NO333376B1

NO333376B1 - Forsterket trestrukturteknologi for fiberoptisk sensormatrise.

Info

Publication number: NO333376B1
Application number: NO20040585A
Authority: NO
Inventors: Benjamin J Vakoc
Original assignee: Univ Leland Stanford Junior
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2013-05-13
Also published as: KR20040043187A; JP4184266B2; NO20040585L; CA2457325C; WO2003014774A2; EP1423987A4; CA2457325A1; WO2003014774A3; EP1423987A2; JP2004538469A; EP1423987B1; KR100884674B1

Abstract

En foldet fiberoptisk Sagnac-sensormatrise eller gruppe anvender en felles forsinkelsesbane for å indusere fordelt opphenting i nedføringsfibre. Sensorgruppen blir brukt for å detektere perturbasjone r eller forstyrrelser (for eksempel akustiske bølger i vann). Ved å basere den foldede Sagnac-sensorgruppen på driftsprinsipper tilsvarende Sagnac-interferometeret har sensorgruppen et stabilt forspenningspunkt, redusert fasestøy, og tillater bruk av en bredbåndssignalkilde snarere enn at det kreves en mer kostbar mallinjelaser. Et stort antall sensorer kan være multiplekset inn i arkitekturen til sensorgruppen. I en spesiell foretrukket utførelse er sensorgruppen eller matrisen konfigurert med koplere og forsterkere valgt for å rette hovedsakelig like deler av et innmatet lyssignal til hver sensor i gruppen. I en annen spesielt foretrukket utførelse er første og andre forsinkelsesbane tilveiebrakt for lys med den første og andre bølgelengden for å øke det dynamiske området til sensorene.

Description

Den foreliggende oppfinnelse omfatter området akustiske fiberoptiske sensormatriser eller sensorgrupper, der lys blir forplantet i gruppene og virkningene av akustiske signaler på lyset som returnerer fra gruppene, blir analysert for å bestemme karakteristikkene til de akustiske signalene.

Fiberoptisk basert akustiske sensorer er lovende alternativer til konvensjonelle elektroniske sensorer. Blant deres fordeler innbefattes høy sensitivitet, stort dynamisk område, liten vekt og kompakt størrelse. Evnen til lett å multiplekse et stort antall fiberoptiske sensorer på felles busser, gjør også fiberoptiske sensorer attraktive for storskalagmpper. Den nylig vellykkede innlemmelsen av multiple erbiumdopede fiberforsterkere med liten forsterkning (EDFA) i en fiberoptisk sensorgruppe for å øke antall sensorer som kan støttes av et enkelt fiberpar, har gjort storskala fiberoptiske sensorgrupper enda mer konkurransedyktige.

For akustisk påvisning har den valgte fiberoptiske sensoren vært den Mach-Zehnder in-terferornetriske sensoren. I en hvilken som helst interferometrisk sensor blir fasemodulasjonen mappet i en intensitetsmodulasjon via en hevet cosinusfunksjon. Pga. denne ikke-lineære overføringsfiinksjonen, vil en sinusfasemodulasjon generere høyere ordens harmoniske. Et kvadratutforspent interferometer (interfereringsstråle nl2 ute av fase) har maksimal respons ved det første ordens harmoniske og en minimal respons ved den andre ordens harmoniske. Av denne grunn er kvadraturen det foretrukne forspenningspunktet. Ettersom forspenningspunktet driver bort fra kvadraturen (for eksempel pga. eksterne temperatui-endringer), avtar responsen ved den første ordens harmoniske og responsen ved den andre ordens harmoniske øker. Når interferometeret er forspent ved 0 eller % ut av fase, forsvinner den første ordens harmoniske fullstendig. Denne avtagende responsen ved den første ordens harmoniske (som er resultatet av forspenningspunktene bort fra kvadraturen) refereres til som signalfading.

Fordi Mach-Zehnder interferometriske sensorer har et ustabilt forspenningspunkt, er de spesielt utsatt for det nettopp nevnte signalfadingsproblemet. For å kunne overkomme signalfading er det nødvendig med en demodulasjon av det returnerte signalet. Den typiske demodulasjonsteknikken er den fasegenererte bærebølgeteknikken (PGC), som krever en banefbrskjøvet Mach-Zehnder interferometriske sensor. (Se for eksempel Anthony Dandridge, et al., Multiplexing oflnterferometric Sensors UsingPhase Carrier Techniques, Journal of Li<g>htwave Technology, bind LT-5, nr. 7, juli 1987, s. 947-952.) Denne baneubalansen bringer også omformingen av laserfasestøy til intensitetsstøy, som begrenser ytelsen til Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppene ved lave frekvenser, og gir stringente krav til kildens linjebredde. Dette smale linjebreddekravet har bremset utviklingen av forsterkete Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupper ved 1,55 (im.

Sagnac-interferometeret har funnet bred anvendelse i de fiberoptiske gyroskopene. (Se for eksempel B. Culshaw et al., Fibre optic Gyroscopes, Journal of Physics E ( Scientific Instruments'), bind. 16, nr. 1,1983, s. 5-15).

Det er blitt foreslått å bruke Sagnac-interferometeret for å påvise akustiske bølger. (Se for eksempel E. Udd, Fiber- optic Aconstic sensor based on the Sagnac- interferometer, Proceedin<g>s of the SPIE- The International Society for Qptical Engineering, bind 425, 1983, s. 90-91; Kjell Kråkenes et al., Sagnac- interferometer for underwater sound deiection; noiseproperties, QPTICS LETTER, bind 14, nr. 20, 15. oktober 1989, s. 1152-1154; og Sverre Knudsen et al., An Ultrasonic Fiber- Optic Hydrophone Incorporating a Push- Pull Transducer in a Sagnac- interferometer, JOURNAL OF L1GHTWAVE TECHNOLOGY, bind 12, nr. 9, september 1994, s. 1696-1700). På grunn av dets fellesbane utførelse er Sagnac-interferometeret resiprokt og har derfor et stabilt forspenningspunkt, som eliminerer signalfading og forhindrer omforming av kildefasestøy til intensitetsstøy. Sagnac-interferometeret er derfor ufølsomt overfor fase-støyen som begrenser de intei-ferometriske Mach-Zehnder sensorer ved lave frekvenser.

WO 00/70308 Al beskriver en akustisk sensormatrise som inkluderer forsterkere og sensorsubmatriser som begge er plassert langs deler som sammenkobler en returdistri-busjonsbuss med både en signaldistribusjonsbuss og en pumpedistribusjonsbuss.

Et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er en sensorgruppe eller sensormatrise som omfatter en kilde av lys og en første kopler som mottar lyset fra kilden. Den første kopleren kopler en første del av lyset til en første koplerport og kopler en andre del av lyset til en andre kopler. En interferometrisk sløyfe har en første ende koplet til den første koplerporten for å motta den første delen av lyset og har en andre ende koplet til den andre kopleren for å motta den andre delen av lyset. Den interferometriske sløyfen forplanter den første delen av lyset i en første retning til den andre kopleporten og forplanter den andre delen av lyset i en andre retning motsatt til den første retningen til den første koplerporten. Den interferometriske sløyfen omfatter et mangfold sensorer koplet i parallell mellom den første enden til den interferometriske sløyfen og den andre enden til den interferometriske sløyfen. Sensorene forstyrrer lys som passerer gjennom sensorene som respons på en avfølt parameter (for eksempel akustiske signaler). Et første mangfold av kopiere fordeler den første delen av lyset omtrent likt til hver av sensorene, samler den andre delen av lyset fra hver av sensorene, og forplanter det samlede lyset til den første enden av den interferometriske sløyfen. Et andre mangfold av kopiere fordeler den andre delen av lyset omtrent likt til hver av sensorene, samler den første delen av lyset fra hver av sensorene, og forplanter det samlede lyset til den andre enden av den interferometriske sløyfen. Minst en første forsterker er koplet mellom den første enden til den interferometriske sløyfen og det første mangfoldet av kopiere. Minst en andre forsterker er koplet mellom den andre enden til den interferometriske sløyfen og det andre mangfoldet av kopiere. Et mangfold forsinkelsesdeler er forbundet mellom de første og andre ender til de interferometriske sløyfene og sensorene. Forsinkelsesdelen har forsinkelser valgt slik at lyset som passerer gjennom hver sensor blir forsinket i en forskjellig mengde enn lyset som passerer gjennom de andre sensorene. Det første mangfoldet av koplerne omfatter fortrinnsvis en første fordelingskopler som mottar den første delen av lyset fra den første forsterkeren og fordeler den første delen av lyset til et første mangfold av indre forsterkere som er koplet mellom den første fordelingskopleren og et førete mangfold av indre kopiere. Den første fordelingskoplereh samler den andre delen av lyset fra det første mangfoldet av indre forsterkere og forplanter den andre delen av lyset til den første forsterkeren. Det andre mangfoldet av kopiere omfatter også fortrinnsvis en andre fordelingskopler som mottar den andre delen av lyset fra den andre forsterkeren og fordeler den andre delen av lyset til et andre mangfold av indre forsterkere som er koplet mellom den andre fordelingskopleren og et andre mangfold av indre kopiere. Den andre fordelingskopleren samler den første delen av lyset fra det andre mangfoldet av indre forsterkere og forplanter den første delen av lyset til den andre forsterkeren. Det første mangfoldet av indre kopiere fordeler den første delen av lyset til mangfoldet av sensorer og samler den andre delen av lyset fra mangfoldet av sensorer. Det andre mangfoldet av indre kopiere fordeler den andre delen av lyset til mangfoldet av sensorer og samler den første delen av lyset fra mangfoldet av sensorer. På fordelaktig måte er lyskilden en bredbåndskilde slik som for eksempel en superfluorescent fiberkilde. Det er også fordelaktig at de første og andre forsterkerne og det første og andre mangfoldet av indre forsterkere er erbiumdopede fiberforsterkere, og de første og andre fordelingskoplerne og de første og andre mangfoldene av indre kopiere omfatter 4 x 4 kopiere.

