JPS61210910A - １対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する装置 - Google Patents
１対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
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め要約のデータは記録されません。
Description
１１悲１１
この発明は、ファイバ光学センサに関し、より特定的に
は、短いコヒーレンス長の光源を利用る、分散されたフ
ァイバ光学センサアレイに関る、。 過去数年にわたって、ファイバ光学装置は、広範囲の分
野における種々の感知応用への使用に関して活発に研究
されかつ開発されてきた。この関心に対る、１９の理由
は、光ファイバを取巻く周囲環境の状態に対る、光ファ
イバの感度であった。 たとえば、温度、圧力および音響波などの要因は、光フ
ァイバの光伝送特性に直接影響を及ぼす、光ファイバに
おけるこれらの変化は、ファイバを伝わる光信号の位相
に変化を引起こす。したがって、ファイバを介して伝送
された光信号の位相の変化の大ぎざは、ファイバに影響
を及ぼしているこれらの周囲環境の状態における変化を
表わしている。 近年、アレイとして構成されたセンサを有る、システム
の開発に特別の努力が向けられており、このため多数の
センサが単一の光源からの光を利用し、かつ共通の検出
位置において周囲環境環境に関る、情報を与えることが
できる。理想的には、そのようなアレイは、１組のセン
サへ光を搬送る、であろうファイバ入力バスから構成さ
れるであろう。各センサは、周囲環境に関る、情報をこ
の光学的キャリアに押付番プるであろう。出力ファイバ
バスはその後、この情報を集めてそれを中央の処理位置
に戻し、この中央の処理位置において、センサの選択さ
れたいずれかのものから得られた情報が容易に識別され
かつ解析され得るであろう。 これらの開発の努力の目標は、急速に変化る、周囲環境
の状態をモニタするなどの特定の応用に対して用いるこ
とができるセンサアレイを作り出すことである。たとえ
ば、そのようなセンサアレイは、光源の位置とこれらの
波の音響特性とを決定る、ために＠響渡を検出る、ため
に用いることができるであろう。そのような多くの応用
例に対して、比較的大きな領域にわたってアレイを一定
間隔隔てて配置る、ことが必要かもしれない。これらの
状況において、たとえば電気的なラインをファイバ光学
でｅ換えることは、これらの電気的なラインの使用に関
連る、電気的ピックアップ、ケーブルのｆＩｆｌおよび
安全性の障害などの問題を克服る、であろう。このセン
サが制限されたスペースで用いられるときでさえ、電子
回路および大きな光学的構成要素の除去は一般的に、減
少したノイズにＣ因る、改善されたシステムの性能をも
たらすであろう。一方、長い電気的ラインの光ファイバ
による置換えは、システムの非センサ部分における周囲
環境状態のどのような影響も防ぎまた除去る、という点
において問題を生み出している。それゆえに、これは、
重要な設計上の考慮すべぎ事項になってきている。 もちろん、センサアレイを開発る、際の主要な設計上の
考慮すべき事項は、各センサからの情報が単一のデータ
のストリーム上の中央の処理位置に到達る、情報のすべ
ての中から個別的に識別る、ために分離されＩＦ７る方
法である。以前に開発された分散された感知システムは
一般的に、単一のデータストリームから個別的なセンサ
の情報を分離る、ための２つのアプローチのうちの一方
を適用してきた。第１のアブＯ−チは、Ａ、Ｒ，Ｎ０１
ｓｏｎおよびＤ 、 Ｈ、Ｍｃ Ｍａｈｏｎによる、１
．Ｆ。 Ω１−ぶ、＜１９８１年３月）の第２７頁における“フ
ァイバ光学センサシステムのための受動多重化手法（Ｐ
ａｓｓｉｖｅ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｏ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅＳ Ｆ Ｏｒ Ｆ １ｂｅｒ
−Ｏｐｔｔｃ Ｓ ｅｎｓＯｒ Ｓ ＶＳｔｅｌ
ｌｌＳ）”において説明されているように、センサ出力
の時分割多重化を含んでいる。時分割多重化において、
光学入力は最も一般的に、入力信号がパルス波形を含む
ようにパルス化される。その結果、各センサは、システ
ムの幾何学的形状の結果として、他方のセンサ信号から
時間的に分離されたパルスを発生る、。特に、各センサ
を介して通信された光学入力パルスは、異なる時間にお
いてセンサの各々によって出力ファイバ上に配置される
。センサの相対位置を制御る、ことによって、パルス信
号のインターリーブは、信号がセンサから復帰フッシイ
ババス上に多重化されるときに完了される。 これらのインターリーブされたパルス信号はその後、デ
マルチブレクシングおよび他の信号処理が生じる中央の
処理位置へ搬送されて戻される。 このタイプのシステムに固有の１９の問題点は、センサ
がそこでモニタされる周波数がセンサの数によって制限
されるようになるということである。 特に、成る艮ざの時間が経過る、まで光源から第２のパ
ルスが伝送されないということが注目される。すべての
センサからの光学信号がそのセンサの出力端子を通過る
、前に第２のパルスが光源に最も近いセンサを介して伝
送されるならば、第２のパルスからもたらされる信号が
アレイにおける第１のＬンサを介して通過しかつアレイ
の端部に近いセンサから発生した光学信号の通過に先立
って復帰バス上に配置され１りるということが可能であ
る。もちろん、これは、デマルチプレクシングおよび信
号処理装置が、受信されたパルス信号とそのｍ遷る、セ
ンサとの関係を決定る、ことを妨げるであろう。それゆ
えに、そのようなシステムはしばしば、アレイにおける
センサの各々による周囲環境状態の急速な繰返される感
知を必要とる、応用例においては有用ではない。 単一のデータストリームからの各々のセンサ情報を分離
る、ために用いられる第２のアプローチは、１． Ｐ、
Ｇ１１ｅｓ、 Ｄ、 Ｕｔｔａｎ＋、 Ｂ、 Ｃｕｌ
ｓｈａｗおよびり、 Ｅ、 Ｎ、 Ｄａｖｉｓによるエ
レクトロニクスレターズ（Ｅ Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）の第１９巻の第１４頁（１９８３
年）の゛変調されたレーザ光源を備えたコヒーレントな
光ファイバセンサ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＯｐＨｃａｌ
−Ｆ １ｂｅｒ Ｓ ｅｎｓｏｒ Ｗ ｉｔｈ
Ｍ ｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌ ａｓＯｒ ３０ｔｌｒ
（ｊｅｓ）”において描かれた態様で、センサの出力を
周波数分割多重化る、ことであった。このアプローチは
、光源を周波数ランピングる、ことによっておよび光源
からセンサへおよび中央位置へ戻る光の；冒移時間が各
センサにとって独自のものであるようにアレイの幾何学
的形状を配列することによって実現される。この場合、
アレイの出力は、光源の現在の出力と混合され、これに
より各センサに対る、独自の中央周波数を発生る、。周
囲環境の情報は、この中央周波数に関る、側波帯で搬送
される。 上述のシステムについての成る特定の問題は、周期的な
ランプＭ号がその最大からその最小位置までリセットさ
れるときの″フライバック”期間を含／νでいる。この
フライバック期間は、ランプ信号が存在しないためにシ
ステムのオペレーションが生じない時間を含ｌυでおり
、有意義な結果が生じないであろう。これは、周囲環境
の状態が変化しかつセンサシステムによって未だ確実に
モニタされる速度に成る制限をもたらしている。 この特定のシステムについての他の問題点は、アレイに
おいて用いられるセンサの数または検出されるべき信号
の周波数範囲が、ランプ信号において利用されるＦＭ周
波数の範囲に基づいて、およびランプ信号の周期に基づ
いて制限されるということである。より詳細に説明る、
と、各センサに対して異なる中央周波数が生じるので、
そのような中央周波数の各々の間の差の大きざと、これ
らの中央周波数が含まれる周波数の全体の範囲とが、利
用されるセンサの数を指定る、。同等に、センサの数は
、周波数の全体的な範囲とともに、中央周波数間の最大
の差を決定し、したがって検出される最大の周囲環境周
波数を決定る、。周波数の範囲は、ｂちるん、ランプ信
号の傾斜および周期によって決定される。 上述のアプローチの双方によって経験される他の制限は
、所望の周囲環境の状態を識別る、ために最初の光源信
号と、センサによって生じた信号との間の干渉の使用を
要求る、ので、それらがより長いコヒーレンス長の光源
に制限されるということである。したがって、これらの
システムの双方は、光学信号を発生る、ためにパルス化
されたまたはランプ化されたコヒーレントな光源のいず
れかを使用る、。 一連のセンサから戻ってくる信号を分離る、ために短い
コヒーレンス長の光源を用いるという考えは、Ｓ、 Ａ
、 ＡＩ −Ｃｈａｌａｂｉ、 Ｂ、 Ｃｕｌｓｈｏｗ
。 Ｅ、Ｅ、Ｅ、’）の第１３２頁（１９８３年４月）の゛
°干渉計センサにおける部分的にコヒーレントな光源（
ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ５ｏｕｒｃ
ｅｓ Ｉ ｎｒ ｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ
３ ｅｎｓｏｒｓ） ”によって提案されている。この
文献は、各干渉計におけるアームの長さの差が光源のコ
ヒーレンス長よりも長く、このため干渉計の出力に干渉
信号が存在しないような、一連の遠隔マツハ−ツエンダ
干渉計（Ｍａｃｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒ １ｎｔｅｒ
ｆｅｒｏａ＋ｅｔｅｒ）の使用について開示している。 ２つの光ファイバは、各干渉計の出力を次の干渉計の入
力に接続る、。最後の感知干渉計の出力ファイバは、そ
の出力ボートの一方上に位置決めされた検出器を有る、
単一の基準干渉計の入力ボートに接続される。基型干渉
計は、大きな光学構成要素から構成されかつそのアーム
の一方にＪ３ける遅延が可変であるように構成されてい
る。レシーバは、指示されたアームにおける遅延を変化
させ、これによりそのアームを介る、光経路の長さを有
効に変化させてシステムにおける種々の干渉計センサの
各々からの信号を検出る、。１３＊干渉計は、ファイバ
よりもむしろ大きな光学構成要素から構成されなければ
ならず、これによりそのアームの長さは、多数のセンサ
を適用させるのに充分なように変化され得る。 以上のことから、ＡＩ −Ｃｈａｌａｂｉ ｅｔ ａｔ
、の文献は、分散されたシステムにおける種々のセンサ
の各々を連続的にモニタる、システムを開示していない
ということは明らかとなろう。むしろ、ＡＩ −ｃｈａ
ｌａｂｉ ｅｔ ａｌ、のシステムは単に、任意の時間
においていずれかの単一のセンサによって感知された周
囲環境の条件を検出る、だけである。 づべてのけンサにおける周囲環境の状態は、各センサを
順次モニタリングる、ことによって周期的にのみ検出さ
れ１９ろ。このことが実行され（りる周波数は、レシー
バの可変アームの長さが変化され１７る速度によって制
限されている。 このシステムに関る、他の問題点は、２つのファイバの
間で光が結合る、ときに生じるπ／２の位相シフトが重
要となるということである。感知干渉計の一方の入力ボ
ートからの光が、より短い方のアームに入る光に対して
π／２だけ遅延されてより長い方のアームに入る。第２
の入カポ−１へからの光は、π／２ラジアンの相対遅延
を伴なってより短い方のアームに入る。相対遅延におけ
るこの差は、２つの入力ボートの各々に入る光に関連る
、信号間の打消しをもたらし、これによりもしもすべて
のカブラが５０％の結合効率にセットされるならば、そ
のとぎは第１のセンサのみが何らかの信号を発生る、で
あろう。 以上のことに基づいて、過去において用いられていた時
分υｊおよび周波数分割多重化構成に固有な上述の制限
を受けることなく、複数の遠隔センサの多重化のための
感知システムおよび手法を提供る、ことが先行技術にＪ
３ける重要な改良点となろう。したがって、改善された
システムは、選択的に時分割であり、これによりセンサ
の各々の実質的に連続的なモニタリングが可能である。 そのようなシステムは、周囲環境感知領域において電子
回路または能動装置の使用を必要とすることなくオペレ
ーションをもたらすべきである。好ましくは、そのよう
なシステムは、どのようなワイドレンジの光源の使用を
も許容すべきであり、かつ現実の応用において作り出し
かつ用いるために簡単かつ経済的であるべぎである。 １１へ１１ この発明は、ファイバ光学センサのアレイのコヒーレン
トな多重化を実現る、ために好ましくは短いコヒーレン
ト長の光源を用いる、コヒーレントに分散されたセンサ
システムおよび方法を含んでいる。１対のセンサ上で周
囲環境の影響を遠隔的に感知る、装置は、光源と、前記
光源に対る、第１．第２．第３および第４の光経路を規
定る、複数の光学導波管部分とによって特徴づけられ、
前記第１および第２の光経路は、少なくとも１９の感知
領域において異なっており、かつ前記第１および第２の
光経路の少なくとも一方は、前記感知領域における周囲
環境の影響によって影響を受け、かつ前記第３および第
４の光経路は、少なくとも１９の受信領域において異な
り、かつそれぞれ前記第１および第２の光経路に実質的
に長さが等しく、かつ前記第１および第２の光経路と同
じ周囲環境の影響を受けず、前記第１．第２．第３およ
び第４の光経路の少なくとも一部は導波管部分によって
規定され、前記導波管部分は、前記感知および受信領域
を光学的に接続る、光ファイバを含み、前記第１．第２
．第３および第４の光経路からの光を結合る、手段をさ
らに備え、前記手段はいつでも、前記第１および第２の
光経路のうちの特定の一方に実質的に長さが一致る、光
経路からのみ光をコヒーレントに結合る、。 より詳細に説明る、と、この発明のセンサシステムは一
般的に、光源から結合された光に対る、第１および第２
の光経路の少なくとも一部分を規定る、第１のｍ敗の導
波管部分に光学的に結合された短いコヒーレンス長の光
源を含んでいる。第１および第２の光経路は、第１およ
び第２の位δにおいて周囲環境の影響によって影響を受
ける。 第３および第４の光経路の少なくとも一部分を介して光
を伝播る、少なくとも１９の第２の光学導波管部分が設
けられている。第３．ｔ５よび第４の光経路は実質的に
、それぞれ第１および第２の光経路に長さが等しいが、
しかし第３および第４の光経路は、第１および第２の光
経路と同じ周囲環境の影響を受けない。第３の光導波管
部分は、第１の複数の光導波管部分の１９へおよび第２
の光導波管部分へ光学的に結合され、これにより第１の
複数の導波管部分からの光は、第３の光導波管部分を介
してのみ第２の導波管部分との光学的接続へ伝播される
。第１．第２．第３および第４の光経路からの光を結合
し、かついつでも第１および第２の経路の特定の一方に
実質的に長さが等しい光経路からのみ光をコヒーレント
に結合る、手段が設けられている。この発明の少なくと
も一方の好ましい実施例において、第３および第４の光
経路は同時には存在しない。 そこから結合された光を受取る電子検出器が、光を結合
る、手段に光学的に結合されている。コヒーレントに結
合された光は、第１および第２の光経路の選択された一
方を介して伝わった光と、同じ長さの第３または第４の
光経路を伝わった光との間の位相差に一致る、位相差信
号を含んでいる。この位相差は、センサシスデムにおけ
る選択された光経路に影響を及ぼす周囲環境状態を表わ
している。検出器は典型的には、検出された特定の周囲
環境の状態をモニタしかつｒｌＰＩｉｌｌｉる、ための
他の情報処理装置に相互接続される。 １９の好ましい実施例において、この発明は、短いコヒ
ーレンス長のレーザからの光がシングルモードファイバ
内に放出され、さらにその後２つの経路に沿った方向性
カブうによって分割される゛並列パ構成を含んでいる。 第１の経路をとる光の部分は、入力ファイバ光学バスに
入りかつ複数の光ファイバ、または電子トランスデユー
サのような他の部品に分散され、この電子トランスデユ
ーサは、一方の端子にＪ３いて各々入力ファイバ光学バ
スへ光学的に接続され、かつそれらの他方の端子におい
てファイバ光学出力バスに接続されて、梯子形状を形成
る、センサを含んでいる。第２の経路をとる光の部分は
、ファイバ光学タップ付遅延ラインに入りかつ基準信号
として作用る、。 各センサは、光位相に対る、修正の形態で、そこを介し
て通過る、光の上に周囲環境情報を押しつける。各セン
サからの光は、ファイバ光学復帰バス上に光学的に結合
される。光は、復帰バスから、その長さの他方の部分に
沿って位置決めされたカプラによって、タップを含む複
数の光ファイバ上に光学的に結合される。入力ファイバ
光学バス、個別的センサ、およびファイバ光学復帰バス
によって規定された光経路の各々の良さの間の差は、光
源のコヒーレント長よりもはるかに大きく、これにより
、各センサからの光がファイバ光学復帰バス上に集めら
れるとぎに強度変調が生じない。 復帰バスのタップラインからの光は、遅延ラインに沿っ
た特定の位置に位置決めされた光ファイバによって遅延
ラインからタップされた光と混合される。これらのファ
イバタップは、遅延ラインおよび各光ファイバタップラ
インが、関連る、入力バス、センサ、出力バスおよびタ
ップ経路長に実質的に等しい光経路長を規定る、ように
位置決めされる。遅延ラインまたは基準アームは、周囲
環境からシールドされ、これにより各検出器は、センサ
の光経路を介して伝わった光と、対応る、遅延ラインを
介して伝わった光との間の位相差からなる周囲環境情報
を測定る、。 一般に、検出器によって測定された信号は、センサのみ
ならず、入力および復帰バスとも関連る、周囲環境情報
を含んでいる。これは通常望ましくないことである。こ
の問題点に対して２つの解決方法が可能である：すなわ
ち、入力および出力バスにおけるファイバの双方がシー
ルドされるか；または隣接る、検出器において受信され
た信号を電子的に減禅る、ことによって、対応る、セン
サ間の領域を除いて、バス上に含まれる位相変化゛に無
関係な検出信局が与えられる。その結果、この差の情報
は、特定のセンサに影響を及ぼす周囲環境状態に直接関
連る、。 他の好ましい実施例において、上述のシステムは、ファ
イバ光学遅延ラインを設けないことによって修正される
。代わりに、マツハ−ツエンダ干渉計がファイバ光学復
帰バス上に構成され、さらに光源からの信号はファイバ
光学入力バス上へパルス化される。これらのパルスは、
センサからのｍ帰パルスが互いにまたはアレイの次のサ
ンプリングからのパルスと重なり合わないように時間調
整される。マツハ−ツエンダ干渉計のアームは異なった
長さであり、アーム長のこの差は、２つの隣接る、セン
サの各々の間の光経路の差に等しい。 したがって、この干渉計は、隣接するセンサの出力の混
合を引起こし、かつ再度、周囲環境パラメータのグラデ
ィエンドが測定される。周波数シフ夕は、ヘテロダイン
出力を発生る、ためにマッハーツエング干渉計の一方の
アームに配置され１！７る。 さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの修正を含んでおり、ここで、光ファイバ遅延ラ
インは、可変遅延能力を含み、かつ遅延ラインはその端
部においてセンサ梯子型ネットワークから復帰バスに光
学的に結合される。 結合された遅延ラインおよび復帰バスによって発生る、
出力信号は、任意の時間において、その長さが実質的に
そのときに遅延ラインを介する基準信号経路長と一致る
、光経路の一部であるセンサに影響を及ぼす周囲環境状
態を表わす位相差信号を発生る、。可変遅延ラインの光
経路長を急速に変化させることによって、このシステム
は、各センナが光学からの入力をパルス化る、ことなく
モニタされ得るように急速にスキャンされ得る。選択的
に、周波数シフタは、ヘテロダイン出力を発生る、ため
に可変遅延ラインに配置され得る。 上述のシステムのフィードフォワードの実施例は、入力
光ファイバとして複屈折ファイバを利用る、ことによっ
て提供され、このファイバの２つの偏光軸は入力および
出力バスとして作用る、。 タップはファイバに沿って配置されてこれらの２つの偏
光軸間で光を結合する。この構成の２つの偏光軸は非常
に類似した群速度を有しているので、可変遅延ラインは
広い範囲全体にわたってスキャンる、必要はなく、レー
ザは、互いにかなり影響し合うことなくタップが合理的
に接近して配置され１９るのに十分な短さのコヒーレン
ス長で存在る、。 さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの使用を含んでおり、ここでファイバ光学復帰バ
スは、その端部においてファイバ遅延ラインの端部に直
接接続され、かつ光源はパルス光信号を発生し、この光
信号はビームスプリッタまたは方向性カプラを介して方
向づけられかつこれにより入力光ファイバとファイバ遅
延ラインとの間で分割される。入力光ファイバからアレ
イに入る光パルスは、ファイバ遅延ラインを介して通信
されるパルスよりも甲（センサを介して周囲環境をサン
プリングる、。選択されたセンサ・によって入力および
復帰バス上に与えられたパルスは、ビームスプリッタま
たはカプラにおいて復帰しかつ干渉る、であろう。これ
らのパルスは異なる時間においてセンサを介して通過る
、ので、それらが発生した干渉信号は、センサのオーバ
タイムの変化の表示を含むであろう。干渉パルスによっ
て牛じた信号は、ビームスプリッタまたは方向性カプラ
から検出器へ通信されるであろう。選択的に、他の光フ
ァイバは、マツハ−ツエンダ干渉計の一方のアームを含
んでおり、この干渉計は、その第２のアームにおけるフ
ァイバ遅延ラインと、出力をヘテロゲインしかつ周囲環
境の変化が時間に従って各センサに影響を及ぼすにつれ
て周囲環境変化のグラディエンドを観察る、周波数シフ
タとを含んでいる。 この発明のさらに好ましい実施例は、アレイの“直列′
°構成を含んでいる。この構成において、光は、シング
ルモードのファイバを介して、異なる長さのアームを有
る、一連のマツハ−ツエンダ干渉計内に放出される。干
渉計の各々は、アレイにおけるセンサの１９を含んでい
る。これらのセンサは、光を分割る、方向性カプラを用
いて構成されており、各カブラの結合定数は、システム
におけるセンサの数によって規定されている。種々のセ
ンサを介る、光経路の差は、光源のコヒーレンス長より
もはるかに長くなるように選択され、これにより干渉計
のアーム間の相対位相の変化は。 センサ出力における検出可能な強度の変調に変換されな
いであろう。各センサにおいて光重に押しつけられた情
報は、干渉計の２つのアームを伝わる光の間の位相にお
ける差である。 センサからの光は、共通ファイバ光学バスを介していく
つかの受信マツハ−ツエンダ干渉計へ伝送され、その干
渉計の各々は、センサの対応る、もののアーム長の差と
実質的に一致る、大きさだけその良さが責なる２つのア
ームを有している。 したがって、各センサは好ましくは、対応る、アーム長
の差を伴なった受信干渉計を有している。 その結束、センサからの位相変調信号は、受信干渉計に
よって振幅変調に変換され、これにより各受信干渉計の
出力にＪ３ける光検出器は、その関連するセンサの位相
変調に対応る、振幅変調をモニタしかつそのセンサに影
響を及ぼす周回環境の状態を表わす信号を発生る、。こ
れらの信号はセンサまたは受信干渉計における期間を除
いて共通ファイバ上を伝えられるのでこの構成はリード
に不感性である。したがって、周囲環境の遮蔽は、もし
も適正な技術が信号の消失を避けるために用いられるな
らば、選択されたセンサにおける変化を直接反映る、信
号を（りるために、受信干渉計上においてのみ必要とさ
れる。 この発明のさらにもう１９の好ましい実施例は、ハイブ
リット構成を含み、このハイブリット構成において、レ
ーザダイオードからの光信号は、入力ファイバを介して
、梯子型構成で構成された一連の光センサまで通過され
、各センサはマツハ−ツエンダ干渉計を含んでいる。各
センサからの出力は、並列構成に関して最初に説明され
た態様で復帰バス上で結合される。しかしながら、復帰
バスは、センサからの結合された信りを、直列構成につ
いて上述されたような配置で構成された複数のマツハー
ツエンダ受信干渉計へ通信る、ために光学的に結合され
ている。このシステムは、直列システムに類似したリー
ド不感性を示している。 上述の゛直列°′実施例およびハイブリッド装置の各々
に対して、この発明のａ能的に関連した実施例は、各マ
ツハ−ツエンダ干渉計を規定る、２つの光ファイバを、
高複屈折シングルモードファイバによってまたは干渉計
を含む２−モードファイバによって置換えることによっ
て提供される。 シングルモードファイバにおいて、各干渉計の２つの光
経路は、その中に存在る、２つの直交る、偏光モードに
よって規定される。結合装Ｍ＆５よび／または偏光子は
、直交軽路上を伝わる光信号をシステムのこれらのセグ
メントにおける単一の経路上に結合る、ために、これら
のセンサを互いに対してまたは受信機に対して接続る、
ファイバ上で利用される。２−モードファイバの場合、
２つの空間的に直交る、モード（基本および２次）は、
各干渉π１の２つの光経路を規定る、ために利用される
。２−モードファイバおよび相互接続されたエレメント
間で適当な結合！！ｉ＠を利用る、ことによって、およ
びモードストリッパのような他の構成要素を使用る、こ
とによって、２−モードファイバ構成は、センサおよび
レシーバ間で必要な単一の信号伝送経路を提供る、。こ
れらの複屈折または２−モードファイバの直交モードを
利用る、ことによって、光経路の差は、現実のファイバ
長の任意の小さな分数となり、この分数は２つの直交モ
ード間のビート長に対る、波長の比率である。 その結果、感知および対応る、受信干渉計の光経路長さ
のマツチングにおけるトレランスは、マツハ−ツエンダ
干渉計を規定る、ために別々のファイバを利用る、実施
例に対してよりもはるかに厳格ではない。 この発明はまた、光周波数シフタを用いることなく、ヘ
テロゲイン状の出力信号を提供る、ためにこの発明のい
くつかの構成において利用される新規な装置および手法
を含んでいる。ヘテロダイン化において、信号の周波数
は、信号によって含まれる情報が結果として生じる非−
ゼロ中心周波数の側波帯周波数上で搬送されるようにシ
フトされる。ヘテロダイン化は、ファイバ上の低周波数
周囲ｒｊ：Ｉ境の影響に起因る、信号の消滅の問題を克
服る、ので望ましい。ざらに、ヘテロダイン信号は、ス
ペクトルアナライザ、ＦＭ復調３または位相検出器など
の従来の電子装置の使用によって容易に評価され得る。 この発明は、結果として生じた位相変調された信号を周
波数シフトされた電子信号に戻す信号処理手法とと６に
、センサのレシーバ部分に位相変ｙＪ器を設けることに
よって、ヘテロダインのための周波数シフタの使用を排
除している。 この位相変調器は、センサにおける信号の周波数よりも
はるかに高い周波数で作動される。ゲートのようなスイ
ッチング部品が、位相変調器のオペレーションに同期し
た態様で、光検出器からの電子信号を変！５１１る、た
めに用いられる。したがって、レシーバからの出力信号
は、より高い変調周波数における方形波によって検出さ
れた信号を効果的に乗算し、その信号におけるその変調
周波数の高調波を混合る、。奇数および偶数高調波は決
して同時には消えないので、上述の２つの高調波を混合
る、ことによって信号の消失を除去る、ことが可能であ
る。位相変調器の変調振幅およびゲートの同用が適当に
調整されるときに、出力信号は、変調周波数側波帯の一
方のまわりのへテロダンイン状の信号を含むであろう。 この発明の分散されたアレイセンサは、正確であり、か
つ各センサの実質的に連続的なモニタリングが可能であ
りセンサに影響を及ぼす周囲環境状態の急速な変化の検
出を許容る、ように光学的に時間とは無関係である遠隔
センサを多重化る、′システムおよび手法を含んでいる
。この発明は、短いコヒーレンス長を有る、光源の使用
を許容し、これによりより長いコヒーレンス長を有る、
ものより安価でありかつ小さな商業的に利用可能な広範
囲のレーザを含んでいる。ざらに、この発明は好ましく
は、すべてのファイバ光学構成においてその目的をｊ！
成し、信頼性を減少さけることおよび複雑さを増大さぜ
ることによってシステ１１の性能を劣化させる不必要な
電子部品を除去している。 このシステムは、リード不感性になるように構成され、
これらのラインの周囲環境からの遮蔽を必要とる、こと
なくセンサ間で長いラインの使用を許容している。この
発明はまた、出力信号を効果的にヘゲ０ダイン化る、手
法を含んでおり、各受信干渉！！１にお１プる周波数シ
フタの必要性を除去し、これにより費用をさらに減少さ
せかつ感知システムの精度を増大させている。 りましい− のＵな説明 この発明は、全体を通して同一部分が同一番号で指定さ
れた図面を参照る、ことによって最もよく理解される。 毀」コ乙とヱ躯工 第１図は、゛並列構成”の１９の好ましい実施例を描い
ており、この構成は、複数の分散されたセンサにｌ１ｅ
ｌＦを及ぼす周囲環境状態をモニタするセンサアレイシ
ステムを含んでいる。好ましくは短いコヒーレンス長を
有る、、レーザダイオードなどの光源１００がこの実施
例において用いられる。 コヒーレンス長は、軸方向における信号干渉効果が得ら
れる長さを意味している。当業者は、以下の関係によっ
て、少なくともいくつかのタイプのレーザ光源に対して
コヒーレンス長（Ｌｃ ）が定義されるということを評
価る、であろう：（Ｖａ）／（２πΔｆ）−ＬＣ−（１
）ここで、２Δｆ ＝１／２１大パワーにおける光学帯
域幅：かつ ＶＣ＋＝光ファイバにおける光の群速度したがって、方
程式（１）から、コヒーレンス長は、レーザのスペクト
ル純度が改善されるにつれで増大る、ということは明白
となろう。より長いコヒーレンス長の光源を必要とる、
先行技術のシステムに比較して、より短いコヒーレンス
長の信号源を利用りることができるセンサシステムは、
比較的安価かつ高額なダイオードレーザを含む多数のレ
ーザ光源のいずれでも用いられる多様なシステムを含む
ということが当業者によって評価されるであろうゆ 図示された実施例において、光源１００は、杓７９０
ｒｖのオーダの波長を有る、光を発生る、ひ化アルミニ
ウムガリウム（△ｆｌＧａ Ａｓ ）レーザを含んでい
る。特定の例によると、光源１００は、２５２ ｔ−
１ｕｍｂｏ！ｔ Ｃｏｕｒｔ、 Ｓ ｕｎｎｙｖａｌ
ｅ、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 、 ９４０８６に住所を
有る、ＮＥＣＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｌ、 Ｓ、
Ａ、 Ｉｎｃ、から商業的に利用可能なモデルＮＤ
Ｌ３０００レーザダイオードを含んでもよい。 光源１００は、ファイバ光学入力バス１０２を含む光フ
ァイバに光学的に結合される。第１の方向性カブラ１０
４が入力バス１０２上に配置され、このカブラ１０４は
、光パワーのいくらかを、光学遅延ライン１０６を含む
第２の光ファイバに結合る、。描かれた実施例において
、方向性カブラ１０４は、センサシステムにおいて利用
される他の方向性カブラと同じタイプのものである。シ
ステムにおいて用いられる方向性カブラの１９の好まし
い実施例は、引続きここに開示されており、かつ゛ファ
イバ光学方向性カプラ（Ｆ １ｂｅｒ −Ｏｐｔｉｃ
Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ （：、 ｏｕｐｌｅｒ）
”と題された１９８１年９月１０日に出願された同時
継続中の米国特許出！ｆｉ連続？！号第３００．９５５
号において詳細に説明されており、この出願は、°°フ
ァイバ光学方向性カブラ（Ｆ １ｂｅｒ −Ｑ ｐｔｉ
ｃ Ｄ １ｒｃｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｅｒ） ”
と題された１９８０年４月１１日に出願された米国特許
出願連続番月第１３９．５１１号のＣＩＰ出願であり、
これらの特許出願の双方は本願発明の蹟受入に誼渡され
た。これらの同時継続中の出願は援用されてここに取入
れられている。 複数の方向性カプラ１０８ａ 、１０８ｂ 、・・・１
０８ｎはまた、ファイバ光学入力バス１０２に沿った選
択された位置に配置されている。入力バス１０２上でカ
ブ５１０８の位置を選択る、ための基礎は、以下により
完全に説明されるであろう。 複数の光ファイバ１１０ａ、１１０ｂ、・ １１Ｑｎは
各々、対応る、光カプラ１０８ａ、１０８ｂ、・・・１
０８ｎのボートを介して延びる第１の端部を有している
。光ファイバ１１０は、センサ１１０を囲む周囲環境状
態における変化を感知しかつその影響を受けるように周
囲環境に配置されたファイバ光学センサを含んでいる。 もちろん、この発明の実質的にすべての他の実施例のみ
ならず、トランスデユーサなどのようなこの装置は、シ
ステムにおいて光ファイバに接続されかつこれらの光フ
ァイバを介る、光の流れに影響を及ぼすことによって周
囲環境の影響に応答る、センサ１１０として利用される
。たとえば、音響トランスデユーサは、光ファイバ１１
０に接続されてそのファイバの音響感度を増大させる。 センサ１１０の各々の第２の端部は、複数の方向性カブ
ラ１１２ａ、１１２ｂ、・ １１２ｎの１９を介して通
過している。カブラ１１２は、ファイバ光学復帰バス１
１４上の選択された位置に位置決めされ、センサ１１０
を復帰バス１１４との光学結合関係にもちこんでいる。 上述の関係は、感知システムのセンサアームに対る、梯
子形ネットワークを規定しているということが評価され
よう。 複数の方向性カブラ１１６ａ、１１６ｂ、・・・１１６
ｎちまた復帰バス１１４上に配置されているが、センサ
梯子形ネットワークからは一定間隔離れて配置されてい
る。カブ５１１６の各々はまた、以下により完全に説明
されるように、復帰バス１１４に沿った選択された位置
に位置決めされる。 復帰バス１１４に光学的に結合されるように各方向性カ
プラ１１６内に取付けられているのは、複数の光ファイ
バ部分１１８ａ、１１８ｂ、・・・１１８ｎの１９の第
１の端部である。光ファイバ部分１１８の各々の第２の
端部に取付けられているのは、方向性カブラ１２０ａ
、 １２０ｂ 、−１２Ｏｎである。方向性カブラ１２
０の各々に取付けられているのはまた、複数の付加的な
光ファイバ部分１２２ａ 、１２２ｂ 、 ・’Ｉ ２
２ｎの１９の端部である。光ファイバ部分１２２の各々
は、それらの他方の端部において方向性カブラ１２４ａ
。 １２４ｂ、・・・１２４ｎに取付けられ、これらのカブ
ラは各々、遅延ライン１６０からの光信号をファイバ部
分１２２に結合る、ように遅延ライン１０６に沿って選
択された位置に配置される。 各ファイバ部分１１８または１２２の第２の端部に光学
的に接続されているのは、検出Ｂ１２６ａ 、 １２６
ｂ 、 ・１２６ｎ テある。検出Ｂ１２６は、ファイ
バ１１８および１２２における信号がカブラ１２０にお
いて結合された侵にファイバ１１８または１２２からの
光信号を受取るように機能る、。特に、この発明のシス
テムにおいて使用る、ための検出器の１９の好ましい実
施例は、３５ Ｃｏｎｏｒｅｓｓ ５ｔｒｅｅｔ
、 ５ａｌｅｓ、 Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ、０１
９７０に住所を有る、Ｅ、Ｇ、＆Ｇ。 コーポレーションから商業的に利用可能なモデルＨＡＤ
１１００検出器を含んでいる。 第１図のシステムの種々の構成要素は、光源１００のコ
ヒーレンス艮の関数としてシステム内に配置されている
。特に、カブ５１０８ａ＆′３よび１１２ａの間で測定
されたセンサを介る、光経路の長さの間の差は、センサ
１１０の各々を介して光源１００から伝送された光がフ
ァイバ復帰バス１１４上で集められるとぎに強度の変調
が発生しないように、光源１００の１コヒーレンス長よ
りも大きくなければならない。したがって、カブラ１０
８ａからカブラ１０８ｂへおよびカブラ１１２ｂヘファ
イバ１４０ｂを介してそしてカブラ１１２ａへ規定され
たセンサ１１０ｂの光経路長は、カブラ１０８ａからフ
ァイバ１１０ａを介してカブラ１１２ａまで規定された
センサ１１０ａの光経路長よりも少なくとも光源１００
の１コヒーレンス長（ＬＣ）大きくなければならない。 遅延ライン１０６および光ファイバ部分１２２（Ｌ３．
Ｌ２ 、・・・ＬＯとして指定された）によって規定さ
れる各光経路の良さは、対応る、光はンザ経路長（Ｑ４
．Ｑｚ、・・・迂 ）に実質的に一致すべきである。任
意のセンサの経路長（ｆＬ、）と、対応る、復帰経路長
（Ｌｎ ）との間のミスマツチが増大る、につれて、基
準信号と干渉しかつ正確な位相差信号を発生る、第２の
信号の能力は、ぼぼ指数関数的に減少される。 動作において、光信号は光源１００から光学入力バス１
０２へ与えられる。バス１０２における光信号は、方向
性カブラ１０４によってファイバ光学遅延ライン１０６
に部分的に結合され、この信号は基準信号として機能る
、。入力バス１０２を介して伝わり続ける光信号の部分
は、カブラ１０８を介してセンサ１１０に結合され、こ
こで周囲環境情報は、これらの外部周囲環境の影響の結
果センサ１１０における変化によって引き起こされた光
学位相の修正の形で売上に押しつけられる。 センサ１１０の各々からの光信号は、方向性カブラ１１
２を介してファイバ光学復帰バス１１４上に結合される
。センサの光軽路長の差がＬ（よりもはるかに大きいと
きに、ファイバ光！％Ｉ帰バス１１４上への光信号の収
束時に強度変調が発生せず、したがって信号が互いに干
渉しないということが注目されよう。 復帰バス１１４を下って伝わる光信号は、方向性カブ５
１１６の各々において光ファイバ部分１１８上に部分的
に結合され、ここで信号は、基準信号に対してカブラ１
２０においてマツチされ、この基準信号は、遅延ライン
１０６から方向性カブラ１２４を介して、カブラ１２０
に取付けられた光ファイバセグメント１２２上へ結合さ
れる。 センサの経路長ｆＬ、は、対応る、基準経路長Ｌｎに実
質的に一致され、かつカブうおよびシステムの他の要素
における損失のために信号に影響が生じないと推測され
るので、カブラ１２０において比較された信号の相対位
相は、周囲環境の影響が光Ｉ！路の１９に影響を及ぼさ
ないならば、不変であるべきである。好ましくは、遅延
ライン１０６は、周囲環境の影響から遮蔽される一方で
、センサ経路の少なくともセンサ１１０部分は、周囲環
境の影響にさらされる。したがって、検出器１２６を介
して伝送された位相差信号は、関連る、センサ経路を介
して伝送された光信号の位相に影響を及ぼした周囲環境
状態を表わしている。 入力バス１０２および復帰バス１１４を遮蔽る、ことな
く、各検出器１２６は、各センサ１１０からの周囲環境
情報のみならず、入力バス１０２および出力バス１１４
からのその情報をも観察る、。入力バス１０２および出
力バス１１４を遮蔽る、ことなく特定のセンナナに関連
る、周ｒｆｆＪ環境情報を１ｑる１９の方法は、１２６
ａおよび１２６ｂなどの隣接る、検出器によって受取ら
れた信号を電子的に減算る、ことである。そのような減
算によって土じた差の信号は、これらの位相変化が隣接
る、検出器から受取られた信号の双方に表わされたであ
ろうから、入力バス１０２および出力バス１１４上で誘
起された位相変化とは無関係である。双方の信号に共通
しない唯一の情報は、異なるセンサ１１０ａおよび１１
０ｂと、センサ１１０ａおよび１１０ｂ間の入力および
出力バス１０２および１１４の部分とを介る、別々の経
路を伝わる期間中に信号に与えられた情報である。した
がって、そのような減算によって発生ずる信号は、隣接
る、センサ１１０ａおよび１１０ｂの間の領域に存在る
、これらの位相変化が、この領域全体にわたってどのよ
うに変化る、かということだけを表わしている。したが
って、隣接る、センサに同様に影響を及ぼづどのような
周囲環境の影響にも応答して、減算プロセスは、出力信
号にどのような変化も発止しないであろう。以上のこと
を考慮して、第１図の実施例は、各センサ１１０ａ。 １１０ｂ、・・・１１０ｎに対る、周囲環境環境の影響
がこれによって個別的かつ連続的にモニタされる手段を
提供している。 ここに説明された他の実施例と同様に、第１図の実施例
において、周波数シフタは、カブラ１０／ｌおよび１２
４ａの間の、第１図の遅延ライン１０６上などで、シス
テム内に選択的に配置されてもよい。周波数シフタは、
遅延ライン１０６上の光信号の周波数をシフトし、した
がって検出器１２６によって検出された一致された光信
号を゛ヘテロゲインパる、ために利用される。ヘテロゲ
インによって、センサ経路楚、から戻ってくる位相変調
された光信号は、より高い周波数の振幅変調された光信
号の比較的低い周波数の位相変調として検出器１２６に
入ってくる出力ライン上を搬送される。ヘテロダインは
、より低い周波数の周囲環ｔＱ影胃が所望の周波数レン
ジにおける小さな信号に対る、システムの感度を減少さ
せることを防ぐことができる方法を提供している。した
がって、所望の周波数レンジにおけるこれらの周囲環境
の影響は、より容易に識別され１！′？る。 このｎ的で利用される周波数シックの１９の好ましい実
施例は、先行技術において周知のブラッグセル（Ｂｒａ
ｎ ＣＱＩ＋ ＞変調器であり、その多くのタイプが
商業的に利用可能である。そのような周波数シフタは、
大きな光学装置から構成され、これらはファイバを分ｍ
ｉ″ることによってシステム内に挿入される。光はレン
ズによってそのような大きな光学装置へおよび光学装置
から結合される。周波数シフタに対る、ブラッグセルの
ような大きな光学装置の使用がシステムの損失を増大さ
せかつ性能の全体的効率および質を減少させるというこ
とは明白となろう。周波数シフタを必要とせずかつ大き
な光学装置の使用に含まれる損失を被ることなく、この
発明のコヒーレンス分散センサにおけるヘテロダインを
達成る、他の手法は、第１６図を参照して後で詳細に説
明される。 この発明における光信号の結合に関して、たとえばカブ
ラ１０４．１０８および１１２を含む好ましいファイバ
光学方向性カブラのより詳ｆｉｌｌな説明が、第２図を
参照して与えられている。特に、このカブラは、その一
方の側部から除去されたクラッドの部分を有る、シング
ルモードファイバ光学材料からなる、第２図において１
５０Ａおよび１５０Ｂとして表示された２つの光ファイ
バストランドを含んでいる。これらの２つのストランド
１５０Ａおよび１５０Ｂは、それぞれブロック１５３Ａ
および１５３Ｂに形成された、弧状のｐｉ１５２Ａおよ
び１５２Ｂに取付けられている。ストランド１５０Ａ、
ｔ５よび１５０Ｂは、接近して間隔を保った関係でクラ
ッドが除去されたストランドの部分が、ストランドのコ
ア部分の間で光が転送される相互作用領域１５４を形成
る、ように配置される。除去される材料のｍは、各スト
ランド１５０Ａおよび１５０Ｂのコア部分が、他方のエ
バネセントフィールド内に来るようにされている。 カブラの中心におけるストランド間の中心間距離は典型
的には、コアの直径の約２ないし３倍よりも小さい。 相互作用領域１５４におけるストランド間で転送される
光は指向性を有る、ということに注目る、ことが重要で
ある。すなわち、入力ボートＡに加えられる光の実質的
にすべてが、ボートＣに逆方向結合る、ことなく出力ポ
ートＢおよびＤに伝えられる。同様に、入力ボートＣに
加えられた光の実質的にすべてが、出力ポートＢおよび
Ｄに伝えられる。さらに、この指向性は、対称的である
。 したがって、入力ボートＢまたは入力ボートＤのいずれ
かに与えられた光は、出力ポートＡおよびＣに伝えられ
る。さらに、このカブラは本質的に、偏光に関して識別
不能であり、したがって結合された光の偏光を保つ。し
たがって、たとえば垂直偏光を有る、光ビームがボート
Ａに入力されると、ボーｈ ＡからボートＢまで真直ぐ
に通過る、光と同様に、ポート八からボートＤまで結合
された光は、垂直に変更されて留まるであろう。 以上のことから、カブラは、第１図のカブラ１０４によ
って実現されるように、与えられた光を２つの光経路に
分割でるビー１１スプリツタとして機能る、ということ
が理解されよう。 第２図に示された実施例において、このカブラは、互い
に対る、ファイバの配置に基づいて変化される結合効率
を有している。ここで用いられているように、゛°結合
効率′°という用語は、全出力パワーに対】る結合され
たパワーのパワー比率として定義され、パーセントで表
わされる。たとえば、第２図を参照すると、もしも光が
ボートＡに加えられると、結合効率は、ボートＢおよび
Ｄにおけるパワー出力の合計に対る、ボートＤにおける
パワーの比率に等しくなるであろう。 第１図の分散されたセンサの並列構成において、相対的
な経路長のおよびカブラの結合効率の注意深い調整が必
要である。このシステムをいくらか簡略化しているこの
発明の１９の好ましい実施例が第３図に描かれている。 第３図の構成において、光信号が光源１００からファイ
バ光学入力バス１○２内へ供給され、ここでこの信弓は
方向性カブラ１０８ａ−１０８ｎを介してレンチ１１０
ａ−１１００内へ、さらにその後カブラ１１２ａ−１１
２ｎを介してファイバ光学復帰バス１１４内へ結合され
る。隣１ｇる、センサ光学経路長における差は、光源１
００の光源コヒーレンス長よりも長くなるべきである。 第３図の実施例において、光源はパルス化されて、入力
バス１０２．ｊＪよび方向性カブラ１０８ａ−１０８ｎ
を介して種々のけンサ１１０に分散される入力パルス２
０１を発生ずる。パルス２０１がライン１０２を下って
伝わりかつ種々のセンサ１１０に分散されるときに、パ
ルス列２０３が復帰バス１１４上に発生し、この列にお
ける各パルスは異なるセンサ１１０から到達る、。この
列２ｏ３における各パルス間の間隔は、隣接る、センサ
１１０間の光経路の差に基づいている。したがって、こ
の列における第１のパルスは、この光パルスが光源１０
０と復帰バス１１４との間で恐も短い移動時間を有して
いるので、センサ１１０ａを介して伝えられたパルスに
対応る、であろう。 同様に、第２の光パルスは、このパルスが光［１００か
ら復帰バス１１４への次に最も短い光経路長を有してい
たので、センサ１１０ｂから与えられたパルスに対応る
、であろう。この実施例におけるパルスの間隔は、この
パルス化されたシステムがコヒーレンスに依存しないの
で光源のコヒーレンス長に基づいていない。それゆえに
、広範囲のコヒーレンス長のいずれの光源もこの実施例
において用いられる。 もちろん、光源１００からのパルスのパルス長は、セン
サからの復帰パルスが互いに重なり合わないように調整
されるべきである。さらに、光源１００からのパルスは
、センサからの復帰パルスがアレイの次のサンプリング
からのパルスと重なり合わないように時間調整されるべ
きである。たとえば、光源１００からのパルス長があま
りにも長ければ、センサ１１０ａから復帰バス１１４上
に伝えられたパルスの長さは、センサ１１０ｂからのパ
ルスの前縁がカブラ１１２ａを介して復帰バス１１４上
に通過る、前にカブラ１１２ａにおいてバス１１４上に
パルスの終わりが配置されないようにされてもよい。同
様に、光源１００からのパルスのタイミングがあまりに
も近接していれば、光源１ ’ＯＯからの第１のパルス
に対応る、センサ１１０ｎからの出力パルスが復帰バス
１１４上でカブラ１１２ａを通過る、萌に光源からの第
２のパルスに対応る、センサ１１０ａからの出力パルス
