KR100305390B1 - 배열형 사그냑 간섭계 음향센서 및 음향신호 검출방법 - Google Patents

배열형 사그냑 간섭계 음향센서 및 음향신호 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 여러 지점에서 발생한 음향을 동시에 측정하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서 및 음향신호 검출방법에 관한 것이다. 본 발명의 음향센서는 감편광자를 채용한 배열형 사그냑 간섭계 센서인 것을 특징으로 한다. 단일 센서에서와는 달리 입사광을 펄스 형태로 할 때, 사그냑 루프에서 서로 반대 방향을 진행하는 두 광펄스가 루프의 한 가운데가 아닌 비대칭적인 지점을 서로 다른 시간에 지난다는 점을 이용하여 두 광펄스 간에 인위적으로 일정한 위상차를 고정적으로 더해줌으로써 간섭된 출력광의 세기 변화가 인가된 음향신호와 같은 파형을 갖도록 간섭계가 구성된다. 본 발명에 따르면 제작이 간편하고 특정 주파수대에서 감도가 뛰어난 배열형 광섬유 음향센서를 구현할 수 있다.

Description

배열형 사그냑 간섭계 음향센서 및 음향신호 검출방법 {Sagnac interferometer array for acoustic sensing and method of sensing acoustic signals}
본 발명은 음향센서 및 음향신호 검출방법에 관한 것으로서, 특히 여러 지점에서 발생한 음향을 동시에 측정하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서 및 음향신호 검출방법에 관한 것이다.
광섬유 간섭계 센서는, 광섬유로 된 두 광경로를 광이 진행하면서 측정하고자 하는 물리량에 의해 그 위상이 변조되는 성질을 이용한다. 두 광경로를 지난 광은 서로 간섭하는데, 위상차에 따른 간섭신호의 출력 세기의 변화를 신호처리하면 측정하고자 하는 물리량에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이러한 광섬유 간섭계 센서는 일반적인 센서에 비해 우수한 감도를 가질 뿐 아니라 전기, 화학적으로 열악한 환경에서도 쓰기에 적합하다는 장점을 갖는다.
그 중에서도, 종래의 배열형 광섬유 간섭계 음향센서는 음향주파수에 대해 평탄한 반응도(광섬유 단위 길이당 단위 음파 압력에 의해 발생한 위상차)를 보장하기 위해 마하젠더 또는 마이켈슨 간섭계로만 만들어져 왔다. 이러한 간섭계는 저주파의 음향에 대해서도 좋은 반응도를 보이지만, 광원의 위상 요동에 의한 세기 잡음의 영향을 받기 쉽고 음향신호 외에 물리적인 광경로 변화 및 온도 변화 등에 의해 위상차가 큰 변동을 보이므로 복잡한 신호처리가 필요할 뿐 아니라 간섭광의 랜덤(random)한 편광변화로 인해 신호소멸이 발생하게 된다.
반면에, 사그냑(Sagnac) 간섭계로 된 음향센서는 광원의 위상 요동에 의한 세기 잡음이 없고 편광에 의한 신호 소멸을 간단히 제거할 수 있지만 음향 신호주파수에 따라 반응도가 변할 뿐 아니라 저주파에서는 반응도가 많이 떨어지므로 현재까지는 단일 센서 형태로 주로 학문적인 관점에서만 연구되어 왔다.
기존에 발표된 단일 사그냑 간섭계 음향센서의 구성과 신호처리 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 신호처리를 위해 입출력단에 이상적인 3×3 방향성 결합기를 도입한 단일 사그냑 간섭계 음향센서의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 광원(100)으로부터 발생한 광은 3×3 방향성 결합기(120)를 통해 시계방향과 반시계방향으로 각각 나뉘어져 사그냑 루프(130)를 진행한다. 그 다음, 서로 반대방행으로 진행한 광들은 3×3 방향성 결합기(120)에서 다시 만나서 간섭한 후 제1 및 제2 광 검출기들(160, 170)에 의해 그 간섭출력들이 검출된다. 검출된 간섭출력들은 차동증폭기(180)을 통과하여 간섭출력의 차이를 발생시킨다.