Et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å avføle en parameter som omfatter å forplante lys fra en lyskilde gjennom en interferometrisk sløyfe slik at omtrent like deler av lyset forplanter seg mot hverandre i første og andre retninger i sløyfen. Lyset som forplanter seg i den første retningen til den interferometriske sløyfen blir forsterket og koplet inn i et mangfold av sensorer slik at omtrent like deler av lyset som forplanter seg i den første retningen blir sendt gjennom hver av sensorene. Lyset som forplanter seg i den andre retningen av den interferometriske sløyfen blir forsterket og koplet inn i mangfoldet av sensorer slik at omtrent like deler av lyset som forplanter seg i den andre retningen blir sendt gjennom hver av sensorene. Lyset som forplanter seg i den første retningen bringes til å interferere med lyset som forplanter seg i den andre retningen for å generere et mangfold av utgangssignaler som responderer på lys som passerer gjennom hver sensor i den første og den andre retningen. Hver av sensorene forstyrrer lys som passerer gjennom disse som respons på en avfølt parameter (for eksempel et akustisk signal), og hver av sensorene har en unik optisk banelengde slik at lyset som forplanter seg i den første retningen interfererer med lyset som forplanter seg i den andre retningen i et unikt tidspunkt.

Et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er et sensorsystem som avføler forstyrrelser over første og andre dynamiske områder. Sensorsystemet omfatter en kilde av inngangslyspulser med en første bølgelengde og en kilde av inngangslyspulser med en andre bølgelengde. Systemet innbefatter en gruppe eller matrise av sensorer, en første forsinkelsesbane ved den første bølgelengden, og en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengden. Et første detekteringssystem responderer på lys med den første bølgelengden, og et andre detekteringssystem responderer på lys med den andre bølge-lengden. Et innmatings/utmatingssystem mottar de innmatede lyspulsene med den første bølgelengden og den andre bølgelengden. InnmatingsAitmatingssystemet retter en første del av hver lyspuls mot den første bølgelengden som har en første polarisering gjennom gruppen av sensorer i en første retning, så gjennom den første optiske forsinkelsesbanen to så til det første detekteringssystemet. Inniriatings/utmatingssystemet retter en andre del av hver lyspuls med den første bølgelengden i en andre polarisasjon ortogonal på den første polarisasjonen gjennom den første optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen av sensorer i en andre retning, og så til det første detekteringssystemet. Det første detekteringssystemet detekterer variasjoner i mottatt lys forårsaket av forstyrrelser som varierer over det første dynamiske området. Innmatings/utmatingssystemet retter en første del av hver lyspuls med den andre bølgelengden som har en første polarisasjon gjennom gruppen av sensorer i en første retning, så gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen, og så til det andre detekteringssystemet. Ihnmatings/utmatingssystemet retter en andre del av hver lyspuls med den andre bølgelengden i en andre polarisasjon ortogonal på den første polarisasjonen gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen av sensorer i en andre retning, og så til det andre detekteringssystemet. Det andre detekteringssystemet detekterer variasjoner i mottatt lys forårsaket av forstyrrelser som varierer over det andre dynamiske området.

Et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er et akustisk sensorsystem som av-feier akustiske signaler over første og andre dynamiske områder. Det akustiske sensorsystemet omfatter en kilde av innmatingslyspulser med en første bølgelengde og en kilde av innmatingslyspulser med en andre bølgelengde. Det akustiske sensorsystemet innbefatter videre en gruppe eller matrise av akustiske sensorer, en første optisk forsinkelsesbane ved den første bølgelengden, og en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengden. Et første detekteringssystem responderer på lys med den første bøl-gelengden. Et andre detekteringssystem responderer på lys med den andre bølgeleng-den. Et innmatings/utmatingssystem mottar de innmatede lyspulsene ved den første bøl-gelengden og den andre bølgelengden. Innmatings/utmatingssystemet retter en første del av hver lyspuls med den første bølgelengden som har en første polarisasjon gjennom gruppen eller matrisen av akustiske sensorer i en første retning, så gjennom den første optiske forsinkelsesbanen, og så til det første detekteringssystemet. Innmatings/utma-tingssystemet retter en andre del av hver lyspuls med den første bølgelengden i en andre polarisasjon ortogonalt på den første polarisasjonen gjennom den første optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen eller matrisen av akustiske sensorer i en andre retning, og så til det første detekteringssystemet. Det første detekteringssystemet detekterer variasjoner i mottatt lys forårsaket av akustiske signaler som varierer over det første dynamiske området. Innmatings/utmatingssystemet retter den første del av hver lyspuls med den andre bølgelengden som har en første polarisasjon gjennom gruppen eller matrisen av akustiske sensorer i en første retning, så gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen, og så til det andre detekteringssystemet. Innmatings/utmatingssystemet retter en andre del av hver lyspuls med den andre bølgelengden i den andre polarisasjon ortogonalt på den første polarisasjonen gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen eller matrisen av akustiske sensorer i en andre retning, og så til det andre detekteringssystemet. Det andre detekteringssystemet detekterer variasjoner i mottatt lys forårsaket av akustiske signaler som varierer over det andre dynamiske området.

Et annet aspekt i den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å avføle for-styrrelse eller perturbasjoner. Fremgangsmåten omfatter å inmnate lyspulser med en første bølgelengde i en gruppe eller matrise av sensorer som innbefatter en første optisk forsinkelsesbane ved den første bølgelengden. Lyspulser med en andre bølgelengde blir så matet inn i gruppen eller matrisen av sensorer. Gruppen av sensorer innbefatter en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengden. Den andre optiske forsinkelsesbanen har en forskjellig optisk lengde enn den første optiske forsinkelsesbanen. Den første del av hver lyspuls med den første optiske bølgelengden som har en første polarisasjon blir rettet gjennom gruppen eller matrisen av sensorer i en første retning, så gjennom den første optiske forsinkelsesbanen. En andre del av hver lyspuls med den første bølgelengden i en andre polarisasjon ortogonal på den første polarisasjonen blir rettet gjennom den første optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen eller matrisen av sensorer i en andre retning. Variasjoner i de første og andre delene av hver lyspuls ved den første bølgelengden forårsaket av forstyrrelser som varierer over et første dynamisk område blir detektert. En første del av hver lyspuls med den andre bølgelengden som har en første polarisasjon blir rettet gjennom gruppen eller matrisen av sensorer i en første retning, så gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen. En andre del av hver lyspuls med den andre bølgelengden med en andre polarisasjon ortogonalt på den første polarisasjonen blir rettet gjennom den andre optiske forsinkelsesbanen, så gjennom gruppen eller matrisen av sensorer i en andre retning. Variasjoner i de første og andre delene av hver lyspuls med den andre bølgelengden forårsaket av forstyrrelser som varierer over et andre dynamisk område blir detektert. I spesielle utførelser av fremgangsmåten, er forstyrrelsene eller perturbasjonene akustiske signaler.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningene, der:

