JPS59500584A - Sensor using fiber optic interferometer - Google Patents

Sensor using fiber optic interferometer

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JPS59500584A
JPS59500584A JP50197583A JP50197583A JPS59500584A JP S59500584 A JPS59500584 A JP S59500584A JP 50197583 A JP50197583 A JP 50197583A JP 50197583 A JP50197583 A JP 50197583A JP S59500584 A JPS59500584 A JP S59500584A
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coil
optical
light
propagating
signal
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Application number
JP50197583A
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Inventor
シヨウ・ハ−バ−ト・ジヨン
Original Assignee
ザ・ボ−ド・オブ・トラスティ−ズ・オブ・ザ・レランド・スタンフォ−ド・ジュニア・ユニバ−シティ
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ファイバ光学、干渉計を用いたセンサ 関連出願 この出願は、1982年4月14日に出願された、アメリカ合衆国特許出願連続 番号箱368.422号の一部継続出願に相当する。[Detailed description of the invention] Sensors using fiber optics and interferometers Related applications This application is a United States patent application series filed on April 14, 1982. This corresponds to the continuation-in-part application of number box No. 368.422.

発明の背景 この発明は、一般に、閉じたループすなわち゛サグナック″ファイバ光学干渉計 に関するもので、特に、ファイバ光学干渉計におけるファイバ光学波動ガイドに 影響を与えることができる環境量に対するセンサに関する。Background of the invention The invention generally relates to a closed loop or "sagnac" fiber optical interferometer. related to fiber-optic waveguides in fiber-optic interferometers. It relates to sensors for environmental quantities that can have an influence.

干渉計は、互いに干渉する2つのコヒーレントな信号の間に位相の変化が置きる ことを原理として機能する。閉じたループの干渉計は、1つのファイバのループ の中を互いに反対方向に伝播する、2つの光信号の間に発生する、位相の変化を 原理として機能する。閉じたループの干渉計は、この相対的な位相の変化を゛全 体的な”スケールにおいて測定する。すなわち、これらは、1つのファイバのル ープの中で互いに反対方向に伝播する2つの光信号の間の、全体的な相対的位相 変化を測定するものである。An interferometer places a change in phase between two coherent signals that interfere with each other. It functions based on this principle. A closed loop interferometer uses one fiber loop The change in phase that occurs between two optical signals propagating in opposite directions in It works as a principle. Closed-loop interferometers fully account for this relative phase change. i.e., they are measured on a “physical” scale, i.e., they are the overall relative phase between two optical signals propagating in opposite directions in a loop It measures change.

干渉計のこの光学的ファイバループは、温度、音響圧力、振動、運動および電磁 場などの多くの環境効果に敏感である。このような外部の現象は、ファイバの光 学的な伝送特性を変化させることができる。これは、たとえば、ファイバの複屈 折や、ファイバを通って伝播する光の信号に対する幾何学的経路長またはその速 度を変化させ、その中を伝播する光の振幅、位相または偏光状態に変化を与える ことによって生ずる。このように、環境効果に敏感であるということは、所望の 検知口を、このファイバが敏感である他の環境量から分離できる限りにおいて、 ファイバ干渉計ループがセンサ素子として機能することができることを意味する 。This optical fiber loop of the interferometer can detect temperature, acoustic pressure, vibration, motion and electromagnetic It is sensitive to many environmental effects such as field. Such external phenomena are caused by the optical The optical transmission characteristics can be changed. This is due to, for example, the birefringence of fibers The geometric path length or speed of an optical signal propagating through a fiber changes the amplitude, phase, or polarization state of light propagating through it caused by Thus, sensitivity to environmental effects means that the desired As long as the sensing port can be separated from other environmental quantities to which this fiber is sensitive, means that the fiber interferometer loop can act as a sensor element .

ここで、゛′双双方内的な環境効果(すなわち、互いに反対方向に伝播する波動 の間に位相のずれを生じさせない効果)と、“非双・方向的″な環境効果(すな わち、互いに反対方向に伝播する波動の間に位相のずれを生じさせる効果)とを 、区別して考える必要がある。また、双方向的および非双方向的効果は、次の2 つのスケールのいずれにおいても考えることができる。すなわち、その1つは、 ゛全体的スケール″であって、これは、ループ全体として環境現象の効果がとら えられるようなものである。他の1つは、゛微分的スケール°゛であって、これ は、ファイバの局所的な、小さなセグメントのみにおいて、この現象が考えられ るようなものである。回転やファラデー効果などのような、特定の環境効果は、 微分的スケールにおいて非双方向的な効果を生ずるものであり、これはファイバ の同じ小さな部分を通って互いに反対方向に伝播する光の信号の間に、相対的な 位相の変化を生じさせる。このような非双方向的かつ微分的な効果は、累積的な ものであって、これによって生ずる全体的なスケールでの効果もまた、非双方向 的である。圧力などの他の環境効果は、微分的なスケールにおいて双方向的なも のであり、ファイバの同じ小さな部分を通って互いに反対方向に伝播する光の信 号の間に、相対的な位相の純変化を与えることはない。全体的なスケールにおい ては、これらの双方向的かつ微分的な効果は、通常、その蓄積された効果をも双 方向的なものとしている。したがって、このような微分的なスケールでの双方向 的効果は、たとえそれらが微分的なスケールにおいて双方向的であっても、この ような効果を全体的なスケールにおいて非双方向的なものとするような何らかの 方法が考えられなければ、閉じたループの干渉計によって検出されることは不可 能である。Here, ``bilateral environmental effects (i.e., waves propagating in opposite directions) (effect that does not cause a phase shift between In other words, the effect of causing a phase shift between waves propagating in opposite directions) , it is necessary to consider them separately. In addition, the interactive and non-interactive effects are as follows: It can be considered on any of the following scales: That is, one of them is ``Overall scale,'' which refers to the effect of an environmental phenomenon as a whole loop. It is something that can be obtained. The other one is the ``differential scale'', which This phenomenon is considered to occur only in a local, small segment of the fiber. It is like Certain environmental effects, such as rotation and Faraday effects, This is a non-bidirectional effect on the differential scale, which is The relative relationship between light signals propagating in opposite directions through the same small portion of Causes a change in phase. Such non-interactive and differential effects are cumulative , and the resulting overall scale effect is also non-interactive. It is true. Other environmental effects, such as pressure, can also be bidirectional on a differential scale. light signals propagating in opposite directions through the same small section of fiber. There is no net change in relative phase between the signals. overall scale odor As such, these bidirectional and differential effects typically also have a cumulative effect that is bidirectional. It is directional. Therefore, both directions on such a differential scale effects, even if they are bidirectional on a differential scale. There is some kind of effect that makes such an effect non-interactive on the overall scale. Impossible to be detected by a closed loop interferometer unless a method is devised It is Noh.

従来技術においては、この閉じたループの干渉計は、典型的には、回転のような 非双方向的かつ微分的な効果を検知す。た坑、用い、4−cい、。ヵ、え7.− 7゜干渉計、よ、互いに反対方向に伝播する光の光学的経路を、偏光モードのう ちの1つへの限定するような偏光器とともに用いられたとき、運動のような非双 方向的かつ微分的な効果以外の環境効果に対して比較的鈍感となる。このような 偏光器は、1981年9月30日に出願されたアメリカ合衆国特許出願連続番号 第307.095号の一部継続出願である、1981年11月9日に出願された 同時継続中のアメリカ合衆国特許出願連続番号第3T9.311号において開示 されている。このアメリカ合衆国特許出願連続番号第307゜095号は、また 、1981年3月31日に出願されたアメリカ合衆国特許出願連続番号第249 ,714号の一部継続出願となっている。このような干渉計においては、温度や 圧力などの、双方向的かつ微分的な環境現象のどのようなものも、互いに反対方 向に伝播する光の信号の双方のファイバ光学的光伝送特性に対して実質的に等し い影響を与える。このため、この、互いに反対方向に伝播する信号の間には、相 対的な位相の変化が全く生じないか、生じてもほんのわずかである。この発明で は、音響圧力のような微分的かつ双方向的な効果を、全体的なスケールかつ非双 方向的な効果とすることによって、このような効果を検知することのできる、閉 じたループの干渉計の構造を教示しようとするものである。In the prior art, this closed-loop interferometer typically Detecting non-interactive and differential effects. 4-c. 7. − 7° interferometer, which traces the optical paths of light propagating in opposite directions to polarization modes. When used with a polarizer that limits the motion to one of the Relatively insensitive to environmental effects other than directional and differential effects. like this Polarizer is a U.S. patent application filed September 30, 1981, serial no. No. 307.095, a continuation-in-part, filed November 9, 1981. Disclosed in co-pending United States Patent Application Serial No. 3T9.311 has been done. This United States Patent Application Serial No. 307°095 also , United States Patent Application Serial No. 249, filed March 31, 1981. , No. 714, which is a partial continuation application. In this type of interferometer, temperature and Any bidirectional and differential environmental phenomenon, such as pressure, has opposite effects on each other. The optical transmission characteristics of both fiber optics for optical signals propagating in the direction are substantially equal. have a great influence. Therefore, there is a difference between these signals propagating in opposite directions. No or only a small change in relative phase occurs. With this invention transforms differential and bidirectional effects such as acoustic pressure into global scale and non-bidirectional effects. This type of effect can be detected by making it a directional effect. This paper attempts to teach the structure of a similar loop interferometer.

開示の概要 この発明は、閉じたループの光学的干渉計を用いて、通常はファイバの無限小の 長さに対して双方向的な効果を与えるような環境現象を、これらが非双方向的な 効果を生じさせるようにすることで、検知しようとするものである。Disclosure summary This invention uses a closed-loop optical interferometer to Environmental phenomena that have bidirectional effects on length can be It attempts to detect by producing an effect.

手短に言えば、検知される現象を、閉じたループに関して、空間的に非対称かつ 非一様とすることによって、このことが達成される。ここで開示されている3つ の基本的な実施例において利用されている基本的な原理は、次のとおりである。Briefly, the detected phenomenon is spatially asymmetric and This is achieved by being non-uniform. The three disclosed here The basic principles utilized in the basic implementation of are as follows.

すなわち、検知されるべき量Qを、このQが時間的に変化しかつループのまわり の経路の中心から離れた点で与えられるように、閉じたループの干渉計へと与え ることである。これは、また、時間的に急速に変化するQを、互いに反対方向に 伝播する光の信号のうちの1つが検出器に到達するまでに、他の信号よりも多く の距離を伝播しなければならないような、経路上の点へと与えられることに相当 する。ここで用いられる、互いに反対方向に伝播する波”または互いに反対方向 に伝播する光の信号″という用語は、干渉計のループの中で反対の方向に進行す る光の信号の双方をまとめて呼ぶ用語である。また、“反対方向に伝播する波” (または、光の信号)という用語は、ループの中で、音響波が伝播する方向とは 反対の方向に伝播する光波のみを意味するものとする。In other words, if the quantity Q to be detected is changed over time and around the loop, to the closed-loop interferometer as given at a point away from the center of the path of Is Rukoto. This also forces the rapidly changing Qs in opposite directions from each other. By the time one of the propagating light signals reaches the detector, it has to pass more than the other signal. equivalent to being given to a point on a path such that it must be propagated a distance of do. As used herein, "waves propagating in opposite directions" or "waves propagating in opposite directions" The term ``optical signal propagating in the opposite direction in the interferometer loop'' refers to This is a term used to collectively refer to both types of optical signals. Also, “waves propagating in the opposite direction” (or optical signal) refers to the direction in which acoustic waves propagate within a loop. Only light waves propagating in opposite directions shall be meant.

検知されるべき量を、2つの互いに反対方向に伝播する光の信号に対する効果に 関して空間的に非対称かつ非一様とするための、基本的原理の特定の態様が、第 1および第2の実施例においで開示されている。それは、この基本的な原理は、 これらの2つの例によって把握することが、より容易であると考えられるためで ある。これらの2つの実施例は、音響波に対するセンサであって、この音響波の 効果が、2つの互いに反対方向に伝播する光の波に対して非一様なものとなるよ うに、特殊な方法で巻かれたファイバ光学波動ガイドのコイルを利用している。The quantity to be detected is expressed as the effect on two oppositely propagating light signals. Certain aspects of the basic principle for spatially asymmetric and non-uniform This is disclosed in the first and second embodiments. That is, this basic principle is This is because it is considered easier to understand with these two examples. be. These two embodiments are sensors for acoustic waves. The effect is non-uniform for two oppositely propagating waves of light. It utilizes a coil of fiber optic waveguide that is wound in a special way.

すなわち、このループは、検知されるべき波との関連において、巻かれがつ配置 されている。すなわち、対象となっている波は、それとともに伝播する光信号す なわち、その波と同じ方向に伝播している光信号に対しては一様な効果を与える が、一方、それとは反対方向に伝播する光の信号に対しては非一様な効果を与え るように、されている。これは、第1の実施例においては、コイルの長さ方向の 軸に沿った、同じ方向に伝播する光波の軸方向の速度が、長さ方向の軸に沿った 音響波の伝播の速度と適合するように、コイルを巻くことによって達成される。That is, this loop has a winding arrangement in relation to the wave to be detected. has been done. In other words, the wave of interest is the result of all optical signals propagating with it. In other words, it has a uniform effect on optical signals propagating in the same direction as the wave. However, on the other hand, it has a non-uniform effect on optical signals propagating in the opposite direction. It has been done so that In the first embodiment, this is due to the lengthwise direction of the coil. The axial velocity of light waves propagating in the same direction along the longitudinal axis is This is achieved by winding the coil to match the speed of propagation of the acoustic waves.