이와 같은 음향센서의 구성에서, 감지 광섬유코일(140)에 음향신호가 가해지면 양 방향으로 진행한 두 빛 사이에는 위상차가 발생하는데, 두 빛에 생긴 위상차에는 음향신호에 의한 위상차및 3×3 방향성 결합기(120)에서 생기는 위상 바이어스가 더해진다. 이 때, 제1 및 제2 광 검출기들(160, 170)에 의해 검출되는 간섭출력의 강도I 1 및I 2 는 각각 다음 수학식 1 및 2로 나타낼 수 있다.
여기서,는 입력 광세기,는 음향신호 인가에 의해 발생하는 위상차,은 광 검출기의 반응도를 각각 나타낸다.
간섭하는 두 빛의 편광상태가 동일할 경우, 차동증폭기를 통과한 후의 두 간섭출력의 차이 Idiff는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 3은 위상차가 아주 작은 신호일 때, 다음 수학식 4와 같이 근사될 수 있다.
즉, 간섭출력의 차이인 Idiff가에 비례하는 성질을 이용하면, Idiff의 측정을 통해 가해진 음향신호를 분석할 수 있다.
그러나, 이와 같은 장치를 구성하기 위해서는 이상적인 3×3 방향성 결합기와 이득이 고도의 정밀도로 비슷한 두 개의 광검출기가 요구된다. 또한, 배열형 센서에 이 장치를 적용한다면 센서의 수와 같은 수의 차동증폭기가 필요하므로 신호처리 회로가 복잡해지고, 또한 간섭할 두 신호가 차동증폭기까지 도달하는 데 걸리는 시간이 같도록 조정해야 하는 문제점도 있다.
그러나, 이와 같은 문제점에도 불구하고, 사그냑 간섭계에 적당한 지연선(delay line)을 포함시키면 극저주파가 아닌 주파수 영역에서는 마하젠더 간섭계와 비슷한 반응도를 얻을 수 있고, 특정 주파수 대역에서는 더 좋은 반응도를 보이기도 한다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 마하젠더 및 마이켈슨 간섭계에서 발생하는 문제점인, 광원의 위상요동에 의한 세기 잡음 및 편광에 의한 신호소멸을 방지할 수 있는 음향센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 복잡한 전기적인 신호처리가 필요없이 상기 음향센서를 사용하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래기술의 단일 사그냑 간섭계 음향센서의 구성도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배열형 광섬유 사그냑 간섭계 센서의 개략적인 구성도;
도 3은 같은 크기의 음향신호 인가시 동작점의 위치에 따른 간섭출력의 크기를 도 2의 위상변조기에서의 π/2 위상변조 유무에 따라 비교한 그래프;
도 4는 도 2의 위상변조기가 서로 반대 방향으로 진행하는 광펄스들에 대해 π/2 위상차를 줄 경우 위상변조신호와 위상변조기를 지나는 양 방향 펄스 사이의 시간관계를 나타낸 그래프;
도 5는 도 2의 구성도에서 센서헤드가 두 개인 경우의 측정결과를 나타낸 도면; 및
도 6은 도 5의 출력신호를 고주파 스펙트럼분석기로 분석한 그래프이다.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 음향센서는 감편광자를 채용한 배열형 사그냑 간섭계 센서인 것을 특징으로 한다. 단일 센서에서와는 달리 입사광을 펄스 형태로 할 때, 사그냑 루프에서 서로 반대 방향을 진행하는 두 광펄스가 루프의 한 가운데가 아닌 비대칭적인 지점을 서로 다른 시간에 지난다는 점을 이용하여 두 광펄스 간에 인위적으로 일정한 위상차를 고정적으로 더해줌으로써 간섭된 출력광의 세기 변화가 인가된 음향신호와 같은 파형을 갖도록 간섭계가 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배열형 광섬유 사그냑 간섭계 음향센서의 개략적인 구성도이다. 도 2를 참조하면, 광원(200)으로부터 나온 빛은 음향광학 변조기(Acosto-Optic Modulator; AOM) 또는 집적 광학소자(Integrated Optic Chip; IOC) 등의 광펄스 발생기(210)에 의해 펄스형태(220)으로 바뀐다. 