が復帰バス１１４上に与えられ１！？るであろう。これ
らの状況のいずれにおいても、復帰バス１１４からパル
スを受取る検出器が、どのセンサからこれらのパルスが
受取られたかを判断る、ことは実質的に不可能であろう
。 パルスの列２０３は、ファイバ光学復帰バス１１４に沿
ってマツハ−ツエンダ干渉計２００の入力に伝送され、
この干渉計は、カブラ間の第１のアーム２０６を規定る
、ようにファイバ光学復帰バス１１４−上に配置された
１対の方向性カブラ２０２および２０４を備えている。 第２の長さの光ファイバ２０８は、カブラ２０２４３よ
び２０４問で干渉計の第２のアームを規定る、ようにカ
プラ２０２および２０／Ｉにおいてその両端のいずれに
おいても取付けられている。アーム２０６および２０８
の光経路長の差は、連続る、センサの光経路長間の差に
実質的に等しいであろう。 上述のように選択されたアーム長さで、より長いアーム
２１０を通過る、列２０３からの第１のパルスの部分が
短い方のアーム２０６を通過る、列２０３からの第２の
パルスの部分と実質的に同時にカプラ２０４に到達る、
ように、パルスは干渉Ｋｆ ２００を通過る、。同様に
、アーム２１０を通過る、第２のパルスの部分が、アー
ム２０６を通過る、列２０３からの第３の信号の部分と
実質的に同時にカプラ２０４に到達る、。したがって、
干渉計２００は、隣接る、センサからの出力信号の光学
カブラ２０４に混合を引起こすであろうということが示
されている。 カプラ２０４から出力される混合された信号は、カプラ
２０４の上を延びるファイバ２０８のその部分上に配置
された検出器２１２に伝えられる。 検出器２１２は、混合された信号を受取り、この信号は
、１３！１連る、センサに影響を及ぼす周囲環境環境パ
ラメータのグラディエンドを表わしている。 ｂちろｌυ、そのような光出力信号をモニタしかつ評価
る、ための技術において通常用いられているタイプの適
当な測定貸賃（図示せず）が、実施例の各々に対る、検
出器の出力に接続されている。 周波数シフタ２１０は、干渉計２００の一方のアームに
選択的に配置されて、第１図の実施例に関して既に説明
されたヘテロゲインされた出力を発生る、。第３図に描
かれた実施例において、周波数シフタ２１０は、干渉計
２００のアーム２０８に配置される。 分散されたセンサシステムの他の好ましい実施例が第４
図に描かれている。この実施例において、連続波の光レ
ーザのような光源１００が、ファイバ光学入力バス１０
２に光学的に接続されており、方向性カブラ１０４がこ
の上に固定されている。 バス１０２を複数のセンサ１１０に光学的に接続る、複
数の光学カブラ１０８が入力バス１０２に沿って一定間
隔保った関係で固定されており、これらのセンサ１１０
自体は複数の光学カブラ１１２を介してファイバ光学復
帰バス１１４に光学的に結合されている。この構成は、
第１図に描かれた実施例のセンサアームの梯子形ネッＩ
〜ワークに対応している。再度、第１図のシステムと同
様に、隣接る、センサの光経路長の間の差は、光源１０
０の光源コヒーレンス長よりも大きくなければならない
。 ファイバ光学遅延ライン２５０の一端が、入力バス１０
２と光学的結合関係に入るようにカブラ１０４内に固定
されている。方向性カブラ１０４から、ファイバ光学遅
延ライン２５０は、可変遅延ライン２５４に光学的に接
続されている。描かれた可変遅延ラインは、大ぎな光学
装置を含んでいる。たとえば、回転可能なミラー装置が
、光経路を変え、したがって信号遅延を変化させるため
に用いられる。長さの小さな変化に対して、ファイバ２
５０の一部分は、−片のＰＺＴの近くに固定され、この
ＰＺＴは、ファイバ２５０の光経路長を拡張しまたは減
少る、ように望まれた通りに、拡張しまたは収縮る、よ
うにされている。 好ましくは、すべてのファイバ光学遅延ラインは、この
発明において利用される。この発明に用いられるファイ
バ光学可変遅延ラインの１９の好ましい実施例が、１９
８２年１１月１２日に出願され、゛連続可変ファイバ光
学遅延ライン（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａ
ｂｌｅ Ｆｉｂｅｒ ＱｐＮｃ ［）ｃｌａｙ １
ｉｎｅ ）″と題された同時継続中の特許用１１ｊＰＣ
Ｔ／Ｕ、８．８２１０１６０９におイテ開示されている
。この特許出願は、国際公開番号ＷＯ３４１０２００６
として１９８４年５月２４日に公開された。この特許出
願は、本願の譲受人に四渡された。この可変ファイバ光
学遅延ラインはまた、Ｊ。 Ｅ 、３ｏｗｅｒｓ ａｔ ａｌによる、エレクトロニ
クスレターズ（Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ ｅｎ
ｔｅｒｓ）の第１８巻第２３号の第９９９頁なイシ第１
０００頁（１９８２年１１月１１日）の″°ファイバ光
学可変遅延ライン（Ｆ １ｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｖ
ａｒｉａｂｌｅ Ｄ ｅｌａｙ Ｌｉｎｅｓ） ”
において開示されている。上述の文献は、援用されてこ
こに取入れられている。これらの文献において援用され
たファイバ光学遅延ラインの好ましい実施例は、後でよ
り詳細に説明される。 可変遅延ライン２５４は、他方の光ファイバ２５１の一
端に光学的に接続されており、この光フフイバ２５１は
カブラ２５２内にその他端が固定されており、これによ
り復帰バス１１４との光学的結合関係に入っている。検
出器２５６は、復帰バス１１４の端部にまたはファイバ
２５１に光学的に接続されており、これによりバス１１
４からの信号と、カブラ２５２におけるライン２５１か
らの信号との結合によって発生した干渉信号を受取る。 光信号を処理しかつ評化る、他の装置が検出器２５６に
接続されてもよい。 動作において、連続波光信号は、光源１０ｏから入力バ
ス１０２を介してカブラ１０４に伝えられる。光信号の
一部は、入力バス１０２上を伝わり続け、さらに第１図
に関して既に説明した態様でカブ５１０８を介して、セ
ンサ１１０およびカブラ１１２を通じてファイバ光学復
帰バス１１４へ伝送される。 カブラ１０４から、光学１００からの光信号の一部は、
遅延ライン２５０を介して、可変遅延ライン２５４を介
して、そして光ファイバ２５１を介してカブラ２５２に
進み、ここで復帰バス１１４上の信号と干渉して、バス
１１４およびファイバ２５１上の信号間の位相差を含む
信号を発生る、。 可変遅延ライン２５４は、ファイバ遅延ライン２５０の
光経路長を有効に変化させるように作動し、これにより
遅延ライン２５０の光経路長を、センサ１１０を介して
規定された種々の光経路の各々といくつかの点において
マツチる、ようにさせる。この点で、特定のセンサ１１
０からの光信号は、ライン２５１上の信号と干渉し、上
述の位相差信号を発生し、このセンサに影響を及ぼす周
囲環境状態を規定る、情報を提供る、。この態様で各セ
ンサがモニタされる周波数は、可変遅延ライン２５４が
作動される速度に依存している。種々の遅延ライン２５
４は、種々のセンサによって規定される経路のすべての
光経路長を一致させるために、広いレンジを必要とる、
ので、種々のセンサの信号間の相対遅延が大きいときに
そのような構成はより実行し難い。 選択的に、周波数シフタ２５８は、第４図の実施例のフ
ァイバ遅延ライン２５０に含まれてもよく、これにより
第１図に関して既に説明されたヘテロゲイン信号を提供
る、。 第４図の実施例は、センサ間の大ぎな相対遅延を含むセ
ンサシステムへの使用にとって利用可能ではないかもし
れないが、第５図に描かれたようなフィードフォワード
システムにとっては理想的である。特に第５図を参照る
、と、システムのこの実施例は、光１ａｉ１００を含ん
でおり、この光源１００は、ビームスプリッタ３００に
伝送される光信号を与え、このビームスプリッタ３００
は光信号の少なくとも一部を偏光子３０２に伝送る、よ
うに光学的に結合されている。１９の好ましい実施例に
おいて、偏光子３０２は、所望の方向に信号を偏光る、
ように光信号と一致して配置された、−片のシート状の
偏光子のような大きな光学偏光子を含んでいる。偏光子
３０２から、信号がレンズ３０４を介して通過し、この
レンジ３０４は、光信号を複屈折光ファイバ３０６の端
部に向ける。 複屈折ファイバ３０６は、２つの偏光軸を含み、これら
の軸は、上述の並列システムにおける入力および復帰バ
ス、１０２および１１４と同一の態様で偏光された光を
搬送る、ように機能る、。光学タップ３０８ａ−３０８
ｎは、ファイバの２つの偏光軸間で偏光された光信号を
結合る、ために、選択された位置で複屈折ファイバに位
置決めされる。パルス化されたレーザ光源を利用しない
並列システムのこれらの実施例によると、光源と、いず
れかの２つの隣接る、タップの各々との間の光経路長の
差が光源の光源コヒーレンス長よりも大きくなるべきで
ある。第５図の実施例において利用されるタップの１９
の好ましいタイプは、ＲｏＣ、Ｙ ｏｕｎｕｕｉｓｔ、
Ｊ 、 Ｂ ｒｏｏｋｓおよびＨ，５ｈａＷによる
オプティクスレターズ（Ｑ ｐｔｉｃｓ Ｌ ｅｔｔ
ｅｒｓ＞の第８巻の第６５６頁（１９８３年１２月）の
゛複屈折ファイバ偏光カブラ（Ｂ ｉｒｅｒｒｉｎｇｅ
ｎｔ−Ｆ １ｂｅｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｃｏｕｐｌｅｒ） ”において詳細に８１明されている
。この文献は、援用されてここに取入れられている。さ
らに、この文献において開示されたタップは、第２７図
および第２８図に関して優でより詳細に説明される。 複屈折ファイバ３０６の出力は、それを交差された偏光
子３１２に伝えるようにレンジ３１０を介して伝送され
、この偏光子３１２は、偏光子３０２に対して直角に配
向され、これにより偏光子３０２によって停止されなか
った偏光のどの光の通過も禁止る、ということを除いて
、偏光子３０２と同一の偏光子を含んでいる。゛したが
って、交差された偏光子３１２を介して通過る、光は、
非干渉光信号のグループを含ｌνでおり、これらの信号
の各々は、それらがそこを介して進んだ複屈折ファイバ
３０６の特定の部分に影響を及ぼした周囲環境状態を識
別る、。 交差された偏光子３１２からの出力は、ビームスプリッ
タ３００と同一であり（りる他のビームスプリッタ３１
４に伝えられる。ビームスプリッタ３１４に出会う信号
の一部は、そこを介して検出５３２０に伝送され、この
検出器３２０はそれ自体、位相差を検出る、ためのおよ
び複屈折ファイバ上に作用して位相差を発生る、周囲環
境状態にこれらの位相差を関連づけるモニタリングおよ
びＷＰｆｉｌＥｖｉ’ａ （図示ｆｆｆ＞ ニ相ＵＦＩ
Ａサレ６゜再度ビームスプリッタ３００を参照る、と、
ビームスプリッタ３００を介して通過されない光源１０
０から伝えられた光の部分は、信号を光ファイバ３１６
の端部に向ける他のレンズ３１５を介して伝えられる。 ファイバ３１６は、可変遅延ライン３１８に接続され、
この可変遅延ライン３１８は、先に参照されたファイバ
光学タイプのものであってもよくまたは先行技術におい
て周知の態様でミラー構成を移動させることによって大
きな光学装置を含んでもよい。可変遅延ライン３１８か
ら、光信号は好ましくは、レンジ３１３を介してビーム
スプリッタ３１４に伝■され、ここでこの光信号は、偏
光子３１２から伝送された信号と混合され、その結果も
たらされた位相差信号は検出器３２０によって受取られ
る。 ビームスプリッタ３００から光ファイバ３１６を介して
通信される光信号は、ファイバ３０８を介して対応る、
光経路長を伝わる信号と比較される基準信号を含／υで
いる。この態様で、このシステムは、複屈折ファイバ上
の周囲環境の影響によって引起こされた２つの信号間の
位相のシフトを識別る、。ファイバ３０８を介る、種々
の光経路長は、可変遅延ライン３１８の使用によって装
置の基準信号アームに与えられる。したがって、基準信
号アームは、関心のある種々のファイバ長をスキャンし
、ビームスプリッタ３１４においてファイバ３０８の対
応る、光経路長の光信号と干渉る、であろう光信号を発
生る、。 複屈折ファイバ３０６の２つの偏光軸は、同様の群速度
を有しているので、可変遅延ラインは、広いレンジ全体
にわたってスキャンる、必要はないが、レーザは、タッ
プが互いにかなり影響を及ぼすことなく合理的に接近し
て（約１ｍだけ離れて）配置され１！Ｐるのに十分短い
コヒーレンス長を伴なって存在る、。 第５図のシステムにおいて、２つのファイバ偏光に異な
って影響を及ぼす周囲環境パラメータが検出され得る。 選択的に、周波数シフタ３２２は、可変遅延ライン３１
８の出力とビームスプリッタ３１４との間に設けられて
、第１図に関して既に説明されたようにヘテロゲイン信
号を供給る、ことができる。 第６図を参照る、と、分散されたセンサシステムの他の
実施例が描かれている。第６図のシステムは、センサに
影響を及ぼしている周囲環境パラメータの時間微分を測
定る、ように構成されている。このシステムは、電子的
または機械的にパルス化された連続波レーザ、または自
己パルス化レーザのいずれかを含むことができるパルス
光源１００を利用している。光源１００は、ビームスプ
リッタ３５０に通信されるパルスを含む光信号を発生し
、これにより光信号の少なくとも一部分は、ビームスプ
リッタ３５０を介して及びレンズ３５２を介して光ファ
イバ入力バス１０２内へ通過させられる。入力バス１０
２からのパルス信号はその後、カブラ１０８を介してセ
ンサ１１０へ、さらにその後カプラ１１２を介して光′
ｙ′復帰バス３５４へ通信され、このバス３５４は、一
般的に３５６で示され、第１のセンサ１１０ａとビーム
スプリッタ３５０への復帰経路との間に配置された遅延
された部分を含んでいる。信号は、遅延部分３５６を介
して、およびレンズ３５８を介してビームスプリッタ３
５０まで通過る、。方向性カブラはビームスプリッタ３
５０の代わりに用いることができ、レンズ３５２．３５
８および３６０の必要性を打消している。 光源１００からの信号がビームスプリッタ３５０に出会
うときに、この信号の一部分はレンズ３５８を介して下
方におよび復帰ライン３５４のファイバ遅延部分３５６
内に伝送される。遅延された部分３５６を通過したとき
に、信号はカブラ１１２を介してセンサ１１０へ、さら
にその後カプラ１０８を介してファイバ光学入力バス１
０２へ通信される。この信号はその後、レンズ３５２を
介しでビームスプリッタ３５０に伝送される。入力バス
１０２から任意のセンサ１１０を介してさらにその後フ
ァイバ遅延ライン３５６を介して進みビームスプリッタ
３５０に戻るパルスが、最初に遅延ライン部分３５６を
介しておよびその同じセンサ１１０を介して進みその後
入カライン１゜２を介してビームスプリッタ３５０に戻
るパルスと同じ光経路を進むということが注目されよう
。 したがって、これらの２つのパルスは、実質的に同時に
ビームスプリッタ３５０に到達し、互いに干渉しかつ干
渉信号の位相差を含む信号をビームスプリッタ３５０の
出力に与えるであろう。これらの干渉信号は同時にアレ
イに入ったが、しかし異なる時間において同一センサを
介して通過したので、最初にアレイに入−）ｌ：パルス
（、を遅延されたパルスよりも速く周囲環境をサンプリ
ングる、であろう。その結果、２つの干渉信号によって
ビームスプリッタ３５０において生じた位相差信号は、
センサのオーバタイムによって検出されＩζ周囲環境に
おける変化を表わしている。 ビームスプリッタ３５０からの位相差信号は、光学レン
ズ３６０を介して検出器３７０に通信される。検出器３
７０は、種々のセンサにおける周囲環境状態を判断る、
際に用いられる他の従来のモニタリングおよび評（ｉｌ
Ｉｉ装置に接続される。 選択的に、位相変調器３６４は、レンズ３５８と遅延ラ
イン３５６との間で復帰ライン３５４上に含まれる。こ
の位相変調器は、サグナック（Ｓａｏｎａｃ ）ファイ
バ光学ジャイロスコープに関して周知の態様でシステム
の感度を改善る、ために用いられる。そのような手法は
、たとえば、Ｒ，ＬＪＩｒｉｃｈによるオブティクスレ
ターズ（Ｑ ｐｔｉｃｓＬ ｅｔｔｅｒｓ）の第５巻の
第１７３頁ないし第１７５頁（１９８０年）の“低いド
リフトを伴なったファイバ光学回転センサ（Ｆ １ｂｅ
ｒ Ｏｐｔｉｃ Ｒｏｔａｔｔｏｎ ５ｃｎｓｏ
ｒ ｗｉｔｈ Ｌ ０１ Ｄ ｒｉｆ’む）″に
おいて議論されており、この文献は援用されてここに取
入れられている。代わりに、位相変調器は、第１１図を
参照してここで議論された方法に従って周波数シフトさ
れた信号を発生る、ために用いられてもよい。 第６図のシステムにおいて、第３図の装置と同様に、光
信号はパルス信号であるということに注目されよう。そ
れゆえに、カブラ１０８およびセンサ１１０の位置決め
は、光源の光源コヒーレンス長に依存しない。しかしな
がら、第３図のパルス構成と同様に、光源１００からの
パルスは、セン畳すからビームスプリッタ３５０に戻る
パルスが互いに重なり合わず、光源１００からの次のパ
ルスによって発生したパルスと干渉しないように時間調
整されるべきである。 第６図のセンサシステムの幾何学的形状は、ビームスプ
リッタ３５０から伝送された２つの信号の光経路が同一
であり、かつしたがってこれらの２つのパルスの良好な
干渉が容易に実現されるという利点を有している。この
アプローチの１９の欠点は、相対的な位相遅延と遅く比
較される周囲環境の変化が検出る、ことが困難であると
いう点で周波数依存型であるということである。ファイ
バの長い長さは、音声信号のようなゆっくり変化る、信
号を検出る、ために必要であろう。 上述の実施例の各々は、短いコヒーレンス長の信号源の
使用によってモニタされるが、一方でセンサの出力を未
だにヘテロダインさせるファイバ光学センサの分散され
たアレイを規定している。 さらに、連続波信号源を利用る、実施例は、センサをデ
マルチプレクスる、新しい手法を提供している。この手
法は、光源のコヒーレンス長よりも非常に長い距離だけ
センサを分離し、さらにその後中央処理位置に干渉計ミ
キサ（カブラ）を合理的に配置る、ことを含んでおり、
これによりセンサは連続的にモニタされ、それらの出力
は、特定のセンサからの出力が容易に識別されるように
分離されている。 直ｍ この発明の分散されたセンサシステムの他の構成は、“
直列構成”または“直列システム゛′と呼ばれ、このシ
ステムはリードの不感度を示しているが、しかし並列シ
ステムよりもさらにノイズを受ける。この直列システム
の発明としての実態は、並列システムの発明としての実
態と重なり合っているが、同一ではない。 直列システムの１９の好ましい実施例が第７図を参照し
て説明され、この第７図は、議論の目的でｒｆＪ単な２
−センサシステムを描いている。しかしながら、甲に第
７図に描かれた構成を拡張る、ことによって実質的にど
のような所望の数のセンサもこのアレイにおいて利用さ
れ得るということが評価されよう。第７図の実施例は、
好ましくは短いコヒーレンス長の連続波の光信号を発生
る、レーザダイオードのような光源１００を含んでいる
。光源１００は、好ましい実施例においてシングルモー
ドファイバである光ファイバ４０２に光学的に接続され
ている。 ′ａＷ！ｉのマツハ−ツエンダ干渉計は、ファイバ４０
２上に配置された、４０４．４０６として一般に識別さ
れたセンサを規定している。各センサ４０４．４０６は
、入力光学カブラ４０７ａ 、４０７ｂと、光ファイバ
４０２上の結合装置に位置決めされた出力光学カブラ４
０８ａ 、４０８ｂとを含んでいる。センサ４０４およ
び４０６の各々におけるカブラ４０７．４０８間に配置
されたファイバ４０２の部分は、それぞれ、これらのセ
ンサのアーム４０９および４１１を規定る、。センナ４
０４．４０６の各々は、光ファイバ部分を含んでおり、
この光ファイバ部分は、これらの結合位置においてファ
イバ４０２に光学的に結合されるようにカブラ４０７お
よび４０８の一方にその両端の各々において接続された
干渉計アーム４１０および４１２を含んでいる。 アーム４０９および４１０間のまたは４１１および４１
２間の長さの差は、それぞれ各センサに対して異なる長
さ廷、または立２を有る、光経路差を規定る、。この光
経路長の差１．および見２）は、光源１００の光源コヒ
ーレント長（Ｌ、）よりもはるかに大きく、これにより
任意のセンサ４０４または４０６のアーム４０９および
４１０間のまたは４１１および４１２間の相対位相の変
化は、センサ出力において検出された強度変調に変換さ
れないであろう。複数のセンサに対して、相対経路長の
差之、および１２は、設計上考慮すべき事項として後で
詳細に議論される手順に従って選択される。 カブラ４０８ｂから、ファイバ４０２は、ファイバ４１
６をファイバ４０２との結合関係に持ってくるように、
光ファイバ４１６の一端に延びるとともに、ファイバ４
０２上に固定される他方の光学カブラ４１４へ延びる。 カブラ４１４がら、ファイバ４０２はさらにマツハ−ツ
エンダ干渉計に光学的に接続され、この干渉計は、それ
自体１対の光学カプラ４２２ａおよび４２４ａを含むレ
シーバ４１８を備えており、これらのカブラは、カブラ
４２２ａおよび４２４ａの間で延びるファイバ４０２の
部分を含む第１のレシーバアーム４２６を規定る、よう
に、ファイバ４０２上の結合構成で位置決めされている
。第２のレシーバアーム４２８は、これらの位ｎの各々
において光ファイバ４０２に光学的に結合されるように
、その両端の各々の近くで光学カブラ４２２ａおよび４
２４ａに接続された光ファイバの部分を含んでいる。 他方の７ツハーツエンダ干渉計は、それ自体１対の光学
カプラ４２２ｂおよび４２４ｂを含むレシーバ４２０を
含んでおり、これらのカプラは、カプラ４２２ｂおよび
４２４ｂの間を延びるファイバ４１６の部分を含む第１
のレシーバアーム４３０を規定る、結合構成で光ファイ
バ４１６に配置されている。第２のレシーバアーム４３
２は、これらの位置の各々においてファイバ４１６に光
学的に結合されるように、その両端の各々の近くでカプ
ラ４２２ｂおよび４２４ｂに接続された光ファイバの部
分を含んでいる。 レシーバ４１８におけるアーム４２６および４２８の光
経路差し、は、できるだけ近く、センナ４０４のアーム
４０９および４１０の光軽路差見、と一致すべきであり
、これによりアーム４０９および４１０を介して通過る
、光ｌｌ！１００からの光信号はレシーバ４１８のアー
ム４２６および４２８によってシステムにおける伯の信
号から分離され１！７る。光経路差し、および之、の間
の一致がより近づけば近づくほど、カプラ４２４ａにお
ける干渉はより良好になり、アーム４２６および４２８
における光の間の位相差を示す。Ｌ＋および史１の間の
差が増大る、につれて、カプラ４２４ａにおける干渉は
、これらの２つの光経路差の間の差に対してほぼ指数関
数的関係で劣化されるようになる。もちろん、これはま
た、センサ４０６のアーム４１１および４１２の光経路
の差ＩＬ２に比較してアーム４３０および４３２の光Ｉ
！路差Ｌ２の闇の差に対しても真実である。再度、Ｌ２
は、庭、と可能な限り近く一致すべきである。 より詳細に説明る、と、第７図のシステムにおいて、も
しも光源コヒーレンス長がセンサの光経路差のいずれよ
りもはるかに短いならばそして見、およびｆＬ２のよう
なセンサの光経路差の間の差が適当にセットされるがそ
の後センサシステム全体を通じて数多くの光経路が有効
であるならば、レシーバの任意の出力カブラ４２４にお
いて干渉る、信号を発生る、であろう一定のｖ回路のみ
がシステムを通じて存在る、であろう。 たとえば、光ファイバ４０２、センサ４０４のアーム４
１０、センサ４０６のアーム４１１、およびレシーバ４
１８のアーム４２６によって規定される光軽゛路を進む
第１の光信号は、センサ４０４に影響を及ぼす周囲環境
状態を表わす情報を搬送る、であろう。もしもアーム４
０９に対る、アーム４１０の光経路差が、アーム４２６
に対る、アーム４２８の光経路差に接近して一致してい
れば、そのときはカプラ４２４ａにおいて干渉をもたら
すであろう光学基準信号は、ファイバ４０２、センサ４
０４のアーム４０９、センサ４０６のアーム４１１およ
びセンサ４１８のアーム４２８によって規定される光経
路を進む。上述のように規定された２つの光経路は、異
なるシステム要素を介して進むが、長さにおいて実質的
に同一である。 一方で、システムを介る、すべての他の光経路は、これ
とは異なった長さのものであり、したがってこれらの２
つの経路を進む光とは干渉しない。互いに干渉る、他の
経路のみが、アーム４１１を上述の議論におけるアーム
４１２によって置換えることによって得られる。この干
渉経路の対は、他の経路の対と同じ周囲環境情報を搬送
し、これにより前古の経路の対によって発生した干渉信
号は、Ｗ者の経路の対によフて発生した信号を補強る、
。 後で議論される設計上の考慮すべき事項に従ってこのシ
ステムが設計されているので、どのような他のＩ！路の
対も干渉しないであろう。 カプラ４２４ａを介して光波を干渉させることによって
発生した信号は、これらの光波間の位相差を表わしてお
り、かつセンサ４０４のアーム４１０上の周囲環境状態
の影響を表わしている。この情報は、カプラ４２４ａか
ら検出器４３４へ通信され、そこに相互接続された従来
のモニタリングおよび評価１！！ｆ（図示せず）を利用
可能にしている。 レシーバ４１８からの位相差出力信号の発生を取巻く条
件は以上のように説明されたが、同じ種類の説明もまた
、レシーバ４２０からの位相差出力信号の発生に適用さ
れ、センサ４０６のアーム４１１に関してアーム４１２
に影響を及ぼす周囲環境状態を識別る、。 第７図の直列構成において、レシーバ４１８および４２
０は好ましくは、そこを介して伝送されている光波の位
相に影響を及ぼすかもしれない周囲環境状態から遮蔽さ
れる。このシステムはセンサ自身における場合を除いて
周囲環境に不感性であるので、この目的のために他のど
のような遮蔽もこの直列システムには必要ではない。こ
の不感度は、システムにおける光信号が、センサによっ
て規定された経路を除いて共通経路に沿って通信される
という事実によるものである。したがって１、 共通経
路における光信号に影響を及ぼす周囲環境影響は、これ
らの経路における光信号間の位相差にどのような変化も
発生しないであろう。光は異なる経路を進むので、発生
された位相差の唯一の変化は、センサ自体において生じ
るであろう。 第７図に関して説明された構成は、直列構成の１９の代
表的な実施例を含んでいる。この構成は、類似した構成
で現在そこにあるセンサと直列に、ライン４０２上に他
のセンサを加えることによって、およびライン４０２上
または４１６のようなライン上のいずれかにカブラ４１
４のような付加的なカブラを設けることによって必要な
だけ拡張る、ことができ、レシーバ７１１８および４２
０の態様で構成された付加的なレシーバに対る、入力を
与えることができる。 上述の説明に基づいて、第７図に描かれたような直列構
成は、リード不感性の分散されたセンサシステムを規定
し、さらにそれゆえに最小の周囲環境遮蔽を必要とる、
ということが明白となろう。 この直列構成はまた、システムにおける各センサの連続
的なモニタリングを許容る、すべてのファイバ光学セン
サシステムを描いている。 第７図のシステムに関して、各センサはそこから光が漏
れる自由端を有る、ということが注目されよう。これは
損失をもたらしているが、方向性カブラの結合定数を適
正に選択る、ことによって、多数のセンサに対してさえ
パワーの損失は比較的小さなものに保たれ得るので、深
刻な問題ではない。これらの結合定数を選択る、方法は
、以下に詳細に説明される。 原則的に、各センサの双方のボートからのファイバが次
のセンサを形成し続ける、第８図に描かれたようなシス
テムをもたらすことによって、第７図におけるセンサの
露出された端部からのパワーの損失を避けることができ
るかもしれない。したがって、第７図の実施例は、カブ
ラ４０８ａおよび４０７ｂを、センサ４０４のアーム４
１０とセンサ４０６のアーム４１２との間に通信をもた
らす単一のカブラ４４０で誼換えることによって、およ
びこれらのアームを光ファイバ４４２として指定された
連続る、光ファイバの一部として構成る、ことによって
修正される。さらに、ファイバ４４２からの光の一部を
光ファイバ４４６内に光学的に結合る、ように、光学カ
ブラ４４４が光ファイバ４４２上に配置され、光ファイ
バ４４６は、レシーバ４２０のアーム４３２の延長を含
んでいる。 そのようなシステムが損失を取除くであろうということ
は明白であるが、そのようなシステムにおいて２つのフ
ァイバの間で光が結合る、ときに発生る、π／２の位相
シフトが重要になる。感知干渉計の１９の人力ボートか
らの光が、短い方のアームに入ってくる光に関してπ／
２だけ遅延されて長い方のアームに入ってくる。第２の
入力ボートからの光は、π／２ラジアンの相対遅延を伴
なって短い方のアームに入ってくる。相対遅延における
この差は、２つの入力ボートの各々に入ってくる光にｒ
ｇＪ連る、信号間の打消しをもたらし、これによりもし
もすべてのカブラが、結合されたファイバ間で光信号の
５０％を通信る、結合係数にセットされれば、そのとぎ
は第１のセンサのみが何らかの信号を発生る、であろう
。 もしも結合係数がより適当な値に調整されれば、そのと
きはこの種のシステムは、不連続なシステムによって発
生されるよりもわずかに強い信号を発生る、が、しかし
このような信号は感知干渉計に所望の感知位＠間のファ
イバの全体の長さを含ませることを犠牲にして獲侍され
る。これはまた、干渉計を含まない並列ファイバに遮蔽
が加えられな
は、短いコヒーレンス長の光源を利用る、分散されたフ
ァイバ光学センサアレイに関る、。 過去数年にわたって、ファイバ光学装置は、広範囲の分
野における種々の感知応用への使用に関して活発に研究
されかつ開発されてきた。この関心に対る、１９の理由
は、光ファイバを取巻く周囲環境の状態に対る、光ファ
イバの感度であった。 たとえば、温度、圧力および音響波などの要因は、光フ
ァイバの光伝送特性に直接影響を及ぼす、光ファイバに
おけるこれらの変化は、ファイバを伝わる光信号の位相
に変化を引起こす。したがって、ファイバを介して伝送
された光信号の位相の変化の大ぎざは、ファイバに影響
を及ぼしているこれらの周囲環境の状態における変化を
表わしている。 近年、アレイとして構成されたセンサを有る、システム
の開発に特別の努力が向けられており、このため多数の
センサが単一の光源からの光を利用し、かつ共通の検出
位置において周囲環境環境に関る、情報を与えることが
できる。理想的には、そのようなアレイは、１組のセン
サへ光を搬送る、であろうファイバ入力バスから構成さ
れるであろう。各センサは、周囲環境に関る、情報をこ
の光学的キャリアに押付番プるであろう。出力ファイバ
バスはその後、この情報を集めてそれを中央の処理位置
に戻し、この中央の処理位置において、センサの選択さ
れたいずれかのものから得られた情報が容易に識別され
かつ解析され得るであろう。 これらの開発の努力の目標は、急速に変化る、周囲環境
の状態をモニタするなどの特定の応用に対して用いるこ
とができるセンサアレイを作り出すことである。たとえ
ば、そのようなセンサアレイは、光源の位置とこれらの
波の音響特性とを決定る、ために＠響渡を検出る、ため
に用いることができるであろう。そのような多くの応用
例に対して、比較的大きな領域にわたってアレイを一定
間隔隔てて配置る、ことが必要かもしれない。これらの
状況において、たとえば電気的なラインをファイバ光学
でｅ換えることは、これらの電気的なラインの使用に関
連る、電気的ピックアップ、ケーブルのｆＩｆｌおよび
安全性の障害などの問題を克服る、であろう。このセン
サが制限されたスペースで用いられるときでさえ、電子
回路および大きな光学的構成要素の除去は一般的に、減
少したノイズにＣ因る、改善されたシステムの性能をも
たらすであろう。一方、長い電気的ラインの光ファイバ
による置換えは、システムの非センサ部分における周囲
環境状態のどのような影響も防ぎまた除去る、という点
において問題を生み出している。それゆえに、これは、
重要な設計上の考慮すべぎ事項になってきている。 もちろん、センサアレイを開発る、際の主要な設計上の
考慮すべき事項は、各センサからの情報が単一のデータ
のストリーム上の中央の処理位置に到達る、情報のすべ
ての中から個別的に識別る、ために分離されＩＦ７る方
法である。以前に開発された分散された感知システムは
一般的に、単一のデータストリームから個別的なセンサ
の情報を分離る、ための２つのアプローチのうちの一方
を適用してきた。第１のアブＯ−チは、Ａ、Ｒ，Ｎ０１
ｓｏｎおよびＤ 、 Ｈ、Ｍｃ Ｍａｈｏｎによる、１
．Ｆ。 Ω１−ぶ、＜１９８１年３月）の第２７頁における“フ
ァイバ光学センサシステムのための受動多重化手法（Ｐ
ａｓｓｉｖｅ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｏ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅＳ Ｆ Ｏｒ Ｆ １ｂｅｒ
−Ｏｐｔｔｃ Ｓ ｅｎｓＯｒ Ｓ ＶＳｔｅｌ
ｌｌＳ）”において説明されているように、センサ出力
の時分割多重化を含んでいる。時分割多重化において、
光学入力は最も一般的に、入力信号がパルス波形を含む
ようにパルス化される。その結果、各センサは、システ
ムの幾何学的形状の結果として、他方のセンサ信号から
時間的に分離されたパルスを発生る、。特に、各センサ
を介して通信された光学入力パルスは、異なる時間にお
いてセンサの各々によって出力ファイバ上に配置される
。センサの相対位置を制御る、ことによって、パルス信
号のインターリーブは、信号がセンサから復帰フッシイ
ババス上に多重化されるときに完了される。 これらのインターリーブされたパルス信号はその後、デ
マルチブレクシングおよび他の信号処理が生じる中央の
処理位置へ搬送されて戻される。 このタイプのシステムに固有の１９の問題点は、センサ
がそこでモニタされる周波数がセンサの数によって制限
されるようになるということである。 特に、成る艮ざの時間が経過る、まで光源から第２のパ
ルスが伝送されないということが注目される。すべての
センサからの光学信号がそのセンサの出力端子を通過る
、前に第２のパルスが光源に最も近いセンサを介して伝
送されるならば、第２のパルスからもたらされる信号が
アレイにおける第１のＬンサを介して通過しかつアレイ
の端部に近いセンサから発生した光学信号の通過に先立
って復帰バス上に配置され１りるということが可能であ
る。もちろん、これは、デマルチプレクシングおよび信
号処理装置が、受信されたパルス信号とそのｍ遷る、セ
ンサとの関係を決定る、ことを妨げるであろう。それゆ
えに、そのようなシステムはしばしば、アレイにおける
センサの各々による周囲環境状態の急速な繰返される感
知を必要とる、応用例においては有用ではない。 単一のデータストリームからの各々のセンサ情報を分離
る、ために用いられる第２のアプローチは、１． Ｐ、
Ｇ１１ｅｓ、 Ｄ、 Ｕｔｔａｎ＋、 Ｂ、 Ｃｕｌ
ｓｈａｗおよびり、 Ｅ、 Ｎ、 Ｄａｖｉｓによるエ
レクトロニクスレターズ（Ｅ Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）の第１９巻の第１４頁（１９８３
年）の゛変調されたレーザ光源を備えたコヒーレントな
光ファイバセンサ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＯｐＨｃａｌ
−Ｆ １ｂｅｒ Ｓ ｅｎｓｏｒ Ｗ ｉｔｈ
Ｍ ｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌ ａｓＯｒ ３０ｔｌｒ
（ｊｅｓ）”において描かれた態様で、センサの出力を
周波数分割多重化る、ことであった。このアプローチは
、光源を周波数ランピングる、ことによっておよび光源
からセンサへおよび中央位置へ戻る光の；冒移時間が各
センサにとって独自のものであるようにアレイの幾何学
的形状を配列することによって実現される。この場合、
アレイの出力は、光源の現在の出力と混合され、これに
より各センサに対る、独自の中央周波数を発生る、。周
囲環境の情報は、この中央周波数に関る、側波帯で搬送
される。 上述のシステムについての成る特定の問題は、周期的な
ランプＭ号がその最大からその最小位置までリセットさ
れるときの″フライバック”期間を含／νでいる。この
フライバック期間は、ランプ信号が存在しないためにシ
ステムのオペレーションが生じない時間を含ｌυでおり
、有意義な結果が生じないであろう。これは、周囲環境
の状態が変化しかつセンサシステムによって未だ確実に
モニタされる速度に成る制限をもたらしている。 この特定のシステムについての他の問題点は、アレイに
おいて用いられるセンサの数または検出されるべき信号
の周波数範囲が、ランプ信号において利用されるＦＭ周
波数の範囲に基づいて、およびランプ信号の周期に基づ
いて制限されるということである。より詳細に説明る、
と、各センサに対して異なる中央周波数が生じるので、
そのような中央周波数の各々の間の差の大きざと、これ
らの中央周波数が含まれる周波数の全体の範囲とが、利
用されるセンサの数を指定る、。同等に、センサの数は
、周波数の全体的な範囲とともに、中央周波数間の最大
の差を決定し、したがって検出される最大の周囲環境周
波数を決定る、。周波数の範囲は、ｂちるん、ランプ信
号の傾斜および周期によって決定される。 上述のアプローチの双方によって経験される他の制限は
、所望の周囲環境の状態を識別る、ために最初の光源信
号と、センサによって生じた信号との間の干渉の使用を
要求る、ので、それらがより長いコヒーレンス長の光源
に制限されるということである。したがって、これらの
システムの双方は、光学信号を発生る、ためにパルス化
されたまたはランプ化されたコヒーレントな光源のいず
れかを使用る、。 一連のセンサから戻ってくる信号を分離る、ために短い
コヒーレンス長の光源を用いるという考えは、Ｓ、 Ａ
、 ＡＩ −Ｃｈａｌａｂｉ、 Ｂ、 Ｃｕｌｓｈｏｗ
。 Ｅ、Ｅ、Ｅ、’）の第１３２頁（１９８３年４月）の゛
°干渉計センサにおける部分的にコヒーレントな光源（
ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ５ｏｕｒｃ
ｅｓ Ｉ ｎｒ ｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ
３ ｅｎｓｏｒｓ） ”によって提案されている。この
文献は、各干渉計におけるアームの長さの差が光源のコ
ヒーレンス長よりも長く、このため干渉計の出力に干渉
信号が存在しないような、一連の遠隔マツハ−ツエンダ
干渉計（Ｍａｃｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒ １ｎｔｅｒ
ｆｅｒｏａ＋ｅｔｅｒ）の使用について開示している。 ２つの光ファイバは、各干渉計の出力を次の干渉計の入
力に接続る、。最後の感知干渉計の出力ファイバは、そ
の出力ボートの一方上に位置決めされた検出器を有る、
単一の基準干渉計の入力ボートに接続される。基型干渉
計は、大きな光学構成要素から構成されかつそのアーム
の一方にＪ３ける遅延が可変であるように構成されてい
る。レシーバは、指示されたアームにおける遅延を変化
させ、これによりそのアームを介る、光経路の長さを有
効に変化させてシステムにおける種々の干渉計センサの
各々からの信号を検出る、。１３＊干渉計は、ファイバ
よりもむしろ大きな光学構成要素から構成されなければ
ならず、これによりそのアームの長さは、多数のセンサ
を適用させるのに充分なように変化され得る。 以上のことから、ＡＩ −Ｃｈａｌａｂｉ ｅｔ ａｔ
、の文献は、分散されたシステムにおける種々のセンサ
の各々を連続的にモニタる、システムを開示していない
ということは明らかとなろう。むしろ、ＡＩ −ｃｈａ
ｌａｂｉ ｅｔ ａｌ、のシステムは単に、任意の時間
においていずれかの単一のセンサによって感知された周
囲環境の条件を検出る、だけである。 づべてのけンサにおける周囲環境の状態は、各センサを
順次モニタリングる、ことによって周期的にのみ検出さ
れ１９ろ。このことが実行され（りる周波数は、レシー
バの可変アームの長さが変化され１７る速度によって制
限されている。 このシステムに関る、他の問題点は、２つのファイバの
間で光が結合る、ときに生じるπ／２の位相シフトが重
要となるということである。感知干渉計の一方の入力ボ
ートからの光が、より短い方のアームに入る光に対して
π／２だけ遅延されてより長い方のアームに入る。第２
の入カポ−１へからの光は、π／２ラジアンの相対遅延
を伴なってより短い方のアームに入る。相対遅延におけ
るこの差は、２つの入力ボートの各々に入る光に関連る
、信号間の打消しをもたらし、これによりもしもすべて
のカブラが５０％の結合効率にセットされるならば、そ
のとぎは第１のセンサのみが何らかの信号を発生る、で
あろう。 以上のことに基づいて、過去において用いられていた時
分υｊおよび周波数分割多重化構成に固有な上述の制限
を受けることなく、複数の遠隔センサの多重化のための
感知システムおよび手法を提供る、ことが先行技術にＪ
３ける重要な改良点となろう。したがって、改善された
システムは、選択的に時分割であり、これによりセンサ
の各々の実質的に連続的なモニタリングが可能である。 そのようなシステムは、周囲環境感知領域において電子
回路または能動装置の使用を必要とすることなくオペレ
ーションをもたらすべきである。好ましくは、そのよう
なシステムは、どのようなワイドレンジの光源の使用を
も許容すべきであり、かつ現実の応用において作り出し
かつ用いるために簡単かつ経済的であるべぎである。 １１へ１１ この発明は、ファイバ光学センサのアレイのコヒーレン
トな多重化を実現る、ために好ましくは短いコヒーレン
ト長の光源を用いる、コヒーレントに分散されたセンサ
システムおよび方法を含んでいる。１対のセンサ上で周
囲環境の影響を遠隔的に感知る、装置は、光源と、前記
光源に対る、第１．第２．第３および第４の光経路を規
定る、複数の光学導波管部分とによって特徴づけられ、
前記第１および第２の光経路は、少なくとも１９の感知
領域において異なっており、かつ前記第１および第２の
光経路の少なくとも一方は、前記感知領域における周囲
環境の影響によって影響を受け、かつ前記第３および第
４の光経路は、少なくとも１９の受信領域において異な
り、かつそれぞれ前記第１および第２の光経路に実質的
に長さが等しく、かつ前記第１および第２の光経路と同
じ周囲環境の影響を受けず、前記第１．第２．第３およ
び第４の光経路の少なくとも一部は導波管部分によって
規定され、前記導波管部分は、前記感知および受信領域
を光学的に接続る、光ファイバを含み、前記第１．第２
．第３および第４の光経路からの光を結合る、手段をさ
らに備え、前記手段はいつでも、前記第１および第２の
光経路のうちの特定の一方に実質的に長さが一致る、光
経路からのみ光をコヒーレントに結合る、。 より詳細に説明る、と、この発明のセンサシステムは一
般的に、光源から結合された光に対る、第１および第２
の光経路の少なくとも一部分を規定る、第１のｍ敗の導
波管部分に光学的に結合された短いコヒーレンス長の光
源を含んでいる。第１および第２の光経路は、第１およ
び第２の位δにおいて周囲環境の影響によって影響を受
ける。 第３および第４の光経路の少なくとも一部分を介して光
を伝播る、少なくとも１９の第２の光学導波管部分が設
けられている。第３．ｔ５よび第４の光経路は実質的に
、それぞれ第１および第２の光経路に長さが等しいが、
しかし第３および第４の光経路は、第１および第２の光
経路と同じ周囲環境の影響を受けない。第３の光導波管
部分は、第１の複数の光導波管部分の１９へおよび第２
の光導波管部分へ光学的に結合され、これにより第１の
複数の導波管部分からの光は、第３の光導波管部分を介
してのみ第２の導波管部分との光学的接続へ伝播される
。第１．第２．第３および第４の光経路からの光を結合
し、かついつでも第１および第２の経路の特定の一方に
実質的に長さが等しい光経路からのみ光をコヒーレント
に結合る、手段が設けられている。この発明の少なくと
も一方の好ましい実施例において、第３および第４の光
経路は同時には存在しない。 そこから結合された光を受取る電子検出器が、光を結合
る、手段に光学的に結合されている。コヒーレントに結
合された光は、第１および第２の光経路の選択された一
方を介して伝わった光と、同じ長さの第３または第４の
光経路を伝わった光との間の位相差に一致る、位相差信
号を含んでいる。この位相差は、センサシスデムにおけ
る選択された光経路に影響を及ぼす周囲環境状態を表わ
している。検出器は典型的には、検出された特定の周囲
環境の状態をモニタしかつｒｌＰＩｉｌｌｉる、ための
他の情報処理装置に相互接続される。 １９の好ましい実施例において、この発明は、短いコヒ
ーレンス長のレーザからの光がシングルモードファイバ
内に放出され、さらにその後２つの経路に沿った方向性
カブうによって分割される゛並列パ構成を含んでいる。 第１の経路をとる光の部分は、入力ファイバ光学バスに
入りかつ複数の光ファイバ、または電子トランスデユー
サのような他の部品に分散され、この電子トランスデユ
ーサは、一方の端子にＪ３いて各々入力ファイバ光学バ
スへ光学的に接続され、かつそれらの他方の端子におい
てファイバ光学出力バスに接続されて、梯子形状を形成
る、センサを含んでいる。第２の経路をとる光の部分は
、ファイバ光学タップ付遅延ラインに入りかつ基準信号
として作用る、。 各センサは、光位相に対る、修正の形態で、そこを介し
て通過る、光の上に周囲環境情報を押しつける。各セン
サからの光は、ファイバ光学復帰バス上に光学的に結合
される。光は、復帰バスから、その長さの他方の部分に
沿って位置決めされたカプラによって、タップを含む複
数の光ファイバ上に光学的に結合される。入力ファイバ
光学バス、個別的センサ、およびファイバ光学復帰バス
によって規定された光経路の各々の良さの間の差は、光
源のコヒーレント長よりもはるかに大きく、これにより
、各センサからの光がファイバ光学復帰バス上に集めら
れるとぎに強度変調が生じない。 復帰バスのタップラインからの光は、遅延ラインに沿っ
た特定の位置に位置決めされた光ファイバによって遅延
ラインからタップされた光と混合される。これらのファ
イバタップは、遅延ラインおよび各光ファイバタップラ
インが、関連る、入力バス、センサ、出力バスおよびタ
ップ経路長に実質的に等しい光経路長を規定る、ように
位置決めされる。遅延ラインまたは基準アームは、周囲
環境からシールドされ、これにより各検出器は、センサ
の光経路を介して伝わった光と、対応る、遅延ラインを
介して伝わった光との間の位相差からなる周囲環境情報
を測定る、。 一般に、検出器によって測定された信号は、センサのみ
ならず、入力および復帰バスとも関連る、周囲環境情報
を含んでいる。これは通常望ましくないことである。こ
の問題点に対して２つの解決方法が可能である：すなわ
ち、入力および出力バスにおけるファイバの双方がシー
ルドされるか；または隣接る、検出器において受信され
た信号を電子的に減禅る、ことによって、対応る、セン
サ間の領域を除いて、バス上に含まれる位相変化゛に無
関係な検出信局が与えられる。その結果、この差の情報
は、特定のセンサに影響を及ぼす周囲環境状態に直接関
連る、。 他の好ましい実施例において、上述のシステムは、ファ
イバ光学遅延ラインを設けないことによって修正される
。代わりに、マツハ−ツエンダ干渉計がファイバ光学復
帰バス上に構成され、さらに光源からの信号はファイバ
光学入力バス上へパルス化される。これらのパルスは、
センサからのｍ帰パルスが互いにまたはアレイの次のサ
ンプリングからのパルスと重なり合わないように時間調
整される。マツハ−ツエンダ干渉計のアームは異なった
