KR940010057B1 - 짧은 간섭 길이 소오스를 사용하는 간섭성 분배 감지기 및 방법 - Google Patents

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Description

짧은 간섭 길이 소오스를 사용하는 간섭성 분배 감지기 및 방법

제 1 도는 간섭성 부배 광섬유 감지기 시스템의 한 양호한 실시예를 병렬 형태로 도시한 개략도.

제 2 도는 본 발명의 분재 감지기 시스템 내에 사용하기 위한 광섬유 방향성 결합기의 한 실시예를 도시한 단면도.

제 3 도는 펄스화 광학 소오스, 및 병렬 감지기 사다리형 배열로부터의 복귀버스에 결합된 마흐-젠더 간섭계를 포함하는, 본 발명의 간섭성 분배 감지기 시스템의 다른 양호한 실시예를 도시한 개략도.

제 4 도는 감지기 어레이로부터의 복귀 버스에 접속된 가변 지연선을 포함하는, 본 발명의 간섭성 분배 감지기 시스템의 다른 양호한 실시예를 도시한 도면.

제 5 도는 병렬 암 내의 2개의 신호 통로들이 복굴절성 광섬유의 2개의 편광축으로 구성되는, 감지기 어레이용의 복굴절성 광섬유를 사용하는 순방향 공급 배열을 포함하는, 본 발명의 간섭성 분배 감지기 시스템의 또 다른 양호한 실시예를 도시한 개략도.

제 6 도는 주위 환경 파라메터의 시간 도함수를 측정하는 병렬 배열을 도시한, 본 발명의 간섭성 분배 감지기 시스템의 다른 양호한 실시에를 도시한 개략도.

제 7 도는 직렬 형태의 감지기 어레이의 동작 원리를 도시한, 본 발명의 간섭성 분배 감지기 시스템의 또 다른 양호한 실시예를 도시한 개략도.

제 8 도는 각각의 감지기의 양 포오트로부터의 광섬유들이 다음 감지기를 형성하도록 연속되는, 제 7 도의 직렬 형태의 변형을 포함하는, 본 발명의 간섭성 분배감지기 시스템의 다른 양호한 실시예를 도시한 개략도.

제 9 도는 평행한 직렬 형태의 시스템의 결합 형태로 구성되는 하이브리드 형태를 포함하는, 본 발명의 간섭성 분배 감지기의 또 다른 양호한 실시예를 도시한 개략도.

제 10 도는 단일 감지기 및 단일 수신기를 포함하는 직렬 형태의 간섭성 분배감지기의 간략화된 변형 형태를 도시한 개략도.

제 11 도는 위상 변조기 및 게이트를 사용하는 분배 감지기로부터의 출력 신호를 주파수 편이시키기 위한 기술을 도시한, 직렬 형태의 간섭성 분배감지기의 간략화된 변형 형태의 개략도.

제 12 도는 본 발명의 분배 감지기 내에 사용하기 위한 광섬유 편광 제어기의 한 실시예를 도시한 사시도.

제 13 도는 불연속 가변 지연속을 연속 가변 지연선과 결합시키는 장치의 분배 사시도.

제 14 도는 연속 가변 광섬유 결합기의 단면도.

제 15 도는 가변 지연선의 통로 길이를 조정하기 위해 사용된 장치의 사시도.

제 16 도는 평탄한 기질(substrate)을 갖고 있는 연속 가변 광섬유 결합기의 단면도.

제 17 도 및 제 18 도는 최대 및 최소 지연 위치에 있는 제 16 도의 결합기를 각각 도시한 도면.

제 19 도 및 제 20 도는 비교적 긴 지연 기간에 걸쳐 연속 가변 지연을 발생시키기 위해 불연속 가변 지연 장치를 연속 가변 지연 장치와 결합시킨 형태를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

66 : 실리콘 기질 82 : 연마 평면

100 : 광원 104,108,407,408,414,444 : 결합기

106,250,254,318 : 지연선 110,404,406 : 감지기

126,212,256,320,370,434 : 검출기

152 : 아치형 슬롯트 153,572; 불럭

200: 흐-젠더 간섭계 210,258,322: 주파수 편이기

251,306,316,402,416,442,501,584,595 : 광섬유

300,314,350 : 비임 분할기 302 : 편광기

304,310,313,315,352,358,360 : 렌즈

308a-308n : 광학 탭 312 : 교차 편광기

356 : 지연 분분 364 : 위상 변조기

409,411 : 감지기 암 410,412 : 간섭계식 암

418,420 : 수신기 426,428,430,432 : 수신기 암

551,557 : 편광 제어기 570 : 기부

574 : 스풀 576 : 샤프트

578 : 코일 580,586,591 : 석영 블록

582 : 만곡 상부 표면 593 : 홈

602,604 : 벽 606 : 프레임

608 : 렛지 610 : 상부벽

612 : 스프링 부재 614,616,642 : 마이크로미터

628 : 핀 630 : 놉

638 : 도브테일 조인트

본 발명은 광섬유 감지기에 간한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 짧은 간섭길이 광원을 사용하는 분배식 광섬유 감지기 어레이에 관한 것이다.

과거 몇 년에 걸쳐, 광섬유 장치들은 활발하게 연구되어 왔고, 광범위하게 다수의 감지 응용시에 사용하기 위해 개발되어 왔다. 한 가지 관심사는 광섬유를 둘러싸고 있는 주위 환경 조건에 대한 광섬유의 감도이다. 예를들어, 온도, 압력 및 음파와 같은 요인들은 광섬유의 광선 전송 특성에 직접 영향을 미친다. 광섬유 내의 이 변화들은 광섬유 내에서 주행하는 광선 신호의 위상을 변화시킨다. 그러므로, 광섬유를 통해 전송된 광학 신호의 위상 변화의 측정량은 광섬유에 영향을 미친 이 주위 환경 조건들의 변화를 나타낸다.

최근에는, 어레이로 구성된 감지기들을 갖고 있는 시스템 개발에 특정한 노력을 집중하였으므로, 다수의 감지기들이 단일 소오스로부터의 광선을 사용할 수 있고 공통 검출 위치에서의 주의 환경 정보를 제공할 수 있게 되었다. 이상적으로, 이러한 어레이는 광선을 한 셋트의 감지기로 이송시키는 광섬유 입력 버스로 구성된다. 각각의 감지기는 이 광학 캐리어에 주위 환경에 대한 정보를 임프린트(imprint)하게 된다. 그 다음, 출력 광섬유 버스는 이 정보를 수집하여, 이정보를 감지기들 중 소정의 선택된 감지기로부터 얻어진 정보가 용이하게 확인 및 분석될 수 있는 중앙 처리 위치로 다시 보낸다.

이 개발 노력의 목적은 신속히 변하는 주위 환경 조건들을 모니터(monitor)하는 것과 같은 특수 응용에 사용될 수 있는 감지기 어레이를 발생시키기 위한 것이다. 예를들어, 이러한 감지기 어레이들은 소오스 위치 및 이 파들의 음향 특성을 결정하기 위해 음파를 검출하는데 사용될 수 있다. 대부분의 이러한 응용의 경우에, 어레이들을 비교적 넓은 영역에 걸쳐 간격을 두고 배치시킬 필요가 있다. 이 상황에서, 전선을 광섬유로 대체하면, 예를들어 이 전선들의 사용에 관련된 전기 픽업(pickup), 케이블 중량 및 안전 위험과 같은 문제점을 제거하게 된다. 감지기가 제한된 공간내에 사용된 때라도, 전자 및 벌크 광학(bulk optics)구성 부품들을 제거하면 잡음이 감소됨으로 인해 향상된 시스템 성능을 제공하게 된다. 한편, 기다란 전선을 광섬유로 대체하면 주위 환경 조건이 시스템의 비-감지기 부분에 미치는 영향을 방지 또는 제거하는데 있어 문제점을 야기시킨다. 그러므로, 이것은 중요한 설계 고려 사항이 된다.

물론, 감지기 어레이를 개발할 때 일차적으로 설계면에서 고려할 점은 각각의 감지기로부터의 정보가 단일 데이터 열(stream)상의 중앙 처리 위치에 도달하는 모든 정보들 사이를 개별적으로 확인하기 위해 분리될 수 있게 하는 방법이다. 이미 개발된 분배 감지 시스템들은 단일 데이터 열로부터 개별적 감지기의 정보를 분리시키기 위해 2가지 해결 방법들 중 한 가지 방법을 응용하였다. 첫번째 해결 방법은 1981년 3월호, I. F.O.C, 27페이지에 에이.알.넬슨(A.R. Nelson) 및 디.에이취.맥마혼(D.H. McMahon)이 쓴 "광섬유 감지기 시스템용 수동 멜티플렉싱기술(Passive multiplexing Techniques For Fiber-Optic Sensor System)"라는 논문에 기술되어 있는 바와 같이 감지기 출력을 시분할 멀티플렉스하는 방법이다. 시분할 멀티플렉싱 방법에서, 광학 입력은 대부분 입력 신호가 펄스 파형으로 구성되도록 펄스화 된다. 그 결과, 각각의 감지기는 시스템 형태의 결과로서 다른 감지기 신호로부터 시간적으로 분리되는 펄스를 발생시킨다. 상세하게 말하자면, 각각의 감지기를 통해 전송된 광학 입력 펄스는 상이한 시간에 각각의 감지기에 의해 출력 광섬유 상에 배치된다. 감지기들의 상대 위치를 제어함으로써, 신호들이 감지기들로부터 복귀 광섬유 버스 상에 멀티플렉스될 때 펄스 신호들이 삽입될 수 있다. 그 다음, 이 삽입된 펄스 신호들은 디멀티플렉싱 및 다른 신호 처리가 일어나는 중앙 처리 위치로 다시 이송된다.

이 형태의 시스템 고유의 한 가지 문제점은 감지기가 모니터될 수 있는 주파수 감지기 수에 의해 제한된다는 것이다. 상세하게 말하자면, 제2펄스는 소정의 시간이 경과할 때까지 광학 소오스로부터 전송될 수 없다. 제2펄스가 모든 감지기들로부터의 광학 신호가 이 감지기의 출력 단자를 통과하기 전에 소오스에 가장 가까운 감지기를 통해 전송되면, 제2펄스로부터 발생되는 신호들이 어레이 내의 제1감지기를 통과할 수 있고, 어레이의 끝에 가까운 감지기들로부터 발생된 광학 신호들이 통과하기 전에 복귀 버스 상에 배치될 수 있다. 물론, 이것은 디멀티플렉싱 및 신호 처리 장비가 수신된 펄스 신호와 이에 관련된 감지기 사이의 관계를 결정하지 못하게 한다. 그러므로, 이러한 시스템들은 때때로 어레이 내의 각각의 감지기에 의한 주위 환경 신속한 반복 감지를 요구하는 응용시에 유용하지 못하다.

단일 데이타열로부터 각각의 감지기의 정보를 분리시키기 위해 사용되는 두번째 해결 방법은 전자공학지(1983), 제19권, 14페이지에 아이.피.질스(I.P. Giles), 디 우탐(D. Uttam), 비.컬사유(B.Culshaw) 및 디.이.엔. 데이비스(D.E.N. Davies)가 쓴 "변조 레이저 소오스를 갖고 있는 간섭성 광섬유 감지기"란 논문에 기술되어 있는 방식으로 감지기 출력을 주파수 분할 멀티플렉스시키는 것이다. 이 해결 방법은 소오스로부터 감지기로 다시 중앙 위치까지의 광선의 주행 시간이 각각의 감지기 마다 독특하게 되도록 광학 소오스를 주파수 램프(ramp)시키고 어레이 형태를 배열시킴으로써 달성된다. 이 경우에, 어레이 출력은 소오스의 현재 출력과 혼합되므로, 각각의 감지기마다 독특한 중심 주파수를 발생시킨다. 주위 환경 정보는 이 중심 주파수 주위의 측대역 내로 이송된다.

상술한 시스템에 있어서의 한 가지 특정한 문제점은 주기적인 램프 신호가 최대 위치로부터 최소 위치로 리셋트될 때의 "플라이 백(fly back)" 기간을 포함한다. 이 플라이 백 기간은 램프 신호가 전혀 존재하지 않기 때문에 시스템 동작이 일어날 수 없고 상당한 결과가 발생되지 않는 시간으로 구성된다. 이것은 주위 환경 조건이 변할 수 있는 속도를 어느 정도 제한시키고 감지기 시스템에 의해 신뢰성 있게 모니터된다. 이 특정한 시스템에 있어서의 다른 문제점은 어레이 내에 사용될 수 있는 감지기의 수 또는 검출된 신호들의 주파수 범위가 램프 신호 내에 사용되는 FM 주파수의 범위 및 램프 신호의 주기에 근거하여 제한된다는 것이다. 더욱 상세하게 말하자면, 상이한 중심 주파수가 각각의 감지기 마다 발생되기 때문에, 각각의 이러한 중심 주파수와 이 중심 주파수가 포함되는 전체 주파수 범위 사이의 차이의 크기는 사용될 수 있는 감지기의 수를 결정한다. 동등하게, 감지기의 수는 전체 주파수 범위와 함께 중심 주파수들 사이의 최대 차이를 결정하므로, 검출될 수 있는 최대 주위 환경 주파수를 결정한다. 물론, 주파수 범위는 램프 신호의 기울기 및 주기에 의해 결정된다.

상술한 두 가지 해결 방법에 의해 생긴 다른 제한은 이 해결 방법들이 더 긴 간섭 길이 소오스에 제한된다는 것인데, 그 이유는 바람직한 주위 환경 조건들을 확인하기 위해 초기 소오스 신호와 감지기에 의해 발생된 신호 사이의 간섭을 사용할 필요가 있기 때문이다. 그러므로, 이 시스템들은 광학 신호를 발생시키기 위해 펄스화 또는 램프화 간섭 소오스를 사용한다.

일련의 감지기들로부터 복귀되는 신호들을 분리시키기 위해 짧은 간섭 길이 소오스를 사용하는 사상은 일차 국제 광섬유 감지기 회의(I.E.E.E) 회의록(1983년 4월), 132페이지에 에스.에이.알-찰라비(S.A.Al-Chalabi), 비. 컬샤유 및 디.이.엔. 데이비스가 쓴" 간섭계식 감지기 내의 부분 간섭계식 감지기 내의 부분 간섭 소오스"란 논문에 제안되어 있다. 이 참조 문헌은 각각의 간섭계 내의 암(arm)의 길이 내의 차이가 소오스의 간섭 길이보다 크므로, 간섭계의 출력 상에 간섭 신호가 전혀 존재하지 않는 일련의 마흐-젠터(Mach-Zehnder) 간섭계를 사용하는 것에 대해 기술되어 있다. 2개의 광섬유들은 각각의 간섭계의 출력을 다음 간섭계의 입력에 접속시킨다. 최종 감지 간섭계의 출력 광섬유들은 검출기가 출력 포오트를 중 한 포오트에 배치되어 있는 단일 기준 간섭계의 입력 포오트에 접속된다. 기준 간섭계는 벌크 광학 구성 부품들로 구성되고, 암들 중한 암 내의 지연이 가변되는 형태로 되어 있다. 수신기는 표시된 암 내의 지연을 변화시키므로, 시스템 내의 각각의 다수의 간섭계식 감지기로부터 신호를 검출하도록 이 암을 통하는 광학 통로의 길이를 효율적으로 변화시킨다. 기준 간섭계는 암 길이가 상당한 수의 감지기를 수용하기 위해 충분히 변화될 수 있도록 광섬유가 아닌 벌크 광학 구성 부품들로 구성되어야 한다.

상술한 설명으로부터, 알-찰라비 등의 참조 문헌은 분배 시스템 내의 각각의 다수의 감지기들을 연속적으로 모니터할 수 있는 시스템을 기술한 것이 아니라는 것을 알 수 있다. 오히려, 알-찰라비 등의 시스템은 소정의 시간에 소정의 단일 감지기에 의해 감지된 주위 환경 조건들 만을 검출한다. 모든 감지기들 상의 주위 환경 조건들은 각각의 감지기를 순차적으로 모니터함으로써, 주기적으로만 검출될 수 있다. 이것이 행해질 수 있는 주파수는 수신기의 가변 암의 길이가 변화될 수 있는 속도에 의해 제한된다.

이 시스템에 있어서의 다른 문제점은 이러한 시스템 내에서는 광선이 2개의 광섬유들 사이에 결합될 때 발생되는 π/2위상 편이가 중요하게 된다는 것이다. 감지 간섭계의 한 입력 포오트로부터의 광선은 짧은 암으로 들어가는 광선에 비해 π/2만큼 지연되어 긴 암으로 들어간다. 이 상대 지연 차이는 각각의 2개의 입력 포오트로 들어가는 광선에 관련된 신호들 사이에서 상쇄되므로, 모든 결합기들이 50%의 결합 효율로 셋트되면, 제1감지기만 이 소정의 신호를 발생시키게 된다.

상술한 설명에 근거하여, 과거에 사용된 시분할 및 주파수 분할 멀티플렉싱 장치들 내에 내재하는 상술한 제한들의 영향을 받지 않고서 다수의 원격 감지기들을 멀티플렉싱하기 위한 감지 시스템 및 기술을 제공하는 것이 본 분야에서의 중요한 개량점으로 된다. 그러므로, 개량된 시스템은 각각의 감지기들을 거의 연속적으로 모니터할 수 있도록 임의적으로 시간에 무관하게 되어야 한다. 이러한 시스템은 주위 감지 영역 내에 전자 회로 또는 활성 장치를 사용할 필요없이 동작을 제공해야 한다. 양호하게도, 이러한 시스템은 소정의 광범위한 광학 소오스를 사용해야 하고, 실제 응용시에 제조 및 사용이 간단하고 경제적이어야 한다.

본 발명은 광섬유 감지기 어레이를 간섭성 멀티플렉싱하기 위해 짧은 간섭 길이 광원을 양호하게 사용하는 간섭성 분배 감지기 시스템 및 방법을 포함한다. 일반적으로, 본 발명은 광원, 최소한 한 감지 영역에서 분배되고 단일 공통 전송통로를 포함하는 전송 영역에서 결합되며 감지 영역 내의 주위 환경 효과에 의해 영향을 받은 광원용의 제1 및 제2광선 통로, 제1 및 제2광선 통로와 길이가 각각 거의 동일하고 이 제1 및 제2광선 통로의 전송 영역에 임의적으로 결합되며 제1 및 제2광선 통로와 동일한 주위 환경 효과의 영향을 받지 않는 제3 및 제4광선 통로, 및 제1, 제2, 제3 및 제4광선 통로로부터 광선을 결합시키고 소정 시간에 제1 및 제2통로 중의 특정한 한 통로와 길이가 거의 대응하는 광선 통로로 부터만의 광선을 간섭적으로 결합시키기 위한 장치를 포함한다.