이 펄스(220)는 입출력 방향성 결합기(230)를 통해 N개의 배열된 사그냑 루프(loop)들로 입사된다. 입사된 광펄스는 사그냑 루프를 시계방향으로 도는 펄스와 반시계방향으로 도는 펄스로 나뉘어지는데 시계방향으로 도는 펄스는 제1 사그냑 루프에 위치한 감편광자(depolarizer; 240)를 먼저 거친다. 그 다음, 이 펄스는 사그냑 루프들 사이에 있는 상단 방향성 결합기(250)들의 각각을 지날 때마다 그 일부가 연결 광경로로 들어가 각각의 센서헤드(S1, …, SN)를 거치게 된다. 제1 사그냑 루프의 하단에는 주 지연선(main delay line; 272)이 설치되며, 주 지연선(272)과 입출력 방향성 결합기(230)의 사이에는 위상변조기(280)이 마련된다. 한편, 제1 사그냑 루프를 제외한 나머지 사그냑 루프들의 상단 마다에는 상단 부 지연선(sub delay line; 276)이, 하단마다에는 하단 부 지연선(274)이 각각 설치된다. 그리고, 사그냑 루프들의 하단도 하단 방향성 결합기(260)로 서로 연결되어 있다.
따라서, 각 사그냑 루프의 연결 광경로를 시계방향으로 지난 펄스는 하단 부 지연선(274), 하단 방향성 결합기(260), 주 지연선(272) 및 위상변조기(280)를 차례로 거쳐 N개의 펄스가 되어 다시 입출력 방향성 결합기(230)에 도달한다. 이 때 각 센서헤드(S1, …, SN)를 지나오는 펄스는 통과하는 광경로가 상단 부 지연선(276)과 하단 부 지연선(274)에 의해 일정하게 점차 길어지므로 이에 해당하는 시간차 ΔT만큼 늦게 각각 입출력 방향성 결합기(230)로 도달하게 된다.
한편, 각 사그냑 루프를 반시계방향으로 도는 펄스는 먼저 위상변조기(280)와 주 지연선(272)을 지난 다음 하단 방향성 결합기(260)를 지날 때마다 일부가 연결 광경로로 빠져 각각 센서헤드(S1, …, SN)를 지난 다음 상단 방향성 결합기(250)와 감편광자(240)를 거쳐 역시 N개의 펄스가 되어 입출력 방향성 결합기(230)에 도달한다. 반시계방향으로 도는 펄스도 시계방향으로 도는 펄스와 마찬가지로 상단 부 지연선(276)과 하단 부 지연선(274)에 의해 각각 시간차 ΔT만큼 도달시간이 지연된다. 이 때, 양 방향으로 각 센서헤드를 지나는 모든 광펄스의 크기가 거의 일정하도록 방향성 결합기들(230, 250, 260)의 결합비는 조정되어 있다. 시계방향으로 도는 펄스와 반시계방향으로 도는 펄스 중 같은 센서헤드를 지나는 펄스들은 같은 길이의 광경로를 지나므로 동일한 시간에 입출력 방향성 결합기(230)에서 만나서 간섭하게 된다. 이 때 서로 간섭하는 펄스는 광원에서 같은 시간에 발생한 빛이므로 광원의 위상요동에 의한 세기 잡음이 없다. 그러나, 서로 반대 방향으로 진행한 광펄스가 각 센서헤드에 도달하는 시간은 주 지연선(272)을 지날 때 생기는 시간 지연에 의해 차이가 나기 때문에 센서헤드를 지날 때 가해진 음파에 의해 서로 다른 위상변화를 겪게 되고 이 위상차가 간섭출력의 세기에 변화를 준다. 간섭한 N개의 펄스의 일부는 광원 쪽으로 재입사되고 나머지 일부(290)는 광검출기(295)에서 검출된다. 검출된 N개의 펄스를 모두 전자스위치로 분리시켜 각각 모니터하면 N개의 센서헤드에 가해진 음향신호를 모두 탐지할 수 있다. 상단 부 지연선(276)과 하단 부 지연선(274)의 길이가 같은 경우 각 센서헤드에 양 방향에서 도달하는 펄스의 시간차는 모두 같다. 이 때, 주 지연선(272)의 길이를 조절하면, 양 방향으로부터 각 센서헤드에 도달하는 펄스의 시간차를 조절할 수 있다. 일반적으로 이 시간차에 의해 음향 주파수에 따른 반응도가 달라지는데, 어떤 음향 신호의 주기가 이 시간차의 두 배가 될 때 양 방향으로 도는 펄스는 서로 반대의 위상을 경험하게 되므로 최대의 감도를 보인다. 예를 들어, 500㎐의 음향에 대해서는 시간차가 1㎳일 때, 1㎑의 음향에 대해서는 시간차가 0.5㎳일 때, 10㎑의 음향에 대해서는 시간차가 50㎲일 때 각각 최대의 감도를 보인다.