Figur 1 illustrerer et eksempel på et Sagnac-interferometer som har en enkelt avfølings-sløyfe; Figur 2 illustrerer en Sagnac-sensorgruppe i samsvar med den foreliggende oppfinnelse hvor hvert trinn av en sensorgruppe danner et ytterligere Sagnac-interferometer; Figur 3 illustrerer en Sagnac-sensorgruppe som innbefatter erbiumdopede fiberforsterkere for å regenerere signaleffekt tapt på grunn av kobling og spredningstap eller liknende; Figur 4 illustrerer en kurve over frekvensresponsen for et Sagnac-interferometer i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, sammenliknet med de tre dominerende hav-bunnsstøyer; Figur 5 illustrerer kurver over det maksimale og minimale akustiske signalet som kan påvises av et Mach-Zehnder interferometer, og som påvises av et Sagnac-mtefrerometer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, og viser det relativt konstante dynamiske området til et Sagnac-interferometer over et bredt område av frekvenser; Figur 6 illustrerer kurver over det minimalt påvisbare akustiske signalet som funksjon av frekvensen for tre Sagnac-interferometerkonfigurasjoner som har forskjellige fiber-lengder i hydrofonen og forsinkelsessløyfen; Figur 7 illustrerer et Sagnac-interferometer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen som innbefatter en ytterligere forsinkelsessløyfe for å øke det dynamiske området til interferometeret; Figur 8 illustrerer en kurve over det dynamiske området tilveiebrakt av interferometeret på figur 7; Figur 9A illustrerer plasseringen av forsinkelsessløyfen til interferometeret i den tørre enden av et sensorgruppesystem; Figur 9B illustrerer plasseringen av forsinkelsessløyfen til interferometeret i den våte enden av et sensorgruppesystem; Figur 10 illustrerer Sagnac-interferometeret på figur 9B med annotasjoner som viser lengdene som brukes i beregninger av virkningene av fasemodulasjon; Figur 11 illustrerer en teknikk for å vikle forsinkelsessløyfen for å redusere virkningene av den akustiske bølgen på forsinkelsessløyfen; Figur 12 illustrerer et Sagnac-interferometer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen som innbefatter tomme trinn som påviser fordelt opphentet støy som kan subtraheres fra signalene generert av sensorene; Figur 13 illustrerer et Sagnac-interferometer i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen som innbefatter en depolarisator for å redusere virkningene av polarisasjonsredusert fading; Figur 14 illustrerer et Sagnac-interferometer som anvender frekvensdivisjonsmultipleksing; Figur 15 illustrerer en kurve som viser genereringen av beatsignalene mellom det forsinkede modulasjonssignalet og de returnerende sensorsignalene i interferometeret på figur 14; Figur 16 illustrerer et Sagnac-interferometer som anvender kodedivisjonsmultipleksing; Figur 17 illustrerer arkitekturen til en foldet Sagnac-akustisk fibersensorgruppe; Figur 18 illustrerer en kurve over antall returnerte pulser pr. tidsintervall, og viser sepa-reringen i tid av signalpulser og støypulser; Figur 19 illustrerer en foldet, akustisk Sagnac-fibersensorgruppe som har en andre for-sinkelsessløyfe for å tilveiebringe utvidet dynamisk område; Figur 20 illustrerer en foldet, akustisk Sagnac-fibersensorgruppe som har en fasemodulator og nullstillingskretser i stedet for reflektoren på figur 17; Figur 21 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av figur 19 der de to forsinkelses-sløyfene er tilkoblet forskjellige porter av kopleren; Figur 22 illustrerer en alternativ utførelse av et fiberoptisk, akustisk sensorgruppesystem som anvender et roterende Faraday-speil; Figurene 23A, 23B og 23C illustrerer ytterligere alternative utførelser av en fiberoptisk, akustisk sensorgruppe som anvender en upolarisert lyskilde i kombinasjon med en depolarisator, en polarisasjonsstrålesplitter og et roterende Faraday-speil; Figur 24 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk, akustisk sensorgruppe som anvender en upolarisert lyskilde i kombinasjon med en optisk sirkulator, en 2x2 kopler, og en ikke-resiprok faseskifter; Figur 25 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet, fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figur 24, der depolarisatoren befinner seg i den andre gruppeinnma-tings/utmatingsfiberen; Figur 26 illustrerer en første foretrukket utførelse av den ikke-resiproke Jt/2-faseskifteren på figurene 24 og 25, og illustrerer effekten av polariseringen av lyset som forplanter seg i den første retning gjennom faseskifteren; Figur 27 illustrerer virkningen på polariseringen av lyset som forplanter seg i en andre (motsatt) retning gjennom faseskifteren på figur 26; Figur 28 illustrerer en alternativ foretrukket utførelse av den ikke-resiproke 7t/2-faseskifteren på figur 24 og 25, og illustrerer virkningen på polarisasjonen av lyset som forplanter seg i en første retning gjennom faseskifteren; Figur 29 illustrerer virkningen på polarisasjonen av lyset som forplanter seg i en andre (motsatt) retning gjennom faseskifteren på figur 28; Figur 30 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk, akustisk sensorgruppe, som anvender polarisert forspenning for multiple detektorer, der hver detektor har et forspenningspunkt som kan innstilles uavhengig av forspenningspunktene til de andre detektorene; Figur 31 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figur 30, hvori en depolarisator befinner seg i den andre gruppens innmatings/utmatingsfibei" Figur 32 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figur 30, hvor en optisk sirkulator erstatter 2x2-kopleren; Figur 33 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figur 32, hvor depolarisatoren befinner seg i den andre gruppens inn-matings/utmatingsfiber; Figur 34 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av en foldet Sagnac-sensorgruppe, som innbefatter et kombinert innmatings/utmatingssystem; Figur 35 illustrerer en alternativ utførelse av en foldet, fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figur 34 hvor depolarisatoren befinner seg i den andre gruppens inn-matirigs/utmatingsfiber; og Figur 36 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av en foldet, fiberoptisk, akustisk sensorgruppe tilsvarende figurene 34 og 35 hvor detektorene er koblet til innmatings/- utmatings-subsysteinet av optiske fibere for å tillate detektorene å være anordnet på avstand. Figur 37 illustrerer en alternativ utførelse av en 16-sensorgruppe for bruk i kombinasjon med frontendesystemene beskrevet på figurene 30 og 36; Figur 38 som omfatter figurene 38A og 38B, illustrerer en alternativ sensorgruppe som innbefatter 16 sensorer i en forsterket trestmkturtelemetri som benytter en polarisert basert frontende tilsvarende systemet beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 30-36; Figur 39A illustrerer det returnerte pulstoget målt på en av detektorene på fig. 38A for en pulsbredde på 50 nanosekunder og en repetisjonsfrekvens på 0,942 MHz (1,06 mikrosekund avstand); Figur 39B illustrerer det returnerte pulstoget målt på en av detektorene på fig. 38A fol-en pulsbredde på 50 nanosekunder og en repetisjonsfrekvens på 1,042 MHz (0,96 mikrosekund avstand); Figur 40A illustrerer en oscilloskoptegning som representerer den målte effekten detektert fra en av sensorene på fig. 38B når en topp-til-topp-fasemodulasjon er større enn n er indusert i en PZT transduser i serie med sensoren; Figur 40B illustrerer resultatene av måling av synligheten til sensoren i samsvar med figur 40A for åtte tilfeldig innstillinger av en felles polarisasjonsstyreinnretning som befinner seg i en av innmatings/utmatingsfibrene i gruppen på figur 38B; Figur 41 illustrerer resultatene av måling av den detekterte responsen fra en enkelt de-tektorkonifgurasjon når en fiberviklet PZT blir brukt for å simulere et akustisk signal og en amplitudemodulasjon ved 3,6 kHz var plassert på det optiske signalet fra kilden ved bruk av en litiumniobatmodulator i signalbanen fra kilden til kollimatoren på figur 38A; Figurene 42A, 42B og 42C illustrerer vfrkningene av kildeeffekt på den målte støyen i detektoren (mottageren) som en funksjon av sensortelling for likestrømskildestrømmer på henholdsvis 1,4 uA, 4,05 uA og 9,89 uA. Figur 43A illustrere en opptegning av det minimalt detekterbare akustiske signalet i en 1-sekunds integrasjonstid og illustrerer også en opptegning av det maksimale detekterbare signalet definert som det som produser et 1 urad/VHz . fasesignal for en forsinkelsestid i en forsinkelsessløyfe på 50 mikrosekunder; Figur 43B illustrere en opptegning av det minimalt detekterbare akustiske signalet i en 1-sekunds integrasjonstid og illustrerer også en opptegning av det maksimale detekterbare signalet definert som det som produser et 1 uråd/VHz fasesignal for de samme parametrene som på figur 43A, men for en forsinkelsestid gjennom forsinkelsessløyfen på 500 nanosekunder; Figur 44 illustrerer fasevariasjonen i en sensor forårsaket av et akustisk signal påtrykt en av sensorene på figur 38B; Figurene 44B og 44C er opptegninger over den induserte faseforskj ellen på grunn av fa-sesignalet på figur 44A for signalet som forplanter seg gjennom den lengste forsinkel-sessløyfen (figur 44B) og den korteste forsinkelsessløyfen (figur 44C); Figur 45 A illustrerer en frontende for en akustisk sensorgruppe, som er tilsvarende frontenden på figur 38A unntatt for at frontenden på figur 45A innbefatter en første signalkilde som sender ut en første sekvens av optiske signalpulser ved en første bøl-gelengde X[ og innbefatter en andre signalkilde som sender ut en andre sekvens av optiske signalpulser med en andre bølgelengde % 2 og innbefatter en første forsinkelses-sløyfe for de optiske signalpulsene med den første bølgelengden og en andre forsinkel-sessløyfe for de optiske signalpulsene med den andre bølgelengden; Figur 45B illustrerer en akustisk sensorgruppe forbundet med frontenden på figur 45A; Figur 46A er en opptegning av signalet fra en gitt sensor som passerer gjennom den lengste forsinkelsessløyfen på figur 45A; Figur 46B illustrerer bruken av lineær ekstrapolasjon for å forutsi en kanttelling av P(2t) fra opptegningen på figur 46A; og Figur 47 er en opptegning av den maksimale verdien på A før kanttellingsfeil opptrer som en funksjon av frekvens for T ....= 100 mikrosekunder, t = 50 sekunder, og for T ..= 100 nanosekunder.