더욱 상세하게 말하자면, 본 발명의 감지기 시스템은 광원으로부터 결합된 광선의 제1 및 제2광선 통로의 최소한 일부분을 정하는 제1의 다수의 도파관 세그먼트에 광학적으로 결합되는 짧은 간섭 길이 광학 소오스를 포함한다. 제1 및 제2광선 통로는 제1 및 제2위치에서의 주위 환경 효과에 의해 영향을 받는다. 제3 및 제4광선 통로의 최소한 일부분을 통해 광선을 전달하기 위해 최소한 1개의 제2광학 도파관 세그먼트가 제공된다. 제3 및 제4광선 통로는 제1 및 제2광선 통로와 길이가 각각 거의 동일하다. 제3 및 제4광선 통로는 제1 및 제2광선 통로와 동일한 주위 환경 효과의 영향을 받지 않는다. 제3광학 도파관 세그먼트는 제1의 다수의 광학 도파관 세그먼트 중의 한 세그먼트와 제2광학 도파관 세그먼트에 광학적으로 결합되므로, 제1의 다수의 도파관 세그먼트로부터의 광선은 제3광학 도파관 세그먼트를 통해서만 제2도파관 세그먼트와의 광학 접속부로 전달된다. 본 발명의 최소한 한 양호한 실시예에서, 제3 및 제4광선 통로는 동시에 존재하지 않는다.

양호하게도, 광선을 결합시키기 위한 장치에는 이 장치로부터 결합된 광선을 수신하는 전자 검출기가 광학적으로 결합된다. 이 간섭적으로 결합된 광선은 제1 및 제2광선 통로 중의 선택된 한 통로를 통해 주행된 광선과 유사한 길이의 제3 및 제4광학 통로 내로 주행된 광선 사이의 위상 차에 대응하는 위상 차 신호를 포함한다. 위상차는 감지기 시스템 내의 선택된 광선 통로에 영향을 미치는 주의 환경 조건을 나타낸다. 검출기들은 전형적으로 검출된 특정한 주위환경 조건을 모니터하고 평가하기 위해 다른 정보 처리 장치에 상호 접속된다.

한 양호한 실시예에서, 본 발명은 짧은 간섭 길이 레이저로 부터의 광선이 단일 모우드 광섬유 내로 발사되어 2개의 통로를 따라 방향성 결합기에 의해 분산되게 하는 병렬 형태를 구성한다. 제1통로를 거치는 광선 부분은 입력 광섬유 버스로 들어가고, 다수의 광섬유, 또는 입력 광섬유 버스의 한 단자에 광학적으로 접속되고 광섬유 출력 버스의 다른 단자에 접속되어 사다리 형태를 형성하는 감지기를 포함하는 전자 변환기와 같은 그외의 다른 구성 부품들에 분배되다. 제2통로를 거치는 광선 부분은 광섬유 탭식 지연선으로 들어가서 기준 신호로서 작용한다.

양호하게도, 각각의 감지기는 광학 위상의 변형 형태로 이 감지기를 통과하는 광선 상에 주위 환경 정보를 임프린트 한다. 각각의 감지기로부터 의 광선은 광섬유 복귀 버스 상에 광학적으로 결합된다. 광선은 탭을 포함하는 다수의 광섬유 상에 다른 길이 부분을 따라 배치된 결합기에 의해 복귀 버스로부터 광학적으로 결합된다. 입력 광섬유 버스, 각각의 감지기 및 광섬유 복귀 버스에 의해 정해진 각각의 광선 통로 길이들 사이의 차이는 광학 소오스의 간섭 길이보다 크므로, 각각의 감지기로부터의 광선이 광섬유 복귀 버스 상에 접속될 때 세기 변조(intensity modulation)가 생기지 않는다.

복귀 버스 탭 선으로부터의 광선은 지연선을 따라 특정한 위치에 배치된 광섬유들에 의해 지연선으로부터 탭되어 있는 광선과 혼합된다. 이 광섬유 탭들은 지연선과 각각의 광섬유 탭선이 관련된 입력 버스, 감지기, 출력 버스 및 탭 통로 길이와 같이 동일한 길이의 광학 통로를 정하도록 배치된다. 지연선 또는 기준암은 주위 환경으로부터 차페되므로, 각각의 검출기는 감지기 광학 통로를 통해 주행된 광선과 대응하는 지연선을 통해 주행된 광선 사이의 위상차로 구성된 주위 환경 정보를 측정한다. 일반적으로, 검출기에 의해 측정한 신호는 입력 및 복귀 버스 뿐만 아니라 감지기에 관련된 주위 환경 정보를 포함한다. 이것은 통상적으로 바람직하지 못하다. 이 문제점의 2가지 해결 방법이 있는데, 한 방법은 입력 및 출력 버스들 내의 광섬유들을 차폐시키는 것이고, 다른 한 방법은 인접한 검출기들 내에 수신된 신호들을 전자적으로 감산함으로써, 대응하는 감지기들 사이의 영역 내를 제외하고는 버스 상에 유도된 위상 변화와 무관하게 차 신호를 제공하는 것이다. 결과적으로, 이 차 정보는 특정한 감지기에 영향을 미치는 주위 환경 조건에 직접 관련된다.

다른 양호한 실시예에서, 상술한 시스템은 광섬유 지연선을 갖추지 않도록 변형된다. 그대신, 마흐-젠더 간섭계가 광섬유 복귀 버스 상에 구성되고, 광원으로부터의 신호들은 광섬유 입력 버스 상에서 펄스화된다. 펄스들은 감지기로 부터의 복귀 펄스들이 서로 또는 어레이의 다음 샘플링으로부터의 펄스들과 중첩되지 않도록 타이밍된다. 마흐-젠더 간섭계의 암들은 길이가 상이한 데, 이 암길이 차이는 각각의 2개의 인접한 감지기들 사이의 통로 길이의 차이와 동일하게 된다. 결국, 간섭계는 인접한 감지기들의 출력을 혼합시키고, 또 주위 환경 파라메터의 기울기가 측정된다. 주파수 편이기는 헤테로 다인형 출력을 발생시키도록 마흐-젠터 간섭계의 한 암 내에 배치될 수 있다.

또 다른 양호한 실시예를 처음에 기술한 병렬 시스템의 변형을 포함하는데, 광섬유 지연선은 지연 능력을 포함하고, 지연선은 감지기 사다리형 회로망으로부터 복귀 버스의 단부에 광학적으로 결합된다. 결합된 지연선과 복귀 버스에 의해 발생된 출력 신호는 소정의 시간에 지연선 내의 기준 신호 통로 길이와 거의 정합되는 광학 통로의 부분인 감지기에 영향을 미치는 주위 환경 조건을 이 시간에 나타내는 위상차 신호를 발생시킨다. 가변 지연선의 광학 통로 길이를 신속하게 변화시킴으로써, 시스템은 각각의 감지기가 광원으로 부터의 입력을 펄스화시키지 않고서 모니터될 수 있도록 신속하게 주사될 수 있다. 임의적으로, 주파수 편이기가 헤테로 다인형 출력을 발생시키도록 가변 지연선 내에 배치될 수 있다.

방금 상술한 시스템의 순방향 공급 실시예는 입력 광섬유로서 복굴절성 광섬유를 사용하여 이 광섬유의 2개의 편광축이 입력 버스와 출력 버스로서 작용하도록 함으로써 제공될 수 있다. 탭들은 이 2개의 편광축들 사이에 광선을 결합시키도록 광섬유를 따라 배치한다. 이 형태의 2개의 편광축들은 매우 유사한 그룹 속도를 갖고 있기 때문에, 가변 지연선은 큰 범위에 걸쳐서 주사할 필요는 없으나, 레이저들은 탭들이 서로 큰 영향을 미치지 않고 상당히 근접하게 배치될 수 있도록 충분히 짧은 간섭 길이를 갖는다.

또 다른 양호한 실시예는 처음에 기술한 것과 같은 병렬 시스템을 사용하는데, 광섬유 복귀 버스는 광섬유 지연선의 단부에 직접 접속되고, 광원은 비임 분할기 또는 방향성 결합기를 통과하여 입력 광섬유와 지연선 사이로 나누어지는 펄스화 광학 신호를 발생시킨다. 입력 광섬유로부터의 어레이로 들어가는 광선 펄스는 광섬유 지연선을 통해 전송되는 펄스보다 빨리 감지기를 통해 주위 환경을 샘플한다. 선택된 감지기에 의해 입력 및 복귀 버스상에 배치된 펄스들은 복귀되어 비임 분할기 또는 결합기에서 간섭하게 된다. 이 펄스들은 상이한 시간에 감지기를 통과하기 때문에, 이 펄스들을 발생시키는 간섭 신호는 시간 경과에 따른 감지기의 변화를 나타내게 된다. 간섭 펄스들에 의해 발생된 이 신호는 비임 분할기 또는 방향성 결합기로부터 검출기로 전송된다. 임의적으로, 다른 광섬유가 제2 암 내의 광섬유 지연선, 출력을 헤테로다이닝하고 주위 환경 변화가 시간에 따라 각각의 감지기에 영향을 미칠 때 주위 환경 변화의 기울기를 보기 위한 주파수 편이기를 포함하는 마흐-젠더 간섭계의 한 암을 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 양호한 실시예는 어레이의 직렬 형태를 구성한다. 이 형태에서, 광선은 단일 모우드 광섬유를 통해, 상이한 길이의 암들을 갖고 있는 일련의 마흐-젠더 간섭계 내로 발사된다. 각각의 간섭계는 어레이 내의 감지기들 중의 한 감지기를 구성한다. 감지기들은 광선을 분할하기 위해 방향성 결합기들을 사용하여 구성되는데, 각각의 결합기의 결합 상수는 시스템 내의 감지기수에 의해 규정된다. 다수의 감지기들을 통한 광학 통로 차는 소오스 간섭 길이 보다 상당히 길게 선택되므로, 간섭계의 암들 사이에 상대 위상 변화는 감지기 출력에서 검출할 수 있는 세기 변조로 변환되지 않는다. 각각의 감지기 내의 광선 상에 임프린트된 정보는 간섭계의 2개의 암들 내로 주행하는 광선 사이의 위상차이다.

양호하게도, 감지기들로부터의 광선은 공통 광섬유 버스를 통해, 감지기들의 대응하는 것의 암 길이 차이와 거의 정합하는 크기만큼 길이가 상이한 2개의 암들을 각각 갖고 있는 다수의 수신 마흐-젠더 간섭계로 전송된다. 그러므로, 각각의 감지기는 양호하게도 대응하는 암 길이 차이를 갖는 수신 간섭계를 갖고 있다. 결과적으로, 감지기로부터의 위상 변조 신호는 수신 간섭계에 의해 진폭 변조로 변환되므로, 각각의 수신 간섭계의 출력에 있는 광검출기들은 관련된 감지기의 위상 변조에 대응하는 진폭 변조를 모니터할 수 있고, 이 감지기에 영향을 미친 주위 환경 조건을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다. 이 형태는 신호들이 감지기 또는 수신 간섭계 내에 있는 동안을 제외하고는 공통 광섬유 상에 이송되기 때문에 도선에 둔감(lead insensitive)하다. 그러므로, 신호 페이딩(fading)을 방지하기 위해 적당한 기술이 사용되는 경우에 선택된 감지기 내의 변화를 직접 나타내는 신호를 얻기 위해서 수신 간섭계 상에서만 주위 환경을 차페해야 한다.

본 발명의 더욱 양호한 한 실시예는 레이저 다이오드로부터의 광선 신호가 입력 광섬유를 통해 사다리 배열로 형성되고 각각 마흐-젠더 간섭계를 포함하는 일련의 광학 감지기로 가게 되는 하이브리드 배열을 포함한다. 각각의 감지기로 부터의 출력은 병렬 형태에 관련하여 처음에 기술된 방식으로 복귀 버스 상에 결합된다. 그러나, 복귀 버스는 직렬 형태에 대해 상술한 것과 같은 배열로 구성된 다수의 마흐-젠더 수신 간섭계로 감지기로부터의 결합된 광선을 전달하기 위해 임의적으로 결합된다. 이 시스템은 직렬 시스템과 유사한 도선 둔감성을 나타낸다.

본 발명은 또한 양호하게 광학 주파수 편이기를 사용하지 않고서 헤테로다인형 출력 신호를 제공하기 위해 본 발명의 다수의 형태 내에 사용될 수 있는 신규의 장치 및 기술을 포함한다. 헤테로다이닝시에, 신호의 주파수는 신호에 의해 포함된 정보가 최종적인 비-제로 중심 주파수의 측대역 주파수 상에 보유되도록 편이된다. 헤테로다이닝은 광섬유상의 저주파수 주위환경 영향으로 인한 신호 페이딩 문제를 극복하기 때문에 바람직하다. 부수적으로, 헤테로다인형 신호는 스펙트럼 분석기, FM 복조기 또는 위상 검출기와 같은 종래의 전자 장비를 사용함으로써 용이하게 평가될 수 있다. 본 발명에서는 최종적인 위상 변조 신호를 주파수 편이 전자 신호로 변화시키기 위한 신호 처리 기술과 함께, 감지기의 수신기 부분 내에 위상 변조기를 제공함으로써 헤테로다이닝하기 위한 주파수 편이기를 사용하지 않는다. 위상 변조기는 감지기 내의 신호의 주파수 보다 상당히 높은 주파수에서 동작된다. 게이트와 같은 스위칭 구성 부품은 위상 변조기의 동작에 동기된 식으로 광학 검출기로부터의 전자 신호를 변조시키기 위해 사용된다. 그러므로, 수신기로부터의 출력 신호는 효율적으로 높은 변조 주파수에서의 구형파로 검출 신호를 증배시키어, 신호 내의 이 변조 주파수의 고조파를 혼합시킨다. 홀수 및 짝수 고조파는 결코 동시에 페이드되지 않기 때문에, 기술한 바와 같이 2개의 고조파를 혼합시킴으로써 신호 페이딩을 제거할 수 있다. 위상 변조기의 변조 진폭과 게이트의 동기가 적당히 조정되면, 출력 신호가 변조 주파수 측대역들 중의 한 측대역 주위의 헤테로다인형 신호를 포함하게 된다.

본 발명의 분배식 어레이 감지기들은 각각의 감지기를 거의 연속적으로 모니터하여 감지기에 영향을 미치는 신속히 변하는 주위 환경 조건을 검출할 수 있도록 정확하고 임의적으로 시간에 무관하게 되는 원격 감지기를 멀티플렉싱하기 위한 시스템 및 기술을 포함한다. 본 발명에서는 긴 간섭 소오스 길이를 갖고 있는 것보다 덜 비싸고 더욱 간편한 상업적으로 유용한 레이저들의 것과 같은, 짧은 간섭 길이를 갖고 있는 광학 소오스를 사용한다. 또한, 본 발명은 양호하게도 전-광섬유 형태로 이 목적을 달성하여, 신뢰도를 감소시키고 복잡성을 증가시킴으로써 시스템 성능을 저하시키는 불필요한 전자 구성 부품들을 제거시킨다. 이 시스템은 도선에 둔감하게 구성될 수 있으므로, 긴 선들의 주위 환경을 차폐시킬 필요가 없이 감지기들 사이에 이 긴 선들을 사용할 수가 있다. 본 발명은 또한 출력 신호를 효율적으로 헤테로다이닝하여, 각각의 수신 간섭계 내에서의 주파수 편이기의 필요성을 제거시킴으로써 경비를 절감시키고 감지 시스템의 정확도를 증가시키는 기술도 포함된다.

이제부터 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 기술하겠다. 동일 부분에는 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.

[병렬 시스템]

제 1 도는 다수의 분배 감지기들에 영향을 미치는 주위 환경 조건들을 모니터 하기 위한 감지기 어레이 시스템을 구성하는 병렬 형태의 한 양호한 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서 사용되는 광원은 양호하게 짧은 간섭 길이를 갖고 있는 레이저 다이오드(100)으로 구성된다.

간섭 길이는 축 방향의 신호 간섭 효과가 얻어질 수 있는 길이를 의미하다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 간섭 길이 (△S)가 다음의 관계식에 의해 최소한 소정의 레이저 소오스 형태에 대해 정해질 수 있다는 것을 알 수 있다.

=△S (1)

여기서, 2△f는 1/2 최대 전력시의 광학 대역폭이고, Vg는 광섬유 내의 광선 그룹 속도이다. 그러므로, 식 (1)로부터, 레이저의 스펙트럼 순도가 개량됨에 따라 간섭 길이가 증가한다는 것을 알 수 있다. 본 분야에 숙련된 기술자들은, 긴 간섭 길이 소오스를 필요로 하는 종래 기술의 시스템에 비해, 짧은 간섭 길이 신호 소오스를 사용할 수 있는 감지기 시스템이 비교적 값이 싸고 소형인 다이오드 레이저를 포함하는 대다수의 레이저 광원을 사용할 수 있는 융통성 있는 시스템을 구성한다는 것을 알 수 있다.

도시한 실시예에서, 광원(100)은 약 790nm정도의 파장을 갖고 있는 광선을 발생시키는 비소화 알루미늄 갈륨(AlGaAs) 레이저로 구성된다. 특정한 예에 의하면, 광원(100)은 캘리포니아주 94086, 써니베일, 훔볼트 코트 252에 소재한 엔이씨 일렉트로닉스 유.에스.에이.인크.(NEC Electronics U.S.A., Inc.)에서 시판 중인 모델 NDL 3000레이저 다이오드로 구성될 수 있다.

레이저 다이오드(100)은 광섬유 입력 버스(102)를 구성하는 광섬유에 광학적으로 결합된다. 입력 버스(102) 위에는 광학 지연선(106)을 구성하는 제2광섬유에 소정의 광학 전력을 결합시키는 제1방향성 결합기(104)가 배치되어 있다. 도시된 실시예에서, 방향성 결합기(104)는 감지기 시스템 내에 사용된 다른 방향성 결합기와 동일한 형태로 되어 있다. 이 시스템에 사용될 수 있는 방향성 결합기의 한 양호한 실시예는 나중 부분에 기술되고, 1980년 4월 11일자로 "광섬유 방향성 결합기"란 명칭으로 출원한 미합중국 특허 출원 제139,511호의 연속 출원인 1981년 9월 10일자로 "광섬유 방향성 결합기"란 명칭으로 출원한 미합중국 특허 출원 제300,955호에 상세히 기술되어 있다. 이 2개의 특허 출원은 모두 본 발명의 양수인에게 양도되어 있고, 본 발명에 참고 문헌으로 사용되어 있다.

다수의 방향성 결합기(108a,110b,…,110n)은 광섬유 입력 버스(102)를 따라 선택된 위치에 배치된다. 입력 버스(102)상에 결합기(108)의 위치를 선책하기 위한 기본 원리는 나중에 상세히 설명하겠다.

다수의 광섬유(100a,108b,…,108n)은 각각 대응하는 광학 결합기(108a,108b,…,108n)의 포오트를 통해 연장되는 제1단부를 갖고 있다. 이 광섬유(110)은 광섬유 감지기로 구성되는데, 이것은 이 감지기(110) 둘레의 주위 환경 조건의 변화에 민감하게 영향을 받도록 주위 환경 내에 배치된다. 물론, 이 실시예뿐만 아니라 본 발명의 그외의 다른 거의 모든 실시예에서, 변환기와 같은 장치들이 시스템 내의 광섬유에 접속될 수 있고, 이 광섬유를 통하는 광선 흐름의 영향에 의한 주위 환경 효과에 응답하기 위해 감지기(110)으로 사용될 수 있다. 예를들어, 음향 변환기가 광섬유(110)의 음향 감도를 증가시키기 위해 이 광섬유(110)에 접속될 수 있다.