한편, 본 간섭계에 사용된 감편광자(240)는 이미 알려져 있는 소자로서, 리오 감편광자(Lyot depolarizer)인 경우에 전체 길이가 수 m 이내의 광섬유 가닥으로 되어 있다. 선폭이 넓은 광원(200)을 사용할 때, 감편광자(240)는 출력광이 파장에 따라 편광상태가 다르도록 만들어 줌으로써 전체로서 일정한 편광을 가지지 못하게 하여 신호소멸을 방지하는 역할을 한다.
다음, 도 2를 참조하여 본 발명의 배열형 광섬유 사그냑 간섭계 센서에서 이루어지는 신호처리에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 기술적 과제를 해결하기 위해, 리튬나이오베이트(LiNbO3)등으로 된 위상변조기(280)를 이용하여 한 방향으로 도는 광펄스에 대하여 그 반대 방향으로 도는 광펄스에 음향 신호에 의한 위상차 외에 π/2 만큼의 위상차를 인위적으로 더해줌으로써 전기적인 신호처리가 필요 없도록 하였다. 일반적인 간섭계의 출력은 간섭하는 두 빛의 위상차가일 때 간섭출력의 교류성분는에 비례한다. 만일에 인위적으로만큼의 위상을 더해주게 되면 간섭출력의 교류성분는 다음 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
따라서, 음향신호의 경우와 마찬가지로 작은 위상차에 대해서는가와 거의 비례하므로 간섭출력를 직접 읽어 신호처리가 필요없이 감지한 음향신호에 대한 정보를 바로 알 수 있다. 특히 음향센서의 경우에는 자이로스코우프나 온도 센서, 변형(strain) 센서 등과 달리 음원의 유무 및 종류 등을 탐지하는 용도로 주로 쓰이고 감지한 물리량의 크기를 정확히 알려는 목적이 없으므로 정확히를 측정하는 대신만 측정하여도 사용상의 제약은 없다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 이웃하는 단위 루프를 지나는 펄스신호가 겪는 시간차가 모두 ΔT로 모두 일정하게 되도록 하는 상단 및 하단 부지연선(274,276)의 길이와 배치방식에 따른 사그냑 간섭계의 위상반응도를 조사하면 다음과 같다.
간섭계 하단에 위치한 i번째 하단 부지연선(274)의 길이가, 상단에 위치한 i번째 상단 부지연선(276)의 길이가이며, 센서헤드를 포함하는 연결 광경로인 각각의 세로살(rung)의 길이가 같다고 가정하면(: 광섬유 속에서의 빛의 속도)을 만족해야 하고 또한 각각의 길이와는의 범위 내에서 선택될 수 있다. 진폭이이고 주파수가인 음향신호를 가할 경우 감지센서 S1을 포함하는 단위 루프에서 생기는 위상차는 수학식 6과 같다.
이 때,는 첫 번째 센서 헤드의 길이,는 S1의 위치에서 그와 대칭인 루프의 반대편 위치까지의 길이를 나타낸다.
한편 부 지연선과 센서헤드 Sn을 포함하는 n번째 단위 루프에서 생기는 위상차는 아래의 수학식 7과 같다.
