NO322073B1

NO322073B1 - Fremgangsmate for polarisasjonskontroll

Info

Publication number: NO322073B1
Application number: NO19993135A
Authority: NO
Inventors: Erlend Ronnekleiv
Original assignee: Optoplan As
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2006-08-07
Also published as: WO2000079335A1; NO993135D0; DE60035872D1; NO993135L; AU5257400A; ATE369580T1; EP1188092B1; EP1188092A1; US6856401B1

Description

Bakgrunn

Denne oppfinnelse angår eliminering av polarisasjonsfading i ubalanserte optiske måleinterferometere.

Et optisk interferometer er et optisk transmisjonsnettverk som produserer interferens mellom forskjellige deler av optisk stråling som har forplantet seg i ulike veier gjennom nettverket. I et toarmet ubalansert optisk interferometer adskiller tidsforsinkelsen seg i de to optiske veiene med en størrelse t. Utgangsintensiteten fra et slik interferometer vil ha en periodisk avhengighet kalt fringer av utgangsintensiteten som er periodisk i forhold til interferometerets faseforsinkelse <£=2jtvT, der v er den optiske frekvensen som sendes inn i interferometeret. Informasjon om vei-forsinkelsesforskjellen, den inngående optiske frekvens eller det inngående optiske frekvensspektrum kan følgelig utledes fra utgangsinterferenssignalet.

Et optisk interferometernettverk kan også inneholde flere enn ett par (eller sett) av veier fra inngangen til utgangsporten. Forskjellige par (eller sett) av veier kan da betraktes som ulike interferometere. Den interferens som bevirkes av de individuelle interferometerene kan måles eller interrogeres separat

a. ved å dedikere et spesifikt område av optiske bølgelengder til transmisjonen i minst en vei som er tilforordnet hvert interferometer, slik at det anvendes en bølgelengdedelt multipleksteknikk (WDM),

b. ved å dedikere et spesifikt område av total transmisjonstidsforsinkelse til de veiene som er tilforordnet hvert interferometer, slik at det anvendes en tidsdelt multipleksteknikk (TDM), c. eller ved å dedikere en spesifikk kombinasjon av inngangs- og utgangsporter til de veiene som er tilforordnet hvert interferometer, slik at det anvendes en romdelt multipleksteknikk (SDM), Et SDM-system kan for eksempel interrogeres ved bruk av optiske svitsjer for å aksessere ulike kombinasjoner av inngangs- og utgangsporter i sekvens, eller ved å splitte den optiske strålingen fra en enkelt interrogerende kilde til ulike mterferometer-subnettverk, og koble en detektor til utgangen av hvert subnettverk.

Nettverk-interrogering ved anvendelse av kombinasjoner av WDM, TDM og SDM er også mulig.

Visibiliteten eller amplituden av utgangsfringene fra et interferometer avhenger av polarisasjonstilstandene (SOP) av de to interfererende signalene, og disse kan for et interferometer med to veier betegnes som SOPI og SOP2.1 mange interferometere vil SOPI og SOP2 variere tilfeldig med tiden som følge av hindringer i inngangs-SOP eller i dobbeltbrytningsegenskapene for de to optiske veiene. Fringevisibiliteten er proporsjonal med projeksjonen av SOPI på SOP2. Reduksjonen av fringevisibiliteten med redusert projeksjon av SOPene blir betegnet polarisasjonsfading, og forårsaker generelt et redusert signal/støy-forhold i utlesningen fra interferometeret. Spesielt vil situasjonen med SOPI -<1-> SOP2 (ortogonale SOP) bevirke total polarisasjonsfading med null visibilitet, hvilket bør unngås. Når fadingen er total vil utgangen av interferometeret ikke i det hele tatt inneholde noen informasjon om v eller x.

Flere metoder for reduksjon eller eliminering av problemet med polarisasjonsfading er kjent. En kjent metode benytter Faraday rotasjonspeil som beskrevet av A.D. Kersey m. fl. i ["Polarisation insensitive fibre optic Michelson interferometer", El.Lett., vol. 27, s. 518-19,1991]. Denne metoden tillater bruk av et enkelt kilde- og deteksjonssystem, men den virker bare for interferometer-konfigurasjonen av Michelson-typen. Videre kan Faraday-rotasjonsspeil være kostbare, plasskrevende og følsomme for ekstreme termiske, elektromagnetiske og andre omgivelsesbetingelser.