각각의 감지기(110)의 제2단부는 다수의 방향성 결합기(112a,112b,…,112n)중의 한 결합기를 통과한다. 결합기(112)는 광섬유 복귀 버스(114) 상의 선택된 위치에 배치되어, 감지기(110)이 복귀 버스(114)와 광학 결합 관계로 되게 한다. 상술한 관계는 감지 시스템의 감지기 암용의 사다리형 회로망을 정한다는 것을 알 수 있다. 북귀 버스(114)상에는 감지기 사다리형 회로망과 간격을 두고 다수의 방향성 결합기(116a,116b,…,116n)이 배치된다. 각각의 결합기(116)도 나중에 상세히 기술하는 바와 같이 복귀버스(114)를 따라 선택된 위치에 배치된다.

복귀 버스(114)에 광학적으로 결합되도록 각각의 방향성 결합기(116)내에는 다수의 광섬유 세그먼트(118a,118b,…,118n)중의 한 세그먼트의 제1단부가 고착된다. 각각의 광섬유 세그먼트(118)의 제2단부에는 방향성 결합기(120a,120b,…,120n)이 고착된다. 또한 각각의 방향성 결합기(120) 내에는 다수의 부수적인 광섬유 세그먼트(122a,122b,…,122n)중의 한 세그먼트의 단부가 고착된다. 각각의 광섬유 세그먼트(122)의 다른 단부는 지연선(106)으로부터 광섬유 세그먼트(122)로 광학 신호를 결합시키기 위해 지연선(106)을 따라 선택된 위치에 각각 배치된 방향성 결합기(124a,124b,…,124n)에 고착된다.

각각의 광섬유 세그먼트(118 또는 122)의 제2단부에는 검출기(126a,126b,…,126n)이 광학적으로 접속된다. 검출기(126)은 광학섬유(188 및 122)내의 신호들이 결합기(120)에 결합된 후에 광섬유(118 또는 122)로부터 광학 신호를 수신하도록 작용한다. 상세하게 말하자면, 본 발명의 시스템에 사용하기 위한 검출기의 한 양호한 실시예는 매사츄세츠주 09170,살렘, 콘그레스 스트리트 35에 소재한 이.지.앤드 지. 코포레이션(E.C. ＆ G.Corp.)에서 시판 중인 모델 HAD 100 검출기로 구성될 수 있다.

제1도의 시스템의 다수의 구성 부품들은 레이저 다이오드(100)의 간섭 길이의 함수로서 시스템 내에 배치된다. 상세하게 말하자면, 결합기(108a와 112a) 사이에서 측정된 것과 같은 감지기들을 통하는 광학 통로 길이들 사이의 차이는, 각각의 감지기(110)을 통해 레이저(100)으로부터 전송된 광선이 광섬유 복귀 버스(114) 상에 수집될 때 세기 변조가 생기지 않도록, 레이져(100)의 한 간섭 길이보다 더 크게 되어야 한다. 그러므로, 결합기(108a)로부터 결합기(108b)까지와 광섬유(110a)를 통해 결합기(112b 내지 112a)까지 정해진 감지기(110b)의 광학 통로 길이는 결합기(108a)로부터 광섬유(110a)를 통해 결합기(112a)까지 정해진 감지기(110a)의 광학 통로 길이보다 더 큰 레이저(100)의 최소한 한 간섭 길이 (Lc)로 되어야 한다.

지연선(106)과 광섬유 세그먼트(122)에 의해 정해진 각각의 광학 통로의 길이 (L₁,L₂,…,l_n)는 대응하는 광학 감지기 통로 길이(l1, l2,…,ln)과 거의 정합해야 된다. 소정의 감지기(ln)의 통로 길이와 대응하는 복귀통로 길이(L_n) 사이의 오정합이 증가하면, 기준 신호를 간섭하여 정확한 위상차 신호를 발생시키기 위한 감지 신호의 능력이 대략 지수적으로 감소된다.

동작시에, 광학 신호는 레이저(100)으로부터 광학 입력 버스(102)에 제공된다. 버스(102) 내의 광학 신호는 방향성 결합기(104)에 의해 광섬유 지연선(106)내에 부분적으로 결합되어, 이 지연선(106) 내에서 기준 신호로서 작용한다. 입력 버스(102)를 통해 주행하기 위해 연속되는 광학 신호 부분을 결합기(108)을 통해 감지기(110)에 결합되는데, 이 감지기(110) 내에서는 주위 환경 정보가 이 감지기 외부의 주위 환경 영향의 결과로서 감지기(110) 내의 변화에 의해 생긴 광학 위상의 변형 형태로 광선 상의 임프린트된다.

각각의 감지기(110)으로부터의 광학 신호는 방향성 결합기(112)를 통해 광섬유 복귀 버스(114)상에 결합된다. 감지기 광학 통로 길이들 내의 차이가 Lc보다 상당히 크면, 광섬유 복귀 버스(114)상에 광학 신호가 수집될 때 세기 변조가 생기지 않으므로, 신호가 서로 간섭하지 않게 된다.

복귀 버스(114) 아래로 주행하는 광학 신호는 각각의 방향성 결합기(116)에서 광섬유 세그먼트(118) 상에 부분적으로 결합되는데, 이 세그먼트에서 이 광학신호는 결합기(120) 내에 고착된 광섬유 세그먼트(122) 상에 지연선(106)으로부터 방향성 결합기(124)를 통해 결합된 기준 신호에 대해 결합기(120) 내에 정합된다. 감지기 통로 길이 l_n이 대응하는 기준 통로 길이 Ln과 거의 정합되기 때문에, 시스템의 결합기 및 그외의 다른 요소 내의 손실로 인한 신호 상의 영향이 없다고 가정하면, 결합기(120) 내에서 비교된 신호들의 상대 위상은 주위 환경 영향이 광학 통로 중의 한 통로에 영향을 미치지 않는 한 변화되지 않아야 한다. 양호하게도, 지연선(106)은 주위 환경 영향으로부터 차폐되고, 감지기 통로의 최소한 감지기(110) 부분은 주위 환경 영향에 노출된다. 그러므로, 검출기(126)을 통해 전송된 위상차 신호들은 관려된 감지기 통로를 통해 전송된 광학 신호의 위상에 영향을 미치는 주위 환경 조건을 나타낸다.

입력 버스(102) 및 복귀 버스(114)를 차폐하지 않고서, 각각의 검출기(126)은 각각의 감지기(110)으로 부터의 주위 환경 정보 뿐만 아니라 입력 버스(102) 및 출력 버스(114)로 부터의 주위 환경 정보를 알아낸다. 입력 버스(102)와 출력 버스(114)를 차폐하지 않고서 특정한 감지기에 관련된 주위 환경 정보를 얻기 위한 한 방법은 인접한 검출기(126a 및 126b와 같은 것)에 의해 수신된 신호들을 전자적으로 감산하는 것이다. 이러한 감산에 의해 발생된 차 신호는 입력 버스(102)와 출력 버스(114)상에 유도된 위상 변화와 무관한데, 그 이유는 이 위상 변화가 인접한 검출기들로부터 수신된 2개의 신호들에 나타나기 때문이다. 이 2개의 신호들과 공통이 아닌 정보는 상이한 감지기(110a 및 110b)와 이 감지기(110a 와 110b) 사이의 입력 및 출력 버스(102 및 114)의 부분을 통하는 별개의 통로를 주행하는 동안 신호 상에 배치된 정보이다. 그러므로, 이러한 감산에 의해 발생된 신호는 단지 인접한 감지기(110a 와 110b)사이의 영역 내에 존재하는 위상 변화가 이 영역에 걸쳐서 어떻게 변화되는지만을 나타낸다. 그러므로, 인접한 감지기들에 동일하게 영향을 미치는 소정의 주위 환경 효과에 응답하여, 감산 방법은 출력 신호의 변화를 발생시키지 않는다. 상술한 관점에서, 제 1 도의 실시예는 각각의 감지기(110a,110b,…,110n)상의 주위 환경 영향을 개별적으로 연속적으로 모니터할 수 있는 장치를 제공한다는 것을 알 수 있다.

제 1 도의 실시예 뿐만 아니라 본 명세서에 기술한 그외의 다른 실시예에서, 주파수 편이기는 결합기(104와 124a) 사이의 제 1 도의 지연선(106) 상에서와 같이 시스템 내에 임의적으로 배치될 수 있다. 주파수 편이기는 지연선(106)상의 광학 신호의 주파스를 편이시키어, 검축기(126)에 의해 검출된 정합 광학 신호를 헤테로다인 하기 위해 사용된다. 헤테로다이닝에 의해서, 감지기 통로 l_n으로부터 복귀하는 위상 변조 광학 신호는 고주파수 진폭 변조 광학 신호의 비교적 낮은 주파수 위상 변조로 검출기(126)에 들어가는 출력선 상에 이송된다. 헤테로다이닝은 저주파수 주위 환경 효과가 바람직한 주파수 범위내에 작은 신호에 대한 시스템의 감도를 감소시키지 못하게하는 방법을 제공한다. 그러므로, 바람직한 주파수 범위 내의 이 주위 환경 효과들은 더욱 용이하게 확인될 수 있다.

이 목적에 사용될 수 있는 주파수 편이기의 한 양호한 실시예는 본 기술 분야에 공지되어 있는 브래그 셀(Bragg Cell) 변조기로서, 이것은 여러 가지 형태로 시판되고 있다. 이러한 주파수 편이기는 광섬유를 분리시킴으로써 시스템 내에 삽입되는 벌크 광학 장치로 구성된다. 광선은 렌즈에 의해 이러한 벌크 광학 장치 및 이러한 벌크 광학 장치로부터 결합된다, 주파수 편이기로서 브래그 셀과 같은 벌크 광학 장치를 사용하면 시스템 손실이 증가하고 전체적인 효율 및 성능이 감소된다. 주파수 편이기를 필요로 하지 않고 벌크 광학 장치를 사용함으로써 생기는 손실을 나타내지 않고서 본 발명의 간섭 분배 감지기 내에서 헤테다이닝 하기 위한 다른 기술은 제 11 도를 참조하여 나중에 상세히 설명하겠다.

본 발명 내의 광선 신호 결합에 관련해서, 결합기(104,108 및 112)로 구성될 수 있는 양호한 광섬유 방향성 결합기의 상세한 설명이 제 2 도를 참조하여 제공될 수 있다. 상세하게 말하자면, 이 결합기는 피복물의 일부분이 한 측으로부터 제거된 단일 모우드 광섬유 물질의 2개의 광섬유 가닥(제 2 도의 150a,150b)로 구성된다. 이 2개의 가닥(150a 및 150b)는 각각의 블럭(153a 및 153b)내에 형성된 각가의 아치형 슬롯트(152a 및 152b)내에 장착된다. 가닥(150a 및 150b)는 광선이 가닥의 코어 부분들 사이로 전송되게 하는 상호 작용 영역(154)를 형성하도록 피복물이 밀접한 간격을 둔 관계로 제거된 가닥 부분들과 함께 배치된다. 제거된 물질의 양은 각각의 가닥(150a 및 150b)의 코어 부분이 다른 것의 미소 지역내에 있도록 된다. 결합기의 중심에서의 가닥들 사이의 중심-대-중심 간격은 전형적으로 2 내지 3개의 코어 직경 이하이다.

상호 작용 영역(154)에서 가닥들 사이로 전송된 광선은 방향성이 있다. 즉, 입력 포오트 A에 인가된 광선의 거의 대부분은 포오트 C로 역방향 결합하지 않고서 출력 포오트 B 및 D로 전달된다. 이와 마찬가지로, 입력 포오트 C로 인가된 광선의 거의 대부분은 출력 포오트 B 및 D로 전달된다. 또한, 이 방향성은 대칭이다. 그러므로, 입력 포오트 B나 입력 포오트 D에 공급된 광선은 출력 포오트 A 및 C로 전달된다. 또한, 결합기는 편광에 관련하여 기본적으로 비식별성이므로, 결합된 광선의 편광을 보존한다. 그러므로, 예를 들어, 수직 편광을 갖고 있는 광선 비임이 포오트 A로 입력되면, 포오트 A로부터 포오트 D로 결합된 광선 뿐만 아니라 포오트 A로부터 포오트 B로 직진하는 광선이 수직 편광된 상태로 유지된다.

상기 설명으로부터, 결합기가 제 1 도의 결합기(104)에 의해 달성된 바와 같이, 인가된 광선을 2개의 광학통로 내로 분배하기 위한 비임 분할기로서 작용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

제 2 도에 도시한 실시예에서, 결합기로는 서로에 관련하여 광섬유의 위치에 기초하여 변할 수 있는 결합 효율을 갖고 있다. 본 실시예에서 사용된 바와 같이, "결합 효율"이란 퍼센트로서 표시된, 결합 전력-대-전체 출력 전력비로서 정의된다. 예를들어, 제 2 도를 참조하면, 광선이 포오트 A에 인가된 경우에, 결합 효율은 포오트 D에서의 전력-대-포오트 B 및 D에서의 전력 출력의 합계의 비와 동일하게 된다.

제 1 도의 분배 감지기의 병렬 형태에서는, 결합기의 결합 효율 및 상대 통로 길이를 조심스럽게 조정해야된다. 시스템을 약간 간략화시킨 본 발명의 한 양호한 실시예는 제 3 도에 도시되어 있다. 제 3 도의 형태에서, 광학 신호는 레이저(100)으로부터 광섬유 입력 버스(102) 내로 제공되는데, 이 입력 버스에서 이 신호는 방향성 결합기(108a-108n)을 통해 감지기(110a-110n)에 결합된 다음, 결합기(112a-112n)을 통해 광섬유 복귀 버스(114)내에 결합된다. 인접한 감지기 광학 통로 길이들의 차이는 레이저(100)의 소오스 간섭 길이 보다 더 크게 되어야 한다.

제 3 도의 실시예에서, 광학 소오스는 입력 버스(102)와 방향성 결합기(108a-108n)을 통해 다수의 감지기(110)을로 분배되는 입력 펄스(201)을 발생시키도록 펄스화된다. 펄스(201)이 선(102) 아래로 주행되어 다수의 감지기(110)으로 분배될 때, 펄스열(203)이 복귀 버스(114)상에 발생되는데, 열 내의 각각의 펄스는 상이한 감지기(110)으로부터 인입된다. 열(203) 내의 각각의 펄스 사이의 간격은 인접한 감지기(110) 사이의 광학 통로 차에 근거하여 정해진다. 그러므로, 열 내의 제1펄스는 감지기(110a)를 통해 전송된 펄스와 대응하게 되는데, 그 이유는 이 광학 펄스가 레이저(100)과 복귀 버스(114)사이의 최단 주행 시간을 갖기 때문이다. 이와 마찬가지로, 제2광학 펄스는 감지기(110b)로부터 제공된 펄스에 대응하는데, 그 이유는 이 펄스가 레이저(100)으로부터 복귀 버스(114)까지의 다음의 최단 광학 통로 길이를 갖기 때문이다. 이 실시예에서의 펄스들의 간격은 이 펄스화 시스템이 간섭 의존성이 아니기 때문에 광학 소오스의 간섭 길이에 근거하지 않는다. 그러므로, 광범위한 간섭 길이의 광학 소오스가 이 실시예 내에 사용될 수 있다.

물론, 레이저(100)으로부터의 펄스들의 펄스 길이는 감지기로부터의 복귀 펄스들이 서로 중첩되지 않도록 조정되어야 한다. 또한, 레이저(100)으로부터의 펄스들은 감지기로부터의 복귀 펄스들이 어레이의 다음의 샘플링으로부터의 펄스와 중첩되지 않도록 타이밍되어야 한다. 예를들어, 레이저(100)으로부터의 펄스길이가 너무 길면, 감지기(110a)로부터 복귀 버스(114)상에 전송된 펄스의 길이는 감지기(110b)로부터의 펄스의 선연부가 결합기(112a)를 통해 복귀 버스(114)상을 통과하기 전에 펄스의 종단부가 결합기(112a)에서 버스 (114)상에 배치되지 않도록 될 수 있다. 이와 마찬가지로, 레이저(100)으로부터의 펄스들의 타이밍이 너무 함께 밀접하게 되면, 레이저(100)으로부터의 제1펄스에 대응하는 감지기(110n)으로부터의 출력 펄스가 복귀 버스(114)상의 결합기(112a)를 통과하기 전에 레이저로부터의제2펄스에 대응하는 감지기(110a)로부터의 출력 펄수가 복귀 버스(114)상에 배치될 수 있다. 이 2개의 경우 중 어느 한 경우에는, 복귀 버스(114)로부터 펄스를 수신하는 검출기가 어느 감지기가 이 펄스를 수신했느지를 결정할 수가 없다.

펄스 열(203)은 광섬유 복귀 버스(114)를 따라 마흐-젠더 간섭계(200)의 입력으로 전송되는데, 이 간섭계는 한 쌍의 방향성 결합기(202 및 204) 사이에 제1암(206)을 정하기 위해 광섬유 복귀 버스(114)상에 배치된 한 쌍의 방향성 결합기(202 및 204)로 구성된다. 제2광섬유(208)의 한 단부는 결합기(202와 204)사이에 간섭계의 제2암을 정하기 위해 결합기(202 및 204)에 고착된다. 암(206 및 208)의 광학 통로 길이들의 차이는 연속적인 감지기들의 광학 통로 길이들 사이의 차이와 거의 동일해야 한다.

암 길이가 상술한 바와 같이 선택되면, 펄스들은 긴 암(210)을 횡단하는 열(203)으로부터의 제1펄스 부분이 짧은 암(206)을 횡단하는 열(203)으로부터의 제2펄스 부분과 거의 동일한 시간에 결합기(204)에 도달하도록 간섭계(200)을 통과한다. 이와 마찬가지로, 암(210)을 횡단하는 제2펄스 부분은 암(206)을 횡단하는 열(203)으로부터의 제3신호 부분과 거의 동일한 시간에 결합기(204)에 도달한다. 그러므로, 간섭계(200)은 인접한 감지기들로 부터의 출력 신호들을 광학 결합기(204)에서 혼합시킨다는 것을 알 수 있다.

결합기(204)로부터 출력되는 혼합 신호는 결합기(204)를 지나 연장되는 광섬유(208)의 이 부분 상에 배치된 검출기(212)로 전송된다. 검출기(212)는 혼합 신호를 수신하여, 관련된 감지기에 영향을 미치는 주위 환경 파라메터의 기울기를 나타낸다. 물론, 각각의 실시예의 검출기의 출력에는 이러한 광학 출력 신호를 모니터하여 평가하기 위한 기술에 사용되는 형태의 적당한 측정 장비(도시하지 않음)가 접속된다.