Den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet i tilknytning til en gruppe av akustiske sensorer (for eksempel hydrofoner) i en Sagnac-sløyfe. Før de foretrukne utførelsene skal beskrives, skal det gis en kort oppsummering av virkemåten for en enkelsløyfe akustisk Sagnac-sensor.

Enkeltsløyfe akustisk Sagnac- sensor

En enkel Sagnac-basert akustisk sensor 100 er vist i figur 1. Sagnac-sløyfen er delt i to deler eller partier, en forsinkelsessløyfe 102 og en hydrofon 104. Forsinkelsessløyfen

102 er ganske enkelt en stor fiberlengde, typisk lenger enn 1 kilometer. Hydrofonen 104 er en del av en fiber hvori en akustisk bølge blir omformet i en fasemodulasjon av et optisk signal som forplanter seg gjennom fiberen. En høy reaksjon på akustiske bølger blir typisk oppnådd ved å velge optimaliserte belegg i seksjonen av fiberen i hydrofonen

104, og vikling av fiberen rundt en dor av egnet sammensetning. (Se for eksempel J. A. Bucaro et al., Optical fibre sensor coating, Optical Fiber Sensors, Prooceedings of the

NATO Advanced Stud<y> Institute. 1986, s. 321-338). Fiberlengden viklet rundt hydrofonen 104 er typisk 10 meter til 100 meter. Lys fra en kilde 110, slik som for eksempel en superfluorescerende fiberkilde (SFS), blir delt i stråler med klokken (CW) og mot klokken (CCW) av en 3x3-kopler 112. Virkemåten for 3x3-kopleren 112 er velkjent og er beskrevet i for eksempel Sang K. Sheem, Fiber- optic gyroscope with [ 3x3] directional coupler, Applied Phvsics Letters, bind 37, nr. 10,15. november 1980, s. 869-871.

Selv om det her er beskrevet brukt en 3x3-kopler 112, kan andre kopiere (for eksempel en 2x2-kopler, en 4x4-kopler, etc.) brukes med alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelse. For å bruke en 2x2-kopler, blir for eksempel begge portene av en side brukt til å danne Sagnac-interferometeret. En port på den andre siden er en detekterings-port. Den gjenværende porten blir brukt til å sende lys inn i gruppen og kan også brukes som en påvisningsport dersom en kopler eller sirkulator blir brukt (på en tilsvarende måte som gjøres med fiberoptiske gyroskop). Generelt kan en hvilken som helst (n x m)-kopler brukes ved å anvende to porter på en side av kopleren for å danne Sagnac-interferometeret, og bruke portene på den andre siden av kopleren som detekte-ringsporter, utsendelsesporter eller begge deler.

Etter deling forplanter CW-strålen seg først gjennom forsinkelsessløyfen 102, og deretter gjennom hydrofonen 104, mens CCW-strålen forplanter seg først gjennom hydrofonen 104, og deretter gjennom forsinkelsessløyfen 102. Under en tidsforsinkelse Tdeiay mellom et tidspunkt når CW-strålen forplanter seg gjennom hydrofonen 104 og et tidspunkt når CCW-strålen forplanter seg gjennom hydrofonen 104, endrer det akustiske signalet og likeledes den akustisk induserte fasemodulasjonen i hydrofonen 104 seg. Denne endringen i fasemodulasjon blir kartlagt i en faseforskjell mellom de motforplantende strålene, som blir omformet til en intensitetsmodulasjon når strålene rekombineres i 3x3-kopleren 112. Denne intensitetsmodulasjonen blir så påvist av en førstede-tektor 120 og en andre detektor 122 eller av bare en av de to detektorene.

Mer eksplisitt, dersom et akustisk signal induserer en fasemodulasjon ^cos(Qt) i hydrofonfiberen 104, er den resulterende fasemodulasjonen mellom de interfererende strålene i hydrofonen 104, $-„f(t), gitt av:

der Tdeiay er forplantningstiden gjennom forsinkelsessløyfen. $„/(t) er således en funksjon av hydrofonmodulasjonen fa og produktet av den akustiske modulasjonsfrekven-sen, Q, med sløyfeforsinkelsen Tdeiay. Dette skiller seg fra en Mach-Zehnder interferometrisk sensor hvor $„,(t) er en funksjon av bare hydrofonmodulasjonen fa. Maksimal sensitivitet oppnås i den akustiske Sagnac-sløyfesensoren når produktet av den akustiske frekvensen, Q, og tidsforsinkelsen, Tdeiay, er et odd multippel av % (maksimalverdi av det første sinusuttrykket i likning 1). Den akustiske frekvensen som utgjør dette produktet % blir kalt den riktige frekvensen for sløyfen, som er den laveste frekvensen hvorved maksimal sensitivitet oppnås. De fleste undervaimsavfølingsapplikasjoner gjelder påvisningen av akustiske frekvenser under 10 kHz. For at den riktige sløyfefrekvensen skal mindre enn 10 kHz er det nødvendig med en forsinkelsestid på minst 50 mikrosekunder og derved en forsinkelsessløyfelengde på minst 10 km. Den akustiske Sagnac-sensoren 100 krever derfor stor fibermengde for påvisningen av lave akustiske frekvenser (<10 kHz).

Felleslinjen eller banedesignen som er iboende i Sagnac-interferometeret har mange fordeler sammenliknet med et Mach-Zehnder interferometer i tillegg til det stabile forspenningspunktet og eliminering av fasestøy, som allerede er nevnt. Et Sagnac-interferometer tillater bruk av en kort koherenslengde, bredbåndskilde, slik som en superfiuorescer-ende fiberstruktur (SFS), et eksempel på en forsterket spontan emisjonskilde (ASE). Slike kilder er rimelige og kan lett bli høy effekt. Det er vist at bruken av 3x3-kopleren forspenner passivt til den akustiske Sagnac-sensoren nær kvadraturen. (Se Sang K. Sheem, Fiber- optic gyroscope with [ 3x3] directional coupler, Applied Physics Letters, bind 37, nr. 10,15. november 1980, s. 869-871; og H. Poisel et al., Low- cost ifbre- optic gyroscope, Electronics Letters, bind 26, nr. 1,4. januar 1990, s. 69-70). Ved å subtrahere signalene fra de to detekteringsportene til 3x3-kopleren, kan kildeoverskuddsstøy, som er den begrensende støykilden til SFS-kilder, subtraheres, mens fasemodulasjon indusert intensitetsvariasjoner pga. hydrofonen blir tilføyd. Dette muliggjør at et Sagnac-interferometer kan nærme seg nær skuddstøybegrenset ytelse. (Se Kjell Kråkenes et al., Sagnac- interferometer for underwater sound detection; noise properties, OPTICS LETTERS, bind 14, nr. 20,15. oktober 1989, s. 1152-1145).

Tidligere arbeid på Sagnac-baserte akustiske sensorer har vært begrenset til en enkelt sensorkonfigurasjon. Pga. de iboende fordelene til Sagnac-interferometeret, har søkerne fastslått at det er ønskelig å erstatte Mach-Zehnder interferometriske sensorer i en storskalagruppe med Sagnac-baserte sensorer. Hver Sagnac-sensor 100 beskrevet ovenfor krever mange kilometer fiber, hvilket gjør innføringen av mange slike sensorer i en storskalagruppe upraktisk. Forskning og bruk av resirkulerende forsinkelsessløyfer for å redusere fiberlengdekravet har frembrakt sensorer som benytter betydelig mindre fiber, men lider av høy støy pga. innlemmelsen av EDFA i resfrkuleringssløyfen. (Se for eksempel J. T. Kringlebotn et al., Sagnac- interferometer IncludingA Recirculating Ring With An Erbium- doped Fibre Amplifier, OFS ' 92 Conference Proceedings, s. 6-9). En ny fremgangsmåte for å minske fiberkravet er beskrevet nedenfor.