Andre kjente metoder er basert på aktiv polarisasjonskontroll ved inngangen, slik som beskrevet av A.D. Kersey m. fl. i ["Optimization and Stabilization of Visibility in Interferometric Fiber-Optic Sensors using Input-Polarization Control", J. of Lightwave Technol., vol. 6, s. 1599-1609, 1988], eller bruk av en polarisator kombinert med aktiv polarisasjonskontroll på utgangssiden, som beskrevet av K.H. Wanser m. fl. i ["Remote polarization control for fiber-optic interferometers", Opt. Lett,. Vol. 12, s. 217-19, 1987]. I begge tilfellene blir polarisasjonskontroUeren kontinuerlig justert for å optimalisere fringevisibiliteten. Disse teknikkene krever forholdsvis komplekse systemer for å gi tilbakekoblingssignaler til polarisasjonskontroUeren, og i systemer med romdelt multipleksing (SDM) eller bølgelengdedelt multipleksing (WDM) av flere sensorer, kreves det generelt individuelle polarisasjonskontrollere for hver sensor. Den polarisasjonsmodulator som benyttes for polarisasjonskontrollen må være i stand til å modulere SOP i tre dimensjoner på Poincaré-kulen. Dette innebærer generelt at polarisasjonsmodulatorene i det minst må være av "totrinns"-typen. Totrinns polarisasjonsmodulatorer omfatter generelt to uavhengige innstillbare dobbeltbrytningselementer, og er følgelig mer kompliserte og kostbare enn entrinns modulatorer som bare har ett innstillbart dobbelt-brytningselement.

Ytterligere kjente metoder er basert på modulering av en inngangs-SOP mellom tre tilstander, som beskrevet av A.D. Kersey m.fl. i ["Input polarisation scanning technique for overcoming polarisation-induced signal fading in interferometric fiber sensors", El.Lett., vol 24, s.931-33,1988] og i [US patent nr. 4 932 783], eller på bruk av tre detektorer på utgangen med tre polarisatorer som justeres for å monitorere ulike polarisasjonstilstander som beskrevet av N.J. Frigo m. fl. i ["Technique for elimination of polarisation fading in fibre interferometers", El.Lett., vol. 20, s. 319-20, 1984]. Disse teknikkene øker kompleksiteten ved prosesseringen ved å kreve samtidig prosessering av tre fringesignaler, særlig i WDM-systemer der separate mottagere kreves for hver WDM-kanal. De øker også kompleksiteten av utstyret ved enten å kreve en totrinns polarisasjonsmodulator eller tre detektorer og polarisatorer.

En annen kjent metode er basert på bruk av en pulset kilde og et kompenserende interferometer som innbefatter en polarisasjonsbevarende kobler, en standardkobler og en polarisasjonsmodulator, som beskrevet av B. Y. Kim m.fl. [US-patent nr. 5 173 743]. Denne metoden kan være attraktiv når den anvendes for tidsmultipleksede (TDM) stigesensornettverk. Imidlertid vil det kompenserende interferometer øke kompleksiteten ved interrogeringen, og 3 dB av kildens effekt går tapt i utgangskobleren fra det kompenserende interferometer. Hvis nettverket ikke er av stigetypen vil ytterligere 3 dB av optisk effekt gå tapt i detektoren, da bare en halvdel av de detekterte pulsene vil bære nyttig informasjon. Et annet problem med denne metoden er at utlest fase fra interferometeret er følsom for dobbeltbrytningsendringer i overfør-ingsfiberen mellom kilden og interferometerene.

En sensorkonfigurasjon av særlig interesse er et fiberoptisk WDM-interferometrisk sensorsystem som anvender to identiske bølgelengdeselektive Bragg-gitterreflektorer med lavrefleksjons-fibre, for å definere to veier for hvert sensorinterferometer. For eksempel kan et Fabry-Perot-interferometer dannes ved å skrive to identiske Bragg-gittere inn i kjernen av en enkelt optisk fiber ved ulike posisjoner. Forskjellige refleksjonsbånd må tildeles hver sensor slik at informasjon om de individuelle sensorene kan aksesseres ved bruk av en kilde med flere bølgelengder ved nettverkinngangen for å frembringe koherent stråling ved hver sensorbølgelengde, og en bølgelengdedelt multiplekser ved nettverkutgangen, som dirigerer interferenssignalet fra hver sensor til en dedikert detektor.

Formål

Hovedformålet med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en enkel og praktisk metode som har redusert kompleksitet sammenlignet med eksisterende teknikker, som eliminerer eller reduserer sannsynligheten for polarisasjonsindusert fading i optiske interferometere. Dette formål innebærer at utgangssignalene fra interferometeret alltid skal inneholde den informasjon som kreves for å bestemme differansen i optisk veilengde, eller optisk fase mellom to ulike veier gjennom interferometeret.

