を含み、これにより前記作用
手段の第１の対の間で直交モードを介して伝播する光に
影響を及ぼす周囲環境の影響を表わす光学信号を与える
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項６】前記第１および第２の光経路は、少なくと
も前記光源（100）の１コヒーレンス長の大きさだけ長
さが異なることを特徴とする、特許請求の範囲第１項ま
たは第４項に記載の装置。 - 【請求項７】前記第３および第４の光経路は異なる時間
においてのみ存在する、特許請求の範囲第１項または第
２項記載の装置。 - 【請求項８】前記少なくとも１つの感知領域（410）に
おいて第１および第２の光学干渉計（404,406）をさら
に備え、前記第１および第２の干渉計（404,406）は、
前記感知領域（410）において異なる前記第１および第
２の光経路の各部を規定する、特許請求の範囲第１項記
載の装置。 - 【請求項９】前記第１および第２の干渉計（404,406）
は、少なくとも前記光源（100）の１コヒーレンス長の
大きさである前記第１および第２の光経路の長さの差を
発生する、特許請求の範囲第８項記載の装置。 - 【請求項１０】前記光を結合する手段（424a）は、前記
コヒーレントに結合された光の位相差を含む出力信号を
与え、前記位相差は、その光が前記結合手段（424a）に
おいてコヒーレントに結合される光経路に影響を及ぼす
周囲環境の影響を表わす、特許請求の範囲第１項，第２
項，第３項または第４項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１１】前記感知領域（404）において、前記第
１および第２の光経路は、単一の光ファイバーの直交モ
ードを含む、特許請求の範囲第１項，第２項または第３
項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１２】前記受信領域（418）において、前記第
３および第４の光経路は、単一の光ファイバの直交モー
ドを含む、特許請求の範囲第11項記載の装置。 - 【請求項１３】前記光導波管部分（409,410,426,428）
は、前記感知領域（404）において第1,第2,第３および
第４の光経路を規定する光ファイバを含み、かつ前記装
置は、前記光ファイバ上に選択的に位置決めされて前記
選択された位置において前記第1,第2,第３および第４の
光経路のうちの少なくとも２つの間で光の結合を発生す
るように前記光ファイバに作用する手段をさらに含む、
特許請求の範囲第１項記載の装置。 - 【請求項１４】前記第１および第２の光学干渉計（404,
406）は、前記光ファイバ内の直交モードとして前記第
１および第２の光経路の前記部分を規定する第１および
第２の光ファイバを含む、特許請求の範囲第２項，第３
項または第４項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１５】前記第３の光学干渉計（418）は、前記
ファイバ内の直交モードとして前記第３および第４の光
経路の前記部分を規定する光ファイバを含む、特許請求
の範囲第14項記載の装置。 - 【請求項１６】前記光ファイバは複屈折ファイバを含
み、前記ファイバにおける前記直交モードは直交偏光を
含む、特許請求の範囲第５項または第15項記載の装置。 - 【請求項１７】前記光ファイバは２−モードファイバを
含み、かつ前記ファイバにおける直交モードは、前記２
−モードファイバの基本モードセットの１つのモードと
２次モードセットの１つのモードとを含む、特許請求の
範囲第５項または第15項記載の装置。 - 【請求項１８】前記光ファイバ上に選択的に位置決めさ
れて前記直交モード間で光の結合を生じるように前記光
ファイバに作用する手段をさらに含む、特許請求の範囲
第14項，第15項，第16項または第17項のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項１９】前記光ファイバに作用する手段は、一定
間隔隔てて前記光ファイバに応力を加えることによって
光ファイバの伝播モード間で光学信号を転送するファイ
バ光学モードカプラを含む、特許請求の範囲第５項，第
13項または第14項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２０】前記結合手段（424a）に光学的に結合さ
れた検出器をさらに備え、前記検出器は、前記コヒーレ
ントに結合された光の位相差に一致する出力を形成し、 前記出力を振幅変調して、前記出力の正弦および余弦成
分の双方を含む選択された高調波を有する第１の信号を
発生する回路をさらに備え、これにより出力信号を解析
して前記第１および第２の光経路に影響を及ぼす周囲環
境の影響を識別する、特許請求の範囲第２項または第４
項記載の装置。 - 【請求項２１】選択された変調周波数において位相変調
信号を与える信号発生器と、 前記信号発生器に応答して前記選択された変調周波数で
前記第３の干渉計（418）において前記光波を位相変調
する位相変調器とをさらに備え、かつ 前記回路は、前記選択された変調周波数で前記出力を振
幅変調するように機能する、特許請求の範囲第20項記載
の装置。 - 【請求項２２】前記第３の干渉計（418）の光経路の一
方は、可変遅延ラインを含み、前記可変遅延ラインは、
前記光経路の長さを変化させ、これにより、前記受信干
渉計（418）における光経路間の光経路長の差は、第１
の時間において前記第１および第２の干渉計（404,40
6）の一方の光経路間の光経路長の差に実質的に等しい
ようにかつ第２の時間において前記第１および第２の感
知干渉計（404,406）の他方における光経路間の光経路
長の差に実質的に等しいように変化される、特許請求の
範囲第２項，第３項または第４項のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項２３】前記少なくとも１つの第３の光学干渉計
（418）は、第３および第４の光学干渉計（418,420）を
含み、前記第３および第４の光学干渉計（418,420）の
各々は、１対の光経路を規定し、前記第３および第４の
干渉計（418,420）における光経路の対の間の光経路の
差は、それぞれ、前記第１および第２の干渉計（404,40
6）における前記光経路間の光経路の差に実質的に一致
し、これにより前記第３の干渉計（418）からの光によ
って前記第１の干渉計（404）への周囲環境の影響をモ
ニタし、かつ前記第４の干渉計（420）からの光によっ
て前記第２の干渉計（406）への周囲環境の影響をモニ
タする、特許請求の範囲第２項，第３項または第４項の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項２４】前記第１の干渉計（404）の出力端子
は、前記第２の干渉計（406）の入力端子に光学的に結
合され、かつ前記第２の干渉計（406）の出力端子は、
前記光学導波管を介して前記第３の干渉計（418）の入
力端子に光学的に結合され、直列構成を規定する、特許
請求の範囲第２項または第３項記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US69984185A | 1985-02-08 | 1985-02-08 | |
| US699841 | 1985-02-08 | ||
| US738678 | 1985-05-28 | ||
| US06/738,678 US4699513A (en) | 1985-02-08 | 1985-05-28 | Distributed sensor and method using coherence multiplexing of fiber-optic interferometric sensors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61210910A JPS61210910A (ja) | 1986-09-19 |
| JPH0781888B2 true JPH0781888B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=27106504
Family Applications (1)
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