第2の実施例においては、音響波の波長の1/4だけ空間的に離して2つのコイ ルを巻き、そして、このコイルの直径とその巻数を、それぞれのコイルを通って 光信号が通過する時間が音響波の周期の174となるように、選ぶことによって 、この基本的な原理を利用している。それぞれのコイルの長さは、また、このコ イルが占める空間を音響波の波長に比較して非常に小さくすることによって、そ のコイルが存在する場所における音響波から実質的に一様な影響を受けるように 、選ばれている。In a second embodiment, two coils are placed spatially apart by 1/4 of the wavelength of the acoustic wave. the diameter of this coil and its number of turns through each coil. By choosing the time the optical signal passes through to be 174 times the period of the acoustic wave. , utilizes this basic principle. The length of each coil is also By making the space occupied by the acoustic wave extremely small compared to the wavelength of the acoustic wave, so that the coil is substantially uniformly influenced by the acoustic waves at the location where it is located. , has been selected.

好ましい実施例においては、検知されるべき量Qは、それが時間的に変化すると ともに空間的にも非対称的であるように、干渉計のループへと与えられている。In a preferred embodiment, the quantity Q to be detected is Both are applied to the interferometer loops so that they are also spatially asymmetric.

この!Qはループに対して非対称的に与えられるため、Qの変化は、互いに反対 方向に伝播する波のそれぞれに異なった影響を与えることとなり、それによって 、それらの間での位相差を生ずる。しかしながら、このQが温度のようにゆっく りと変化する量で゛ある場合には、Qが与えられるループ上の点において、2つ の互いに反対方向に伝播する波の到着時刻の間に適当な変化が生じないこともあ るため、この場合には、それぞれの波はQによって実質的に同じ影響を受けるこ ととなる。このような場合には、量Qは、従来の変調器によって11時間的に急 速に変化するベースすなわち搬送周波数へと変調し、そして、光源と検出器との 間の幾何学的経路から離れた点においてループへと与える。好ましい実施例にお いては、この変調されたQは、Q(t)であって、q(t)の振幅に比例してこ のファイバを引き延ばす位相変調器によってこのループへと与えている。this! Since Q is applied asymmetrically to the loop, changes in Q are opposite to each other. Each wave propagating in the direction will be affected differently, thereby , resulting in a phase difference between them. However, this Q slowly changes like temperature. If there is a quantity that changes rapidly, then at a point on the loop where Q is given, two There may be no suitable change between the arrival times of waves propagating in opposite directions. In this case, each wave will be affected by Q substantially the same way. It becomes. In such a case, the quantity Q can be changed rapidly in time by a conventional modulator. modulates to a rapidly changing base or carrier frequency, and then to the loop at a point away from the geometric path between. In the preferred embodiment Then, this modulated Q is Q(t), which is proportional to the amplitude of q(t). is fed into this loop by a phase modulator that stretches the fiber.

重要なことに、この発明は、閉じたループの干渉計が本来備えている安定性とよ り静かな動作を利用し、双方向的な量から非双方向的な効果を生じさせることに よってこの双方向的な量を検知しようとしている。その結果、必要でない量によ って生ずる効果から、検知されるべき、所望の量によって生ずる効果を、よりよ く区別することのできる、より静かでより感度の高いセンサを得ることがきる。Importantly, this invention overcomes the inherent stability of closed-loop interferometers. By using quiet motion, we can create non-interactive effects from interactive quantities. Therefore, we are trying to detect this bidirectional quantity. As a result, unnecessary amounts of From the effect caused by the desired amount to be detected, The result is a quieter, more sensitive sensor that can discriminate more clearly.

閉じたループには遅延線機能が存在するために、jiQに対する感度は増大し、 そして、温度のようなゆっくりと変化する量を検知するためにこの発明を用いた 場合には、量Qの変調周波数をより低いものとすることができる。Due to the presence of a delay line function in the closed loop, the sensitivity to jiQ increases, The invention could then be used to detect slowly changing quantities such as temperature. In some cases, the modulation frequency of the quantity Q can be lower.

それゆえに、この発明の目的は、閉じたループのファイバ光学干渉計を用いたセ ンサを提供することである。Therefore, it is an object of this invention to The goal is to provide support.

この発明の目的と特徴は、図面を参照した以下の詳細な説明と添付した請求の範 囲とから、より一層明確となろう。The objects and features of the invention will be apparent from the following detailed description with reference to the drawings and the appended claims. It will become even clearer from the following.

図面の簡単な説明 第1図は、回転センサとして用いられるような、閉じたループのファイバ光学干 渉計の概要図である。Brief description of the drawing Figure 1 shows a closed-loop fiber optic device, such as one used as a rotation sensor. FIG.

第2図は、この発明の実施例に従った、閉じたループのファイバ光学干渉計を用 いた音響センサの概要図である。FIG. 2 illustrates the use of a closed loop fiber optic interferometer according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an acoustic sensor.

第3図は、この発明の他の実施例に従った、閉じたループのファイバ光学干渉計 を用いた音響センサの概要図である。FIG. 3 is a closed loop fiber optic interferometer according to another embodiment of the invention. 1 is a schematic diagram of an acoustic sensor using

第4図は、第3図のセンサの中の音響波をプロットした図である。FIG. 4 is a plot of acoustic waves in the sensor of FIG. 3.

第5図は、この発明の好ましい実施例に従った、閉じたループのファイバ光学干 渉計を利用したセンサの概要図である。FIG. 5 shows a closed loop fiber optic driver according to a preferred embodiment of the invention. 1 is a schematic diagram of a sensor using an interpolator.

好ましい゛流側の詳細な説明 ここで、図面を参照すると、第1図は、1981年11月9日に出願された同時 継続中のアメリカ合衆国特許出願連続番号用319.311号において開示され ている回転センサに用いられるような、閉じたループのファイバL学干渉計の簡 単な概要図である。このアメリカ合衆国特許出願連続番号用319.311号は 、1981年9月30日に出願されたアメリカ合衆国特許出願連続番号用307 ゜095号の一部継続出願であり、このアメリカ合衆国特許出願達続番号第30 7.095号は、1981年3月31日に出願されたアメリカ合衆国特許出願連 続番号用249゜714号の一部継続出願である。これらの特許出願のすべでの 詳細を、援用してここに含める。光源10は光のビームを発生し、この光のビー ムは光学的ファイバ12および偏光器13を通ってファイバ光学双方向性結合器 14へと伝送される。この双方向性結合器は、また、ビームを分離する機能を果 たすためにも用いられる。この光のビームは、2つの波へと分離され、この2つ の波は、矢印によって示されているように、閉じたルー116の中を互いに反対 方向に伝播する。この2つのビームは、ルーフ16の中を伝播した後、再び結合 され、そして光学的ファイバ12を通過して偏光器13へと至る。そして、それ から第2のファイバ光学双方向性結合器18へと到達するが、このファイバ光学 双方向性結合器18は、この結合された信号を検出器20へと送る。この検出器 は、結合された波の強度に応答するが、この強度は、2つの互いに反対方向に伝 播する波の間の位相差に依存したものであり、そのため、この検出器は、この位 相のずれを指示する出力信号を与える。このファイバのコイルを回転させると、 互いに反対方向に伝播する波に非双方向的な効果が生ずるため、この検出器はこ の回転を検出していることになる。第1図には示されていないが、この閉じたル ープの干渉計は、また、方向性結合器、偏光コントローラ、位相変調器、および ロックイン増幅器を備えることもできる。このようなものとしては、前に述べた 同時継続中の出願に記載されたものがあり、また、B eroh、 L efe vreおよびShawの′長い期間の安定性をもった、全単一モードのファイバ 光学ジャイロスコープ″、 Q pjiC3L ejjers、第6巻、第10 号、1981年10月、およびパ全単−モードファイバ光学ジャイロスコープ″ ゛、 Qpttcs L etters、第6巻、第4号、1981年4月。Detailed description of the preferred stream Referring now to the drawings, FIG. Disclosed in pending United States Patent Application Serial No. 319.311 A simple example of a closed-loop fiber optics interferometer, such as that used in rotary sensors This is just a schematic diagram. This United States Patent Application Serial No. 319.311 is , United States Patent Application Serial No. 307, filed September 30, 1981. This is a continuation-in-part of ゜095, and this United States Patent Application No. 30 No. 7.095 is a U.S. patent application filed on March 31, 1981. This is a continuation-in-part application of serial number 249°714. All of these patent applications Details are included here by reference. A light source 10 generates a beam of light and The beam passes through optical fiber 12 and polarizer 13 to form a fiber optic bidirectional coupler. 14. This bidirectional coupler also performs the function of separating the beams. It is also used to help. This beam of light is split into two waves, and these two waves The waves move oppositely through the closed loop 116 as shown by the arrows. propagate in the direction. After propagating through the roof 16, these two beams are combined again. and passes through optical fiber 12 to polarizer 13. And that to a second fiber optic bidirectional coupler 18, which fiber optic Bidirectional coupler 18 sends this combined signal to detector 20 . this detector responds to the strength of the combined wave, which is transmitted in two opposite directions. depends on the phase difference between the disseminating waves, so this detector Provides an output signal indicating phase shift. When this fiber coil is rotated, This detector is useful because of the non-reciprocal effect on waves propagating in opposite directions. This means that the rotation of is being detected. Although not shown in Figure 1, this closed loop Loop interferometers also include directional couplers, polarization controllers, phase modulators, and A lock-in amplifier may also be provided. Something like this mentioned before There are some that are described in concurrently ongoing applications, and there are also All single mode fiber with long term stability of vre and shaw Optical Gyroscope'', Q pjiC3L ejjers, Volume 6, No. 10 issue, October 1981, and “All Single Mode Fiber Optical Gyroscope” ゛, Qpttcs L etters, Volume 6, No. 4, April 1981.

においても記載されている。It is also described in .

ギ渉計は、そのずべてのコンポーネントが1つの単一モードファイバから構成さ れている、全ファイバ集積デバイスの形をとることができる。位相変調器を用い た場合には、この位相変調器はバイアスを与えるように働き、それによって応答 の感度と線型性とを増大させることができる。All of the components of the gear interferometer are constructed from a single mode fiber. It can take the form of an all-fiber integrated device. using a phase modulator In this case, this phase modulator acts to bias the response sensitivity and linearity can be increased.

第1図に示した干渉計に対して強い影響を与えないような、通常は微分的かつ双 方向的な効果の例としては、濃度、力、応力、圧力、変位、歪、振動および音響 波がある。Usually, the differential and dual Examples of directional effects are concentration, force, stress, pressure, displacement, strain, vibration and sound. There are waves.

第2図は、この発明の1つの実施例に従った閉じたループの干渉計を用いた音響 波センサの概製図である。この音響波センサは、第1図に示した回転センサと似 たような構造を持っている。しかしながら、この実施例では、検知されるべき音 響波26の進行方向に沿って存在する、長さ方向の軸“×”を持った広がった螺 旋パターンとなるように、コイル24が巻かれている。FIG. 2 illustrates acoustics using a closed loop interferometer according to one embodiment of the invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a wave sensor. This acoustic wave sensor is similar to the rotation sensor shown in Figure 1. It has a similar structure. However, in this example, the sound to be detected A widened screw with a longitudinal axis "x" that exists along the direction of propagation of the acoustic wave 26. The coil 24 is wound in a spiral pattern.

このセンサは、閉じたループのファイバ光学波動ガイド24を備えており、この 波動ガイド24は数多(の巻数だけ巻かれてコイルとなっている。この巻回の直 径D1巻回の数N1長さ方向の軸Xに沿った巻回の間隔は、一定の基準に従って 選択する。この基準というのは、検知されるべき音響波・26が、端部Aから端 部Bへとこのコイル24の中を進行する、−緒に伝播している光学的信号が持っ ている速度と同じ速度で、このコイルの長さ方向の軸×を進行しなければならな いというものである。すなわち、光波がコイルの中の巻回のまわりを進行する際 に、あたかもこの光波が、非常に微細なねじ山を持ったねじのねじ筋を伝わって 登るように、所定の軸方向の速さで、端部Bへと進むことを意味する。光波のこ の軸方向の速度は、ファイバの中の現実の伝播速度よりもはるかに小さなものと なっているが、それは、多く巻回が存在し、そしてそのそれぞれが、音響波の面 28に対してほぼ平行となっているためである。The sensor includes a closed loop fiber optic waveguide 24, which The wave guide 24 is wound with a large number of turns to form a coil. Diameter D1 Number of turns N1 The spacing of turns along the longitudinal axis X is determined according to certain standards. select. This standard means that the acoustic wave 26 to be detected is The optical signal traveling along this coil 24 to section B has must move along the longitudinal axis of this coil at the same speed as the That is what it is. That is, as the light wave travels around the turns in the coil, It is as if this light wave were traveling along the threads of a screw with extremely fine threads. It means to move toward end B at a predetermined axial speed as if climbing. light wave saw The axial velocity of is much smaller than the actual propagation velocity in the fiber. However, there are many windings, and each of them has a surface of the acoustic wave. This is because it is almost parallel to 28.