Et annet formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som tillater at utlest interferometerfase blir ufølsom for endringer i dobbeltbrytningen i overføringsfiberen mellom kilden og interferometeret.

Et tredje formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som kan anvendes for interrogering av enhver type ubalansert interferometer som ikke inneholder polarisasjonsselektive komponenter, så som polarisatorer eller polarisasjons-strålesplittere. Denne klasse interferometere omfatter varianter av geometrier i henhold til Fabry-Perot, Michelson og Mach-Zender. Denne metoden bør også være anvendbar i interrogeringssystemer der det benyttes et kompenserende interferometer i kombinasjon med en pulset kilde for å kompensere for ubalansen i det/de interrogerte interferometer(e).

Et fjerde formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som kan anvendes til interrogering av bølgelengdemultiplekserte (WDM), rommultiplekserte (SDM) og tidsmultiplekserte (TDM) interferometernettverk, inkludert TDM-stigenettverk.

Et særlig formål med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte som kan anvendes for interrogering av fiberoptiske WDM-sensorsystemer som benytter bølgelengdeselektive Bragg-reflektorer i avfølings-interferometeret og en kilde med flere bølgelengder. Fremgangsmåten bør bare kreve en polarisasjonsmodulator for hele systemet, og bare en detektor dedikert til monitorering av hver sensor.

Et generelt formål med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe en metode som overvinner begrensningene ved andre kjente metoder.

Oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen blir i et første aspekt ved oppfinnelsen oppnådd med en fremgangsmåte som har trekk slik de er angitt i den karakteriserende del av krav 1. Ytterligere trekk er angitt i de avhengige kravene 2-4. Hoveddelen av oppfinnelsen er karakterisert ved at polarisasjonstilstanden av optisk effekt som sendes inn i et interferometernettverk, moduleres ved en frekvens som er sammenlignbar med eller høyere enn det inverse av differansen i transmisjonsforsinkelse mellom de to optiske veiene gjennom interferometeret. En kontroll- og signalprosesseringsenhet ekstraherer flere interferenssignaler detektert ved utgangen av interferometernettverket i minst to tidsluker som er plassert i tid ved visse tidsforsinkelser (eller faser) i forhold til inngangspolarisasjonens modulasjonsperiode. Tidslukene bør velges slik at de to optiske signalene som interfererer ved utgangsporten etter å ha forplantet seg i de to veiene gjennom interferometeret, skriver seg fra ulike kombinasjoner av inngangspolarisasjonstilstander i hver tidsluke, og slik at total polarisasjonsfading av interferensvisibiliteten aldri vil opptre samtidig i alle tidsluker. Minimering av følsomheten av utlest interferometerfase overfor dobbeltbrytningsendringer i veien fra den interrogerende optiske kilde til interferometeret, kan oppnås ved å modulere inngangspolarisasjonen mellom to ortogonale polarisasjonstilstander og ved å prosessere signaler fra fire distinkte tidsluker.

Ifølge andre aspekter ved oppfinnelsen oppnås oppfinnelsens formål ved oppfinnelsen ved anvendelser av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som gitt i kravene 5-7.

Ifølge et tredje aspekt ved oppfinnelsen oppnås oppfinnelsens formål ved et system for eliminasjon eller reduksjon av polarisasjonsindusert signalfading i optiske interferometernettverk ifølge krav 8. Systemet et kjennetegnet ved at minst to optiske veier fra en inngangsport til en utgangsport, der de minst to optiske veiene har moderate eller neglisjerbare polarisasjonsavhengige tap, og der transmisjonsforsinkelsene i de minst to veiene atskiller seg fra hverandre med en tid x, at et undersøkelsesarrangement for bestemmelse av den optiske faseforskj ellen indusert mellom optiske bølger som har tilbakelagt de optiske veiene, der arrangement omfatter minst én fortrinnsvis koherent optisk kilde for utsendelse av optisk effekt inn i inngangsporten, en detektorinnretning for konvertering av optisk effekt mottatt fra signalprosesseringsenheten innrettet til å prosessere detektorsignalene for å bestemme de nevnte faseforskjellene, og der en lyskilde omfattende polariseringsmidler for å endre polarisasjonen av de optiske bølgene ved inngangsporten med en polarisasjon av de optiske bølgene ved inngangsporten med en modulasjonsfrekvens som bør være et odde multiplum av l/(4x), samt ved at kontroll- og signalprosesseringsenhet er innrettet til å ekstrahere minst to interferenssignaler som er atskilt i tid eller fase i detektorsignalene, som representerer interferens mellom kombinasjoner av polarisasjonstilstander på utgangsporten som har opphav i ulike kombinasjoner av kildens polarisasjonstilstander, slik at de minst to interferenssignalene ikke samtidig er utsatt for polarisasjonsindusert fading. Ytterligere utførelsesformer av systemet i henhold til oppfinnelsen er gitt i de uselvstendige kravene 9-13.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 1 illustrerer en foretrukket utførelse av denne oppfinnelse, inkludert det interrogerte interferometernettverk 3, som innbefatter et Fabry-Perot-interferometer. Fig. 2 illustrerer et typisk forløp av inngangs- og utgangstilstandene av