여기서은 n번째 센서헤드의 길이이고는 각 i에 대해의 영역내에서 자유롭게 결정할 수 있다. N개의 모든 센서헤드가 주어진 음향신호에 대해 똑같이 최대의 위상반응도를 나타내도록 그 길이를 동일하게, 즉 모든 n에 대해가 되게 하는 동시에 각 부 지연선의 길이를, 로 선택하면 수학식 7은 아래의 수학식 8을 만족한다.
수학식 8은 루프 어레이의 상하단에 위치한 부 지연선들의 길이선택에 따라 위상반응도가 변화함을 보여준다.
예를 들어, 모든 i에 대해이 되도록, 즉 상하단 부지연선의 길이를로 서로 같게 선택할 경우, 모든 단위 루프에서 생기는 위상차를으로 동일하게 유지할 수 있다.
만약, 모든 i에 대해인 경우는 부지연선이 길이로 전부 하단에만 위치한 경우로서, 수학식 8로부터 n이 증가할수록 최대의 위상반응도를 보이는 각 루프 센서헤드의 고유주파수(proper frequency)가 작아짐을 알 수 있다. 반대로 모든 i에 대해인 경우는 길이의 부 지연선을 전부 상단에 설치한 경우로서, n이 증가할수록 고유주파수는 점점 증가한다. 또한 서로 다른를 선택하여 각 i번째 상하단 부 지연선마다의 길이를 자유롭게 조절하여 각 루프의 센서헤드의위상반응도의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. 이와 같은 미세한조절은 광섬유 광증폭기가 필요한 대규모 센서어레이에서 발생하는 증폭에 의한 잡음을 보상할 수 있는 위상반응도를 제공할 것으로 예상된다.
도 3은 같은 크기의 음향신호 인가시 동작점의 위치에 따른 간섭출력의 크기를, 도 2의 위상변조기에서의 π/2 위상변조 여부에 따라 비교한 그래프이다. 도 3에서, 참조번호 300은 간섭계 출력특성, 310은 간섭계 입력신호, 320은 동작점이 0에 있을 때의 출력곡선, 330은 동작점이 π/2 에 있을 때의 출력곡선을 각각 나타낸다. 도 3을 참조하면, π/2 위상변조를 한 경우에 상기한 바와 같이 신호처리가 필요 없을 뿐만 아니라 감도가 최대로 됨을 알 수 있다.
도 4는 도 2의 위상변조기가 서로 반대 방향으로 진행하는 광펄스들에 대해 π/2 위상차를 줄 경우 위상변조신호와 위상변조기를 지나는 양 방향 펄스 사이의 시간관계를 나타낸 그래프이다.
도 4의 a)는 시간에 따른 펄스형 위상변조신호(400)이고, b)는 도 2의 배열형 광섬유 사그냑 간섭계에서 반시계방향(CCW)으로 진행하는 광펄스(410)가 위상변조기를 지나는 순간을, c)는 상기 간섭계에서 시계방향(CW)으로 진행하는 광펄스(420)가 위상변조기를 지나는 순간을 시간상에서 각각 보인 것이다.
먼저 펄스형의 위상변조신호(400)와 광펄스 발생신호를 동기시키고 서로간의 시간차를 조정할 수 있도록 만든다. 그 다음, 도 2의 구성도에서 반시계 방향으로 진행하는 광펄스(410)는 도 4에서와 같이 π/2 위상을 경험하게 한다. 한편, 시계방향으로 도는 광펄스는 N개의 센서로 구성된 어레이를 통과한 후 위상변조기를 지나는 순간 N개의 광펄스(420)로 되어 있는데 모두 0의 위상을 경험하도록 하면 출력단에서 검출하는 N개의 간섭펄스에는 모두 같은 π/2 위상차가 인가되어 있게 된다. 이 때 고려해야하는 조건들은 다음과 같다. 먼저 위상변조신호의 펄스폭을, 광펄스의 펄스폭을라고 할 때와를 만족해야 한다. 또한 도 4의 b)와 c)에서와 같이 위상변조기에서 볼 때 반시계 방향의 펄스와 시계 방향의 N개의 펄스가 모두 지나간 다음 또 다른 반시계 방향의 펄스와 시계 방향의 N개의 펄스가 지나가야 하므로 입사 펄스 반복율에 제한이 가해진다. 이 때의 입사 펄스 반복율R은이 된다. 또한 반시계 방향의 펄스와 시계 방향의 N개의 펄스에 π/2만큼 차이가 나는 위상변조를 하기 위해서는 이 양 방향으로 진행하는 펄스가 서로 다른 시간에 위상변조기를 지나야 하는데 이렇게 하려면 위상변조기의 위치를 적절히 선택해야 한다. 도 4에서 나타난 바와 같은 적당한 반복률 R을 선택할 경우 공통 광경로 루프 내에서 위상변조기의 위치는 다음 수학식 9를 만족하는 범위에 있어야 한다.