音響波は、この音響波の伝播方向に対して垂直な、音響的に圧縮された面および 希薄化された面を持っている。音響波における面28は、音響波の中で圧力が高 くなっている媒質のビークを示し、一方、スペース30は、媒質の中で圧力が低 くなっている領域を示している。An acoustic wave is generated in an acoustically compressed plane perpendicular to the direction of propagation of this acoustic wave and It has a diluted aspect. The surface 28 in the acoustic wave is the area where the pressure is high in the acoustic wave. The space 30 shows a peak in the medium where the pressure is low. It shows the area where the

第2図に示した実施例においては、コイルに対する音響波の全体的かつ非双方向 的効果の全体が最大となるように、コイルが配置されている。このコイルは、こ のコイルに対する音響波の効果が時間的に変化し、かつ空間的に非一様であるこ とによって、互いに反対方向に伝播する波の間に相対的な位相のずれが生ずるよ うに、音響波に対して配置されている。光学的波がコイル24の全体の長さを進 行する時間T1が、音響波が螺旋コイル24の軸方向の長さだけ進行するに必要 な時間Taと等しくなるように、このコイルの直径と巻回の回数が選ばれている 。このため、左側から右側へとコイルを通って伝播する波は、この音響波からの 一定の圧力を受け、一方、右から左へと進行する光学的波は、連続的に変化する 効果を受けることになる。In the embodiment shown in FIG. The coils are arranged so that the overall effect is maximized. This coil The effect of acoustic waves on the coil is temporally variable and spatially non-uniform. This causes a relative phase shift between waves propagating in opposite directions. It is placed against the acoustic wave. The optical wave travels the entire length of the coil 24. The time T1 required for the acoustic wave to travel the length of the helical coil 24 in the axial direction The diameter of this coil and the number of turns are chosen so that the time Ta is equal to . Therefore, the wave propagating through the coil from left to right is the result of this acoustic wave. Under constant pressure, on the other hand, an optical wave traveling from right to left changes continuously You will receive the effect.

すなわち、光波がファイバの端部Aに入ってきたとき、x軸の方向に端部Bに向 って進行するその速度は、音響波26がX軸に沿って端部Bへと伝播する速度と 適合するように、コイル24における巻回の数、直径およびその間隔が選ばれる 。このため、端部Aが音響波のビーク28の高い圧力領域によって包まれている ときに、光のパルスまたはバーストが端部Aに入ってきた場合には、この光のパ ルスまたはバーストは、音響波28の同じ部分からの同じ圧力にさらされるファ イバの中を持続的に進行することになる。この圧力によって、Aから日へと共に 伝播する波の幾何学的経路長が変化する。それは、光波が進行するファイバのそ れぞれのセグメントは、進行している音響波からの圧力効果によって、等しく延 ばされたり圧縮されたりするためである。しかしながら、これとは反対の方向に 伝播する一方の波では、状況が異なったものとなってくる。端部Bから端部Aへ と進行する、反対方向に伝播する一方の光波は、最初に、音響波のビーク28に よって圧縮されたファイバのセグメントに遭遇し、それから、谷30によって延 ばされたファイバのセグメントに出会う。したがって、反対方向に伝播する一方 の光波の幾何学的経路長は、音響波によって、交互に長くなったり短くなったり する。コイル24の長さしが、音響波の波長の整数倍に等しい場合には、反対方 向に伝播する一方の波が伝播する純粋な経路長は全く変化しない。その結果、2 つの互いに反対方向に伝播する光波の間の純粋な位相のずれは、音響波26の振 幅とコイル24の長さしとに、直線的に比例することになる。That is, when a light wave enters end A of the fiber, it is directed toward end B in the x-axis direction. The speed at which the acoustic wave 26 travels along the X axis is the same as the speed at which the acoustic wave 26 propagates toward the end B along the The number of turns, their diameter and their spacing in the coil 24 are chosen to suit. . For this reason, the end A is surrounded by the high pressure region of the acoustic wave peak 28. Sometimes, if a pulse or burst of light enters end A, this light pattern A pulse or burst is a wave that is exposed to the same pressure from the same part of the acoustic wave 28. It will be a continuous process of progress through the darkness. With this pressure, from A to day The geometric path length of the propagating wave changes. It is the part of the fiber through which light waves travel. Each segment is equally stretched due to the pressure effect from the traveling acoustic wave. This is because they are expanded or compressed. However, in the opposite direction On one side of the propagating wave, the situation is different. From end B to end A One light wave propagating in the opposite direction, traveling with The segment of fiber thus compressed is encountered and then extended by the valley 30. encounter a segment of fiber that has been blown out. Therefore, while propagating in the opposite direction The geometric path length of the light wave is alternately lengthened and shortened by the acoustic wave. do. When the length of the coil 24 is equal to an integral multiple of the wavelength of the acoustic wave, the opposite direction is applied. The pure path length of one wave propagating in the direction does not change at all. As a result, 2 The pure phase shift between the two oppositely propagating light waves is the amplitude of the acoustic wave 26. It will be linearly proportional to the width and length of the coil 24.

すなわち、コイルの長さしが長くなると、この共に伝播している光波が進行中の ファイバと、この音響波との相互作用距離が大きなものとなる。相互作用距離り が大きくなると、それに従って経路長の全体的な増加や、それによって生ずる位 相のずれの増加が、大きくなる。In other words, as the length of the coil increases, these co-propagating light waves The interaction distance between the fiber and this acoustic wave becomes large. interaction distance As the path length increases, the overall path length increases and The increase in phase shift becomes large.

コイルの長さLを音響波の波長の何倍かに選んだとき、コイル24の指示性能な いしは弁別性能は最大となる。それは、このときには、反対方向に伝播する波す なわち、音響波が伝播する方向と反対の軸方向にファイバを進行する波の純粋な 位相のずれがゼロとなるからである。このとき、このセンサは最も良い性能を持 つことになる。しかしながら、Lは音響波の波長の整数倍でなくてもよく、音響 波の振幅を指示する、互いに反対方向に伝播する波の間の相対的な位相のずれを 認識できるために十分であればよい。既にわかっている速度で伝播している、周 波数のわからない音響波において、その周波数は、長さを変えることのできる遅 延線を用い、反対方向に伝播する一方の波の位相のずれをゼロとするようにこの 遅延線を同調させることによって、決定することができる。When the length L of the coil is selected to be several times the wavelength of the acoustic wave, the indicating performance of the coil 24 is In other words, the discrimination performance is maximized. In this case, waves propagating in the opposite direction That is, the pure wave propagating through the fiber in the direction opposite to the direction in which the acoustic wave propagates This is because the phase shift becomes zero. At this time, this sensor has the best performance. That's one thing. However, L does not have to be an integer multiple of the wavelength of the acoustic wave; the relative phase shift between waves propagating in opposite directions, which dictates the amplitude of the waves It suffices if it is sufficient for recognition. A circular wave propagating at a known velocity. In an acoustic wave whose wave number is unknown, its frequency is determined by a delay whose length can be changed. This is done using a wire extension so that the phase shift of one wave propagating in the opposite direction is zero. This can be determined by tuning the delay line.

ループ24の中で互いに反対方向に伝播する光波は、光波をファイバ34へと結 合させる光源32によって発生される。このファイバ34は、偏光器36を通し て、ファイバ光学双方向性結合器38へとこの波をガイドする。このファイバ光 学双方向性結合器38は、コイル24の2つの端部へと結合されている。この光 8!32は、非常に短いコヒーレンス長を持つものであってよい。すなわち、こ の光源のコヒーレンス長が、音響波によって生ずる、コイルを通った微分経路長 よりも大きいものである限り、この2つの互いに反対方向に伝播する波はコイル の長さにわたって進行した後であってもなおコヒーレントであり、そして、それ らは十分に混ざり合って互いに干渉することができる。Light waves propagating in opposite directions within loop 24 couple the light waves into fiber 34. generated by a light source 32. This fiber 34 is passed through a polarizer 36. and guides this wave to a fiber optic bidirectional coupler 38. This fiber optic A bidirectional coupler 38 is coupled to the two ends of the coil 24. this light 8!32 may have a very short coherence length. In other words, this The coherence length of the light source is the differential path length through the coil caused by the acoustic wave. These two waves propagating in opposite directions are connected to the coil as long as is still coherent even after proceeding over the length of They can mix sufficiently and interfere with each other.

この干渉は、この相対的な位相のずれの量を決定するために必要とされるもので ある。This interference is what is needed to determine the amount of this relative phase shift. be.

好ましい実施例における、ファイバ34は、単一モードファイバである。偏光器 36は、双方向性であって、所定の偏光状態をもった光のみを通過させるように 調整することができる。従来の技術において知られているように、この偏光器3 6は、閉じたループの干渉計の双方向的な動作特性を維持する上で重要なもので ある。この偏光器によって、ループの中に入ってくる光がただ1つの偏光状態を 持っていることが保証される。ループを構成するファイバの中に何らかの複屈折 が存在すると、エネルギの一部を、直交する偏光状態のモードへと結合させ、そ こでは、伝播速度は、選択された偏光状態における速度とは異なったものとなる 。複屈折が幾何学的な経路の中心に関して対象的でないならば、互いに反対方向 に伝播する波は新たな速度で異なった距離を進行し、異なった位相のずれを受け ることになる。偏光器が存在するために、1つの偏光状態の光のみがファイバの 中に入ることができ、そして、この入力した偏光状態のモードとは異なった偏光 状態のモードにあるすべての戻ってきた光のエネルギをブロックする。このため 、検出器は、選択された偏光状態のモードでループを進行する、互いに反対方向 に伝播する波の成分からの光エネルギのみを見ていることになり、位相のずれは 存在しない。In the preferred embodiment, fiber 34 is a single mode fiber. polarizer 36 is bidirectional and allows only light with a predetermined polarization state to pass through. Can be adjusted. As is known in the art, this polarizer 3 6 is important in maintaining the bidirectional operating characteristics of the closed-loop interferometer. be. This polarizer ensures that the light entering the loop has only one polarization state. Guaranteed to have it. Some birefringence in the fibers that make up the loop exists, it couples some of the energy into modes with orthogonal polarization states, Here, the propagation velocity will be different from the velocity in the selected polarization state. . If the birefringence is not symmetric with respect to the center of the geometric path, then the opposite directions A wave propagating in That will happen. Due to the presence of the polarizer, only light of one polarization state enters the fiber. and a mode of polarization different from this input polarization state mode. Block all returning light energy in the mode of the state. For this reason , the detectors travel in opposite directions through the loop in the mode of the selected polarization state. We are looking at only the optical energy from the wave component propagating to the , and the phase shift is not exist.

それは、互いに反対方向に伝播する信号の双方は、同じ偏光状態のモードすなわ ち同じ速度で、同じ幾何学的な経路長を進行したことになるためである。It means that both signals propagating in opposite directions have the same polarization state, i.e. This is because they travel at the same speed and along the same geometric path length.

方向性結合器38は、偏光器36からループに向って進行する偏光された光を、 2つのコヒーレントな光波へと分離し、そして、それぞれの波をコイル24の1 つの端部へと結合させて、これらを互いに反対方向に伝播させる。この方向性結 合器38の代わりに、ビームスプリッタを用いてもよいが、方向性結合器の方が 好ましい実施例となっている。それは、ファイバが、光源32から結合器を通っ て検出器に戻るまで連続的なものとなっているからである。The directional coupler 38 converts the polarized light traveling from the polarizer 36 toward the loop. Separates into two coherent light waves and sends each wave to one of the coils 24. two ends and propagate them in opposite directions. This directional knot A beam splitter may be used instead of the combiner 38, but a directional coupler is better. This is a preferred embodiment. That is, the fiber passes from the light source 32 through the coupler. This is because it is continuous until it returns to the detector.

これに対して、ビームスプリッタでは別個のファイバを結合させるため、それら のファイバの端部において反射波が生じてしまうのである。このような反射波は 、跳返って入力ファイバへと戻ってきて、入力する光波と干渉して不要な定在波 を生じさせることがある。パルス的な動作を用いる場合には、ビームスプリッタ を用いても、反射という点では問題となることはない。パルス的な動作では、光 が存在しない期間によって分離されたパルスが、光源32によって与えられる。Beamsplitters, on the other hand, couple separate fibers, so they A reflected wave is generated at the end of the fiber. Such reflected waves , bounces back to the input fiber, interferes with the input light wave, and creates unnecessary standing waves. may cause. Beam splitter when using pulsed operation Even if you use it, there is no problem in terms of reflection. In pulsed operation, light Pulses separated by periods of absence are provided by light source 32.

このシステムにおけるファイバの長さ、およびパルスの間隔と存続時間とを調整 することによって、反射された信号を、初期のパルスと、互いに反対方向に伝播 するパルスから戻ってきた結合されたパルスとの間の光が存在しない期間の間に 、検出器へと到着させることが可能である。Adjust fiber length and pulse spacing and duration in this system The reflected signal propagates in the opposite direction from the initial pulse by During the period when there is no light between the combined pulse and the pulse that returns , to the detector.

ファイバ光学双方向性結合器38は、また、ループを通過してきた、反対方向に 伝播する光の信号を再結合させる。The fiber optic bidirectional coupler 38 also connects the fibers in the opposite direction that have passed through the loop. Recombines propagating optical signals.

結合された信号は、それから、入力ファイバ34へと結合され、偏光器36を通 って光検出器40へと“向う。偏光器36と光源32との間において、第2のフ ァイバ光学双方向性結合器42が入力ファイバ34へと結合されている。The combined signal is then coupled into input fiber 34 and passed through polarizer 36. between the polarizer 36 and the light source 32. A fiber optic bidirectional coupler 42 is coupled to input fiber 34.

この第2の結合器42は、ループ24がら戻ってきた結合された信号のエネルギ のうちの一部を、光検出器4oの入力へと向わせる。そして、この光検出器は、 結合された@号の強度に比例した信号を発生するが、この信号は、相これは、従 来技術において既に知られている。This second combiner 42 absorbs the energy of the combined signal returned from the loop 24. A portion of the photodetector 4o is directed toward the input of the photodetector 4o. And this photodetector is It generates a signal proportional to the strength of the combined signal, but this signal has a phase Already known in the art.