polarisasjoner (SOP) som funksjon av tiden.

Fig. 3 illustrerer alternative utførelser av interferometernettverket 3 på fig. 1,

innbefattet (a) et Michelson-interferometer og (b) et Mach-Zender-interferometer.

Fig. 4 illustrerer en alternativ utførelse av oppfinnelsen, som demonstrerer interrogering av interferometere med multippelbølgelengde-multipleksering.

I en foretrukket utførelse av denne oppfinnelse, som illustrert på fig. 1, sender en optisk kilde 1 koherent optisk stråling inn i det fiberoptiske sensornettverk 3 gjennom en polarisasjonsmodulator 2. Sensornettverket 3 består av en optisk inngangs/utgangskobler 4 med et effektsplitteforhold på 50%, en overføringsfiber 5 og et lavfinesse-Fabry-Perot-intefrerometer (FP) 6 bestående av to reflektorer 7,8 og en fiberforsinkelseslinje 9 med toveis forsinkelse x. Effektrefiektivitetene for 7 og 8 bør fortrinnsvis være små (<10%), hvilket gjør det mulig å neglisjere multiple speilrefleksjoner. Utgangseffekten fra nettverket 3 føres til en fotodetektor, og det resulterende analoge elektriske signal overføres til analog/digital-konverterings-grensesnittet for en kontroll- og signalprosesseringsenhet 11, som er ansvarlig for prosessering av de detekterte signaler på elektronisk måte for å ekstrahere interferometerets faseinformasjon, og for å overføre denne informasjonen på egnet form til sluttbrukeren.

Kontroll- og signalprosesseringsenheten 11 styrer også polarisasjonsmodulatoren 2 og bevirker at den inngangs-polarisasjonstilstand SOP0 som sendes inn i 3 svitsjes mellom to ortogonale tilstander, betegnet SOP0A og SOP0B på fig. 2. Polarisasjons-svitsjeperioden bør være lik 4x, og modulasjonens duty-cycle bør være 50%, som illustrert ved den øvre kurven på fig. 2. Kobleren 4, overføringsfiberen 5, interferometerfiberen 9 og reflektorene 7,8 bør fortrinnsvis ha neglisjerbare polarisasjonsavhengige tap. Sistnevnte betingelser innebærer at de respektive polarisasjonstilstander SOPI og SOP2 som reflekteres fra henholdsvis 7 og 8, og som interfererer på venstre side av 7 på fig. 1, også begge vil bli svitsjet mellom par av ortogonale tilstander, betegnet SOPI A, SOP1B, SOP2A og SOP2B på fig. 2. SOPI A og SOP1B kan da generelt skrives i Jones-vektornotasjon som

der vektorelementene er valgt til å representere projeksjonene av feltene på de ortogonale eigen-polarisasjonstilstandene i interferomteret. Med interferometerets eigen-polarisasjonstilstander menes her den utgang SOPI som genereres når SOP0 er slik innstilt at SOPl=SOP2. Ki avhenger av kildens effekt, tapene ved transmisjonen gjennom 4,5 og tapene ved refleksjonen 7. a og y er vinkler som avhenger av dobbeltbrytningsegenskapene i overføringsfiberen. De valgte polarisasjons-projeksjonstilstandene tillater at SOP2A og SOP2B skrives på formen der Jones-matrisen

prinsipielt beskriver forskjellen mellom SOP-endringene fra SOPO til SOPI og tilsvarende fra SOPO til SOP2. 0=2jtxv er den interferometerfase som vi ønsker å måle, v er den optiske frekvensen og 8 er dobbeltbrytnings-faseskiftet mellom interferometerets eigen-polarisasjonstilstander. K2 avhenger av tapene ved transmisjonen og refleksjonen i 8,9.