주파수 편이기(210)은 제 1 도의 실시예에 관련하여 이미 기술한 바와 같이 헤테로다인형 출력을 발생시키기 위한 간섭계(200)의 한 암 내에 임의적으로 배치될 수 있다. 제 3 도에 도시한 실시예에서, 주파수 편이기(210)은 간섭계(200)의 암(208)내에 배치된다.

분배 감지기 시스템의 다른 양호한 실시예는 제 4 도에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 연속파 광학 레이저(100)은 광섬유 입력 버스(102)에 광학적으로 접속되는데, 이 버스 위에는 방향성 결합기(104)가 고착된다. 입력 버스(102)를 다수의 감지기(110)에 광학적으로 접속시키는 다수의 광학 결합기(108)은 이 입력 버스(102)를 따라 간격을 둔 관계로 고착되는데, 이 감지기 자체들은 다수의 광섬유결합기(112)를 통해 광섬유 복귀 버스(114)에 광학적으로 결합된다. 이 형태는 제1도에 도시한 실시예의 감지기 암의 사다리형 회로망에 대응한다. 또, 제1도의 시스템과 같이, 인접한 감지기들의 광학 통로 길이들 사이의 차이는 레이저(100)의 소오스 간섭 길이 보다 더 커야 된다.

입력 버스(102)와 광합 결합 관계로 되기 위해 결합기(104)내에는 광섬유 지연선(250)의 한 단부가 고착된다. 방향성 결합기(104)로부터, 광섬유 지연선(250)은 가변 지연선(254)에 광학적으로 접속된다. 도시한 가변 지연선을 벌크 광학 장치로 구성될 수 있다. 예를들어, 회전 가능한 반사경 배열이 광학 통로를 변화시키어 신호 지연을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 길이 변화가 작은 경우에, 광섬유(250)의 일부는 PZT의 일편 주위에 고착될 수 있는데, 이 PZT는 광섬유(250)의 광학 통로 길이를 신장시키거나 감소시키는기 위해 바람직하게 팽창하거나 수축될 수 있다.

양호하게도, 전 광섬유 지연선이 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 광섬유 가변 지연선의 한 양호한 실시예는 1982년 11월 12일자로 "연속 가변 광섬유 지연선"이란 명칭으로 출원한 미합중국 PCT 특허 출원 제82/01609호에 기술되어 있다. 이 특허 출원은 1984년 5월 24일자로 국제 공고 번호 제 WO84/02006호로 공고되었다. 이 특허 출원은 본 출원의 양수인에게 양도되어 있다. 가변 광섬유 지연선은 전자공학지, 제18권, 제23호(1982년 11월 11일), 999-1000페이지에 제이.이.보워스(J.E. Bowers)등이 쓴"광섬유 가변 지연선"이란 명칭의 논문에 기술되어 있다. 이 참고 문헌들은 본 발명에 참고 문헌으로 사용되었다. 이 참고 문헌들에 관련된 광섬유 지연선의 양호한 실시예는 나중에 더욱 상세하게 기술하겠다.

가변 지연선(254)는 다른 광섬유(251)의 한 단부에 광학적으로 접속되는데, 이 광섬유의 다른 단부는 결합기(252)에 고착되어 복귀 버스(114)와 광학 결합 관계로 된다. 검출기(256)은 버스(114)로부터의 신호와 결합기(252)내의 선(251)로 부터의 신호의 결합에 의해 발생된 간섭 신호를 수신하도록 복귀 버스(114)의 단부나 광섬유(251)에 광학적으로 접속된다. 광학 신호를 처리하여 평가 하기 위한 다른 장비가 검출기(256)에 접속될 수도 있다.

동작시에, 연속파 광학 신호 레이저(100)으로부터 입력 버스(102)를 통해 결합기(104)로 전송된다. 광학 신호의 일부는 입력 버스(102)상을 계속 주행하여, 제1도에 관련하여 이미 기술한 방식으로 결합기(108)을 통하고 감지기(110) 및 결합기(112)를 통해 광섬유 복귀 버스(114)로 전송된다.

결합기(104)로부터, 레이저(100)으로부터의 광학 신호의 일부는 지연선(250), 가변지연선(254) 및 광섬유(251)을 통해 결합기(252)로 주행하는데, 이 결합기에서 이 신호 부분은 버스(114) 및 광섬유(251)을 통해 결합기(252)로 주행하는데, 이 결합기에서 이 시호 부분은 버스(114) 및 광섬유(251)상의 신호들 사이의 위상차를 구성하는 신호를 발생시키도록 복귀 버스(114)상의 신호를 간섭한다.

가변 지연선(254)는 광섬유 지연선(250)의 광학 통로 길이를 효율적으로 변화시키어, 지연선(250)의 광학 통로 길이가 감지기(110)을 통해 정해진 각각의 다수의 광학 통로와 어떤 지점에서 정합하도록 동작된다. 이때, 특정한 감지기(110)으로부터의 광학 신호는 선(251)상의 신호를 간섭하여, 상술한 바와 같이 위상차를 발생시키고, 이 감지기에 영향을 미치는 주위 환경 조건들을 정하는 정보들을 제공한다. 각각의 감지기가 이 방법으로 모니터 되는 주파수는 가변 지연선(254)가 동작되는 비에 따라 결정된다. 이러한 구조는 다수의 감지기들 사이의 신호들 사이에 상대 지연이 클 때 다소 편리하게 될 수 있는데, 그 이유는 가변 지연선(254)가 다수의 감지기들에 의해 정해진 모든 통로들의 광학 통로 길이와 정합하기 위해서 범위가 켜야되기 때문이다.

임의적으로, 주파수 편이기(258)은 제 4 도의 실시예의 광섬유 지연선(250) 내에 포함되어, 제1도에 관련하여 이미 기술한 바와 같이 헤테로다인형 신호를 제공할 수 있다.

제 4 도의 실시예는 감지기들 사이에 큰 상대 지연을 포함하는 감지기 시스템에 사용하기에 유용하지 않지만, 제5도에 도시한 것과 같은 순방향 공급 시스템에 이상적인 것이다. 제 5 도를 상세히 참조하면, 시스템의 이 실시예는 편광기(302)에 광학 신호의 최소한 일부를 송신하기 위해 광학적으로 접속되는 비임 분할기(300)으로 전송되는 광학 신호를 제공하는 레이저(100)을 포함한다. 한 양호한 실시예에서, 편광기(302)는 바람직한 방향으로 신호를 편광하기 위해 광학 신호와 직렬로 배치되는 시이트 편광기 편과 같은 벌크 광학 편광기로 구성된다. 편광기(302)로부터, 광학 신호는 렌즈(304)를 통과하여, 복굴절성 광섬유(306)의 단부내로 보내진다.

복굴절성 광섬유(306)은 상술한 병렬 시스템 내의 입력 및 복귀 버스(102 및 114)와 동일한 방식으로 편광 광선을 이송시키도록 작용하는 2개의 편광축을 포함한다. 광학 탭(309a-308n)은 광섬유의 2개의 편광축들 사이에 편광 광학 신호들을 결합시키기 위해 선택된 위치에서 복굴절성 광섬유 내에 배치된다. 펄스화 레이저 광원을 사용하지 않는 병렬 시스템의 이 실시예들과 같이, 레이저와 각각의 소정의 2개의 인접 탭들 사이의 광학 통로 길이의 차이는 레이저의 소오스 간섭 길이 보다 켜야 한다. 제5도의 실시예 내에 사용될 수 있는 한 양호한 형태의 탭은 광학지(1983년 12월), 제8권, 656페이지에 알.씨. 영퀴스트(R.C. Youngquist),제이.브룩스(J.Brooks) 및 에이취.샤우(H.Show)가 쓴 "복굴절성 광학 편광 결합기"란 논문에 상세하게 기술되어 있다. 이것은 본 명세서에서 참고 문헌으로 사용되었다.

복굴절성 광섬유(306)의 출력은 편광기(302)에 관련하여 직각으로 배향되는 것을 제외하고는 편광기(302)와 동일하게 될 수 있는 편광기를 포함함으로써 편광기(302)에 의해 정지되지 않은 편광의 소정의 광선을 통과시키지 않게 하는 교차편광기(312)로 전송하기 위해 렌즈(310)을 통해 전송된다. 그러므로, 교차 편광기(312)를 통과하는 광선은 한 그룹의 비-간섭 광학 신호들로 구성되는데, 이 신호들은 이 신호들이 주행한 복굴절성 광섬유(306)의 특정한 부분에 영향을 미친 주위 환경 조건들을 각각 나타낸다.

교차 편광기(312)로부터의 출력은 비임 분할기(300)과 동일하게 될 수 있는 다른 비임 분할기(314)로 전송된다. 비임 분할기(314)에 부딪치는 신호의 일부분은 이 비임 분할기(314)를 통해, 위상차를 검출하고 이 위상차를 발생시키도록 복굴절성 광섬유 상에서 작용한 주위 환경 조건에 이 위상차를 관련시키기 위해 모니터링 및 평가 장치(도시하지 않음)에 상호 접속되는 검출기(320)으로 전송된다.

비임 분할기(300)을 다시 참조하면, 비임 분할기(300)을 통과하지 못한 레이저(100)으로부터 전송된 광선 부분은 신호를 광섬유(316)의 단부 내로 보내는 다른 렌즈(315)를 통해 전송된다. 광섬유(316)은 이미 언급한 광섬유 형태로 될 수 있거나, 본 분야의 기술 내에 공지된 방식으로 반사경 형태를 이동시킴으로써 벌크 광학 장치로 구성될 수 있는 가변 지연선(318)에 접속된다. 가변 지연선(318)로부터 광학 신호는 양호하게 렌즈(313)을 통해 비임 분할기(314)로 전송되는데, 이 비임 분할기 내에서 이 광학 신호는 최종 위상차 신호가 검출기(320)에 의해 수신되도록 편광기(312)로부터 전송되는 신호와 혼합된다.

비임 분할기(300)으로부터 광섬유(316)을 통해 전송되는 광선 신호는 광섬유(308)을 통하여 대응하는 광학 통로 길이를 주행하는 신호와 비교되는 기준 신호로 구성된다. 이방식으로, 시스템은 복굴절성 광섬유 상의 주위 환경 영향에 의해 야기된 2개의 신호들 사이의 위상의 편이를 확인한다. 광섬유(308)을 통하는 다수의 광학 통로 길이는 가변 지연선(318)을 사용함으로써 장치의 기준 신호 암내에 전공된다. 그러므로, 기준 신호 암은 관심의 다수의 광섬유 길이를 주사하여, 광섬유(308)내에 대응하는 광학 통로 길이의 광학 신호들을 비임 분할기(314)내에서 간섭하는 광학 신호를 발생시킨다.

복굴절성 광섬유(306)의 2개의 편광축들이 유사한 그룹 속도를 갖기 때문에, 가변 지연선은 넓은 범위에 걸쳐 주사하지 못하고, 레이저는 탭들이 서로 영향을 미치지 않고서 상당히 가깝게(약 1km거리로)배치될수 있게 하기에 충분히 짧은 간섭 길이를 갖는다.

제 5 도는 시스템 내에서는, 2개의 광섬유 편광에 상이하게 영향을 미치는 주위 환경 파라메터가 검출될 수 있다. 임의적으로, 주파수 편이기(322)는 제 1 도에 관련하여 이미 기술한 바와 같이 헤테로다인형 신호를 제공하도록 가변 지연선(318)의 출력과 비임 분할기(314) 사이에 제공될 수 있다.

제 6 도를 참조하면, 분배 감지기 시스템의 다른 실시예가 도시되어 있다. 제 6 도의 시스템은 감지기에 영향을 미치는 주위 환경 피라메터의 시간 도함수를 측정하도록 구성된다. 이 시스템은 전기적 또는 기계적으로 펄스화되는 연속파 레이저 또는 자체-펄스화 레이저로 구성될 수 있는 펄스화 레이저(100)을 사용한다. 레이저(100)은 비임 분할기(350)에 전송되는 펄스로 구성되는 광학 신호를 발생시키므로, 광학 신호의 최소한 일부분은 비임 분할기(350) 및 렌즈(352)를 통해 광섬유 입력 버스(102) 내로 통과한다. 입력 버스(102)로 부터의 펄스화 신호는 결합기(108)을 통해 감지기(110)으로 전송되고, 그 다음 결합기(112)를 통해 제1감지기(110a)와 비임 분할기(350)의 복귀 통로 사이에 배치되는 참조 번호(356)으로 표시한 지연 부분을 포함하는 광학 복귀 버스(354)로 전송된다. 이 신호는 지연 부분(356)을 통과하고, 렌즈(358)을 통해 비임 분할기(350)으로 전송된다. 방향성 결합기는 비임 분할기(350) 대신에 사용될 수 있으므로, 렌즈(352, 358 및 360)의 필요성을 제거시킨다.

레이저(100)으로부터의 신호가 비임 분할기(350)에 부딪칠 때, 이 신호의 일부분은 렌즈(358)을 통해 하향 전송되어 복귀선(354)의 광학 섬유 지연 부분(356)내로 전송된다. 지연부분(356)을 통과할 때, 신호는 결합기(112)를 통해 감지기(110)으로 전송되고, 그 다음 결합기(108)을 통해 광섬유 입력 버스(102)로 전송된다. 그 다음, 이 신호는 렌즈(352)를 통해 비임 분할기(350)으로 전송된다. 입력 버스(102)로부터 소정의 감지기(110)을 통해 주행하고 광섬유 지연선(356)을 통해 비임 분할기(350)으로 다시 주행하는 펄스는 지연선 부분(356)을 통해 먼저 주행하고 그 다음 동일한 감지기(110)을 통하고 다시 입력 선(102)를 통해 비임 분할기(350)으로 주행하는 펄스와 동일한 광학 통로를 주행한다. 그러므로, 2개의 펄스들은 거의 동일한 시간에 비임 분할기(350)에 도달하게 되어, 서로 간섭하여 간섭 신호들의 위상차를 구성하는 신호를 비임 분할기(350)의 출력에 제공하게 된다. 이 간섭 신호들이 동시에 어레이로 들어가지만 상이한 시간에 동일한 감지기를 통과하기 때문에, 어레이로 먼저 들어간 펄스는 지연되는 펄스 보다 먼저 주위 환경을 샘플하게 된다. 결과적으로, 2개의 간섭 신호들에 의해 비임 분할기(350)에서 발생된 위상차 신호는 시간이 경과함에 따라 감지기에 의해 검출된 주위 환경의 변화를 나타낸다.

비임 분할기(350)으로부터의 위상차 신호는 임의의 렌즈(360)을 통해 검출기(370)으로 전송된다. 검출기(370)은 다수의 감지기에서 주위 환경 조건들을 결정하는 데 사용하기 위해 다른 종래의 모니터링 및 평가 장치에 접속될 수 있다.

임의적으로, 위상 변조기(364)는 렌즈(358)과 지연선(356) 사이의 복귀선(354)상에 포함될 수 있다. 이 위상 변조기는 사그낙 광섬유 자이로스코우프에 관련하여 공지된 방식으로 시스템의 감도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 예를 들어 본 명세서에서 참고 문헌으로 사용한 광학지(1980), 제5권, 173-185페이지에 알.올리취(R.Ulrich)가 쓴" 저편류를 갖고 있는 광섬유 회전 감지기"란 논문 내에 기술되어 있다. 선택적으로, 위상 변조기는 제 11 도를 참조하여 본 명세서에 기술한 방법에 따라 주파수 편이 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.

제 3 도의 배열과 유사한 제 6 도의 시스템 내에서, 광학 신호는 펄스화 신호이다. 그러므로, 결합기(108) 및 감지기(110)을 배치시키는 것은 레이저의 소오스 간섭 길이에 의존되지 않는다. 그러나, 제 3 도의 펄스화 형태와 같이, 레이저(100)으로부터의 펄스들은 감지기들로부터 비임 분할기(350)으로 복귀되는 펄스들이 서로 중첩하지 않고, 레이저(100)으로부터의 다음 펄스에 의해 발생된 펄스들을 간섭하지 않도록 타이밍 되어야 한다.

제 6 도의 감지기 시스템의 기하학적 형태는 비임 분할기(350)으로부터 전송된 2개의 신호들의 광선 통로가 동일하므로, 이 2개의 펄스들의 양호한 간섭이 용이하게 달성된다는 장점을 갖는다. 이 해결 방법의 한가지 결점은 주파수 의존성이므로, 상대 펄스 지연에 비해 느린 주위 환경 변화를 검출하기 어렵다는 것이다. 가청 신호와 같은 느리게 변하는 신호를 검출하기 위해 길이가 긴 광섬유가 필요하게 된다.

상술한 각각의 실시예들은 짧은 간섭길이 신호 소오스를 사용함으로써 모니터될 수 있는 광섬유 감지기의 분배 어레이를 정하지만, 감지기의 출력이 헤테로다인형으로 되게 한다. 또한, 연속파 신호 소오스를 사용하는 실시예들은 감지기들을 디멀티플렉싱하기 위한 새로운 기술을 제공한다. 이 기술은 광학 소오스의 간섭 길이 보다 상당히 긴 거리 만큼 감지기들을 분리시키고, 감지기들이 연속적으로 모니터 되어 감지기들의 출력들이 특정한 감지기로부터의 출력을 용이하게 확인할 수 있도록 분리되도록 중앙 처리 위치에 간접계식 혼합기(결합기)를 적절히 배치시키는 것을 포함한다.

[직렬 형태]

본 발명의 분배 감지기 시스템의 다른 형태는 도선 둔감성을 나타내지만 병렬 시스템보다 많은 잡음을 발생시키는 "직렬 형태" 또는 "직렬 시스템" 이라고 한다. 이 직렬 시스템의 발명성 본질은 병렬 시스템의 발명성 본질과 중첩되지만 동일하지는 않다.

직렬 시스템의 한 양호한 실시예는 설명하기 위해 간단한 2-감지기 시스템을 도시한 제 7 도를 참조함으로써 설명될 수 있다. 그러나, 실제로 소정의 바람직한 수의 감지기들의 제 7 도에 도시한 형태를 단지 확대시킴으로서 어레이 내에 사용될 수 있다. 제 7 도의 실시예는 짧은 간섭 길이 연속파 광학 신호를 양호하게 발생시키는 레이저 다이오드(100)을 포함한다. 레이저 다이오드(100)은 양호한 실시예에서 단일 모우드 광섬유인 광섬유(402)에 광학적으로 접속된다.

다수의 마흐-젠더 간섭계는 광섬유(402)상에 배치되는 참조 번호(404,406)으로 표시된 감지기들을 정한다. 각각의 감지기(404, 406)은 광섬유(402) 상에 결합 배열로 배치되는 입력 광학 결합기(407a, 407b) 및 출력 광학 결합기(408a,408b)로 구성된다. 각각의 감지기(404 및 406) 내의 결합기(407,408) 사이에 배치된 광섬유(402)부분은 이 감지기들의 암(409 및 411)을 각각 정한다. 각각의 감지기(404,406)은 결합 위치에서 광섬유(402)에 광학적으로 결합되도록 결합기(407 및 408)중의 한 결합기의 각각의 단부에 접속되는 간섭계식 암(410, 412)로 각각 구성되는 광섬유 세그먼트를 갖고 있다.