長さであり、アーム長のこの差は、２つの隣接る、セン
サの各々の間の光経路の差に等しい。 したがって、この干渉計は、隣接するセンサの出力の混
合を引起こし、かつ再度、周囲環境パラメータのグラデ
ィエンドが測定される。周波数シフ夕は、ヘテロダイン
出力を発生る、ためにマッハーツエング干渉計の一方の
アームに配置され１！７る。 さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの修正を含んでおり、ここで、光ファイバ遅延ラ
インは、可変遅延能力を含み、かつ遅延ラインはその端
部においてセンサ梯子型ネットワークから復帰バスに光
学的に結合される。 結合された遅延ラインおよび復帰バスによって発生る、
出力信号は、任意の時間において、その長さが実質的に
そのときに遅延ラインを介する基準信号経路長と一致る
、光経路の一部であるセンサに影響を及ぼす周囲環境状
態を表わす位相差信号を発生る、。可変遅延ラインの光
経路長を急速に変化させることによって、このシステム
は、各センナが光学からの入力をパルス化る、ことなく
モニタされ得るように急速にスキャンされ得る。選択的
に、周波数シフタは、ヘテロダイン出力を発生る、ため
に可変遅延ラインに配置され得る。 上述のシステムのフィードフォワードの実施例は、入力
光ファイバとして複屈折ファイバを利用る、ことによっ
て提供され、このファイバの２つの偏光軸は入力および
出力バスとして作用る、。 タップはファイバに沿って配置されてこれらの２つの偏
光軸間で光を結合する。この構成の２つの偏光軸は非常
に類似した群速度を有しているので、可変遅延ラインは
広い範囲全体にわたってスキャンる、必要はなく、レー
ザは、互いにかなり影響し合うことなくタップが合理的
に接近して配置され１９るのに十分な短さのコヒーレン
ス長で存在る、。 さらに他の好ましい実施例は、最初に説明された並列シ
ステムの使用を含んでおり、ここでファイバ光学復帰バ
スは、その端部においてファイバ遅延ラインの端部に直
接接続され、かつ光源はパルス光信号を発生し、この光
信号はビームスプリッタまたは方向性カプラを介して方
向づけられかつこれにより入力光ファイバとファイバ遅
延ラインとの間で分割される。入力光ファイバからアレ
イに入る光パルスは、ファイバ遅延ラインを介して通信
されるパルスよりも甲（センサを介して周囲環境をサン
プリングる、。選択されたセンサ・によって入力および
復帰バス上に与えられたパルスは、ビームスプリッタま
たはカプラにおいて復帰しかつ干渉る、であろう。これ
らのパルスは異なる時間においてセンサを介して通過る
、ので、それらが発生した干渉信号は、センサのオーバ
タイムの変化の表示を含むであろう。干渉パルスによっ
て牛じた信号は、ビームスプリッタまたは方向性カプラ
から検出器へ通信されるであろう。選択的に、他の光フ
ァイバは、マツハ−ツエンダ干渉計の一方のアームを含
んでおり、この干渉計は、その第２のアームにおけるフ
ァイバ遅延ラインと、出力をヘテロゲインしかつ周囲環
境の変化が時間に従って各センサに影響を及ぼすにつれ
て周囲環境変化のグラディエンドを観察る、周波数シフ
タとを含んでいる。 この発明のさらに好ましい実施例は、アレイの“直列′
°構成を含んでいる。この構成において、光は、シング
ルモードのファイバを介して、異なる長さのアームを有
る、一連のマツハ−ツエンダ干渉計内に放出される。干
渉計の各々は、アレイにおけるセンサの１９を含んでい
る。これらのセンサは、光を分割る、方向性カプラを用
いて構成されており、各カブラの結合定数は、システム
におけるセンサの数によって規定されている。種々のセ
ンサを介る、光経路の差は、光源のコヒーレンス長より
もはるかに長くなるように選択され、これにより干渉計
のアーム間の相対位相の変化は。 センサ出力における検出可能な強度の変調に変換されな
いであろう。各センサにおいて光重に押しつけられた情
報は、干渉計の２つのアームを伝わる光の間の位相にお
ける差である。 センサからの光は、共通ファイバ光学バスを介していく
つかの受信マツハ−ツエンダ干渉計へ伝送され、その干
渉計の各々は、センサの対応る、もののアーム長の差と
実質的に一致る、大きさだけその良さが責なる２つのア
ームを有している。 したがって、各センサは好ましくは、対応る、アーム長
の差を伴なった受信干渉計を有している。 その結束、センサからの位相変調信号は、受信干渉計に
よって振幅変調に変換され、これにより各受信干渉計の
出力にＪ３ける光検出器は、その関連するセンサの位相
変調に対応る、振幅変調をモニタしかつそのセンサに影
響を及ぼす周回環境の状態を表わす信号を発生る、。こ
れらの信号はセンサまたは受信干渉計における期間を除
いて共通ファイバ上を伝えられるのでこの構成はリード
に不感性である。したがって、周囲環境の遮蔽は、もし
も適正な技術が信号の消失を避けるために用いられるな
らば、選択されたセンサにおける変化を直接反映る、信
号を（りるために、受信干渉計上においてのみ必要とさ
れる。 この発明のさらにもう１９の好ましい実施例は、ハイブ
リット構成を含み、このハイブリット構成において、レ
ーザダイオードからの光信号は、入力ファイバを介して
、梯子型構成で構成された一連の光センサまで通過され
、各センサはマツハ−ツエンダ干渉計を含んでいる。各
センサからの出力は、並列構成に関して最初に説明され
た態様で復帰バス上で結合される。しかしながら、復帰
バスは、センサからの結合された信りを、直列構成につ
いて上述されたような配置で構成された複数のマツハー
ツエンダ受信干渉計へ通信る、ために光学的に結合され
ている。このシステムは、直列システムに類似したリー
ド不感性を示している。 上述の゛直列°′実施例およびハイブリッド装置の各々
に対して、この発明のａ能的に関連した実施例は、各マ
ツハ−ツエンダ干渉計を規定る、２つの光ファイバを、
高複屈折シングルモードファイバによってまたは干渉計
を含む２−モードファイバによって置換えることによっ
て提供される。 シングルモードファイバにおいて、各干渉計の２つの光
経路は、その中に存在る、２つの直交る、偏光モードに
よって規定される。結合装Ｍ＆５よび／または偏光子は
、直交軽路上を伝わる光信号をシステムのこれらのセグ
メントにおける単一の経路上に結合る、ために、これら
のセンサを互いに対してまたは受信機に対して接続る、
ファイバ上で利用される。２−モードファイバの場合、
２つの空間的に直交る、モード（基本および２次）は、
各干渉π１の２つの光経路を規定る、ために利用される
。２−モードファイバおよび相互接続されたエレメント
間で適当な結合！！ｉ＠を利用る、ことによって、およ
びモードストリッパのような他の構成要素を使用る、こ
とによって、２−モードファイバ構成は、センサおよび
レシーバ間で必要な単一の信号伝送経路を提供る、。こ
れらの複屈折または２−モードファイバの直交モードを
利用る、ことによって、光経路の差は、現実のファイバ
長の任意の小さな分数となり、この分数は２つの直交モ
ード間のビート長に対る、波長の比率である。 その結果、感知および対応る、受信干渉計の光経路長さ
のマツチングにおけるトレランスは、マツハ−ツエンダ
干渉計を規定る、ために別々のファイバを利用る、実施
例に対してよりもはるかに厳格ではない。 この発明はまた、光周波数シフタを用いることなく、ヘ
テロゲイン状の出力信号を提供る、ためにこの発明のい
くつかの構成において利用される新規な装置および手法
を含んでいる。ヘテロダイン化において、信号の周波数
は、信号によって含まれる情報が結果として生じる非−
ゼロ中心周波数の側波帯周波数上で搬送されるようにシ
フトされる。ヘテロダイン化は、ファイバ上の低周波数
周囲ｒｊ：Ｉ境の影響に起因る、信号の消滅の問題を克
服る、ので望ましい。ざらに、ヘテロダイン信号は、ス
ペクトルアナライザ、ＦＭ復調３または位相検出器など
の従来の電子装置の使用によって容易に評価され得る。 この発明は、結果として生じた位相変調された信号を周
波数シフトされた電子信号に戻す信号処理手法とと６に
、センサのレシーバ部分に位相変ｙＪ器を設けることに
よって、ヘテロダインのための周波数シフタの使用を排
除している。 この位相変調器は、センサにおける信号の周波数よりも
はるかに高い周波数で作動される。ゲートのようなスイ
ッチング部品が、位相変調器のオペレーションに同期し
た態様で、光検出器からの電子信号を変！５１１る、た
めに用いられる。したがって、レシーバからの出力信号
は、より高い変調周波数における方形波によって検出さ
れた信号を効果的に乗算し、その信号におけるその変調
周波数の高調波を混合る、。奇数および偶数高調波は決
して同時には消えないので、上述の２つの高調波を混合
る、ことによって信号の消失を除去る、ことが可能であ
る。位相変調器の変調振幅およびゲートの同用が適当に
調整されるときに、出力信号は、変調周波数側波帯の一
方のまわりのへテロダンイン状の信号を含むであろう。 この発明の分散されたアレイセンサは、正確であり、か
つ各センサの実質的に連続的なモニタリングが可能であ
りセンサに影響を及ぼす周囲環境状態の急速な変化の検
出を許容る、ように光学的に時間とは無関係である遠隔
センサを多重化る、′システムおよび手法を含んでいる
。この発明は、短いコヒーレンス長を有る、光源の使用
を許容し、これによりより長いコヒーレンス長を有る、
ものより安価でありかつ小さな商業的に利用可能な広範
囲のレーザを含んでいる。ざらに、この発明は好ましく
は、すべてのファイバ光学構成においてその目的をｊ！
成し、信頼性を減少さけることおよび複雑さを増大さぜ
ることによってシステ１１の性能を劣化させる不必要な
電子部品を除去している。 このシステムは、リード不感性になるように構成され、
これらのラインの周囲環境からの遮蔽を必要とる、こと
なくセンサ間で長いラインの使用を許容している。この
発明はまた、出力信号を効果的にヘゲ０ダイン化る、手
法を含んでおり、各受信干渉！！１にお１プる周波数シ
フタの必要性を除去し、これにより費用をさらに減少さ
せかつ感知システムの精度を増大させている。 りましい− のＵな説明 この発明は、全体を通して同一部分が同一番号で指定さ
れた図面を参照る、ことによって最もよく理解される。 毀」コ乙とヱ躯工 第１図は、゛並列構成”の１９の好ましい実施例を描い
ており、この構成は、複数の分散されたセンサにｌ１ｅ
ｌＦを及ぼす周囲環境状態をモニタするセンサアレイシ
ステムを含んでいる。好ましくは短いコヒーレンス長を
有る、、レーザダイオードなどの光源１００がこの実施
例において用いられる。 コヒーレンス長は、軸方向における信号干渉効果が得ら
れる長さを意味している。当業者は、以下の関係によっ
て、少なくともいくつかのタイプのレーザ光源に対して
コヒーレンス長（Ｌｃ ）が定義されるということを評
価る、であろう：（Ｖａ）／（２πΔｆ）−ＬＣ−（１
）ここで、２Δｆ ＝１／２１大パワーにおける光学帯
域幅：かつ ＶＣ＋＝光ファイバにおける光の群速度したがって、方
程式（１）から、コヒーレンス長は、レーザのスペクト
ル純度が改善されるにつれで増大る、ということは明白
となろう。より長いコヒーレンス長の光源を必要とる、
先行技術のシステムに比較して、より短いコヒーレンス
長の信号源を利用りることができるセンサシステムは、
比較的安価かつ高額なダイオードレーザを含む多数のレ
ーザ光源のいずれでも用いられる多様なシステムを含む
ということが当業者によって評価されるであろうゆ 図示された実施例において、光源１００は、杓７９０
ｒｖのオーダの波長を有る、光を発生る、ひ化アルミニ
ウムガリウム（△ｆｌＧａ Ａｓ ）レーザを含んでい
る。特定の例によると、光源１００は、２５２ ｔ−
１ｕｍｂｏ！ｔ Ｃｏｕｒｔ、 Ｓ ｕｎｎｙｖａｌ
ｅ、 Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 、 ９４０８６に住所を
有る、ＮＥＣＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｌ、 Ｓ、
Ａ、 Ｉｎｃ、から商業的に利用可能なモデルＮＤ
Ｌ３０００レーザダイオードを含んでもよい。 光源１００は、ファイバ光学入力バス１０２を含む光フ
ァイバに光学的に結合される。第１の方向性カブラ１０
４が入力バス１０２上に配置され、このカブラ１０４は
、光パワーのいくらかを、光学遅延ライン１０６を含む
第２の光ファイバに結合る、。描かれた実施例において
、方向性カブラ１０４は、センサシステムにおいて利用
される他の方向性カブラと同じタイプのものである。シ
ステムにおいて用いられる方向性カブラの１９の好まし
い実施例は、引続きここに開示されており、かつ゛ファ
イバ光学方向性カプラ（Ｆ １ｂｅｒ −Ｏｐｔｉｃ
Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ （：、 ｏｕｐｌｅｒ）
”と題された１９８１年９月１０日に出願された同時
継続中の米国特許出！ｆｉ連続？！号第３００．９５５
号において詳細に説明されており、この出願は、°°フ
ァイバ光学方向性カブラ（Ｆ １ｂｅｒ −Ｑ ｐｔｉ
ｃ Ｄ １ｒｃｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｅｒ） ”
と題された１９８０年４月１１日に出願された米国特許
出願連続番月第１３９．５１１号のＣＩＰ出願であり、
これらの特許出願の双方は本願発明の蹟受入に誼渡され
た。これらの同時継続中の出願は援用されてここに取入
れられている。 複数の方向性カプラ１０８ａ 、１０８ｂ 、・・・１
０８ｎはまた、ファイバ光学入力バス１０２に沿った選
択された位置に配置されている。入力バス１０２上でカ
ブ５１０８の位置を選択る、ための基礎は、以下により
完全に説明されるであろう。 複数の光ファイバ１１０ａ、１１０ｂ、・ １１Ｑｎは
各々、対応る、光カプラ１０８ａ、１０８ｂ、・・・１
０８ｎのボートを介して延びる第１の端部を有している
。光ファイバ１１０は、センサ１１０を囲む周囲環境状
態における変化を感知しかつその影響を受けるように周
囲環境に配置されたファイバ光学センサを含んでいる。 もちろん、この発明の実質的にすべての他の実施例のみ
ならず、トランスデユーサなどのようなこの装置は、シ
ステムにおいて光ファイバに接続されかつこれらの光フ
ァイバを介る、光の流れに影響を及ぼすことによって周
囲環境の影響に応答る、センサ１１０として利用される
。たとえば、音響トランスデユーサは、光ファイバ１１
０に接続されてそのファイバの音響感度を増大させる。 センサ１１０の各々の第２の端部は、複数の方向性カブ
ラ１１２ａ、１１２ｂ、・ １１２ｎの１９を介して通
過している。カブラ１１２は、ファイバ光学復帰バス１
１４上の選択された位置に位置決めされ、センサ１１０
を復帰バス１１４との光学結合関係にもちこんでいる。 上述の関係は、感知システムのセンサアームに対る、梯
子形ネットワークを規定しているということが評価され
よう。 複数の方向性カブラ１１６ａ、１１６ｂ、・・・１１６
ｎちまた復帰バス１１４上に配置されているが、センサ
梯子形ネットワークからは一定間隔離れて配置されてい
る。カブ５１１６の各々はまた、以下により完全に説明
されるように、復帰バス１１４に沿った選択された位置
に位置決めされる。 復帰バス１１４に光学的に結合されるように各方向性カ
プラ１１６内に取付けられているのは、複数の光ファイ
バ部分１１８ａ、１１８ｂ、・・・１１８ｎの１９の第
１の端部である。光ファイバ部分１１８の各々の第２の
端部に取付けられているのは、方向性カブラ１２０ａ
、 １２０ｂ 、−１２Ｏｎである。方向性カブラ１２
０の各々に取付けられているのはまた、複数の付加的な
光ファイバ部分１２２ａ 、１２２ｂ 、 ・’Ｉ ２
２ｎの１９の端部である。光ファイバ部分１２２の各々
は、それらの他方の端部において方向性カブラ１２４ａ
。 １２４ｂ、・・・１２４ｎに取付けられ、これらのカブ
ラは各々、遅延ライン１６０からの光信号をファイバ部
分１２２に結合る、ように遅延ライン１０６に沿って選
択された位置に配置される。 各ファイバ部分１１８または１２２の第２の端部に光学
的に接続されているのは、検出Ｂ１２６ａ 、 １２６
ｂ 、 ・１２６ｎ テある。検出Ｂ１２６は、ファイ
バ１１８および１２２における信号がカブラ１２０にお
いて結合された侵にファイバ１１８または１２２からの
光信号を受取るように機能る、。特に、この発明のシス
テムにおいて使用る、ための検出器の１９の好ましい実
施例は、３５ Ｃｏｎｏｒｅｓｓ ５ｔｒｅｅｔ
、 ５ａｌｅｓ、 Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ、０１
９７０に住所を有る、Ｅ、Ｇ、＆Ｇ。 コーポレーションから商業的に利用可能なモデルＨＡＤ
１１００検出器を含んでいる。 第１図のシステムの種々の構成要素は、光源１００のコ
ヒーレンス艮の関数としてシステム内に配置されている
。特に、カブ５１０８ａ＆′３よび１１２ａの間で測定
されたセンサを介る、光経路の長さの間の差は、センサ
１１０の各々を介して光源１００から伝送された光がフ
ァイバ復帰バス１１４上で集められるとぎに強度の変調
が発生しないように、光源１００の１コヒーレンス長よ
りも大きくなければならない。したがって、カブラ１０
８ａからカブラ１０８ｂへおよびカブラ１１２ｂヘファ
イバ１４０ｂを介してそしてカブラ１１２ａへ規定され
たセンサ１１０ｂの光経路長は、カブラ１０８ａからフ
ァイバ１１０ａを介してカブラ１１２ａまで規定された
センサ１１０ａの光経路長よりも少なくとも光源１００
の１コヒーレンス長（ＬＣ）大きくなければならない。 遅延ライン１０６および光ファイバ部分１２２（Ｌ３．
Ｌ２ 、・・・ＬＯとして指定された）によって規定さ
れる各光経路の良さは、対応る、光はンザ経路長（Ｑ４
．Ｑｚ、・・・迂 ）に実質的に一致すべきである。任
意のセンサの経路長（ｆＬ、）と、対応る、復帰経路長
（Ｌｎ ）との間のミスマツチが増大る、につれて、基
準信号と干渉しかつ正確な位相差信号を発生る、第２の
信号の能力は、ぼぼ指数関数的に減少される。 動作において、光信号は光源１００から光学入力バス１
０２へ与えられる。バス１０２における光信号は、方向
性カブラ１０４によってファイバ光学遅延ライン１０６
に部分的に結合され、この信号は基準信号として機能る
、。入力バス１０２を介して伝わり続ける光信号の部分
は、カブラ１０８を介してセンサ１１０に結合され、こ
こで周囲環境情報は、これらの外部周囲環境の影響の結
果センサ１１０における変化によって引き起こされた光
学位相の修正の形で売上に押しつけられる。 センサ１１０の各々からの光信号は、方向性カブラ１１
２を介してファイバ光学復帰バス１１４上に結合される
。センサの光軽路長の差がＬ（よりもはるかに大きいと
きに、ファイバ光！％Ｉ帰バス１１４上への光信号の収
束時に強度変調が発生せず、したがって信号が互いに干
渉しないということが注目されよう。 復帰バス１１４を下って伝わる光信号は、方向性カブ５
１１６の各々において光ファイバ部分１１８上に部分的
に結合され、ここで信号は、基準信号に対してカブラ１
２０においてマツチされ、この基準信号は、遅延ライン
１０６から方向性カブラ１２４を介して、カブラ１２０
に取付けられた光ファイバセグメント１２２上へ結合さ
れる。 センサの経路長ｆＬ、は、対応る、基準経路長Ｌｎに実
質的に一致され、かつカブうおよびシステムの他の要素
における損失のために信号に影響が生じないと推測され
るので、カブラ１２０において比較された信号の相対位
相は、周囲環境の影響が光Ｉ！路の１９に影響を及ぼさ
ないならば、不変であるべきである。好ましくは、遅延
ライン１０６は、周囲環境の影響から遮蔽される一方で
、センサ経路の少なくともセンサ１１０部分は、周囲環
境の影響にさらされる。したがって、検出器１２６を介
して伝送された位相差信号は、関連る、センサ経路を介
して伝送された光信号の位相に影響を及ぼした周囲環境
状態を表わしている。 入力バス１０２および復帰バス１１４を遮蔽る、ことな
く、各検出器１２６は、各センサ１１０からの周囲環境
情報のみならず、入力バス１０２および出力バス１１４
からのその情報をも観察る、。入力バス１０２および出
力バス１１４を遮蔽る、ことなく特定のセンナナに関連
る、周ｒｆｆＪ環境情報を１ｑる１９の方法は、１２６
ａおよび１２６ｂなどの隣接る、検出器によって受取ら
れた信号を電子的に減算る、ことである。そのような減
算によって土じた差の信号は、これらの位相変化が隣接
る、検出器から受取られた信号の双方に表わされたであ
ろうから、入力バス１０２および出力バス１１４上で誘
起された位相変化とは無関係である。双方の信号に共通
しない唯一の情報は、異なるセンサ１１０ａおよび１１
０ｂと、センサ１１０ａおよび１１０ｂ間の入力および
出力バス１０２および１１４の部分とを介る、別々の経
路を伝わる期間中に信号に与えられた情報である。した
がって、そのような減算によって発生ずる信号は、隣接
る、センサ１１０ａおよび１１０ｂの間の領域に存在る
、これらの位相変化が、この領域全体にわたってどのよ
うに変化る、かということだけを表わしている。したが
って、隣接る、センサに同様に影響を及ぼづどのような
周囲環境の影響にも応答して、減算プロセスは、出力信
号にどのような変化も発止しないであろう。以上のこと
を考慮して、第１図の実施例は、各センサ１１０ａ。 １１０ｂ、・・・１１０ｎに対る、周囲環境環境の影響
がこれによって個別的かつ連続的にモニタされる手段を
提供している。 ここに説明された他の実施例と同様に、第１図の実施例
において、周波数シフタは、カブラ１０／ｌおよび１２
４ａの間の、第１図の遅延ライン１０６上などで、シス
テム内に選択的に配置されてもよい。周波数シフタは、
遅延ライン１０６上の光信号の周波数をシフトし、した
がって検出器１２６によって検出された一致された光信
号を゛ヘテロゲインパる、ために利用される。ヘテロゲ
インによって、センサ経路楚、から戻ってくる位相変調
された光信号は、より高い周波数の振幅変調された光信
号の比較的低い周波数の位相変調として検出器１２６に
入ってくる出力ライン上を搬送される。ヘテロダインは
、より低い周波数の周囲環ｔＱ影胃が所望の周波数レン
ジにおける小さな信号に対る、システムの感度を減少さ
せることを防ぐことができる方法を提供している。した
がって、所望の周波数レンジにおけるこれらの周囲環境
の影響は、より容易に識別され１！′？る。 このｎ的で利用される周波数シックの１９の好ましい実
施例は、先行技術において周知のブラッグセル（Ｂｒａ
ｎ ＣＱＩ＋ ＞変調器であり、その多くのタイプが
商業的に利用可能である。そのような周波数シフタは、
大きな光学装置から構成され、これらはファイバを分ｍ
ｉ″ることによってシステム内に挿入される。光はレン
ズによってそのような大きな光学装置へおよび光学装置
から結合される。周波数シフタに対る、ブラッグセルの
ような大きな光学装置の使用がシステムの損失を増大さ
せかつ性能の全体的効率および質を減少させるというこ
とは明白となろう。周波数シフタを必要とせずかつ大き
な光学装置の使用に含まれる損失を被ることなく、この
発明のコヒーレンス分散センサにおけるヘテロダインを
達成る、他の手法は、第１６図を参照して後で詳細に説
明される。 この発明における光信号の結合に関して、たとえばカブ
ラ１０４．１０８および１１２を含む好ましいファイバ
光学方向性カブラのより詳ｆｉｌｌな説明が、第２図を
参照して与えられている。特に、このカブラは、その一
方の側部から除去されたクラッドの部分を有る、シング
ルモードファイバ光学材料からなる、第２図において１
５０Ａおよび１５０Ｂとして表示された２つの光ファイ
バストランドを含んでいる。これらの２つのストランド
１５０Ａおよび１５０Ｂは、それぞれブロック１５３Ａ
および１５３Ｂに形成された、弧状のｐｉ１５２Ａおよ
び１５２Ｂに取付けられている。ストランド１５０Ａ、
ｔ５よび１５０Ｂは、接近して間隔を保った関係でクラ
ッドが除去されたストランドの部分が、ストランドのコ
ア部分の間で光が転送される相互作用領域１５４を形成
る、ように配置される。除去される材料のｍは、各スト
ランド１５０Ａおよび１５０Ｂのコア部分が、他方のエ
バネセントフィールド内に来るようにされている。 カブラの中心におけるストランド間の中心間距離は典型
的には、コアの直径の約２ないし３倍よりも小さい。 相互作用領域１５４におけるストランド間で転送される
光は指向性を有る、ということに注目る、ことが重要で
ある。すなわち、入力ボートＡに加えられる光の実質的
にすべてが、ボートＣに逆方向結合る、ことなく出力ポ
ートＢおよびＤに伝えられる。同様に、入力ボートＣに
加えられた光の実質的にすべてが、出力ポートＢおよび
Ｄに伝えられる。さらに、この指向性は、対称的である
。 したがって、入力ボートＢまたは入力ボートＤのいずれ
かに与えられた光は、出力ポートＡおよびＣに伝えられ
る。さらに、このカブラは本質的に、偏光に関して識別
不能であり、したがって結合された光の偏光を保つ。し
たがって、たとえば垂直偏光を有る、光ビームがボート
Ａに入力されると、ボーｈ ＡからボートＢまで真直ぐ
に通過る、光と同様に、ポート八からボートＤまで結合
された光は、垂直に変更されて留まるであろう。 以上のことから、カブラは、第１図のカブラ１０４によ
って実現されるように、与えられた光を２つの光経路に
分割でるビー１１スプリツタとして機能る、ということ
が理解されよう。 第２図に示された実施例において、このカブラは、互い
に対る、ファイバの配置に基づいて変化される結合効率
を有している。ここで用いられているように、゛°結合
効率′°という用語は、全出力パワーに対】る結合され
たパワーのパワー比率として定義され、パーセントで表
わされる。たとえば、第２図を参照すると、もしも光が
ボートＡに加えられると、結合効率は、ボートＢおよび
Ｄにおけるパワー出力の合計に対る、ボートＤにおける
パワーの比率に等しくなるであろう。 第１図の分散されたセンサの並列構成において、相対的
な経路長のおよびカブラの結合効率の注意深い調整が必
要である。このシステムをいくらか簡略化しているこの
発明の１９の好ましい実施例が第３図に描かれている。 第３図の構成において、光信号が光源１００からファイ
バ光学入力バス１○２内へ供給され、ここでこの信弓は
方向性カブラ１０８ａ−１０８ｎを介してレンチ１１０
ａ−１１００内へ、さらにその後カブラ１１２ａ−１１
２ｎを介してファイバ光学復帰バス１１４内へ結合され
る。隣１ｇる、センサ光学経路長における差は、光源１
００の光源コヒーレンス長よりも長くなるべきである。 第３図の実施例において、光源はパルス化されて、入力
バス１０２．ｊＪよび方向性カブラ１０８ａ−１０８ｎ
を介して種々のけンサ１１０に分散される入力パルス２
０１を発生ずる。パルス２０１がライン１０２を下って
伝わりかつ種々のセンサ１１０に分散されるときに、パ
ルス列２０３が復帰バス１１４上に発生し、この列にお
ける各パルスは異なるセンサ１１０から到達る、。この
列２ｏ３における各パルス間の間隔は、隣接る、センサ
１１０間の光経路の差に基づいている。したがって、こ
の列における第１のパルスは、この光パルスが光源１０
０と復帰バス１１４との間で恐も短い移動時間を有して
いるので、センサ１１０ａを介して伝えられたパルスに
対応る、であろう。 同様に、第２の光パルスは、このパルスが光［１００か
ら復帰バス１１４への次に最も短い光経路長を有してい
たので、センサ１１０ｂから与えられたパルスに対応る
、であろう。この実施例におけるパルスの間隔は、この
パルス化されたシステムがコヒーレンスに依存しないの
で光源のコヒーレンス長に基づいていない。それゆえに
、広範囲のコヒーレンス長のいずれの光源もこの実施例
において用いられる。 もちろん、光源１００からのパルスのパルス長は、セン
サからの復帰パルスが互いに重なり合わないように調整
されるべきである。さらに、光源１００からのパルスは
、センサからの復帰パルスがアレイの次のサンプリング
からのパルスと重なり合わないように時間調整されるべ
きである。たとえば、光源１００からのパルス長があま
りにも長ければ、センサ１１０ａから復帰バス１１４上
に伝えられたパルスの長さは、センサ１１０ｂからのパ
ルスの前縁がカブラ１１２ａを介して復帰バス１１４上
に通過る、前にカブラ１１２ａにおいてバス１１４上に
パルスの終わりが配置されないようにされてもよい。同
様に、光源１００からのパルスのタイミングがあまりに
も近接していれば、光源１ ’ＯＯからの第１のパルス
に対応る、センサ１１０ｎからの出力パルスが復帰バス
１１４上でカブラ１１２ａを通過る、萌に光源からの第
２のパルスに対応る、センサ１１０ａからの出力パルス
が復帰バス１１４上に与えられ１！？るであろう。これ
らの状況のいずれにおいても、復帰バス１１４からパル
スを受取る検出器が、どのセンサからこれらのパルスが
受取られたかを判断る、ことは実質的に不可能であろう
。 パルスの列２０３は、ファイバ光学復帰バス１１４に沿
ってマツハ−ツエンダ干渉計２００の入力に伝送され、
この干渉計は、カブラ間の第１のアーム２０６を規定る
、ようにファイバ光学復帰バス１１４−上に配置された
１対の方向性カブラ２０２および２０４を備えている。 第２の長さの光ファイバ２０８は、カブラ２０２４３よ
び２０４問で干渉計の第２のアームを規定る、ようにカ
プラ２０２および２０／Ｉにおいてその両端のいずれに
おいても取付けられている。アーム２０６および２０８
の光経路長の差は、連続る、センサの光経路長間の差に
実質的に等しいであろう。 上述のように選択されたアーム長さで、より長いアーム
２１０を通過る、列２０３からの第１のパルスの部分が
短い方のアーム２０６を通過る、列２０３からの第２の
パルスの部分と実質的に同時にカプラ２０４に到達る、
ように、パルスは干渉Ｋｆ ２００を通過る、。同様に
、アーム２１０を通過る、第２のパルスの部分が、アー
ム２０６を通過る、列２０３からの第３の信号の部分と
実質的に同時にカプラ２０４に到達る、。したがって、
干渉計２００は、隣接る、センサからの出力信号の光学
カブラ２０４に混合を引起こすであろうということが示
されている。 カプラ２０４から出力される混合された信号は、カプラ
２０４の上を延びるファイバ２０８のその部分上に配置
された検出器２１２に伝えられる。 検出器２１２は、混合された信号を受取り、この信号は
、１３！１連る、センサに影響を及ぼす周囲環境環境パ
ラメータのグラディエンドを表わしている。 ｂちろｌυ、そのような光出力信号をモニタしかつ評価
る、ための技術において通常用いられているタイプの適
当な測定貸賃（図示せず）が、実施例の各々に対る、検
出器の出力に接続されている。 周波数シフタ２１０は、干渉計２００の一方のアームに
選択的に配置されて、第１図の実施例に関して既に説明
されたヘテロゲインされた出力を発生る、。第３図に描
かれた実施例において、周波数シフタ２１０は、干渉計
２００のアーム２０８に配置される。 分散されたセンサシステムの他の好ましい実施例が第４
図に描かれている。この実施例において、連続波の光レ
ーザのような光源１００が、ファイバ光学入力バス１０
２に光学的に接続されており、方向性カブラ１０４がこ
の上に固定されている。 バス１０２を複数のセンサ１１０に光学的に接続る、複
数の光学カブラ１０８が入力バス１０２に沿って一定間
隔保った関係で固定されており、これらのセンサ１１０
自体は複数の光学カブラ１１２を介してファイバ光学復
帰バス１１４に光学的に結合されている。この構成は、
第１図に描かれた実施例のセンサアームの梯子形ネッＩ
〜ワークに対応している。再度、第１図のシステムと同
様に、隣接る、センサの光経路長の間の差は、光源１０
０の光源コヒーレンス長よりも大きくなければならない
。 ファイバ光学遅延ライン２５０の一端が、入力バス１０
２と光学的結合関係に入るようにカブラ１０４内に固定
されている。方向性カブラ１０４から、ファイバ光学遅
延ライン２５０は、可変遅延ライン２５４に光学的に接
続されている。描かれた可変遅延ラインは、大ぎな光学
装置を含んでいる。たとえば、回転可能なミラー装置が
、光経路を変え、したがって信号遅延を変化させるため
に用いられる。長さの小さな変化に対して、ファイバ２
５０の一部分は、−片のＰＺＴの近くに固定され、この
ＰＺＴは、ファイバ２５０の光経路長を拡張しまたは減
少る、ように望まれた通りに、拡張しまたは収縮る、よ
うにされている。 好ましくは、すべてのファイバ光学遅延ラインは、この
発明において利用される。この発明に用いられるファイ
バ光学可変遅延ラインの１９の好ましい実施例が、１９
８２年１１月１２日に出願され、゛連続可変ファイバ光
学遅延ライン（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａ
ｂｌｅ Ｆｉｂｅｒ ＱｐＮｃ ［）ｃｌａｙ １
ｉｎｅ ）″と題された同時継続中の特許用１１ｊＰＣ
Ｔ／Ｕ、８．８２１０１６０９におイテ開示されている
。この特許出願は、国際公開番号ＷＯ３４１０２００６
として１９８４年５月２４日に公開された。この特許出
願は、本願の譲受人に四渡された。この可変ファイバ光
学遅延ラインはまた、Ｊ。 Ｅ 、３ｏｗｅｒｓ ａｔ ａｌによる、エレクトロニ
クスレターズ（Ｅ １ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌ ｅｎ
ｔｅｒｓ）の第１８巻第２３号の第９９９頁なイシ第１
０００頁（１９８２年１１月１１日）の″°ファイバ光
学可変遅延ライン（Ｆ １ｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｖ
ａｒｉａｂｌｅ Ｄ ｅｌａｙ Ｌｉｎｅｓ） ”
において開示されている。上述の文献は、援用されてこ
こに取入れられている。これらの文献において援用され
たファイバ光学遅延ラインの好ましい実施例は、後でよ
り詳細に説明される。 可変遅延ライン２５４は、他方の光ファイバ２５１の一
端に光学的に接続されており、この光フフイバ２５１は
カブラ２５２内にその他端が固定されており、これによ
り復帰バス１１４との光学的結合関係に入っている。検
出器２５６は、復帰バス１１４の端部にまたはファイバ
２５１に光学的に接続されており、これによりバス１１
４からの信号と、カブラ２５２におけるライン２５１か
らの信号との結合によって発生した干渉信号を受取る。 光信号を処理しかつ評化る、他の装置が検出器２５６に
接続されてもよい。 動作において、連続波光信号は、光源１０ｏから入力バ
ス１０２を介してカブラ１０４に伝えられる。光信号の
一部は、入力バス１０２上を伝わり続け、さらに第１図
に関して既に説明した態様でカブ５１０８を介して、セ
ンサ１１０およびカブラ１１２を通じてファイバ光学復
帰バス１１４へ伝送される。 カブラ１０４から、光学１００からの光信号の一部は、
遅延ライン２５０を介して、可変遅延ライン２５４を介
して、そして光ファイバ２５１を介してカブラ２５２に
進み、ここで復帰バス１１４上の信号と干渉して、バス
１１４およびファイバ２５１上の信号間の位相差を含む
信号を発生る、。 可変遅延ライン２５４は、ファイバ遅延ライン２５０の
光経路長を有効に変化させるように作動し、これにより
遅延ライン２５０の光経路長を、センサ１１０を介して
規定された種々の光経路の各々といくつかの点において
マツチる、ようにさせる。この点で、特定のセンサ１１
０からの光信号は、ライン２５１上の信号と干渉し、上
述の位相差信号を発生し、このセンサに影響を及ぼす周
囲環境状態を規定る、情報を提供る、。この態様で各セ
ンサがモニタされる周波数は、可変遅延ライン２５４が
作動される速度に依存している。種々の遅延ライン２５
４は、種々のセンサによって規定される経路のすべての
光経路長を一致させるために、広いレンジを必要とる、
ので、種々のセンサの信号間の相対遅延が大きいときに
そのような構成はより実行し難い。 選択的に、周波数シフタ２５８は、第４図の実施例のフ
ァイバ遅延ライン２５０に含まれてもよく、これにより
第１図に関して既に説明されたヘテロゲイン信号を提供
る、。 第４図の実施例は、センサ間の大ぎな相対遅延を含むセ
ンサシステムへの使用にとって利用可能ではないかもし
れないが、第５図に描かれたようなフィードフォワード
システムにとっては理想的である。特に第５図を参照る
、と、システムのこの実施例は、光１ａｉ１００を含ん
でおり、この光源１００は、ビームスプリッタ３００に
伝送される光信号を与え、このビームスプリッタ３００
は光信号の少なくとも一部を偏光子３０２に伝送る、よ
うに光学的に結合されている。１９の好ましい実施例に
おいて、偏光子３０２は、所望の方向に信号を偏光る、
ように光信号と一致して配置された、−片のシート状の
偏光子のような大きな光学偏光子を含んでいる。偏光子
３０２から、信号がレンズ３０４を介して通過し、この
レンジ３０４は、光信号を複屈折光ファイバ３０６の端
部に向ける。 複屈折ファイバ３０６は、２つの偏光軸を含み、これら
の軸は、上述の並列システムにおける入力および復帰バ
ス、１０２および１１４と同一の態様で偏光された光を
搬送る、ように機能る、。光学タップ３０８ａ−３０８
ｎは、ファイバの２つの偏光軸間で偏光された光信号を
結合る、ために、選択された位置で複屈折ファイバに位
置決めされる。パルス化されたレーザ光源を利用しない
並列システムのこれらの実施例によると、光源と、いず
れかの２つの隣接る、タップの各々との間の光経路長の
差が光源の光源コヒーレンス長よりも大きくなるべきで
ある。第５図の実施例において利用されるタップの１９
の好ましいタイプは、ＲｏＣ、Ｙ ｏｕｎｕｕｉｓｔ、
Ｊ 、 Ｂ ｒｏｏｋｓおよびＨ，５ｈａＷによる
オプティクスレターズ（Ｑ ｐｔｉｃｓ Ｌ ｅｔｔ
ｅｒｓ＞の第８巻の第６５６頁（１９８３年１２月）の
゛複屈折ファイバ偏光カブラ（Ｂ ｉｒｅｒｒｉｎｇｅ
ｎｔ−Ｆ １ｂｅｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｃｏｕｐｌｅｒ） ”において詳細に８１明されている
。この文献は、援用されてここに取入れられている。さ
らに、この文献において開示されたタップは、第２７図
および第２８図に関して優でより詳細に説明される。 複屈折ファイバ３０６の出力は、それを交差された偏光
子３１２に伝えるようにレンジ３１０を介して伝送され
、この偏光子３１２は、偏光子３０２に対して直角に配
向され、これにより偏光子３０２によって停止されなか
った偏光のどの光の通過も禁止る、ということを除いて
、偏光子３０２と同一の偏光子を含んでいる。゛したが
って、交差された偏光子３１２を介して通過る、光は、
非干渉光信号のグループを含ｌνでおり、これらの信号
の各々は、それらがそこを介して進んだ複屈折ファイバ
３０６の特定の部分に影響を及ぼした周囲環境状態を識
別る、。 交差された偏光子３１２からの出力は、ビームスプリッ
タ３００と同一であり（りる他のビームスプリッタ３１
４に伝えられる。ビームスプリッタ３１４に出会う信号
の一部は、そこを介して検出５３２０に伝送され、この
検出器３２０はそれ自体、位相差を検出る、ためのおよ
び複屈折ファイバ上に作用して位相差を発生る、周囲環
境状態にこれらの位相差を関連づけるモニタリングおよ
びＷＰｆｉｌＥｖｉ’ａ （図示ｆｆｆ＞ ニ相ＵＦＩ
Ａサレ６゜再度ビームスプリッタ３００を参照る、と、
ビームスプリッタ３００を介して通過されない光源１０
０から伝えられた光の部分は、信号を光ファイバ３１６
の端部に向ける他のレンズ３１５を介して伝えられる。 ファイバ３１６は、可変遅延ライン３１８に接続され、
この可変遅延ライン３１８は、先に参照されたファイバ
光学タイプのものであってもよくまたは先行技術におい
て周知の態様でミラー構成を移動させることによって大
きな光学装置を含んでもよい。可変遅延ライン３１８か
ら、光信号は好ましくは、レンジ３１３を介してビーム
スプリッタ３１４に伝■され、ここでこの光信号は、偏
光子３１２から伝送された信号と混合され、その結果も
たらされた位相差信号は検出器３２０によって受取られ
る。 ビームスプリッタ３００から光ファイバ３１６を介して
通信される光信号は、ファイバ３０８を介して対応る、
光経路長を伝わる信号と比較される基準信号を含／υで
いる。この態様で、このシステムは、複屈折ファイバ上
の周囲環境の影響によって引起こされた２つの信号間の
位相のシフトを識別る、。ファイバ３０８を介る、種々
の光経路長は、可変遅延ライン３１８の使用によって装
置の基準信号アームに与えられる。したがって、基準信
号アームは、関心のある種々のファイバ長をスキャンし
、ビームスプリッタ３１４においてファイバ３０８の対
応る、光経路長の光信号と干渉る、であろう光信号を発
生る、。 複屈折ファイバ３０６の２つの偏光軸は、同様の群速度
を有しているので、可変遅延ラインは、広いレンジ全体
にわたってスキャンる、必要はないが、レーザは、タッ
プが互いにかなり影響を及ぼすことなく合理的に接近し
て（約１ｍだけ離れて）配置され１！Ｐるのに十分短い
コヒーレンス長を伴なって存在る、。 第５図のシステムにおいて、２つのファイバ偏光に異な
って影響を及ぼす周囲環境パラメータが検出され得る。 選択的に、周波数シフタ３２２は、可変遅延ライン３１
８の出力とビームスプリッタ３１４との間に設けられて
、第１図に関して既に説明されたようにヘテロゲイン信
号を供給る、ことができる。 第６図を参照る、と、分散されたセンサシステムの他の
実施例が描かれている。第６図のシステムは、センサに
影響を及ぼしている周囲環境パラメータの時間微分を測
定る、ように構成されている。このシステムは、電子的
または機械的にパルス化された連続波レーザ、または自
己パルス化レーザのいずれかを含むことができるパルス
光源１００を利用している。光源１００は、ビームスプ
リッタ３５０に通信されるパルスを含む光信号を発生し
、これにより光信号の少なくとも一部分は、ビームスプ
リッタ３５０を介して及びレンズ３５２を介して光ファ
イバ入力バス１０２内へ通過させられる。入力バス１０
２からのパルス信号はその後、カブラ１０８を介してセ
ンサ１１０へ、さらにその後カプラ１１２を介して光′
ｙ′復帰バス３５４へ通信され、このバス３５４は、一
般的に３５６で示され、第１のセンサ１１０ａとビーム
スプリッタ３５０への復帰経路との間に配置された遅延
された部分を含んでいる。信号は、遅延部分３５６を介
して、およびレンズ３５８を介してビームスプリッタ３
５０まで通過る、。方向性カブラはビームスプリッタ３
５０の代わりに用いることができ、レンズ３５２．３５
８および３６０の必要性を打消している。 光源１００からの信号がビームスプリッタ３５０に出会
うときに、この信号の一部分はレンズ３５８を介して下
方におよび復帰ライン３５４のファイバ遅延部分３５６
内に伝送される。遅延された部分３５６を通過したとき
に、信号はカブラ１１２を介してセンサ１１０へ、さら
にその後カプラ１０８を介してファイバ光学入力バス１
０２へ通信される。この信号はその後、レンズ３５２を
介しでビームスプリッタ３５０に伝送される。入力バス
１０２から任意のセンサ１１０を介してさらにその後フ
ァイバ遅延ライン３５６を介して進みビームスプリッタ
３５０に戻るパルスが、最初に遅延ライン部分３５６を
介しておよびその同じセンサ１１０を介して進みその後
入カライン１゜２を介してビームスプリッタ３５０に戻
るパルスと同じ光経路を進むということが注目されよう
。 したがって、これらの２つのパルスは、実質的に同時に
ビームスプリッタ３５０に到達し、互いに干渉しかつ干
渉信号の位相差を含む信号をビームスプリッタ３５０の
出力に与えるであろう。これらの干渉信号は同時にアレ
イに入ったが、しかし異なる時間において同一センサを
介して通過したので、最初にアレイに入−）ｌ：パルス
（、を遅延されたパルスよりも速く周囲環境をサンプリ
ングる、であろう。その結果、２つの干渉信号によって
ビームスプリッタ３５０において生じた位相差信号は、
センサのオーバタイムによって検出されＩζ周囲環境に
おける変化を表わしている。 ビームスプリッタ３５０からの位相差信号は、光学レン
ズ３６０を介して検出器３７０に通信される。検出器３
７０は、種々のセンサにおける周囲環境状態を判断る、
際に用いられる他の従来のモニタリングおよび評（ｉｌ
Ｉｉ装置に接続される。 選択的に、位相変調器３６４は、レンズ３５８と遅延ラ
イン３５６との間で復帰ライン３５４上に含まれる。こ
の位相変調器は、サグナック（Ｓａｏｎａｃ ）ファイ
バ光学ジャイロスコープに関して周知の態様でシステム
の感度を改善る、ために用いられる。そのような手法は
、たとえば、Ｒ，ＬＪＩｒｉｃｈによるオブティクスレ
ターズ（Ｑ ｐｔｉｃｓＬ ｅｔｔｅｒｓ）の第５巻の
第１７３頁ないし第１７５頁（１９８０年）の“低いド
リフトを伴なったファイバ光学回転センサ（Ｆ １ｂｅ
ｒ Ｏｐｔｉｃ Ｒｏｔａｔｔｏｎ ５ｃｎｓｏ
ｒ ｗｉｔｈ Ｌ ０１ Ｄ ｒｉｆ’む）″に
おいて議論されており、この文献は援用されてここに取
入れられている。代わりに、位相変調器は、第１１図を
参照してここで議論された方法に従って周波数シフトさ
れた信号を発生る、ために用いられてもよい。 第６図のシステムにおいて、第３図の装置と同様に、光
信号はパルス信号であるということに注目されよう。そ
れゆえに、カブラ１０８およびセンサ１１０の位置決め
は、光源の光源コヒーレンス長に依存しない。しかしな
がら、第３図のパルス構成と同様に、光源１００からの
パルスは、セン畳すからビームスプリッタ３５０に戻る
パルスが互いに重なり合わず、光源１００からの次のパ
ルスによって発生したパルスと干渉しないように時間調
整されるべきである。 第６図のセンサシステムの幾何学的形状は、ビームスプ
リッタ３５０から伝送された２つの信号の光経路が同一
であり、かつしたがってこれらの２つのパルスの良好な
干渉が容易に実現されるという利点を有している。この
アプローチの１９の欠点は、相対的な位相遅延と遅く比
較される周囲環境の変化が検出る、ことが困難であると
いう点で周波数依存型であるということである。ファイ
バの長い長さは、音声信号のようなゆっくり変化る、信
号を検出る、ために必要であろう。 上述の実施例の各々は、短いコヒーレンス長の信号源の
使用によってモニタされるが、一方でセンサの出力を未
だにヘテロダインさせるファイバ光学センサの分散され
たアレイを規定している。 さらに、連続波信号源を利用る、実施例は、センサをデ
マルチプレクスる、新しい手法を提供している。この手
法は、光源のコヒーレンス長よりも非常に長い距離だけ
センサを分離し、さらにその後中央処理位置に干渉計ミ
キサ（カブラ）を合理的に配置る、ことを含んでおり、
これによりセンサは連続的にモニタされ、それらの出力
は、特定のセンサからの出力が容易に識別されるように
分離されている。 直ｍ この発明の分散されたセンサシステムの他の構成は、“
直列構成”または“直列システム゛′と呼ばれ、このシ
ステムはリードの不感度を示しているが、しかし並列シ
ステムよりもさらにノイズを受ける。この直列システム
の発明としての実態は、並列システムの発明としての実
態と重なり合っているが、同一ではない。 直列システムの１９の好ましい実施例が第７図を参照し
て説明され、この第７図は、議論の目的でｒｆＪ単な２
−センサシステムを描いている。しかしながら、甲に第
７図に描かれた構成を拡張る、ことによって実質的にど
のような所望の数のセンサもこのアレイにおいて利用さ
れ得るということが評価されよう。第７図の実施例は、
好ましくは短いコヒーレンス長の連続波の光信号を発生
る、レーザダイオードのような光源１００を含んでいる
。光源１００は、好ましい実施例においてシングルモー