De to nederste kurvene på fig. 2 illustrerer svitsjingen av SOPI og SOP2. Et periodisk mønster bestående av 4 tidsluker kan observeres, der:

- SOP 1A interfererer med SOP2A i tidsluke 1,

- SOP 1B interfererer med SOP2A i tidsluke 2,

- SOP1B interfererer med SOP2B i tidsluke 3,

- SOP 1A interfererer med SOP2B i tidsluke 4.

Interferenseffekten vil bli sammensatt av et interferensledd som avhenger av 0,6,y og a, og et annet ledd som er uavhengig av disse parameterene. Effekten fra hver tidsluke n vil produsere et elektrisk signal S„ ved detektorutgangen, så nær proporsjonalt med interferenseffekten.

Da kan vi skrive

der K3 avhenger av detektorresponsen og tap i 4,5, mens angivelsen <+> indikerer konjugert transponering,

cp er en funksjon av 6 og a.

Kontroll- og signalprosesseringsenheten ekstraherer fringesignalene S1-S4 og prosesserer disse for å bestemme fasene O1-O4. Bemerk at de detekterte signalene er forsinket i forhold til de styresignalene som tilføres polarisasjonsmodulatoren. Noe kalibrering av tidsstyringen for tidslukene på inngangen er derfor nødvendig. Det er kjent flere metoder til fase-rekonstruksjon uten tvetydighet utfra interferenssignaler, som beskrevet for eksempel av I.J.Bush i ["High performance interferometric demodulation techniques", SPIE Proe, vol. 1795, s. 412-20,1992]. Generelt krever disse metodene midler til å modulere interferensfasen for å generere i-fase- og kvadratur-informasjon fra interferensfringene. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse kan dette bli oppnådd ved å modulere fasen av kildestrålingen ved en frekvens som er en odde harmonisk av l/(4x).

Av (lign. 2) fremgår det at de detekterte fringeamplitudene er lik a i tidslukene 1 og 3, og b i tidslukene 2 og 4. Da a<2>+b<2>=KiK2K3<2> i henhold til (lign. 3), kan det aldri samtidig være fading i to nabo-tidsluker, og summen av signal/støy-forholdene for to nabo-tidsluker, begrenset av fringeamplituden, vil avhenge av dobbeltbrytningsparameterene 9,y og a. Følgelig er hovedformålet med foreliggende oppfinnelse tilfredsstilt.

Det gjenstår å kombinere den informasjon som bæres av Oi, O2, O3 og O4 til et enkelt estimat for interferometerets faseforsinkelse, hvilket i henhold til (lign. 1) er O for den ene eigen-polairsasjonen og 0+0 for den andre eigen-polairsasjonen. I den foretrukne utførelse blir estimatoren beregnet av kontroll- og signalprosesseringsenheten for å estimere interferometerets faseforsinkelse. Ved å kombinere (lign. 3) og (lign. 4) ser vi at Q> i fravær av støy er lik $+6/2, hvilket er nøyaktig middelverdien av de to eigen-polarisasjonsfaseforsinkelsene.

<X> er avhengig av dobbeltbrytningsparameterene y og a for overføringsfiberen, og følgelig er det annet formål ved foreliggende oppfinnelse tilfredsstilt. Veiingen ifølge (lign. 4) av O1+O2 og henholdsvis av a<2> og b<2>, sikrer at signal/støy-forholdet for estimatoren alltid vil være nær et maksimum.

Foreliggende oppfinnelse kan implementeres for interrogering av hvilken som helst type av ubalanserte interferometernettverk som ikke inneholder polarisasjonsselektive komponenter, så som polarisatorer eller polarisasjons-strålesplittere. Som et eksempel illustrerer fig. 3 (a) et nettverk som inkorporerer et Michelson-interferometer, som kan erstatte nettverket 3 på fig. 1 i en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. SOPO sendes inn i inngangs/utgangskobleren 4 og overføringsfiberen 5, som begge har de samme funksjonene som på fig. 1. Michelson-interferometeret 12 dannes av en optisk kobler 13 som splitter den optiske effekten fra 5 til to forsinkelsesarmer, med reflektorer 14,15 plassert med ulike avstander fra 13, slik at den toveis tidsforsinkelse som virker på de to reflekterte signaler som kombineres i 13, har en forskjell på t. SOPI og SOP2 refererer i dette tilfelle til de polarisasjonstilstandene som rekombineres i 13 etter å være returnert fra den korte forsinkelsesarmen med reflektor 14, henholdsvis den lange forsinkelsesarmen med reflektor 15.