여기서,는 도 2의 센서 헤드 S1을 포함하는 첫 번째 루프에서 위상변조기가 위치한 점으로부터 반대편 대칭인 점까지의 거리를 빛이 가는데 걸리는 시간으로서, 이는 위상변조기의 루프 내에서의 위치선택으로 변화시킬 수 있다. 상기 수학식 9에 따라 위상변조기가 위치할 수 있는 영역의 개수(가능한 n의 최대값+1)는펄스반복률과 첫 번째 루프의 길이의 비에 의존한다. 만일 상기 펄스반복률 R을 최대값인로 선택할 경우 위상변조기가 위치할 수 있는 영역은 몇 개의 점으로 한정된다. 이상과 같은 방식으로 반시계 방향의 펄스와 시계 방향의 펄스에 대해 서로 다른 위상 변조를 하여 그 위상차가 π/2가 되도록 위상변조기의 구동전압을 조정하면 위에서 언급한 바와 같이 간섭계 출력의 교류 성분는에 비례하게 되므로 결국 별 다른 신호처리 없이만 읽어도 입력 음향신호에 의한 위상차를 알 수 있게 된다.이러한 π/2의 위상바이어스를 안정적으로 가할 수 있는 근본적인 배경은 사그냑 간섭계에서 간섭하는 두 광펄스가 같은 광경로를 경험하여 주변환경, 예컨데 온도 등에 의한 위상천이가 거의 발생하지 않는다는 데 있다.
도 5는 도 2의 구성도에서 센서헤드가 두 개인 경우의 측정결과를 나타낸 도면이다. 광원으로는 선폭이 넓은 어븀첨가광섬유(EDF : Erbium-Doped Fiber)의 증폭자발방출(ASE : Amplified Spontaneous Emission)을 이용하고 펄스발생소자로는 마하젠더형 집적광학소자(IOC)를 사용하였다. 위상변조기로 양 방향으로 진행하는 펄스에 대하여 도 4과 같이 π/2 위상차를 더해주면서 5kHz, 100mrad의 음향신호를 제2 센서헤드(S2)에 인가하고 이 센서를 거쳐 나온 출력 펄스만 뽑아 저역통과필터를 거쳐 본 것이다. 도 5의 a)는 입력 음향신호를 b)는 제2 센서헤드를 지나온 펄스를 선택한 출력신호를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 별도의 신호 처리없이 간섭계 출력이 인가한 입력신호 그대로 나온다는 사실을 확인할 수 있다.