암(409와 410 또는 411과 412)사이의 길이 차이는 각각의 감지기 마다 상이한 길이(1₁또는 1₂)를 각각 갖고 있는 광학 통로 차이를 정한다. 광학 통로 길이 차이(1₁또는 1₂)는 레이저 다이오드(100)의 소오스 간섭 길이 (L_c)보다 상당히 크므로, 소정의 감지기(404 또는 406)의 암(409와 410 또는 411과 412 )사이의 상대 위상 변화는 감지기 출력에서 검출된 세기 변조로 변환되지 않는다. 다수의 감지기들의 경우에, 상대 통로 길이 차(1₁및 1₂)는 설계시의 고려로 다음에 상세하게 기술하는 공정에 따라 선택된다.

결합기(408b)로부터, 광섬유(402)는 광섬유(416)을 이 광섬유(402)에 결합시키도록 광섬유(416)의 단부뿐만 아니라 광섬유(402)에 고착되는 다른 결합기(414)로 연장된다. 결합기(414)로부터, 광섬유(402)는 결합기(422a와 424a) 사이로 연장되는 광섬유(402) 부분으로 구성되는 제1수신기 암(426)을 정하도록 광섬유(402)상에 결합 형태로 배치되는 한 쌍의 광학 결합기(422a 및 424a)로 자체 구성되는 수신기(418)로 구성되는 마흐-젠더 간섭계에 광학적으로 접속된다. 제2수신기 암(428)은 각각의 위치에서 광섬유(402)에 광학적으로 결합되도록 광학결합기(422a 및 424a)의 각각의 단부 근처에 접속되는 광섬유의 세그먼트로 구성된다.

다른 마흐-젠더 간섭계는 한 쌍의 광학 결합기(422a 와 426b)사이로 연장되는 광섬유(416) 부분으로 구성되는 제1수신기 암(430)을 정하는 결합 형태로 광섬유(416) 상에 배치되는 한 쌍의 광학 결합기(422b 및 424b)로 자체 구성되는 수신기(420)으로 구성된다. 제2수신기 암(432)는 각각의 결합기(422b 및 424b)의 위치에서 광섬유(416)에 광학적으로 결합되도록 결합기(422b 및 424b)의 각각의 단부들 근처에 접속되는 광섬유의 세그먼트로 구성된다.

수신기(418) 내의 암(426 및 428)의 광학 통로 차이(L₁)은 감지기 (404)의 암(409 및 410)의 광학 통로 위상차(1₁)과 가능한 가깝게 정합해야 하므로, 암(409 및 410)을 통과하는 레이저(100)으로부터의 광학 신호는 수신기(418)의 암(426 및 428)에 의해 시스템 내의 다른 신호들과 분리될 수 있다. 광학 통로 차이(L₁과 1₁) 사이가 밀접하게 정합될수록, 암(426과 428) 내의 광선들 사이의 위상차를 나타내는 결합기(424a) 내의 간섭성은 더욱 양호하게 된다. L₁과 1₂사이의 차이가 증가하면, 결합기(424a)에서의 간섭성은 이 2개의 광학 통로 차이들 사이의 차이로 거의 지수 관계로 저하된다. 물론, 이것은 감지기(406)의 암(411과 412)의 광학 통로 차이(1₂)에 비교한 암(403과 432)의 광학 통로 차이(1₂) 사이의 차이이다. 또, L₂는 가능한 가깝게 l₂와 정합해야 한다.

더욱 상세하게 말하면, 제 7 도의 시스템 내에서, 소오스 간섭 길이가 소정의 감지기 광학 통로 차이들 보다 상당히 짧고 1₁및 1₂와 같은 감지기들의 광학 통로 사이의 차이가 감지기 시스템을 통하는 유용한 다수의 광학 통로들이 있더라도 적절하게 셋트되면, 수신기의 소정의 출력 결합기(424) 내에서 간섭하는 신호들을 발생시키게 되는 시스템을 통하는 소정의 통로만이 있게 된다.

예를 들어, 광섬유(402), 감지기(404)의 암(410), 감지기(406)의 암(411) 및 수신기(418)의 암(426)에 의해 정해진 광학 통로를 횡단하는 제1광선 신호는 감지기(404)에 영향을 미치는 주위 환경 조건을 나타내는 정보를 이송하게 된다. 암(409)에 관련된 암(410)의 광학 통로 차이가 암(426)에 관련된 암(428)의 광학통로 차이와 근사하게 정합되면, 결합기(424)에서 간섭성을 제공하게 되는 광학기준 신호가 광섬유(402), 감지기(404)의 암(409), 감지기(404)의 암(411) 및 감지기(418)의 암(428)에 의해 정해진 광학 통로를 주행한다. 앞에서 정해진 2개의 광학 통로들은 상이한 시스템 소자들을 횡단하지만, 길이가 거의 동일하다. 한편, 시스템을 통하는 그외의 다른 모든 광학 통로들의 길이는 이것과 다르므로, 이 2개의 통로를 횡단하는 광선을 간섭하지 않게 된다. 서로 간섭하는 다른 통로들은 상술한 설명에서 암(411)을 암(412)로 대체시킴으로써 얻어진 통로들이다. 이 간섭 통로쌍은 다른 통로 쌍과 동일한 주위 환경 정보를 이송하므로, 후자의 통로 쌍에 의해 발생된 간섭 신호는 전자의 통로 쌍에 의해 발생된 신호를 보강한다. 본 시스템은 나중에 기술한 설계 고려에 따라 설계되기 때문에, 다른 통로 쌍은 간접하지 않게 된다.

결합기(424a)를 통하는 간섭 광파에 의해 발생된 신호는 이 광파들 사이의 위상차를 나타내고, 감지기(404)의 암(410) 상의 주위 환경 조건의 영향을 나타낸다. 이 정보는 결합기(424a)로부터, 검출기(434)로 전송되는데, 이 검출기는 이 정보를 검출기(434)에 상호 접속될 수 있는 종래의 모니터링 및 평가 장치(도시하지 않음)에 유용하게 만든다.

수신기(418)로부터 위상차 출력 신호가 발생할 때의 주위 환경 조건들에 대해 상술하였지만, 동일한 종류의 설명이 감지기(406)의 암(411)에 관련하여 암(412)에 영향을 미치는 주위 환경 조건을 확인하는 수신기(420)으로부터의 위상차 출력 신호의 발생에 적용될 수 있다.

제 7 도의 직렬 형태에서, 수신기(418 및 420)은 이 수신기들을 통해 전송되는 광파의 위상에 영향을 미칠 수 있는 주위 환경 조건으로부터 양호하게 차폐된다. 이 직렬 시스템 내에서는 이 목적을 위한 그 외의 다른 차페물이 필요하지 않는데, 그 이유는 이 시스템이 감지기 자체를 제외하고는 주위 환경에 둔감하기 때문이다. 이 둔감성은 시스템 내의 광학 신호들이 감지기들에 의해 정해진 통로를 제외한 공통 통로를 따라 전송된다는 사실에 기인한다. 그러므로, 공통 통로 내의 광선 신호들에 영향을 미치는 주위 환경은 이 통로들 내의 광선 신호들 사이의 위상차를 변화시키지 않게 된다. 위상차의 변화는 감지기 자체 내에서만 발생하는데, 그 이유는 광선이 상이한 통로들 내에서 주행하기 때문이다.

제 7 도에 관련하여 기술한 형태는 직렬 형태의 한 도시적인 실시예를 구성한다. 이 형태는 유사한 형태로 기존 감지기들과 직렬로 선(402) 상에 다른 감지기들을 추가시키고, 결합기(414)와 같은 부수적인 결합기를 선(402) 또는 참조 번호(416)과 같은 선 상에 제공하여 수신기(418 및 420)의 방식으로 구성되는 부수적인 결합기용의 입력을 제공함으로써 필요한 만큼 확장될 수 있다.

상술한 설명을 근거로 하면, 제 7 도에 도시한 것과 같은 직렬 형태는 도선에 둔감한 분배 감지기 시스템을 정하므로, 최소량의 주위 환경 차폐만을 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 직렬 형태는 시스템 내의 각각의 감지기를 연속적으로 모니터하는 전 광섬유 감지기 시스템을 나타낸다.

제 7 도의 시스템에 관련하여, 각각의 감지기는 광선이 빠져나갈 수 있는 자유단부를 갖고 있다. 이것은 손실을 야기시키지만, 심각한 문제가 아닌데, 그이유는 다수의 감지기들의 경우일지라도 전력 손실이 방향성 결합기의 결합 상수를 적절히 선택함으로써 비교적 알맞게 유지될 수 있기 때문이다. 이 결합 상수들을 선택하는 방법은 다음에 상세하게 기술하겠다.

원칙적으로, 각각의 감지기의 양포오트로부터의 광섬유들이 다음 감지기를 형성하기 위해 연속되는 제 8 도에 도시한 것과 같은 시스템을 제공함으로써 제 7 도 내의 감지기의 노출 단부로부터의 전력 손실을 제거할 수 있다. 그러므로, 제 7 도의 실시예는 광섬유(422)로서 표시된 연속 광섬유의 일부분으로서 이 암들을 구성함으로써 결합기(408a 및 407b)를 감지기(404)의 암(412) 사이에 전송을 제공하는 단일 결합기(440)으로 대체시킴으로써 변형된다. 부수적으로, 광학 결합기(444)는 광선의 일부분을 광섬유(422)로부터, 수신기(420)의 암(432)의 연장부를 포함하는 광섬유(446) 내로 광학적으로 결합시키기 위해, 광섬유(442) 상에 배치된다.

이러한 시스템은 손실을 제거하게 되지만, 이러한 시스템 내에서, 광선이 2개의 광섬유들 사이에 결합할 때 발생하는 π/2 위상 편이가 중요하게된다. 감지 간섭계의 한 입력 포오트로부터의 광선은 짧은 암으로 들어가즌 광선에 관련하여 π/2만큼 지연되어 긴 암으로 들어간다. 제2입력 포오트로부터의 광선은 π/2래디안의 상대 지연을 갖고 있는 짧은 암으로 들어간다. 이 상대 지연 차이는 각각의 2개의 입력 포오트로 들어가는 광선에 관련된 신호를 사이에서 상쇄되므로, 모든 결합기들이 결합된 광섬유들 사이에 광학 신호의 50%를 전송하는 결합 계수로 셋트되면, 제1감지기만이 소정의 신호를 발생시키게 된다.

결합 계수들이 더욱 적당한 값들로 조정되면, 이 종류의 시스템은 불연속 시스템에 의해 발생된 신호보다 약간 강한 신호를 발생시킬 수 있지만, 이러한 신호는 감지 간섭계가 바람직한 감지 지점들 사이의 전체 광섬유 길이를 포함하게 하는 데 비용을 들여 얻어진다. 또한, 이것은 차폐물이 간섭계를 포함하지 않는 병렬 광섬유에 추가되어야 하는데, 그렇지 않으면 수신기에 도달하는 광학 신호들은 감지기에 영향을 미친 주위 환경 조건들 뿐만 아니라 감지기와 수신기 사이로 연장되는 병렬 광섬유에 영향을 미친 주위 환경 조건들을 나타내게 된다 또한, 특정한 흥미의 관점에서 더욱 국부화된 감지기들 사이의 링크(link)로서 수신기들에 대응하지 않고 보조 간섭계를 임의적으로 사용할 수 있지만, 이러한 링크들을 추가시키면 각각의 감지기에 관련된 신호-대-잡음비를 저하시키는 경향이 있다.

그럼에도 불구하고, 제 8 도의 실시예는 특히 수신기(418 및 420)이 제 7 도의 실시예에서와 같이 병렬로 구성되는 선택된 응용을 위해 바람직한 배열을 제공한다. 이러한 병렬 수신기들에 의하여, 각각의 감지기들을 연속적으로 동시에 모니터할 수 있다.

다수의 응용을 실행함에 있어서 외관상 정당한 대안을 제공하는 것 뿐만 아니라, 제 8 도의 실시예에 비해 필요한 주위 환경 차폐량을 최소화하는 것 이외에도, 제 7 도에 도시한 시스템의 형태는 자유 광섬유 단부가 시스템에 걸쳐 소정의 감지기 또는 수신기에 존재하는 신호를 억세스함으로써 정렬 필요성을 간략화한다는 실제적인 장점을 갖고 있다.

상술한 병렬 및 직렬 형태는 본 발명의 다수의 양호한 실시예를 나타내지만, 본 명세서에 기술한 같은 본 발명의 특징을 나타내는 간섭성 멀티플렉스 감지기 회로망에 대한 다수의 가능한 형태들이 있다. 예를들어, 제 9 도는 직렬 시스템과 유사한 도선 둔감성을 나타내는 가능한 하이브리드 병렬-직렬 간섭성 멀티플렉스 시스템을 도시한 것이다.

상세하게 말하자면, 제 9 도의 실시예는 결합 형태로 입력 버스(102)의 길이를 따라 배치된 광학 결합기(108a, 108b, … , 108n)을 갖고 있는, 광섬유 입력 버스(102)에 광학적으로 접속되는 레이저 다이오드(100)으로 구성된다. 입력 버스(102)로부터 감지기(500a, 500b, …, 500n)으로 구성되는 다수의 마흐-젠터 간섭계들 중의 한 마흐-젠더 간섭계의 입력에 결합된 신호를 전송하는 다수의 광섬유 입력선 세그먼트(501a,501b,…,501n)들 중의 한 세그먼트의 단부는, 입력 버스(102)와 광학 결합 관게로 되도록 각각의 결합기(108a, 108b, …, 108n)에 의해 고착된다.

상세하게 말하자면, 감지기(500)은 광학 결합기(504와 506) 사이에서 연장되는 제1감지기 암(502a, 502b, …, 502n)을 정하도록 광섬유(501) 상에 각각 배치되는 입력 광학 결합기(504a, 504b, …, 504n) 및 출력 광학 결합기(506a, 506b, …, 506n)을 각각 포함한다. 다른 광섬유는 암(502)에 광학적으로 결합되도록 광섬유의 단부들 중 어느 한 단부의 근처에서 광학 결합기(504 및 506)에 접속되어, 제2감지기 암(508a, 508b, …, 508n)을 정한다. 감지기(500)은 각각의 암(502)의 연장부인 광섬유 세그먼트(503a, 503b, …, 503n)에 각각 접속된다. 광섬유 세그먼트(503)은 복귀 버스(114)를 광섬유 세그먼트(503)에 광학적으로 결합시키기 위해 광섬유 복귀 버스(114)에 고착되는 대응하는 결합기(112a, 112b, …, 112n)에 의해 각각 고착된다.

암(502)와 암(508) 사이의 광학 통로 길이 차이는 소정의 감지기 용의 레이저 다이오드(100)의 소오스 간섭 길이보다 커야한다. 각각의 감지기 내의 암(502와 508) 사이의 광학 통로 길이 차이는 소정의 다른 감지기의 광학 통로 길이 차이와 상이한 최소한 1개의 소오스 간섭 길이로 되어야 한다. 또한, 감지기(500)은 결합기(108b)-결합기(108b)-결합기(500b)의 암(502b)- 결합기(112b)-결합기(112a)의 통로의 길이가 결합기(108a)로부터 감지기(500a)의 암(508a)를 통해 결합기(112a)까지의 통로보다, 레이저(100)의 간섭 길이보다 길고 최소한 레이저(100)의 간섭 길이만큼 모든 감지기(500)의 통로 길이 차이(508 및 502)와 상이한 크기 만큼 더 길어야 한다. 이와 유사한 필요 조건은 다른 감지기들 사이의 간격에도 응용된다. 이 배열은 버스(114) 상의 상이한 감지기들로부터의 신호들의 간섭을 제거해야 된다.

복귀 버스(114)는 제 7 도 내에서 선(402)를 수신기(418 및 420)에 접속시키는 것과 동일한 방식으로 다수의 광학 결합기(509a, 509b, …, 509n)을 통해 다수의 수신기(510a, 510b, …, 510n)에 상호 접속된다. 제9도의 수신기들은 입력 광학 결합기(512a, 512b,…,512n), 출력 광학 결합기(514a,514b,…,514n), 감지기 암(516a,516b,…,516n) 및 감지기 암(518a,518b,…,518n)을 포함한다.

제 7 도의 형태와 같이, 제 9 도의 수신기들은 감지기 암(516a 및 518a)가 제7도의 실시예의 통로 길이 차이 (L₁및 1₁)에 관련하여 기술한 바와 같이 암 (502a 및 508a)의 광학 통로 길이 차이(1₁)에 거의 정합되는 광학 통로 길이 차이(L₁)을 갖도록 각각 구성된다. 또한, 암(516b 및 518b)의 광학 통로 길이 차이(L₂)는 제 7 도의 수신기(420과 418)이 광학 통로 길이 차이(L₂와 1₁) 사이의관계와 동일한 방식으로 암(516a 및 518a)의 광학 통로 길이 차이(L₁)에 관련된다.

동작시에, 제 9 도의 레이저 다이오드(100)은 결합기(108)을 통해 감지기(500)에 전송되는 광섬유 입력 버스(102)상에 광학 신호를 제공한다. 감지기(500)은 암(502)에 관련하여 암(508) 상의 주위 환경 영향을 나타내는 광학 신호를 각각 제공한다. 이 광학 신호는 결합기(112)를 통해 복귀버스(114)로 전송되므로, 이 신호들은 각각의 수신기(510)에 결합된다. 제 7 도의 실시예에 관련하여 기술한 바와 같이, 각각의 수신기는 기준 신호와 선택된 감지기(500)의 암(502 및 508)을 통과할 때 n주위 환경 조건에 의해 영향을 받은 광학신호 사이의 위상차에 대응하는 출력 신호를 제공한다. 이 출력 정보는 감지된 주위 환경 정보를 처리 및 분석하기 위해 종래의 모니터링 및 평가 장치에 자체 상호 접속될 수 있는 관련된 검출릭(520a,520b,…,520n)에 전송된다.

제 9 도의 감지기(500)용으로 사용된 간섭계 형태로 인해, 감직(500)이 아닌 시스템의 부분 상의 주위 환경 영향을 신호의 출력에 영향을 미치지 않는다.

[설계시 고려할 점]

1. 잡음 영향

간섭성 멀리플렉스 시스템의 성능은 몇 가지 형태의 잡음에 의해 일반적으로 제한된다. 소정의 광학 감지 시스템 내에 존재하는 산탄 잡음 및 전자 증폭 잡음 이외에, 본 명세서에 기술한 시스템들은 간섭되지 않는 통로에 관련된 광선 성분들 사이의 간섭으로부터 발생되는 잡음에 영향을 받을 수 있다. 이것이 생길수 있는 2가지 방법이 있다. 첫째, 2개의 통로들 사이이 광학 지연 차이가 충분히 크지 않으면, 2개의 통로들로부터의 광선은 전적으로 비간섭성으로 되지 않고 검출된 전력 내의 "누화(cross-talk)"항으로 된다. 다시 말하면, 검출된 전력은 정상적으로 비-간섭되는 통로의 상대 위상 지연에 따라 약간 변한다.