Ny sensorgruppe basert på Sagnac- interferometeret

Som angitt nedenfor, har søkerne oppdaget et nytt system som reduserer fibermengden som er nødvendig for en Sagnac-basert storskalagruppe ved å multiplekse multiple sensorer på den samme forsinkelsessløyfen, og frembrakt en praktisk Sagnac-sensorgruppe (SSA). Som illustrert i figur 2 innbefatter en Sagnac-sensorgruppe 200 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse en gruppe 210 av hydrofoner 212(i) en stigekonifgurasjon som er festet til en enkelt forsinkelsessløyfe 214. For eksempel viser figur 2 en Sagnac-sensorgruppe 210 som har N hydrofoner 212(1), 212(2)...212(N) i respektive trinn 216(1), 216(2)...216(N). Hvert frinn 216(i) i Sagnac-sensor gruppen 210 omfatter en enkelt fiber viklet rundt en respektiv hydrofon 212(i). Hver linje fra en 3x3-kopler 220 gjennom forsinkelsessløyfen 214 og gruppen 210 og tilbake til kopleren 220 omfatter et separat Sagnac-interferometer. For en gruppe med N sensorer 212 er det derfor N separate Sagnac-interferometere, som hvert oppfører seg slik som enkeltsløyfe-Sagnac-sensoren 100, vist i figur 1. Hvert Sagnac-interferometer måler det akustiske signalet i et separat punkt i rommet, dvs. stedet til hydrofonen 212(i). For eksempel måler Sagnac-interferometeret, omfattende forsinkelsessløyfen 214 og trinnet 216(1) det akustiske signalet ved hydrofonen 212(1). I tillegg henter hvert Sagnac-interferometer også opp akustiske signaler (for eksempel støy) andre steder i sløyfen, hvilken støy med fordel reduseres, hvilket skal beskrives nedenfor.

Sagnac-sensorgruppen 200 forstås lettest i en tidsdivisjon multiplekset (TDM) konfigurasjon (ikke -TDM konfigurasjoner er beskrevet senere). En kilde 222 (som med fordel kan omfatte en konvensjonell pulset kilde eller kan omfatte en CX-kilde med en ekstern modulator) genererer en lyspuls som entrer Sagnac-sløyfen via en tredje port på kopleren 220 og forplanter seg i både CW- og CCW-retnfngene som indikert på figur 2. Når den når gruppen 210, blir CCW-pulsen splittet i tog av N separate pulser. Ved dette punktet har CW-innmatingspulsen ikke ennå nådd gruppen 210 og er fremdeles en enkelt puls. Når CW-pulsen når gruppen 210, blir den også splittet i et tog av N pulser. Hver puls i CW-toget returnerer til 3x3-kopleren 220 etter å ha forplantet seg gjennom et respektivt trinn 216(i) og interfererer med pulsen i CCW-toget som har forplantet seg i det samme trinnet 216(i) i den motsatte retningen. N pulser blir således påvist av den første detektoren 230 og en andre detektor 232, og hver puls omfatter CW- og CCW-pulsene til en av de N Sagnac-sløyfene (dvs. de pulsene som har forplantet seg i motsatte retninger gjennom det samme respektive trinnet (216(i)). Siden pulsene som forplanter seg gjennom forskjellige kombinasjoner av trinn, ikke forplanter seg identiske, optiske linjer eller baner, faller ikke slike pulser sammen i tid i kopleren 220, og de interfererer derfor ikke med hverandre i kopleren 220. Pulsbreddene må være mindre enn forsinkelsesforskjellen mellom tilstøtende sensorer, slik at pulsene fra tilstøtende sensorer ikke overlapper hverandre.

Som illustrert i figur 3, er med fordel erbiumdopede fiberforsterkere (EDFA) 240 med liten forsterkning tilføyd gruppepartiet 210, slik som EDFA tilføyd Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupper. (Se for eksempel Craig W. Hodgson et al., Optimization of Large- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part I: Signal- to- Noise Ratio, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 16, nr. 2, februar 1998, s. 218-223; Craig W. Hodgson et al., Optimization of Large- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part II: Pump Power, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 16, nr. 2, februar 1998, s. 224-231; Jefferson L. Wagener et al., Novel Fiber Sensor Arrays Using Erbium- Doped Fiber Amplifiers, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 15, nr. 9, september 1997, s. 1681-1688; og C. W. Hodgson et al., Large- scale interferometric fiber sensor arrays with multiple optical amplifiers, OPTICS LETTERS, bind 22, nr. 21,21. November 1997, s. 1651-1653). EDFA 240 øker antallet sensorer som kan støt-tes av en enkelt gruppe 210 ved å regenerere signalstyrken som tapes pga. kobling og spredningstap. EDFA blir med fordel pumpet av en eller flere pumpelaserkilder 242 via en splitter-kopler 244, og via en første bølgelengdedivisjonsmultipleksingskopler 246(WDM) og en andre WDM-kopler 248.

Siden den benytter Sagnac-arkitekturen, har Sagnac-sensorgruppen 200 alle fordelene til den enkeltsløyfe Sagnac-baserte sensoren 100 beskrevet ovenfor. Den felles bane eller linjedesign eliminerer omformingen av kildefasestøy til intensitetsstøy i interferenskop-leren 220. Kilden 222 kan være en fiber ASE (forsterket spontan emisjon) kilde (dvs. SFS beskrevet ovenfor), som tilveiebringer høy effekt på rimelig måte ved 1,55 um. Passiv forspenning nær kvadratur kan oppnås for alle sensorene ved å benytte 3x3-kopleren 220. 3x3-kopleren 220 tilveiebringer også en hensiktsmessig innretning for å påvise to interferometriske utgangssignaler på detektorene 230,232, og bruke utgangssignalene til de to detektorene til å subtrahere kildeoverskuddsstøy. (Se for eksempel K. Kråkenes et al., Sagnac- interferometer for underwater sound detection; noise properties, OPTICS LETTER, bind 14, nr. 20,15. oktober 1989, s. 1152-1154, som viser bruken av to detektoren i kombinasjon med et enkelt Sagnac-interferometer).

Egenskapene til denne nye Sagnac-sensorgruppen 200 skal beskrives mer spesielt nedenfor fulgt av en mer detaljert beskrivelse av frekvensresponsen og dynamisk område som er resultatet av bruk av et Sagnac-interferometer. Deretter vil det bh beskrevet en beregning av størrelsen av den fordelte opphentingen fra ikke-hydrofonifbersløyfeseg-mentene, sammen med en teknikk for å redusere denne opphentingsstørrelsen. Polarisering vil også bli adressert nedenfor. Nye støykilder som introduseres ved Sagnac-designen blir så beskrevet. Til slutt presenteres andre multipleksingsfremgangsmåter enn TDM for Sagnac-sensorgruppen.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet ovenfor med hensyn til en enkelt sensor i hvert trinn 216(i) av gruppen 210, må det forstås at hvert trinn 216(i) med fordel kan omfatte en subgruppe som har multiple sensorer, slik som er beskrevet for eksempel i den godtatte U.S. patentsøknad nr. 08/814 548, inngitt 11. mars 1997, som er innlemmet som refe-ranse her. (Se også C. W. Hodgson et al., Large- Scale interferometricfiber sensor arrays with multiple optical amplifiers, Optics Letters, bind 22,1997, s. 1651-1653; J. L. Wagener et al., Novel Fiber Sensor Arrays Using Erbium- Doped Fiber Amplifiers, Journal of Lightwave Technology, bind 15,1997, s. 1681-1688; C. W. Hodgson et al., Optimization oflarge- scåle fiber sensor arrays incorporating multiple optical amplifiers, Part II: pump power, Journal ofLightwave Technology, bind 16,1998, s. 224-231).

Frekvensrespons

Som angitt ovenfor har Sagnac-sensoren en frekvensavhengig respons gitt av likning 1. Ved frekvenser godt under den riktige frekvensen til sløyfen, definert som l/(2-Tdeiay)s skaleres det minimale påvisbare akustiske signal med den inverse verdien av den akustiske frekvensen. Denne minskede akustiske sensitiviteten ved lave frekvenser har vært en hovedbekymring for den akustiske Sagnac-sensoren. Det har imidlertid vært påpekt at denne minskede sensitiviteten ved lave frekvenser, med fordel tilpasses ved et økende havstøygulv (Se for eksempel Sverre Knudsen, Ambient and Optical Noise in Fiber-Optic Interferometric Acoustic Sensors, Fiber- Optic Sensors Based on the Michelson and Sagnac- interferometers: Responsivity and Noise Properties. Thesis, kapittel 3, Norwegian University of Science and Technology, 1996, s. 37-40). Ideelt ville det være ønskelig dersom det minimale påvisbare akustiske signalet til en gruppe ved en gitt frekvens var konstant under havstøygulvet ved denne frekvensen. Det minimale påvisbare akustiske signalet ville således også øke ved lavere frekvenser for å tilpasse seg det økende havstøygulvet. Frekvensresponsen for Sagnac-sensorgruppen 200 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer i virkeligheten en god tilpasning mellom havstøygulvet Og den akustiske sensitiviteten. Dette er illustrert i figur 4 hvor det minimale påvisbare akustiske signal for en Sagnac-sensorgruppe er opptegnet som en kurve 250 under antakelsen av et optisk støygulv på 10 uråd/ VHz , en hydrofonfaseresponsi-vitet på 3,2 x IO"<7> rad/uPa og en forsinkelsessløyfelengde på 20 km. (Den vertikale akse er i dB relativt til en grunnlinje på 1 |urad7 I figur 4 er det også opptegnet hav-støygulv for de tre dominerende havstøykildene ved disse frekvensene og en resulterende sum av støyen fra de tre kildene. En kurve 252 representerer støyen fra havturbu-lens, jordskjelv, vulkanske utbrudd og liknende. En kurve 253 representerer lett skips-støy. En kurve 254 representerer DSSO støy (fjerne skip og stormer). En kurve 256 representerer summen av støygulvene fra de tre dominante kildene (dvs. summen av kurvene 252,253 og 254). (Se for eksempel Robert J. Urick, The noise background of the sea: ambient noise level, Principles of Underwater Sound. 3. utg. kap. 7, McGraw-Hill, 1983, s. 202-236). Det minimale påvisbare akustiske signalet til Sagnac-sensorgruppen 200 øker på en slik måte at det tilveiebringes en nærmest konstant mengde av påvisbart signal under havstøygulvet ved alle frekvenser under 10 kHz. Den frekvensavhengige responsen for Sagnac-sensorgruppen 200 forhindrer således ikke lavfrekvens akustisk påvisning. Mach-Zehnder gruppe viser den samme tendensen som Sagnac-sensorgruppen, nemlig en avtakende sensitivitet mot lavere frekvenser, men i Mach-Zehnder-gruppen er det den avtakende sensitiviteten mindre enn i den Sagnac-baserte sensor.