好ましい実施例においては、偏光コントローラ44をループ24の中に設置する ことによって、このループの中を進行する光信号の偏光状態を制御させる。これ は、偏光器′36が、ループ24の中の複屈折ゾーンと相互作用するために発生 するパ信号減衰″を避けるために、望ましいことである。たとえば、偏光器によ って、垂直方向に偏光した光のみがループへと入出力することができ、そして、 ループの中の複屈折が、互いに反対方向に伝播する光の信号からのすべてのエネ ルギを水平方向に偏光したモードへと結合させる場合には、この偏光器36は出 力光のすべてをブロックし、そして検出器はゼロ出力を示すであろう。偏光コン トローラの構造は、従来技術において知られている。In a preferred embodiment, a polarization controller 44 is placed within the loop 24. By this, the polarization state of the optical signal traveling through this loop is controlled. this occurs because polarizer '36 interacts with the birefringent zone in loop 24. This is desirable in order to avoid ``signal attenuation'', e.g. by a polarizer. Therefore, only vertically polarized light can enter and exit the loop, and Birefringence in the loop absorbs all the energy from the optical signals propagating in opposite directions. This polarizer 36 is used to couple the light into a horizontally polarized mode. It will block all of the power light and the detector will show zero output. polarization con Trawler constructions are known in the prior art.

これらのデバイスは、1つの偏光状態にある入力光を受取って、それをシフトさ せ、任意に選択された偏光状態をもった光として出力する。These devices take input light in one polarization state and shift it. and outputs light with an arbitrarily selected polarization state.

偏光コントローラ44を適当に調節することによって、光のうちの少なくとも一 部分、望ましくはその光のほとんどの部分が偏光器36によって通過させられた 偏光状態で、このループから外へ出ることを確実にすることができる。By suitably adjusting polarization controller 44, at least one of the light portion, preferably most of the light, is passed by the polarizer 36. We can ensure that we exit this loop in a polarized state.

すなわち、この偏光コントローラは、検出器からの出力信号を最大にするように 用いられることができる。これによって、環境に起因して発生する複屈折や、製 造工程によって残された応力に起因するファイバ構造中の複屈折が、信号の減衰 を発生させることを防ぐ。音響波が時間的に変化し、空間的にも非一様であるた めにコイル24の中を互いに反対方向に伝播する光波の上に生ずる効果によって 、再結合された光学的波の強度が変化し、そして、これが検出されて音響波の振 幅が測定される。That is, this polarization controller is designed to maximize the output signal from the detector. can be used. This eliminates birefringence caused by the environment and Birefringence in the fiber structure due to stresses left behind by the manufacturing process can cause signal attenuation. prevent the occurrence of Because acoustic waves change temporally and are spatially non-uniform, due to the effect that occurs on the light waves propagating in opposite directions through the coil 24. , the intensity of the recombined optical wave changes, and this is detected to determine the amplitude of the acoustic wave. The width is measured.

第2図および第3図に示した実施例の用途のうちの1つして可能なものは、音響 波の方向探知器である。この方向探知は、出力信号が最大となるまで、このルー プの長さ方向の軸を回転させることによってなされる。One possible use of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is to It is a wave direction finder. This direction finding continues until the output signal is at its maximum. This is done by rotating the longitudinal axis of the

コイルの長さは、共に伝播する光の位相のずれの総量に直接に比例しているため 、このセンサの感度は、Lを大きくすることによって増大する。これは、特に、 音響波26の波長が大きいときに顕著である。Because the length of the coil is directly proportional to the total amount of phase shift of the light propagating together. , the sensitivity of this sensor is increased by increasing L. This is especially true for This is noticeable when the wavelength of the acoustic wave 26 is large.

第3図は、この発明の他の実施例に従った閉じたループの干渉計を用いた音響セ ンサの、概要図である。この実施例においては、コイル46はC1およびC2に よって示された、分離して互いに離れて配置された2つのコイルからなるグルー プとされている。このうちの1つは、光ファイバの中で最初の、隣接したN/2 巻から構成されており、一方、他方は、光ファイバの中で後ろの連続したN/2 巻によって構成されている。この2つのコイルのグループは、互いに距離dだけ 離れて、x軸に沿って分離されてj3す、2つのコイルのグループの面は、相互 に平行とされている。FIG. 3 shows an acoustic sensor using a closed loop interferometer according to another embodiment of the invention. FIG. In this embodiment, coil 46 is connected to C1 and C2. Therefore, a group consisting of two coils separated and spaced apart from each other as shown It is said that One of these is the first, adjacent N/2 in the optical fiber. It is made up of N/2 turns, one after the other in the optical fiber. It is composed of volumes. These two groups of coils are at a distance d from each other. The planes of the two groups of coils, separated along the x-axis, are mutually is said to be parallel to

この2つのコイルのグループの間の距ldは、この好ましい実bb例においては 、一般に47において示した音響波の波長の4分の1の奇数倍となるように、選 ばれている。この2つのコイルのグループを形成させるために用いられるファイ バの全体の長さは、双方のコイルを通って光が通過する時間が音響波の周波数の 周期の2分の1となるように、選ばれている。他の実施例においては、音響波の 周期に対する光の通過時間の比が、音響波の波長に対する距@dの比に等しくな るようにコイルC1およびC2のサイズが調節されているならば、他の実施例に おいて、距離dは、音響波の波長の(4分の1の整数倍ではない)、他の割合と することも可能である。しかしながら、これらの実施例においては、このセンサ は方向を選択するために用いることはできない。すなわち、これらの、代わりの 実施例においては、このセンサは、コイルの長さ方向の軸Xに平行な方向に伝播 する音響波と、コイルの長さ方向の軸に平行ではない方向に伝播する音響波とを 、明確に区別することはできない。The distance ld between the two groups of coils is , generally chosen to be an odd multiple of a quarter of the wavelength of the acoustic wave shown in 47. It's been revealed. The fiber used to form these two groups of coils The total length of the bar is determined by the time it takes the light to pass through both coils at the frequency of the acoustic wave. It is chosen to be one half of the period. In other embodiments, the acoustic wave The ratio of the transit time of light to the period is equal to the ratio of distance @ d to the wavelength of the acoustic wave. In other embodiments, if the sizes of coils C1 and C2 are adjusted so that , the distance d is a fraction of the wavelength of the acoustic wave (not an integer multiple of a quarter) and It is also possible to do so. However, in these embodiments, this sensor cannot be used to select direction. That is, these alternative In an embodiment, the sensor propagates in a direction parallel to the longitudinal axis X of the coil. an acoustic wave that propagates in a direction that is not parallel to the longitudinal axis of the coil. , cannot be clearly distinguished.

上に述べた構造をとることによって、所定の波長でX軸に沿って伝播するN響渡 が存在するときに、痘いに反対方向に伝播する光波の間の相対的な位相のずれが 発生する。By adopting the structure described above, N acoustic waves propagating along the X-axis at a given wavelength can be When there is a relative phase shift between light waves propagating in opposite directions, Occur.

この位相のずれは、非双方向的な態様で、互いに反対方向に伝播する光波の上に 作用する音響波圧力によって発生するものである。このような波は、通常は、第 1図に示したデバイスのような干渉計の構造においては、双方向的な効果を生じ させていたものである。This phase shift causes light waves propagating in opposite directions to overlap each other in a non-bidirectional manner. It is generated by the applied acoustic wave pressure. Such waves are usually In an interferometer structure such as the device shown in Figure 1, bidirectional effects can occur. That's what I used to do.

この非双方向的な効果は第4図にプロットされて示されており、ここでは、時刻 t1およびt2において、コイルの第1の組C1およびコイルの第2の組C2で の音響波が示されている。好ましい実施例においては、この2つのコイルのグル ープの間の距離dは、音響波の波長の174となるように選択されている。また 、コイルC1およびC2は、光がその中を通過する時間が音響波の周期の174 に等しくなるように、そのサイズが定められている。これらのコイルはまた、そ れらの長さLlおよびL2が音響波の波長に比べて小さくなるように、そのサイ ズが定められている。第1図に示した実施例と同様に、このコイルは、その長さ 方向の軸Xが音響波の伝播の軸と平行となるようにされることによって、感度を 最大としている。This non-interactive effect is shown plotted in Figure 4, where time At t1 and t2, in the first set of coils C1 and the second set of coils C2 acoustic waves are shown. In the preferred embodiment, the two coil groups The distance d between the loops is chosen to be 174 wavelengths of the acoustic waves. Also , the coils C1 and C2 are such that the time the light passes through them is 174 times the period of the acoustic wave. Its size is determined so that it is equal to . These coils also Their sizes are adjusted so that their lengths Ll and L2 are small compared to the wavelength of the acoustic wave. The standards are set. Similar to the embodiment shown in FIG. The sensitivity is increased by making the axis of direction X parallel to the axis of acoustic wave propagation. It is set as the maximum.

曲線48および50は、2つの時刻t1およびt2において波長の1/4倍だけ 離れた音響波を示しており、この2つの時刻は音響波の周期の174倍だけ離れ ている。すなわち、曲線48は時刻t1における状態を示しており、これは、時 刻t1における音響圧力のピークと谷によってコイルC1およびC2がどのよう に包まれているかを示している。ここで、圧力のピークと谷とは、それぞれ、領 域52および54によって示されている。同様に、曲線50は、174周期だけ 後のt2において、コイルC1およびC2が音響波によってどのように包まれて いるかを示している。時刻t1においては、コイルC1は、56によって示され ている圧力レベルによって、そのコイル全体が実質的に一様な音響圧力にさらさ れている。これは、コイルC1のそれぞれのループの面が音響波47の面60に 対して実質的に平行となっており、また、コイルC1の長さLlは、音響波の波 長に比べて短いものとなっていることから生ずるものである。同様な事情が点5 8における音響波によって包まれているコイルC2に対しても成立している。Curves 48 and 50 show only 1/4 wavelength at two times t1 and t2. The two times are separated by 174 times the period of the acoustic waves. ing. That is, the curve 48 shows the state at time t1, which is the state at time t1. What happens to the coils C1 and C2 depending on the peak and valley of the acoustic pressure at time t1? It shows how it is wrapped in. Here, the peak and valley of pressure are respectively indicated by areas 52 and 54. Similarly, curve 50 has only 174 periods. Later at t2, how are coils C1 and C2 wrapped by the acoustic waves? It shows whether there are any. At time t1, coil C1 is indicated by 56. pressure level that exposes the entire coil to a virtually uniform acoustic pressure. It is. This means that the plane of each loop of the coil C1 is on the plane 60 of the acoustic wave 47. The length Ll of the coil C1 is substantially parallel to the acoustic wave. This is caused by the fact that it is short compared to its length. Similar situation is point 5 This also holds true for the coil C2 surrounded by the acoustic waves at 8.

ここでは、58における圧力は56における圧力と等しくなっている。これは、 コイルC1およびC2が音響波の波長の174だけ離れており、時刻t1は、た またま、波のピークが丁度コイルの間の中心に存在する時刻となっているためで ある。これよりも遅い時刻または早い時刻においては、この事情は異なってくる 。しかしながら、どのような時刻tに対しても、第3図に示した実施例の動作の 原理は同様である。Here the pressure at 58 is equal to the pressure at 56. this is, Coils C1 and C2 are separated by 174 wavelengths of acoustic waves, and time t1 is This is because the wave peak is exactly at the center between the coils. be. At later or earlier times, the situation will be different. . However, for any time t, the operation of the embodiment shown in FIG. The principle is the same.

コイル1およびC2に対して一様に正の圧縮の効果が加わることによって、コイ ルC1およびC2の双方における幾何学的経路長は一様に変化する。したがって 、コイルC1の中で同じ方向に伝播する光信号と、コイルC2において反対方向 に伝播する光信号とは、時刻t1において、それらの幾何学的経路長において同 じ変化を受け、そのため、このループ全体を通って伝播するそれぞれの光信号の 通過時間は変化することになる。コイルC1およびC2は、互いに反対方向に伝 播する光の信号が、それぞれ音響波の1/4周期で、それぞれのコイルを伝播す るように、そのサイズが定められているため、ファイバセグメント62から外へ 出る時刻t2まで、同じ方向に伝播するC1の中の光信号はコイルC1の中に存 在することになる。非常に短い時間の後に、この同じ方向に伝播する光信号は、 コイルC2の中へ入ってくるが、ここでは、第4(B)図の中に曲線50の上の 64で示されているような音響波にさらされることになる。同様に、時刻t1に おいて、コイルC2の中に存在する反対方向に伝播する波は、時刻t2までコイ ルC2の中に存在し、そして、セグメント62を通ってコイルC1へと入る。こ のため、時刻t2においては、コイルC1およびC2は、それぞれ、点64およ び66によって示された、対応する振幅での音響圧力にさらされる。By applying a uniform positive compression effect to coils 1 and C2, the coil The geometric path lengths in both channels C1 and C2 vary uniformly. therefore , an optical signal propagating in the same direction in coil C1, and an optical signal propagating in the opposite direction in coil C2. The optical signals propagating in of each optical signal propagating through this loop. Transit times will vary. Coils C1 and C2 transmit electricity in opposite directions. The light signal propagates through each coil with a period of 1/4 of the acoustic wave. out of the fiber segment 62 due to its size. Until the exit time t2, the optical signal in C1 propagating in the same direction remains in the coil C1. There will be. After a very short time, this optical signal propagating in the same direction becomes into the coil C2, but here, in Figure 4(B) above the curve 50. The user will be exposed to acoustic waves such as those shown at 64. Similarly, at time t1 , the oppositely propagating wave existing in coil C2 remains in the coil until time t2. coil C2 and enters coil C1 through segment 62. child Therefore, at time t2, coils C1 and C2 are at points 64 and 64, respectively. and 66, with corresponding amplitudes.