도 6은 도 5의 상기 출력신호를 고주파 스펙트럼분석기로 분석한 그래프이다. 간섭계 출력이 인가한 음향신호와 같은 5kHz의 신호임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 제작이 간편하고 특정 주파수대에서 감도가 뛰어난 배열형 광섬유 음향센서를 구현할 수 있다. 이 음향센서에 의하면 동시에 여러 지점에서 발생하는 음향 신호를 복잡한 전기적인 신호 처리 없이 고감도로 탐지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 광펄스 발생수단과;
    발생된 광펄스들이 루프 광경로를 서로 반대인 제1 및 제2 방향으로 각각 나뉘어서 진행하게 함과 아울러 진행이 완료된 광펄스들이 서로 만나서 간섭하게 하는 입출력 방향성 결합기와;
    상기 루프 광경로의 일부분에 일렬로 설치되어 광펄스의 진행을 각각 정해진 제1 시간간격들만큼 지연시키는 N개의 제1 부 지연선들과;
    상기 루프 광경로에 다른 일부분에 일렬로 설치되어 광펄스의 진행을 각각 정해진 제2 시간간격들만큼 지연시키는 N개의 제2 부 지연선들과;
    상기 제1 및 제2 부지연선들을 따라서 진행하는 광펄스를 분기시키기 위해, 상기 제1 및 제2 부지연선들의 사이마다에 각각 마련된 제1 및 제2 방향성 결합기들과;
    상기 제1 및 제2 방향성 결합기들 중의 어느 하나끼리를 서로 연결하되, 결과적으로 형성된 단위 루프 광경로마다에 각각 1개씩의 제1 및 제2 부지연선들이 포함되도록 연결하는 연결 광경로 수단들과;
    상기 연결 광경로 수단마다에 각각 마련된 센서헤드들을 구비하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서(단, 여기서 N은 2 이상의 자연수).
  2. 제1항에 있어서, 상기 단위 루프 광경로의 위상반응도가 모두 동일하도록 상기 제1 및 제2 부지연선들이 모두 같은 길이인 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단위 루프 광경로의 음향 주파수에 대한 반응도를 조절할 수 있도록 단위 루프에 포함된 상기 제1 및 제2 부 지연선의 길이의 합이 일정한 조건을 만족하는 상태에서 그들이 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
  4. 제3항에 있어서, 서로 다른 단위 루프들에 포함된 제1 부 지연선들이 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향으로 진행하는 모든 광펄스가 공통으로 지나는 공통 광경로 상에 감편광기를 설치한 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향으로 진행하는 모든 광펄스가 공통으로 지나는 공통 광경로 상에 위상변조기를 더 설치한 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
  7. 제6항에 있어서, 공통 광경로 루프 내에서 위상변조기의 위치가 다음의 조건을 만족하는 범위에 있는 것을 특징으로 하는 배열형 사그냑 간섭계 음향센서.
    (단, R은 입사 광펄스의 반복률, Tm은 위상변조신호의 펄스폭, T0는 광펄스의 펄스폭, ΔT는 사그냑 루프 간의 광펄스 진행 시간차, N은 센서헤드의 개수, τ는 센서 헤드를 포함하는 첫 번째 루프에서 위상변조기가 위치한 점으로부터 반대편 대칭인 점까지의 거리를 빛이 가는데 걸리는 시간)
  8. 광펄스를 발생시키는 단계와;
    센서헤드를 포함한 다수의 단일 루프 광경로를 가지는 배열형 사그냑 간섭계에 발생된 광펄스들을 도입하여 서로 반대인 제1 및 제2 방향으로 각각 나뉘어서 진행하게 하는 단계와;
    상기 다수의 단일 루프 광경로를 제1 방향으로 진행하는 펄스들과, 그 광경로를 제2 방향으로 진행하는 펄스들이 서로 다른 시간지연을 겪도록 하는 단계와;
    상기 다수의 루프 광경로를 진행한 펄스들을 서로 간섭시켜 출력된 출력신호로부터 상기 센세헤드에 가해진 음향신호를 검출하는 단계를 구비하는 음향신호 검출방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광펄스의 간섭단계 이전에 상기 제1 및 제2 방향으로 진행하는 광펄스들 중의 어느 한 방향으로 진행하는 광펄스들에만 일정한 상대 위상차를 더 가하기 위해, 그 광펄스들에만 위상변조기에 의해 위상변조 신호펄스를 인가하는 단계를 더 거치는 것을 특징으로 하는 음향신호 검출방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 위상변조신호의 펄스폭 Tm과 광펄스의 펄스폭 T0은와의 조건을 만족하며, 상기 광펄스의 반복율 R은의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 음향신호 검출방법 (단, 여기서 ΔT는 사그냑 루프 간의 광펄스 진행 시간차, N은 센서헤드의 개수).
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