ドファイバである光ファイバ４０２に光学的に接続され
ている。 ′ａＷ！ｉのマツハ−ツエンダ干渉計は、ファイバ４０
２上に配置された、４０４．４０６として一般に識別さ
れたセンサを規定している。各センサ４０４．４０６は
、入力光学カブラ４０７ａ 、４０７ｂと、光ファイバ
４０２上の結合装置に位置決めされた出力光学カブラ４
０８ａ 、４０８ｂとを含んでいる。センサ４０４およ
び４０６の各々におけるカブラ４０７．４０８間に配置
されたファイバ４０２の部分は、それぞれ、これらのセ
ンサのアーム４０９および４１１を規定る、。センナ４
０４．４０６の各々は、光ファイバ部分を含んでおり、
この光ファイバ部分は、これらの結合位置においてファ
イバ４０２に光学的に結合されるようにカブラ４０７お
よび４０８の一方にその両端の各々において接続された
干渉計アーム４１０および４１２を含んでいる。 アーム４０９および４１０間のまたは４１１および４１
２間の長さの差は、それぞれ各センサに対して異なる長
さ廷、または立２を有る、光経路差を規定る、。この光
経路長の差１．および見２）は、光源１００の光源コヒ
ーレント長（Ｌ、）よりもはるかに大きく、これにより
任意のセンサ４０４または４０６のアーム４０９および
４１０間のまたは４１１および４１２間の相対位相の変
化は、センサ出力において検出された強度変調に変換さ
れないであろう。複数のセンサに対して、相対経路長の
差之、および１２は、設計上考慮すべき事項として後で
詳細に議論される手順に従って選択される。 カブラ４０８ｂから、ファイバ４０２は、ファイバ４１
６をファイバ４０２との結合関係に持ってくるように、
光ファイバ４１６の一端に延びるとともに、ファイバ４
０２上に固定される他方の光学カブラ４１４へ延びる。 カブラ４１４がら、ファイバ４０２はさらにマツハ−ツ
エンダ干渉計に光学的に接続され、この干渉計は、それ
自体１対の光学カプラ４２２ａおよび４２４ａを含むレ
シーバ４１８を備えており、これらのカブラは、カブラ
４２２ａおよび４２４ａの間で延びるファイバ４０２の
部分を含む第１のレシーバアーム４２６を規定る、よう
に、ファイバ４０２上の結合構成で位置決めされている
。第２のレシーバアーム４２８は、これらの位ｎの各々
において光ファイバ４０２に光学的に結合されるように
、その両端の各々の近くで光学カブラ４２２ａおよび４
２４ａに接続された光ファイバの部分を含んでいる。 他方の７ツハーツエンダ干渉計は、それ自体１対の光学
カプラ４２２ｂおよび４２４ｂを含むレシーバ４２０を
含んでおり、これらのカプラは、カプラ４２２ｂおよび
４２４ｂの間を延びるファイバ４１６の部分を含む第１
のレシーバアーム４３０を規定る、結合構成で光ファイ
バ４１６に配置されている。第２のレシーバアーム４３
２は、これらの位置の各々においてファイバ４１６に光
学的に結合されるように、その両端の各々の近くでカプ
ラ４２２ｂおよび４２４ｂに接続された光ファイバの部
分を含んでいる。 レシーバ４１８におけるアーム４２６および４２８の光
経路差し、は、できるだけ近く、センナ４０４のアーム
４０９および４１０の光軽路差見、と一致すべきであり
、これによりアーム４０９および４１０を介して通過る
、光ｌｌ！１００からの光信号はレシーバ４１８のアー
ム４２６および４２８によってシステムにおける伯の信
号から分離され１！７る。光経路差し、および之、の間
の一致がより近づけば近づくほど、カプラ４２４ａにお
ける干渉はより良好になり、アーム４２６および４２８
における光の間の位相差を示す。Ｌ＋および史１の間の
差が増大る、につれて、カプラ４２４ａにおける干渉は
、これらの２つの光経路差の間の差に対してほぼ指数関
数的関係で劣化されるようになる。もちろん、これはま
た、センサ４０６のアーム４１１および４１２の光経路
の差ＩＬ２に比較してアーム４３０および４３２の光Ｉ
！路差Ｌ２の闇の差に対しても真実である。再度、Ｌ２
は、庭、と可能な限り近く一致すべきである。 より詳細に説明る、と、第７図のシステムにおいて、も
しも光源コヒーレンス長がセンサの光経路差のいずれよ
りもはるかに短いならばそして見、およびｆＬ２のよう
なセンサの光経路差の間の差が適当にセットされるがそ
の後センサシステム全体を通じて数多くの光経路が有効
であるならば、レシーバの任意の出力カブラ４２４にお
いて干渉る、信号を発生る、であろう一定のｖ回路のみ
がシステムを通じて存在る、であろう。 たとえば、光ファイバ４０２、センサ４０４のアーム４
１０、センサ４０６のアーム４１１、およびレシーバ４
１８のアーム４２６によって規定される光軽゛路を進む
第１の光信号は、センサ４０４に影響を及ぼす周囲環境
状態を表わす情報を搬送る、であろう。もしもアーム４
０９に対る、アーム４１０の光経路差が、アーム４２６
に対る、アーム４２８の光経路差に接近して一致してい
れば、そのときはカプラ４２４ａにおいて干渉をもたら
すであろう光学基準信号は、ファイバ４０２、センサ４
０４のアーム４０９、センサ４０６のアーム４１１およ
びセンサ４１８のアーム４２８によって規定される光経
路を進む。上述のように規定された２つの光経路は、異
なるシステム要素を介して進むが、長さにおいて実質的
に同一である。 一方で、システムを介る、すべての他の光経路は、これ
とは異なった長さのものであり、したがってこれらの２
つの経路を進む光とは干渉しない。互いに干渉る、他の
経路のみが、アーム４１１を上述の議論におけるアーム
４１２によって置換えることによって得られる。この干
渉経路の対は、他の経路の対と同じ周囲環境情報を搬送
し、これにより前古の経路の対によって発生した干渉信
号は、Ｗ者の経路の対によフて発生した信号を補強る、
。 後で議論される設計上の考慮すべき事項に従ってこのシ
ステムが設計されているので、どのような他のＩ！路の
対も干渉しないであろう。 カプラ４２４ａを介して光波を干渉させることによって
発生した信号は、これらの光波間の位相差を表わしてお
り、かつセンサ４０４のアーム４１０上の周囲環境状態
の影響を表わしている。この情報は、カプラ４２４ａか
ら検出器４３４へ通信され、そこに相互接続された従来
のモニタリングおよび評価１！！ｆ（図示せず）を利用
可能にしている。 レシーバ４１８からの位相差出力信号の発生を取巻く条
件は以上のように説明されたが、同じ種類の説明もまた
、レシーバ４２０からの位相差出力信号の発生に適用さ
れ、センサ４０６のアーム４１１に関してアーム４１２
に影響を及ぼす周囲環境状態を識別る、。 第７図の直列構成において、レシーバ４１８および４２
０は好ましくは、そこを介して伝送されている光波の位
相に影響を及ぼすかもしれない周囲環境状態から遮蔽さ
れる。このシステムはセンサ自身における場合を除いて
周囲環境に不感性であるので、この目的のために他のど
のような遮蔽もこの直列システムには必要ではない。こ
の不感度は、システムにおける光信号が、センサによっ
て規定された経路を除いて共通経路に沿って通信される
という事実によるものである。したがって１、 共通経
路における光信号に影響を及ぼす周囲環境影響は、これ
らの経路における光信号間の位相差にどのような変化も
発生しないであろう。光は異なる経路を進むので、発生
された位相差の唯一の変化は、センサ自体において生じ
るであろう。 第７図に関して説明された構成は、直列構成の１９の代
表的な実施例を含んでいる。この構成は、類似した構成
で現在そこにあるセンサと直列に、ライン４０２上に他
のセンサを加えることによって、およびライン４０２上
または４１６のようなライン上のいずれかにカブラ４１
４のような付加的なカブラを設けることによって必要な
だけ拡張る、ことができ、レシーバ７１１８および４２
０の態様で構成された付加的なレシーバに対る、入力を
与えることができる。 上述の説明に基づいて、第７図に描かれたような直列構
成は、リード不感性の分散されたセンサシステムを規定
し、さらにそれゆえに最小の周囲環境遮蔽を必要とる、
ということが明白となろう。 この直列構成はまた、システムにおける各センサの連続
的なモニタリングを許容る、すべてのファイバ光学セン
サシステムを描いている。 第７図のシステムに関して、各センサはそこから光が漏
れる自由端を有る、ということが注目されよう。これは
損失をもたらしているが、方向性カブラの結合定数を適
正に選択る、ことによって、多数のセンサに対してさえ
パワーの損失は比較的小さなものに保たれ得るので、深
刻な問題ではない。これらの結合定数を選択る、方法は
、以下に詳細に説明される。 原則的に、各センサの双方のボートからのファイバが次
のセンサを形成し続ける、第８図に描かれたようなシス
テムをもたらすことによって、第７図におけるセンサの
露出された端部からのパワーの損失を避けることができ
るかもしれない。したがって、第７図の実施例は、カブ
ラ４０８ａおよび４０７ｂを、センサ４０４のアーム４
１０とセンサ４０６のアーム４１２との間に通信をもた
らす単一のカブラ４４０で誼換えることによって、およ
びこれらのアームを光ファイバ４４２として指定された
連続る、光ファイバの一部として構成る、ことによって
修正される。さらに、ファイバ４４２からの光の一部を
光ファイバ４４６内に光学的に結合る、ように、光学カ
ブラ４４４が光ファイバ４４２上に配置され、光ファイ
バ４４６は、レシーバ４２０のアーム４３２の延長を含
んでいる。 そのようなシステムが損失を取除くであろうということ
は明白であるが、そのようなシステムにおいて２つのフ
ァイバの間で光が結合る、ときに発生る、π／２の位相
シフトが重要になる。感知干渉計の１９の人力ボートか
らの光が、短い方のアームに入ってくる光に関してπ／
２だけ遅延されて長い方のアームに入ってくる。第２の
入力ボートからの光は、π／２ラジアンの相対遅延を伴
なって短い方のアームに入ってくる。相対遅延における
この差は、２つの入力ボートの各々に入ってくる光にｒ
ｇＪ連る、信号間の打消しをもたらし、これによりもし
もすべてのカブラが、結合されたファイバ間で光信号の
５０％を通信る、結合係数にセットされれば、そのとぎ
は第１のセンサのみが何らかの信号を発生る、であろう
。 もしも結合係数がより適当な値に調整されれば、そのと
きはこの種のシステムは、不連続なシステムによって発
生されるよりもわずかに強い信号を発生る、が、しかし
このような信号は感知干渉計に所望の感知位＠間のファ
イバの全体の長さを含ませることを犠牲にして獲侍され
る。これはまた、干渉計を含まない並列ファイバに遮蔽
が加えられな
【プればならず、さもなければレシーバに
到達る、光信号が、センサに影響を及ぼす周囲環境状態
だけでなくセンサとレシーバとの間を延びる並列光ファ
イバに影響を及ぼすこれらの状態をも反映る、であろう
ということを意味る、。関心のある特定のポイントにさ
らに局在る、センサ間のリンクとして、対応る、レシー
バを伴なわずに余分な干渉計を選択的に用いることもで
きるが、しかしそのようなリンクの負荷は、各センサに
関連る、信号−雑音比を劣化させる傾向がある。 それにもかかわらず、第８図の実施例は、選択された応
用例、特に第７図の実施例におけるように、レシーバ４
１８および４２０が並列に構成された応用例に対る、望
ましい構成を提供している。 そのような並列レシーバによって、センサの各々の連続
的かつ同時モニタリングが可能である。 第８図の実施例に比較して必要な周囲環境の遮蔽の大き
さを最小限にる、とともに、多くの応用例に対る、性能
を考慮して表面上合理的な妥協をもたらすことに加えて
、第７図に描かれたシステムの構成はまた、システム全
体を通していずれかのセン→Ｊまたはレシーバに存在る
、信号に対る、アクセスをもたらすことによって自由な
ファイバの端部がアライメントの必要性を簡略化る、と
いう実際的な利点を有している。 上述の並列および直列構成は、この発明の好ましい実施
例のいくつかを表わしているが、ここに説明されるこの
発明の特徴を示すコヒーレンス多重化センサネットワー
クに対して数多くの可能な構成が存在る、ということが
評価されよう。たとえば、第９図は、直列システムに似
たリード不感度を示づ可能なハイブリッド並列−直列コ
ヒーレンス多重化システムを描いている。 特に、Ｍ９図の実施例は、ファイバ光学入力バス１０２
に光学的に結合されたレーザダイオードのような光源１
００を含み、この入力バス１０２は、結合構成で入力バ
ス１０２の長さに沿って配置された光学カブラ１０８ａ
、１０８ｂ 、・・・１０８ｎを有る、。結合された
信号を入力バス１０２から、センサ５００ａ、５００ｂ
、・５００ｎを含む複数のマツハ−ツエンダ干渉計の１
９の入力に通信る、複数のファイバ光学入力ライン部分
５０１ａ 、５０１ｂ 、 ・５ｏ１ｎのうちの１９の
端部は、入力バス１０２と光学結合関係になるようにカ
ブラ１０８ａ 、１０８ｂ 、 ・＝１０８ｎの各々に
よって固定されている。 特に、センサ５００は各々、カブラ５０４と５０６との
間で延びる第１のセンサアーム５０２ａ。 ５０２ｂ、・・・５０２ｎを規定る、ように光ファイバ
５０１上に各々配置された、入力光学カブラ５０４ａ
、５０４ｂ 、−５０４ｎおよび出力光学カブラ５０６
ａ、５０６ｂ、−５０６ｎを含んでいる。他の光ファイ
バは、アーム５０２に光学的に結合されるようにその両
端の近くで光学カブラ５０４および５０６に接続されて
おり、第２のセンサアーム５０８ａ 、５０８ｂ 、−
５０８ｎを規定している。センサ５００は各々、各アー
ム５０２の延長である光ファイバ部分５０３ａ 、５０
３ｂ 。 ・・・５０３ｎに接続されている。光ファイバ部分５Ｏ
３は各々、対応る、カブラ１１２ａ、１１２ｂ。 ・・・１１２ｎによって固定され、このカブラはまた、
復帰バス１１４を光ファイバ部分５０３に光学的に結合
る、ためにファイバ光学復帰バス１１４に固定されてい
る。 アーム５０２とアーム５０Ｂとの間の光径路長の差は、
とのセンサに対しても光源１００の光源コヒーレンス長
よりも大きくなければならない。 センサの各々におけるアーム５０２および５０８の間の
光径路長の差は、いずれかの他のセンサの光径路長の差
よりも少なくとも１光源コヒーレンス長だけ異なってい
なければならない。さらに、センサ５００は、ファイバ
１０２および１１４に沿った選択された位置に配置され
、これによりカブラ１０８ａからカブラ１０８ｂに至り
カブラ５００ｂのアーム５０２ｂを介しカブラ１１２ｂ
にヱリさらにカブラ１１２ａに戻る経路の長さは、カブ
ラ１０８ａからセンサ５Ｏ−Ｏａのアーム５゜８ａを介
しカブラ１１２ａに至る経路よりも、光源１００のコヒ
ーレンス長よりも大きくかつ光源１００の少なくともコ
ヒーレンス艮だけすべてのセンサ５００の経路長の差５
０８および５０２とは異なる大きさだけ長くなければな
らない。同様の要求が他のセンサ間の間隔にもあてはま
る。この構成は、バス１１４上の異なるセンサからの信
号の干渉を排ことを要求される。 復帰バス１１４は、第７図におけるライン４０２のレシ
ーバ４１８および４２０への接続と同じ態様で、複数の
光学カブラ５０９ａ 、５０９ｂ 。 ・・・５０９ｎを介して複数のレシーバ５１０ａ、５１
０ｂ、・・・５１０ｎに相互接続されている。第９図の
レシーバは、入力光学カブラ５１２ａ、５１２ｂ 、
・５１２ｎと、出力光学カブラ５１４ａ。 ５１４ｂ、・ ５１４ｎと、センサアーム５１６ａ。 ５１６ｂ −＝５１６ｎと、センサアーム５１８ａ。 ５１８ｂ、・・・５１８ｎとを含んでいる。 第７図の構成と同様に、第９図のレシーバは各々、セン
サアーム５１６ａおよび５１８ａが、第７図の実施例の
経路長の差Ｌ１および立、に関して説明されたように、
アーム５０２ａおよび５０８ａの光軽路長の差立、に実
質的に一致る、光経路長の差し、を有る、ように構成さ
れている。さらに、アーム５１６ｂおよび５１８ｂの光
経路長の差Ｌ２は、第７図のレシーバ４２０および４１
８の光経路長の差Ｌ２およびり、の間の関係と同一の態
様で、アーム５１６ａおよび５１８ａの光経路長の差し
、にＹ１１通している。 動作において、第９図の光源１００は、カブラ１０８を
介してセンサ５００に通信される光信号を光フフイバ入
カバス１０２上に与える。センサ５００は各々、アーム
５０２に関る、アーム５０８上の周囲環境の影響を表わ
す光信号を与えている。この光信号は、カブラ１１２を
介して復帰バス１１４に通信され、そこから信号がそれ
ぞれのレシーバ５１０に結合される。第７図の実施例に
関して説明されたように、各レシーバは、１に単信号と
、選択されたセンサ５００のアーム５０２および５０８
を介して通過る、ときに周囲環境状態によって影響を受
けた光信号との間の位相差に対応る、出力信号を与える
。この出力情報は、関連る、検出器５２０ａ 、５２０
ｂ 、 ・５２０ｎに通信され、この検出器自体は、感
知された周囲環境情報を処理しかつ分析る、従来のモニ
タリングおよび評価装置に相互接続されている。 第９図のセンサ５００に対して利用された干渉計の構成
のために、センサ５００以外のシステムの部分上の周囲
環境の影響は、信号の出力に影響を及ぼさない。 分散されたセンサシステムの直接構成は、シングルモー
ドの、複屈折ファイバにおける直交偏光° によって
、または２−モードファイバにおける基本および２次モ
ードによって規定された光経路を含んでいる。そのよう
な分散されたセンサの１９の好ましい実施例が第１０図
に描かれている。第１０図の構成は第７図に描かれたシ
ステムに機能的に対応しているが、しかし第７図に描か
れたシステムの経路に対応る、光経路を規定る、ために
、選択された構成要素とともに、シングルモードの複屈
折ファイバの直交偏光または２−モードファイバの直交
モードを利用している。シングルモード複屈折ファイバ
または２−モードファイバに与えられた直交モードは、
マツハ−ツエンダ干渉計のように２−チャネル媒体とし
て装置を使用させる、ファイバを介る、２つの経路を規
定る、。 この分散されたセンサシステムのこれらの他の実施例の
構造上の詳細および動作理論を議論る、前に、そしてそ
れらの理解を助けるために、光ファイバのモード理論の
概要が提供される。この発明の理解のために、ここで用
いられるようないわゆる弱い案内ファイバ表記法を用い
ることで十分である。 （以下余白） ファイバモード理論 ファイバがカットオフ以下の波長で光を伝播させるとき
に、ファイバはより高次のモードを案内し始めるであろ
う。カットオフλ。における波長は、ファイバの幾何学
的形状に閏３＠シており、ステップインデックスファイ
バに対して、以下の方程式を用いて計桿される： ここでｒは、コアの半径であり； ｎ、はコアの屈折率であり；かつ ｎ ｃｌ、 は、クラッドの屈折率である。 当業者は、基本モード、２次モードなどが各々、複数の
電界パターンを含み、各パターンはモードを表わしてい
るということを認識る、であろう。 たとえば、基本モードは、２つの偏光モードを含んでい
る。混同を避けるために、基本モードは以後、モードの
基本セットと呼ばれ、かつ２次モードはモードの２次セ
ットと呼ばれるであろう。 案内されるモードの最も下位の、すなわち基本のレッ１
−は、ＬＰＯ，ＴＩ−一ドセッ１−である。ＬＰ、１モ
ードセツトは、基本モードセット［Ｐｏｌを越えて案内
される次のモードセット（すなわら、２次モードセット
）である。これらのモードセットは、ｌ）、Ｑｌｏｇｅ
による応用光学（Ａｌ）Ｉ）ｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ
）の１０．２２５２ （１９７１年）の゛弱い案内フ
ァイバ（Ｗｅａｋｌｙ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｆ ｔｂ
ｅｒ） ”と題された論文において詳細に定義されかつ
説明されている。 第１１図は、モードの基本ＬＰ、、ｔットにおける２つ
のモードと、モードの２次ＬＰ、、セットにおける４つ
のモードとの電界パターンを示している。矢印は、時間
の特定の瞬間における電界ベクトルの方向を示している
。 基本モードのＬＰｏ１セットに対して、電界ベクトルは
、垂直であり垂直に偏光された光を表わしているか、ま
たは水平であり水平に偏光された光を表わしているかの
いずれかである。しかしながら、２次モードのＬＰ、、
セットに対して、垂ａ偏光および水平偏光は各々、２つ
の電界パターンを有している。さらに、２次モードセッ
ト電界パターンの各々は、２つのローブを含んでいる。 これらの電界パターンの１９において、ローブのＭ界ベ
クトルは、ゼロ電界ライン（ＺＦＬ）に対して垂直であ
る一方で、他方の電界パターンにおいて、ローブの電界
ベクトルは、ゼロ電界ライン（ＺＦＬ）に対して平行で
ある。ゼロ電界ラインは単に、ゼロ電界振幅を表わす２
次モードパターンの各々における２つのローブ間のライ
ンである。 同様に、水平に偏光された２次モードは、第１１図に示
されるように、ＺＦＬに対して平行かまたはＺＦＬに対
して垂直かのいずれかで配向された電界ベクトルを有し
ている。 第１１図における６つの電界パターンの各々、すなわら
２つのＬＰｏ１パターンと４つのＬＰ。 、パターンとは、互いに直交している。したがって、６
つのパターンまたはモードは、通常は互いに結合しない
、ファイバを介る、独立した光経路として観察される。 ２つのＬＰ。、モードは、同じ位相速度でファイバを介
して進み、かつ４つの２次ＬＰ、、モードは、はぼ同じ
位相速度でファイバを介して進むであろう。しかしなが
ら、モードの基本ＬＰｏ＋Ｐｏ上に対る、位相速度は、
モードの２次ＬＰ。 、ｔ？フット対る、位相速度よりも遅いであろう。 したがって、モードの２つのセットＬＰｏ ５． ＬＰ
７．を進む光は、光がファイバを介して伝播る、につれ
て、互いに位相が一致したりずれたりる、ように移動る
、であろう。モードＬＰｏ、、ＬＰ１．が位相が一致し
たりずれたりる、ように移動る、速度は、モードの２つ
のセットＬＰ。、およびＬＰ、、の間の実効屈折率の差
に依存している。 ファイバの複屈折は、２つの偏光モードの実効屈折率に
おける差である。もしも光源がカッ１１７以上の波長に
あるならば、モードのＬＰ０１セット内の２つの偏光モ
ードのみがファイバを介して伝ｍる、であろう。非複屈
折ファイバに対る、これらの２つの偏光モードの位相速
度間に差は存在しないが、これらの２つの偏光モードに
対る、屈折率の差、したがって２つのモード間の位相速
度の差は、ファイバの複屈折が増大するにつれて増大る
、。複屈折ファイバを伝播る、光は、異なる偏光モード
において異なる速度で進むので、一方の偏光モードにあ
ける光と辿方の偏光モードにおける光との間の相対位相
は連続的にシフトし、これにより光がファイバを伝Ｊｆ
ｆｉ ＝ｊるにつれて、２つの偏光モードにおける光を
互いに位相が一致したりずれたりる、ように移動させる
であろう。 単一の高複屈折モノモード光ファイバは、良い距離にわ
たってその中を進む光の偏光を維持る、ことができ、こ
れにより通常一方のモードから他方のモードへの光の感
知できるほどの結合は存在しない。これらの偏光モード
は一般的に、ＸおよびＹｌｌ光モードと呼ばれている。 ビート長 ファイバのビート長は、異なる速度でファイバの異なる
伝播モードを進む同一周波数の２つの信号が、相対位相
で３６０°シフトししたがって再度同相になるのに要る
、距離である。数学的に、ビート長は次のように表現さ
れる： Ｌ＝λ／△ｎ ・・・（３） ここでλは、真空中における光の波長であり、かつ 八〇は、ファイバの２つの伝播モードの実効屈折率にお
ける差である。 もしもこの発明において複屈折ファイバが用いられると
、△ｎは、モードのＬＰｏ ＋ Ｌットの２つの偏光モ
ード（Ｘ、Ｙ）間の実効屈折率の差に等しい。もしもこ
の発明において２−モードファイバが用いられると、Δ
ｎは、モードの１次レット（ＬＰｏ 、）とモードの２
次セット（ＬＰ、、）との間の実効屈折率の差に等しい
。 １ ファイバの− 第１０図において描かれた分散されたセンサの構成は、
第７図に描かれたシステムに機能的に対応している。し
かしながら、この実施例において、センサおよびレシー
バは、シングルモードの、複屈折ファイバを備えている
。 特に、第１０図は、たとえばレーザダイオード、超発光
ダイＡ−ド（ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉ
ｏｄｅ）または発光ダイオードのような光源１００を備
えている。ライン７０２から垂直および水平偏光モード
に光信号を分離し、かつこれらを第１のセンサ７０６上
に結合る、ように□能る、カブラ７０４へ光ファイバ７
０２を介して光学的に結合された光源１００は、シング
ルモードの、複屈折光ファイバを備えている。 カブラ７０４のようなカブラは、シングルモードの、単
一偏光ファイバのモードのみの間の信号を複屈折ファイ
バの双方の偏光へ結合る、１９の手段として、またはそ
の道の手段として、ここで議論される実施例において数
多くの色直で利用される。モードを結合しまたは分離る
、そのようなカブラは、ここでは偏光カブラと呼ばれる
であろう。先行技術において周知のそのような結合をも
たらす種々の方法が存在る、。この結合を実現る、１９
の好ましい実施例は、このファイバの物理的な軸が共直
線となる一方で、偏光のファイバ軸が互いに角度をなす
ように、ファイバを共に突合ぜ（ｂｕｔｔ）結合するこ
とを含んでいる。この突合せ結合は、ファイバを共に接
着し、またはそれらを共に溶融る、などのいくつかの周
知の手順のいずれかによって実現される。 偏光軸の角度を有る、配向は、従来の方向性カブラにお
ける結合係数に類似している。すなわち、角度が変化る
、につれて、より多くのまたはより少ない光が２つのフ
ァイバのモード間で結合される。偏光軸間の４５°の角
度は、従来の方向性カブラにおける５０％の結合効率の
通常の３ｄｂレベルと等しい。わずか１９のセンサのみ
から構成されるシステムに対して、これは最適の角度の
選択である。一方で、システムがいくつかのセンサを含
むならば、信号対雑音比を最大限にる、のに必要な角度
は異なっている。適当な角度の決定は、周知の数学的手
順を用いる数学的解析によって行なうことができ、また
はファイバ偏光軸の種々の角度の関係に対る、システム
の応答をテストる、ことによってなされてもよい。 ファイバを共に突合せ結合してカブラ７０４を形成プる
どぎに、ファイバの複屈折軸が正しく整列されるように
これらの軸を見出すことが重要である。いくつかのファ
イバに対して、これはファイバを顕微鏡的に検査してそ
れらの楕円率を検出することによって実現され（ｑる。 他の方法は、ファイバに光を注入し、さらにその後散乱
された光のパターンを観察して複屈折の軸を決定る、こ
とを含んでいる。複屈折軸を決定る、さらに他の方法は
、３． Ｃａｒｒａｒａ ｅｔ ａｔ、による、カリフ
ォルニア州すンディエゴにおける１９８５年２月１３日
から１４日までの光ファイバセンサに する第る゛偏光
−１保持光ファイバにおける複屈折軸の弾性−光学測定
（Ｅ １ａｓｔｏ −ｏｐｔｉｃ ［） ｅｔｅｒｍ
ｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ３ ｉｒａｆｒｉｎｇｅｎｔ
Ａｘｅｓ ｉｎ Ｐｏ１ａｒｉｚａＨｏｎ−トｆｏｌ
ｄｉｎｇ Ｑｐｔｉｃａｌ ｌ”１ｂｅｒ）”にお
いて説明されている。この論文は援用されてここに取入
れられている。 ３ 、 Ｑａｒｒａｒａ ｅｔ ａｔ、の論文は、横方
向の応力の′使用が、結果として複屈折を生じさせ、こ
の複屈折は、残りの組入れられた複屈折と、応力のため
に外部から誘起された複屈折との結合であるということ
を教示している。応力の結果、正味の複屈折の配向おに
び大きさは、一般に、それらの最初の１直から逸脱る、
。これは、外部応力の方向が複屈折軸の一方に沿ったも
のでないならば、ファイバの一方の固有偏光モードから
他方のモードへ光学パワーのいくらかを結合させる。そ
れゆえに、もしも応力領域における光が残りの複屈折軸
の一方に沿って線形に偏光されるならば、出力の偏光状
態は変化しない。これは、横方向の応力の方向を参照し
て複屈折軸の配向の測定として利用される。 再度第１０図を参照すると、構成においてカブラ７０４
に対応る、他方の光学偏光カブ５７０８は、ファイバ７
０６の一方の側部上に光学的に結合され、かつ他方の側
部上で、単一偏光［−ドを有る、シングルモードファイ
バ７１４に光学的に結合される。）？イバ７０６および
７１０は、ファイバ７０６の垂直および水平偏光モード
における信号がファイバ７１０の単一の偏光装置におい
て伝送されるようにカブラ７０８を介して光学的に結合
されている。 光ファイバ７１０は、他方の偏光カブラ７１２を介して
、シングルモード複屈折ファイバ７１４を含むセンサ７
１４に光学的に結合されている。 再度、カブラ７１２は、カブラ７０４として形成されて
いる。センサ７１４は、他方の偏光カブ５７１６を介し
て他方の光ファイバ７１８に結合され、この光ファイバ
７１８は好ましくは、システムにおけるセンサとレシー
バとの間で光信号が伝播る、単一の偏光モードを有して
いる。 光ファイバ７１８は、従来の方向性カブラ７２０を介し
て、７４０で一般的に示された受信アームにおける他方
のシングルモードの単一偏光光ファイバフ２２に光学的
に結合されている。光ファイバ７２２は、偏光カブラ７
２４を介して、シングルモードの複屈折光ファイバを含
むレシーバ部分７２６に結合されている。 第７図のレシーバ４１８および４２０と同様に、レシー
バ７２６は、センサ７０６または７１４の一方の長さに
実質的に一致る、長さのものであって、これによりレシ
ーバ７２６における偏光モード間の光径路長の差は、対
応る、センサ７０６または７１４における偏光モード間
の光径路長の差に実質的に一致る、。この構成において
、第７図に描かれた実施例と同様に、対応る、長さの光
経路を介して伝播したレシーバ７２６における光信号は
干渉し、対応る、長ざのヒン４Ｊ ７０６または７１４
を介る、光信号の伝播に影響を及ぼした周囲環境状態を
示す位相差信号を発生る、。 レジ−バフ２６は、他方の偏光カブラ７２８を介して、
光信号をそこを介して伝送る、ための単一偏光モードを
有る、シングルモードファイバ７３０に結合される。光
ファイバ７３０は、第７図の検出：ａ４３４および４３
６のような、他の実施例に関して前に説明されたタイプ
の検出器７３２に光学的に結合される。出力電気信号は
、検出器７３２から電気出力端子７３４上に伝送され、
この出力電気信号は、対応る、センサ７０６または７１
４を介る、光信号の流れに影響を及ぼす周囲環境状態の
表示をもたらしている。 光ファイバ７１８はさらに、従来の方向性カプラ７３６
を介して、一般に７４１で示された他方の受信レッグ（
ｔｅａ）に光学的に結合され、このレッグは、上述の受
信レッグ７４０に対応る、構成を有している。より詳細
に説明る、と、受信レッグ７４１における光信号は、カ
プラ７３６から、シングルモードの、単一偏光の光ファ
イバ７４２へ伝えられ、そこから偏光カプラ７４４を介
して、センサ７０６または７１４の一方の長さに対応る
、長さを有する光学レシーバを含む成る長さのシングル
モード複屈折ファイバ７４６に結合される。 レシーバ７４６は、偏光カブ５７４８を介して、その中
に単一偏光モードを有る、他方のシングルモードファイ
バ７５０に光学的に結合される。フ １フイバ７５０は
、検出器７５２に光学的に結合され、この検出Ｂ７５２
は、ファイバ７５０から電気的出力ポードア５４に光信
号を通信し、このボート７５４は、対応る、センサ７０
６または７１４の位相差信号を表わず電気信号を搬送】
る。 もちろん、第７図に描かれた直列構成と同様に、多数の
センナとそれらの関連る、カプラとが第１０図の実施例
に含まれ、同様に、センサを介して流れろ光信号の位相
差関係に影響を及ぼす周囲環境状態を受取りかつ検出す
る多数のレシーバレッグが含まれ得るということが評価
されよう。センサ間で伝送される光信号のすべてがセン
サ間の共通経路に沿って進むので、センサ間の７１０の
ようなシングルモードの単一偏光ファイバ部分の長さは
、システムの精度に影響を及ぼさないであろう。したが
って、光信号の位相関係におけるどのような変化もシス
テムのこれらの非感知部分において発生しない。 第７図に描かれた構成は、センサ４０４のアームの光径
路長の差が、光源の少なくとも１コヒーレンス長だけセ
ンサ４０６のアームの経路長の差と異なっていなければ
ならないということを要求る、ということが思い出され
るであろう。付加的なセンサが直接構成に加えられると
きに、種々の光経路間の干渉は、システムのセンサの光
経路長の差が、指数関数的に増大しかつ光源のコヒーレ
ンス長の倍数に基づく大きさだけ互いに異なるように要
求る、ことによって避けられる。 第１０図のシステムはまた、光源のコヒーレンス長に基
づくセンサ間の光径路長の差の分離を必要としている。 しかしながら、複屈折ファイバにおける直交モード間の
光径路長の差は偏光の位相速度の差に基づいているので
、干渉を避けるために必要なこれらの偏光モード間の経
路長の差は、光信号の光波長およびビート長に関連る、
ファイバの長さに基づいている。特に、複屈折ファイバ
の長さく史）と、このファイバ内の光経路の光径路長の
差（Δ見）との間の関係は、次のように表わされる： Δ追−ｆＬ（λ／λｂ） ・・・（４）ここで、λは
光信号の波長であり、かつλｂは、光信号のビート長で
ある。 当業者は、ビート長に対る、波長の比率が典型的には、
任意のファイバに対して任意の数であり、かつこの数は
一般にファイバの製造業者から得られるということを評
価る、であろう。 以上のことに塁づいて、干渉を避けるために必要な第１
のセンサ７０６の良さは次のように定義される。 （λ／λｂ ） Ｑ、＞庇。 ・・・（５）したがって
、 見〉（λｂ／λ）ｆＬｃ ・・・（６）上述の長さは
、これらの種々の光経路間の干渉が排除されるようにシ
ステムのセンサ間の経路長の差の分離が決定される大き
さとなる。 第１０図の実施例のｆｆｌ要な利点の１９は、複屈折フ
ァイバの偏光モードによって規定された光経路の使用が
、システムのオペレーションを劣化させることなく、レ
シーバ７２６とその対応る、センサ７０６および７１４
との物理的長さの間で、第７図の実施例よりも大きな差
を許容る、ということである。第７図に示された実施例
のような直列実施例の場合に、センサの光経路差とレシ
ーバの光径ＶＢ差との間の差は、光源の１コヒーレンス
長よりもはるかに小さくなければならない。紹介光ダイ
オードに対して、この光源コヒーレンス長（し、）は典
型的には、約５０μｍのオーダにある。したがって、第
７図ないし第９図に示されたような直列構成のセンサお
よびレシーバ間の光経路差における差は、その差がこの
大きさ以下であるような長さのものである必要があろう
。しかしながら、複屈折ファイバの使用によって、波長
とビート長との間の比率は活動し始める。第１０図の実
施例において利用され得るそして商業的市場において一
般に利用可能な多くの光ファイバは、１μ請のオーダの
波長で作動されるときに１ないし３Ｉ１ｍのオーダのビ
ート長を有る、。センサおよびレシーバの長さの間の許
容可能な差を表わす複屈折ファイバの関係は次のとおり
である：（λ／λｂ ） ｌ ｆＬ−＋ −Ｌ＋ Ｉ
＜＜Ｌｃ ・・・（７）ここで、楚、は感知ファイバ
の長ざであり、かつ し、は受信ファイバの長さである。 ０．００１のビー１−長対波長の比率を右づ−るフッ・
イバを用いて、上述の方程式は、レシーバに比較してセ
ンサの光フ？イバ艮の差が５ＣＩｌｌよりもはるかに小
さくなるべきであるということを示している。ライン長
におけるそのような差は、第１０図に描かれたようなタ
イプの分散されたセンサシステムの製造において比較的
容易に達成されるであろうということが評価されよう。 選択的に、第１０図の実施例において用いられるシング
ルモードの、単一偏光ファイバは、複屈折ファイバで！
換えることができる。複屈折ファイバ内で単一偏光モー
ドを得るために、ファイバ上に偏光子が含まれる。選択
された偏光の信号の伝播を制御る、偏光子は、先行技術
においてよく知られている。この発明に用いることがで
きる偏光子の一実施例は、１９８３年６月７日に発行さ
れ、“偏光子および方法（Ｐ ｏｌａｒｉｚｅｒ ａｎ
ｄ Ｍ ｅｔｈｏｄ ）”と題された米国特許第４．
３８６．８２２号において３ ｅｒｇｈによって開示さ
れている。この特許は援用されてここに取入れられてい
る。さらに、シングルモードの、単一偏光ファイバが複
屈折ファイバによって１！換えられる場合、カプラ４０
７．４０８および４１６は、カプラの一方側部上の複屈
折ファイバにおける双方の偏光と、カプラの他方の側部
上の複屈折フ・フィバの双方の偏光との間で結合る、で
あろう。これは、上述のように、適当な角度でファイバ
を偏光軸に突合せ接続る、ことによって実現される。代
わりに、このタイプの結合は、７０２，７０６，７１０
，７１４および７１８などのセンサおよび光学的に結合
されたファイバのすべてを含むように単一の連続る、シ
ングルモード複屈折ファイバを利用し、かつ結合が望ま
れる複屈折ファイバ上のこれらの位置に横断る、圧力を
周期的に加えることによって実現され得る。この横方向
の力を加えるための装置は、第２６図を参照して後で説
明される。 光ファイバ７１８が複屈折ファイバを含むときに、カプ
ラ７２０および７３６は好ましくは、偏光を保つ方向性
カプラであり、ファイバ７１８における直交偏光モード
からの光信号を複屈折ファイバ７２２および７４２にお
ける対応る、直交偏光モードに結合る、。ファイバ間の
結合時に偏光を保つ１９の手法は、第２図に関して説明
されたような従来の方向性カブラを使用し、かつ偏光の
それらの方法が共通平面で整列されるようにファイバを
その中に整列させるということである。したがって、た
とえば、カプラ７２０において、ファイバ７１８の垂ｖ
Ｘ偏光の平面は、ファイバ７２２の甲面と平面整列され
るべきである。同様に、これらのファイバの水平偏光の
平面は、平面整列されるべきである。この構成において
、同様の偏光の光経路は、それら自身とのみ結合る、で
あろう、偏光の軸を識別る、方法は以上のように説明さ
れ、ここではカプラ７２０においてファイバ７１８およ
び７２２を適当に整列させるために用いられる。 ７２０および７３６のような方向性カブラが、偏光を保
つようにされるならば、偏光子は、シングルモードの複
屈折ファイバ７２２および７４２において必要ではない
。 第１２図は、センサおよびレシーバとして複屈折のシン
グルモードファイバを用いる、分散されたヒンサシステ
ムの直列構成の他の好ましい実施例を描いている。第１
２図の実施例は、機能的には第８図に描かれた実施例に
対応している。さらに、第１２図は、システム全体を通
じてシングルモードの複屈折ファイバが用いられ、かつ
ファイバ７１０のようなセンサ間の単一の偏光ファイバ
がシステムから除去されるときに、第１０図に措かれた
実施例に物理的に対応している。 特に、第１２図の実施例は、好ましくは短いコヒーレン
ス長を有る、光信号を与える光源１００を含んでいる。 光源１００は、光ファイバ７５２を介して、そして複屈
折ファイバからなるセンサ７５６へカブラ７５４を介し
て光学的に結合されている。カブラ７５４は、第１０図
に関して説明されたタイプの偏光カブラを含んでいる。 センサ７５６は、その端部においてカブラ７５８を介し
て、複屈折ファイバを含む他方のセンサ７６０に光学的
に結合されている。再度、カブラ７５８は、カブラ７５
／Ｉと同様の偏光カブうであってもよい。 センサ７６０は、他方の偏光カブラ７６２を介して成る
良さの複屈折ファイバ７６４に結合され、このファイバ
７６／Ｉは、センサから装置の受信部分に信号を通信る
、。 ファイバ７６４は、偏光保持方向性カブラ７７０および
７７２を介して７６６および７６８で一般に示された受
信アームの各々に光学的に結合される。カブラ７７０お
よび７７２は、第１０図に関して上１ｆｆｌされた偏光
保持カブラ７２０および７３６に対応る、。カブラ７７
０および７７２は、ファイバ７６４から、それぞれ一般
に７６６および７６８で示されたレシーバアームに信号
を光学的に結合る、。レシーバアーム７６６および７６
８の複屈折ファイバ構成は、これらの受信アームの種々
の構成要素として複屈折ファイバが用いられるときに第
１０図の実施例において説明されたこれらのアームに対
る、構成に対応している。したがって、アーム７６６お
よび７６８の構成要素は、第１０図の実施例における関
連る、アームに対応る、ように番号が付されている。 もちろん、どのような所望の数のセンサアームも、それ
らをセンサ７５６と７６０との間で描かれた態様で接続
る、ことによって、直列に加えることができるというこ
とが評価されよう。同様に、付加的な受信アームは、こ
らの付加的なセンサにおいて発生る、位相差の変化を受
信しかつ検出る、ように加えることができる。 第１０図におけるファイバ７１０のような、接続ファイ
バ上への結合のためにセンサ間でパワーの損失がないの
で、伝送パワーに関る、限り、第１２図に描かれた実施
例は第１０図の実施例を越える利点を有しているという
ことが注目されよう。 一方、第１２図の実施例におけるように互いに隣接る、
センサを位置決める、ことは、第１０図の実施例におい
て実現され１ｇるように、異なる物理的領域における周
囲環境の影響を感知る、能力を制限る、。第１２図の実
施例は、もし所望る、ならばセンサが一定距離離れて配
置されるように調整され１テるということが評価されよ
う。特に、すべての第２の長さの複屈折ファイバは単に
、これらの接続ファイバにおける信号を検出る、ために
整合されたどのような受信アームも与えないことによっ
て、２つのセンサ間の接続として作用る、。 第１２図の実施例は、単一の長さの複屈折ファイバを用
いることによって、センサ７５６ ａ５よび７６０と、
システムの非感知、接続部分７６４とを含むように構成
され得る。同様に、各受信アーム７６６および７６８は
、別々の長さの複屈折ファイバを備えることができる。 この構成において、複屈折ファイバ部分間のカブラの各
々は、複屈折ファイバの直交偏光モード間で光信号を結
合る、ために横方向の応力を周期的に加えるカブラを含
むことができるであろう。そのような装置は、第２６図
に描かれており、さらに以下に詳細に説明される。複屈
折ファイバの連続る、ストランドの使用は、突合せ結合
と突合せ結合を完了る、ために必要なファイバの整列プ
ロセスとが必要でないので、装置の製造を簡略化る、こ
とができる。 第１３図は、複屈折ファイバセンサを利用し、さらに第
９図に描かれた実施例に殿能的に対応る、この発明の他
の実施例を描いている。第１３図の実施例は、好ましく
は短いコヒーレンス艮を有する光源１００を含んでいる
。ダイオード１００は、シングルモードの、甲−偏光フ
ァイバ８０２に光学的に結合される。ファイバ８０２は
、方向性カブラ８０４および８０６を介して、それぞれ
センサ８０８および８１０を含む複屈折ファイバの第１
の端部に光学的に結合される。センサ８０８および８１
０は、それらの第２の端部において、方向性カブラ８１
２および８１４を介して、シングルモードの、単一偏光
ファイバ８１６に光学的に結合される。 カブラ８０４および８０６において信号が結合されると
きに、これらの信号は、ファイバ８０２における単一偏
光モードから、ファイバ８０８および８１０における双
方の偏光モードに転送される。これは、第２図に描かれ
たような方向性カブラにおいて複屈折ファイバ８０８お
よび８１０のコアを適正に配向る、ことによって実現さ
れる。 最も一般的には、コアは、複屈折ファイバ８０８．６」
、び８１０における偏光モードの各々の方向がファイバ
８０８における単一偏光モードの角度に対してほぼ／１
５°の角度になるように配向される。 同様に、信号がカブラ８１２および８１４において結合
されるときに、ファイバ８０８および８１０は一般に、
複屈折ファイバ８０８および８１０における偏光の方向
がファイバ８１６における甲−偏光モードに対してほぼ
４５°になるようにファイバ８１Ｇに対してカブラ内に
配向される。この態様で、複屈折ファイバにおけろ双方
の偏光モードの成分は、単一偏光ファイバの単一偏光モ
ードにおいて進むように結合され、さらにその逆も同様
である。 ファイバ８１６は、方向性カブラ８１８および８２０に
おいて、複屈折ファイバ８２２および８２４に光学的に
結合され、これらのファイバ８２２および８２４はそれ
ぞれ、受信アーム８２６および８２８の一部を含んでい
る。カブラ８１８および８２０は、そのタイプにおいて
カブラ８０４および８０６に対応し、かつファイバ８１
６．８２２および８２／Ｉは、上述のファイバ８０２．
８０８および８１０に関して説明された態様でカブラ８
１８および８２０に配置される。センサ８２２および８
２４から、光信号は、それぞれ偏光カブラ８３０および
８３２を介して、シングルモードの単一偏光ファイバ８
３４および８３６に通信される。カブラ８３０および８
３２は、第１０図の偏光カブラ７２８および７４８に対
応る、。ファイバ８３４および８３６は、それぞれ、検
出器８３８および８４０に結合され、これらの検出器８
３８および８４０は、センナ８０８および８１０にそれ
ぞれ影響を及ぼす周囲環境状態を表わす信号を出力電気
端子８４２および８４４上に通信る、。 選択的に、ファイバ８０２，８１６，８３４および８３
６のいずれも、シングルモードの、複屈折ファイバを含
むことができる。このような状況下において、ファイバ
８０２におけるセンサ間にそしてファイバ８１６におけ
るセンサおよびレシーバ間に単一の光経路が設けられこ
れによりこれらの非感知領域における光信号の位相関係
への周囲環境の影響を防ぐように、偏光子がファイバ８
０２ Ｊ’ｔよび８１６に必要とされるであろう。 第１０図のレシーバアーム７４０および７４１は、第１
３図のレシーバアーム８２６ ｉｊ３よび８２８と実質
的に等しくかつ完全に交換可能であるということが注目
される。同様に、方向性カブラ８０４．８０６，８１１
５にび８１４（７）各々ハ、第１０図の７２０のような
偏光維持カブラと、同図の７２４のような偏光カブラと
の組合わせによって冒換えることができる。また、第１
２図のシステムにおいて、方向性カブラ７７０と、ファ
イバ７２２と、偏光カブラ７２４との（または７７２と
、７４２と、７４４との）組合わされたオペレーション
は、ファイバ７６４の双方の偏光からファイバ７２６（
または７４６）の双方の偏光へ光学パワーを結合る、単
一の装置によって実行され得る。２つの祷屈折ファイバ
の２つの偏光の間で結合る、ための１９のそのようなカ
ブラは、２つのファイバの偏光軸が互いに下行に整列さ
れないならば、第２図に描かれた設計を用いて構成され
１５る。そのようなカブラの現実の結合係数は、偏光軸
間の角度、ファイバの複屈折、ファイバ間の距離および
結合長さなどのいくつかのパラメータに依存している。 このようなシステム間における１９の相違は、第１０図
および第１２図における種々のセンサを介して進む光信
号の干渉を排除る、ために、システムに加えられた第１
０図および第１２図のシステムにおける各センサの光径
路長の差が、各付加されたセンサに従って指数関数的に
増大る、光源のコヒーレンス長の倍数だけすべての先行
る、センサの光径路長の差と異なっていなければならな
いということである。反対に、第１３図の実施例におけ
る新しいセンサの各々の光径路長の差は、各付加された
センサに従って線形に増大る、光源のコヒーレンス長の
倍数だけすべての先行る、センナの光径路長の差と異な
っていなければならない。 出力信号の差動検波は、出力ファイバフ３０゜７５０（
第１０図および第１２図）と、８３４および８３６（第
１３図）とを、産業分野において周知のタイプの偏光ビ
ームスプリッタ（図示せず）と、２つの光学検出器（図
示せず）とが後に続く複屈折ファイバによって置換える
ことによって、第１０図、第１２図および第１３図に描
かれたシステムのいずれにおいても提供され得る。各検
出器は、偏光されたビームスプリッタからのビームのう