둘째, 2개의 통로에 관련된 광선이 상호 비간섭성이더라도, 순간 간섭 효과가 존재할 수 있다. 이러한 간섭 효과는 평균시 소명하지만, 비-제로(non-zero) 대역폭을 갖고 있는 검출 시스템을 최종 세기 변동을 완전히 평균화시키지 못하게 된다. 이"비간섭성 잡음"의 정확한 특성은 광원의 특성에 따라 변한다. 예를들어, 소오스로서 단일 모우트 레이저 다이오드를 사용하는 시스템 내에서, 비간섭성 잡음으로 레이저 출력에 존재하는 위상 잡음에 관련된다. 더욱 일반적인 소오스의 경우에는, 모우드 분할 잡음 또는 소오스 세기 잡음도 제공될 수 있다.

어느 정도의 누화 및 비간섭성 잡음은 통로를 간섭하지 못하게 하기 위해 편광 제어기를 사용함으로써 시스템으로부터 제거될 수 있지만, 이 방법은 서로 간섭하지 않는 2개 이상의 통로들을 갖고 시스템 내에서 부분적으로만 효과가 있게 된다. 누화를 제어하기 위해 본 발명의 시스템 내에 사용될 수 있는 한 특정한 형태의 편광 제어기는 다음에 기술되어 있다.

2.감지기 광학 통로 길이 결정

간섭성 멀티플렉스 감지기 회로망에 대해 한가지 중요하게 고려할 점은 간섭하기를 바라는 통로들만이 길이가 근사하게 정합되게 해야 한다는 것이다. 이것은 각각의 연속 감지기 통로 길이가 크기 Lo(여기서, Lo》Lo는 시스템 요구에 부합되도록 누화를 감소시키기 위해 충분히 크게 선택된다.) 만큼 이전의 통로 길이 보다 길게 되어야 하는 병렬 장치 내에서 달성하기가 비교적 간단하다.

이 상황은 직렬 형태 내에서 어느 정도 더욱 복잡하다. 예를들어 m₁Lo,m₂Lo,m₃Lo,…,m_k정수가 감지 마흐-젠더 간섭계의 차동 통로 지연이라고 하겠다. 이 지연은 소정의 특정한 순서로 번호를 매길 필요가 없다. 이 때, m_k+1은m_k+1

C_k및 2m_k+1

A_k를 만족시켜야 하는데, 여기서,

A_k={n : n=Σ_j ^k=₁ε_jmj, ε_j∈{0, ±1}} (2)

B_k={0, ± m₁,…, ± m_k}

C_k={n : n=n₁+n₂, n₁∈A_k, n₁∈ B_k}

허용 가능한 지연의 수열을 구성하는 한 가지 방법은 특정한 m₁으로 시작하여 사이 제한을 만족시키는 다음의 최소 수가 되도록 각각의 후속 직렬 원소를 선택하는 것이다. m₁=1인 경우,최종 수열 1,3,8,21,55,…는 순환 관계 m_k+1=1+m_k+Σ_j ^k=₁ε_jmj=m_j를 따른다. Z변환을 사용함으로써, 이 식이 명백한 해법을 갖는다는 것을 알 수 있다.

(3)

이 수열은 무한 계속되므로, 소정의 감지기 수 N을 갖고 있는 시스템의 경우에, 지연을 지정하기 위해 수열의 부분 집합을 언제나 선택할 수 있다. 일반적으로 구성이 N에 따라 변하는 지연의 집합을 사용할 수도 있다. 특히, 다음 식에 따라 m_k를 선택할 수 있다.

m_k=m₁+2^k-1-1 (4)

N

4이면,

m₁≥3ㆍ2^n-1-4ㆍ2^n-1-4ㆍ

+3, N짝수 (5)

m₁≥3ㆍ2^n-1-4ㆍ

+ 3, N 짝수

또는, 선택적으로

m_k= m_N+2^N-K+1 (6)

여기서, N

1이고,

m_N≥3ㆍ2^N-1-2ㆍ

+ 1, N 짝수 (7)

m_N≥3ㆍ2^{N -1}-3ㆍ

+ 1, N 짝수

이다. 예를들어, 4N=5이면, 이 형태들의 최소 집합은 [27,28,30,34,42] 및 [22,28,30,36,37]로 각각 주어진다. 앞에서 주어진 지연의 이 3개의 분류들 중 마지막 분류는 N이 증가함에 따른 최대 지연의 가장 느린 성장을 나타낸다. 지연들의 더욱 간단한 집합이 가능한지의 여부는 공지되어 있지 않다.

상술한 관계식을 근거로 하면, 선택되는 특정한 차동 통로 길이는 시스템에 대한 예상된 응용에 기초를 두게 된다.

상술한 바와 같이, 최소한 장거리 응용의 경우에, 직렬 형태는 도선에 둔감하기 때문에 특정한 관심의 대상으로 되므로, 감지기들은 도선 또는 감지시스템의 다른 부분의 주위 환경 차폐를 필요로 하지 않고 원격위치에서 간격으로 두고 배치될 수 있다.

3. 결합 계수 선택

간섭성 멀티플렉스 분배 감지기 시스템의 설계에 관련된 다른 사상은 시스템 내에 사용된 다수의 방향성 결합기용의 결합 계수를 양호하게 선택하는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이,"결합 계수"란 용어는 결합 전력-대-전체 출력 전력의 전력비로서 정의된다. 예를들어, 제 2 도를 참조하면, 광선이 포오트 A에 인가되는 경우에, 결합 계수는 포오트 D에서의 전력-대-포오트 B와 D에서의 출력의 합계의 비와 동일하게 된다.

결합 계수는 동일한 주위 환경 변조 진폭을 발생시키는 모든 감지기들이 상당한 세기의 신호들을 중아 처리 위치로 복귀시켜야 한다는 직각적인 요구에 부부적으로 기초를 둘 수 있다. 직렬 형태의 경우에, 이것은 모든 감지 마흐-젠더 간섭계들이 동일한 결합기들로 형성되어 한다는 것을 의미하므로, 모든 간섭계들은 상당히 주위 환경 감도를 갖는다. 감지기들이 일련으로 나타나는 순서는 수신기에 도달하는 영역의 특성에 전혀 영향을 미치지 않으므로, 동일한 결합기들로 구성된 감지기들은 동일한 세기의 신호들을 발생시키게 된다. 각각의 감지 간섭계의 1개의 단부들에서의 결합기들도 동일해야 한다.

병렬 시스템의 경우에, 해법은 간단하지가 않다. 제 1 도에 도시한 것과 같은 병렬 시스템 내에 N개의 감지기들이 있다고 가정하겠다. 감지기가 광원(100) 및 수신기(120)에 가장 밀접하게 된 경우에 j=1로 시작하여 지수j가 1부터 N인 감지기의 수를 계산한다. 전체 전력의 분수 부분 k_j가 결합기 내의 2개의 광섬유들 사이로 전송되고, 전력량 1-k₁가 결합되지 않고 결합기를 직접 통과하도록 감지기 j에 관련된 결합기(108 및 112)에 대한 전력 결합 계수가 k_j라고 한다. 소정의 광섬유 감지기의 단부들에서의 결합기들은 동일해야 한다.

간략화하기 위해, 상황이 역전될 수 있지만, 입력 버스(102)로부터 감지 광섬유(110)으로, 다시 복구 버스(114)까지를 가기 위해 광선이 결합기(108)내의 광섬유 양단에 결합해야 한다고 가정하겠다. 감지기 j로부터 복귀되는 광선은 입력 버스(102)와 복귀 버스(114) 상에서 결합기 1 내지 j로부터 손실된다. 결합기 1 내지 j-1은 입력 결합기와 복귀 결합기(108 및 112)의 경우에 전송량 1-k_q를 갖게 되고 감지기 j에서의 2개의 결합기는 전송량 k_j를 갖게 된다. 그러므로, 감지기 j로부터 수신기(120)으로 복귀되는 전력은 다음과 같이 주어진다.

P_j, 복귀=

(8)

여기서, P_in은 감지기 어레이로 보내지는 전력이다.

P_j+1, 복귀=P_j, 복귀로 셋트시키면, 결합 계수들은 k_j+1=k_j/(1-k_j)또는 다음 식에 관련된다.

k_j=

(9)

최종 감지는 전력이 나중의 간지기들 용으로 전혀 필요하지 않기 때문에 소정의 결합기를 필요로 하지 않으므로, k_n=1로 셋트시킬 수 있다. 방금 유도된 순환 관계와 함께, 이것은 감지기 j의 결합기에 대한 결합계수가 다음과 같이 된다는 것을 의미한다.

k_j=

(10)

이것은 전체 전송량 P_j, 복귀/Pin이 예상한 바와 같이 각각의 감지기마다 동일하고,1/N²와 동일하다는 것을 의미한다.

입력 전력이 N개의 감지기들에 분할하기 때문에 1/N의 계수들 중 1개의 계수가 발생한다. 1/N의 계수들 중 1개의 계수가 발생한다. 1/N의 다른 계수는 2개의 광섬유[감지 광섬유(110) 및 복귀 버스(114)]로부터의 신호들이 1개의 단일 모우드 신호(즉, 복귀 버스 상의 신호)를 형성하도록 수동 선형 결합기(112)에 의해 결합될 때 발생하는 불가피한 손실의 결과이다. 동일한 감지기 감도의 요구에 의해 결정되지 않는 결합 상수는 각각의 감지기의 선호-대-잡음 성능을 최대화하도록 선택될 수 있다.

4.시스템의 기계적 이론

간섭성 멀티플렉스 시스템의 구조를 상술함에 있어서, 한가지 이러한 형태 내에서 발생되는 신호에 대해 먼고찰해보겠다. 제 10 도는 1개의 감지기(404) 및 1개의 수신기(418)만이 있다는 것을 제외하고는 제 7 도에 도시한 것과 유사한 직렬 시스템의 간략화된 변형도이다. 이것은 정확하게 멀티플렉스 시스템이 아니지만, 이것은 본 발명의 간섭성 멀티플렉스 시스템의 몇 가지 특성을 도시하기 위해 제공된 것이다.

레이저 다이오드(100)으로부터의 광섬유(402)의 입력에 존재하는 광학 영역이

로 주어진다고 하겠다. 여기서, P₀은 광학 전력이고, u(t)e^iΩt는 평균 제곱값〈│u(t)│²〉이 1이 되도록 정규화된 영역을 나타내는 확률 해석 신호이다. 모든 결합기(407,408,422 및 424)가 50%결합 계수로 셋트되고 시스템을 통하는 모든 광학 통로들이 광학 신호의 동일한 최종 편광을 발생시키는 무손실 시스템을 가정하면, 검출기(434)에 입사되는 광학 전력P(t)는 다음과 같이 주어진다.

P(t)=

여기서, T₀는 시스템을 통하는 최소 지연이고, T는 각각의 감지기(404) 및 수신기(418) 내의 차동 지연이며,

_s및

_r은 감지기(404) 및 수신기 (418) 내의 차동 위상 지연이다.

이 표현식의 예상 값을 취하고 정규화된 자체-간섭 함수 Τu(τ)=〈u(t+τ)u(t)〉를 사용하면, 예상된 검출 전력은 다음과 같이 될 수 있다.

〈P(t)〉=

(12)

자체-간접 함수 Τu(1)는 적절히 정규화되어 원점으로 편이된 단일-축 광학전력 스펙트럼 밀도의 퓨리에 변환이라는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 소오스(100)에 의해 발생된 광선이 1/2최대치에서의 진폭(FWHM)이 (πτ_c)^-1로 주어진 로렌츠형 곡선 형태를 가지며, 자체-간섭 함수는 Τu(τ)=e^{-│γ│/γc}로 된다. 이것은 감지기 및 수신기 부정항 T가 간섭 길이 1_c보다 상당히 크게 되도록 선택되면 Τu(T) 및 Τu(2T)가 무시할 수 있을 정도로 작게 되어 다음과 같이 된다는 것을 의미한다.

〈P(t)〉=

(13)

그러므로, 수신된 전력은 신호 위상

_s+

_r에 따라 변하는 변조와 함께 입력 전력의 1/4과 동일한 평균 레볘로 주어진다. 변조 깊이는 소오스로부터 검출기까지의 4개의 통로들 중 2개의 통로만이 간섭하기 때문에 단지 50%로 된다. 다른2개의 통로들을 평균 수신 전력에 부가된다. 상세하게 말하자면, 암(410 및 426)에 의해 정해진 통로를 주행하는 광학 신호는 암(409 및 428)을 포함하는 통로를 주행하는 신호를 간섭한다. 반대로, 암(409 및 426)을 포함하는 통로 뿐만 아니라 암(410 및 428)을 포함하는 통로 주행하는 신호들을 간섭하지 않는다.

검출 신호를 얻기 위해 〈P(t)〉의 예상 값을 취할 때, 실제로 존재하게 되는 비간섭성 잡음 P(t)-〈P(t)〉가 평균화된다. 레이저의 출력에서의 광선이 무시할 수 있는 세기의 잡음과 함께 워너-레비(Wiener-Levy)확률 처리로서 성형될 수 있는 임의 위상을 갖는다고 가정하면, 비간섭성 잡음의 2-측(two-sided) 전력 스펙트럼 밀도가 다음과 같이 주어진다는 것을 알 수 있다.

G_N(f)=

(14)

여기서, 신호 위상

_s-

_r은 평균화되어야 하는데, 그 이유는 이것이 확률적 양으로서 취급되기 때문이다. 그러므로, 비간섭성 잡음의 스펙트럼은 폭이 소오스 선폭의 2배와 동일하고 높이가 신호 위상에 따라 변화는 로렌츠 엔벨로프에 의해 특성화된다. 엔벨로프 내에는 제로 주파수에서 피이크이고 주기 1/T을 갖는 코싸인 파 변조가 있다.비교하기 위해, 전력 P₀/4가 단일의 강하게 부정합된 마흐-젠더 간섭계 내로 주입되었으면, 비간섭성 잡음 전력 스펙트럼 밀도는 다음과 같이 된다.

GN(f)=

(15)

이 정규화는 편리한데, 그 이유는 통로들 중 단지 2쌍의 통로들만이 비간섭적으로 간섭할 수 있도록 단일 감지기 직렬 시스템 내의 편광이 조정될 때 발생하는 비간섭성 전력 잡음 전력 스펙트럼 밀도를 제공하는 것으로서 이 표현식이 해석되게 하기 때문이다. G_N(t)에 대한 2개의 표현식을 비교하면, 이중 마흐-젠더 경우의 스펙트럼의 변조 신호 독립 부분이 신호-통과 통로와 그외의 다른 2개의 통로 사이의 간섭으로부터 발생되고, 스펙트럼의 비변조 부분이 신호에 기여하지 않는 2개의 통로들 사이의 간섭으로부터 발생된다는 것을 나타낸다.

5. 비간섭성 잡음으로 인한 시스템 감도 제한

비간섭성 잡음이 비교적 적은 수지 감지기를 갖고 있는 간섭성 멀티플렉싱시스템 내의 지배형 잡음이기 때문에, 비간섭성 잡음 스펙트럼을 알면 감지기/수신기 쌍의 위상 감도를 예상할 수 있다. 그러나, 이것이 행해지기 전에, 작은 신호 위상 감도와 잡음 레벨이 저주파수 주위 환경 잡음으로 인해 일정하게 시스템의 위상에 따라 변하기 때문에 이 시스템을 더욱 상술해야 한다.

이 신호 페이팅은 모든 마흐-젠더형 감지기의 중요한 문제점이고, 간섭성 멀티플렉스 감지기들은 다른 위상 감지기들 만큼 이것에 민감하다. 이 문제점의 한가지 해결 방법은 제1도의 실시예에 관련하여 이미 기술한 방식으로 주파수 편이기를 수신기의 1개의 암내로 삽입시킴으로써 신호를 헤테로다인시키는 것이다. 이 경우에, 위상

_s-

_r는 다음과 같은 형태를 취한다.

_{e h}

_{a a}

여기서,

_e는 느리게 변하는 주위 환경 위상 바이어스이고, f_h는 헤테로다인 주파수이며, △

_asin2πf_at는 감지기에 의해 검출된 가청 신호이다. △

_a가 작으면, 헤테로 다인형 신호는 다음과 같이 주어진 전력 스펙트럼을 갖게 된다.

G〈P〉

(17)

여기서, δ(0)는 디락 델타 함수(Dirac delta function)이다. 이것을 잡음 전력 스펙트럼 밀도 G_N(f)와 비교하고 〈cos(

_s

_r〉_{a h}"

(△

_a)_S/N=1

(18)

여기서, (△

_a)_S/N=1은 신호와 잡음 레벨이 동일한 경우의 △

_a의 크기이고, B는 검출 전자 회로의 대역폭이다.

신호 페이딩을 방지하기 위한 슈우도-헤테로다인 기술

종래의 헤테로다이닝은 신호 페이딩을 방지하고 저주파수 주위 환경 효과들로부터의 바람직한 주파수 범위 내의 신호들 사이를 구별하기 위한 한가지 방법을 제공하지만, 이 해결 방법은 때때로 벌크 광학 장치로 구성되는 주파수 편이기를 사용해야 한다는 단점을 갖고 있다. 이러한 장치는 부피가 커질 수 있고, 시스템 손실을 증가시키며, 효율을 저하시키고, 가격을 상승시킬 수 있다. 이것은 제 1 도에 도시한 것과 같은 병렬 시스템의 경우에는 큰 문제점이 아닌데, 그 이유는 탭식 지연선(106)의 개시부에 배치된 단일 주파수 편이기만이 모든 신호들을 헤테로 다인시킬 필요가 있게 되기 때문이다. 그러나, 제 7 도의 직렬 시스템 내의 모든 신호들을 헤테로다인시키기 위해, 주파수 편이기가 각각의 수신기의 한 암 내에 필요하게 된다. 이것은 시스템 크기를 증가시키고 비효율적으로 되는 문제점 외에 가격을 매우 상승시키게 된다.

신호 페이딩을 방지하기 위한 더 용이하고 가격이 저렴한 방법은 감지기 시스템의 광학 통로 내에 벌크광학 장치를 필요로 하지 않는 슈유도-헤테로다인(pesudo-heterodyne) 기술이다. 이 기술은 광학지(1984), 제9권, 378페이지에 김 병윤과 에이취. 제이. 샤유가 쓴" 위상-해독 전-광섬유 자이로스코우프"란 논문 내에 광섬유 자이로스코우프에 이것을 응용하는 것에 관련하여 기술되어 있다. 또한, 이 기술은 1984년 4월 25일자 출원되고 본 발명의 양수인에게 양도된 "위상-해독 광섬유 회전 감지기"란 명칭의 미합중국 특허 출원 제603,630호 내에 광섬유 자이로스코우프에 이것을 응용하는 것에 관련하여 기술되어 있다. 상기 참고 논문과 특허 출원은 모두 본 명세서에서 참고 문헌으로 사용되었다.