時刻t1においてコイルのグループC1の中に存在し、そして、第4(A)図に おける56で示された圧力を受けていた同じ方向に伝播する光信号は、t2の時 刻においてコイルのグループC2の中に存在し、そして、第4(B)図において 64で示した、音響波47からの、前と同じ正の圧縮の効果を受ける。これらの 圧縮の効果によって、コイルC2を通る幾何学的な経路長は、時刻t1において コイルC1の中で生じていたと同じ量だけ同じ符号で変化する。したがって、コ イルC2を通るための通過時間は、変化して、時刻t1においてコイルC1で受 けていた通過時間の変化と同じ符号のものとなる。このため、同じ方向に伝播す る信号に対する通過時間の全体の変化は、加算的なものであって、ゼロではない ものとなっている。exists in group C1 of coils at time t1, and in FIG. The optical signal propagating in the same direction that was under the pressure shown at 56 at t2 is present in group C2 of coils at this point, and in FIG. 4(B). It experiences the same positive compression effect as before from the acoustic wave 47, indicated at 64. these Due to the effect of compression, the geometric path length through coil C2 becomes at time t1 It changes by the same amount and with the same sign as was occurring in coil C1. Therefore, The transit time for passing through the coil C2 changes and the reception time at the coil C1 at time t1 changes. The change in transit time has the same sign as the change in transit time. Therefore, they propagate in the same direction. The total change in transit time for a signal is additive and nonzero. It has become a thing.

しかしながら、時刻t1においてコイルのグループC2の中に存在し、第4〈A )図の中の58の圧力を受けて、その後左の方向へと進行していった反対方向に 伝播する光信号は、時刻t2においてコイルC1の中に存在し、ここで、第4( B)図の66によって示された、大きさは同じであるが反対の符号を持った圧力 を受ける。このため、コイルC2によって生じた通過時間における変化は、コイ ルC1によって生じた通過時間における変化とキャンセルし合って、この反対方 向に伝播する光の信号の、コイル46を通過する時間の純粋な変化はゼロとなる 。However, at time t1, the fourth <A ) In the opposite direction, it received the pressure of 58 in the figure and then proceeded to the left. The propagating optical signal is present in the coil C1 at time t2, where the fourth ( B) Pressures of the same magnitude but opposite sign, indicated by 66 in the diagram. receive. Therefore, the change in transit time caused by coil C2 is This opposite effect cancels out the change in transit time caused by C1. The pure change in time of the optical signal propagating in the direction passing through the coil 46 is zero. .

要約すると、コイルC1から02へと伝播する波に対する効果は増強的なもので あって、一方、コイルC2からC1へと伝播する信号に対する効果は、相殺的な ものとなる。In summary, the effect on the wave propagating from coil C1 to 02 is reinforcing. On the other hand, the effect on the signal propagating from coil C2 to C1 is countervailing. Become something.

したがって、2つのコイルのグループを通って伝播した後に再結合されたとき、 この互いに反対方向に伝播する波の間には相対的な位相のずれが含まれているこ とになる。この位相のずれは、その後、検出されて、それに比例した形で音響波 の振幅が決定される。Therefore, when recombined after propagating through two groups of coils, There is a relative phase shift between these waves propagating in opposite directions. It becomes. This phase shift is then detected and proportionally converted into an acoustic wave. The amplitude of is determined.

光がそれぞれのコイルを通過する時間およびコイルの間の間隔が、それぞれ、1 /4周期および174波長とは異なったものである場合には、このセンサは波の 存在を検知するためにはなお機能するものの、反対方向に伝播する波の通過時間 の純粋な変化は、ゼロではないものとなる。この場合のセンサの応答は、非線型 なものとなる。The time the light passes through each coil and the spacing between the coils are each 1 /4 period and 174 wavelengths, the sensor detects the wave Transit time of waves propagating in the opposite direction, but still functioning to detect presence A pure change in will be non-zero. The sensor response in this case is non-linear Become something.

第2図および第3図に示したセンサの双方は、それらを実際に使うことのできる 所定のバンド幅を持っている。それぞれのバンド幅の中心周波数は、反対方向に 伝播する光信号の位相の純粋なずれがゼロとなるような、波長に対応した周波数 である。他の波長においては、稜々の効果によって、その応答はある程度悪くな ってくる。Both of the sensors shown in Figures 2 and 3 can be used in practice. It has a specified bandwidth. The center frequency of each bandwidth is The frequency corresponding to the wavelength such that the pure phase shift of the propagating optical signal is zero It is. At other wavelengths, the response is degraded to some extent due to the edge effect. It's coming.

第2図および第3図に示した実施例においては、この光学コイル干渉計はまた、 測定された音響波に対するセンサとしても機能する。さらに、従来技術において 知られているような無限大の範囲で変化させることのできる遅延線のようなもの を用いてコイルの長さを変化させることができる場合を除き、この双方の実施例 では、コイルは、音響波の特定の周波数において最適な動作をするように設計す る必要がある。無限大の範囲において遅延時間を変化させるために用いることの できる遅延線の構造の詳細は、1982年11月11日に発行された、E 1e ctronics L etters。In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, this optical coil interferometer also It also functions as a sensor for measured acoustic waves. Furthermore, in the prior art Something like a known delay line that can be varied over an infinite range. Both of these embodiments, except that the length of the coil can be varied using In this case, a coil is designed to work optimally at a specific frequency of acoustic waves. It is necessary to This can be used to vary the delay time over an infinite range. Details of the possible delay line structure can be found in E 1e, published on November 11, 1982. ctronics L etters.

第18巻、第23も第999頁ないし第1000頁の、″゛ファイバ光学可翁遅 延線″′という名称の記事に記載されている。このような可変遅延線は、第2図 のコイル24または第3図のコイルC1およびC2に対して用いることができ、 それによって、センサのバンド幅の中心の周波数を変えることができる。Vol. This type of variable delay line is described in the article titled ``Extension line''. can be used for the coil 24 of FIG. 3 or the coils C1 and C2 of FIG. Thereby, the frequency at the center of the sensor's bandwidth can be changed.

第5図は、干渉計および遅延線として、光学的コイルのみを利用したセンサの他 の実施例の概要図である。この実施例においては、検知されるべき、Qで示され た量は、変調器68へと与えられ、この変調器68は、検知された量Qの変化に よって直接変化する信号Q(t)および、量Qによって変調された高周波を持っ た搬送信号のいずれによっても形成される、時間的に変化する信号q(t)を発 生する。変調器50として適当なものであればどのような構造のものもこの発明 の目的にとっては十分なものであり、また、信号Q(t)は、mQそれ自体でも よく、また、この量に比例する電気的信号であってもよい。Figure 5 shows a sensor that uses only optical coils as an interferometer and a delay line. FIG. In this example, the signal to be detected is denoted by Q. The detected quantity Q is applied to a modulator 68, which modulates the sensed change in quantity Q. Therefore, we have a directly varying signal Q(t) and a high frequency modulated by the quantity Q. emit a time-varying signal q(t) formed by any of the carrier signals live. Any structure suitable for the modulator 50 may be used in the present invention. is sufficient for the purpose, and the signal Q(t) is also mQ itself. It may also be an electrical signal proportional to this quantity.

信号q(t)は、変換器70へと与えられるが、この変換器70は、偏光コント ローラでもよく、また、変換器70の場所においてファイバの光学的な伝送特性 に影響を与えるような他のどのようなデバイスでもよい。好ましい実施例におい ては、この信号q(t)は、量Qによって振幅変調された搬送またはバイアス周 波数である。好ましい実施例においては、この変換器70は、位相変調器である 。The signal q(t) is applied to a converter 70, which converts the polarization control The optical transmission characteristics of the fiber at the location of the transducer 70 may also be Any other device that affects the In a preferred embodiment , this signal q(t) is a carrier or bias frequency modulated in amplitude by a quantity Q. It is the wave number. In a preferred embodiment, this transducer 70 is a phase modulator. .

この変換器は、ループの幾何学的経路長の幾何学的中心から離れた場所に配置さ れる必要がある。信号Q(t)は、閉じたループのファイバ光学干渉針の構造お よび動作による自然なフィルタ作用を受ける変化速1曳よりも早い速度で、時間 的に変化する必要がある。この信号q(t)は、以下により完全に説明するよう に、コイル72に対して、空間的に非一様な効果を与える。This transducer is placed away from the geometric center of the loop's geometric path length. need to be The signal Q(t) is generated by the closed-loop fiber optic interference needle structure and The rate of change is faster than the natural filtering effect caused by reading and movement. There is a need to change. This signal q(t) is defined as This gives the coil 72 a spatially non-uniform effect.

変換器70および変調器68の構造の詳細は、この発明にどっては決定的なもの ではない。変換器70は、その変換器70の存在する場所においてファイバの複 屈折を変化さぼることのできるどのようなデバイスでもよく、また、そうでない 場合は、q(t)に応答して、曲げまたは他の応力をファイバに加えるようなデ バイスであってもよい。The details of the structure of transducer 70 and modulator 68 are critical to this invention. isn't it. The transducer 70 has multiple fibers at the location of the transducer 70. Any device that can change the refraction may or may not q(t), a device that applies bending or other stress to the fiber in response to q(t) It may be a vise.

さらに、変換器70は、変換器70の場所を通って伝播する光の速度を変えるこ とができるどのようなデバイスであってもよい。このような速度変調デバイスは 、q(t)を変換して、その変換器の場所におけるファイバの横方向の大きさを 物理的に変化させることのできるどのような構造であってもよい。このIi台に は、波動ガイド効果によって、横方向の大きさが変化した領域を通って伝播する 光の信号の速度が変化する。他の実施例においては、この変換器70は、変換器 70の場所において、q(t)に応答して、互いに反対方向に伝播する光信号の 偏光状態を変化させる働光コントローラであってもよい。Additionally, the transducer 70 can change the speed of light propagating through the location of the transducer 70. It can be any device that can do this. Such a speed modulation device is , q(t) to give the lateral size of the fiber at that transducer location: It can be any structure that can be physically changed. On this Ii machine propagates through a region of changed lateral magnitude due to wave-guiding effects. The speed of the light signal changes. In other embodiments, the transducer 70 is a transducer 70 of the optical signals propagating in opposite directions in response to q(t). It may also be a light controller that changes the polarization state.

好ましい実施例に83いてば、この変換器7oは、信@q(1)を、ループの中 のこの変換器70の場所におけろファイバ光学波動ガイドの経路長の変化へと変 換する、位相変換器である。すなわち、このファイバは、信号q<t)の振幅に 応じて、変換器70の中において引き延ばされる。 。83 in the preferred embodiment, this converter 7o sends the signal @q(1) into the loop. due to changes in the path length of the fiber optic waveguide at the location of this transducer 70. It is a phase converter that converts the That is, this fiber Accordingly, it is stretched within the transducer 70. .

このような位相変調器として適当な構造としては、まわりにファイバのコイル7 2を巻いた、ピエゾ電気物質のドラムがある。ぞして、信号q(t)のJ:うな 駆動電気信号がこのピエゾ電気物質に与えられると、この駆動信号の大きさトニ 応じて放射方向にこの物質を拡張させたり収縮させたりする。このようにして放 射方向に拡張すると、このドラムを包んでいるファイバは引き延ばされることに なる。A suitable structure for such a phase modulator includes a fiber coil 7 surrounding it. There is a drum of piezoelectric material wrapped around 2. Then, J of signal q(t): Una When a driving electrical signal is applied to this piezoelectric material, the magnitude of this driving signal is The material expands or contracts in the radial direction accordingly. Released in this way When expanded in the direction of radiation, the fibers surrounding this drum are stretched. Become.

他の実施例においては、信@q(’t)は、変換器7oとしての偏光コントロー ラを制御することによってこれを調節するために用いられることができる。3つ の実施例のいずれにおいても、このような凋能を果たすように適合されることの できる偏光コントローラの構造の詳細は、Electronics L ett ers、第16巻、第20号において、H,C。In other embodiments, the signal @q('t) is a polarization controller as converter 7o. can be used to adjust this by controlling the three In any of the embodiments of the For details on the structure of the polarization controller that can be used, please refer to Electronics Lett ers, Vol. 16, No. 20, H.C.

l efevreによって記載された1°単一モ一ドフアイバ部分波デバイスお よび偏光コント[]−ラバという名称の記事および、1980年9月4日に出願 されたアメリカ合衆国特許出願連@番号第183,975号において見出すこと ができる。The 1° single mod fiber partial wave device and and Polarization Conte [] - Article named Rava and filed on September 4, 1980. Found in United States Patent Application Serial No. 183,975 Can be done.

光源32、結合器42、検出器40.偏光器36、ファイバ光学方向性結合器3 8 djよIf 42 、そしノて偏光コント0−ラ44の0能411の詳細は 、第5図に示した実施例と、第21おJ:び第3図に示し・た実施日とにおいて 同一である。この3つの実Pi例において、ビームスプリッタを用いるごともで きるが、第2図の実施例を参照して上に説明したように、これらのビームスプリ ッタを用いると、5.tilが生ずるため、パルス的な動作をさせることがより 望ましいものどなっている。この発明の3つの実施例のすべてにおいて、ファイ バ光学方向性結合器が望ましいものとなっている。偏光器36の構造や動作の詳 細は、1980年10月に発行された、□pttcs 1−etters、第5 巻、第11号。Light source 32, coupler 42, detector 40. Polarizer 36, fiber optic directional coupler 3 8 dj If 42, and the details of polarization controller 0-44's 0 function 411 are as follows. , in the example shown in Figure 5 and the implementation date shown in Figure 21 and Figure 3. are the same. In these three real Pi examples, it is also possible to use a beam splitter. However, as explained above with reference to the embodiment of FIG. 5. Since til occurs, it is more difficult to perform pulse-like operation. Desirable things are booming. In all three embodiments of this invention, the file Optical directional couplers have become desirable. Details of the structure and operation of the polarizer 36 Details are in □pttcs 1-etters, No. 5, published in October 1980. Volume, No. 11.