Selv om både Mach-Zehnder interferometeret og Sagnac-sensorgruppen 200 har tilsvarende frekvensavhengige responser, er kilden for deres frekvensresponser funda-mentalt forskjellige. Det økende minimale påvisbare signalet i Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppe skyldes et økende optisk støygulv. Årsaken til dette økende, optiske støygulvet er fasestøyen irrnført ved det linjeubalanserte Mach-Zehnder interferometeret. Selv om støygulvet er 10 urad/ VHz ved 10 kHz vil det således øke mot lavere frekvenser. I Sagnac-sensorgruppen 200 skyldes det økende minimalt påvisbare akustiske signalet sinfQTdeiayÆ) uttrykt i likning 1, og ikke en økning av det optiske støygulvet. Det optiske støygulvet forblir konstant 10 urad/ VHz over hele frekvensområdet.

Tydeligheten av denne forskjellen sees ved å undersøke det dynamiske området til Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppe og Sagnac-sensorgruppe 200, illustrert i figur 5. Det dynamiske området til en sensor er begrenset av den minimale og maksimale påvisbare faseforskyvning. For interferometriske sensorer er den maksimale påvisbare faseforskyvningen begrenset av den ikke-lineære responsen for interferometeret og den minimale påvisbare faseforskyvning av det optiske støygulvet. Både den Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppen og Sagnac-sensorgruppen har maksimale påvisbare faseforskyvninger som er konstante over det akustiske frekvensområdet. Sagnac-sensorgruppen 200 har imidlertid også en flat minimal påvisbar faseforskyvning siden den har et flatt optisk støygulv, mens den Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppen lider av en økende minimal påvisbar faseforskyvning pga. av et økende optisk støygulv forårsaket av fasestøyen innført av det linjeubalanserte interferometeret. Sagnac-sensorgruppen 200 har således et konstant dynamisk område ved alle akustiske frekvenser, mens den interferometriske Mach-Zehnder sensorgruppen har et økende dynamisk område ved lave akustiske frekvenser. Dette er illustrert i figur 5 hvor det minimale og maksimale påvisbare akustiske signal (i dB tilfeldige enheter) er opptegnet for Sagnac-sensorgruppen 200 og en Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppe. Som vist i figur 5, har begge grupper et omtrent 100 dB dynamisk område over 1 kHz, hvor fasestøy ikke begrenser den interferometriske Mach-Zehnder sensorgruppe. Ved 10 Hz dominerer fasestøy den interferometriske Mach-Zehnder sensorgruppen, og dens dynamiske områder reduseres til omtrent 74 dB. Samtidig forblir det dynamiske området til Sagnac-sensorgruppen 200 ved omtrent 100 dB.

Det er interessant å undersøke frekvensresponsen for Sagnac-sensorgruppen 200 ved frekvenser godt under den riktige sløyfefrekvensen som en funksjon av forsinkelses-sløyfelengden og hydrofonens responsegenskaper. Ved disse frekvensene kan sinfDTdekyÆ) faktoren i likning 1 approksimeres som QTdeiay/2, og viser at responsegenskapene til Sagnac-sensorgruppen 200 er proporsjonal med produktet av fa og Tdeiay Selve fa er proporsjonal med mengden fiber i hver hydrofon 212(i), og Tdeiay er proporsjonal med mengden fiber i forsinkelsessløyfen 214. Responsegenskapene ved frekvenser godt under sløyfens riktige frekvens er således proporsjonal med produktet avhyd-rofonfiberlengden og forsinkelsesifberlengden. Figur 6 viser det minimalt påvisbare akustiske signalet for flere Sagnac-sensorgruppekonfigurasjoner, hvor produktet av lengden av fiberen i hver hydrofon 212(i) og fiberens lengde i forsinkelsessløyfen 214 er konstant, men den relative fordelingen av fiber mellom forsinkelsessløyfen 214 og hver hydrofon 212(i) endrer seg. For eksempel representerer en kurve 260 frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgruppe 200 som har 45 km fiber i dens forsinkelsessløyfen 214 og 100 meter fiber i hver hydrofon 212(i); en kurve 262 representerer frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgruppe 200 som har 30 km i dens forsinkelsessløyfen 214 og 150 meter fiber i hver hydrofon 212(i); og en kurve 264 representere!- frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgruppe 200 som har 15 km fiber i dens forsinkelsessløyfen 214 og 300 meter fiber i hver hydrofon 212(i). Som illustrert har vær Sagnac-sensorgruppe 200 den samme sensitiviteten ved lave frekvenser, men nærmer seg en maksimal sensitivitet ved forskjellige frekvenser gitt ved deres respektive riktige sløyfefrekvenser. For et gitt minimalt påvisbart, akustisk signal ved lave frekvenser, er det således fremdeles en viss frihetsgrad ved valg av fiberlengdene av forsinkelsessløyfen 214 og hydrofonene 212(i). Denne frihetsgraden kan anvendes til hjelpe Sagnac-sensorgruppen 200 til å tilfredsstille andre kriterier, slik som minimali-sering av den totale mengde fiber som er nødvendig, eller å minimalisere forsinkelses-sløyfelengden.

Økning av det dynamiske område for Sagnac- sensorgruppen

Som beskrevet ovenfor har Sagnac-sensorgruppen 200 et større dynamisk område ved lave akustiske frekvenser enn den Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppen siden den er immun overfor fasestøy. Ideelt tilveiebringer en gruppe 200 et tilstrekkelig dynamisk område til å påvise det sterkeste og svakeste akustiske signal som kan forventes. Dette kravet oversettes ofte til et nødvendig dynamisk område på omtrent 150 dB. For å oppnå et slikt stort, dynamisk område i en Mach-Zehnder interferometrisk sensorgruppe er det nødvendig med to separate sensorer med forskjellige faseresponser, der hver påviser en fraksjon av det totale 150 dB dynamiske området. Den åpenbare ulempen med dette oppsettet er at det krever to sensorgrupper (dvs. dobbelt så mange hydrofoner, Irinn, kilder og detektorer). En gruppe som kan støtte N hydrofoner kan effektivt påvise det akustiske signal ved bare N/2 punkter.

I Sagnac-sensorgruppen 200 er det mulig å oppnå et stort dynamisk område uten å bruke ytterligere hydrofoner 212. Siden faseresponsegenskapene i Sagnac-sensorgruppen er en funksjon av hydrofonresponsegenskapene og forsinkelsessløyfelengden, som vist i likning 1, kan faseresponsegenskapene for hele hydrofongruppen endres ved å modifisere forsinkelsessløyfelengden. Ved samtidig å bruke to separate forsinkelsessløyfer 214(1) og 214(2) med lengde henholdsvis Li og L2 som vist i en modifisert sensorgruppe 266 i figur 7, kan detekteringsområdet til gruppen 266 økes dramatisk. Gruppen 266 har nå 2N separate Sagnac-sløyfer. Hver hydrofon 212(i) returnerer et separat signal for hver av de to forsinkelsessløyfelinjene, og lengden av hver forsmkelsessløyfe 214(1), 214(2) bestemmer det akustiske påvisningsområdet til dette signalet. Det totale akustiske påvisningsområdet for hver hydrofon 212(i) er samlingen av påvisningsom-rådene for hver av de Sagnac-sløyfesensorene som innelukker hydrofon 212(i). Lengdene av Li og L2 innstiller det akustiske påvisningsområdet. Lengden Li og L2 er valgt slik at gruppen 266 kan påvise det minste akustiske signalet av interesse. Lengden Li av forsinkelsessløyfen 214(i) blir så valgt til å plassere påvisningsområdet til signalene som forplanter seg bare i denne kortere forsinkelsessløyfen på toppen av påvisningsområdet av signalene som forplanter seg i begge forsinkelsessløyfene 214(1), 214(2). I et TDM-system vil som et resultat av innføringen av en andre sløyfe repetisjonsfrekvensen til kildepulsene være halvert for å tillate returtid for 2N pulser, og lengdene av forsin-kelsessløyfene 214(1), 214(2) er valgt slik at det ikke er noen pulsoverlapping. Siden repetisjonsfrekvensen er halvert, avtar det dynamiske området til hvert individuelt signal med 3 dB. Denne reduksjonen er mer enn forskjøvet av økningen av det totale, dynamiske område som oppnås ved å transportere det dynamiske området til to separate signaler. I figur 7 blir den andre forsinkelsessløyfen 214(2) anordnet slik at alt lys som passerer gjennom den andre forsinkelsessløyfen 214(2) passerer gjennom den første forsin-kelsessLøyfen 212(1). Det må forstås at alternativt kan de to forsinkelsessløyfene 214(1), 214(2) være optisk parallelle slik at lyset som passerer gjennom den andre forsinkelses-sløyfen 214(2) ikke passerer gjennom den første forsinkelsessløyfen 214(1). I et slikt tilfelle må fiberlengden av den andre forsinkelsessløyfen 214(2) være summen av den første lengden og den andre lengden (dvs. Li og L2). Men siden Li er vesentlig kortere enn L2, er denne justeringen ikke essensiell. Utførelsen i figur 7 reduserer de totale fi-berkravene ved å tilføye lengden av den første forsinkelsessløyfen til den andre forsin-kelsessløyfen.