ちの１９に光学的に結合されるであろう。２つの検出器
からの電気信号はその後、差動増幅器（図示せず）にお
いて減算されて、対応る、センサを介して伝送される光
信号間の位相差を識別る、ことができるであろう。 ２−モーζファイバの・− 第１０図、第１２図および第１３図を参照して説明され
たシステムは、高複屈折ファイバにおける２つの直交し
て偏光されたモード間の干渉に基づいている。２−モー
ドファイバにおける２つの空間的に直交る、モード間の
干渉に基づいて類似の構成が設計され得る。 ファイバ光学モード理論は、第１１図に関して既に説明
された。第１１図を参照る、と、２−モードファイバは
現実に、描かれたように６つのモードを伝播る、という
ことが思い出されるであろう。当業者は、円筒状の対称
性を伴なったファイバにおいて、基本モードセットが２
倍退化されるということを評価る、であろう。言い換え
ると、基本モードの２つの直交る、偏光を伝播る、光信
号は、同一の位相速度で伝播る、であろう。同様に、２
次モードセットは、２対の退化した、直交偏光されたモ
ードからなり、これらの対はそれら自身の間でほとんど
退化されている。偏光間のこの退化は、応力によって誘
起された異方性によって、または代わりに２−モードフ
ァイバにおける楕円形のコアを用いることによって向上
され得るということがよく知られている。楕円形のコア
の導入はまた、２次モードの退化に近・いものをも向上
させるであろう。 このような退化がファイバの適正な設計によって向上さ
れるときに、光は、同一モードセットにおける他のモー
ドにまたは他のモードセットにＪ−３けるいずれかのモ
ードに明らかに結合されることなくこのモードセットに
Ｊ３ける［−ドのいずれか１９において伝播る、ことが
できる。 以下の議論の目的で、２−モードファイバが上述のよう
に構成され、これによりこれらのファイバはこのような
退化を取除きながらモードを維持しているものと仮定る
、。したがって、基本モードピットにおけるただ１９の
モードおよび２次モードセットにおける１９のモードの
みが光信号の伝播のために与えられると考えられる。こ
のような条件下において、第１０図、第１２図および第
１３図は、分散された干渉計センサの図解を含んでおり
、これらのオペレージコンは、２−モードファイバにお
ける基本および２次モード間の干渉に基づいている。 第１０図を参照る、と、このシステムは、太い線７０２
，７０６，７１４．７２６および７４６によって描かれ
た光ファイバが２−モードファイバを含み、かつ細い線
によって描かれたファイバがシングルモードファイバを
含むということを除いて、視屈折ファイバ実施例に対し
て先に説明されたように機能る、。７０４，７０８，７
１２および７１６のような円で表わされたカブラは、シ
ングルモードファイバの基本モードと、２−モードファ
イバの基本および２次モードの双方との間で光信号を結
合る、ように機能る、。この結合装置は、第１４図にお
いて描かれた態様で光ファイバを突合せ接続することに
よって実現される。 より詳細に説明る、と、第１４図は、垂直に偏光された
基本モードを有る、シングルモード光ファイバ８５０を
描いている。ファイバ８５０は、第１１図に関して説明
されたように、垂直偏光を有る、基本モードと、垂直−
直交配向を含む２次モードとを有る、２−モード光ファ
イバ８５２に突合せ結合されている。ファイバの中実軸
がずらされるようにファイバ８５０をファイバ８５２に
突合せ結合る、ことによって、ファイバ８５０カーら、
ファイバ８５２の垂直偏光された基本モードと、垂直−
百交２次モードとの双方に、垂直に偏光された信号を結
合Ｊることが可能である。もらろん、２−モードファイ
バ８５２からシングルモードファイバ８５０への結合も
また、この結合構成を用いて実現可能である。この実施
例において、カブラ７２０および７３６は、ファイバ７
１８からファイバ７２２および７４２に光信号を伝える
従来の方向性カブラを含んでいる。 動作において、第１０図の２−モード実施例は、光源１
００からシングルモードファイバ７０２を介してカブラ
７０４に通信される光４８号を含み、ここでファイバ７
０２からの信号は２−モードファイバ光学センサ７０６
の基本および２次モードの双方を伝播る、ように結合さ
れる。これらの信号はその後、カブラ７０８を通過し、
信号はシングルモードファイバ７１０の単一偏光モード
で伝播る、ように結合される。カブラ７１２において、
ファイバ７１０からの信号は、２−モード光ファイバセ
ンサ７１４の基本および２次モードの双方を伝播る、よ
うに再度結合され、さらにカブラ７１６において、信号
はシングルモードファイバ７１８を介して単一偏光で進
むように結合される。 カブラ７２０において、ファイバ７１８からの信号の一
部は光ファイバ７２２に伝えられ、２−モードファイバ
光学レシーバ７２６の基本および２次モードに結合され
るようにそこからカブラ７２４を介して通過る、。既に
説明されたように、ファイバ７２６におけるモードは、
センサ７０６またはファイバ７１４のいずれかのモード
に光径路長の差において対応している。したがって、対
応するセンサの光経路を介して通過した信号は、レシー
バ７２６において干渉して対応る、センサに影響を及ぼ
す周囲環境状態を表わす差の信号を発生る、。差の信号
は、カブラ７２８を介してシングルモードファイバ７３
０の単一偏光モードに通信される。この信号はその後、
検出器７３２において検出され、振幅信号として電気端
子７３４を介して仙のモニタリング装置に通信される。 同様に、第１０図の受信レッグ７４１は、レシーバ７４
６の光径路長の差に対応る、光径路長の差を有る、セン
リフ０６または７１４を介して伝播した信号を受信１′
るように機能る、。したがって、レシーバ７４６におけ
る信号間で干渉が生じ、対応る、センサ７０６または７
１４における別々のモードを介して進む光信号の位相に
変化を引起こす周囲環境状態を表わす差の信号を発生る
、。 選択的に、第１０図における細い線で表わされたシング
ルモードの非感知ファイバはまた、２−モードファイバ
によって置換えることができる。 この構成において、２次モードを除去る、ためにモード
フィルタまたはストリッパが利用される。 ２次モードを除去る、だめの方法は産業分野において周
知であり、かつマンドレル上で２−モードファイバを包
むようなことを含んでいる。モードストリッパのこの周
知の形式は、Ｙ 、 Ｋ ａｔｓｕｙａｍａによるエレ
クトロニクスレターズ（Ｅ ＩｅＣｔｒＯｎｉＣ３Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）の１５．４４２ （１９７９年）の゛°
モードフィルタを使用る、ことによる光ファイバの２−
モード領域におけるシングルモード伝播（Ｓｉｎｇｌｅ
１ｙｌｏｄｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ
ａ Ｔｗｏ ＭＯ（１ｅ Ｒｅｇｉｏｎｏｆ
０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎ
ｇＭｏｄｅ Ｆ １ｌｔｅｒ ） ”と題すした論文
ニオイテ議論されている。この論文は、援用されてここ
に取入れられている。伯の周知のモードストリッピング
手法は、２−Ｅ−ドファイバを加熱し、さらにその後そ
のファイバを引張ってその直径を減少さけることを含ん
でいる。 全体を通して２−モードファイバを利用る、構成にＪ３
いて、第１０図において円で示されたカブラは、カブラ
の一方の側部上の２−モードファイバの基本および２次
モードの双方と、このカブラの他方の側部上のファイバ
の双方のモードとの間で結合る、ように機能る、。した
がって、非感知２−モードファイバに接続されたモード
ストリッパによって、２次モードがストリップされ、光
学２−モードファイバの基本モードの一方においてのみ
光信号を伝播させる。 上述の態様で結合る、ように機能る、光学カブラは、第
１４図を参照して先に議論されたように、光ファイバを
それらの軸をずらして突合せ接合る、ことによって形成
される。代わりに、所望の結合位置に（１３いて光ファ
イバを曲げることによって結合をもたらすことができる
。）１イバを曲げることによって、光信号は光ファイバ
の七−ド間で結合させられる。ファイバの適当な位茸に
このような曲げを加える装置の一実施例は、Ｈ，Ｆ、Ｔ
ａｙｌｏｒによるＪｏｕｎａｌ ｏｒ ｌ−ｉｇｈｔ
ｗａｖｅ ＴｅｃｈｎｏｌＬα−のＬＴ−２，５，６
１７＝６２８ （１９８４年１０月）の“°光ファイ
バにおける曲げ効果（ＢｅｎｄｔｎａＥｆｆｅｃｔｓ
ｉｎ ０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ ）”において
描かれかつ説明されている。この論文は１Ｍ用されてこ
こに取入れられている。 ２−モードファイバは、ファイバ７２２および７４２に
対してのみならずファイバ７１８に対しても用いられて
いるので、方向性カブラ７２０ （ｔ３よび７３６は、
ファイバ間で結合されたモードを保持る、ように機能し
なければならない。言い換えると、これらのカブラは、
一方のファイバにおける基本モードから第２のファイバ
における基本モードへおよび一方のファイバにおける２
次モードから第２のファイバにおける２次モードへのみ
結合しなければならない。互いに接近して配置されたフ
ァイバにおける２つのモード間の結合はモードが同じ位
相速度を有したときにのみ強いということは周知である
。２つのファイバはおそらく同じ設計であるので、これ
らの２つのファイバにおけるＭ本モードは、同じ位相速
度を有しており、それゆえに互いに強力に結合る、。同
様に、２次モードは、同じ位相速度を有しており、した
がって互いに強力に結合されている。 第１２図に描かれた分散されたセンサの実施例はまた、
２−七−ドファイバから構成され得る。 この構成において、光ファイバは、センナ部分に対して
単一の２−モードファイバを、そして受信アーム７６６
および７６８の各々に対して個々の２−モードファイバ
を含むことができる。円で描かれたこれらのカブラは、
先に説明されたモード混合カブラに対応し、これらのフ
ァイバにおけるモード間で光信号の結合を発生る、ため
にファイバを折曲げることによって与えられ得る。方向
性カブラ７７０および７７２は、上述のタイプのモード
保持カブラを含み、ここで従来のカブラは、対応る、同
一のモード間でのみ信号が伝送されるようにその位相速
度が一致されたファイバに関して利用される。 第１３図の実施例はまた、２−モードファイバを含むセ
ンサ８０８および８１０と、レシーバ８２２および８２
４とによって構成される。そのような状況において、カ
ブラ８０４および８０６のような四角形で描かれた方向
性カブラは、シングルモードファイバの基本モードと、
２−モードファイバの基本および２次モードの双方との
間で結合するように機能る、カブラを含んでいる。互い
に接近して配置されたファイバにおけるモード間の結合
はモード間の位相速度の差と、モードフィールドの重な
りの程度とに依存しているので、これらのパラメータは
、２−モードファイバの基本および２次モードの双方に
適当な結合をもたらすように調整され得る。カブラ８３
０および８３２は、第１０図の２−Ｅ−ドファイバの実
施例に関連して説明されたように、シングルモードファ
イバの基本モードと、２−モードファイバの基本および
２次モードの双方との間で結合る、偏光カブラを含ｌυ
でいる。 第１３図の構成において、ファイバ８０２および８１６
を構成る、際の２−モードファイバの使用は、センサと
して機能る、ように意図されていない領域において外部
からの力によって異なるように影響を受ける２つの別々
のモードを進む信号に対る、ｆ段を提供る、ので、シス
テムを不必要に複雑にる、であろう。したがって、受信
アーム８２６および８２８において識別された位相差信
号は、特定のセンサにおいて単独に発生されたものと推
測る、ことはできないであろう。シングルモードの複屈
折ファイバの実施例によって、レシーバアーム８２６お
よび８２８の２−モード実施例は、第１０図の受信アー
ム７４０および７４１の２−モード実施例と同等であり
かつ完全に交換可能である。 設ｉ、ｌ上の考慮すべき事項 １、 ノイズの影響 コヒーレンス多重化システムの性能は、一般にいくつか
のタイプのノイズによって制限されるであろう。どのよ
うな光感用システムにも存在するショットノイズおよび
電子増幅ノイズに加えて、ここに開示されたシステムは
、干渉る、ようには意図されていない経路と関連る、光
成分間の干渉からもたらされるノイズを被る。これは２
つの方法で発生る、ことができる。第１に、もしも２つ
の経路間の光遅延の差が十分大さくな【プれば、そのと
きは２つの経路からの光は完全に非コヒーレン１〜とは
ならず、さらに検出されたパワーにバクロストーク″項
が存在る、であろう。言い換えると、検出されたパワー
は、名目上の非干渉経路の相対的に位相遅延にわずかに
依存る、であろう。 第２に、２つの経路に関連る、光が交互に非コヒーレン
トであるときでさえ、瞬時干渉の影響が存在る、。その
ような干渉の影響は概して消失る、ちのであるが、非ぜ
口重域幅を備えた検出システムは、もたらされた強度変
動を完全に平均化してしまりないであろう。この゛′非
コヒーレントなノイズ°′の正確な性質は、光源の性質
に依存る、であろう。たとえば、光源としてシングルモ
ードレーザダイオードを用いるシステムにおいて、非コ
ヒーレントなノイズは、゛レーザ出力に存在る、位相ノ
イズに関連る、であろう。より一般的な光源に対しては
、モード分割ノイズまたは光源強度ノイズちまたその一
因となっている。 クロストークおよび非コヒーレントノイズのいくらかは
、偏光コントローラを用いて経路が干渉る、ことを防ぐ
ことによってシステムから除去されるが、しかしながら
、この方法は、互いに干渉る、ように意図されていない
２つ以上の経路を備えたシステムにおいて部分的にのみ
有効であろう。 クロス１−一りを制御る、この発明のシステムにおいて
利用される成る特定のタイプの偏光コントローラは、以
下に説明される。 ２、 センサ 経 決 コヒーレンス多重化センサネットワークに対る、重要な
考慮すべき事項は、干渉る、ことを所望る、経路のみが
長さにおいて非常に近く一致しているということを保証
る、ために必要である。これは、並列構成において実現
る、ことが比較的簡単であり、ここで各々の連続る、セ
ンサ経路長は、Ｌｏの大きさだけ前の経路長よりも長い
べきであり、ここでＬ ｏ ＞＞ Ｌ ｃは、システム
の要求に適合る、ようにクロスト−りを減少させるのに
充分な大ぎざに選択される。 この状況は、直列構成においていくらかより複雑である
。たとえば、整数ＩＩ ＋ Ｌｏ ＊ Ｉｌｌ ２ Ｌ
ｏ ＊１１＋３Ｌｏ、・・・、 ｍｋを、感知マツハ−
ツエンダ干渉計の異なる経路遅延とする。この遅延は、
どのような特定のＡ−グにおいても番号付される必要は
ない。その後Ｊや□ は、”ｋｎｍ Ｃｋおよび２ｍ
ｋ＋ｌ ｇ Ａ ｋを満足しなければならない。 ここで、 ｃｋ二（ｎｕｎ＝ｎＬｔｎ２．ｎｌ ６Ａｋ、ｎ、ｌ”
８ｋ）許容可能な遅延のシーケンスを構成る、１９の
方法は、成る特定の鴎、で開始し、さらにその後上述の
制限を満足る、次に小さな数に侵続の直列の要素の各々
を選択る、ことである。＠ 、 −１に対して、結果と
して生じたシーケンス１．３．８゜いう反復関係に従っ
ている。２変換を用いることによって、この方程式が楕
円状の解を有しているということを示すことができる。 このシーケンスは、不明瞭に連続し、これにより成る数
のセンサＮを備えたシステムに対して、遅延を特定る、
シーケンスのサブセットを常に選択る、ことができる。 一般に、その構成がＮに依存る、遅延のセットを用いる
ことも可能である。 特に、以下の式に従ってｍｋを選択る、ことができる。 ｍｋ： ｍｘ ｆ ２に−１−１（１０）Ｎと４であ
り、かつ であるとる、と、代わりに、 ４−ｋ ｒｔｓｋ＝ ｍＮ−２＋ １
（１２）ここで、Ｎ≧１であり、かつ たとえば、４ｎ−５の最も小さいセットのこれらのフオ
ームは、それぞれ［２７，２８，３０゜３４．４２１お
よび［２２，３０，３４，３６゜３７］によって与えら
れる。上述の遅延のこれらの３つのクラスの最後が、増
大る、ｎに従って最大遅延の最も遅い成長を示すという
ことに注意しなければならない。遅延のよりコンパクト
なセットが可能かどうかは知られていない。 上述の関係に基づいて、選択された特定の位相経路長は
、システムに対る、先行された応用例に基づくであろう
。 先に説明されたように、少なくとも長距離の応用例に対
して、直列構成はリード不感性であるので特に興味深く
、それゆえに感知システムのリードのまたは他の部分の
周囲環境からの遮蔽を必要とる、ことなく遠隔の位置に
おいて一定間隔で配置され得る。 ３、 結合係数の選択 コヒーレンス多重化分散センサシステムの設計に関連し
た他の問題点は、システムにおいて用いられる種々の方
向性カプラに対る、結合係数の適正な選択である。ここ
に用いられるように、゛１結合係数”という用語は、全
出力パワーに対る、結合されたパワーのパワー比率とし
て定義される。 たとえば、第２図を参照る、と、もしも光がボート八に
与えられると、結合係数は、ボートＢおよびＤにおける
出力の合計に対る、ボートＤにおけるパワーの比率に等
しいであろう。 結合係数の決定は、同等の周囲環境の変調の振幅を被る
すべてのセンサが同等の強さの信号を中央処理位置に戻
すべきであるという直感的な要求に一部基づいている。 直列構成に対して、すべての干渉計が同等の周囲環境感
度を有しているとる、ならば、これは、すべての感知干
渉計が同一のカプラから構成されるべきであるというこ
とを意味る、。連鎖状にセンサが現われるオーダは、レ
シーバに到達る、フィールドの性質にどのような影響も
有しておらず、したがって、同一のカプラから構成され
たセンサは、同じ強度の信号を発生る、であろう。各感
知干渉計の２つの端部におけるカプラはまた同一である
べきであるということが注目される。 この解決方法は並列システムにおける場合よりもより平
凡ではない。第１図に描かれたような並列システム１．
７Ｎ個のセンサが存在る、と仮定る、。 光源１００およびレシーバ１２０に最も近いセンサに対
してｊ−１で開始る、、１からＮまで走るインデックス
ｊで各センサをＩｇ＠づけプる。センサｊに関連る、カ
プラ１０８および１１２に対る、パワー結合係数をｋｊ
にる、ことにより、全パワーの分数部分ｋｊ は
、カプラにおける２つのファイバ間で転送され、ざらに
パワー１−ｋｊ の大ぎさは、結合されることなくカ
プラを介して真直ぐに通過る、。任意の光ファイバセン
サの両端におけるカプラは同一であるべきであるという
ことが注目される。 簡略化る、ために、入力バス１０２から感知ファイバ１
１０へそして復帰バス１１４へ戻るようにｌＷＩる、た
めにカプラ１０８におけるファイバを横切って光が結合
しなければならず、この状況は良好に反転され得るとい
うことが仮定される。 センサｊから戻ってくる光は、入力バス１０２および復
帰バス１１４の双方の上でカプラ１ないしｊから被つ−
た損失を有る、であろう。カプラ１ないしｊ−１は、そ
れぞれ入力および復帰カプラ１０８および１１２の双方
に対して伝送１−ｋｖを有し、さらにセンサｊにおける
２つのカプラは伝送ｋｊを有る、であろう。したがって
、センサｊからレシーバ１２０へ戻るパワーは次の式に
よって与えられる。 ここでＰｉｎは、センサアレイに送られるパワーテアル
。もや１．ｆｌフ苧−ＰＪ） ？１ｉｊに設定る、こと
によって、結合係数はに６ｔよ−に、／（１−ｋｊ）に
よって、または同様に次の式によって関連づけられてい
るということが見出される。 最後のセンサは、後のセンサに対してパワーが必要でな
く、したがってｋ。−１にセットる、ことができるので
、どのようなカプラも本当に必要としていない。ちょう
ど得られた反復関係とともに、これは、センサｊのカプ
ラに対る、結合係数がちょうど次式であることを意味し
ている。 これはさらに、全体の伝送ＪＡｈｆ／ Ｐ ｔｎが、予
想されたようにすべてのセンサに対して同一であり、か
つ１／Ｎ２に等しいということを意味している。 入力パワーはＮ個のセンサの中で分割されなければなら
ないので、１／Ｎの７アクタのうちの１９が現われる。 １／Ｎの他のファクタは、２つのファイバ（感知光）？
イル１１０および復帰バス１１４）からの信号が受動線
形カプラ１１２によって結合されて１９のシングルモー
ド信号（すなわち復帰バス上の信号）を形成る、ときに
発生る、避けることができない損失の結果である。等し
いセンサの感度の要求によって決定されない結合定数は
、各センサの信号対雑音性能を最大限にる、ように選択
され得る。 ４、 システムの数学的理論 コヒーレンス多重化システムの構成について特定したの
で、次に、そのような構成の１９において発生る、信号
に注目る、。第１５図は、１９のセンサ４０４および１
９のレシーバ４１８のみが存在る、という点を除いて、
第７図に描かれたものと同様の直列システムの簡略化さ
れた形式を描いている。これは本当の多重化システムで
はないが、この発明のコヒーレンス多重化システムのい
くつかの特徴を説明る、のに役立つ。 光ｍ１ｏｏからのファイバ４０２の入力に存在る、光学
フィールドをｓｒ”ｆ”Ｐ’ｏ ｕ （ｔ ） ６”
’とし、ここでＰ。は光学パワーであり、かつｕ（ｔ
） ｅ１４）ｔは、平均２乗値＜ｌｕ （ｔ ） Ｂ
＞が１であるように正規化されたフィールドを表わす
確率的解析信号である。もしもすべてのカプラ４０７．
４０８．４２２および４２４が５０％の結合係数にセッ
トされかつシステムを介る、すべての光経路が光信号の
同一の最終的な偏光をもたらすような損失のないシステ
ムを仮定る、と、そのときは検出器４３４上に入射る、
光パワーＰ（ｔ）は次の式によって与えられる。 （１クフ ここで、Ｔｏはシステムを介る、最小遅延であリ： ■は各センサ４０４Ｊ５よびレシーバ４１８における微
分遅延であり、かつ ΦＳおよびΦｒは、センサ４０４ｅよびレシーバ４１８
における微分位相遅延である。 この表現の期待値をとりかつ正規化された自己−コヒー
レンス関数ｍｕ （τ） −＜ｕ （ｔ＋τ）ｕ（
ｔ）＞を用いて、予想される検出されたパワーは次のよ
うに表現され得る。 自己−コヒーレンス関数「ｕ （τ）は、適当に正規
化され原点にシフトされた片側光学パワースペクトル密
度のフーリエ変換であるということが示されている。し
たがって、もしも光ｍ１００によって発生した光が（π
τｃ）−’によって与えられる１／２の最大値（ＦＷＨ
Ｍ）において全体の幅を伴なうローレンツ曲線形を有る
、ならば、そのときは自己−コヒーレンス関数は、ｒｕ
（τ）−１こ１１ζ ｓｍｅ ｃとなるであろう。これは、もしもセンサお
よびレシーバの不整合Ｔがコヒーレンス艮τ。 よりもはるかに大きく選択されたならば、そのとぎはｒ
ＬＩ （Ｔ）およびｒｕ （２Ｔ）が無視できるほ
ど小さくなり、これにより次の式が得られるということ
を意味している。 したがって、受信されたパワーは、信号の位相ΦＳ−Φ
ｒに依存する変調とともに、入力パワーの１／４に等し
い平均レベルによって与えられる。 変調の深さは、光源から検出器への４つの経路のうちの
２つのみが干渉するので、わずか５０％である。他の２
つの経路は平均受信パワーに加わる。 特に、アーム４１０および４２６によって規定される経
路を進む光信号は、アーム４０９および４２８を含む経
路を進む信号と干渉る、。逆に、アーム４１０および４
２８を含む経路とともにアーム４０９および４２６を含
む経路を進む信号は干渉しない。 ＜Ｐ（ｔ）＞の期待値を取出して検出された信号を得る
ときに、現実に存在る、非コヒーレンスノイズＰ （ｔ
） −＜Ｐ （ｔ ）＞は、平均化されてしまってい
る。光源の出力における光が、無視できる強度のノイズ
とともに、ウィーナ・レヴイ（Ｗ １ｅｎｅｒ −Ｌ
ｅｖｙ ）の確率過程トシテモテル化されるランダムな
位相を有していると仮定る、ならば、そのときは非コヒ
ーレンスノイズの両側スペクトル密度は次の式によって
与えられるということが示される。 ここで信号位相ΦＳ−Φｒは、確率的な量として取扱わ
れているので平均化されなければならない。したがって
、非コヒーレンスノイズのスペクトルは、光源のライン
幅の２倍に等しい幅と、信号の位相に依存る、高さとを
伴なうローレンツの包絡線によって特徴づけられる。こ
の包絡線の中に、ゼロ周波数においてピークとなり１／
Ｔの周期を有る、余弦変調が存在る、。比較のために、
もしも単一の強力にミスマツチされたマツハ−ツエンダ
干渉計にパワーＰ ａ ／ ４を注入る、ならば、非コ
ヒーレンスノイズパワースペクトル密度は次のようにな
るであろう。 この正規化は、単一のセンサの直列システムにおける偏
光が２対の経路のみを非コヒーレントに干渉させるよう
に調整されるときにもたらされる非コヒーレンスノイズ
パワースペクトル密度を与えるようにこの表現を変換さ
せるので非常に都合がよい。ＧＭ（ｔ）に対る、２つの
表現の比較は、２重マツハ−ツエンダケースのスペクト
ルの変調信号依存部分が、信号を有している経路と他の
２つの経路との間の干渉からもたらされる一方で、スペ
クトルの変調されていない部分は、信号に寄与しない２
つの経路間の干渉からもたらされるということを明らか
にしている。 ５、 非コヒーレンスノイズによるシステムの感度に対
る、制限 非コヒーレンスノイズは、比較的少数のセンサを備えた
コヒーレンス多重化システムにおけるノイズの主要なタ
イプであるので、非コヒ・−レンスノイズスペクトルの
知識は、センサ／レシーバ対の位相感度を予測させる。 しかしながら、これが実行され得る前に、一般に小ざな
信号位相感度およびノイズレベルはシステムの位相に依
存しており、これは低い周波数の周囲環境ノイズによる
一定の変化を受けるので、このシステムをさらに特定し
なければならない。 この信号の消失はすべてのマツハ−ツエンダタイプのセ
ンサにとって深刻な問題であり、さらにコヒーレンス多
重化センサは、他の位相センサがそうであるようにこの
ことに対して敏感である。 この問題に対る、１９の解決策は、第１図の実施例に関
して既に説明した態様で、レシーバの１９のアームに周
波数シフタを導入することによって信号をへゾロダイン
る、ことである。この場合、位相ΦＳ−Φｒは、次の形
式を獲得る、。 栄。” ２ＴｒＪｈｔ ＋Δ〆ａｓ＋ｎ ２π、）、
ｔ （２ｚ）ここで、Φｅは、ゆっくり変化
る、周囲環境位相バアイスであり、 ｆｈは、ヘテロゲイン周波数であり、かつΔΦａ ｓｉ
ｎ ２πｒａｔは、センサによって検出された音響信号
である。もしもΔΦａが小さ【ブれば、そのときはヘテ
ロダイン信号は、次の式によって与えられるパワースペ
クトルを有る、であろ十Ａ（εｊ−ｆｈ＋ｔ、Ｌ）〕Ｊ
（２３）ここで、δ（、）は、ディラック（Ｄｉｒａｃ
）のデルタ関数を表わしている。これをノイズパワース
ペクトル密度Ｇｔｔ（ｆ）と比較しかつ＜ Ｃ０５（Φ
Ｓ−Φｒ）＞−Ｑでありかツｆａ、 ｒｈ＜＜１ ／
Ｔであることに注目る、と、次の式が得られる。 （Δφａ） ＝６＃τ可 （２’））Ｓ
／Ｎ鷺ユ ここで、（ΔΦａ）Ｓハよ、は、信号およびノイズレベ
ルが等しいΔΦａの大きさであり、かつＢは検出電子回
路の帯域幅である。 信号の消失を防止る、ための擬 −ヘテロ イン手法 従来のヘテロゲインは、信号の消失を排除しかつ所望の
周波数レンジおよび低い周波数の周囲環境の影響におけ
る信号間を識別る、１９の方法を提供る、一方で、この
アプローチは、それがしばしば大きな光学的装置を含む
周波数シフタの使用を要求る、という欠点を有している
。そのような装置は、非常に嵩張り、システムの無駄を
増大し、効率を劣化さしかつ高価なものとなり得る。こ
れは、タップ付遅延ライン１０６の最初に配置された単
一の周波数シフタのみが信号のすべてをヘテロダインる
、ことを要求されるので、第１図に描かれたような並列
システムにとっては大きな問題ではない。しかしながら
、第７図の直列システムにおける信号のすべてをヘテロ
ゲインる、ためには、周波数シフタは各レシーバの１９
のアーム内において要求されるであろう。これは、増大
したシステムの大きさおよび効率の悪さの問題に加えて
、非常に高価なものとなる。 信号の消失を避けるより容易でかつ安価な方法は、セン
サシステムの光経路にどのような大きな光装置も要しな
い擬似−ヘテロダイン手法である。 この手法は、Ｂ、 Ｙ、 Ｋ１ｌ１およびＨ，Ｊ、 Ｓ
ｈａｍによるオプティカルレターズ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）の第９巻第３７８頁（１９８４年
）の゛位相−読出全−ファイバー光学ジャイロスコープ
（Ｐｈａｓｅ−Ｒｅａｄｉｎｏ Ａ１１−Ｆｉｂｅｒ
−Ｏｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ） ”におけるフ
ァイバー光学ジャイロスコープにおけるその応用に関し
て規定されている。この手法はまた、１９８４年４月２
５日に出願され、本願の准受入に譲渡された°“位相読
出ファイバー光学回転センサ（Ｐ ｈａｓｅ Ｒｅａ
ｄｉｎａ Ｆ １ｂｅｒ −０ｐｔｉｃ Ｒｏｔａ
ｔｉｏｎ ３ｅｎｓｏｒ ） ”と題された同時継続
中の米国特許出願連続番号箱６０３．６３０号における
ファイバー光学ジ１ｔイロスコープにおけるその応用例
に関連して開示されている。上述の引用された論文およ
び特許出願の双方は援用されてここに取入れられている
。 この発明の分散されたセンサの手法の応用は、第１６図
を参照して説明される。第１６図の感知システムは、議
論の目的で与えられた、第１５図のシステムに対応する
簡略化された直列システムを含んでいる。付加的なセン
サおよびレシーバがシステム内に組入れられて第７図、
第８図および第９図に描かれたような構成を規定る、と
いうことが評価されよう。第１５図のシステムに対る、
その類似性のために、第１６図におけるシステムの対応
る、要素は、特定の要素が異なっているということを除
いて、第１５図の番号付けに従って番号が付されている
。 特に、第１６図のシステムは、センサ４０４のアーム４
１０において偏光コントローラ５５１を含んでいる。コ
ントローラ５５１は、コントローラを介して通過る、光
信号の適当な偏光関係を維持る、ように機能る、。この
発明に用いる偏光コントローラの１９の好ましい実施例
は、以下に説明される。 アーム４１０は、カブラ４０７を介して光ファイバ５５
２に接続されるが、このファイバ５５２はその後、カブ
ラ４２２を介してレシーバ干渉計のアーム５５４に相亙
接続される。レシーバ４１８のアーム４２８において、
アーム４２８を進む光の偏光を維持る、ための他の偏光
コントローラ５５７が配置されている。さらに、位相変
調器５５８がレシーバ４１８のアーム４２８と光通信す
るように配置されている。位相変調器５５８は、変調周
波数ｆｒａにおいて正弦波信号を発生る、信号発生器５
５０への接続によって制御される。この信号発生器５５
０はまた、ゲート回路５５６に接続され、これにより周
期的なベースで方形波信号を発生る、ときにこのゲート
を制御る、。ゲート５５６は、ＡＣ増幅器５５３に接続
され、この増＃ｉｌ器５５３自身は、検出１４３４に接
続され、これにより検出器４３４からの光信号を受信し
かつ増幅し、さらに以下に説明されるようにゲート５５
６において処理る、。ゲート５５６の出力は、特定の周
波数においてセンサ４０４における位相シフトをモニタ
る、ために変調周波数のａＦ１４波のまわりの側波帯を
識別る、のに用いるスペクトルアナライザ５６０に電気
的に接続される。 第１６図のシステムにおいて、光信号は、以下に説明さ
れる点を除いて、第７図および第１５図に関して先に説
明されたａ様で伝播しかつ干渉る、。特に、アーム４２
８における光は、位相変調器５５８によって位相変調さ
れ、この変ｌｌ器５５８は、発生器５５０の動作周波数
に対応る、変調周波数でドライブされる。その結果、検
出器４３４によって受信されるカブラ４２４がらの出力
信号の強度が変調され、ざらに検出器４３４から得られ
る電気出力信号は、以下の方程式にょフて示されるよう
に、位相変調周波数「ｍおよびその高調波における成分
を有している。 工（り電 ＣＩｌ、１ｔｃｏｓ （Δφ、Ｓｉｎ ｃ
ｙｒｎｔ ＋Δφ、Ｓｉ°ＱＬＪ〕ａｔ１４ｄ’ａンク
こ５ブ ここでＣは定数であり： Ｊｎはｎ次のベッセル関数を示し、 ΔΦ−は、位相変ＩＩ器５５８によるアーム４２８１３
よび５５４における光波間の位相変調の振幅であり、 ωｍ−２πｆｒｇであり、ここでΔΦａは外部からの音
響信号によって発生したアーム４２８および５５４にお
ける光波間の位相差の大きさであり、ωａ【−２πｆａ
であり、かつ ΔΦｅは、周囲環境における遅い変化によって発生した
アーム４２８および５５４における光波間の位相差の大
きさである。 方程式２５は、検出器４３４からの出力が、ＣＯ３（Δ
Φａ ｓｉｎ ωａｔ＋ΔΦｅ）およびｓｉｎ （ΔΦ
ａ ｓｉｎωａｔ＋ΔΦｅ）を含む項を有しているとい
うことを示している。しかしながら、これらの余弦およ
び正弦要素は異なる周波数にある。もしもこれらの信号
が同一周波数にあり、それらの位相が直角位相であるな
らば、周知の三角法が適用され、これにより信号は直接
加えられて、その位相が（ΔΦａ ｓｉｎωａｔ＋ΔΦ
ｅ）に対応る、単一の、低周波数の正弦波信号を得るこ
とができる。そのような関係は、撮幅変ＩＩ器の使用を
通じて第１６図のシステムにおいて実現され得る。ｔｉ
幅変調は単に、検出器４３４からの電気出力信号の振幅
を変調信号の振幅に従って変化させることを含んでいる
。 検出器４３４からの出力信号が、位相変調周波数（ｒｉ
）の奇数倍（隣接る、高調波間の差の周波数でもある）
である周波数を有る、変調信号によって振幅変調される
ときに、「糟の高調波である検出器４３４からの出力信
号の各成分は部分的にその隣りの高調波の周波数に変換
される。古い換えると、このＢ様の振幅変調を通じて、
位相変調周波数の高調波において側波帯周波数が作り出
される。この側波帯周波数は、対応る、周波数において
出力信号の成分と結合され、さらにスペクトルアナライ
ザの使用によって容易に識別される。 振幅変調器のこれらのおよび他の特徴は、当業者にとっ
て一般的に知られており、かつＦ、Ｇ。 Ｓ ｔｒｅｎ＋ｅｒによるＡ ｄｄｉｓｏｎ −Ｗｅｓ
ｌｅｙの１９７９年の゛ システムへの ｎｔｒ
ｏｔｉｕｃｔｔｏｎ ｔ。 Ｑ ｏｍｍｕｎｉｃａ口ｏｎ ｓｔｅｍｓ にお
いて詳細に説明されており、これは援用されてここに取
入れられている。この点において特に関心のある主題は
、Ｓ ｔｒ（！１ｉｔｅｒのテキストの第１９１頁ない
し第２６０頁において述べられている。 以上のことに基づいて、周波数ｒｍにおける正弦歯撮幅
変調は、各高調波周波数成分からそして最も近い隣りの
高調波周波数にエネルギを転送る、であろうということ
が評価されよう。このセンサシステムにおいて干渉を防
ぐために、ｆｍはｆａ（検出されている音響信号の周波
数）よりもはるかに大きいことが望ましい。 動作において、レシーバ４１Ｂのアーム４２８における
光信号は、周波数発生器５５０によって制御される周波
数において振幅変調される。上述のように、発生器５５
０の周波数は、ｆｎ（変調周波数）が、音響周波数（ｆ
ａ）よりもはるかに大きくなるように選択される。アー
ム４２８からの信号は、カプラ４２４を介して通過し、
ここでこの信号はアーム５５４からの信号と混合されて
、検出器４３４へ通過る、位相差のために強度変調信号
を発生る、。検出器４３４から、位相差による強度変調
信号は、増幅器５５３を介して通信され、ここでこの信
号は増幅されざらにその後従来の電子ゲート５５６へ伝
送される。 ゲート５５６は、周波数発生器５５０からライン５５５
上で受信された信号に応答して機能し、ゲート５５６に
、増幅器５５３から受信された信号の方形波振幅変調を
発生させる。ＡＣ検出器電流に関して適当な位相でおよ
びΔΦ１の適当な選択を伴なって変調されたときに、こ
の実施例の振幅変調された信号は次のように定鶴される
。 ＣｏＳ （ｎ ０ｍ ｔ −（Δφが１遺ＩＪ）、Ｌ
ｔ ＋ ’ ａ％ ））変調のための適当な位相および
振幅に関して、カプラ４２４における波形間の三角関係
のために偶数の高調波ｒｒａにおける振幅変調は、隣接
る、高調波周波数間で結合を発生しないであろうという
ことが注目される。むしろ、偶数の高調波ｆｍにおける
振幅変調は、偶数の高調波との偶数高調波結合と、奇数
高調波との奇数高調波結合とをもたらすであろう。この
状況は当業者によって一般的に理解され、さらにこの状
態の基礎は、ここに取入れられた３ ｔｒｅ＊ｌｅｒの
テキストを参照してより完全に理解されよう。もしも奇
数高調波における振・幅変調が利用されるならばこれら
の問題点は排除される。 ゲート５５６からの出力は、ライン５６８を介してスペ
クトルアナライザ５６０に通信されて処理される。スペ
クトルアナライザ５６０は、信号の特定の成分を選択し
かつ分析る、ためのバンドパスフィルタを取入れている
ということが注目される。もしも、２ω膳に中心をおく
そのようなバンドパスフィルタがゲートの出力上に配置
されれば、そして位相変調の振幅ΔΦ−が適当に選択さ
れれば、フィルタは次の形式の信号を通過させるであろ
う。 ’ｔｔｔ）＝ ｋ ｘ（ＪＯ＜ａｏ４ ＞ｃｏｓ （２
，ｔ −、ａφ、クリ Ｊ２ｎ （Δφ、）Ｃ，ＣＱｓ
（λ（ｃｙ、−ｎｇ、）ｔ −４Ｆ、）＋ ｃｏｓ ＜
２＜ｔ、６＋ｎｂ５＞ｔ −ａφｔ””
（２Ｑ／Ｉ弯Ｊ 、Σ Ｊ２ｎ−１”Φ１）ξｃｏｓ（（２ｗ−−（ツー
１−ユノり乞−４φ、）−０）ｓ（（２ｗ、ｔ（２ｎ−
Ｉ Ｊ、ｓ、）ｔ−４０−コＪここでｋは、特定の周波
数でセンサに発生る、位相シフトの識別および評価に影
響を及ぼさない定数である。 ゲート５５６から復調された信号をスペクトルアナライ
ザ５６０に与えることによって、変調周波数の２次高調
波のまわりのベッセル関数側波帯の高さは、特定の周波
数においてセンサに位相シフトを与える先行技術におい
て周知の手法を用いることによって測定され得る。代わ
りに、より複雑な信号に対しては、ＦＭ復調器が用いら
れ得る。 この場合、測定された信号は、現実の位相よりもむしろ
位相の導関数であり、またはその代わりに、現実の位相
を表わす測定された信号を発生る、ために積分器が用い
られ得る。 選択的に、第１６図のシステムのゲート処理は、カブラ
４２４と検出器４３４との間に、またはファイバ４０２
のような、すべての光信号が伝わる光経路を含むシステ
ムにおけるいずれかのファイバ上に配置されたシャッタ
のような少なくとも１９の光学ゲート、または光ファイ
バ５５２を利用る、ことによって、胃内的ではなく光学
的に実現され得る。もしもゲートが検出Ｗ４３４から離
れて配置されれば、ゲートは、周波数ｆａにおいて遅延
信号によって制御され、これによりシステム内を進む光
は、離れたゲートと適当な位相でｔ’ｍ周波数で振幅変
調されるであろう。他のすべての点において、光学ゲー
トの使用は、電気的ゲートに関連して説明されたものと
実質的に同一の結果をもたらすであろう。 第１６図の実施例は、その性能を評価る、ように構成さ
れかつテストされた。この実施例において、光源１００
は、７９０ ｎｍの光を放射る、本質的にシングルモー
ドのレーザダイオードを含んでいた。システムのすべて
の光ファイバは、６３３ｎｌにおける使用のために設計
されたが７９０ｎｍにおいて緩くシングルモードを案内
る、、ＩＴＴ−１６０１ファイバを含んでいた。個別的
な干渉計の各々におけるアーム長の差はほぼ２１ｍであ
ったが、２つの干渉計４０４および４１８の差の良さは
、１０００秒（ＦＷＨＭ）のパルスを用いることによっ
て８ＣＩ内で一致され、各干渉計のデルタ関数応答を別
々に証明した。 光源１００のコヒーレンス長は、ファイバにおいて約４
．５ｍに決定された。方向性カブラは、位相変調器とし
て先に説明されたタイプのものであった。偏光コントロ
ーラは以下に説明されるものに対応していた。１９の偏
光コントローラ５５７は、干渉信号を搬送る、２つの経
路（アーム４１０および５５４によって規定される経路
と、アーム４０９および４２８によって規定される経路
）の偏光を、変調の深さが最大限にされるように整列さ
せた。他の偏光コントローラ５５１は、双方への最短お
よび最長の経路（それぞれ、アーム４０９および５５４
を介る、経路と、アーム４１０および４２８を介る、経
路）を、干渉情ｔ［１を搬送る、経路に対して平行また
は直角のいずれかにした。 光学カブラの結合の比率は、システムのインパルス応答
の使用によって決定され、最適応答はパルスの１：２：
１の比率であり、これにより４つの経路すべてからのパ
ワーは等しかった。 光は、カブラ４０８における端部が接続されたボートに
おいて検出された。偏光コントローラ５１１の配向を回
転させることによって、このボートにおける非コヒーレ
ンスノイズは、任意の周波数においてほぼ２Ｏ−３０ｄ
Ｂだけ減少された。 システムの出力において測定された非コヒーレンスノイ
ズは、はぼ１０ＭＨｚごとに発生る、最小値を伴なって
余弦波状のスペクトルを発生した。 周期は、干渉計４０４および４１８の時間遅延に対応し
、これはほぼ１０５Ｉ１秒であった。音響周波数におい
て、ノイズのスペクトルは比較的フラットでありかつそ
の最大値にあった。 もしも干渉信号に寄与しない経路が干渉信号経路と直交
る、ようにされたならば、そのときは非コヒーレンスノ
イズは最小限にされた一方で、もしもすべての経路が並
列であったならば、ノイズは最大限になったということ
が注目された。 非コヒーレンスノイズが最小限にされた最小の検出可能
な位相変調振幅の幾何学的平均は、１゜２ｍｒａｄ／Ｖ
Ｔｒ２であプた。センサ４０４における非コヒーレンス
ノイズが最小限にされたときに、最示の測定可能な音響
的に引起こされた位相差（Δ（Ｄａ）Ｓ；ｔ、４．１１
ｒａｄ／ｒＦＶｆの平均となつた。最大のおよび最小の
検出可能な位相変調の比率は３．４であった。 コントローラ５５１．５５７ 第１６図の実施例のような、この発明のセンサシステム
における使用に適した偏光コントローラの１９のタイプ
が第１７図に描かれている。このコントローラは、その
上に複数の直立ブロック５７２Ａないし５７２Ｄが取付
けられたベース５７０を含んでいる。これらのブロック
５７２のうちの隣接る、ものの間に、スプール５７４Ａ
ないし５７４Ｃが、それぞれシャフト５７６Ａないし５
７６Ｃ上に接線的に取付けられている。シ１１フト５７
６は、互いに軸上に整列されかつブロック５７２の間に
回転自在に取付けられる。スプール５７４は一般的に円
筒状でありかつシャフト５７６に対して接線的に位置決
めされている。 光ファイバ４１０の一部は、シャフト５７６における軸
上のボアを介して延びかつスプール５７６の各々の付近
で包まれて３つのコイル５７８Ａないし５７８Ｃを形成
る、。コイル５７８の半径は、ファイバ４１０に応力が
加えられてコイル５７８の各々に複屈折媒体を形成る、
ようにされている。３つのコイル５７８Ａないし５７８
Ｃは、それぞれシャフト５７４Ａないし５７４Ｃの軸に
関して互いに独立して回転され、ファイバ４１０の複屈
折を：１整し、したがってファイバ４１０を介して通過
る、光の偏光を制御る、。 コイル５７８における巻線の直径および数は、外側のコ
イル５７８Ａおよび５７８Ｃが１／４波長の空間的な遅
延をもたらす一方で、中央のコイ ゛ル５７８
Ｄが１／２波長の空間的遅延をもたらすようにされてい
る。１７４波長コイル５７８Ａおよび５７８Ｃは、偏光
の楕円率を制御し、かつ１７２波長コイル５７８Ｄは、
偏光の方向を制御る、。これは、ファイバ４１０を介し
て通過る、光の偏光の全範囲の調整をもたらしている。 しかしながら、偏光コントローラは、偏光の方向（他の
方法では中央コイル５７８Ｂによって与えられる）が２
つの１／４波長コイル５７８Ａおよび５７８Ｃによって
偏光の楕円率の適当な調整を介して間接的に制御される
ので、わずか２つの１／４波長コイル５７８Ａおよび５
７８Ｃのみを設けるように修正されてもよいということ
が理解されよう。したがって、偏光コントローラ５５１
および５５７は、２つの１／４波長コイル５７８ＡＪ９
よび５７８Ｃのみを含むものとして第１６図に示されて
いる。この構成はコントローラ５５１および５５７の全
体的なサイズを減少させるので、空間的な制限を含むこ
の発明の一定の応用例に対して有利である。 したがって、偏光コントローラ５５１．ｔ５よび５５７
は、センサ４０４のアーム４１０およびレシーバ４１８
のアーム４２８内の光の偏光を確立し、維持しかつ制御
る、ための手段を提供している。 ファイバ ｐ ′ ライン 第４図の２５４および第５図の３１８のような、可変遅
延ラインのファイバ光学実施例は、第１８図ないし第２
５図を参照して最もよく説明る、ことができる。第１８
図は、各光ファイバ５８４を受けるようにチップの表面
に沿って長手方向に延びる個々のＶ字状の溝（図示せず
）でチップ５８６上に取付けられた複数の光ファイバ５
８４を描いている。光ファイバ５８４の各々に横方向の
ライン５８５上でタップが設けられるようにファイバお
よびチップ５８６を同時に研磨る、ことによってタップ
が形成される。 光学タップは、光ファイバ５８４の選択された部分がラ
ップ仕上げされるように曲げられた構成でそれらを取付
けることによってファイバ５８４上に構成される。した
がって、シリコンチップ５８６が、曲げられた上部表面
５８２を有る、石英のブロック５８０上に取付けられる
。ファイバをＶ字状の溝に位置決めし、かつファイバを
これらの溝に取付けた後に、光ファイバ５８４の上部表
面は横方向のライン５８５においてラップ仕上げされる
。このラップ仕上げ動作は、ファイバからクラッドの部
分を除去る、が、光ファイバ５８４のコアのまわりのク
ラッド材料のすべてが除去されるわけではない。ファイ
バのコアと、ラップ仕上げされた表面との間の距離は、
光波の結合のための適当な相互作用１ｉｒｉ域を規定る
、ように、形成されるべきカプラの特性に依存している
。 遅延ラインの上半分は、第２図に関して説明された標準
的な光学カブうに用いられるタイプの溝５９３を含む石
英ブロック５９１から形成される。 この満５９３は、比較的大きな曲率半径を有しており、
サブストレート５９１の中心にピークを有している。光
ファイバ５９５は、１１５９３内に配置され、エポキシ
または他のいずれかの満足できる接着剤を用いて固定さ
れる。このファイバはその後、石英ブロック５９１の表
面に沿った曲線の最も高いポイントでラップ仕上げされ
てクラッドのための平坦な表面を作り出し、これはファ
イバのコアから数ミクロン離れており、かつ石英ブロッ
ク５９１の表面と共平面である。 シリコンサブストレート６６の研磨された平坦な表面８
２上に屈折率整合オイルが与えられる。 この場合、屈折率整合オイルは有利なことに、結合領域
の外側の光の損失を防ぐためにファイバエレメント５８
４およびファイバコア自体の屈折率よりもわずかに低い
屈折率を有している。 少なくとも小さな範囲の遅延に対して連続可変遅延ライ
ンを有る、ために、第１のサブストレート５９６の曲率
半径は、第２のサブストレート５９１の曲率半径よりも
実質的に大きくなければならない。したがって、たとえ
ば、単一のファイバ５９５を備えた第２のサブストレー
ト５９１は、約２５ＣＩの曲率半径を有している。ラッ
プ仕上げされかつ研磨されたときに、ファイバ５９５は
、約１ｍｌの相互作用領域の艮ざを有る、であろう。 第１のサブストレート５８６の曲率半径は、たとえば、
約５Ｑｃｓである。第１のサブストレート５９６がラッ
プ仕上げされかつ研磨されたときに、相互作用領域は、
第２のサブストレートに対る、相互作用領域よりも実質
的に長くなるであろう。 したがって、第２のサブストレート５９１のファイバ５
９５が第１のサブストレート５９６の相互作用領域にお
いてファイバ５８６のループのいずれかに対して整列さ
れたときに、この第２のサブストレートファイバ５９５
は、第１のサブストレートの相互作用領域の長さに沿っ