Som et annet eksempel illustrerer fig. 3 (b) et nettverk som omfatter et Mach-Zender-interferometer (MZ), som kan erstatte nettverket 3 på fig. 1 i en tredje utførelse av foreliggende oppfinnelse. Dette systemet har separate overføringsfibre for inngangen 16 og utgangen 22. SOPO sendes inn i 16. MZ-interferometeret 17 dannes av en optisk kobler 18 som splitter den optiske effekten fra 16 til to forsinkelsesarmer 19,20. De signalene som trer ut fra 19 og 20 kombineres i en annen optisk kobler 21. De enveis tidsforsinkelsene mellom 18 og 21 gjennom 19 og 20 bør ha en forskjell påt. SOPI og SOP2 refererer i dette tilfelle til de polarisasjonstilstandene som trer inn i 21 fra henholdsvis den korte 19 og den lange 20 armen.

Fig. 4 illustrerer en fjerde utførelse av foreliggende oppfinnelse i stand til bølgelengdedelt multipleksing av flere bølgelengdeselektive interferometere. I det viste eksemplet benyttes en flerbølgelengde-kilde 23 som sender koherent stråling ved tre sensor-interrogerings-bølgelengder % u h. og X3 gjennom polarisasjonsmodulatoren 2 til interferometernettverket 24. Inngangspolarisasjonen for alle bølgelengder svitsjes samtidig mellom ortogonale tilstander på samme måte som forklart for SOPO i den foretrukne utførelse av denne oppfinnelsen. Nettverket inneholder en inngangs/utgangs-kobler 4, en overføringsfiber 5 og tre FP-interferometere med tilnærmet samme toveis forsinkelse x. Hvert FP-interferometer består av to identiske Bragg-gittere betegnet 25, 26 eller 27, som bevirker en svak refleksjon i et smalt bånd omkring respektive sensorinterrogerings-bølgelengde h, X2 eller X,3. Hvert sensor-gitterpar bør avstedkomme neglisjerbare refleksjoner ved interrogeringsbølgelengdene for de andre sensorene. En bølgelengde-demultiplekser 28 er forbundet med utgangsgrenen av 4 som fordeler interferenssignalene fra forskjellige interferometere til forskjellige detektorer 29,30,31. En kontroll- og signalprosesseringsenhet 32 prosesserer de tre detektor-signalsekvensene i parallell på samme måte som forklart for den ene prosesseringskanalen i den foretrukne utførelse, for å ekstrahere de individuelle interferensfasene for de tre interferometerene og presentere den informasjonen for sluttbrukeren.

Nettverket 23 på fig. 4 kan interrogeres ved en metode basert på tidsdelt multipleksering (TDM) ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse, forutsatt at alle reflektorer reflekterer på samme bølgelengde, det vil si enten Xi=A,2=X,3 eller gitterene må erstattes med bredbåndsreflektorer, og at den toveis forsinkelsen fra inngangs/utgangskobleren 4 til begynnelsen av forskjellige interferometere adskiller seg i det minste med en størrelse på 3x. En mulig sjette utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan så benytte en pulset enkelt-bølgelengde-kilde med bølgelengde Xi, og bare en detektor uten noen foranstilt bølgelengde-demultiplekser, så som detektoren 10 på fig. 1. Kilden og polarisasjonsmodulatoren produserer pulser med en varighet på rmnimum 2x, med polarisasjonstilstand som svitsjer mellom ortogonale tilstander innenfor hver puls med en frekvens som er en odde harmonisk (eller multippel) av 1/(4t) og som er høyere enn den inverse pulsvarighet, slik som illustrert for SOPO på fig. 2. Det detekterte signalet vil bestå av en tidssekvens for hver puls som sendes fra kilden, der hver sekvens inneholder i det minste 4 tidsluker som skriver seg fra hvert sensorinterferometer. Tidslukene inneholder informasjon om interferensfasene for individuelle sensorer, kodet på samme måte som for tidsluke-utgangssignaler beskrevet i den foretrukne utførelse. Kontroll- og signalprosesseringsenheten kan dermed ekstrahere interferensfasene ved å separere, identifisere og prosessere den informasjon som beskriver seg fra hver sensor, på samme måte som beskrevet for den foretrukne utførelse.