Figur 8 illustrerer det utvidete, dynamiske området som er gjort mulig ved å anvende de to forsinkelsessløyfene 214(1), 214(2) i gruppen 266 hvori det dynamiske området for hvert signal er 100 dB og forholdet L1/L2 var innstilt til å være 5000. Som vist er gruppen 266 nå i stand til å påvise over hele det dynamiske området av interesse (omtrent et 160-dB område) uten å øke hydrofonantallet.

Fordelt avføling

I Sagnac-sensorgruppen 266 kan enhver fasemodulasjon i interferometeret overføres til en intensitetsmodulasjon i den interfererende 3x3-kopleren 220. Den fordelte avfølingen over hele Sagnac-sløyfen er ufordelaktig for en akustisk sensorgruppe. For å kunne være praktisk bør den akustiske sensorgruppen sample det akustiske signalet i et antall diskrete punkter i rommet (dvs. ved hydrofonene) og returnere disse signalene uavhengig. Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupper oppnår dette siden interferometeret er avgrenset innenfor et lite rom, og således bare avføler ved dette punktet. For at Sagnac-sensorgruppen 266 skal være praktisk, må den fordelte avfølingen til Sagnac-sløyfen reduseres.

Fibennassen i interferometeret utgjør forsinkelsessløyfen 214, som kan befinne seg i to posisjoner. Den første er med kilden 222 og påvisningseleku-onikken (dvs. detektoren 230 og detektoren 232) i den tørre enden (dvs. ut av vannet), som vist i figur 9A. Her kan forsinkelsessløyfen 214 være miljømessig skjermet for å minimalisere enhver ekstern modulasjon. Nedføringsfiberen 270, 272 som forbinder den våte ende til gruppepartiet 210 er imidlertid en del av interferometeret. Den andre muligheten er å anordne forsinkelsessløyfen 214 i den våte enden (dvs. i vannet) ved gruppen 210 som vist i figur 9B. Som sådan kan forsinkelsessløyfen 214 ikke være isolert til i samme utstrekning som om den befant seg i den tørre enden, men nedføringsfiberne 270, 272, 274 ligger utenfor interferometeret og er således ikke-avfølende. Den relative størrelsen av nedfø-ringen og forsinkelsessløyfefordelt opphenting bestemmer hvilken konfigurasjon som er best egnet for en bestemt applikasjon. Det bør bemerkes at dersom forsinkelsessløyfen 214 befinner seg i den tørre enden (figur 9A), må nedføringsfibrene 270, 272 forbli stasjonære for å forhindre fysisk bevegelse, slik som bøyning og vibrasjoner av disse fibrene, hvilket kan indusere ekstremt store fasemodulasjoner. Disse er fiberbevegelse induserte fasemodulasjoner i motsetning til akustisk induserte fasemodulasjoner. (Slike fysiske bevegelser er problemer ved tauete grupper, men behøver ikke å være betydelige problemer i stasjonære grupper). Dersom forsinkelsessløyfen 214 befinner seg i den tørre enden (figur 9 A), må således hele den våte enden av Sagnac-sensorgruppen 210 være stasjonær. Ved forsinkelsessløyfen 214 anordnet i den våte enden (figur 9B) må imidlertid bare delen til høyre av 3x3-kopleren 220 i figur 9 forbli stasjonær siden ned-føringsfibrene 270,272, 274 ikke da er del av interferometeret. Når forsinkelsessløyfen 214 befinner seg i den våte enden (figur 9B), må forsinkelsessløyfen være gjort mindre følsom. Forsinkelsessløyfen 214 kan utføres tilfredsstillende ved å vikle forsinkelses-sløyfefibrene rundt en sylinder (ikke vist) som er gjort mindre følsom, og derved eliminerer fiberbevegelse, og foreta akustisk opphenting av den dominerende kilden av fordelt opphentingssignal. Siden det er lettere å gjøre fiberen mindre sensitiv for akustisk indusert fasemodulasjon enn det er å gjøre fiberen mindre følsom for bevegelsesindusert fasemodulasjon, foretrekkes konfigurasjonen hvor forsinkelsessløyfen 214 er anordnet i den våte enden (figur 9B) for tauete gruppeapplikasjoner, og dette skal beskrives mer detaljert i det etterfølgende.

Reregrri ng av den akustiske opphentingsstøyen indusert i forsinkelsessløyfen

I denne seksjonen blir det avledet estimater for størrelsen av den akustisk induserte fordelte opphentingsstøyen, sammenliknet med den akustisk induserte hydrofonfasemodu-lasjonen i Sagnac-sensorgruppen 210 i figur 9B. Intensitetsmodulasjonen pga. de fordelte fasemodulasj onene som er resultatet av opphentingen av akustiske signaler i for-sinkelsessløyfen og bussfiberen (fiberen som forbinder hver hydrofon med forsinkelses-sløyfen og 3x3-kopleren), kan ansees å være en støykilde. For den påfølgende beskrivelsen, anta at en sløyfe av Sagnac-sensorgruppen bare omfatter forsinkelsesfiber med lengde Ld, en bussfiber med lengde Lb, en hydrofonifberlengde Lh og en total lengde L, som vist i figur 10. Anta også at Ld er mye større enn Lb og Lh. Faseresponsegenskapene for fiber til akustiske signaler er resultatet av en trykkavhengig forplantningskonstant, p. Generelt kan den trykkavhengige komponenten til forplantningskoiistanten i en posisjon / og tid t skrives som:

der po er nulltrykk forplantningskonstant, R( l) er den normaliserte faseresponsegenskap til fiberen, P( l, t) er trykket som en funksjon av rom og tid. Dersom det antas et sinusformet akustisk signal med frekvensen Q kan likning 2 gjenskrives som: der Po er fasttilstandstrykket, Pm er amplituden til rrykkmodulasjonen (anta at den er uavhengig av I), og 6( 1) inneholder den rommelige fasevariasjonen til den akustiske bølge. Generelt er den induserte faseforskj ellen mellom differerende stråler i en Sagnac-sløyfe pga. akustisk indusert fasemodulasjon fra l=h til l=h gitt ved integralet: der v er lysets hastighet i fiberen, og i er sløyfelengden. Ved å sette likning 3 inn i likning 4 oppnås:

Likning 5 kan anvendes for bestemmelse av faseforskj ellen mellom interfererende stråler som skyldes akustisk modulasjon av hydrofonen, buss og forsinkelsesfibere.

For hydrofonfiberen blir likning 5 integrert fra V2 til l2=ld+ lt/ 2+ k. Det antas at 6 9( 1) er konstant over dette området (dvs. at den akustiske bølgelengden er mye større enn dimensjonen til hydrofonen). Det kan også antas at den normaliserte faseresponsen av fiberen, R( l), er konstant og er lik Rj, i dette området. Likning 5 gir da en faseforskj ellsamplitude mellom de interfererende strålene pga. hydrofonfibermodulasjon:

der det er antatt at QZ,//2v«l. Bemerk at likning 2 stemmer med uttrykket i likning 1.

For fiberbussen blir likning 5 integrert først fra //=ktil h=ld+ W2, og så fra li=L- l\/ 2 til h=L for å innbefatte både den øvre og nedre busslinjen. Igjen blir det antatt at R( l) er konstant og lik Rb for hele bussfiberen, slik at 6( 1) er konstant i integralet til likning 5. Faseforskjellsamplituden mellom de interfererende strålene pga. fibermodulasjon blir:

der det er antatt at QZ//2v«l. Det skal fremheves at antakelsene vedrørende konstant 6( 1) og amplituden til gLf/ 2v virker slik at få øker, og dette gir således det verste tilfelle scenariet for bussfiberen.