て調整される。 この長さに沿った移動は、そこを介して光が通過る、艮
ざを変化し、したがって連続可変遅延をもたらすように
効果的に作用る、。 もちろん、サブストレート５９１を横方向に調整る、こ
とによって、ファイバ５９５は、ファイバ５８４のルー
プのいずれか１９と結合され得るということが理解され
る。したがって、サブストレート５９１を移動させるこ
とによって、異なる大きさの遅延が得られ、不連続可変
遅延ラインを提供る、ことができる。第１８図は不連続
可変遅延ラインの一部として連続可変遅延ラインを描い
ているが、連続可変遅延ラインは、第１のサブストレー
ト５８６上の単一の大きな曲率半径のＶ字状の溝および
ファイバのみを用いて構成され得る。 第１９図は、連続可変ファイバ光学遅延ラインの側面図
を示している。この図において、第１のサブストレート
５８６と第２のサブストレート５９１との間の曲率半径
の差が明白である。またこの図面から、第１のサブスト
レート５８６におけるファイバ５８４との結合を維持し
ながら第２のサブストレート５９１が第１のサブストレ
ート５８６に沿って長手方向に移動されるときに、ファ
イバ５９５および５８４のコアの間の距離は、ファイバ
５８４のコアがわずかに曲げられるので、いくらか変化
る、であろうということが理解されよう。この距離の差
は、結合にいくらかの差を引起こすであろう。多くの応
用例に対して、結合の差は重要ではないであろう。しか
しながら、もしもすべての遅延に対して結合が同一であ
るということが避けられないならば、結合の量は、第２
のサブストレート５９１を第１のサブストレート５８６
に対して横方向に移動させることによって必要なだけ変
化させることができる。先に述べたように、この移動は
、２つのファイバ５９５および５８４の間の結合を変化
させるように作用る、。 第２０図は、これらのサブストレート間の必要な相対移
動を与えるために下部サブストレート５８６に対る、上
部サブストレート５９１の正確な調整を許容る、１ｉｉ
ｌｌ！を示している。横方向のおよび角度のある動きは
、フレーム６０６の１対の壁６０２および６０４によっ
て作り出された下方の谷に１／４ブロツク５８０を固定
る、ことによって実現される。壁６０４は、遅延ライン
のブロック５８０のエツジよりも高さにおいてわずかに
低い。壁１０２および１０４上の１対のだな６０８は、
サブストレート５９１の幅の少なくとも１／２をそれら
の上で摺動させるのに十分な広さである。上部壁６１０
は、２つのばね部材６１２を支持し、これらのばね部材
６１２は、Ｗ６１０からはなれるように偏倚された上部
サブストレート５９１を維持る、。 １対のマイクロメータ６１４および６１６がフレーム６
０６に取付けられている。このマイクロメータ６１４は
、ばね６１２に対して可変遅延ラインの上部サブストレ
ート５９１を圧迫しかつファイバ５８４の一方から他方
への光学的結合を変化させるように調整される。マイク
ロメータ６１４は、サブストレート５９１の側部上に中
央に配置されてサブストレート５９１を回転させること
なくこの横方向の調整を許容している。マイクロメータ
６１６は、下部サブストレート５８０に関して上部サブ
ストレート５９１の角度を有る、配向を調整る、ために
用いることができるように上部サブストレート５９１上
でずらされている。 サブストレート５８６に対る、サブストレート５９１の
長手方向の移動を得るために、サブストレー５８６は、
ビン６２８のようなビンによって長手方向に正しい場所
に保持される。このサブストレート５９１は、ノブ６３
０を回転させることによってサブストレート５８６上に
わたって長手方向に移動される。このノブ６３０は、ブ
ロック６３２および６３４に機械的に結合されて必要な
だけブロック６３６を横切りて長手方向に一致してそれ
らを移動させる。ブロック６３２．６３４および６３６
は、そのような調整期間中におけるこれらの要素の整列
を維持る、ありつき６３８を含んでいる。ブロック６３
２および６３４が移動されるときに、第２のサブストレ
ート５９１上のマイクロメータ６１４．６１６およびば
ね６１２の圧力は、サブストレート５９１がブロック６
３２および６３４に沿って移動されるようにこのサブス
トレート５９１を保持る、ように作用る、。 第２１図ないし第２３図は、連続可変遅延ラインを示し
ており、ここで第１のサブストレート５８６の曲率半径
は、無限大の大きさである（すなわち、サブストレート
５８６の一部が平坦である）。これは構成る、ことがい
くらかより困難であるが、ファイバ５８４を平坦なシリ
コンのＶ字形状の溝に配置る、ことは、ファイバ５８４
の艮ざに沿ったファイバ５９５および５８４の間の結合
の変化を除去る、。したがって、第２のサブストレート
５９５が平坦なサブストレート５８６を横切って移動る
、ときに、ファイバ５９１および５８４のコアの間の距
離は一定に留まるであろう。 第２２図および第２３図は、それぞれこの装置に対る、
最大および最小遅延を描いている。第１のサブストレー
ト５８６に対して第２のサブストレート５９１を移動さ
せる手段はマイクロメータ６４２である。このマイクロ
メータ６４２は、第２１図に描かれたような互いに関し
てサブストレートを移動させ・る装置とともに、どのよ
うな周知の態様においてもモータを備えることができま
たはサーボ制御され得る。 第２４図および第２５図は、不連続可変遅延要素と連続
可変遅延要素との結合を用いて、広範囲のＭ！！続可変
遅延を達成る、２つの装置を示している。第２４図にお
いて、遅延ラインにおける第１の要素は、各ループ遅延
が王に等しい不連続可変遅延であるということが示され
る。可変遅延がＯからＴである連続可変遅延ラインがこ
の不連続可変遅延と直列にされている。連続可変遅延は
、互いに直列により短い期間の遅延をもたらす複数の連
続可変遅延要素を、それらがＴに等しい全体め連続的な
遅延を与えるまで結合る、ことによって提供される。 第２５図は、５１１１８図の不連続なおよび可変遅延の
結合がどのように不連続可変遅延と直列に用いられて広
範囲の時間期間にわたって連続可変遅延をもたらすかの
一例である。装置の組合わせは、各ループ遅延が王に等
しい不連続可変遅延を有る、であろう。結合装置の連続
遅延はＯからＴ／４となろう。組合わされた遅延ライン
と直列に配置された不連続可変遅延ラインは、Ｔ／８の
ループ遅延をｎするであろう。これは、ＮＸＴに等しい
遅延の期間全体にわたって連続的な可変遅延ラインを与
えるように作用し、ここでＮは結合遅延装置におけるル
ープの故である。 ファイバ光学モードカプラ 複屈折または２−モード光ファイバにおけるモード間の
光信号を結合る、ために利用される光学カブラは、Ｒ，
Ｃ，Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ ’ｅｔ ａｌ、によるオブ
ティクスレターズ（○ｐｔｉＣ３Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）第
９巻第５号＜１９８４年５月）の゛２−モードファイバ
モードカプラ（Ｔ ｗｏ −ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ
Ｍ ｏｄａｌｃｏｕｐｌｅｒ）”、Ｊ 、 Ｌ、 Ｂ
ｒｏｏｋｓ ｅｔ ａｌ、によるオプティクスレターズ
第９巻第６号（１９８４年６月）の“複屈折ファイバの
ための能動偏光カブラ（Ａ ｃｔｉｖｅ Ｐ ｏｌａ
ｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｆ ｏｒ［３
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆ １ｂｅｒ） ” 、１
９８３年１１月３０口に出願された、゛複屈折ファイバ
狭帯域偏光カブラ（３ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｌ”
１ｂｅｒ Ｎ ａｒｒＯＷＢ ａｎｄ Ｐ ｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｒ） ”と題さ
れた米国特許出願連続番号用５５６．３０５月、および
１９８３年１１月３０日に出願され゛ファイバ光学モー
ドカプラ（Ｆ １ｂｅｒ−〇ｐｔｉＣＭｏｄａＩＣｏｕ
ｐｌｅｒ） ”と題された米国特許出願連続番号用５５
６．３０６号において開示されている。上述の文献の各
々は援用されてここに取入れられている。 ２−モードファイバにおける基本および２次モード間で
、または複屈折シングルモードファイバにおけるＸおよ
びＹ偏光モード間でパワーの転送をもたらすカブラの１
９の好ましい実施例は、モードのビート長を一致させる
モード間の周期的な結合を生じる装置を含んでいる。こ
の周期的な結合は、ファイバを周期的に変形させること
によって得られる。この結合を達成る、カブラは、第２
６図ないし第３０図に１１１遍して以下に説明される。 １、 カブラの構造的な特徴 第２６図は、斜視図によってこのモードカプラを示して
いる。研磨された、平坦な表面９１０は、金属またはプ
ラスチックのブロック９１１上で機械加工される。表面
９１０は、数ミクロンの範囲内で滑かかつ平坦であるべ
きである。光ファイバ９２４は、表面９１０と、その上
に機械加工された複数のりッジ領域９１２を有る、第２
のブロック９１４の下面との間に配置される。このリッ
ジ領ｔａ９１２は、一連のりッジ形状の結合要素をもた
らし、これらの要素は、ブロック９１１および９１４の
間でファイバを挾むようにファイバ９２４に対して圧力
を加えるときに、これにより周期的な一定間隔でファイ
バに応力を加え光をモード間で結合させる。 簡単に第２７図を参照る、と、複数のりッジ９１６が形
成されたりッジ領域９１２の断面図が示されている。リ
ッジ９１６は、一定間隔で配置された平行なり欠または
溝９１７を設けるようにブロック９１４を機械加工る、
ことによって形成され、これにより複数の研磨されたり
ッジ表面９１８が形成され、この表面の各々は、幅Ｗを
有しかつ隣接る、リッジのエツジ間で間隔Ｓを与えてい
る。図示された実施例において、幅Ｗおよび間隔Ｓは各
々、利用される特定の周波数における光に対してファイ
バの各１／２ビート長である。理論上、各リッジ９１６
のＳＷは、１／２ビート長のどのような奇数倍でもよく
、かつ隣接る、りフジ間の間隔Ｓは、１／２ビート長の
どのような奇数倍であってもよい。 好ましい実施例における切欠９１７の！ｊｉ面は長方形
であるが、これはこの形状が機械加工る、のに最も容易
な形状だからである。しかしながら、この形状は限定的
なものではない。切欠９１７の高さ１］が、リッジ９１
６の材料がファイバに応力を加えることによって変形さ
れるときに応力を維持る、のに十分なものであれば、リ
ッジ９１６上に平坦な表面９１８を作り出すどのような
形状も満足すべきものであろう。好ましい実施例におい
て、ブロック９１４は、［）ｅｌｔｒｉｎのような、硬
質プラスチックから形成されている。このプラスチツク
は、ガラスよりより容易に変形し、したがってファイバ
に応力が加えられたときのファイバの損傷を排除してい
る。完全なパワーの転送のために、ファイバに変形およ
び非変形の交互の領域を股【ノるようにリッジがファイ
バに応力を加えることが重要である。装置の全体の長さ
は限定的ではないが、しかしながら図示された実施例に
おいて、長さは２ないし３インチのオーダである。さら
に、非複屈折ファイバが用いられたときに、ブロック９
１４に加えられた約３ｋｌＪの力が、リッジ９１６の数
に関係なく最大の結合を達成る、ために必要であるとい
うことが見出されている。 第２６図に戻ると、ブロック９１４は、一致る、パター
ンで平坦な表面９１０から突出る、１組のビン９２２を
受けるようなパターンで配置された複数の孔９２０を有
している。ブロック９１４は、ビン９２２に沿って平坦
な表面９１０に向かっておよび表面９１０から離れるよ
うに虐動される。リッジ９１６のエツジがファイバ９２
４の長手方向の軸を横切り、１対のファイバ保持プレー
ト９２６によって平１■な表面９１０上に保持されるよ
うに、ビン９２２は整列されかつリッジ９１６は配向さ
れる。したがって、第２７図において参照番号９２７に
よって示されたリッジ９１６のエツジは、ファイバ９２
４の長手方向の軸を横切っている。ビン９２２はまた、
ブロック９１４のロッキングを防いで不均一な力がファ
イバ９２４に加えられることを防止る、ように機能して
いる。 もしも所望る、ならば、ビン９２２の両端は、それぞれ
のナツト（図示せず）を受取るようにねじが切られても
よく、かつそれぞれのコイルばね（図示せず）は、ファ
イバ９２４上に頂部プレート９１４によって作用される
圧力を制御る、ためにナツトと上部ブロック９１４との
間に配置されてもよい。 保持プレート９２６は、ファイバを受取るための■字形
状のカットアウトをその中に備えたディスタ形状であり
、さらにそれらが平坦な表面９１０に対して直角になる
ようにブロック９１１の両端において取付けられたそれ
ぞれの端部プレート９２８のそれぞれの円形の間口に取
付けられる。 しかしながら、ファイバを保持る、どのような他の適当
な方法も代わりに用いられてもよい。 ２、 複屈折ファイバの動作理論 第２８図に示されるように、プレート９１４に対る、垂
直の力Ｆの印加は、リッジ９１６をファイバ９２４に対
して押しつけ、したがってリッジ９１６の下のファイバ
９２４の部分に応力を生じさせる。このリッジは、応力
が生じた領域の始めおよび終わりにおいてファイバの幾
何学的形状に突然の変化を引起こす。説明の目的で、フ
ァイバの幾何学的形状におけるこれらの突然の変化は、
境界９４４として観察される。 配向におけるそのような変化が非常に短い境界領域にわ
たつて生じるように偏光モード軸の配向の突然の変化が
引起こされるということが装置の動作にとって有益であ
る。示された実施例において、第２８図におけるこれら
の境界９４４は、逃げ領域９１６の結合表面９１８のエ
ツジによって形成され、したがってビート長の１７２で
周期的に一定間隔保って配置される。他の実施例におい
て、境界９４４は、ビート長の１／２の奇数倍の間隔で
配置され得る。 各境界９４４において、光はファイバ９２４のモード間
で結合される。複屈折ファイバ９２４に対して、偏光Ｘ
およびＹ（偏光モードＸおよびＹに対応る、）の直交る
、軸は、各境界９４４において角度θを介して第２９図
に示されるような偏光Ｘ−およびＹ′の直交軸まで突然
シフトる、。 ３、 非複屈折ファイバの動作理論 第３０図を参照る、と、２−モードファイバ９２４を取
入れたモードカプラの１９のタイプが示されている。力
Ｆが上部ブロック９１４に加えられてリッジ９１６の結
合表面９１８をファイバ９２４に対して押しつけさせ、
したがってファイバを非対称的に変形させ；る。リッジ
９１６は、応力が生じた領域９３２．９３６の各々の始
めおよび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に変化
を引起こし、したがって応力が生じた領域と応力が生じ
ていない領域との間に境界９４４を作り出す。 非複屈折ファイバ９２４に対して、ファイバの中心ライ
ンまたは長手方向の軸９４６は、加えられた力の方向に
各境界９４４において突然シフトされる。ファイバ軸９
４６のそのような突然のシフトは、境界９４４の各々に
おいてモードの基本しＰｏ、セットからモードの２次Ｌ
ＰＩＩ １？ツトまで光を結合させる。光が結合される
特定の２次モードは、加えられた光の偏光に対る、力の
方向に依存している。たとえば、もしも基本モードにお
ける光が垂直に偏光されるならば、そのような光は、垂
直−直交２次モードに独自に結合し、垂直−平行２次モ
ード、水平−垂直２次モードまたは水平−平行２次モー
ドには結合しないであろう（第１１図参照）。次に、力
が未だ垂直であるが、入力光が基本モードで水平に偏光
されているとる、と、そのような光は、水平−平行２次
モードに独自に結合る、が、他の２次モードのいずれに
も結合しないであろう。もちろん、２−モードファイバ
に用いられるカブラの他の実施例は、先に述べられ、か
つ結合を実現る、際に２−モードファイバに周期的な折
曲げを加える装置についてｉｌ論しＩζ、Ｈ、Ｆ 、
Ｔ ａｙｌｏｒの文献において説明されたカブラのよう
な、先行技術において知られている。 要約る、と、ここに説明された発明は、短いコヒーレン
ス長を有る、光源を使用る、ことにより複数の位置にお
ける周囲環境状態をモニタリングる、際の先行技術を越
える有意義な改良点を含むだけではなく、（１）？！数
のセンサのすべての連続的な感知のために構成されたシ
ステムを提供し、（２）リードの周囲環境からの遮蔽な
しに遠隔の位置で正確な感知を行なわせる構成を提供し
、（３）センサに影響を及ぼす周囲環境の影響を識別る
、正確なかつ容易に分析された情報信号を発生る、、簡
単な、経済的なそして選択的なすべてのファイバ光学態
様において光信号のヘテロゲインを提供し、モして（４
）センサ側において大きな光学装置または電子装置の使
用を必要としないすべてのファイバ光学センサアレイシ
ステムの選択を提供る、ことによって、産業分野におけ
る他の良く存在している問題点を克服している。 この発明は、その精神および本質的な特徴から離れるこ
となく他の特定の形式において実施されてもよい。描か
れた実施例は、すべての点で例示的なものであり、かつ
限定的なのではないと考えられるべきである。それゆえ
に、この発明の範囲は、前述の説明よりはむしろ添付さ
れた特許請求の範囲によって示されている。特許請求の
範囲の同等の意義および範囲内のすべての変更は、それ
らの範囲内に包含されるべきである。
到達る、光信号が、センサに影響を及ぼす周囲環境状態
だけでなくセンサとレシーバとの間を延びる並列光ファ
イバに影響を及ぼすこれらの状態をも反映る、であろう
ということを意味る、。関心のある特定のポイントにさ
らに局在る、センサ間のリンクとして、対応る、レシー
バを伴なわずに余分な干渉計を選択的に用いることもで
きるが、しかしそのようなリンクの負荷は、各センサに
関連る、信号−雑音比を劣化させる傾向がある。 それにもかかわらず、第８図の実施例は、選択された応
用例、特に第７図の実施例におけるように、レシーバ４
１８および４２０が並列に構成された応用例に対る、望
ましい構成を提供している。 そのような並列レシーバによって、センサの各々の連続
的かつ同時モニタリングが可能である。 第８図の実施例に比較して必要な周囲環境の遮蔽の大き
さを最小限にる、とともに、多くの応用例に対る、性能
を考慮して表面上合理的な妥協をもたらすことに加えて
、第７図に描かれたシステムの構成はまた、システム全
体を通していずれかのセン→Ｊまたはレシーバに存在る
、信号に対る、アクセスをもたらすことによって自由な
ファイバの端部がアライメントの必要性を簡略化る、と
いう実際的な利点を有している。 上述の並列および直列構成は、この発明の好ましい実施
例のいくつかを表わしているが、ここに説明されるこの
発明の特徴を示すコヒーレンス多重化センサネットワー
クに対して数多くの可能な構成が存在る、ということが
評価されよう。たとえば、第９図は、直列システムに似
たリード不感度を示づ可能なハイブリッド並列−直列コ
ヒーレンス多重化システムを描いている。 特に、Ｍ９図の実施例は、ファイバ光学入力バス１０２
に光学的に結合されたレーザダイオードのような光源１
００を含み、この入力バス１０２は、結合構成で入力バ
ス１０２の長さに沿って配置された光学カブラ１０８ａ
、１０８ｂ 、・・・１０８ｎを有る、。結合された
信号を入力バス１０２から、センサ５００ａ、５００ｂ
、・５００ｎを含む複数のマツハ−ツエンダ干渉計の１
９の入力に通信る、複数のファイバ光学入力ライン部分
５０１ａ 、５０１ｂ 、 ・５ｏ１ｎのうちの１９の
端部は、入力バス１０２と光学結合関係になるようにカ
ブラ１０８ａ 、１０８ｂ 、 ・＝１０８ｎの各々に
よって固定されている。 特に、センサ５００は各々、カブラ５０４と５０６との
間で延びる第１のセンサアーム５０２ａ。 ５０２ｂ、・・・５０２ｎを規定る、ように光ファイバ
５０１上に各々配置された、入力光学カブラ５０４ａ
、５０４ｂ 、−５０４ｎおよび出力光学カブラ５０６
ａ、５０６ｂ、−５０６ｎを含んでいる。他の光ファイ
バは、アーム５０２に光学的に結合されるようにその両
端の近くで光学カブラ５０４および５０６に接続されて
おり、第２のセンサアーム５０８ａ 、５０８ｂ 、−
５０８ｎを規定している。センサ５００は各々、各アー
ム５０２の延長である光ファイバ部分５０３ａ 、５０
３ｂ 。 ・・・５０３ｎに接続されている。光ファイバ部分５Ｏ
３は各々、対応る、カブラ１１２ａ、１１２ｂ。 ・・・１１２ｎによって固定され、このカブラはまた、
復帰バス１１４を光ファイバ部分５０３に光学的に結合
る、ためにファイバ光学復帰バス１１４に固定されてい
る。 アーム５０２とアーム５０Ｂとの間の光径路長の差は、
とのセンサに対しても光源１００の光源コヒーレンス長
よりも大きくなければならない。 センサの各々におけるアーム５０２および５０８の間の
光径路長の差は、いずれかの他のセンサの光径路長の差
よりも少なくとも１光源コヒーレンス長だけ異なってい
なければならない。さらに、センサ５００は、ファイバ
１０２および１１４に沿った選択された位置に配置され
、これによりカブラ１０８ａからカブラ１０８ｂに至り
カブラ５００ｂのアーム５０２ｂを介しカブラ１１２ｂ
にヱリさらにカブラ１１２ａに戻る経路の長さは、カブ
ラ１０８ａからセンサ５Ｏ−Ｏａのアーム５゜８ａを介
しカブラ１１２ａに至る経路よりも、光源１００のコヒ
ーレンス長よりも大きくかつ光源１００の少なくともコ
ヒーレンス艮だけすべてのセンサ５００の経路長の差５
０８および５０２とは異なる大きさだけ長くなければな
らない。同様の要求が他のセンサ間の間隔にもあてはま
る。この構成は、バス１１４上の異なるセンサからの信
号の干渉を排ことを要求される。 復帰バス１１４は、第７図におけるライン４０２のレシ
ーバ４１８および４２０への接続と同じ態様で、複数の
光学カブラ５０９ａ 、５０９ｂ 。 ・・・５０９ｎを介して複数のレシーバ５１０ａ、５１
０ｂ、・・・５１０ｎに相互接続されている。第９図の
レシーバは、入力光学カブラ５１２ａ、５１２ｂ 、
・５１２ｎと、出力光学カブラ５１４ａ。 ５１４ｂ、・ ５１４ｎと、センサアーム５１６ａ。 ５１６ｂ −＝５１６ｎと、センサアーム５１８ａ。 ５１８ｂ、・・・５１８ｎとを含んでいる。 第７図の構成と同様に、第９図のレシーバは各々、セン
サアーム５１６ａおよび５１８ａが、第７図の実施例の
経路長の差Ｌ１および立、に関して説明されたように、
アーム５０２ａおよび５０８ａの光軽路長の差立、に実
質的に一致る、光経路長の差し、を有る、ように構成さ
れている。さらに、アーム５１６ｂおよび５１８ｂの光
経路長の差Ｌ２は、第７図のレシーバ４２０および４１
８の光経路長の差Ｌ２およびり、の間の関係と同一の態
様で、アーム５１６ａおよび５１８ａの光経路長の差し
、にＹ１１通している。 動作において、第９図の光源１００は、カブラ１０８を
介してセンサ５００に通信される光信号を光フフイバ入
カバス１０２上に与える。センサ５００は各々、アーム
５０２に関る、アーム５０８上の周囲環境の影響を表わ
す光信号を与えている。この光信号は、カブラ１１２を
介して復帰バス１１４に通信され、そこから信号がそれ
ぞれのレシーバ５１０に結合される。第７図の実施例に
関して説明されたように、各レシーバは、１に単信号と
、選択されたセンサ５００のアーム５０２および５０８
を介して通過る、ときに周囲環境状態によって影響を受
けた光信号との間の位相差に対応る、出力信号を与える
。この出力情報は、関連る、検出器５２０ａ 、５２０
ｂ 、 ・５２０ｎに通信され、この検出器自体は、感
知された周囲環境情報を処理しかつ分析る、従来のモニ
タリングおよび評価装置に相互接続されている。 第９図のセンサ５００に対して利用された干渉計の構成
のために、センサ５００以外のシステムの部分上の周囲
環境の影響は、信号の出力に影響を及ぼさない。 分散されたセンサシステムの直接構成は、シングルモー
ドの、複屈折ファイバにおける直交偏光° によって
、または２−モードファイバにおける基本および２次モ
ードによって規定された光経路を含んでいる。そのよう
な分散されたセンサの１９の好ましい実施例が第１０図
に描かれている。第１０図の構成は第７図に描かれたシ
ステムに機能的に対応しているが、しかし第７図に描か
れたシステムの経路に対応る、光経路を規定る、ために
、選択された構成要素とともに、シングルモードの複屈
折ファイバの直交偏光または２−モードファイバの直交
モードを利用している。シングルモード複屈折ファイバ
または２−モードファイバに与えられた直交モードは、
マツハ−ツエンダ干渉計のように２−チャネル媒体とし
て装置を使用させる、ファイバを介る、２つの経路を規
定る、。 この分散されたセンサシステムのこれらの他の実施例の
構造上の詳細および動作理論を議論る、前に、そしてそ
れらの理解を助けるために、光ファイバのモード理論の
概要が提供される。この発明の理解のために、ここで用
いられるようないわゆる弱い案内ファイバ表記法を用い
ることで十分である。 （以下余白） ファイバモード理論 ファイバがカットオフ以下の波長で光を伝播させるとき
に、ファイバはより高次のモードを案内し始めるであろ
う。カットオフλ。における波長は、ファイバの幾何学
的形状に閏３＠シており、ステップインデックスファイ
バに対して、以下の方程式を用いて計桿される： ここでｒは、コアの半径であり； ｎ、はコアの屈折率であり；かつ ｎ ｃｌ、 は、クラッドの屈折率である。 当業者は、基本モード、２次モードなどが各々、複数の
電界パターンを含み、各パターンはモードを表わしてい
るということを認識る、であろう。 たとえば、基本モードは、２つの偏光モードを含んでい
る。混同を避けるために、基本モードは以後、モードの
基本セットと呼ばれ、かつ２次モードはモードの２次セ
ットと呼ばれるであろう。 案内されるモードの最も下位の、すなわち基本のレッ１
−は、ＬＰＯ，ＴＩ−一ドセッ１−である。ＬＰ、１モ
ードセツトは、基本モードセット［Ｐｏｌを越えて案内
される次のモードセット（すなわら、２次モードセット
）である。これらのモードセットは、ｌ）、Ｑｌｏｇｅ
による応用光学（Ａｌ）Ｉ）ｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ
）の１０．２２５２ （１９７１年）の゛弱い案内フ
ァイバ（Ｗｅａｋｌｙ Ｇｕｉｄｉｎｇ Ｆ ｔｂ
ｅｒ） ”と題された論文において詳細に定義されかつ
説明されている。 第１１図は、モードの基本ＬＰ、、ｔットにおける２つ
のモードと、モードの２次ＬＰ、、セットにおける４つ
のモードとの電界パターンを示している。矢印は、時間
の特定の瞬間における電界ベクトルの方向を示している
。 基本モードのＬＰｏ１セットに対して、電界ベクトルは
、垂直であり垂直に偏光された光を表わしているか、ま
たは水平であり水平に偏光された光を表わしているかの
いずれかである。しかしながら、２次モードのＬＰ、、
セットに対して、垂ａ偏光および水平偏光は各々、２つ
の電界パターンを有している。さらに、２次モードセッ
ト電界パターンの各々は、２つのローブを含んでいる。 これらの電界パターンの１９において、ローブのＭ界ベ
クトルは、ゼロ電界ライン（ＺＦＬ）に対して垂直であ
る一方で、他方の電界パターンにおいて、ローブの電界
ベクトルは、ゼロ電界ライン（ＺＦＬ）に対して平行で
ある。ゼロ電界ラインは単に、ゼロ電界振幅を表わす２
次モードパターンの各々における２つのローブ間のライ
ンである。 同様に、水平に偏光された２次モードは、第１１図に示
されるように、ＺＦＬに対して平行かまたはＺＦＬに対
して垂直かのいずれかで配向された電界ベクトルを有し
ている。 第１１図における６つの電界パターンの各々、すなわら
２つのＬＰｏ１パターンと４つのＬＰ。 、パターンとは、互いに直交している。したがって、６
つのパターンまたはモードは、通常は互いに結合しない
、ファイバを介る、独立した光経路として観察される。 ２つのＬＰ。、モードは、同じ位相速度でファイバを介
して進み、かつ４つの２次ＬＰ、、モードは、はぼ同じ
位相速度でファイバを介して進むであろう。しかしなが
ら、モードの基本ＬＰｏ＋Ｐｏ上に対る、位相速度は、
モードの２次ＬＰ。 、ｔ？フット対る、位相速度よりも遅いであろう。 したがって、モードの２つのセットＬＰｏ ５． ＬＰ
７．を進む光は、光がファイバを介して伝播る、につれ
て、互いに位相が一致したりずれたりる、ように移動る
、であろう。モードＬＰｏ、、ＬＰ１．が位相が一致し
たりずれたりる、ように移動る、速度は、モードの２つ
のセットＬＰ。、およびＬＰ、、の間の実効屈折率の差
に依存している。 ファイバの複屈折は、２つの偏光モードの実効屈折率に
おける差である。もしも光源がカッ１１７以上の波長に
あるならば、モードのＬＰ０１セット内の２つの偏光モ
ードのみがファイバを介して伝ｍる、であろう。非複屈
折ファイバに対る、これらの２つの偏光モードの位相速
度間に差は存在しないが、これらの２つの偏光モードに
対る、屈折率の差、したがって２つのモード間の位相速
度の差は、ファイバの複屈折が増大するにつれて増大る
、。複屈折ファイバを伝播る、光は、異なる偏光モード
において異なる速度で進むので、一方の偏光モードにあ
ける光と辿方の偏光モードにおける光との間の相対位相
は連続的にシフトし、これにより光がファイバを伝Ｊｆ
ｆｉ ＝ｊるにつれて、２つの偏光モードにおける光を
互いに位相が一致したりずれたりる、ように移動させる
であろう。 単一の高複屈折モノモード光ファイバは、良い距離にわ
たってその中を進む光の偏光を維持る、ことができ、こ
れにより通常一方のモードから他方のモードへの光の感
知できるほどの結合は存在しない。これらの偏光モード
は一般的に、ＸおよびＹｌｌ光モードと呼ばれている。 ビート長 ファイバのビート長は、異なる速度でファイバの異なる
伝播モードを進む同一周波数の２つの信号が、相対位相
で３６０°シフトししたがって再度同相になるのに要る
、距離である。数学的に、ビート長は次のように表現さ
れる： Ｌ＝λ／△ｎ ・・・（３） ここでλは、真空中における光の波長であり、かつ 八〇は、ファイバの２つの伝播モードの実効屈折率にお
ける差である。 もしもこの発明において複屈折ファイバが用いられると
、△ｎは、モードのＬＰｏ ＋ Ｌットの２つの偏光モ
ード（Ｘ、Ｙ）間の実効屈折率の差に等しい。もしもこ
の発明において２−モードファイバが用いられると、Δ
ｎは、モードの１次レット（ＬＰｏ 、）とモードの２
次セット（ＬＰ、、）との間の実効屈折率の差に等しい
。 １ ファイバの− 第１０図において描かれた分散されたセンサの構成は、
第７図に描かれたシステムに機能的に対応している。し
かしながら、この実施例において、センサおよびレシー
バは、シングルモードの、複屈折ファイバを備えている
。 特に、第１０図は、たとえばレーザダイオード、超発光
ダイＡ−ド（ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉ
ｏｄｅ）または発光ダイオードのような光源１００を備
えている。ライン７０２から垂直および水平偏光モード
に光信号を分離し、かつこれらを第１のセンサ７０６上
に結合る、ように□能る、カブラ７０４へ光ファイバ７
０２を介して光学的に結合された光源１００は、シング
ルモードの、複屈折光ファイバを備えている。 カブラ７０４のようなカブラは、シングルモードの、単
一偏光ファイバのモードのみの間の信号を複屈折ファイ
バの双方の偏光へ結合る、１９の手段として、またはそ
の道の手段として、ここで議論される実施例において数
多くの色直で利用される。モードを結合しまたは分離る
、そのようなカブラは、ここでは偏光カブラと呼ばれる
であろう。先行技術において周知のそのような結合をも
たらす種々の方法が存在る、。この結合を実現る、１９
の好ましい実施例は、このファイバの物理的な軸が共直
線となる一方で、偏光のファイバ軸が互いに角度をなす
ように、ファイバを共に突合ぜ（ｂｕｔｔ）結合するこ
とを含んでいる。この突合せ結合は、ファイバを共に接
着し、またはそれらを共に溶融る、などのいくつかの周
知の手順のいずれかによって実現される。 偏光軸の角度を有る、配向は、従来の方向性カブラにお
ける結合係数に類似している。すなわち、角度が変化る
、につれて、より多くのまたはより少ない光が２つのフ
ァイバのモード間で結合される。偏光軸間の４５°の角
度は、従来の方向性カブラにおける５０％の結合効率の
通常の３ｄｂレベルと等しい。わずか１９のセンサのみ
から構成されるシステムに対して、これは最適の角度の
選択である。一方で、システムがいくつかのセンサを含
むならば、信号対雑音比を最大限にる、のに必要な角度
は異なっている。適当な角度の決定は、周知の数学的手
順を用いる数学的解析によって行なうことができ、また
はファイバ偏光軸の種々の角度の関係に対る、システム
の応答をテストる、ことによってなされてもよい。 ファイバを共に突合せ結合してカブラ７０４を形成プる
どぎに、ファイバの複屈折軸が正しく整列されるように
これらの軸を見出すことが重要である。いくつかのファ
イバに対して、これはファイバを顕微鏡的に検査してそ
れらの楕円率を検出することによって実現され（ｑる。 他の方法は、ファイバに光を注入し、さらにその後散乱
された光のパターンを観察して複屈折の軸を決定る、こ
とを含んでいる。複屈折軸を決定る、さらに他の方法は
、３． Ｃａｒｒａｒａ ｅｔ ａｔ、による、カリフ
ォルニア州すンディエゴにおける１９８５年２月１３日
から１４日までの光ファイバセンサに する第る゛偏光
−１保持光ファイバにおける複屈折軸の弾性−光学測定
（Ｅ １ａｓｔｏ −ｏｐｔｉｃ ［） ｅｔｅｒｍ
ｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ３ ｉｒａｆｒｉｎｇｅｎｔ
Ａｘｅｓ ｉｎ Ｐｏ１ａｒｉｚａＨｏｎ−トｆｏｌ
ｄｉｎｇ Ｑｐｔｉｃａｌ ｌ”１ｂｅｒ）”にお
いて説明されている。この論文は援用されてここに取入
れられている。 ３ 、 Ｑａｒｒａｒａ ｅｔ ａｔ、の論文は、横方
向の応力の′使用が、結果として複屈折を生じさせ、こ
の複屈折は、残りの組入れられた複屈折と、応力のため
に外部から誘起された複屈折との結合であるということ
を教示している。応力の結果、正味の複屈折の配向おに
び大きさは、一般に、それらの最初の１直から逸脱る、
。これは、外部応力の方向が複屈折軸の一方に沿ったも
のでないならば、ファイバの一方の固有偏光モードから
他方のモードへ光学パワーのいくらかを結合させる。そ
れゆえに、もしも応力領域における光が残りの複屈折軸
の一方に沿って線形に偏光されるならば、出力の偏光状
態は変化しない。これは、横方向の応力の方向を参照し
て複屈折軸の配向の測定として利用される。 再度第１０図を参照すると、構成においてカブラ７０４
に対応る、他方の光学偏光カブ５７０８は、ファイバ７
０６の一方の側部上に光学的に結合され、かつ他方の側
部上で、単一偏光［−ドを有る、シングルモードファイ
バ７１４に光学的に結合される。）？イバ７０６および
７１０は、ファイバ７０６の垂直および水平偏光モード
における信号がファイバ７１０の単一の偏光装置におい
て伝送されるようにカブラ７０８を介して光学的に結合
されている。 光ファイバ７１０は、他方の偏光カブラ７１２を介して
、シングルモード複屈折ファイバ７１４を含むセンサ７
１４に光学的に結合されている。 再度、カブラ７１２は、カブラ７０４として形成されて
いる。センサ７１４は、他方の偏光カブ５７１６を介し
て他方の光ファイバ７１８に結合され、この光ファイバ
７１８は好ましくは、システムにおけるセンサとレシー
バとの間で光信号が伝播る、単一の偏光モードを有して
いる。 光ファイバ７１８は、従来の方向性カブラ７２０を介し
て、７４０で一般的に示された受信アームにおける他方
のシングルモードの単一偏光光ファイバフ２２に光学的
に結合されている。光ファイバ７２２は、偏光カブラ７
２４を介して、シングルモードの複屈折光ファイバを含
むレシーバ部分７２６に結合されている。 第７図のレシーバ４１８および４２０と同様に、レシー
バ７２６は、センサ７０６または７１４の一方の長さに
実質的に一致る、長さのものであって、これによりレシ
ーバ７２６における偏光モード間の光径路長の差は、対
応る、センサ７０６または７１４における偏光モード間
の光径路長の差に実質的に一致る、。この構成において
、第７図に描かれた実施例と同様に、対応る、長さの光
経路を介して伝播したレシーバ７２６における光信号は
干渉し、対応る、長ざのヒン４Ｊ ７０６または７１４
を介る、光信号の伝播に影響を及ぼした周囲環境状態を
示す位相差信号を発生る、。 レジ−バフ２６は、他方の偏光カブラ７２８を介して、
光信号をそこを介して伝送る、ための単一偏光モードを
有る、シングルモードファイバ７３０に結合される。光
ファイバ７３０は、第７図の検出：ａ４３４および４３
６のような、他の実施例に関して前に説明されたタイプ
の検出器７３２に光学的に結合される。出力電気信号は
、検出器７３２から電気出力端子７３４上に伝送され、
この出力電気信号は、対応る、センサ７０６または７１
４を介る、光信号の流れに影響を及ぼす周囲環境状態の
表示をもたらしている。 光ファイバ７１８はさらに、従来の方向性カプラ７３６
を介して、一般に７４１で示された他方の受信レッグ（
ｔｅａ）に光学的に結合され、このレッグは、上述の受
信レッグ７４０に対応る、構成を有している。より詳細
に説明る、と、受信レッグ７４１における光信号は、カ
プラ７３６から、シングルモードの、単一偏光の光ファ
イバ７４２へ伝えられ、そこから偏光カプラ７４４を介
して、センサ７０６または７１４の一方の長さに対応る
、長さを有する光学レシーバを含む成る長さのシングル
モード複屈折ファイバ７４６に結合される。 レシーバ７４６は、偏光カブ５７４８を介して、その中
に単一偏光モードを有る、他方のシングルモードファイ
バ７５０に光学的に結合される。フ １フイバ７５０は
、検出器７５２に光学的に結合され、この検出Ｂ７５２
は、ファイバ７５０から電気的出力ポードア５４に光信
号を通信し、このボート７５４は、対応る、センサ７０
６または７１４の位相差信号を表わず電気信号を搬送】
る。 もちろん、第７図に描かれた直列構成と同様に、多数の
センナとそれらの関連る、カプラとが第１０図の実施例
に含まれ、同様に、センサを介して流れろ光信号の位相
差関係に影響を及ぼす周囲環境状態を受取りかつ検出す
る多数のレシーバレッグが含まれ得るということが評価
されよう。センサ間で伝送される光信号のすべてがセン
サ間の共通経路に沿って進むので、センサ間の７１０の
ようなシングルモードの単一偏光ファイバ部分の長さは
、システムの精度に影響を及ぼさないであろう。したが
って、光信号の位相関係におけるどのような変化もシス
テムのこれらの非感知部分において発生しない。 第７図に描かれた構成は、センサ４０４のアームの光径
路長の差が、光源の少なくとも１コヒーレンス長だけセ
ンサ４０６のアームの経路長の差と異なっていなければ
ならないということを要求る、ということが思い出され
るであろう。付加的なセンサが直接構成に加えられると
きに、種々の光経路間の干渉は、システムのセンサの光
経路長の差が、指数関数的に増大しかつ光源のコヒーレ
ンス長の倍数に基づく大きさだけ互いに異なるように要
求る、ことによって避けられる。 第１０図のシステムはまた、光源のコヒーレンス長に基
づくセンサ間の光径路長の差の分離を必要としている。 しかしながら、複屈折ファイバにおける直交モード間の
光径路長の差は偏光の位相速度の差に基づいているので
、干渉を避けるために必要なこれらの偏光モード間の経
路長の差は、光信号の光波長およびビート長に関連る、
ファイバの長さに基づいている。特に、複屈折ファイバ
の長さく史）と、このファイバ内の光経路の光径路長の
差（Δ見）との間の関係は、次のように表わされる： Δ追−ｆＬ（λ／λｂ） ・・・（４）ここで、λは
光信号の波長であり、かつλｂは、光信号のビート長で
ある。 当業者は、ビート長に対る、波長の比率が典型的には、
任意のファイバに対して任意の数であり、かつこの数は
一般にファイバの製造業者から得られるということを評
価る、であろう。 以上のことに塁づいて、干渉を避けるために必要な第１
のセンサ７０６の良さは次のように定義される。 （λ／λｂ ） Ｑ、＞庇。 ・・・（５）したがって
、 見〉（λｂ／λ）ｆＬｃ ・・・（６）上述の長さは
、これらの種々の光経路間の干渉が排除されるようにシ
ステムのセンサ間の経路長の差の分離が決定される大き
さとなる。 第１０図の実施例のｆｆｌ要な利点の１９は、複屈折フ
ァイバの偏光モードによって規定された光経路の使用が
、システムのオペレーションを劣化させることなく、レ
シーバ７２６とその対応る、センサ７０６および７１４
との物理的長さの間で、第７図の実施例よりも大きな差
を許容る、ということである。第７図に示された実施例
のような直列実施例の場合に、センサの光経路差とレシ
ーバの光径ＶＢ差との間の差は、光源の１コヒーレンス
長よりもはるかに小さくなければならない。紹介光ダイ
オードに対して、この光源コヒーレンス長（し、）は典
型的には、約５０μｍのオーダにある。したがって、第
７図ないし第９図に示されたような直列構成のセンサお
よびレシーバ間の光経路差における差は、その差がこの
大きさ以下であるような長さのものである必要があろう
。しかしながら、複屈折ファイバの使用によって、波長
とビート長との間の比率は活動し始める。第１０図の実
施例において利用され得るそして商業的市場において一
般に利用可能な多くの光ファイバは、１μ請のオーダの
波長で作動されるときに１ないし３Ｉ１ｍのオーダのビ
ート長を有る、。センサおよびレシーバの長さの間の許
容可能な差を表わす複屈折ファイバの関係は次のとおり
である：（λ／λｂ ） ｌ ｆＬ−＋ −Ｌ＋ Ｉ
＜＜Ｌｃ ・・・（７）ここで、楚、は感知ファイバ
の長ざであり、かつ し、は受信ファイバの長さである。 ０．００１のビー１−長対波長の比率を右づ−るフッ・
イバを用いて、上述の方程式は、レシーバに比較してセ
ンサの光フ？イバ艮の差が５ＣＩｌｌよりもはるかに小
さくなるべきであるということを示している。ライン長
におけるそのような差は、第１０図に描かれたようなタ
イプの分散されたセンサシステムの製造において比較的
容易に達成されるであろうということが評価されよう。 選択的に、第１０図の実施例において用いられるシング
ルモードの、単一偏光ファイバは、複屈折ファイバで！
換えることができる。複屈折ファイバ内で単一偏光モー
ドを得るために、ファイバ上に偏光子が含まれる。選択
された偏光の信号の伝播を制御る、偏光子は、先行技術
においてよく知られている。この発明に用いることがで
きる偏光子の一実施例は、１９８３年６月７日に発行さ
れ、“偏光子および方法（Ｐ ｏｌａｒｉｚｅｒ ａｎ
ｄ Ｍ ｅｔｈｏｄ ）”と題された米国特許第４．
３８６．８２２号において３ ｅｒｇｈによって開示さ
れている。この特許は援用されてここに取入れられてい
る。さらに、シングルモードの、単一偏光ファイバが複
屈折ファイバによって１！換えられる場合、カプラ４０
７．４０８および４１６は、カプラの一方側部上の複屈
折ファイバにおける双方の偏光と、カプラの他方の側部
上の複屈折フ・フィバの双方の偏光との間で結合る、で
あろう。これは、上述のように、適当な角度でファイバ
を偏光軸に突合せ接続る、ことによって実現される。代
わりに、このタイプの結合は、７０２，７０６，７１０
，７１４および７１８などのセンサおよび光学的に結合
されたファイバのすべてを含むように単一の連続る、シ
ングルモード複屈折ファイバを利用し、かつ結合が望ま
れる複屈折ファイバ上のこれらの位置に横断る、圧力を
周期的に加えることによって実現され得る。この横方向
の力を加えるための装置は、第２６図を参照して後で説
明される。 光ファイバ７１８が複屈折ファイバを含むときに、カプ
ラ７２０および７３６は好ましくは、偏光を保つ方向性
カプラであり、ファイバ７１８における直交偏光モード
からの光信号を複屈折ファイバ７２２および７４２にお
ける対応る、直交偏光モードに結合る、。ファイバ間の
結合時に偏光を保つ１９の手法は、第２図に関して説明
されたような従来の方向性カブラを使用し、かつ偏光の
それらの方法が共通平面で整列されるようにファイバを
その中に整列させるということである。したがって、た
とえば、カプラ７２０において、ファイバ７１８の垂ｖ
Ｘ偏光の平面は、ファイバ７２２の甲面と平面整列され
るべきである。同様に、これらのファイバの水平偏光の
平面は、平面整列されるべきである。この構成において
、同様の偏光の光経路は、それら自身とのみ結合る、で
あろう、偏光の軸を識別る、方法は以上のように説明さ
れ、ここではカプラ７２０においてファイバ７１８およ
び７２２を適当に整列させるために用いられる。 ７２０および７３６のような方向性カブラが、偏光を保
つようにされるならば、偏光子は、シングルモードの複
屈折ファイバ７２２および７４２において必要ではない
。 第１２図は、センサおよびレシーバとして複屈折のシン
グルモードファイバを用いる、分散されたヒンサシステ
ムの直列構成の他の好ましい実施例を描いている。第１
２図の実施例は、機能的には第８図に描かれた実施例に
対応している。さらに、第１２図は、システム全体を通
じてシングルモードの複屈折ファイバが用いられ、かつ
ファイバ７１０のようなセンサ間の単一の偏光ファイバ
がシステムから除去されるときに、第１０図に措かれた
実施例に物理的に対応している。 特に、第１２図の実施例は、好ましくは短いコヒーレン
ス長を有る、光信号を与える光源１００を含んでいる。 光源１００は、光ファイバ７５２を介して、そして複屈
折ファイバからなるセンサ７５６へカブラ７５４を介し
て光学的に結合されている。カブラ７５４は、第１０図
に関して説明されたタイプの偏光カブラを含んでいる。 センサ７５６は、その端部においてカブラ７５８を介し
て、複屈折ファイバを含む他方のセンサ７６０に光学的
に結合されている。再度、カブラ７５８は、カブラ７５
／Ｉと同様の偏光カブうであってもよい。 センサ７６０は、他方の偏光カブラ７６２を介して成る
良さの複屈折ファイバ７６４に結合され、このファイバ
７６／Ｉは、センサから装置の受信部分に信号を通信る
、。 ファイバ７６４は、偏光保持方向性カブラ７７０および
７７２を介して７６６および７６８で一般に示された受
信アームの各々に光学的に結合される。カブラ７７０お
よび７７２は、第１０図に関して上１ｆｆｌされた偏光
保持カブラ７２０および７３６に対応る、。カブラ７７
０および７７２は、ファイバ７６４から、それぞれ一般
に７６６および７６８で示されたレシーバアームに信号
を光学的に結合る、。レシーバアーム７６６および７６
８の複屈折ファイバ構成は、これらの受信アームの種々
の構成要素として複屈折ファイバが用いられるときに第
１０図の実施例において説明されたこれらのアームに対
る、構成に対応している。したがって、アーム７６６お
よび７６８の構成要素は、第１０図の実施例における関
連る、アームに対応る、ように番号が付されている。 もちろん、どのような所望の数のセンサアームも、それ
らをセンサ７５６と７６０との間で描かれた態様で接続
る、ことによって、直列に加えることができるというこ
とが評価されよう。同様に、付加的な受信アームは、こ
らの付加的なセンサにおいて発生る、位相差の変化を受
信しかつ検出る、ように加えることができる。 第１０図におけるファイバ７１０のような、接続ファイ
バ上への結合のためにセンサ間でパワーの損失がないの