이 기술을 본 발명의 분배 감지기에 응용하는 것은 제 11 도를 참조하여 기술될 수 있다. 제 11 도의 감지 시스템은 설명하기 위해 제공된 제 10 도의 시스템에 대응하는 간략화된 직렬 시스템으로 구성된다. 부수적인 감지기 및 수신기들은 제 7 도, 제 8 도 및 제 9 도에 도시한 것들과 같은 형태를 정하도록 시스템 내에 결합될 수 있다. 제 10 도의 시스템과 유사하기 때문에, 제 11 도 내의 시스템의 대응 소자들은 특정 소자들이 상이한 것을 제외하고는 제 10 도의 참조 번호에 따라 참조 번호가 붙여진다.

특히, 제 11 도의 시스템은 감지기(404)의 암(410) 내의 편광 제어기(551)을 포함한다. 제어기(551)은 이 제어기를 통과하는 광학 신호의 적합한 편광 관계를 유지시키도록 작용한다. 본 발명에 사용하기 위한 편광 제어기의 양호한 실시예는 다음에 기술하겠다.

암(410)은 결합기(407)을 통해, 결합기(422)를 통해 수신기 간섭계의 암(554)에 상호 접속되는 광섬유(552)에 접속된다. 수신기(418)의 암(428) 내에는 이 암(428) 내에서 주행되는 광선의 편광을 유지시키기 위해 다른 편광 제어기(557)이 배치된다. 부수적으로, 위상 변조기(558)은 수신기(418)의 암(428)과 광학 전송 상태로 배치된다. 위상 변조기(558) 변조 주파수 f_m에서의 정현파 신호를 발생시키는 신호 발생기(550)에 접속함으로써 제어된다. 또한, 신호 발생기(550)은 주기적인 기선 상에 구형파 신호를 발생시킬 때이 게이트를 제어하기 위해 게이트 신호(556)에 접속된다. 게이트(556)은 검출기(434)로부터의 광학 신호들을 수신하여 증폭시키고 다음에 기술하는 바와 같이 게이트(556) 내에서 더욱 처리하기 위해 검출기(434)에 자체 접속되는 AC증폭기(553)에 접속된다. 게이트(556)의 출력은 특정한 주파수에서의 감지기(404) 내의 위상 편의를 모니터하기 위해 변조 주파수의 고조파 주위의 측대역을 확인하는데 사용하기 위해 스펙트럼 분석기(560)에 전자적으로 접속된다.

제 11 도의 시스템에서, 광학 신호들은 다음에 다르게 기술한 것을 제외하고는 제 7 도 및 제 10 도에 관련하여 이미 기술한 방식으로 전달 및 간섭된다. 상세하게 말하자면, 암(428) 내의 광선은 발생기(550)의 동작 주파수에 대응하는 변조 주파수에서 구동되는 위상 변조기(558)에 의해 위상 변조된다. 결과적으로, 검출기(434)에 의해 수신되는 결합기(424)로부터의 출력 신호의 세기가 변조되고, 검출기(434)로부터의 최종 전기출력 신호는 다음 식으로 나타낸 바와 같이 위상 변조 주파수 f_m및 이것의 고조파에서의 성분들을 포함한다.

여기서, C는 상수이고, J_n은 n차 베셀 함수이며, △

_m은 위상 변조기(558)로 인한 암(428과 554) 내의 광파들 사이의 위상 변조의 크기이고, ω_m=2πf_m이며, △

_a는 외부 가청 신호에 의해 발생된 암(428과 554)내의 광파들 사이의 위상차의 크기이고, ω_at=2πf_m이며, △

_a는 느린 주위 환경 변화에 의해 발생된 암(428과 554) 내의 광파들 사이의 위상차의 크기이다.

식(15)는 검출기(434)로부터의 출력이 cos(△

_asinω_at+△

_e) 및 sin(△

_asinω_at+△

_e)를 포함하는 항을 함유한다는 것을 나타낸다. 그러나, 이 cos 및 sin성분들의 주파수는 상이하다. 이 신호들의 주파수가 동일하고 위상이 구적 내에 있으면, 신호들이(△

_asinω_at+△

_e)에 대응하는 위상을 가진 단일 저주파수 정현파 신호를 얻기 위해 직접 추가될 수 있도록 공지된 삼각 법칙이 응용될 수 있다. 이러한 관계는 진폭 변조를 사용함으로써 제 11 도의 시스템 내에서 달성될 수 있다. 진폭 변조는 간단히 검출기(434)로부터의 전기 출력 신호의 진폭이 변조 신호의 진폭에 따라 변하게 하는 것을 포함한다.

검출기(434)로부터의 출력 신호가 위상 변조 주파수 f_m의 홀수배인(또한, 인접한 고조파들 사이의 차 주파수인)주파수를 갖고 있는 변조 신호에 의해 진폭변조되며, f_m의 조파인 검출기(434)로부터의 출력 신호의 각각의 성분은 고조파 주위의 주파수들로 부분적으로 변환된다. 다시 말하면, 이 방식으로 진폭 변조함으로써, 측대역 주파수들이 위상 변조 주파수의 고조파에서 발생된다. 측대역 주파수들은 대응 주파수에서의 출력 신호의 성분과 결합되고, 스펙트럼 분석기를 사용함으로써 용이하게 확인된다.

진폭 변조의 이 특성들 및 그 외의 다른 특성들은 본 분야에 숙련된 기술자들에게 일반적으로 공지되어 있고, 본 명세서에서 참고 문헌으로 사용된 에프.지.스트렘러(F.G. Stremler)가 쓴 통신 시스템 입문서(1979)에 상세하게 기술되어 있다. 이 관점에서의 특정한 관련 내용은 이 스트렘러 저서의 191-260페이지에 기술되어 있다.

상술한 설명에 근거하면, 주파수 f_m에서의 정현파 진폭 변조는 각각의 조파 주파수 성분 외부 및 가장 가까운 고조파 주파수 내로 에너지를 이송시키게 된다는 것을 알 수 있다. 본 감지기 시스템 내의 간섭을 방지하기 위해, f_m이 f_a(검출 되고 있는 가청 신호의 주파수)보다 상당히 크게 된다는 것이 바람직하다.

동작시에, 수신기(418)의 암(428) 내의 광학 신호는 주파수 발생기(550)에 의해 제어되는 주파수에서 진폭 변조된다. 상술한 바와 같이, 발생기(550)의 주파수 f_m(변조 주파수)가 가청 주파수(f_a)보다 상당히 크게 되도록 선택된다. 암(428)로부터의 신호는 암(554)로부터의 신호와 혼합되는 결합기(424)을 통과하여, 검출기(434)로 통과하는 위상차로 인해 세기 변조 신호를 발생시킨다. 검출기(434)로부터, 위상차로 인한 세기 변조 신호는 신호가 증폭되는 증폭기(553)을 통해 전송된 다음에 종래의 전자 게이트(556)으로 전송된다.

게이트(556)은 주파수 발생기(550)으로부터 선(555)상에 수신된 신호에 응답하여 작용하여, 게이트(556)이 증폭기(553)으로부터 수신된 신호의 구형파 진폭변조를 발생시키게 한다. AC검출기 전류에 관련하여 적합한 위상에서 변조되고 △

_m을 적당하게 선택하면, 이 실시예의 진폭 변조 신호는 식cos[nω_mt-(△

_asinω_at+(△

_e)]로 정해질 수 있다.

변조에 적합한 이상 및 진폭에 관련하여, 결합기(424) 내의 파형들 사이의 삼각 관계로 인해 f_m의 짝수 고조파에서의 진폭 변조는 인접한 고조파 주파수들 사이에 결합을 발생시키지 않게 된다. 오히려, f_m의 짝수 조파에서의 진폭 변조가 짝수 고조파를 짝수 고조파와 결합시키고 홀수 고조파를 홀수 고조파와 결합시키게 된다. 이 상황은 본 분야에 숙련된 기술자들이 일반적으로 알 수 있는 것이고, 이 상황에 대한 기본원리는 본 명세서에서 참고 문헌으로 사용한 스트렘러 저서를 참조하면 더욱 완전하게 이해할 수 있다. 홀수 고조파에서의 진폭 변조가 사용되면, 이 문제점이 제거된다.

게이트(556)으로부터의 출력은 처리되기 위해 선(568)을 통해 스펙트럼 분석기(560)으로 전송된다. 스펙트럼 분석기(560)은 신호의 특정한 성분을 선택 및 분석하기 위해 대역 통과 휠터에 결합된다. 2ω_m에 중심을 둔 이러한 대역 통과 훨터가 게이트의 출력 상에 배치되고, 위상 변조의 크기 △

_m

여기서, k는 특정한 주파수에서 감지기 내에서 발생되는 위상 편이의 확인 및 평가에 영향을 미치지 않는 상수이다.

게이트(556)으로부터의 복조 신호를 스펙트럼 분석기(560)에 입력시킴으로써, 변조 주파수의 제2고조파 주위에서의 배셀 함수 측대역의 높이는 특정한 주파수에서 내의 위상 편이를 제공하도록 본 분야의 기술 내에 공지된 기술을 사용함으로써 측정될 수 있다. 선택적으로, 복잡한 신호의 경우에, FM복조기가 사용될 수 있다. 이 경우에, 측정된 신호를 실제 위상이 아닌 위상의 도함수로 되거나, 선택적으로 실제 위상을 나타내는 측정 신호를 발생시키기 위해 적분기가 사용될 수 있다.

임의적으로, 결합기(424)와 검출기(434)사이, 또는 광섬유(402) 또는 광섬유(552)와 같은 모든 광선 신호들이 주행하는 광학 통로를 구성하는 시스템 내의 소정의 광섬유 상에 배치된 셔터와 같은 최소한 1개의 광학 게이트를 사용함으로써 제 11 도의 시스템을 전기적이 아니라 광학적으로 게이트시킬 수 있다. 게이트가 검출기(434)로부터 떨어져 배치되면, 게이트는 시스템 내에서 주행하는 광선이 떨어져 배치된 게이트와 적합한 위상 내에서 f_m주파수에서 진폭 변조되도록 주파수 f_m에서의 지연 신호에 의해 제어되어야 한다. 그외의 다른 모든 관점에서, 광학 게이팅을 사용하면, 전기 게이팅에 관련하여 기술한 것과 동일한 결과가 제공된다.

제 11 도의 실시예는 성능을 평가하기 위해 구성되고 검사되었다. 이 실시예에서, 레이저 다이오드(100)은 790nm광선을 방출하는 단일 모우드 레이저 다이오드로 구성되었다. 본 시스템 내의 모든 광섬유들은 633nm에서 사용하고 790nm에서 느슨하게 단일 모우드를 유도하기 위해 설계된 ITT-1601 광섬유로 구성되었다. 각각의 간섭계 내의 암 길이의 차이는 약 21m이고, 2개의 간섭계(404와 418)의 차동 길이는 각각의 간섭계의 델타 함수 응답을 각각 조사하기 위해 120psec(FWHM) 펄스를 사용함으로써 8cm내로 정합되었다.

레이저(100)의 간섭 길이는 광섬유 내에서 약 4.5m가 되도록 결정되었다. 방향성 결합기들은 위상 변조기이 경우와 같이 상술한 형태로 되었다. 편광 제어기들은 다음에 기술한 것들에 대응하였다. 1개의 편광 제어기(557)은 간섭 신호를 이송하는 2개의 통로[암(410 및 554)에 의해 정해진 통로와 암(409 및 428)에 의해 정해진 통로]의 편광이 변조 깊이가 최대로 되도록 배열되게 하였다. 다른 편광 제어기(551)은 최단 및 최장 통로[암(409 및 554)를 통하는 통로와 암(410 및 428)을 통하는 통로]가 간섭 신호를 이송하는 통로들에 평행 또는 수직으로 되게 하였다.

광학 결합기의 결합비는 시스템의 임펄스 응답을 사용함으로써 결정되었는데, 최적 응답은 1 : 2 : 1 펄스비로 되므로, 모든 4개의 통로들로부터의 전력은 동일하였다.

광선을 결합기(408) 내의 단부 접속 포오트에서 검출되었다. 편광 제어기(551)의 배향을 회전시킴으로써, 이 포오트에서의 비간섭성 잡음은 소정의 주파수에서 약 20-30dB만큼 감소되었다.

시스템의 출력에서 측정한 비간섭성 잡음은 최소치가 약 10MHz마다 발생하는 코싸인파 스펙트럼을 발생시켰다. 주기성은 간섭계(404 및 418)의 시간 지연에 대응하였는데, 약 105msec이었다. 가청 주파수에서, 잡음의 스펙트럼은 비교적 평평하였고 최대값에 있었다.

간섭 신호들에 기여하지 않는 통로들이 간섭 신호 통로들과 직교하면, 비간섭성 잡음이 최소화되었고, 모든 통로들이 평행하면, 잡음이 최대화되었다.

비간섭성 잡음이 최소화된 경우의 최소 검출 가능한 위상 변조 크기의 기하학적 평균값은 1.2mrad/

이었다. 감지기(404)내의 비간섭성 잡음이 최대화될 때, 최소 측정 가능한 음향학적으로 야기된 위상차 (△

_a)가 4.1mrad/

의 평균값으로 되었다. 최대화 최고 최소화된 최소 검출 가능한 위상 변조의 비율은 3.4이었다.

[편광 제어기(551,557)]

제 11 도의 실시예와 같은 본 발명의 감지기 시스템에 사용하기에 적합한 편광제어의 한 형태는 제 12 도에 도시되어 있다. 이 제어기는 다수의 직립 블록(572a 내지 572d)들이 장착된 기부(570)을 포함한다. 블록(752)들 중 인접 블록들 사이에서, 스풀)(574a 내지 574c)는 샤프트(576a 내지 576c) 상에 접선 방향으로 각각 장착된다. 샤프트(576)은 서로 축방향으로 배열되고, 블록(572)들 사이에 회전 가능하게 장착된다. 스풀(574)는 일반적으로 원통형이고, 샤프트(576)에 접선 방향으로 배치된다.

광섬유(410)의 세그먼트는 샤프트(576) 내의 축방향 보어(bore)를 통해 연장되고, 3개의 코일(578a 내지 578c)를 형성하기 위해 각각의 스풀(574) 둘레에 감겨진다. 코일(578)의 반경은 광섬유(410)이 각각의 코일(578)내에 복굴절성 매체를 형성하기 위해 응력을 받도록 되어 있다. 3개의 코일(578a 내지 578c)는 광섬유(410)의 복굴절성을 조정하여 광섬유(410)을 통과하는 광선의 편광을 제어하기 위해 샤프트(574a 내지 574c)의 축 주위에서 서로 독립적으로 각각 회전될 수 있다.

코일(578)의 직경 및 권선 수는 외부 코일(578a 및 578c)가 1/4파장의 공간 지연을 제공하고 중심 코일(578b)가 1/2파장의 공간 지연을 제공하도록 되어 있다. 1/4파장 코일(578a 및 578c)는 면광의 타원률을 제어하고, 1/2파장 코일(578b)는 편광의 방향을 제어한다. 이것은 광섬유(410)을 통해 전달되는 광선의 편광의 전 조정 범위를 제공한다.

그러나, 편광 제어기는 2개의 1/4파장 코일(578a 및 578c)만을 제공하기 위해 변형될 수 있는데, 그 이유는[중심 코일(578b)에 의해 제공된]편광의 방향이 2개의 1/4파장 코일(578a 및 578c)에 의해 편광의 타원률을 적당히 조정함으로써 간접적으로 제어될 수 있기 때문이다. 따라서, 편광 제어기(551 및 557)은 2개의 1/4파 코일(578a 및 578c)만을 포함하는 것으로서 제 12 도에 도시되어 있다. 이 형태는 제어기(551 및 557)의 전체 크기를 감소시키기 때문에, 공간 제한을 포함하는 본 발명의 소정의 응용에 유리하게 될 수 있다.

그러므로, 편광 제어기(551 및 557)은 감지기(404)의 암(410) 및 수신기(418)의 암(428) 내의 광선의 편광을 설정, 유지 및 제어하기 위한 장치를 제공한다.

[광섬유 가변 지연선]

제 4 도의 참조 번호(254) 및 제 5 도의 참조 번호(318)과 같은 가변 지연선의 광섬유 실시예는 제 13 도 내지 제 20 도를 참조하여 가장 잘 설명될 수 있다. 제 13 도는 각각의 광섬유(584)를 수납하기 위해 각각의 V-홈(도시하지 않음)이 칩(586)이 표면을 따라 종방향으로 연장되는 칩 상에 장착된 다수의 광섬유(584)를 도시한 것이다. 탭들은 각각의 광섬유(584)가 축방향선(585)에서 탭되도록 광섬유와 칩(586)을 동시에 연마함으로써 형성된다.

광학 탭들은 광섬유(584)의 선택된 부분이 중첩될 수 있도록 만곡 형태로 장착시킴으로써 광섬유(584)상에 구성된다. 그러므로, 실리콘 칩(586)은 만곡 상부표면(582)를 갖고 있는 석영 블록(580)상에 장착된다. V-홈 내의 광섬유들을 배치시키고 이들을 홈 내에 고착시킨 후, 광섬유(584)의 상부 표면은 축방향선(585)에서 중첩된다. 이 중첩 동작은 광섬유로부터 피복물의 일부분을 제거하지만, 광섬유(584)의 코어 주위의 모든 피복 물질이 제거되지는 않는다. 광섬유의 코어와 중첩 표면 사이의 간격은 광파들을 결합시키기에 적합한 상호 작용 영역을 정하기 위해, 형성하되는 결합기의 특성에 따라 변한다.

지연선의 상부 절반부는 제 2 도에 관련하여 기술한 표준 광학 결합기 내에 사용되는 형태의 홈(593)을 포함하는 석영 블록(591)로 형성된다. 홈(593)은 기질(591)의 중심에서 피이크인 비교적 큰 곡선 반경을 갖고 있다. 광섬유(595)는 홈(593) 내에 배치되고 에폭시 또는 소정의 다른 만족스러운 접착제를 사용하여 고착된다. 그 다음, 이 광섬유는 광섬유의 코어로부터 수 미크론 떨어져 배치되고 석영 블록(591)의 표면과 동일 평면 상에 있는 피복물용 평면을 발생시키도록 석영 블록(591)의 표면과 함께 곡선의 최고점에서 중첩된다.

굴절률 정합 오일은 실리콘 기질(66)의 연마 평면(82)상에 배치된다. 이 경우에, 굴절률 정합 오일은 결합 영역 외부로 광선이 손실되는 것을 방지하기 위해 광섬유 소자(584) 및 광섬유 코어 자체의 굴절률 보다 약간 낮은 굴절률을 양호하게 갖고 잇다.

최소한 작은 지연 범위용의 연속 가변 지연선을 갖기 위해, 제1기질(586)의 곡선 반경은 제2기질(591)의 곡선 반경보다 상당히 커야 한다. 그러므로, 예로서 단일 광섬유(595)를 갖고 있는 제2기질(591)은 약 25cm의 곡선 반경을 가져야 한다. 중첩 및 연마시에, 광섬유(595)는 약 1mm의 상호 작용 영역 길이를 갖게 된다. 제1기질(586)이 중첩 및 연마되면, 상호 작용 영역은 제2기질에 대한 상호 작용 영역보다 강당히 길게 된다. 그러므로, 제2기질(591)의 광섬유(595)가 제1기질(586)의 상호 영역 내의 광섬유(584) 루우프들 중 소정의 루우프와 배열되면, 이 제2기질 광섬유(595)는 제1기질 상호 작용 영역의 길이를 따라 조정될 수 있다.