第479頁ないし第481頁において、“単一モードファイバ光学偏光器”とい う名称の記事に記載されている。方向性結合器42および38の構造や動作の詳 細は、1982年4月付のI E E E J ournal of Quan tulIE 1ectr。On pages 479 to 481, the term "single mode fiber optical polarizer" It is mentioned in the article named. Details of the structure and operation of the directional couplers 42 and 38 For details, see the IE E E J internal of Quan dated April 1982. tulIE 1ectr.

吐組、第QE−18巻、第4@、第746頁ないし第75/I頁における、D  igcnnetおよびS hawの゛同調可能単一モード光学フトイバ結合器の 解析″という名称の記事において記載されている。この詳細はまた、1980年 4月11日に出願されたアメリカ合衆国特許出願連続番号第139.511’j の、一部rU続出[1テa ル、1981年9月10日に出願されたアメリカ合 衆囚特許出願連続番号第300.955号においても開示されている。D in Tsugumi, Volume QE-18, No. 4 @, pages 746 to 75/I igcnnet and Shaw's ``tunable single mode optical fiber coupler'' The details are also described in the 1980 United States Patent Application Serial No. 139.511’j filed on April 11th Some rUs continue to appear [1 title, United States patent application filed on September 10, 1981] It is also disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 300.955.

第5因に示した実1J1例の動作は、以下に示すとおりである。光源32は、光 信号を供給し、この光信号は単一モード光学ファイバ34へと結合され、そして 、方向性結合器42および偏光器36を通ってガイドされて、方向性結合器38 へと向う。偏光器36は、光がループ72に向って進行しているか、このループ 72がら遠ざがろうとしているかにかかわらず、選択された偏光状態をもってい る光のみを、この偏光器を通して通過させる。方向性結合器38は、この光信号 を、ループのまわりを互いに反対方向に伝Mする2つのコヒーレントな光信号へ と分離し、そし′C1戻ってきたこの互いに反対方向に伝播する光信号を結合し て、ファイバ34の中を光[32に向って進行する1つの光信号とする。、偏光 コントローラ44は、ループの中をどちらの方向に進行する光に対しても、偏光 状態の選択を与えるものである。結合器42は、光源へ向って進行する光の一部 分を光検出器4oの入力へと導くが、この光検出器40においては、この光がそ の自乗振幅すなわちその強度を基礎とした電気的信号へと変換される。もちろん 、ループ72の中を互いに反対方向に伝播した信号を結合した信号は、その振幅 が、ループの中を光学的条件によって引起こされた、これらの信号の間の相対的 な位相のずれに依存している。ループ72の中を互いに反対方向に伝播した光信 号は、変換器70の作用によってその相対的な位相がずらされている。量Qは、 急速に変化する量であってもよく、また、ゆっ(りと変化する量であってもよい 、量。が急速に変化するような場合には、この量は変換器7oへと直接に与えら れ、この変換器70は、これを変換して変換器70の場所におけるファイバの経 路長の時間的に変化するずれまたは、変換器70の場所におけるファイバの複屈 折の変化とする。The operation of the actual 1J1 example shown in the fifth factor is as shown below. The light source 32 is a light provides a signal, the optical signal is coupled into a single mode optical fiber 34, and , directional coupler 42 and polarizer 36 , directional coupler 38 Head to. Polarizer 36 determines whether the light is traveling toward loop 72 or 72 with the selected polarization state. Only the light that passes through this polarizer. The directional coupler 38 receives this optical signal. into two coherent optical signals propagating in opposite directions around the loop. , and then combine these optical signals propagating in opposite directions that have returned to 'C1. Assume that one optical signal travels through the fiber 34 toward the light [32]. ,Polarization The controller 44 polarizes the light traveling in either direction within the loop. It gives you a choice of states. The combiner 42 is a portion of the light traveling toward the light source. The light is guided to the input of the photodetector 4o, where the light is It is converted into an electrical signal based on the squared amplitude, that is, its intensity. of course , the combined signal of the signals propagating in opposite directions in the loop 72 has an amplitude of is the relative relationship between these signals caused by the optical conditions inside the loop. It depends on the phase shift. Optical signals propagated in opposite directions in the loop 72 The signals are shifted in relative phase by the action of transducer 70. The quantity Q is It may be a quantity that changes rapidly or it may be a quantity that changes slowly. ,amount. In such cases, this quantity may be applied directly to the converter The transducer 70 converts this into the fiber path at the location of the transducer 70. Time-varying deviations in path length or birefringence of the fiber at the location of transducer 70 Changes from time to time.

変換器70が、その変換器70の中の経路長を、時間的に急速に変化させる場合 には、互いに反対方向に伝播する光信号は、ループを通って異なった経路長を進 行し、そして、互いに相対的に2位相がずれた状態となる。これは、変換器70 が、中心から離れた場所に存在するために、これらの信号が異なった時刻にこの 変換器70へと到着するからである。互いに反対方向に伝播する光信号がこの変 換器へと到着する、2つの異なった時刻においては、変換器70を通る経路長は 異なったものとなっているため、この2つの互いに反対方向に伝播する信号は、 ループ70を通過するに際して2つの異なった通過時間を持つことになる。When the transducer 70 changes the path length within the transducer 70 rapidly over time. In a loop, optical signals propagating in opposite directions travel different path lengths through a loop. Then, the two phases are shifted relative to each other. This is the converter 70 However, because these signals are located far from the center, these signals may appear at different times. This is because it reaches the converter 70. Optical signals propagating in opposite directions experience this change. At two different times of arrival at the converter, the path length through the converter 70 is Because they are different, these two signals propagating in opposite directions are As it passes through loop 70, it will have two different transit times.

したがって、これらの信号は、異なった時刻に方向性結合器38へと到着し、し たがって、互いに相対的に位相がずれていることになる。Therefore, these signals arrive at directional coupler 38 at different times and are Therefore, they are relatively out of phase with each other.

結合された信号は、この相対的な位相のずれに依存した振幅を持つことになる。The combined signal will have an amplitude that depends on this relative phase shift.

結合された光信号の振幅は、これによって量Qを知ることができるようなものと なっている。The amplitude of the combined optical signal is such that the quantity Q can be determined. It has become.

それは、相対的な位相のずれが、Qに対して、比例したものとなっているからで ある。This is because the relative phase shift is proportional to Q. be.

Qが、時間的にゆっくり変、化する微分的かつ双方向的な量、たとえば温度や圧 力である場合には、Qを、非対称的に与えられた、時間的に急速に変化する搬送 信号へと変調する必要がある。それは、従来技術においてよく知られているよう に、閉じたループのファイバ光学干渉計は、通常は、時間的にゆっくり変化する 双方向的な効果に対しては敏感ではないためである。実際、これは、閉じたルー プの干渉計の大きな利点となっている。それは、この性質によって、この干渉計 が極めて静かかつ安定なものとなっているからである。Q is a differential and bidirectional quantity that changes slowly over time, such as temperature and pressure. force, Q is an asymmetrically applied, rapidly varying transport force in time. It is necessary to modulate it into a signal. As it is well known in the prior art , closed-loop fiber-optic interferometers typically vary slowly in time. This is because it is not sensitive to interactive effects. In fact, this is a closed loop. This is a major advantage of the interferometer. It is due to this property that this interferometer This is because it is extremely quiet and stable.

振幅変調や周波数変調によって、Qがバイアスまたは搬送周波数へと変調され、 また、変換器70が位相変調器である場合には、上に述べた説明は、やはり適用 できる。振幅変調を用いた場合には、変換器の中の経路長は、バイアスまたは搬 送周波数において正弦波状の変化を生じるが、その経路長の振動の振幅は、Qに 応じて変化することになる。したがって、変換器70によって生ずる相対的な位 相のずれは、正弦波状の変化を起こす。さらに、正弦波状の相対的な位相のずれ の振幅すなわち、相対的な位相のずれの正弦波状の振動に対する振幅の包絡線は 、量Qに対応したものとなるであろう。この包絡線は、Qが時間に関して変化す るに従って、それ自身も時間に関して変化する。Q is modulated to the bias or carrier frequency by amplitude modulation or frequency modulation, Also, if the transducer 70 is a phase modulator, the above description still applies. can. When using amplitude modulation, the path length in the transducer is determined by the bias or carrier. A sinusoidal change occurs in the transmission frequency, but the amplitude of the vibration of the path length is It will change accordingly. Therefore, the relative position produced by transducer 70 The phase shift causes a sinusoidal change. Furthermore, the relative phase shift of the sinusoids That is, the amplitude envelope for a sinusoidal oscillation of relative phase shift is , will correspond to the quantity Q. This envelope shows that Q changes with respect to time. As it changes, it also changes with respect to time.

変換器が、その変換器70の場所においてファイバの複屈折を変化させる場合に は、1つの偏光状態のモードからの光と他の光との結合によって、相対的な位相 のずれが生ずる。複屈折とは、異なった偏光状態のモードでその中を伝播する光 が、異なった速度で伝播するようになるという、光ファイバの性質である。変M k器70が、その変換器70の場所において、信号q(t)またはQに比例して 、このファイバの複屈折を変化させる場合には、この変換器は、互いに反対方向 に伝播する信号の間の相対的な位相のずれを変化させることになる。これは、変 換器は、ゆっくりしたモードで進行するエネルギの量と、早いモードで進行する エネルギの量との割合を制御しているからである。すなわち、1つの偏光状態の モードで波動ガイドの中を進行している光が複屈折に出会うと、この光のエネル ギのうちの一部分がそれと直交する偏光状態のモードへと結合され、それから後 は、新たな偏光状態のモードに対応した異なった速度で進行する。複屈折の量が Q(t)の関数である場合には、IQは、偏光器36によって確立された偏光状 態から、直交した偏光状態のモードへとなって伝播する、互いに反対方向に伝播 する光信号のエネルギの量によって決定される。これは、直交した偏光状態のモ ードで互いに反対方向に伝播する信号から得られた、結合された信号の振幅によ って決定することができる。第5図の実施例においては、直交したモードから得 られた結合信号の振幅を決定するために、・偏光器と結合器との間に他の方向性 結合器を付加して、戻ってきたエネルギの一部分を、この直交したモードに同調 された偏光器へと受ける必要がある。また、第2の偏光器の出力に、他の光検出 器を結合させる必要がある。If the transducer changes the birefringence of the fiber at the location of the transducer 70 is due to the coupling of light from one polarization state mode with the other, resulting in the relative phase A deviation occurs. Birefringence is the propagation of light in modes with different polarization states. It is a property of optical fibers that they propagate at different speeds. Weird M k converter 70 at the location of its converter 70, proportional to the signal q(t) or Q. , when changing the birefringence of this fiber, this transducer This will change the relative phase shift between the signals propagating to each other. This is weird The exchanger has a different amount of energy going in a slow mode and one going in a fast mode. This is because the ratio to the amount of energy is controlled. That is, for one polarization state When light traveling through a waveguide in a mode encounters birefringence, the energy of this light A portion of the beam is coupled into a mode with a polarization state orthogonal to it, and then propagate at different speeds corresponding to the new polarization state modes. The amount of birefringence If IQ is a function of Q(t), then IQ is a function of the polarization shape established by polarizer 36. The two modes propagate in opposite directions from each other into modes with orthogonal polarization states. determined by the amount of energy in the optical signal. This is a model with orthogonal polarization states. The amplitude of the combined signal obtained from signals propagating in opposite directions at the You can decide. In the embodiment shown in FIG. In order to determine the amplitude of the coupled signal, Add a coupler to tune a portion of the returned energy to this orthogonal mode. It is necessary to receive the light into a polarizer. Also, the output of the second polarizer is connected to another light detector. It is necessary to combine the vessels.

音響波または他の波を検知する方法は、互いに・反対方向に伝播する光信号を、 所定の方法で巻回されかつ配置された、閉じたループのファイバ光学干渉計のコ イルを通してガイドすることを含む。この所定の方法とは、検知の対象となる音 響波または他の波が、この波と同じ方向に伝播する光波がコイルの艮ざ方向の軸 に対して進行する速度と同じ速度で、コイルの長さ方向の軸に沿って伝播するよ うに、このコイルを組立てることである。そして、対象となる波がコイルの中を 伝播する際に、このコイルの中を互いに反対方向に伝播する光信号の間の位相差 が検出される。Methods of detecting acoustic waves or other waves detect optical signals that propagate in opposite directions. A closed loop fiber optic interferometer core that is wound and positioned in a predetermined manner. This includes guiding you through the process. This predetermined method refers to the sound to be detected. When an acoustic wave or other wave propagates in the same direction as this wave, a light wave propagates along the axis of the coil. propagates along the longitudinal axis of the coil at the same speed as the The first step is to assemble this coil. Then, the target wave moves inside the coil. The phase difference between optical signals propagating in opposite directions through this coil as they propagate. is detected.