Et spesielt tilfelle av TDM-interferometernettverk er stigeinterferometer-nettverk, med geometrier av den type som er beskrevet i [US-patent nr. 5 173 743, fig. 1, punktene (26), (27a,b,c,d), (28) og (31a,b,c,d)]. I et stigenettverk har inngangs-til-utgangsforsinkelsen for et antall N av interferometerarmer samme innbyrdes avstand med en tid x, og alle veiene unntatt to, er således en del av to interferometere på samme tid. Foreliggende oppfinnelse kan benyttes for interrogering av slike stigenettverk, inkludert et kompenserende interferometer med ubalanse x plassert etter kilden, slik som illustrert i [US-patent nr. 5 173 743, fig. 1, punktene (20,21,22,23,25)]. Hver puls fra kilden bør ha en varighet lik x og vil følgelig bli splittet i to av det kompenserende interferometer. Polarisasjonsmodulatoren kan plasseres mellom kilden og det kompenserende interferometer. Det bør benyttes polarisasjonsbevarende fibre og koblere i det kompenserende interferometer for å sikre at polarisasjonen av de to suksessive pulsene som trer ut fra det kompenserende interferometer, vil svitsje mellom identiske par av ortogonale polarisasjonstilstander. Som alternativ kan det som kompenserende interferometer brukes et ubalansert Michelson-interferometer med Faraday-rotasjonsspeil, og forøvrig standard fibre og koblere.

Foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for interrogering av stigenettverk uten at det inngår noe kompenserende interferometer. Varigheten av hver puls fra kilden bør i dette tilfellet være nær 2x.

Selv om koherente kilder har vært forutsatt i alle de foregående eksemplene, kan foreliggende oppfinnelse også anvendes med et hvittlys-interferometer som for eksempel interrogeres ved skanning av gangvei-ubalansen i et kompenserende interferometer.

Claims

1. Fremgangsmåte for fjerning eller reduksjon av polarisasjonsindusert signalfading i optiske interferometernettverk, omfattende minst to optiske veier gjennom nettverket fra en inngangsport til en utgangsport, der de minst to optiske veiene har moderate eller neglisjerbare polarisasjonsavhengige tap, og der transmisjonsforsinkelsen i de minst to veiene adskiller seg ved en tid x; omfattende bestemmelse av de optiske faseforskjellene indusert mellom optiske bølger som har tilbakelagt de optiske veiene, anvendelse av minst én fortrinnsvis koherent optisk kilde for utsendelse av optisk effekt inn i inngangsporten, en detektorinnretning for konvertering av effekt mottatt fra utgangsporten til elektriske signaler, og en kontroll- og signalprosesseringsenhet forbundet med detektorinnretningen, der fremgangsmåten er kjennetegnet ved: endring av polarisasjonstilstanden til kilden med en modulasjonsfrekvens som fortrinnsvis bør være et odde multiplum av l/(4x), mottak av minst to optiske signaler som har tilbakelagt de minst to optiske veiene, ved detektorinnretningen for dannelse av et detektorsignal, prosessering av detektorsignalet ved kontroll- og signalbehandlingsenheten for bestemmelse av fasedifferansen mellom de optiske signalene som har tilbakelagt de forskjellige optiske veiene, innbefattende ekstrahering av minst to interferenssignaler som er atskilt i tid eller fase i detektorsignalene og som representerer interferens mellom kombinasjoner av kildens polarisasjonstilstander på utgangsporten som har opphav i ulike kombinasjoner av kildens polarisasjonstilstander, slik at de minst to interferenssignalene ikke samtidig er utsatt for polarisasjonsindusert fading.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inngangspolarisasjonstilstanden dannet av kilden endres mellom en første og en andre polarisasjonstilstand (SOPOA og SOPOB), og i hvilken fire interferenssignaler blir atskilt i tid og representerer interferens mellom polarisasjonstilstandene ved utgangsporten, som oppstår fra transmisjonen av: (i) SOPO A gjennom både den første og den andre interferometerveien, (ii) SOPOB gjennom den første og SOPOA gjennom den andre interferometerveien, (iii) SOPOB gjennom både den første og den andre interferometerveien, og (iv) SOPOA gjennom den første og SOPOB gjennom den andre interferometerveien, henholdsvis, blir ekstrahert av kontroll- og signalprosesseringsenheten og videre prosessert for å gi estimater for interferensfasene til de fire interferenssignalene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at interferensvisibiliteten eller fringe-amplitudene til de fire interferens-signalene (i,ii,iii,iv) blir beregnet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at SOPOA og SOPOB er ortogonale polarisasjonstilstander, og et første forbedret faseestimat, kalt Oi, blir beregnet som gjennomsnittet av de to nevnte interferensfaseestimatene dannet av (i) og (iii), og et andre forbedret fase-estimat, kalt O2, blir beregnet som gjennomsnittet av interferensfaseestimatene dannet fra (ii) og (iv), og et kombinert fase-estimat blir beregnet som et vektet gjennomsnitt av Oi og O2, der forholdet mellom vektingen av Oi og O2 blir bestemt av forholdet mellom interferens-visibilitetene eller fringe-amplitudene.