길이를 따르는 이 이동은 광선이 주행하는 길이를 변화시키도록 효율적으로 작용하므로 연속 가변 지연을 제공한다.

물론, 기질(591)을 축방향으로 조정함으로써, 광섬유(595)가 광섬유(584) 루우프들 중 소정의 루우프와 결합될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 기질(591)을 이동시킴으로써, 상이한 지연량이 얻어질 수 있으므로 불연속 가변 지연선을 제공하게 된다. 제 13 도는 불연속 가변 지연선 소자 부분으로서 연속 가변 지연선을 도시한 것이지만, 연속 가변 지연선은 단일의 큰 곡선 반경의 V-홈 및 광섬유만을 사용하여 제1기질(586) 상에 구성될 수 있다.

제 14 도는 연속 가변 광섬유 지연선의 측면도를 도시한 것이다. 이 도면에서, 제1기질(586)과 제2기질(591) 사이의 곡선 반경의 차이는 명백하다. 또한, 이 도면으로부터, 제2기질(591)이 제1기질(586)을 따라 종방향으로 이동되지만 제1기질(586)의 코어들 사이의 간격은 광섬유(584)와 계속 결합 상태로 유지될 때, 광섬유(595와 584)의 내의 광섬유(584)의 코어가 약간 만곡되기 때문에 어느 정도 변하게 된다는 것을 알 수 있다. 이 거리 차이는 어느 정도의 결합량 차이를 야기시키게 된다. 대부분의 응용의 경우에, 이 결합량 차이는 중요하지 않게 된다. 그러나, 모든 지연의 경우에 결합량이 동일하게 되는 것이 불가피하면, 결합량은 제1기질(586)에 관련하여 축방향으로 제(591)을 이동시킴으로써 필요시에 변화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이 이동은 2개이 광섬유(595와 584) 사이의 결합량을 변화시키도록 작용한다.

제 15 도는 하부기길(586)과 상부기질(591) 사이에 필요한 상대 운동을 제공하도록 하부 기질(586)에 관련하여 상부 기질(591)을 정확히 조정하기 위한 장치를 도시한 것이다. 축방향 및 각 운동은 프레임(606)은 한 쌍의 벽(602 및 604)에 의해 생긴 하부 골(trough) 내에 석영 블록(580)을 고정시킴으로써 달성된다. 벽(604)의 높이는 지연선의 블록(580)의 연부보다 약간 낮다. 벽(602 및 604)상의 한 쌍의 렛지(ledge, 608)은 기질(591)의 폭의 최소한 1/2을 이 렛지들 상에 활강 시키기에 충분히 넓게 되어 있다. 상부벽(610)은 벽(610)으로부터 떨어져 고정된 상부 기질(591)을 유지하는 2개의 스프링 부재(612)를 지지한다.

한 쌍의 마이크로미터(614 및 616)은 프레임(606)내에 장착된다. 마이크로 미터(614)는 스프링(612)를 향해 가변 지연선의 상부 기질(591)을 누르고, 광섬유(584)들 중 한 광섬유로부터 다른 광섬유까지의 광학 결합량을 변화시키기 위해 조정된다. 마이크로미터(614)는 기질(591)을 회전시키지 않고서 축방향을 조정하기 위해 기질(591)의 축 상에 중심을 두고 배치된다. 마이크로미터(616)은 하부 기질(580)에 관련하여 상부 기질(591)의 각 배향을 조정하기 위해 사용될 수 있도록 상부 기질(591)상에 오프셋(offest)된다.

기질(586)에 관련하여 기질(591)을 종방향 이동시키기 위해, 기질(586)은 핀(628)과 같은 핀에 의해 종방향으로 제위치에 지지된다. 기질(591)은 놉(knob, 630)을 회전시킴으로써 기질(586) 상에서 종방향으로 이동된다. 놉(630)은 필요시에 블록(636)을 가로질러 블록(632 및 634)를 종방향으로 일제히 이동시키기 위해 블록(632 및 634)에 기계적으로 결합된다. 블록(632, 364 및 636)은 이러한 조정 중에 이 소자들의 비열을 유지하기 위해 도브테일 조인트(dovetail joint, 638)을 포함한다. 블록(632 및 634)가 이동되면, 제2기질(591)상의 마이크로미터(614, 616) 및 스프링(612)의 압력은 블록(632 및 634)를 따라 이동되도록 이 기질(591)을 지지하도록 작용한다.

제 16 도 내지 제 18 도는 제1기질(586)의 곡선 반경이 무한하게 큰(즉, 기질(586)의 일부분의 평평한)연속 가변 지연선을 도시한 것이다. 이것은 제조하기가 어느 정도 어렵지만, 평평한 실리콘 V-홈 내에 광섬유(584)를 배치시키면 광섬유(584)의 길이를 따르는 광섬유(595와 584)사이의 결합량이 변화가 제거된다. 그러므로, 제2기질(591)의 평평한 기질(586)을 가로 질러 이동될 때, 광섬유(591과 584)의 코어들 사이의 간격이 일정하게 유지된다.

제 17 도 및 제 18 도는 이 장치에 대한 최대 및 최소 지연을 각각 도시한 것이다. 제1기질(586)에 관련하여 제2기질(591)을 이동시키기 위한 장치는 마이크로미터(642)뿐만 아니라, 제 15 도에 도시한 바와 같이 서로에 관련하여 기질을 이동시키기 위한 장치는 소정의 공지된 방식으로 전동화 및 써어보(servo)될 수 있다.

제 19 도 및 제 20 도는 불연속 가변 지연 소자 및 연속 가변 지연 소자를 결합하여 사용하는, 넓은 범위의 연속 가변 지연을 달성하기 위한 2개의 배열을 도시한 것이다. 제 19 도 내에서, 지연 선 내의 제1소자는 각각의 루우프 지연이 T와 동일한 불연속 가변 지연이라는 것을 알 수 있다. 가변 지연이 O 내지 T인 연속 가변 지연선을 이 불연속 가변 지연과 직렬로 된다. 연속 가변 지연은 다수의 연속 가변 지연 소자가 T와 동일한 전체 연속 지연을 제공할 때까지 서로 직렬로 짧은 지연 기간을 제공하는 다수의 연속 가변 지연 소자를 결합시킴으로써 제공될 수 있다.

제 20 도는 제 13 도의 불연속 가변 지연이 넓은 범위의 기간에 걸쳐 연속 가변 지연을 제공하도록 불연속 가변 지연과 직렬로 사용될 수 있는 방법의 예를 도시한 것이다. 이 결합 장치는 각각의 루우프 지연이 T인 불연속 가변 지연을 갖게 된다. 결합 장치의 연속 지연은 O 내지 T/4로 된다. 결합 지연선과 직렬로 배치되는 불연속 가변 지연선은 T/8의 루우프 지연을 갖게 된다. 이것은 N_xT(여기서, N은 결합 지연 장치내의 루우프의 수이다.)와 동일한 지연 기간에 결쳐 연속 가변 지연선을 제공하도록 작용한다.

Claims (19)

1. 광원, 최소한 한 감지 영역내에서 분리되고 단일 공통 전달 통로를 포함하는 전송영역내에 결합되며, 최소한 한 통로가 상기 감지 영역내의 주위 환경 효과에 의해 영향을 받는 상기 광원용의 제1 및 제2광선통로, 상기 제1 및 제2광선 통로와 각각 길이가 거의 동일하고, 상기 제1 및 제2광선 통로의 전송 영역에 광학적으로 결합되며, 상기 제1 및 제2광선 통로와 동일한 주위 환경 효과의 영향을 받지 않는 제3 및 제4광선 통로, 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4광선 통로로부터의 광선을 결합시키고, 소정 시간에 상기 제1 및 제2광선 통로중의 특정한 한 통로와 길이가 거의 대응하는 광선 통로로부터 만의 광선을 간섭적을 결합시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 감지기 상의 주위 환경 효과를 원격 감지하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2광선 통로의 최소한 일부분을 정하는 제1의 다수의 광학 도파관 세그먼트, 상기 제3 및 제4광선 통로의 최소한 일 부분을 통해 광선을 도달하기 위한 최소한 한 개의 제2광학 도파관 세그먼트, 및 상기 제1의 다수의 광학 도파관 세그먼트들로 부터의 광선이 이를 통해서만 상기 제2광학 도파관 세그먼트와의 광학 접속부로 전달되도록, 상기 제1의 다수의 광학 도파관 세그먼트들중의 한 세그먼트와 상기 제2광학 도파관 세그먼트에 광학적으로 결합된 제3광학 도파관 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2광학 도파관 세그먼트의 최소한 일 부분이 가변 지연선을 포함하고, 상기 제2광학 도파관 세그먼트의 광학 통로 길이가 제1시간에 상기 제3광선 통로를 제공하고 제2시간에 상기 제4광선 통로를 제공하도록 변화되게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 광원에 광학적으로 결합되고, 상기 전송 영역을 포함하는 최소한 제1 및 제2광학 신호 전송 세그먼트와, 주위 환경 효과에 민감한 상기 감지기 영역을 포함하는 최소한 제1 및 제2감지기 세그먼트를 정하는 최소한 제1 및 제2광학 도파관 세그먼트, 상기 제1 및 제2광학 도파관 세그먼트의 상기 전송 세그먼트에 광학적으로 결합되고, 상기 제1 및 제2감지기 세그먼트와 기계적으로 무관하며, 상기 제3 및 제4광선 통로를 정하는 최소한 한 개의 제3광학 도파관 세그먼트, 및 감지기 세그먼트내의 광선 전송 특성을 변화시키는 조건들을 나타내고 상이한 시간에 상기 제1 및 제2감지기 세그먼트에 간섭되는 결합 수단으로부터 간섭적으로 결합된 광선의 위상차에 대응하는 신호를 발생시키기 위해 상기 결합 수단에 광학적으로 접속된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 광원에 광학적으로 결합된 제1광학 도파관, 상기 전송 영역들중의 한 전송 영역을 정하는 제2광학 도파관, 상기 감지 영역을 정하고, 주위 환경 조건에 응답하여 변하는 광선 전송 특성을 갖고 있으며, 상기 감지기와 상기 제1 및 제2도파관이 상기 제1 및 제2광선 통로의 최소한 일 부분을 정하도록 제1 및 제2광학 도파관에 각각 간격을 두어 광학적으로 결합된 제1 및 제2단자를 각각 갖고 있는 제1 및 제2광섬유 감지기, 및 결합 수단내에서 제2광학 도파관에 광학적으로 결합되고, 광섬유 감지기와 무관하며, 내부로 주행하는 광선 신호가 소정의 시간에 상기 결합 수단내의 상기 제1 및 제2광선 통로들 중 한 통로로부터의 광선을 간섭하도록 된 상기 제3 및 제4광선 통로 길이 중 최소한 한 통로 길이를 정하여, 간섭 광선 신호의 위상차를 포함하고 상기 감지기내의 광선 전송 특성의 변화를 발생시키는 조건을 나타내는 광학 출력 신호를 제공하는 한 개 이상에 제3광학 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2광섬유 감지기가 상기 제1 및 제2광선 통로의 통로 길이 차이가 광원의 소오스 간섭 길이보다 더 크도록 서로 간격을 두고 배치되고, 상기 제3광학 도파관이 상기 제3 및 제4광선 통로를 정하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4광선 통로로부터 광선을 결합시키기 위한 수단이 소정 시간에 단 한쌍의 상기 광선 통로로 부터의 광선을 간섭적으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 제3광학 도파관의 최소한 일부분이 가변 지연선을 포함하고, 상기 제3광학 도파관의 광학 통로 길이가 제1시간에 상기 제1광선 통로와 거의 동일한 광학 통로를 정하고 제2시간에 상기 제2광선 통로와 거의 동일한 길이의 광학 통로를 정하도록 변화되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 광원에 광학적으로 결합되고, 최소한 상기 제1 및 제2광선 통로가 상이한 길이로 되도록 상기 제1 및 제2광선 통로를 각각 정하는 다수의 광섬유 감지기를 포함하고, 상기 제1,제2,제3 및 제4광선 통로로 부터의 광선을 결합시키기 위한 수단이 간섭적으로 결합하는 광선 신호가 2개의 상이한 감지기상에 검출된 주위 환경 효과들 사이의 차이를 나타내는 신호를 발생시키도록 상기 광섬유 통로로 부터의 광원 신호를 결합시키는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 광선 통로가 주위 환경 효과에 민감한 감지기 부분을 갖고 있는 광학 통로를 정하기 위해 광학적으로 결합되고, 상기 제1 및 제2방향의 광선이 상이한 시간에 상기 감지기 부분을 통해 전달되도록 상기 광학 통로를 광원으로 부터의 광선을 제1 및 제2방향으로 전송하기 위한 수단을 포함하며, 광선을 결합하기 위한 상기 수단이 간섭적으로 결합하는 상기 결합된 광선이 상기 감지기 부분에 영향을 미치는 주위 환경 조건의 변화비 측정값을 포함하도록 상기 제1방향으로 상기 광학통로를 주행한 광선과 상기 제2방향으로 상기 광학통로를 주행한 광선을 결합하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 광원이 짧은 간섭 길이를 갖고 있는 광학 소오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2광선 통로가 최소한 광원의 한 간섭 길이만큼 길이가 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 및 제 4 광선 통로가 상이한 시간에만 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,광선을 결합시키기 위한 수단이 간섭적으로 결합된 광선의 위상차를 포함하는 출력신호를 제공하고, 상기 위상차가 광선이 상기 결합 수단내에 간섭적으로 결합되는 광선 통로에 영향을 미치는 주위 환경 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 광원이 펄스화 광학 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 광원이 펄스화 광학 신호의 소오스를 포함하고, 신호 소오스를 광학적으로 결합된 제1광학 도파관, 상기 전송 영역들 중 한 전송 영역을 정하는 제2광학 도파관, 상기 감지 영역을 정하고, 주위 환경 조건에 응답하여 변하는 광선 전송 특성을 갖고 있으며, 제1 및 제2단자를 갖고 있는 다수의 광학 도파관 감지기, 및 제2광학 도파관에 결합 수단내에서 광학적으로 결합되고, 광학 도파관 감지기와 무관한 제3광학 도파관을 더 포함한다면, 상기 각각의 감지기는 상기 감지기와 상기 제1 및 제2도파관이 상기 제1 및 제2광선 통로의 최소한 일 부분을 정하도록 상기 데 1 및 제 2단자에서 상기 제1 및 제2광학 도파관에 각각 광학적으로 결합되며, 상기 감지기들은 신호 소오스로부터의 광학 펄스 부분이 각각의 감지기를 통해 상기 제1도파관으로부터 전송되고 제2광학 도파관 상에서 중배되어 상기 제2광학 도파관상에 펄스 신호열을 발생시키도록 제1 및 제2광학 도파관을 따라 간격을 두고 배치되며, 상기 제3광학 도파관은 상기 제3 및 제4광선 통로 중의 적어도 하나를 정하며 광학 통로 길이를 따라 전송되는 광선을 갖고 있어 상기 제2 및 제3광학 도파관내의 선택된 펄스들 사이에서 결합 수단내의 간섭을 발생시킴으로써, 특정한 광학 도파관 감지기내의 광선 전송 특성의 변화를 발생시키는 조건에 대응하는 위상차 신호를 제공하며, 상기 제1 및 제2광학 도파관상의 광학 도파관 감지기들의 결합 위치가 2개의 인접한 감지기들을 통해 주행하는 광선에 대한 광선 통로 길이 차가 거의 동일하고 제2도파관상의 펄스 신호들이 중첩되지 않을만큼 크도록 서로 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 5 항 또는 제 15 항에 있어서, 최소한 한 개의 상기 제3광학 도파관이 제3 및 제4광학 도파관을 포함하여, 상기 제3 및 제4광학 도파관이 상기 제3 및 제4광선 통로의 최소한 일 부분을 각각 정함으로써, 제3광학 도파관으로 부터의 광선에 의해 제1광섬유 감지기상의 주위 환경 효과를 모니터하고, 제4광학 도파관으로 부터의 광선에 의해 제2광섬유 감지기상의 주위 환경 효과를 모니터 하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제1의 다수의 광학 도파관에 의해 최소한 부분적으로 정해지고 제1 및 제2위치에서의 주위 환경 효과에 의해 영향을 받는 제1 및 제2광선 통로를 통해 광원으로 부터 광전을 전달하는 단계, 최소한 제2광학 도파관에 의해 최소한 부분적으로 정해지고 제1 및 제2광선 통로와 각각 길이가 거의 동일하며 상기 제1 및 제2광선 통로와 동일한 주위 환경 효과의 영향을 받지 않는 제3 및 제4광선 통로를 통해 광선을 전달하는 단계, 제3광학 도파관 세그먼트 만을 통하여 제2도파관 세그먼트와의 광학 접속부에 제1의 다수의 광학 도파관 세그먼트로부터 광선을 전달하는 단계, 및 소정의 시간에 상기 제1 및 제2광선 통로중의 특정한 한 통로와 길이가 거의 동일한 통로로 부터만 광선을 간섭적으로 결합시키기 위해 상기 제1, 제2, 제3 및 제4광선 통로로부터 광선을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 감지기 시스템내의 주위 환경에 민감한 한 쌍의 감지기 상의 주위 환경 효과를 원격 감지하기 위한 방법.
18. 제 17 항에 있어서, 제3 및 제4광선 통로를 통해 광선을 전달하는 단계가 제1시간에 상기 제3광선 통로를 통해 광선을 전달하는 단계, 및 제2시간에 상기 제2통로를 통해 광선을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주위 환경 효과를 원격 감지하기 위한 방법.
19. 최소한 제1 및 제2전송 세그먼트와 주위 환경 효과에 민감한 최소한 제1 및 제2감지기 세그먼트를 갖고 있는 제1 및 제2광학 도파관 세그먼트내로 광선 신호를 전송하는 단계, 상기 감지기 세그먼트와 기계적으로 무관하고 상기 제1 및 제2도파관 세그먼트내의 광선 통로와 각각 길이가 거의 동일한 제1 및 제2수신기 광선 통로를 정하며 제1 및 제2감지기 세그먼트와 동일한 주위 환경 효과의 영향을 받지 않는 제3광학 도파관 세그먼트내로 광선 신호를 전송하는 단계, 및 제1 및 제2광학 도파관 세그먼트로 부터의 광선과 제1 및 제2수신기 광선통로로부터의 광선을 광학적으로 결합하여, 감지기 세그먼트내의 광선 전송 특성의 변화를 발생시키는 조건을 나타내고 상이한 시간에 상기 제1 및 제2감지기 세그먼트에 간섭되는 광학 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 감지기 시스템내의 감지기에 영향을 미치는 조건을 확인하는 방법.

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