で、伝送パワーに関る、限り、第１２図に描かれた実施
例は第１０図の実施例を越える利点を有しているという
ことが注目されよう。 一方、第１２図の実施例におけるように互いに隣接る、
センサを位置決める、ことは、第１０図の実施例におい
て実現され１ｇるように、異なる物理的領域における周
囲環境の影響を感知る、能力を制限る、。第１２図の実
施例は、もし所望る、ならばセンサが一定距離離れて配
置されるように調整され１テるということが評価されよ
う。特に、すべての第２の長さの複屈折ファイバは単に
、これらの接続ファイバにおける信号を検出る、ために
整合されたどのような受信アームも与えないことによっ
て、２つのセンサ間の接続として作用る、。 第１２図の実施例は、単一の長さの複屈折ファイバを用
いることによって、センサ７５６ ａ５よび７６０と、
システムの非感知、接続部分７６４とを含むように構成
され得る。同様に、各受信アーム７６６および７６８は
、別々の長さの複屈折ファイバを備えることができる。 この構成において、複屈折ファイバ部分間のカブラの各
々は、複屈折ファイバの直交偏光モード間で光信号を結
合る、ために横方向の応力を周期的に加えるカブラを含
むことができるであろう。そのような装置は、第２６図
に描かれており、さらに以下に詳細に説明される。複屈
折ファイバの連続る、ストランドの使用は、突合せ結合
と突合せ結合を完了る、ために必要なファイバの整列プ
ロセスとが必要でないので、装置の製造を簡略化る、こ
とができる。 第１３図は、複屈折ファイバセンサを利用し、さらに第
９図に描かれた実施例に殿能的に対応る、この発明の他
の実施例を描いている。第１３図の実施例は、好ましく
は短いコヒーレンス艮を有する光源１００を含んでいる
。ダイオード１００は、シングルモードの、甲−偏光フ
ァイバ８０２に光学的に結合される。ファイバ８０２は
、方向性カブラ８０４および８０６を介して、それぞれ
センサ８０８および８１０を含む複屈折ファイバの第１
の端部に光学的に結合される。センサ８０８および８１
０は、それらの第２の端部において、方向性カブラ８１
２および８１４を介して、シングルモードの、単一偏光
ファイバ８１６に光学的に結合される。 カブラ８０４および８０６において信号が結合されると
きに、これらの信号は、ファイバ８０２における単一偏
光モードから、ファイバ８０８および８１０における双
方の偏光モードに転送される。これは、第２図に描かれ
たような方向性カブラにおいて複屈折ファイバ８０８お
よび８１０のコアを適正に配向る、ことによって実現さ
れる。 最も一般的には、コアは、複屈折ファイバ８０８．６」
、び８１０における偏光モードの各々の方向がファイバ
８０８における単一偏光モードの角度に対してほぼ／１
５°の角度になるように配向される。 同様に、信号がカブラ８１２および８１４において結合
されるときに、ファイバ８０８および８１０は一般に、
複屈折ファイバ８０８および８１０における偏光の方向
がファイバ８１６における甲−偏光モードに対してほぼ
４５°になるようにファイバ８１Ｇに対してカブラ内に
配向される。この態様で、複屈折ファイバにおけろ双方
の偏光モードの成分は、単一偏光ファイバの単一偏光モ
ードにおいて進むように結合され、さらにその逆も同様
である。 ファイバ８１６は、方向性カブラ８１８および８２０に
おいて、複屈折ファイバ８２２および８２４に光学的に
結合され、これらのファイバ８２２および８２４はそれ
ぞれ、受信アーム８２６および８２８の一部を含んでい
る。カブラ８１８および８２０は、そのタイプにおいて
カブラ８０４および８０６に対応し、かつファイバ８１
６．８２２および８２／Ｉは、上述のファイバ８０２．
８０８および８１０に関して説明された態様でカブラ８
１８および８２０に配置される。センサ８２２および８
２４から、光信号は、それぞれ偏光カブラ８３０および
８３２を介して、シングルモードの単一偏光ファイバ８
３４および８３６に通信される。カブラ８３０および８
３２は、第１０図の偏光カブラ７２８および７４８に対
応る、。ファイバ８３４および８３６は、それぞれ、検
出器８３８および８４０に結合され、これらの検出器８
３８および８４０は、センナ８０８および８１０にそれ
ぞれ影響を及ぼす周囲環境状態を表わす信号を出力電気
端子８４２および８４４上に通信る、。 選択的に、ファイバ８０２，８１６，８３４および８３
６のいずれも、シングルモードの、複屈折ファイバを含
むことができる。このような状況下において、ファイバ
８０２におけるセンサ間にそしてファイバ８１６におけ
るセンサおよびレシーバ間に単一の光経路が設けられこ
れによりこれらの非感知領域における光信号の位相関係
への周囲環境の影響を防ぐように、偏光子がファイバ８
０２ Ｊ’ｔよび８１６に必要とされるであろう。 第１０図のレシーバアーム７４０および７４１は、第１
３図のレシーバアーム８２６ ｉｊ３よび８２８と実質
的に等しくかつ完全に交換可能であるということが注目
される。同様に、方向性カブラ８０４．８０６，８１１
５にび８１４（７）各々ハ、第１０図の７２０のような
偏光維持カブラと、同図の７２４のような偏光カブラと
の組合わせによって冒換えることができる。また、第１
２図のシステムにおいて、方向性カブラ７７０と、ファ
イバ７２２と、偏光カブラ７２４との（または７７２と
、７４２と、７４４との）組合わされたオペレーション
は、ファイバ７６４の双方の偏光からファイバ７２６（
または７４６）の双方の偏光へ光学パワーを結合る、単
一の装置によって実行され得る。２つの祷屈折ファイバ
の２つの偏光の間で結合る、ための１９のそのようなカ
ブラは、２つのファイバの偏光軸が互いに下行に整列さ
れないならば、第２図に描かれた設計を用いて構成され
１５る。そのようなカブラの現実の結合係数は、偏光軸
間の角度、ファイバの複屈折、ファイバ間の距離および
結合長さなどのいくつかのパラメータに依存している。 このようなシステム間における１９の相違は、第１０図
および第１２図における種々のセンサを介して進む光信
号の干渉を排除る、ために、システムに加えられた第１
０図および第１２図のシステムにおける各センサの光径
路長の差が、各付加されたセンサに従って指数関数的に
増大る、光源のコヒーレンス長の倍数だけすべての先行
る、センサの光径路長の差と異なっていなければならな
いということである。反対に、第１３図の実施例におけ
る新しいセンサの各々の光径路長の差は、各付加された
センサに従って線形に増大る、光源のコヒーレンス長の
倍数だけすべての先行る、センナの光径路長の差と異な
っていなければならない。 出力信号の差動検波は、出力ファイバフ３０゜７５０（
第１０図および第１２図）と、８３４および８３６（第
１３図）とを、産業分野において周知のタイプの偏光ビ
ームスプリッタ（図示せず）と、２つの光学検出器（図
示せず）とが後に続く複屈折ファイバによって置換える
ことによって、第１０図、第１２図および第１３図に描
かれたシステムのいずれにおいても提供され得る。各検
出器は、偏光されたビームスプリッタからのビームのう
ちの１９に光学的に結合されるであろう。２つの検出器
からの電気信号はその後、差動増幅器（図示せず）にお
いて減算されて、対応る、センサを介して伝送される光
信号間の位相差を識別る、ことができるであろう。 ２−モーζファイバの・− 第１０図、第１２図および第１３図を参照して説明され
たシステムは、高複屈折ファイバにおける２つの直交し
て偏光されたモード間の干渉に基づいている。２−モー
ドファイバにおける２つの空間的に直交る、モード間の
干渉に基づいて類似の構成が設計され得る。 ファイバ光学モード理論は、第１１図に関して既に説明
された。第１１図を参照る、と、２−モードファイバは
現実に、描かれたように６つのモードを伝播る、という
ことが思い出されるであろう。当業者は、円筒状の対称
性を伴なったファイバにおいて、基本モードセットが２
倍退化されるということを評価る、であろう。言い換え
ると、基本モードの２つの直交る、偏光を伝播る、光信
号は、同一の位相速度で伝播る、であろう。同様に、２
次モードセットは、２対の退化した、直交偏光されたモ
ードからなり、これらの対はそれら自身の間でほとんど
退化されている。偏光間のこの退化は、応力によって誘
起された異方性によって、または代わりに２−モードフ
ァイバにおける楕円形のコアを用いることによって向上
され得るということがよく知られている。楕円形のコア
の導入はまた、２次モードの退化に近・いものをも向上
させるであろう。 このような退化がファイバの適正な設計によって向上さ
れるときに、光は、同一モードセットにおける他のモー
ドにまたは他のモードセットにＪ−３けるいずれかのモ
ードに明らかに結合されることなくこのモードセットに
Ｊ３ける［−ドのいずれか１９において伝播る、ことが
できる。 以下の議論の目的で、２−モードファイバが上述のよう
に構成され、これによりこれらのファイバはこのような
退化を取除きながらモードを維持しているものと仮定る
、。したがって、基本モードピットにおけるただ１９の
モードおよび２次モードセットにおける１９のモードの
みが光信号の伝播のために与えられると考えられる。こ
のような条件下において、第１０図、第１２図および第
１３図は、分散された干渉計センサの図解を含んでおり
、これらのオペレージコンは、２−モードファイバにお
ける基本および２次モード間の干渉に基づいている。 第１０図を参照る、と、このシステムは、太い線７０２
，７０６，７１４．７２６および７４６によって描かれ
た光ファイバが２−モードファイバを含み、かつ細い線
によって描かれたファイバがシングルモードファイバを
含むということを除いて、視屈折ファイバ実施例に対し
て先に説明されたように機能る、。７０４，７０８，７
１２および７１６のような円で表わされたカブラは、シ
ングルモードファイバの基本モードと、２−モードファ
イバの基本および２次モードの双方との間で光信号を結
合る、ように機能る、。この結合装置は、第１４図にお
いて描かれた態様で光ファイバを突合せ接続することに
よって実現される。 より詳細に説明る、と、第１４図は、垂直に偏光された
基本モードを有る、シングルモード光ファイバ８５０を
描いている。ファイバ８５０は、第１１図に関して説明
されたように、垂直偏光を有る、基本モードと、垂直−
直交配向を含む２次モードとを有る、２−モード光ファ
イバ８５２に突合せ結合されている。ファイバの中実軸
がずらされるようにファイバ８５０をファイバ８５２に
突合せ結合る、ことによって、ファイバ８５０カーら、
ファイバ８５２の垂直偏光された基本モードと、垂直−
百交２次モードとの双方に、垂直に偏光された信号を結
合Ｊることが可能である。もらろん、２−モードファイ
バ８５２からシングルモードファイバ８５０への結合も
また、この結合構成を用いて実現可能である。この実施
例において、カブラ７２０および７３６は、ファイバ７
１８からファイバ７２２および７４２に光信号を伝える
従来の方向性カブラを含んでいる。 動作において、第１０図の２−モード実施例は、光源１
００からシングルモードファイバ７０２を介してカブラ
７０４に通信される光４８号を含み、ここでファイバ７
０２からの信号は２−モードファイバ光学センサ７０６
の基本および２次モードの双方を伝播る、ように結合さ
れる。これらの信号はその後、カブラ７０８を通過し、
信号はシングルモードファイバ７１０の単一偏光モード
で伝播る、ように結合される。カブラ７１２において、
ファイバ７１０からの信号は、２−モード光ファイバセ
ンサ７１４の基本および２次モードの双方を伝播る、よ
うに再度結合され、さらにカブラ７１６において、信号
はシングルモードファイバ７１８を介して単一偏光で進
むように結合される。 カブラ７２０において、ファイバ７１８からの信号の一
部は光ファイバ７２２に伝えられ、２−モードファイバ
光学レシーバ７２６の基本および２次モードに結合され
るようにそこからカブラ７２４を介して通過る、。既に
説明されたように、ファイバ７２６におけるモードは、
センサ７０６またはファイバ７１４のいずれかのモード
に光径路長の差において対応している。したがって、対
応するセンサの光経路を介して通過した信号は、レシー
バ７２６において干渉して対応る、センサに影響を及ぼ
す周囲環境状態を表わす差の信号を発生る、。差の信号
は、カブラ７２８を介してシングルモードファイバ７３
０の単一偏光モードに通信される。この信号はその後、
検出器７３２において検出され、振幅信号として電気端
子７３４を介して仙のモニタリング装置に通信される。 同様に、第１０図の受信レッグ７４１は、レシーバ７４
６の光径路長の差に対応る、光径路長の差を有る、セン
リフ０６または７１４を介して伝播した信号を受信１′
るように機能る、。したがって、レシーバ７４６におけ
る信号間で干渉が生じ、対応る、センサ７０６または７
１４における別々のモードを介して進む光信号の位相に
変化を引起こす周囲環境状態を表わす差の信号を発生る
、。 選択的に、第１０図における細い線で表わされたシング
ルモードの非感知ファイバはまた、２−モードファイバ
によって置換えることができる。 この構成において、２次モードを除去る、ためにモード
フィルタまたはストリッパが利用される。 ２次モードを除去る、だめの方法は産業分野において周
知であり、かつマンドレル上で２−モードファイバを包
むようなことを含んでいる。モードストリッパのこの周
知の形式は、Ｙ 、 Ｋ ａｔｓｕｙａｍａによるエレ
クトロニクスレターズ（Ｅ ＩｅＣｔｒＯｎｉＣ３Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）の１５．４４２ （１９７９年）の゛°
モードフィルタを使用る、ことによる光ファイバの２−
モード領域におけるシングルモード伝播（Ｓｉｎｇｌｅ
１ｙｌｏｄｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ
ａ Ｔｗｏ ＭＯ（１ｅ Ｒｅｇｉｏｎｏｆ
０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎ
ｇＭｏｄｅ Ｆ １ｌｔｅｒ ） ”と題すした論文
ニオイテ議論されている。この論文は、援用されてここ
に取入れられている。伯の周知のモードストリッピング
手法は、２−Ｅ−ドファイバを加熱し、さらにその後そ
のファイバを引張ってその直径を減少さけることを含ん
でいる。 全体を通して２−モードファイバを利用る、構成にＪ３
いて、第１０図において円で示されたカブラは、カブラ
の一方の側部上の２−モードファイバの基本および２次
モードの双方と、このカブラの他方の側部上のファイバ
の双方のモードとの間で結合る、ように機能る、。した
がって、非感知２−モードファイバに接続されたモード
ストリッパによって、２次モードがストリップされ、光
学２−モードファイバの基本モードの一方においてのみ
光信号を伝播させる。 上述の態様で結合る、ように機能る、光学カブラは、第
１４図を参照して先に議論されたように、光ファイバを
それらの軸をずらして突合せ接合る、ことによって形成
される。代わりに、所望の結合位置に（１３いて光ファ
イバを曲げることによって結合をもたらすことができる
。）１イバを曲げることによって、光信号は光ファイバ
の七−ド間で結合させられる。ファイバの適当な位茸に
このような曲げを加える装置の一実施例は、Ｈ，Ｆ、Ｔ
ａｙｌｏｒによるＪｏｕｎａｌ ｏｒ ｌ−ｉｇｈｔ
ｗａｖｅ ＴｅｃｈｎｏｌＬα−のＬＴ−２，５，６
１７＝６２８ （１９８４年１０月）の“°光ファイ
バにおける曲げ効果（ＢｅｎｄｔｎａＥｆｆｅｃｔｓ
ｉｎ ０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ ）”において
描かれかつ説明されている。この論文は１Ｍ用されてこ
こに取入れられている。 ２−モードファイバは、ファイバ７２２および７４２に
対してのみならずファイバ７１８に対しても用いられて
いるので、方向性カブラ７２０ （ｔ３よび７３６は、
ファイバ間で結合されたモードを保持る、ように機能し
なければならない。言い換えると、これらのカブラは、
一方のファイバにおける基本モードから第２のファイバ
における基本モードへおよび一方のファイバにおける２
次モードから第２のファイバにおける２次モードへのみ
結合しなければならない。互いに接近して配置されたフ
ァイバにおける２つのモード間の結合はモードが同じ位
相速度を有したときにのみ強いということは周知である
。２つのファイバはおそらく同じ設計であるので、これ
らの２つのファイバにおけるＭ本モードは、同じ位相速
度を有しており、それゆえに互いに強力に結合る、。同
様に、２次モードは、同じ位相速度を有しており、した
がって互いに強力に結合されている。 第１２図に描かれた分散されたセンサの実施例はまた、
２−七−ドファイバから構成され得る。 この構成において、光ファイバは、センナ部分に対して
単一の２−モードファイバを、そして受信アーム７６６
および７６８の各々に対して個々の２−モードファイバ
を含むことができる。円で描かれたこれらのカブラは、
先に説明されたモード混合カブラに対応し、これらのフ
ァイバにおけるモード間で光信号の結合を発生る、ため
にファイバを折曲げることによって与えられ得る。方向
性カブラ７７０および７７２は、上述のタイプのモード
保持カブラを含み、ここで従来のカブラは、対応る、同
一のモード間でのみ信号が伝送されるようにその位相速
度が一致されたファイバに関して利用される。 第１３図の実施例はまた、２−モードファイバを含むセ
ンサ８０８および８１０と、レシーバ８２２および８２
４とによって構成される。そのような状況において、カ
ブラ８０４および８０６のような四角形で描かれた方向
性カブラは、シングルモードファイバの基本モードと、
２−モードファイバの基本および２次モードの双方との
間で結合するように機能る、カブラを含んでいる。互い
に接近して配置されたファイバにおけるモード間の結合
はモード間の位相速度の差と、モードフィールドの重な
りの程度とに依存しているので、これらのパラメータは
、２−モードファイバの基本および２次モードの双方に
適当な結合をもたらすように調整され得る。カブラ８３
０および８３２は、第１０図の２−Ｅ−ドファイバの実
施例に関連して説明されたように、シングルモードファ
イバの基本モードと、２−モードファイバの基本および
２次モードの双方との間で結合る、偏光カブラを含ｌυ
でいる。 第１３図の構成において、ファイバ８０２および８１６
を構成る、際の２−モードファイバの使用は、センサと
して機能る、ように意図されていない領域において外部
からの力によって異なるように影響を受ける２つの別々
のモードを進む信号に対る、ｆ段を提供る、ので、シス
テムを不必要に複雑にる、であろう。したがって、受信
アーム８２６および８２８において識別された位相差信
号は、特定のセンサにおいて単独に発生されたものと推
測る、ことはできないであろう。シングルモードの複屈
折ファイバの実施例によって、レシーバアーム８２６お
よび８２８の２−モード実施例は、第１０図の受信アー
ム７４０および７４１の２−モード実施例と同等であり
かつ完全に交換可能である。 設ｉ、ｌ上の考慮すべき事項 １、 ノイズの影響 コヒーレンス多重化システムの性能は、一般にいくつか
のタイプのノイズによって制限されるであろう。どのよ
うな光感用システムにも存在するショットノイズおよび
電子増幅ノイズに加えて、ここに開示されたシステムは
、干渉る、ようには意図されていない経路と関連る、光
成分間の干渉からもたらされるノイズを被る。これは２
つの方法で発生る、ことができる。第１に、もしも２つ
の経路間の光遅延の差が十分大さくな【プれば、そのと
きは２つの経路からの光は完全に非コヒーレン１〜とは
ならず、さらに検出されたパワーにバクロストーク″項
が存在る、であろう。言い換えると、検出されたパワー
は、名目上の非干渉経路の相対的に位相遅延にわずかに
依存る、であろう。 第２に、２つの経路に関連る、光が交互に非コヒーレン
トであるときでさえ、瞬時干渉の影響が存在る、。その
ような干渉の影響は概して消失る、ちのであるが、非ぜ
口重域幅を備えた検出システムは、もたらされた強度変
動を完全に平均化してしまりないであろう。この゛′非
コヒーレントなノイズ°′の正確な性質は、光源の性質
に依存る、であろう。たとえば、光源としてシングルモ
ードレーザダイオードを用いるシステムにおいて、非コ
ヒーレントなノイズは、゛レーザ出力に存在る、位相ノ
イズに関連る、であろう。より一般的な光源に対しては
、モード分割ノイズまたは光源強度ノイズちまたその一
因となっている。 クロストークおよび非コヒーレントノイズのいくらかは
、偏光コントローラを用いて経路が干渉る、ことを防ぐ
ことによってシステムから除去されるが、しかしながら
、この方法は、互いに干渉る、ように意図されていない
２つ以上の経路を備えたシステムにおいて部分的にのみ
有効であろう。 クロス１−一りを制御る、この発明のシステムにおいて
利用される成る特定のタイプの偏光コントローラは、以
下に説明される。 ２、 センサ 経 決 コヒーレンス多重化センサネットワークに対る、重要な
考慮すべき事項は、干渉る、ことを所望る、経路のみが
長さにおいて非常に近く一致しているということを保証
る、ために必要である。これは、並列構成において実現
る、ことが比較的簡単であり、ここで各々の連続る、セ
ンサ経路長は、Ｌｏの大きさだけ前の経路長よりも長い
べきであり、ここでＬ ｏ ＞＞ Ｌ ｃは、システム
の要求に適合る、ようにクロスト−りを減少させるのに
充分な大ぎざに選択される。 この状況は、直列構成においていくらかより複雑である
。たとえば、整数ＩＩ ＋ Ｌｏ ＊ Ｉｌｌ ２ Ｌ
ｏ ＊１１＋３Ｌｏ、・・・、 ｍｋを、感知マツハ−
ツエンダ干渉計の異なる経路遅延とする。この遅延は、
どのような特定のＡ−グにおいても番号付される必要は
ない。その後Ｊや□ は、”ｋｎｍ Ｃｋおよび２ｍ
ｋ＋ｌ ｇ Ａ ｋを満足しなければならない。 ここで、 ｃｋ二（ｎｕｎ＝ｎＬｔｎ２．ｎｌ ６Ａｋ、ｎ、ｌ”
８ｋ）許容可能な遅延のシーケンスを構成る、１９の
方法は、成る特定の鴎、で開始し、さらにその後上述の
制限を満足る、次に小さな数に侵続の直列の要素の各々
を選択る、ことである。＠ 、 −１に対して、結果と
して生じたシーケンス１．３．８゜いう反復関係に従っ
ている。２変換を用いることによって、この方程式が楕
円状の解を有しているということを示すことができる。 このシーケンスは、不明瞭に連続し、これにより成る数
のセンサＮを備えたシステムに対して、遅延を特定る、
シーケンスのサブセットを常に選択る、ことができる。 一般に、その構成がＮに依存る、遅延のセットを用いる
ことも可能である。 特に、以下の式に従ってｍｋを選択る、ことができる。 ｍｋ： ｍｘ ｆ ２に−１−１（１０）Ｎと４であ
り、かつ であるとる、と、代わりに、 ４−ｋ ｒｔｓｋ＝ ｍＮ−２＋ １
（１２）ここで、Ｎ≧１であり、かつ たとえば、４ｎ−５の最も小さいセットのこれらのフオ
ームは、それぞれ［２７，２８，３０゜３４．４２１お
よび［２２，３０，３４，３６゜３７］によって与えら
れる。上述の遅延のこれらの３つのクラスの最後が、増
大る、ｎに従って最大遅延の最も遅い成長を示すという
ことに注意しなければならない。遅延のよりコンパクト
なセットが可能かどうかは知られていない。 上述の関係に基づいて、選択された特定の位相経路長は
、システムに対る、先行された応用例に基づくであろう
。 先に説明されたように、少なくとも長距離の応用例に対
して、直列構成はリード不感性であるので特に興味深く
、それゆえに感知システムのリードのまたは他の部分の
周囲環境からの遮蔽を必要とる、ことなく遠隔の位置に
おいて一定間隔で配置され得る。 ３、 結合係数の選択 コヒーレンス多重化分散センサシステムの設計に関連し
た他の問題点は、システムにおいて用いられる種々の方
向性カプラに対る、結合係数の適正な選択である。ここ
に用いられるように、゛１結合係数”という用語は、全
出力パワーに対る、結合されたパワーのパワー比率とし
て定義される。 たとえば、第２図を参照る、と、もしも光がボート八に
与えられると、結合係数は、ボートＢおよびＤにおける
出力の合計に対る、ボートＤにおけるパワーの比率に等
しいであろう。 結合係数の決定は、同等の周囲環境の変調の振幅を被る
すべてのセンサが同等の強さの信号を中央処理位置に戻
すべきであるという直感的な要求に一部基づいている。 直列構成に対して、すべての干渉計が同等の周囲環境感
度を有しているとる、ならば、これは、すべての感知干
渉計が同一のカプラから構成されるべきであるというこ
とを意味る、。連鎖状にセンサが現われるオーダは、レ
シーバに到達る、フィールドの性質にどのような影響も
有しておらず、したがって、同一のカプラから構成され
たセンサは、同じ強度の信号を発生る、であろう。各感
知干渉計の２つの端部におけるカプラはまた同一である
べきであるということが注目される。 この解決方法は並列システムにおける場合よりもより平
凡ではない。第１図に描かれたような並列システム１．
７Ｎ個のセンサが存在る、と仮定る、。 光源１００およびレシーバ１２０に最も近いセンサに対
してｊ−１で開始る、、１からＮまで走るインデックス
ｊで各センサをＩｇ＠づけプる。センサｊに関連る、カ
プラ１０８および１１２に対る、パワー結合係数をｋｊ
にる、ことにより、全パワーの分数部分ｋｊ は
、カプラにおける２つのファイバ間で転送され、ざらに
パワー１−ｋｊ の大ぎさは、結合されることなくカ
プラを介して真直ぐに通過る、。任意の光ファイバセン
サの両端におけるカプラは同一であるべきであるという
ことが注目される。 簡略化る、ために、入力バス１０２から感知ファイバ１
１０へそして復帰バス１１４へ戻るようにｌＷＩる、た
めにカプラ１０８におけるファイバを横切って光が結合
しなければならず、この状況は良好に反転され得るとい
うことが仮定される。 センサｊから戻ってくる光は、入力バス１０２および復
帰バス１１４の双方の上でカプラ１ないしｊから被つ−
た損失を有る、であろう。カプラ１ないしｊ−１は、そ
れぞれ入力および復帰カプラ１０８および１１２の双方
に対して伝送１−ｋｖを有し、さらにセンサｊにおける
２つのカプラは伝送ｋｊを有る、であろう。したがって
、センサｊからレシーバ１２０へ戻るパワーは次の式に
よって与えられる。 ここでＰｉｎは、センサアレイに送られるパワーテアル
。もや１．ｆｌフ苧−ＰＪ） ？１ｉｊに設定る、こと
によって、結合係数はに６ｔよ−に、／（１−ｋｊ）に
よって、または同様に次の式によって関連づけられてい
るということが見出される。 最後のセンサは、後のセンサに対してパワーが必要でな
く、したがってｋ。−１にセットる、ことができるので
、どのようなカプラも本当に必要としていない。ちょう
ど得られた反復関係とともに、これは、センサｊのカプ
ラに対る、結合係数がちょうど次式であることを意味し
ている。 これはさらに、全体の伝送ＪＡｈｆ／ Ｐ ｔｎが、予
想されたようにすべてのセンサに対して同一であり、か
つ１／Ｎ２に等しいということを意味している。 入力パワーはＮ個のセンサの中で分割されなければなら
ないので、１／Ｎの７アクタのうちの１９が現われる。 １／Ｎの他のファクタは、２つのファイバ（感知光）？
イル１１０および復帰バス１１４）からの信号が受動線
形カプラ１１２によって結合されて１９のシングルモー
ド信号（すなわち復帰バス上の信号）を形成る、ときに
発生る、避けることができない損失の結果である。等し
いセンサの感度の要求によって決定されない結合定数は
、各センサの信号対雑音性能を最大限にる、ように選択
され得る。 ４、 システムの数学的理論 コヒーレンス多重化システムの構成について特定したの
で、次に、そのような構成の１９において発生る、信号
に注目る、。第１５図は、１９のセンサ４０４および１
９のレシーバ４１８のみが存在る、という点を除いて、
第７図に描かれたものと同様の直列システムの簡略化さ
れた形式を描いている。これは本当の多重化システムで
はないが、この発明のコヒーレンス多重化システムのい
くつかの特徴を説明る、のに役立つ。 光ｍ１ｏｏからのファイバ４０２の入力に存在る、光学
フィールドをｓｒ”ｆ”Ｐ’ｏ ｕ （ｔ ） ６”
’とし、ここでＰ。は光学パワーであり、かつｕ（ｔ
） ｅ１４）ｔは、平均２乗値＜ｌｕ （ｔ ） Ｂ
＞が１であるように正規化されたフィールドを表わす
確率的解析信号である。もしもすべてのカプラ４０７．
４０８．４２２および４２４が５０％の結合係数にセッ
トされかつシステムを介る、すべての光経路が光信号の
同一の最終的な偏光をもたらすような損失のないシステ
ムを仮定る、と、そのときは検出器４３４上に入射る、
光パワーＰ（ｔ）は次の式によって与えられる。 （１クフ ここで、Ｔｏはシステムを介る、最小遅延であリ： ■は各センサ４０４Ｊ５よびレシーバ４１８における微
分遅延であり、かつ ΦＳおよびΦｒは、センサ４０４ｅよびレシーバ４１８
における微分位相遅延である。 この表現の期待値をとりかつ正規化された自己−コヒー
レンス関数ｍｕ （τ） −＜ｕ （ｔ＋τ）ｕ（
ｔ）＞を用いて、予想される検出されたパワーは次のよ
うに表現され得る。 自己−コヒーレンス関数「ｕ （τ）は、適当に正規
化され原点にシフトされた片側光学パワースペクトル密
度のフーリエ変換であるということが示されている。し
たがって、もしも光ｍ１００によって発生した光が（π
τｃ）−’によって与えられる１／２の最大値（ＦＷＨ
Ｍ）において全体の幅を伴なうローレンツ曲線形を有る
、ならば、そのときは自己−コヒーレンス関数は、ｒｕ
（τ）−１こ１１ζ ｓｍｅ ｃとなるであろう。これは、もしもセンサお
よびレシーバの不整合Ｔがコヒーレンス艮τ。 よりもはるかに大きく選択されたならば、そのとぎはｒ
ＬＩ （Ｔ）およびｒｕ （２Ｔ）が無視できるほ
ど小さくなり、これにより次の式が得られるということ
を意味している。 したがって、受信されたパワーは、信号の位相ΦＳ−Φ
ｒに依存する変調とともに、入力パワーの１／４に等し
い平均レベルによって与えられる。 変調の深さは、光源から検出器への４つの経路のうちの
２つのみが干渉するので、わずか５０％である。他の２
つの経路は平均受信パワーに加わる。 特に、アーム４１０および４２６によって規定される経
路を進む光信号は、アーム４０９および４２８を含む経
路を進む信号と干渉る、。逆に、アーム４１０および４
２８を含む経路とともにアーム４０９および４２６を含
む経路を進む信号は干渉しない。 ＜Ｐ（ｔ）＞の期待値を取出して検出された信号を得る
ときに、現実に存在る、非コヒーレンスノイズＰ （ｔ
） −＜Ｐ （ｔ ）＞は、平均化されてしまってい
る。光源の出力における光が、無視できる強度のノイズ
とともに、ウィーナ・レヴイ（Ｗ １ｅｎｅｒ −Ｌ
ｅｖｙ ）の確率過程トシテモテル化されるランダムな
位相を有していると仮定る、ならば、そのときは非コヒ
ーレンスノイズの両側スペクトル密度は次の式によって
与えられるということが示される。 ここで信号位相ΦＳ−Φｒは、確率的な量として取扱わ
れているので平均化されなければならない。したがって
、非コヒーレンスノイズのスペクトルは、光源のライン
幅の２倍に等しい幅と、信号の位相に依存る、高さとを
伴なうローレンツの包絡線によって特徴づけられる。こ
の包絡線の中に、ゼロ周波数においてピークとなり１／
Ｔの周期を有る、余弦変調が存在る、。比較のために、
もしも単一の強力にミスマツチされたマツハ−ツエンダ
干渉計にパワーＰ ａ ／ ４を注入る、ならば、非コ
ヒーレンスノイズパワースペクトル密度は次のようにな
るであろう。 この正規化は、単一のセンサの直列システムにおける偏
光が２対の経路のみを非コヒーレントに干渉させるよう
に調整されるときにもたらされる非コヒーレンスノイズ
パワースペクトル密度を与えるようにこの表現を変換さ
せるので非常に都合がよい。ＧＭ（ｔ）に対る、２つの
表現の比較は、２重マツハ−ツエンダケースのスペクト
ルの変調信号依存部分が、信号を有している経路と他の
２つの経路との間の干渉からもたらされる一方で、スペ
クトルの変調されていない部分は、信号に寄与しない２
つの経路間の干渉からもたらされるということを明らか
にしている。 ５、 非コヒーレンスノイズによるシステムの感度に対
る、制限 非コヒーレンスノイズは、比較的少数のセンサを備えた
コヒーレンス多重化システムにおけるノイズの主要なタ
イプであるので、非コヒ・−レンスノイズスペクトルの
知識は、センサ／レシーバ対の位相感度を予測させる。 しかしながら、これが実行され得る前に、一般に小ざな
信号位相感度およびノイズレベルはシステムの位相に依
存しており、これは低い周波数の周囲環境ノイズによる
一定の変化を受けるので、このシステムをさらに特定し
なければならない。 この信号の消失はすべてのマツハ−ツエンダタイプのセ
ンサにとって深刻な問題であり、さらにコヒーレンス多
重化センサは、他の位相センサがそうであるようにこの
ことに対して敏感である。 この問題に対る、１９の解決策は、第１図の実施例に関
して既に説明した態様で、レシーバの１９のアームに周
波数シフタを導入することによって信号をへゾロダイン
る、ことである。この場合、位相ΦＳ−Φｒは、次の形
式を獲得る、。 栄。” ２ＴｒＪｈｔ ＋Δ〆ａｓ＋ｎ ２π、）、
ｔ （２ｚ）ここで、Φｅは、ゆっくり変化
る、周囲環境位相バアイスであり、 ｆｈは、ヘテロゲイン周波数であり、かつΔΦａ ｓｉ
ｎ ２πｒａｔは、センサによって検出された音響信号
である。もしもΔΦａが小さ【ブれば、そのときはヘテ
ロダイン信号は、次の式によって与えられるパワースペ
クトルを有る、であろ十Ａ（εｊ−ｆｈ＋ｔ、Ｌ）〕Ｊ
（２３）ここで、δ（、）は、ディラック（Ｄｉｒａｃ
）のデルタ関数を表わしている。これをノイズパワース
ペクトル密度Ｇｔｔ（ｆ）と比較しかつ＜ Ｃ０５（Φ
Ｓ−Φｒ）＞−Ｑでありかツｆａ、 ｒｈ＜＜１ ／
Ｔであることに注目る、と、次の式が得られる。 （Δφａ） ＝６＃τ可 （２’））Ｓ
／Ｎ鷺ユ ここで、（ΔΦａ）Ｓハよ、は、信号およびノイズレベ
ルが等しいΔΦａの大きさであり、かつＢは検出電子回
路の帯域幅である。 信号の消失を防止る、ための擬 −ヘテロ イン手法 従来のヘテロゲインは、信号の消失を排除しかつ所望の
周波数レンジおよび低い周波数の周囲環境の影響におけ
る信号間を識別る、１９の方法を提供る、一方で、この
アプローチは、それがしばしば大きな光学的装置を含む
周波数シフタの使用を要求る、という欠点を有している
。そのような装置は、非常に嵩張り、システムの無駄を
増大し、効率を劣化さしかつ高価なものとなり得る。こ
れは、タップ付遅延ライン１０６の最初に配置された単
一の周波数シフタのみが信号のすべてをヘテロダインる
、ことを要求されるので、第１図に描かれたような並列
システムにとっては大きな問題ではない。しかしながら
、第７図の直列システムにおける信号のすべてをヘテロ
ゲインる、ためには、周波数シフタは各レシーバの１９
のアーム内において要求されるであろう。これは、増大
したシステムの大きさおよび効率の悪さの問題に加えて
、非常に高価なものとなる。 信号の消失を避けるより容易でかつ安価な方法は、セン
サシステムの光経路にどのような大きな光装置も要しな
い擬似−ヘテロダイン手法である。 この手法は、Ｂ、 Ｙ、 Ｋ１ｌ１およびＨ，Ｊ、 Ｓ
ｈａｍによるオプティカルレターズ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）の第９巻第３７８頁（１９８４年
）の゛位相−読出全−ファイバー光学ジャイロスコープ
（Ｐｈａｓｅ−Ｒｅａｄｉｎｏ Ａ１１−Ｆｉｂｅｒ
−Ｏｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ） ”におけるフ
ァイバー光学ジャイロスコープにおけるその応用に関し
て規定されている。この手法はまた、１９８４年４月２
５日に出願され、本願の准受入に譲渡された°“位相読
出ファイバー光学回転センサ（Ｐ ｈａｓｅ Ｒｅａ
ｄｉｎａ Ｆ １ｂｅｒ −０ｐｔｉｃ Ｒｏｔａ
ｔｉｏｎ ３ｅｎｓｏｒ ） ”と題された同時継続
中の米国特許出願連続番号箱６０３．６３０号における
ファイバー光学ジ１ｔイロスコープにおけるその応用例
に関連して開示されている。上述の引用された論文およ
び特許出願の双方は援用されてここに取入れられている
。 この発明の分散されたセンサの手法の応用は、第１６図
を参照して説明される。第１６図の感知システムは、議
論の目的で与えられた、第１５図のシステムに対応する
簡略化された直列システムを含んでいる。付加的なセン
サおよびレシーバがシステム内に組入れられて第７図、
第８図および第９図に描かれたような構成を規定る、と
いうことが評価されよう。第１５図のシステムに対る、
その類似性のために、第１６図におけるシステムの対応
る、要素は、特定の要素が異なっているということを除
いて、第１５図の番号付けに従って番号が付されている
。 特に、第１６図のシステムは、センサ４０４のアーム４
１０において偏光コントローラ５５１を含んでいる。コ
ントローラ５５１は、コントローラを介して通過る、光
信号の適当な偏光関係を維持る、ように機能る、。この
発明に用いる偏光コントローラの１９の好ましい実施例
は、以下に説明される。 アーム４１０は、カブラ４０７を介して光ファイバ５５
２に接続されるが、このファイバ５５２はその後、カブ
ラ４２２を介してレシーバ干渉計のアーム５５４に相亙
接続される。レシーバ４１８のアーム４２８において、
アーム４２８を進む光の偏光を維持る、ための他の偏光
コントローラ５５７が配置されている。さらに、位相変
調器５５８がレシーバ４１８のアーム４２８と光通信す
るように配置されている。位相変調器５５８は、変調周
波数ｆｒａにおいて正弦波信号を発生る、信号発生器５
５０への接続によって制御される。この信号発生器５５
０はまた、ゲート回路５５６に接続され、これにより周
期的なベースで方形波信号を発生る、ときにこのゲート
を制御る、。ゲート５５６は、ＡＣ増幅器５５３に接続
され、この増＃ｉｌ器５５３自身は、検出１４３４に接
続され、これにより検出器４３４からの光信号を受信し
かつ増幅し、さらに以下に説明されるようにゲート５５
６において処理る、。ゲート５５６の出力は、特定の周
波数においてセンサ４０４における位相シフトをモニタ
る、ために変調周波数のａＦ１４波のまわりの側波帯を
識別る、のに用いるスペクトルアナライザ５６０に電気
的に接続される。 第１６図のシステムにおいて、光信号は、以下に説明さ
れる点を除いて、第７図および第１５図に関して先に説
明されたａ様で伝播しかつ干渉る、。特に、アーム４２
８における光は、位相変調器５５８によって位相変調さ
れ、この変ｌｌ器５５８は、発生器５５０の動作周波数
に対応る、変調周波数でドライブされる。その結果、検
出器４３４によって受信されるカブラ４２４がらの出力
信号の強度が変調され、ざらに検出器４３４から得られ
る電気出力信号は、以下の方程式にょフて示されるよう
に、位相変調周波数「ｍおよびその高調波における成分
を有している。 工（り電 ＣＩｌ、１ｔｃｏｓ （Δφ、Ｓｉｎ ｃ
ｙｒｎｔ ＋Δφ、Ｓｉ°ＱＬＪ〕ａｔ１４ｄ’ａンク
こ５ブ ここでＣは定数であり： Ｊｎはｎ次のベッセル関数を示し、 ΔΦ−は、位相変ＩＩ器５５８によるアーム４２８１３
よび５５４における光波間の位相変調の振幅であり、 ωｍ−２πｆｒｇであり、ここでΔΦａは外部からの音
響信号によって発生したアーム４２８および５５４にお
ける光波間の位相差の大きさであり、ωａ【−２πｆａ
であり、かつ ΔΦｅは、周囲環境における遅い変化によって発生した
アーム４２８および５５４における光波間の位相差の大
きさである。 方程式２５は、検出器４３４からの出力が、ＣＯ３（Δ
Φａ ｓｉｎ ωａｔ＋ΔΦｅ）およびｓｉｎ （ΔΦ
ａ ｓｉｎωａｔ＋ΔΦｅ）を含む項を有しているとい
うことを示している。しかしながら、これらの余弦およ
び正弦要素は異なる周波数にある。もしもこれらの信号
が同一周波数にあり、それらの位相が直角位相であるな
らば、周知の三角法が適用され、これにより信号は直接
加えられて、その位相が（ΔΦａ ｓｉｎωａｔ＋ΔΦ
ｅ）に対応る、単一の、低周波数の正弦波信号を得るこ
とができる。そのような関係は、撮幅変ＩＩ器の使用を
通じて第１６図のシステムにおいて実現され得る。ｔｉ
幅変調は単に、検出器４３４からの電気出力信号の振幅
を変調信号の振幅に従って変化させることを含んでいる
。 検出器４３４からの出力信号が、位相変調周波数（ｒｉ
）の奇数倍（隣接る、高調波間の差の周波数でもある）
である周波数を有る、変調信号によって振幅変調される
ときに、「糟の高調波である検出器４３４からの出力信
号の各成分は部分的にその隣りの高調波の周波数に変換
される。古い換えると、このＢ様の振幅変調を通じて、
位相変調周波数の高調波において側波帯周波数が作り出
される。この側波帯周波数は、対応る、周波数において
出力信号の成分と結合され、さらにスペクトルアナライ
ザの使用によって容易に識別される。 振幅変調器のこれらのおよび他の特徴は、当業者にとっ
て一般的に知られており、かつＦ、Ｇ。 Ｓ ｔｒｅｎ＋ｅｒによるＡ ｄｄｉｓｏｎ −Ｗｅｓ
ｌｅｙの１９７９年の゛ システムへの ｎｔｒ
ｏｔｉｕｃｔｔｏｎ ｔ。 Ｑ ｏｍｍｕｎｉｃａ口ｏｎ ｓｔｅｍｓ にお
いて詳細に説明されており、これは援用されてここに取
入れられている。この点において特に関心のある主題は
、Ｓ ｔｒ（！１ｉｔｅｒのテキストの第１９１頁ない
し第２６０頁において述べられている。 以上のことに基づいて、周波数ｒｍにおける正弦歯撮幅
変調は、各高調波周波数成分からそして最も近い隣りの
高調波周波数にエネルギを転送る、であろうということ
が評価されよう。このセンサシステムにおいて干渉を防
ぐために、ｆｍはｆａ（検出されている音響信号の周波
数）よりもはるかに大きいことが望ましい。 動作において、レシーバ４１Ｂのアーム４２８における
光信号は、周波数発生器５５０によって制御される周波
数において振幅変調される。上述のように、発生器５５
０の周波数は、ｆｎ（変調周波数）が、音響周波数（ｆ
ａ）よりもはるかに大きくなるように選択される。アー
ム４２８からの信号は、カプラ４２４を介して通過し、
ここでこの信号はアーム５５４からの信号と混合されて
、検出器４３４へ通過る、位相差のために強度変調信号
を発生る、。検出器４３４から、位相差による強度変調
信号は、増幅器５５３を介して通信され、ここでこの信
号は増幅されざらにその後従来の電子ゲート５５６へ伝
送される。 ゲート５５６は、周波数発生器５５０からライン５５５
上で受信された信号に応答して機能し、ゲート５５６に
、増幅器５５３から受信された信号の方形波振幅変調を
発生させる。ＡＣ検出器電流に関して適当な位相でおよ
びΔΦ１の適当な選択を伴なって変調されたときに、こ
の実施例の振幅変調された信号は次のように定鶴される
。 ＣｏＳ （ｎ ０ｍ ｔ −（Δφが１遺ＩＪ）、Ｌ
ｔ ＋ ’ ａ％ ））変調のための適当な位相および
振幅に関して、カプラ４２４における波形間の三角関係
のために偶数の高調波ｒｒａにおける振幅変調は、隣接
る、高調波周波数間で結合を発生しないであろうという
ことが注目される。むしろ、偶数の高調波ｆｍにおける
振幅変調は、偶数の高調波との偶数高調波結合と、奇数
高調波との奇数高調波結合とをもたらすであろう。この
状況は当業者によって一般的に理解され、さらにこの状
態の基礎は、ここに取入れられた３ ｔｒｅ＊ｌｅｒの
テキストを参照してより完全に理解されよう。もしも奇
数高調波における振・幅変調が利用されるならばこれら
の問題点は排除される。 ゲート５５６からの出力は、ライン５６８を介してスペ
クトルアナライザ５６０に通信されて処理される。スペ
クトルアナライザ５６０は、信号の特定の成分を選択し
かつ分析る、ためのバンドパスフィルタを取入れている
ということが注目される。もしも、２ω膳に中心をおく
そのようなバンドパスフィルタがゲートの出力上に配置
されれば、そして位相変調の振幅ΔΦ−が適当に選択さ
れれば、フィルタは次の形式の信号を通過させるであろ
う。 ’ｔｔｔ）＝ ｋ ｘ（ＪＯ＜ａｏ４ ＞ｃｏｓ （２
，ｔ −、ａφ、クリ Ｊ２ｎ （Δφ、）Ｃ，ＣＱｓ
（λ（ｃｙ、−ｎｇ、）ｔ −４Ｆ、）＋ ｃｏｓ ＜
２＜ｔ、６＋ｎｂ５＞ｔ −ａφｔ””
（２Ｑ／Ｉ弯Ｊ 、Σ Ｊ２ｎ−１”Φ１）ξｃｏｓ（（２ｗ−−（ツー
１−ユノり乞−４φ、）−０）ｓ（（２ｗ、ｔ（２ｎ−
Ｉ Ｊ、ｓ、）ｔ−４０−コＪここでｋは、特定の周波
数でセンサに発生る、位相シフトの識別および評価に影
響を及ぼさない定数である。 ゲート５５６から復調された信号をスペクトルアナライ
ザ５６０に与えることによって、変調周波数の２次高調
波のまわりのベッセル関数側波帯の高さは、特定の周波
数においてセンサに位相シフトを与える先行技術におい
て周知の手法を用いることによって測定され得る。代わ
りに、より複雑な信号に対しては、ＦＭ復調器が用いら
れ得る。 この場合、測定された信号は、現実の位相よりもむしろ
位相の導関数であり、またはその代わりに、現実の位相
を表わす測定された信号を発生る、ために積分器が用い
られ得る。 選択的に、第１６図のシステムのゲート処理は、カブラ
４２４と検出器４３４との間に、またはファイバ４０２
のような、すべての光信号が伝わる光経路を含むシステ
ムにおけるいずれかのファイバ上に配置されたシャッタ
のような少なくとも１９の光学ゲート、または光ファイ
バ５５２を利用る、ことによって、胃内的ではなく光学
的に実現され得る。もしもゲートが検出Ｗ４３４から離
れて配置されれば、ゲートは、周波数ｆａにおいて遅延
信号によって制御され、これによりシステム内を進む光
は、離れたゲートと適当な位相でｔ’ｍ周波数で振幅変
調されるであろう。他のすべての点において、光学ゲー
トの使用は、電気的ゲートに関連して説明されたものと
実質的に同一の結果をもたらすであろう。 第１６図の実施例は、その性能を評価る、ように構成さ
れかつテストされた。この実施例において、光源１００
は、７９０ ｎｍの光を放射る、本質的にシングルモー
ドのレーザダイオードを含んでいた。システムのすべて
の光ファイバは、６３３ｎｌにおける使用のために設計
されたが７９０ｎｍにおいて緩くシングルモードを案内
る、、ＩＴＴ−１６０１ファイバを含んでいた。個別的
な干渉計の各々におけるアーム長の差はほぼ２１ｍであ
ったが、２つの干渉計４０４および４１８の差の良さは
、１０００秒（ＦＷＨＭ）のパルスを用いることによっ
て８ＣＩ内で一致され、各干渉計のデルタ関数応答を別
々に証明した。 光源１００のコヒーレンス長は、ファイバにおいて約４
．５ｍに決定された。方向性カブラは、位相変調器とし
て先に説明されたタイプのものであった。偏光コントロ
ーラは以下に説明されるものに対応していた。１９の偏
光コントローラ５５７は、干渉信号を搬送る、２つの経
路（アーム４１０および５５４によって規定される経路
と、アーム４０９および４２８によって規定される経路
）の偏光を、変調の深さが最大限にされるように整列さ
せた。他の偏光コントローラ５５１は、双方への最短お
よび最長の経路（それぞれ、アーム４０９および５５４
を介る、経路と、アーム４１０および４２８を介る、経
路）を、干渉情ｔ［１を搬送る、経路に対して平行また
は直角のいずれかにした。 光学カブラの結合の比率は、システムのインパルス応答
の使用によって決定され、最適応答はパルスの１：２：
１の比率であり、これにより４つの経路すべてからのパ
ワーは等しかった。 光は、カブラ４０８における端部が接続されたボートに
おいて検出された。偏光コントローラ５１１の配向を回
転させることによって、このボートにおける非コヒーレ
ンスノイズは、任意の周波数においてほぼ２Ｏ−３０ｄ