特に、この方法は、光信号を発生し、この光信号を選択された偏光状態へと変更 することを含む。偏光された光は、それから、2つの光信号へと分離される。こ の分離された、2つの光信号は、それから、閉じたループのファイバ光学干渉計 の螺旋的に巻かれたループを通って互いに反対方向に伝播する。この干渉計は、 ループの長さ方向の軸が、対象となる波の伝播の方向に対して平行となるように 、ループが配置されている。このループは、ファイバを通って進行する、同じ方 向に伝播する光(g号が、対象となる波によって実質的に一様な位相のずれの影 響を受け、一方、ファイバを通って進行する、反対方向に伝播する波は、対象と なる波によって、非一様な位相のずれへの影響を受けるように、コイル状にされ 、その大きさが定められている。それから、この位相差を検出する。In particular, the method generates an optical signal and alters the optical signal to a selected polarization state. including doing. The polarized light is then separated into two optical signals. child The separated two optical signals are then passed through a closed loop fiber optic interferometer. propagate in opposite directions through the spirally wound loops of This interferometer is so that the longitudinal axis of the loop is parallel to the direction of propagation of the wave of interest. , the loop is placed. This loop travels through the fiber in the same direction. Light propagating in the direction (g is affected by a substantially uniform phase shift due to the wave of interest) waves propagating in the opposite direction traveling through the fiber are is coiled so that it is affected by a non-uniform phase shift due to the wave , its size is determined. This phase difference is then detected.

現象または量Qを検知する方法は、互いに反対方向に伝播する光信号を、閉じた ループのファイバ光学干渉計のコイルを通してガイドすることからなっている。The method for detecting the phenomenon or quantity Q is to detect optical signals propagating in opposite directions in a closed The loop consists of guiding a fiber optic interferometer through the coil.

量Qは、変調器によって検知され、この変調器は、この量を、Qに応じて変化す る信号q (【)へと変換する。この信号q(t)は、Qそれ自体でもよく、ま た、何らかの応用において、Qに比例して変化する電気的な信号であってもよい 。信号q(t)は、ファイバ光学干渉計の、コイルの幾何学的な経路の中心から 離れた場所でコイルへと与えられる。それは、このような場所において、ファイ バの光学的な伝送特性が変化するからである。それから、互いに反対方向に伝播 する光信号の間の、相対的な位相のずれが検出される。The quantity Q is sensed by a modulator that changes this quantity depending on Q. Convert to the signal q ([). This signal q(t) may be Q itself, or Alternatively, in some applications, it may be an electrical signal that changes in proportion to Q. . The signal q(t) is from the center of the geometric path of the coil in the fiber optic interferometer. It is fed to the coil at a remote location. In such places, it is important to This is because the optical transmission characteristics of the bar change. Then they propagate in opposite directions The relative phase shift between the optical signals is detected.

信号q(t)は、このq(t)が与えられる場所において、複屈折をq(t)に 比例して変化させるように、または、これを与える場所において、ファイバ中を 伝播する速度をq(t)に対応して変化させるように、与えることができる。さ らに、a(t)が与えられるコイルの中の場所を通って、通過する光の偏光状態 がQ(t)に比例して変化するように、a(t)を与えてもよい。好ましい方法 は、q(t)に応じて、互いに反対方向に伝播する信号のうちの1つの幾何学的 な経路長を他方に対して変化させることである。The signal q(t) is given the birefringence of q(t) at the location where this q(t) is given. in the fiber in such a way that it varies proportionally or at a location that gives this The propagation speed can be given to vary in accordance with q(t). difference Furthermore, the polarization state of the light passing through the location in the coil given a(t) a(t) may be given such that a(t) changes in proportion to Q(t). preferred method is the geometric representation of one of the signals propagating in opposite directions, depending on q(t) one path length with respect to the other.

この方法のすべては、互いに反対方向に伝播する光信号の光を、コイルに入れる 前に、同じ偏光状態へと偏光させ、そして、ループの中に結合された互いに反対 方向に伝播する光信号の偏光状態とは異なった偏光状態の、戻ってき1ζ反対方 向に伝播する光をろ波することを含んでいる。この結合は、戻ってきた、互いに 反対方向に伝播する光信号の間の相対的な位相のずれを検出する前に行なわなけ ればならない。All of these methods involve introducing light from optical signals propagating in opposite directions into a coil. before polarized to the same polarization state, and then opposite to each other combined into a loop The polarization state of the optical signal propagating in the opposite direction is different from that of the 1ζ It involves filtering the light propagating in the direction. This bond is back to each other This must be done before detecting the relative phase shift between optical signals propagating in opposite directions. Must be.

これらの方法のすべては、また、ループの中を互いに反対方向に伝aする光信号 の偏光状態を、他の選択された偏光状態へと制御し、そして調節するステップを 含むことができる。All of these methods also involve optical signals propagating in opposite directions in the loop. controlling and adjusting the polarization state of the selected polarization state to another selected polarization state. can be included.

MQを検知する方法のすべては、また、q(t)をループへと与える前に、量Q をバイアスまたは搬送周波数へと変調し゛C1信号q(t)を発生するステップ を含むことができる。All methods of detecting MQ also require the quantity Q before feeding q(t) into the loop. to a bias or carrier frequency to generate a C1 signal q(t). can include.

この量は、直接に変換器へと与えられ、そしてその変化の割合を検知してもよい 。たとえば、ff1Qは周囲の濃度であってもよく、そのときには、信号(+( t)は、時間的に変化する濃度の測度となるであろう。そして、この信号q(1 )は、光学的コイルの中の1つまたはそれ以上の小さなセグメントへと、非対称 的に与えられ、この干渉計へと影響を及ぼす。このため、再結合された光学的信 号の中には、検出可能な変化が生ずることになる。上に述べたデバイスの他に、 変換器70は、また、電気−光学的なデバイス、とニジミ気的なデバイス、また は磁歪的デバイスであってもよい。This quantity may be applied directly to the transducer and its rate of change detected. . For example, ff1Q may be the ambient concentration, then the signal (+( t) will be a measure of the time-varying concentration. Then, this signal q(1 ) into one or more small segments within the optical coil. is applied to this interferometer. Therefore, the recombined optical signal There will be a detectable change in the number. In addition to the devices mentioned above, Transducer 70 can also be an electro-optical device, an optical device, or an electro-optical device. may be a magnetostrictive device.

検知される量Qを検出するために、閉じたループの光学的干渉計を含むか、また はそれを利用したセンサの種々の実施例について説明してき、た。この実施例の いずれにおいても、検知される量は、閉じたループに関して、空間的に非一様な ものとなっている。センサ素子として、コイル全体を用いるこ、ともできるし、 また、この量を、コイルの上の非対称的な場所に存在する1つまたはそれ以上の 点に与えることもできる。includes a closed-loop optical interferometer to detect the sensed quantity Q; have described various embodiments of sensors using the same. In this example In both cases, the detected quantity is spatially non-uniform with respect to the closed loop. It has become a thing. It is also possible to use the entire coil as a sensor element, This amount can also be calculated by substituting one or more asymmetric locations above the coil. It can also be given to points.

この発明を、好ましい実施例によって説明してきたが、これに添句した請求の範 囲の精神から逸脱することなく、数多くの変形を行なうことができるということ は、当業者にとっては自明であろう。このような変形は、請求の範囲の中に包含 されるべきものである。Having described this invention by means of preferred embodiments, the appended claims that many variations can be made without departing from the spirit of the surroundings; will be obvious to those skilled in the art. Such variations are included within the scope of the claims. It should be done.