5. Anvendelse av en fremgangsmåte ifølge krav 1,2,3 eller 4, hvori fremgangsmåten blir anvendt for å undersøke et bølgelengdemultiplekset interferometernettverk.

6. Anvendelse av en fremgangsmåte ifølge krav 1,2,3 eller 4, hvori fremgangsmåten blir anvendt for å undersøke et tidsdelt multiplekset interferometernettverk.

7. Anvendelse av en fremgangsmåte ifølge krav 1,2,3 eller 4, hvori fremgangsmåten blir anvendt for å undersøke et romlig multiplekset interferometernettverk.

8. System for eliminasjon eller reduksjon av polarisasjonsindusert signalfading i optiske interferometernettverk, karakterisert ved at det omfatter: minst to optiske veier fra en inngangsport til en utgangsport, der de minst to optiske veiene har moderate eller neglisjerbare polarisasjonsavhengige tap, og der transmisjonsforsinkelsene i de minst to veiene atskiller seg fra hverandre med en tid t, et undersøkelsesarrangement for bestemmelse av den optiske faseforskjellen indusert mellom optiske bølger som har tilbakelagt de optiske veiene, hvilket arrangement omfatter minst én fortrinnsvis koherent optisk kilde for utsendelse av optisk effekt inn i inngangsporten, en detektorinnretning for konvertering av optisk effekt mottatt fira signalprosesseringsenheten innrettet til å prosessere detektorsignalene for å bestemme de nevnte faseforskjellene, og en lyskilde omfattende polariseringsmidler for å endre polarisasjonen av de optiske bølgene ved inngangsporten med en polarisasjon av de optiske bølgene ved inngangsporten med en modulasjonsfrekvens som bør være et odde multiplum av l/(4t), og hvilken kontroll- og signalprosesseringsenhet er innrettet til å ekstrahere minst to interferenssignaler som er atskilt i tid eller fase i detektorsignalene, og som representerer interferens mellom kombinasjoner av polarisasjonstilstander på utgangsporten som har opphav i ulike kombinasjoner av kildens polarisasjonstilstander, slik at de minst to interferenssignalene ikke samtidig er utsatt for polarisasjonsindusert fading.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at polarisasjonstilstanden produsert fra kilden ved inngangsporten er innrettet til å emittere en alternerende første og andre tilstand (SOPOA, SOPOB) gjennom to interferometerveier resulterende i fire interferens-signaler (i,ii,iii,iv) separert i tid, representerende interferens mellom polarisasjonstilstandene ved utgangsporten som oppstår fra transmisjon av (i) SOPOA gjennom både den første og den andre interferometerveien, (ii) SOPOB gjennom den første og SOPOA gjennom den andre interferometerveien, (iii) SOPOB gjennom både den første og den andre interferometerveien, og (iv) SOPOA gjennom den første og SOPOB gjennom den andre interferometerveien, henholdsvis, der kontroll- og signalprosesseringsenheten er innrettet til å ekstraehere og videre prosessere estimater for interferensfasene, visibilitetene og/eller fringeamplitudene for é fire interferenssignalene (i,ii,iii,iv).

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved at SOPOA og SOPOB er ortogonale polarisasjonstilstander, og et første forbedret fase-estimat, kalt $i, blir beregnet som gjennomsnittet av de to inteferensfaseestimatene dannet av (i) og (iii), og et andre forbedret fase-estimat, kalt <S>2, blir beregnet som gjennomsnittet av inteferensfaseestimatene dannet fra (ii) og (iv), og et kombinert fase-estimat blir beregnet som et vektet gjennomsnitt av <Di og O2, der forholdet mellom vektingen av Oi og O2 blir bestemt av forholdet mellom interferensvisibiliteten eller fringe-amplitudene.

11. System ifølge krav 8, karakterisert ved at de mint to optiske veiene utgjør et fiberoptisk Michelson-interferometer.

12. System ifølge krav 8, karakterisert ved at de minst to optiske veiene utgjør et fiberoptisk Fabry-Perot-interferometer.

13. System ifølge krav 8, karakterisert ved at de minst to optiske veiene utgjør et fiberoptisk Mach-Zehnder interferometer.