Ｂだけ減少された。 システムの出力において測定された非コヒーレンスノイ
ズは、はぼ１０ＭＨｚごとに発生る、最小値を伴なって
余弦波状のスペクトルを発生した。 周期は、干渉計４０４および４１８の時間遅延に対応し
、これはほぼ１０５Ｉ１秒であった。音響周波数におい
て、ノイズのスペクトルは比較的フラットでありかつそ
の最大値にあった。 もしも干渉信号に寄与しない経路が干渉信号経路と直交
る、ようにされたならば、そのときは非コヒーレンスノ
イズは最小限にされた一方で、もしもすべての経路が並
列であったならば、ノイズは最大限になったということ
が注目された。 非コヒーレンスノイズが最小限にされた最小の検出可能
な位相変調振幅の幾何学的平均は、１゜２ｍｒａｄ／Ｖ
Ｔｒ２であプた。センサ４０４における非コヒーレンス
ノイズが最小限にされたときに、最示の測定可能な音響
的に引起こされた位相差（Δ（Ｄａ）Ｓ；ｔ、４．１１
ｒａｄ／ｒＦＶｆの平均となつた。最大のおよび最小の
検出可能な位相変調の比率は３．４であった。 コントローラ５５１．５５７ 第１６図の実施例のような、この発明のセンサシステム
における使用に適した偏光コントローラの１９のタイプ
が第１７図に描かれている。このコントローラは、その
上に複数の直立ブロック５７２Ａないし５７２Ｄが取付
けられたベース５７０を含んでいる。これらのブロック
５７２のうちの隣接る、ものの間に、スプール５７４Ａ
ないし５７４Ｃが、それぞれシャフト５７６Ａないし５
７６Ｃ上に接線的に取付けられている。シ１１フト５７
６は、互いに軸上に整列されかつブロック５７２の間に
回転自在に取付けられる。スプール５７４は一般的に円
筒状でありかつシャフト５７６に対して接線的に位置決
めされている。 光ファイバ４１０の一部は、シャフト５７６における軸
上のボアを介して延びかつスプール５７６の各々の付近
で包まれて３つのコイル５７８Ａないし５７８Ｃを形成
る、。コイル５７８の半径は、ファイバ４１０に応力が
加えられてコイル５７８の各々に複屈折媒体を形成る、
ようにされている。３つのコイル５７８Ａないし５７８
Ｃは、それぞれシャフト５７４Ａないし５７４Ｃの軸に
関して互いに独立して回転され、ファイバ４１０の複屈
折を：１整し、したがってファイバ４１０を介して通過
る、光の偏光を制御る、。 コイル５７８における巻線の直径および数は、外側のコ
イル５７８Ａおよび５７８Ｃが１／４波長の空間的な遅
延をもたらす一方で、中央のコイ ゛ル５７８
Ｄが１／２波長の空間的遅延をもたらすようにされてい
る。１７４波長コイル５７８Ａおよび５７８Ｃは、偏光
の楕円率を制御し、かつ１７２波長コイル５７８Ｄは、
偏光の方向を制御る、。これは、ファイバ４１０を介し
て通過る、光の偏光の全範囲の調整をもたらしている。 しかしながら、偏光コントローラは、偏光の方向（他の
方法では中央コイル５７８Ｂによって与えられる）が２
つの１／４波長コイル５７８Ａおよび５７８Ｃによって
偏光の楕円率の適当な調整を介して間接的に制御される
ので、わずか２つの１／４波長コイル５７８Ａおよび５
７８Ｃのみを設けるように修正されてもよいということ
が理解されよう。したがって、偏光コントローラ５５１
および５５７は、２つの１／４波長コイル５７８ＡＪ９
よび５７８Ｃのみを含むものとして第１６図に示されて
いる。この構成はコントローラ５５１および５５７の全
体的なサイズを減少させるので、空間的な制限を含むこ
の発明の一定の応用例に対して有利である。 したがって、偏光コントローラ５５１．ｔ５よび５５７
は、センサ４０４のアーム４１０およびレシーバ４１８
のアーム４２８内の光の偏光を確立し、維持しかつ制御
る、ための手段を提供している。 ファイバ ｐ ′ ライン 第４図の２５４および第５図の３１８のような、可変遅
延ラインのファイバ光学実施例は、第１８図ないし第２
５図を参照して最もよく説明る、ことができる。第１８
図は、各光ファイバ５８４を受けるようにチップの表面
に沿って長手方向に延びる個々のＶ字状の溝（図示せず
）でチップ５８６上に取付けられた複数の光ファイバ５
８４を描いている。光ファイバ５８４の各々に横方向の
ライン５８５上でタップが設けられるようにファイバお
よびチップ５８６を同時に研磨る、ことによってタップ
が形成される。 光学タップは、光ファイバ５８４の選択された部分がラ
ップ仕上げされるように曲げられた構成でそれらを取付
けることによってファイバ５８４上に構成される。した
がって、シリコンチップ５８６が、曲げられた上部表面
５８２を有る、石英のブロック５８０上に取付けられる
。ファイバをＶ字状の溝に位置決めし、かつファイバを
これらの溝に取付けた後に、光ファイバ５８４の上部表
面は横方向のライン５８５においてラップ仕上げされる
。このラップ仕上げ動作は、ファイバからクラッドの部
分を除去る、が、光ファイバ５８４のコアのまわりのク
ラッド材料のすべてが除去されるわけではない。ファイ
バのコアと、ラップ仕上げされた表面との間の距離は、
光波の結合のための適当な相互作用１ｉｒｉ域を規定る
、ように、形成されるべきカプラの特性に依存している
。 遅延ラインの上半分は、第２図に関して説明された標準
的な光学カブうに用いられるタイプの溝５９３を含む石
英ブロック５９１から形成される。 この満５９３は、比較的大きな曲率半径を有しており、
サブストレート５９１の中心にピークを有している。光
ファイバ５９５は、１１５９３内に配置され、エポキシ
または他のいずれかの満足できる接着剤を用いて固定さ
れる。このファイバはその後、石英ブロック５９１の表
面に沿った曲線の最も高いポイントでラップ仕上げされ
てクラッドのための平坦な表面を作り出し、これはファ
イバのコアから数ミクロン離れており、かつ石英ブロッ
ク５９１の表面と共平面である。 シリコンサブストレート６６の研磨された平坦な表面８
２上に屈折率整合オイルが与えられる。 この場合、屈折率整合オイルは有利なことに、結合領域
の外側の光の損失を防ぐためにファイバエレメント５８
４およびファイバコア自体の屈折率よりもわずかに低い
屈折率を有している。 少なくとも小さな範囲の遅延に対して連続可変遅延ライ
ンを有る、ために、第１のサブストレート５９６の曲率
半径は、第２のサブストレート５９１の曲率半径よりも
実質的に大きくなければならない。したがって、たとえ
ば、単一のファイバ５９５を備えた第２のサブストレー
ト５９１は、約２５ＣＩの曲率半径を有している。ラッ
プ仕上げされかつ研磨されたときに、ファイバ５９５は
、約１ｍｌの相互作用領域の艮ざを有る、であろう。 第１のサブストレート５８６の曲率半径は、たとえば、
約５Ｑｃｓである。第１のサブストレート５９６がラッ
プ仕上げされかつ研磨されたときに、相互作用領域は、
第２のサブストレートに対る、相互作用領域よりも実質
的に長くなるであろう。 したがって、第２のサブストレート５９１のファイバ５
９５が第１のサブストレート５９６の相互作用領域にお
いてファイバ５８６のループのいずれかに対して整列さ
れたときに、この第２のサブストレートファイバ５９５
は、第１のサブストレートの相互作用領域の長さに沿っ
て調整される。 この長さに沿った移動は、そこを介して光が通過る、艮
ざを変化し、したがって連続可変遅延をもたらすように
効果的に作用る、。 もちろん、サブストレート５９１を横方向に調整る、こ
とによって、ファイバ５９５は、ファイバ５８４のルー
プのいずれか１９と結合され得るということが理解され
る。したがって、サブストレート５９１を移動させるこ
とによって、異なる大きさの遅延が得られ、不連続可変
遅延ラインを提供る、ことができる。第１８図は不連続
可変遅延ラインの一部として連続可変遅延ラインを描い
ているが、連続可変遅延ラインは、第１のサブストレー
ト５８６上の単一の大きな曲率半径のＶ字状の溝および
ファイバのみを用いて構成され得る。 第１９図は、連続可変ファイバ光学遅延ラインの側面図
を示している。この図において、第１のサブストレート
５８６と第２のサブストレート５９１との間の曲率半径
の差が明白である。またこの図面から、第１のサブスト
レート５８６におけるファイバ５８４との結合を維持し
ながら第２のサブストレート５９１が第１のサブストレ
ート５８６に沿って長手方向に移動されるときに、ファ
イバ５９５および５８４のコアの間の距離は、ファイバ
５８４のコアがわずかに曲げられるので、いくらか変化
る、であろうということが理解されよう。この距離の差
は、結合にいくらかの差を引起こすであろう。多くの応
用例に対して、結合の差は重要ではないであろう。しか
しながら、もしもすべての遅延に対して結合が同一であ
るということが避けられないならば、結合の量は、第２
のサブストレート５９１を第１のサブストレート５８６
に対して横方向に移動させることによって必要なだけ変
化させることができる。先に述べたように、この移動は
、２つのファイバ５９５および５８４の間の結合を変化
させるように作用る、。 第２０図は、これらのサブストレート間の必要な相対移
動を与えるために下部サブストレート５８６に対る、上
部サブストレート５９１の正確な調整を許容る、１ｉｉ
ｌｌ！を示している。横方向のおよび角度のある動きは
、フレーム６０６の１対の壁６０２および６０４によっ
て作り出された下方の谷に１／４ブロツク５８０を固定
る、ことによって実現される。壁６０４は、遅延ライン
のブロック５８０のエツジよりも高さにおいてわずかに
低い。壁１０２および１０４上の１対のだな６０８は、
サブストレート５９１の幅の少なくとも１／２をそれら
の上で摺動させるのに十分な広さである。上部壁６１０
は、２つのばね部材６１２を支持し、これらのばね部材
６１２は、Ｗ６１０からはなれるように偏倚された上部
サブストレート５９１を維持る、。 １対のマイクロメータ６１４および６１６がフレーム６
０６に取付けられている。このマイクロメータ６１４は
、ばね６１２に対して可変遅延ラインの上部サブストレ
ート５９１を圧迫しかつファイバ５８４の一方から他方
への光学的結合を変化させるように調整される。マイク
ロメータ６１４は、サブストレート５９１の側部上に中
央に配置されてサブストレート５９１を回転させること
なくこの横方向の調整を許容している。マイクロメータ
６１６は、下部サブストレート５８０に関して上部サブ
ストレート５９１の角度を有る、配向を調整る、ために
用いることができるように上部サブストレート５９１上
でずらされている。 サブストレート５８６に対る、サブストレート５９１の
長手方向の移動を得るために、サブストレー５８６は、
ビン６２８のようなビンによって長手方向に正しい場所
に保持される。このサブストレート５９１は、ノブ６３
０を回転させることによってサブストレート５８６上に
わたって長手方向に移動される。このノブ６３０は、ブ
ロック６３２および６３４に機械的に結合されて必要な
だけブロック６３６を横切りて長手方向に一致してそれ
らを移動させる。ブロック６３２．６３４および６３６
は、そのような調整期間中におけるこれらの要素の整列
を維持る、ありつき６３８を含んでいる。ブロック６３
２および６３４が移動されるときに、第２のサブストレ
ート５９１上のマイクロメータ６１４．６１６およびば
ね６１２の圧力は、サブストレート５９１がブロック６
３２および６３４に沿って移動されるようにこのサブス
トレート５９１を保持る、ように作用る、。 第２１図ないし第２３図は、連続可変遅延ラインを示し
ており、ここで第１のサブストレート５８６の曲率半径
は、無限大の大きさである（すなわち、サブストレート
５８６の一部が平坦である）。これは構成る、ことがい
くらかより困難であるが、ファイバ５８４を平坦なシリ
コンのＶ字形状の溝に配置る、ことは、ファイバ５８４
の艮ざに沿ったファイバ５９５および５８４の間の結合
の変化を除去る、。したがって、第２のサブストレート
５９５が平坦なサブストレート５８６を横切って移動る
、ときに、ファイバ５９１および５８４のコアの間の距
離は一定に留まるであろう。 第２２図および第２３図は、それぞれこの装置に対る、
最大および最小遅延を描いている。第１のサブストレー
ト５８６に対して第２のサブストレート５９１を移動さ
せる手段はマイクロメータ６４２である。このマイクロ
メータ６４２は、第２１図に描かれたような互いに関し
てサブストレートを移動させ・る装置とともに、どのよ
うな周知の態様においてもモータを備えることができま
たはサーボ制御され得る。 第２４図および第２５図は、不連続可変遅延要素と連続
可変遅延要素との結合を用いて、広範囲のＭ！！続可変
遅延を達成る、２つの装置を示している。第２４図にお
いて、遅延ラインにおける第１の要素は、各ループ遅延
が王に等しい不連続可変遅延であるということが示され
る。可変遅延がＯからＴである連続可変遅延ラインがこ
の不連続可変遅延と直列にされている。連続可変遅延は
、互いに直列により短い期間の遅延をもたらす複数の連
続可変遅延要素を、それらがＴに等しい全体め連続的な
遅延を与えるまで結合る、ことによって提供される。 第２５図は、５１１１８図の不連続なおよび可変遅延の
結合がどのように不連続可変遅延と直列に用いられて広
範囲の時間期間にわたって連続可変遅延をもたらすかの
一例である。装置の組合わせは、各ループ遅延が王に等
しい不連続可変遅延を有る、であろう。結合装置の連続
遅延はＯからＴ／４となろう。組合わされた遅延ライン
と直列に配置された不連続可変遅延ラインは、Ｔ／８の
ループ遅延をｎするであろう。これは、ＮＸＴに等しい
遅延の期間全体にわたって連続的な可変遅延ラインを与
えるように作用し、ここでＮは結合遅延装置におけるル
ープの故である。 ファイバ光学モードカプラ 複屈折または２−モード光ファイバにおけるモード間の
光信号を結合る、ために利用される光学カブラは、Ｒ，
Ｃ，Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ ’ｅｔ ａｌ、によるオブ
ティクスレターズ（○ｐｔｉＣ３Ｌ ｅｔｔｅｒｓ）第
９巻第５号＜１９８４年５月）の゛２−モードファイバ
モードカプラ（Ｔ ｗｏ −ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ
Ｍ ｏｄａｌｃｏｕｐｌｅｒ）”、Ｊ 、 Ｌ、 Ｂ
ｒｏｏｋｓ ｅｔ ａｌ、によるオプティクスレターズ
第９巻第６号（１９８４年６月）の“複屈折ファイバの
ための能動偏光カブラ（Ａ ｃｔｉｖｅ Ｐ ｏｌａ
ｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｆ ｏｒ［３
ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆ １ｂｅｒ） ” 、１
９８３年１１月３０口に出願された、゛複屈折ファイバ
狭帯域偏光カブラ（３ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｌ”
１ｂｅｒ Ｎ ａｒｒＯＷＢ ａｎｄ Ｐ ｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｒ） ”と題さ
れた米国特許出願連続番号用５５６．３０５月、および
１９８３年１１月３０日に出願され゛ファイバ光学モー
ドカプラ（Ｆ １ｂｅｒ−〇ｐｔｉＣＭｏｄａＩＣｏｕ
ｐｌｅｒ） ”と題された米国特許出願連続番号用５５
６．３０６号において開示されている。上述の文献の各
々は援用されてここに取入れられている。 ２−モードファイバにおける基本および２次モード間で
、または複屈折シングルモードファイバにおけるＸおよ
びＹ偏光モード間でパワーの転送をもたらすカブラの１
９の好ましい実施例は、モードのビート長を一致させる
モード間の周期的な結合を生じる装置を含んでいる。こ
の周期的な結合は、ファイバを周期的に変形させること
によって得られる。この結合を達成る、カブラは、第２
６図ないし第３０図に１１１遍して以下に説明される。 １、 カブラの構造的な特徴 第２６図は、斜視図によってこのモードカプラを示して
いる。研磨された、平坦な表面９１０は、金属またはプ
ラスチックのブロック９１１上で機械加工される。表面
９１０は、数ミクロンの範囲内で滑かかつ平坦であるべ
きである。光ファイバ９２４は、表面９１０と、その上
に機械加工された複数のりッジ領域９１２を有る、第２
のブロック９１４の下面との間に配置される。このリッ
ジ領ｔａ９１２は、一連のりッジ形状の結合要素をもた
らし、これらの要素は、ブロック９１１および９１４の
間でファイバを挾むようにファイバ９２４に対して圧力
を加えるときに、これにより周期的な一定間隔でファイ
バに応力を加え光をモード間で結合させる。 簡単に第２７図を参照る、と、複数のりッジ９１６が形
成されたりッジ領域９１２の断面図が示されている。リ
ッジ９１６は、一定間隔で配置された平行なり欠または
溝９１７を設けるようにブロック９１４を機械加工る、
ことによって形成され、これにより複数の研磨されたり
ッジ表面９１８が形成され、この表面の各々は、幅Ｗを
有しかつ隣接る、リッジのエツジ間で間隔Ｓを与えてい
る。図示された実施例において、幅Ｗおよび間隔Ｓは各
々、利用される特定の周波数における光に対してファイ
バの各１／２ビート長である。理論上、各リッジ９１６
のＳＷは、１／２ビート長のどのような奇数倍でもよく
、かつ隣接る、りフジ間の間隔Ｓは、１／２ビート長の
どのような奇数倍であってもよい。 好ましい実施例における切欠９１７の！ｊｉ面は長方形
であるが、これはこの形状が機械加工る、のに最も容易
な形状だからである。しかしながら、この形状は限定的
なものではない。切欠９１７の高さ１］が、リッジ９１
６の材料がファイバに応力を加えることによって変形さ
れるときに応力を維持る、のに十分なものであれば、リ
ッジ９１６上に平坦な表面９１８を作り出すどのような
形状も満足すべきものであろう。好ましい実施例におい
て、ブロック９１４は、［）ｅｌｔｒｉｎのような、硬
質プラスチックから形成されている。このプラスチツク
は、ガラスよりより容易に変形し、したがってファイバ
に応力が加えられたときのファイバの損傷を排除してい
る。完全なパワーの転送のために、ファイバに変形およ
び非変形の交互の領域を股【ノるようにリッジがファイ
バに応力を加えることが重要である。装置の全体の長さ
は限定的ではないが、しかしながら図示された実施例に
おいて、長さは２ないし３インチのオーダである。さら
に、非複屈折ファイバが用いられたときに、ブロック９
１４に加えられた約３ｋｌＪの力が、リッジ９１６の数
に関係なく最大の結合を達成る、ために必要であるとい
うことが見出されている。 第２６図に戻ると、ブロック９１４は、一致る、パター
ンで平坦な表面９１０から突出る、１組のビン９２２を
受けるようなパターンで配置された複数の孔９２０を有
している。ブロック９１４は、ビン９２２に沿って平坦
な表面９１０に向かっておよび表面９１０から離れるよ
うに虐動される。リッジ９１６のエツジがファイバ９２
４の長手方向の軸を横切り、１対のファイバ保持プレー
ト９２６によって平１■な表面９１０上に保持されるよ
うに、ビン９２２は整列されかつリッジ９１６は配向さ
れる。したがって、第２７図において参照番号９２７に
よって示されたリッジ９１６のエツジは、ファイバ９２
４の長手方向の軸を横切っている。ビン９２２はまた、
ブロック９１４のロッキングを防いで不均一な力がファ
イバ９２４に加えられることを防止る、ように機能して
いる。 もしも所望る、ならば、ビン９２２の両端は、それぞれ
のナツト（図示せず）を受取るようにねじが切られても
よく、かつそれぞれのコイルばね（図示せず）は、ファ
イバ９２４上に頂部プレート９１４によって作用される
圧力を制御る、ためにナツトと上部ブロック９１４との
間に配置されてもよい。 保持プレート９２６は、ファイバを受取るための■字形
状のカットアウトをその中に備えたディスタ形状であり
、さらにそれらが平坦な表面９１０に対して直角になる
ようにブロック９１１の両端において取付けられたそれ
ぞれの端部プレート９２８のそれぞれの円形の間口に取
付けられる。 しかしながら、ファイバを保持る、どのような他の適当
な方法も代わりに用いられてもよい。 ２、 複屈折ファイバの動作理論 第２８図に示されるように、プレート９１４に対る、垂
直の力Ｆの印加は、リッジ９１６をファイバ９２４に対
して押しつけ、したがってリッジ９１６の下のファイバ
９２４の部分に応力を生じさせる。このリッジは、応力
が生じた領域の始めおよび終わりにおいてファイバの幾
何学的形状に突然の変化を引起こす。説明の目的で、フ
ァイバの幾何学的形状におけるこれらの突然の変化は、
境界９４４として観察される。 配向におけるそのような変化が非常に短い境界領域にわ
たつて生じるように偏光モード軸の配向の突然の変化が
引起こされるということが装置の動作にとって有益であ
る。示された実施例において、第２８図におけるこれら
の境界９４４は、逃げ領域９１６の結合表面９１８のエ
ツジによって形成され、したがってビート長の１７２で
周期的に一定間隔保って配置される。他の実施例におい
て、境界９４４は、ビート長の１／２の奇数倍の間隔で
配置され得る。 各境界９４４において、光はファイバ９２４のモード間
で結合される。複屈折ファイバ９２４に対して、偏光Ｘ
およびＹ（偏光モードＸおよびＹに対応る、）の直交る
、軸は、各境界９４４において角度θを介して第２９図
に示されるような偏光Ｘ−およびＹ′の直交軸まで突然
シフトる、。 ３、 非複屈折ファイバの動作理論 第３０図を参照る、と、２−モードファイバ９２４を取
入れたモードカプラの１９のタイプが示されている。力
Ｆが上部ブロック９１４に加えられてリッジ９１６の結
合表面９１８をファイバ９２４に対して押しつけさせ、
したがってファイバを非対称的に変形させ；る。リッジ
９１６は、応力が生じた領域９３２．９３６の各々の始
めおよび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に変化
を引起こし、したがって応力が生じた領域と応力が生じ
ていない領域との間に境界９４４を作り出す。 非複屈折ファイバ９２４に対して、ファイバの中心ライ
ンまたは長手方向の軸９４６は、加えられた力の方向に
各境界９４４において突然シフトされる。ファイバ軸９
４６のそのような突然のシフトは、境界９４４の各々に
おいてモードの基本しＰｏ、セットからモードの２次Ｌ
ＰＩＩ １？ツトまで光を結合させる。光が結合される
特定の２次モードは、加えられた光の偏光に対る、力の
方向に依存している。たとえば、もしも基本モードにお
ける光が垂直に偏光されるならば、そのような光は、垂
直−直交２次モードに独自に結合し、垂直−平行２次モ
ード、水平−垂直２次モードまたは水平−平行２次モー
ドには結合しないであろう（第１１図参照）。次に、力
が未だ垂直であるが、入力光が基本モードで水平に偏光
されているとる、と、そのような光は、水平−平行２次
モードに独自に結合る、が、他の２次モードのいずれに
も結合しないであろう。もちろん、２−モードファイバ
に用いられるカブラの他の実施例は、先に述べられ、か
つ結合を実現る、際に２−モードファイバに周期的な折
曲げを加える装置についてｉｌ論しＩζ、Ｈ、Ｆ 、
Ｔ ａｙｌｏｒの文献において説明されたカブラのよう
な、先行技術において知られている。 要約る、と、ここに説明された発明は、短いコヒーレン
ス長を有る、光源を使用る、ことにより複数の位置にお
ける周囲環境状態をモニタリングる、際の先行技術を越
える有意義な改良点を含むだけではなく、（１）？！数
のセンサのすべての連続的な感知のために構成されたシ
ステムを提供し、（２）リードの周囲環境からの遮蔽な
しに遠隔の位置で正確な感知を行なわせる構成を提供し
、（３）センサに影響を及ぼす周囲環境の影響を識別る
、正確なかつ容易に分析された情報信号を発生る、、簡
単な、経済的なそして選択的なすべてのファイバ光学態
様において光信号のヘテロゲインを提供し、モして（４
）センサ側において大きな光学装置または電子装置の使
用を必要としないすべてのファイバ光学センサアレイシ
ステムの選択を提供る、ことによって、産業分野におけ
る他の良く存在している問題点を克服している。 この発明は、その精神および本質的な特徴から離れるこ
となく他の特定の形式において実施されてもよい。描か
れた実施例は、すべての点で例示的なものであり、かつ
限定的なのではないと考えられるべきである。それゆえ
に、この発明の範囲は、前述の説明よりはむしろ添付さ
れた特許請求の範囲によって示されている。特許請求の
範囲の同等の意義および範囲内のすべての変更は、それ
らの範囲内に包含されるべきである。
第１図は、並列構成におけるコヒーレント分散ファイバ
光学センサシステムの１９の好ましい実施例の概略図で
ある。 第２図は、この発明の分散されたセンサシステムにおい
て用いるためのファイバ光学方向性カブラの一実施例の
断面図である。 第３図は、パルス化された光源と、並列センサ梯子形構
成から復帰バスに結合されたマツハ−ツエンダ干渉計と
を含む、この発明のコヒーレント分散センサシステムの
他の好ましい実施例の概略図である。 第４図は、センサアレイから復帰バスに接続された可変
遅延ラインを含む、この発明のコヒーレント分散センサ
システムの他の好ましい実施例を示す図である。 第５図は、センサアレイに対して複屈折ファイバを用い
たフィードフォワード構成を含む、この発明のコヒーレ
ント分散センサシステムのざらに他の好ましい実施例を
示す概略図であり、並列アームにおける２つの信号経路
は、複屈折ファイバの２つの偏光軸を含んでいる。 第６図は、周囲環境パラメータの時間微分を測定る、並
列構成を示す、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例の概略図である。 第７図は、センサアレイの直列構成の動作の原理を説明
る、、この発明のコヒーレント分散センサシステムのさ
らに他の好ましい実施例の概略図である。
。 第８図は、第７図の直列構成への修正を含む、この発明
のコヒーレント分散センサシステムの他の好ましい実施
例を示す概略図であり、各センサの双方のボートからの
ファイバは、次のセンサを形成するように連続している
。 第９図は、システムの並列直列構成の結合を含むハイブ
リッド構成を有る、、この発明のコヒーレント分散セン
サの他の好ましい実施例の概略図である。 第１０図は、第７図の実施例に機能的に対応る、が、複
屈折または２−モード光ファイバを含むセンサおよびレ
シーバを有る、、この発明のコヒーレント分散センサシ
ステムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第１１図は、非複屈折ファイバの１次および２次モード
、ＬＰｏｌおよびＬ１２．の電界パターンを描く概略図
である。 第１２図は、第８図の実施例に機能的に対応る、が、複
屈折または２−モードファイバを含むセンサおよびレシ
ーバを有る、、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第１３図は、第９図のシステムに機能的に等しいが、複
屈折また社２−モードフ？イバを有る、センサおよびレ
シーバを備えたシステムを示す、この発明のコヒーレン
ト分散センサシステムの他の好ましい実施例を示す概略
図である。 第１４図は、軸がずれた２−モードファイバに突合せ結
合されて、共通偏光モードで光を結合し、かつ選択され
た偏光モードではなく光信号の結合を排除る、シングル
モードファイバの概略図である。 第１５図は、単一のセンサおよび単一のレシーバを含む
、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された形
式を示す概略図である。 第１６図は、位相変調器およびゲートを用いて分散され
たセンサから出力信号を周波数シフトる、ための手法を
描く、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化され
た形式を描く概略図である。 第１７図は、この発明の分散センサに用いるためのファ
イバ光学偏光コントローラの一実施例の斜視図である。 第１８図は、不連続可変遅延ラインを連続可変遅延ライ
ンに結合る、装置の分解斜視図である。 第１９図は、連続可変ファイバ光学カプラの断面図であ
る。 第２０図は、可変遅延ラインの経路長を調整る、ために
用いられる装置の斜視図である。 第２１図は、平坦なサブストレートを備えた連続可変フ
ァイバ光学カブラの断面図である。 第２２図および第２３図は、それぞれ最大および最小遅
延位置における第２２図のカブラを示す図である。 第２４図および第２５図は、比較的長い遅延期間にわた
って連続可変遅延を発生る、、不連続可変遅延装置の連
続可変遅延装置との結合を示す図である。 第２６図は、この発明に用いるモードカプラの分解斜視
図である。 第２７図は、モードカプラのリッジの形状を示す、第２
６図のライン２７−２７に沿った断面図である。 第２８図は、高複屈折ファイバに対して押しつけられて
応力が生じた領域と応力が生じていない領域とを形成る
、１対のりッジを示す図である。 第２９図は、ファイバに応力が加えられたときの複屈折
ファイバの偏光軸上の影響を示す図である。 第３０図は、ファイバを変形させかつ各リッジの始めお
よび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然の変
化を引起こすように非複屈折光ファイバに対して押しつ
けられた１対のリッジを示す概略図である。 図において、１００は光源、１０２は入力バス、１０４
．１０８，１１２，１１６，１２０．１２４は方向性カ
プラ、１０６は光学遅延ライン、１１０は光ファイバ、
１１４は復帰バス、１１８および１２２は光ファイバ部
分、１２６は検出器を示す。 図面の浄書（内存に変更なしン −一−２９７ Ｎ５：〉− 弯・４・ ｊミ蛍課 一；シ２５・ 手続補正ｍ（方式） 昭和６１年３月１９ 昭和６１年特許願第２６６４１号 ３、補正をる、者 代表者 キャサリン・クー 氏名弁理士（６４７４）深見久部 ５、補正指令の日付 ６゜補正の対象 日 図面全図 ア、補正の内容 ！！墨で描いた図面全図を別紙のとおり補充致します。 なお内容についての変更はありません。 以上
光学センサシステムの１９の好ましい実施例の概略図で
ある。 第２図は、この発明の分散されたセンサシステムにおい
て用いるためのファイバ光学方向性カブラの一実施例の
断面図である。 第３図は、パルス化された光源と、並列センサ梯子形構
成から復帰バスに結合されたマツハ−ツエンダ干渉計と
を含む、この発明のコヒーレント分散センサシステムの
他の好ましい実施例の概略図である。 第４図は、センサアレイから復帰バスに接続された可変
遅延ラインを含む、この発明のコヒーレント分散センサ
システムの他の好ましい実施例を示す図である。 第５図は、センサアレイに対して複屈折ファイバを用い
たフィードフォワード構成を含む、この発明のコヒーレ
ント分散センサシステムのざらに他の好ましい実施例を
示す概略図であり、並列アームにおける２つの信号経路
は、複屈折ファイバの２つの偏光軸を含んでいる。 第６図は、周囲環境パラメータの時間微分を測定る、並
列構成を示す、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例の概略図である。 第７図は、センサアレイの直列構成の動作の原理を説明
る、、この発明のコヒーレント分散センサシステムのさ
らに他の好ましい実施例の概略図である。
。 第８図は、第７図の直列構成への修正を含む、この発明
のコヒーレント分散センサシステムの他の好ましい実施
例を示す概略図であり、各センサの双方のボートからの
ファイバは、次のセンサを形成するように連続している
。 第９図は、システムの並列直列構成の結合を含むハイブ
リッド構成を有る、、この発明のコヒーレント分散セン
サの他の好ましい実施例の概略図である。 第１０図は、第７図の実施例に機能的に対応る、が、複
屈折または２−モード光ファイバを含むセンサおよびレ
シーバを有る、、この発明のコヒーレント分散センサシ
ステムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第１１図は、非複屈折ファイバの１次および２次モード
、ＬＰｏｌおよびＬ１２．の電界パターンを描く概略図
である。 第１２図は、第８図の実施例に機能的に対応る、が、複
屈折または２−モードファイバを含むセンサおよびレシ
ーバを有る、、この発明のコヒーレント分散センサシス
テムの他の好ましい実施例を示す概略図である。 第１３図は、第９図のシステムに機能的に等しいが、複
屈折また社２−モードフ？イバを有る、センサおよびレ
シーバを備えたシステムを示す、この発明のコヒーレン
ト分散センサシステムの他の好ましい実施例を示す概略
図である。 第１４図は、軸がずれた２−モードファイバに突合せ結
合されて、共通偏光モードで光を結合し、かつ選択され
た偏光モードではなく光信号の結合を排除る、シングル
モードファイバの概略図である。 第１５図は、単一のセンサおよび単一のレシーバを含む
、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化された形
式を示す概略図である。 第１６図は、位相変調器およびゲートを用いて分散され
たセンサから出力信号を周波数シフトる、ための手法を
描く、コヒーレント分散センサの直列構成の簡略化され
た形式を描く概略図である。 第１７図は、この発明の分散センサに用いるためのファ
イバ光学偏光コントローラの一実施例の斜視図である。 第１８図は、不連続可変遅延ラインを連続可変遅延ライ
ンに結合る、装置の分解斜視図である。 第１９図は、連続可変ファイバ光学カプラの断面図であ
る。 第２０図は、可変遅延ラインの経路長を調整る、ために
用いられる装置の斜視図である。 第２１図は、平坦なサブストレートを備えた連続可変フ
ァイバ光学カブラの断面図である。 第２２図および第２３図は、それぞれ最大および最小遅
延位置における第２２図のカブラを示す図である。 第２４図および第２５図は、比較的長い遅延期間にわた
って連続可変遅延を発生る、、不連続可変遅延装置の連
続可変遅延装置との結合を示す図である。 第２６図は、この発明に用いるモードカプラの分解斜視
図である。 第２７図は、モードカプラのリッジの形状を示す、第２
６図のライン２７−２７に沿った断面図である。 第２８図は、高複屈折ファイバに対して押しつけられて
応力が生じた領域と応力が生じていない領域とを形成る
、１対のりッジを示す図である。 第２９図は、ファイバに応力が加えられたときの複屈折
ファイバの偏光軸上の影響を示す図である。 第３０図は、ファイバを変形させかつ各リッジの始めお
よび終わりにおいてファイバの幾何学的形状に突然の変
化を引起こすように非複屈折光ファイバに対して押しつ
けられた１対のリッジを示す概略図である。 図において、１００は光源、１０２は入力バス、１０４
．１０８，１１２，１１６，１２０．１２４は方向性カ
プラ、１０６は光学遅延ライン、１１０は光ファイバ、
１１４は復帰バス、１１８および１２２は光ファイバ部
分、１２６は検出器を示す。 図面の浄書（内存に変更なしン −一−２９７ Ｎ５：〉− 弯・４・ ｊミ蛍課 一；シ２５・ 手続補正ｍ（方式） 昭和６１年３月１９ 昭和６１年特許願第２６６４１号 ３、補正をる、者 代表者 キャサリン・クー 氏名弁理士（６４７４）深見久部 ５、補正指令の日付 ６゜補正の対象 日 図面全図 ア、補正の内容 ！！墨で描いた図面全図を別紙のとおり補充致します。 なお内容についての変更はありません。 以上
Claims (25)
- （１）１対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知
する装置であって、 光源と、 前記光源に対する第１、第２、第３および第４の光経路
を規定する複数の光学導波管部分とを備え、前記第１お
よび第２の光経路は少なくとも１つの感知領域において
異なりかつ前記第１および第２の光経路の少なくとも一
方は前記感知領域における周囲環境の影響によって影響
を及ぼされ、前記第３および第４の光経路は少なくとも
１つの受信領域において異なりかつ長さにおいてそれぞ
れ前記第１および第２の光経路に実質的に等しくかつ前
記第１および第２の光経路と同じ周囲環境の影響を受け
ず、前記第１、第２、第３および第４の光経路の少なく
とも一部は、前記感知および受信領域を光学的に接続す
る光ファイバを含む導波管部分によって規定され、 前記第１、第２、第３および第４の光経路から光を結合
する手段をさらに備え、前記手段はいつでも、長さにお
いて前記第１および第２の光経路の特定のものに実質的
に一致する光経路からのみ光をコヒーレントに結合する
、１対のセンサ上で周囲環境の影響を遠隔的に感知する
装置。 - （２）前記光源に光学的に結合されて前記第１および第
２の光経路の少なくとも一部を規定する第１および第２
の光学干渉計をさらに備え、前記第１および第２の干渉
計は各々、周囲環境の影響を感知しかつ前記周囲環境の
影響に応答して前記第１および第２の光経路を伝播する
光に影響を及ぼし、 長さにおいてそれぞれ前記第１および第２の光経路に実
質的に等しい第３および第４の光経路の少なくとも一部
を規定する少なくとも第３の光学干渉計をさらに備え、
前記第３の干渉計は前記第１および第２の干渉計と同じ
周囲環境の影響を受けず、かつ 前記導波管部分は、前記第１および第２の干渉計の少な
くとも一方へおよび前記第３の干渉計へ光学的に結合さ
れ、これにより前記第１および第２の干渉計からの光は
、前記光学導波管のみを介して前記第３の干渉計との光
学的結合へ伝播される、特許請求の範囲第１項記載の装
置。 - （３）各干渉計における前記光経路間の光経路長の差は
、前記光源の１光源コヒーレンス長よりも大きく、かつ
前記第１の干渉計における光経路の前記光経路長の差は
、前記光源の少なくとも１光源コヒーレンス長だけ前記
第２の干渉計における光経路の前記光経路長の差とは異
なり、前記第３の干渉計における前記光経路間の光経路
長の差は、前記第１および第２の干渉計の少なくとも一
方における１対の光経路の光経路長における差に実質的
に等しく、かつ 前記光を結合する手段は、前記第３の干渉計から光を受
取りかつ前記第３の干渉計からの前記光をコヒーレント
に結合する手段を含み、これにより前記第１および第２
の干渉計の一方を介して伝播する光に影響を及ぼす周囲
環境の影響を表わす光学信号を与え、前記第１および第
２の干渉計のその１対の光経路間の光経路長の差はいつ
でも、前記第３の干渉計における１対の光経路間の光経
路長の差に実質的に一致する、特許請求の範囲第２項記
載の装置。 - （４）前記複数の光学導波管部分は、少なくとも第１お
よび第２のファイバ光学干渉計を含み、前記少なくとも
第１および第２のファイバ光学干渉計は感知干渉計を有
し、前記感知干渉計の各々は１対の光経路を規定し、か
つ前記干渉計の各々の少なくとも一部分は、周囲環境の
状態に応答して変化する光伝送特性を有し、前記感知干
渉計の各々は、共に光学的に結合されて梯子状のネット
ワークを形成する入力および出力端子を有し、前記入力
端子は前記光源に光学的に結合され、かつ前記感知干渉
計は互いに光学的に一定間隔隔てて配置されかつ前記感
知干渉計の各々における光経路の対の光経路長は、前記
光源から前記干渉計を介して伝送されかつ出力端子のい
ずれか１つから分散された光が対応する時間において他
のいずれかの出力端子から分散された他のすべての光に
関して光学的に非コヒーレントであるような大きさだけ
各干渉計に対して異なり、かつ 前記複数の光学導波管部分は、少なくとも１つの第３の
ファイバ光学干渉計をさらに含み、前記少なくとも１つ
の第３のファイバ光学干渉計は、前記感知干渉計の出力
端子に光学的に結合されかつ１対の光経路を規定する受
信干渉計を含み、前記１対の光経路の光経路長の差は、
選択された感知干渉計における１対の光経路の光経路長
の差と実質的に一致し、これにより、前記センサシステ
ムを介して前記光源から伝送された光信号の各部は受信
干渉計の出力においてコヒーレントに結合されて、前記
選択された感知干渉計の光伝送特性に変化を引起こす条
件を表わす光学信号を与える、特許請求の範囲第１項記
載の装置。 - （５）前記複数の光導波管部分は、前記光源に光学的に
結合された少なくとも１つの光ファイバを含み、前記光
ファイバは、そこを介して光を伝播する第１および第２
の直交モードを規定し、前記装置は、前記光ファイバ上
の選択された位置に配置されて前記選択された位置で前
記直交モード間で光を結合するように前記ファイバに作
用する複数の手段をさらに備え、作用手段の第１の対は
、直交モード間においてそれらの間の第１の伝播長の差
を形成するように位置決めされ、前記第１および第２の
光経路の各部を規定し、前記第１の伝播長の差は、前記
光源の１コヒーレンス長よりも大きく、前記作用手段の
第１の対の間の直交モードは、前記直交モードを伝播す
る光に影響を及ぼすように周囲環境の影響を感知し、か
つ作用手段の第２の対は、直交モード間においてそれら
の間の第２の伝播長の差を形成するように位置決めされ
、前記第３および第４の光経路の各部を規定し、前記第
２の伝播長の差は、第１の伝播長の差に実質的に等しく
、かつ作用手段の第２の対の間の直交モードは、作用手
段の第１の対の間の直交モードと同じ周囲環境の影響を
受けず、かつ前記装置は、前記光結合手段が、作用手段
の第２の対の間の直交モードから光を受取りかつ前記受
取った光をコヒーレントに結合する手段を含み、これに
より前記作用手段の第１の対の間で直交モードを介して
伝播する光に影響を及ぼす周囲環境の影響を表わす光学
信号を与えることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
記載の装置。 - （６）前記光源は、短いコヒーレント長を有する光源を
含む、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
または第５項のいずれかに記載の装置。 - （７）前記第１および第２の光経路は、少なくとも前記
光源の１コヒーレンス長の大きさだけ長さが異なること
を特徴とする、特許請求の範囲第１項、第４項または第
６項のいずれかに記載の装置。 - （８）前記第３および第４の光経路は異なる時間におい
てのみ存在する、特許請求の範囲第１項または第２項記
載の装置。 - （９）前記少なくとも１つの感知領域において第１およ
び第２の光学干渉計をさらに備え、前記第１および第２
の干渉計は、前記感知領域において異なる前記第１およ
び第２の光経路の各部を規定する、特許請求の範囲第１
項記載の装置。 - （１０）前記第１および第２の干渉計は、少なくとも前
記光源の１コヒーレンス長の大きさである前記第１およ
び第２の光経路の長さの差を発生する、特許請求の範囲
第９項記載の装置。 - （１１）前記光を結合する手段は、前記コヒーレントに
結合された光の位相差を含む出力信号を与え、前記位相
差は、その光が前記結合手段においてコヒーレントに結
合される光経路に影響を及ぼす周囲環境の影響を表わす
、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項
のいずれかに記載の装置。 - （１２）前記感知領域において、前記第１および第２の
光経路は、単一の光ファイバの直交モードを含む、特許
請求の範囲第１項、第２項または第３項のいずれかに記
載の装置。 - （１３）前記受信領域において、前記第３および第４の
光経路は、単一の光ファイバの直交モードを含む、特許
請求の範囲第１２項記載の装置。 - （１４）前記光導波管部分は、前記感知領域において第
１、第２、第３および第４の光経路を規定する光ファイ
バを含み、かつ前記装置は、前記光ファイバ上に選択的
に位置決めされて前記選択された位置において前記第１
、第２、第３および第４の光経路のうちの少なくとも２
つの間で光の結合を発生するように前記光ファイバに作
用する手段をさらに含む、特許請求の範囲第１項記載の
装置。 - （１５）前記第１および第２の光学干渉計は、前記光フ
ァイバ内の直交モードとして前記第１および第２の光経
路の前記部分を規定する第１および第２の光ファイバを
含む、特許請求の範囲第２項、第３項または第４項のい
ずれかに記載の装置。 - （１６）前記第３の光学干渉計は、前記ファイバ内の直
交モードとして前記第３および第４の光経路の前記部分
を規定する光ファイバを含む、特許請求の範囲第１５項
記載の装置。 - （１７）前記光ファイバは複屈折ファイバを含み、前記
ファイバにおける前記直交モードは直交偏光を含む、特
許請求の範囲第５項または第１６項記載の装置。 - （１８）前記光ファイバは２−モードファイバを含み、
かつ前記ファイバにおける直交モードは、前記２−モー
ドファイバの基本モードセットの１つのモードと２次モ
ードセットの１つのモードとを含む、特許請求の範囲第
５項または第１６項記載の装置。 - （１９）前記光ファイバ上に選択的に位置決めされて前
記直交モード間で光の結合を生じるように前記光ファイ
バに作用する手段をさらに含む、特許請求の範囲第１５
項、第１６項、第１７項または第１８項のいずれかに記
載の装置。 - （２０）前記光ファイバに作用する手段は、一定間隔隔
てて前記光ファイバに応力を加えることによって光ファ
イバの伝播モード間で光学信号を転送するファイバ光学
モードカプラを含む、特許請求の範囲第５項、第１４項
または第１５項のいずれかに記載の装置。 - （２１）前記結合手段に光学的に結合された検出器をさ
らに備え、前記検出器は、前記コヒーレントに結合され
た光の位相差に一致する出力を形成し、 前記出力を振幅変調して、前記出力の正弦および余弦成
分の双方を含む選択された高調波を有する第１の信号を
発生する回路をさらに備え、これにより出力信号を解析
して前記第１および第２の光径路に影響を及ぼす周囲環
境の影響を識別する、特許請求の範囲第２項または第４
項記載の装置。 - （２２）選択された変調周波数において位相変調信号を
与える信号発生器と、 前記信号発生器に応答して前記選択された変調周波数で
前記第３の干渉計において前記光波を位相変調する位相
変調器とをさらに備え、かつ前記回路は、前記選択され
た変調周波数で前記出力を振幅変調するように機能する
、特許請求の範囲第２１項記載の装置。 - （２３）前記第３の干渉計の光経路の一方は、可変遅延
ラインを含み、前記可変遅延ラインは、前記光経路の長
さを変化させ、これにより、前記受信干渉計における光
経路間の光経路長の差は、第１の時間において前記第１
および第２の干渉計の一方の光経路間の光経路長の差に
実質的に等しいようにかつ第２の時間において前記第１
および第２の感知干渉計の他方における光経路間の光経
路長の差に実質的に等しいように変化される、特許請求
の範囲第２項、第３項または第４項のいずれかに記載の
装置。 - （２４）前記少なくとも１つの第３の光学干渉計は、第
３および第４の光学干渉計を含み、前記第３および第４
の光学干渉計の各々は、１対の光経路を規定し、前記第
３および第４の干渉計における光経路の対の間の光経路
の差は、それぞれ、前記第１および第２の干渉計におけ
る前記光経路間の光経路の差に実質的に一致し、これに
より前記第３の干渉計からの光によって前記第１の干渉
計への周囲環境の影響をモニタし、かつ前記第４の干渉
計からの光によって前記第２の干渉計への周囲環境の影
響をモニタする、特許請求の範囲第２項、第３項または
第４項のいずれかに記載の装置。 - （２５）前記第１の干渉計の出力端子は、前記第２の干
渉計の入力端子に光学的に結合され、かつ前記第２の干
渉計の出力端子は、前記光学導波管を介して前記第３の
干渉計の入力端子に光学的に結合され、直列構成を規定
する、特許請求の範囲第２項または第３項記載の装置。
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