FIG、−5 国際調杏報番FIG.-5 International research report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. 検知されるべき量を云える媒体と、ファイバ光学波動ガイドのコイル(2 4〉とを備え、前記コイルは前記波動ガイドの中を1つの方向に進行する光信号 が、前記量によって非双方向的な影響を受けるように配置されており、 さらに、前記量によって影響を受けたときに、前記第1の光信号の差を検知する 検出器(40)を備える、センサ。 2、 前記ファイバ光学波動ガイドのコイル(24)は、数多く巻回ぎれたコイ ルとされたファイバ光学波動ガイド(24)を備え、前記コイルの巻回の直径と 間隔は、前記長さ方向の@(×)のまわりの前記波動ガイド(24)の中を伝W Iスる光学信号が前記軸(X)の方向に動くにあたっての軸方向の速さと同じ速 さで、検知されるべき波(26)が前記コイルの長さ方向の軸(X)を進行する ように、定められている、請求の範囲第1項記載のセンサ装置。 3、 選択された偏光状態の光の光a(32,34,36)と、 前記偏光された光を分離して、前記ファイバ光学波動ガイドのコイル(24)を 通して互いに反対方向に伝播する第1と第2の光1言号とする1分離器(38) とをさらに備える、請求の範囲第1項記載の装置。 4、 前記第1と第2の光信号が前記波(26)によって異なった影響を受ける ように、前記ファイバ光学波動ガイドのコイル(24yが前記媒体において配置 されている、請求の範囲第3項記載の装置。 5、 ざらに、前記量いに反対方向に伝播する第1と第2の光波の間の位相のず れを検出する検出器(4o)を備える、請求の範囲第3項記載の装置。 6、 前記コイル(24)の軸方向の長さは、検知されるべき波(26)の波長 に対して所定の割合となっている、請求の範囲第2項記載の装置。 7、 前記検出器(40)は、偏光器(36)を通して前記コイル(24)へと 結合されており、前記偏光器(36)は、前記コイル(24)からの、前記光? [1(32,34゜36)の選択された偏光状態にある光のみを通過させるよう にセットされており、前記コイル(24)は、前記第1および第2の光信号の伝 播の偏光状態のモードを制御する偏光コントローラを含む、請求の範囲第5項記 載の装置。 8、 光m(32)と、 前記光源(32)から前記コイル(24)へと、また、前記コイル(24)から 前記検出器(4o)へと、光をガイドして検知を行なわせるファイバ光学波動ガ イド(34)と、 前記コイル(24)から前記検出器(4o)へと光信号を結合させる、前記ファ イバ光学波動ガイド(34)における第1の方向性結合器(42)と、 選択された偏光状態ではない光信号をブロックして前記波動ガイド(34)の中 を進行させないようにする、前記波動ガイド(34)の中の偏光器(36)と、 前記波動ガイド〈34)を前記コイル(24)へと結合させる、第2の方向性結 合器(38)とをさらに備える、請求の範囲第1項記載の装置。 9、 選択された偏光状態の光の光w4(32,34,36)と、 前記光m(32,34,36)からの光を、同じ方向に伝播する第1の光信号と 、反対方向に伝播する第2の光信号とに分離する、ビーム分配器(38)とをさ らに含む、請求の範囲第1項記載のセンサ。 10、前記光m (32,34,36) は、選択サレタ偏光状態以外の実質的 にすべての光をいずれの方向にも通過させない偏光器(38)に結合された光a (32)を含む、請求の範囲第9項記載の装置。 11、 前記ファイバ光学波動ガイドのコイル(24)は、複数の遅延コイル( CIおよびC2)とされており、前記複数の遅延コイル(CIおよび02)は、 その中を進行する光信号を所定の時間だけ遅延し、前記コイル(C1および02 )は、転送波動ガイド(62)の連結によって所定の長さだけ隔てられている、 請求の範囲第9項記載のセンサ。 12、 前記遅延コイル(C1およびC2)のそれぞれは、長さ方向の軸(X) のまわりに、所定の直径の数多くの巻回から形成されており、前記巻回は、前記 遅延コイル(C1およびC2>の中を伝播する光信号が、対象となる波(47) の面(60)に実質的に平行な面の中を進行し、光学的な通過時間が前記対象と なる波(26)の周期の約1/4倍となるように、前記軸に沿って隔てられてい る、請求の範囲第11項記載の装置。 13、 前記遅延コイル<C1およびC2)の間での前記第1および第2の互い に反対方向に伝播する光信号の光学的な通過時間が、前記遅延コイル(CIおよ びC2)の間での前記対象となる波(47)の通過時間よりも実質的に速くなる ように、前記転送波動ガイド(62)が前記遅延コイル(CIおよび02>の間 に配置されており;前記同じ方向に伝播する第1の光信号がそれぞれの後の遅延 コイル(C2)に到着する時刻が、前記対象となる波(47)が前記コイルの光 学的な性質に効果を与える時刻であり、前記効果は、対象となる波(47)が、 前記同じ方向に伝播する光が次の進んだ遅延コイル(C1)の中を伝播するとき に前記法の進んだ遅延コイル(C1)の光学的な性質に影響を与える効果とほぼ 同一であるように、前記遅延コイル(CIおよびC2>のサイズと間隔とが定め られている、請求の範囲第11項記載の装置。 14、 前記検出器(40)は、前記第1の同じ方向に伝播する光信号と前記第 2の反対方向に伝播する光信号との間の位相差を、前記2つの光信号の干渉によ って生ずる結合された信号の振幅を検出することによって、検出を行なう、請求 の範囲第1項、第9項、第10項、第11項、第12項または第13項記載の装 置。 15、 それぞれの前記遅延コイル(CIおよびC2>は、それぞれの前記遅延 コイル(CIおよびC2)の中を通過する第1および第2の光信号の通過時間が 、前記対象となる波(47)の周期の約1/4倍であり、前記遅延コイル(C1 およびC2)の間の間隔は対象となる波(47)の波長の1/4であるように、 そのサイズが定められている、請求の範囲第11項記載の装置。 16、 前記遅延コイル(01およびC2)のそれぞれは、前記遅延コイル(C 1および02)を第1および第2の光信号が通過する時間が、対象となる波(4 7)の周期の所定の割合に等しくなるように、そのサイズが定められており、前 記遅延コイル(C1およびC2)は所定の距離だけ隔てられており、前記所定の 距離の波長に対する割合は、それぞれの遅延コイル(C1およびC2)の通過時 間の、対象となる波(47)の周期に対する割合と、はぼ等しくなっている、請 求の範囲第11項記載の装置。 17、 前記第1および第2の光信号の偏光状態を制御する偏光コントローラを さらに含む、請求の範囲第9項、第10項、第11項、第12項、第13項、第 15項または第16項記載の装置。 18、 量Qを検知し、信号q(t)を発生する変調器(68)と、 信号q(t)を、前記コイル(24)の光学的な伝送特性における変化に対応し た変化へと変換する、変換器(70)とをさらに備える、請求の範囲第1項記載 の装置。 19、 互いに反対方向に伝播する第1および第2の光信号を発生し、・前記コ イル(24)へと伝播させる光源(32,34,38)をさらに備え、前記変換 器(70)は前記コイル(24)の上の場所に位置決めされ、前記場所は前記コ イル(24)によって形成された光学的な経路の幾何学的な中心から離れている 、請求の範囲第18項記載の装置。 20、 前記光源が、選択された偏光状態の光を前記コイル(24)へと、結合 させるようにする、偏光器(36)をさらに備える、請求の範囲第19項記載の 装置。 21、 前記信号Q(t)は、前記同いに反対方向に伝播する光信号の前記コイ ル(24)のまわりの光学的な通過時間と所定の関係を持っているバイアス信号 へと変調された量Qである、請求の範囲第20項記載の装置。 22、 前記所定の関係は、前記第1と第2の光信号が前記変換器(70)の場 所に到着する異なった時刻に、前記信号q(t)が異なった振幅を持つようにさ れた、請求の範囲第21項記載の装置。 23、 前記変換器(70)は、前記第1および第2の光信号のそれぞれが、前 記信号Q(t)が存在しない場合にそれぞれが進行する前記コイル(24)のま わりの光学的経路とは異なった光学的経路を進行するように、前記変換器(70 )の場所において前記コイル(24)の前記ファイバ光学波動ガイドを引き延ば す位相変調器である、請求の範囲第21項記載の装置。 24、 前記第1および第2の信号が前記変換器へと到着した異なった時刻に、 異なった量だけ前記位相変調器が前記ファイバを引き延ばし、それによって、前 記第2の光信号に対して前記第1の光信号が位相のずれを生じるようにさせた、 請求の範囲第23項記載の装置。 25、 前記検出器(40)は、前記相対的な位相のずれを特徴する請求の範囲 第24項記載の装置。 26、 前記Qは時間的に急速に変化し、前記Q(Mは、前記第1および第2の 光信号が前記変換器へと到着した異なった時刻に、異なった振幅を持つように、 前記Qに直接に比例した、請求の範囲第21項記載の装置。 27、 前記変換器(70)は、q<t)に応答して前記ファイバの複屈折を変 化させる、請求の範囲第21項または第26項記載の装置。 28、 前記変換器(70)は、q(t)に応答して、前記第1および第2の光 信号の伝播速度を変化させる、請求の範囲第21項または第26項記載の装置。 29、 前記変換器は、q(t)に応答して、前記第1および第2の光信号の相 対的な位相をシフトさせる、請求の範囲第21項または第26項記載の装置。 30、 閉じたループの光学ファイバ干渉計によってfAQを検知するための方 法であって、双方向的なflQを非双方向的に前記量じたループへと与え、前記 量じたループの中の光学的信号の変化を検出するステップを備える、方法。 31、 前記量Qは、変調されて信号q(t)となり、q(1)は、非双方向的 に前記量じたループへと与えられる、請求の範囲第30項記載の方法。 32、 前記1q(t)が、前記量じたループの光学的ファイバ干渉計の少なく とも1つの点に与えられ、前記点は、前記ループによって形成された光学的経路 の幾何学的な中心から離れている、請求の範囲第31項記載の方法。 33、 前記lIQを与えるステップは: 前記第1の光信号が前記ループの中 を通るとき、前記ループの中を進行する前記第1の信号は前記!Qによって、一 様に影響を受けるが、第2の反対方向に伝播する光信号が前記ループの中を動く とき、前記第2の信号は前記量Qによって非一様に影響を受けるように、前記量 Qを前記ループへと与えるステップを含む、請求の範囲第30項記載の方法。 34、 前記第2の光信号は最初に、第1の数学的な符号を持つ変化によって影 響を受け、その後、他方の数学的な符号を持った変化によって影響を受ける、請 求の範囲第33項記載の方法。 35、 前記第2の光信号に対する互いに反対の符号を持つ変化の大きさが互い に等しく、それによって純粋な変化が生じない、請求の範囲第34項記載の方法 。[Claims] 1. A medium that can tell the amount to be detected and a coil of fiber optic waveguide (2 4>, wherein the coil receives an optical signal traveling in one direction within the waveguide. is arranged so as to be influenced non-reciprocally by the amount, further detecting a difference in the first optical signal when influenced by the amount; A sensor comprising a detector (40). 2. The coil (24) of the fiber optic waveguide has many unwound coils. a fiber optic waveguide (24) with a diameter of the turns of said coil; The spacing is such that W propagates through the wave guide (24) around the longitudinal @(x). The same speed as the axial speed of the optical signal moving in the direction of the axis (X) Now the wave (26) to be detected travels along the longitudinal axis (X) of said coil. The sensor device according to claim 1, wherein the sensor device is defined as follows. 3. Light a(32, 34, 36) of the selected polarization state, The polarized light is separated and the coil (24) of the fiber optic waveguide is separated. a separator (38) that allows the first and second lights to propagate in opposite directions to each other; The apparatus of claim 1, further comprising: 4. The first and second optical signals are affected differently by the wave (26). The coil (24y) of the fiber optic waveguide is disposed in the medium as shown in FIG. 4. The apparatus of claim 3, wherein: 5. Roughly speaking, the phase shift between the first and second light waves propagating in opposite directions 4. The device according to claim 3, comprising a detector (4o) for detecting this. 6. The axial length of the coil (24) is the wavelength of the wave (26) to be detected. 3. The device according to claim 2, wherein the device is a predetermined proportion of . 7. The detector (40) passes through the polarizer (36) to the coil (24). and the polarizer (36) is coupled to the polarizer (36) for transmitting the light from the coil (24). [To allow only light in the selected polarization state of 1 (32, 34° 36) to pass through] The coil (24) is set to transmit the first and second optical signals. Claim 5, further comprising a polarization controller for controlling the mode of polarization state of the polarization. equipment. 8. Light m (32) and from the light source (32) to the coil (24) and from the coil (24). A fiber optic waveguide guides light to the detector (4o) for detection. Ido (34) and the fiber coupling optical signals from the coil (24) to the detector (4o); a first directional coupler (42) in the optical waveguide (34); Optical signals that are not in the selected polarization state are blocked and inserted into the waveguide (34). a polarizer (36) in the waveguide (34) for preventing the movement of the waveguide; a second directional connection coupling said wave guide (34) to said coil (24); 2. The device of claim 1, further comprising a combiner (38). 9. Light w4 (32, 34, 36) of light in the selected polarization state, The light from the light m (32, 34, 36) is a first optical signal propagating in the same direction. , and a second optical signal propagating in the opposite direction. The sensor according to claim 1, further comprising: 10. The light m (32, 34, 36) has substantially no polarization state other than the selected Sareta polarization state. The light a is coupled to a polarizer (38) that does not pass any light in either direction. 10. The apparatus of claim 9, comprising (32). 11. The coil (24) of the fiber optic waveguide includes a plurality of delay coils ( CI and C2), and the plurality of delay coils (CI and 02) are The optical signal traveling through the coils (C1 and 02) is delayed by a predetermined time. ) are separated by a predetermined length by the connection of the transfer wave guide (62), The sensor according to claim 9. 12. Each of the delay coils (C1 and C2) has a longitudinal axis (X) formed of a number of turns of predetermined diameter around the The optical signal propagating through the delay coils (C1 and C2) is the wave of interest (47) travels in a plane substantially parallel to the plane (60) of the object, and the optical transit time is are spaced apart along said axis so as to be approximately 1/4 times the period of the wave (26). 12. The apparatus according to claim 11. 13. between the first and second delay coils (C1 and C2); The optical transit time of an optical signal propagating in the opposite direction to the delay coil (CI and and C2) is substantially faster than the transit time of said wave of interest (47) between so that the transfer waveguide (62) is between the delay coils (CI and 02> the first optical signals propagating in the same direction are arranged with a delay after each; The time when the target wave (47) arrives at the coil (C2) is determined by the time when the target wave (47) arrives at the coil (C2). This is the time when the wave (47) becomes the target wave (47). When the light propagating in the same direction propagates in the next advanced delay coil (C1) The effect of the above method on the optical properties of the advanced delay coil (C1) and approximately The size and spacing of the delay coils (CI and C2) are determined so that they are the same. 12. The apparatus of claim 11, wherein: 14. The detector (40) detects the first optical signal propagating in the same direction and the first optical signal propagating in the same direction. The phase difference between the two optical signals propagating in opposite directions is determined by the interference between the two optical signals. The detection is performed by detecting the amplitude of the combined signal resulting from the The equipment described in item 1, item 9, item 10, item 11, item 12 or item 13 Place. 15, each said delay coil (CI and C2>) The transit time of the first and second optical signals passing through the coils (CI and C2) is , about 1/4 times the period of the target wave (47), and the delay coil (C1 and C2) such that the interval between them is 1/4 of the wavelength of the wave of interest (47), 12. The device of claim 11, wherein the size is defined. 16, Each of the delay coils (01 and C2) is connected to the delay coil (C2). 1 and 02) for the first and second optical signals to pass through the target wave (4 7) Its size is determined to be equal to a predetermined percentage of the period of The delay coils (C1 and C2) are separated by a predetermined distance, and the delay coils (C1 and C2) are separated by a predetermined distance. The ratio of distance to wavelength is when passing through each delay coil (C1 and C2). The ratio between the period and the period of the target wave (47) is approximately equal. The device according to item 11. 17. A polarization controller that controls the polarization states of the first and second optical signals. Further comprising claims 9, 10, 11, 12, 13, and The device according to item 15 or 16. 18. a modulator (68) for sensing a quantity Q and generating a signal q(t); signal q(t) corresponding to changes in the optical transmission characteristics of said coil (24); a converter (70) for converting the change into a equipment. 19, generating first and second optical signals propagating in opposite directions; further comprising a light source (32, 34, 38) for propagating the light source (32, 34, 38) to the A container (70) is positioned at a location above said coil (24), said location being above said coil. away from the geometric center of the optical path formed by the ile (24) , the apparatus according to claim 18. 20. The light source couples light of a selected polarization state to the coil (24). 20. The polarizer according to claim 19, further comprising a polarizer (36) for causing Device. 21, the signal Q(t) is the same as the coil of the optical signal propagating in the opposite direction. a bias signal having a predetermined relationship with the optical transit time around the loop (24); 21. The device of claim 20, wherein the quantity Q is modulated to . 22, the predetermined relationship is such that the first and second optical signals are such that the signal q(t) has different amplitudes at different times when it arrives at the location. 22. The apparatus of claim 21, wherein: 23, the converter (70) is configured such that each of the first and second optical signals is The coils (24) each travel in the absence of the signal Q(t). The transducer (70 ) stretching the fiber optic waveguide of the coil (24) at a location of 22. The device of claim 21, wherein the device is a phase modulator. 24. at different times when the first and second signals arrive at the converter; The phase modulator stretches the fiber by different amounts, thereby causing the first optical signal to have a phase shift with respect to the second optical signal; Apparatus according to claim 23. 25. Claim wherein the detector (40) is characterized by the relative phase shift. Apparatus according to clause 24. 26, the Q changes rapidly over time, and the Q (M is the first and second such that the optical signal has different amplitudes at different times when it arrives at the converter; 22. The apparatus of claim 21, wherein said Q is directly proportional to said Q. 27. The transducer (70) changes the birefringence of the fiber in response to q<t. 27. The apparatus according to claim 21 or 26, wherein the device 28, the converter (70) converts the first and second lights in response to q(t). 27. Apparatus according to claim 21 or 26, for changing the propagation speed of the signal. 29, the converter is configured to change the phase of the first and second optical signals in response to q(t); 27. Apparatus according to claim 21 or claim 26, for shifting the relative phase. 30. Method for detecting fAQ by closed loop optical fiber interferometer is a method that applies bidirectional flQ to the measured loop non-bidirectionally, and A method comprising detecting a change in an optical signal in a measured loop. 31. The quantity Q is modulated into a signal q(t), where q(1) is a non-bidirectional 31. The method of claim 30, wherein: 32. The above 1q(t) is the minimum of the optical fiber interferometer of the measured loop. both are given to one point, said point being the optical path formed by said loop. 32. The method of claim 31, wherein the method is away from the geometric center of. 33. The step of providing the lIQ is: the first optical signal is in the loop. When the first signal travels through the loop, the first signal passes through the ! By Q, one a second, oppositely propagating optical signal moves through the loop. when the quantity Q is such that the second signal is non-uniformly influenced by the quantity Q. 31. The method of claim 30, including the step of providing Q to the loop. 34, said second optical signal is first affected by a change having a first mathematical sign; , and is then affected by a change with the other mathematical sign. The method according to item 33. 35, the magnitudes of changes with mutually opposite signs to the second optical signal are mutually , whereby no pure change occurs. .
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US6825935B2 (en) 1998-04-28 2004-11-30 Fujikura Ltd. Apparatus for and method of using optical interference of light propagating through an optical fiber loop

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