For forsinkelsesfiberen blir likning 5 integrert fra h=0 til h=ld, og som tidligere blir det antatt 6( 1) er konstant over dette området, (dvs. at forsinkelsesskfyfespolen er mye mindre enn den akustiske bølgelengden), og at R( l) er konstant og lik Rj over integralet. Likning 5 gir så en faseforskjellsamplitude mellom de interfererende strålene som skyldes forsinkelsesfibennodulasjonen gitt ved:

der det er antatt at Q( Lb+ Lh)/ 2v«l,

Med likningene 6-8 kan den relative størrelsen av disse fasemodulasjonsamplitudene beregnes. Først er det å merke seg at en standard, plastbelagt fiber har en normalisert faseresponsitivitet, R på -328 dB re l/|aPa, som beskrevet for eksempel i J. A. Bucaro et al., Optical fibre sensor coating, Optical Fiber Sensors. Prooceedin<g>s of the NATO Advanced Study Institute. 1986, s. 321-338. På den annen side, som beskrevet for eksempel i C. C. Wang et al., Very high responsitivity fiber optic hydrophones for commercial applications, Proceedings of the SPIE- The International Society for Optical Engineering, bind 2360,1994, s. 360-363, har en fiber viklet rundt dagens hydrofoner laget av utluftede dorer en normalisert fasesensitivitet på -298 dB re 1/uPa, en økning på 30 dB i forhold til standardfiberen. Dersom det antas at forsinkelsessløyfen og bussfiberen har den normaliserte faseresponsitiviteten til standard, plastbelagt fiber, og hydrofonfiberen er viklet rundt en utluftet dor, så er forholdet mellom R/, til Rb eller Rd omtrent 30 dB. Under den forenklede antakelsen utført for å nå likningene 6-8 kan det derfor finnes at:

Forholdet L// Lf, er en funksjon av hydrofonposisjonen. For den første hydrofonen gjør Z&Æ/,»0£ l$\ «31 og $\ l$\ ekstremt store. For den siste hydrofonen blir typiske

verdier på 100 meter og 1 km for Li, og Lh brukt for å komme frem til at $\

fr. I (*'. 83 3 ■ Tiltross for det faktum at hydrofonfibereri utgjør en relativt liten mengde av den totale Sagnac-sløyfen, er således størrelsen av den akustisk induserte fasemodulasjonen i hydrofonfiberen større enn den akustisk induserte fasemodulasjonen i forsin-kelsessløyfefiberen og i bussfiberen, selv for den mest distanserte hydrofonen. Den følgende seksjonen beskriver en innretning for å håndtere dette nivået av fordelt opp-hentingsstøy ved bruk av tomme trinn.

For å kunne evaluere integralet i likning 5 for forsinkelsessløyfefiberen antas det at R( l) =Rd for alle / mindre enn Ld. Det var denne konstantheten til R( l) som eliminerte et eventuelt bidrag til integralet i likning 5 fra l=( L- L^ til Ld (siden integralet ble en odd funksjon om L/ 2). Spoling av en langflberlengde vil imidlertid resultere i avhengighet av R( l) på / (muligens siden det indre lag til fiberen har en forskjellig R enn det ytre laget). Disse variasjoner i R( I) øker forsinkelsessløyfens opphenting fra l=L- Ld til Ld. For å redusere denne opphentingen er det notert at R( l) bare må være en lik funksjon rundt L/ 2 for å gjøre integranten i likning 5 til en odd funksjon om L/ 2. R( l) tvinges til å være mer symmetrisk om L/ 2 ved å vikle forsinkelsessløyfen på en slik måte at symmetriske punkter til fibersløyfen plasseres inntil hverandre som vist i figur 11. En slik vikling sikrer at symmetriske punkter til forsinkelsessløyfen befinner seg nær hverandre, slik at evt. variasjoner i R( l) pga. fiberens posisjon på spolen er så symmetrisk om L/ 2 som mulig, og derved blir forsinkelsessløyfeopphentingen så nær uttrykket til likning 8 som mulig. Det er å merke seg at siden hver Sagnac-sløyfe i Sagnac-sensorgruppen har et forskjellig L/ 2, kan bare en sløyfe bli viklet nøyaktig som vist i figur 11, og derved inn-føres en liten grad av ujevnhet i R( l) til alle unntatt en av Sagnac-sløyfene.

Det skal også nevnes at i tillegg til å øke den akustiske sensitiviteten til fiberen ved en hydrofon, er det mulig å gjøre fiberne mindre sensitive ved å påføre et metallisk belegg av en bestemt diameter. (Se for eksempel J. A. Bucaro et al., Optical fibre sensor coating, angitt ovenfor). Målte, normaliserte faseresponitiviteter så lave som -366 dB re 1/^Pa har blitt rapportert). Dersom slike fibere blir brukt i forsinkelses- eller busslin-jene, nærmer forholdet mellom Ri, og Rj, eller mellom R/, og Rd seg 68 dB (i stedet for 30 dB med plastbelagte forsinkelses- og bussfibere), og det hydrofoninduserte signalet over forsinkelses- og bussinduserte-signalet øker med 38 dB.

Reduksjon av den fordelte opphentingsstø<y>en ved å bruke tomme trinn

For ytterligere å kunne eliminere fordelt opphentet signal, kan den hydrofoninduserte akustiske modulasjonen isoleres fra den fordelte opphentingsmodulasjonen ved å plassere tomme trinn 300 som ikke inneholder en hydrofon i gruppen 210 som vist i figur 12. Hvert Irinn 216(i) som inneholder en hydrofon 212(i), kalt et avfølingstrinn, fortset-ter med ett av de tomme trinn 300(i). Det faktum at den ikke avfølende fiberen til hver sløyfe som innelukker et tomt trinn 300(i) er nærmest identisk med den ikke-avfølende fiberen til sløyfen som omgir det korresponderende avfølingstrinnet 212(i), betyr at det tomme trinnet 300(i) og det korresponderende avfølingstrinnet 212(i) vil ha nærmest det samme fordelte, opphentede signalet. Ved å behandle dette tomme trinnet 300(i) som en annen sensor i gruppen 210, og riktig timing av pulsene (i TDM oppsettet) fra de tomme trinnene 300(i) og avfølingstrinnene 212(i), slik at de ikke overlapper hverandre, kan det målte opphentede signalet som er tilstede i hvert avfølingstririn 212(i), bli målt. Etter påvisning kan dette signalet subtraheres fra avfølingstrinnsignalet og etterlater bare intensitetsvariasjoner frembrakt av fasemodulasjoner i hydrofonfiberen. Implementering av slikt oppsett krever 2N trinn for en N sensorgruppe 210, og derved reduseres drifts-syklusen til individuelle signaler med en halvdel.

Dersom det ikke er nødvendig å gjøre busspartiet til gruppen 210 mindre sensitivt, kan ett enkelt tomt trinn 300 anordnes i gruppen 210 for å måle det fordelte opphentede signalet tilordnet forsinkelsessløyfen 214, og derved kreves bare N+l trinn (N avfølings-tririn 212(i) og bare ett tomt trinn 300) for N sensorer. Dersom et tomt trinn 300 ikke på adekvat måte måler det fordelte opphentede signalet for hvert avfølingstrinn 212(i), kan flere tomme trinn 300 være tilføyd i periodiske intervaller langs gruppen, inntil det fordelte, opphentede signalet som er tilstede på hvert avfølingstrinn 212(i) kan måles adekvat av det nærmeste av disse tomme trinnene 300. Ved bruk av færre tomme trinn blir resultatet en høyere driftssyklus for individuelle signaler. Figur 12 viser den ekstreme situasjonen der et tomt trinn ble tilføyd for hvert avfølingstrinn.

Polarisering

For maksimal kontrast i en hvilken som helst interferometrisk sensor, må polarisasjonstilstanden (SOP) til de interfererende strålene være identiske når de rekombineres. Dersom de er ortogonale er det ingen interferens og det er således intet amplitudemodulert signal. Dette refereres til som polarisasjonsindusert signalfading. Siden hver sensor i Sagnac-sensorgruppen er en Sagnac-sløyfe, har forskningen utført så langt på polarisasjonsindusert signalfading i Sagnac-fibergyroskopet, passet like gjerne på Sagnac-sensorgruppen. En lovende løsning er å anordne en depolarisator inni Sagnac-sløyfen.

(se for eksempel K. Bohm et al., LOW- DRIFTFIBRE GYRO USLNGA SUPERLU-MINICENTDIODE, ELECTRONICS LETTERS , bind 17, nr. 10 14. mai 1981, s. 352-353). Depolarisatoren sikrer at rninst Halvdelen av den optiske effekten blir returnert til 3x3-kopleren i den korrekte SOP til enhver tid. Denne generelle fremgangsmåten frembringer en konstant synlighet uten hensyn til støyfedobbeltbrytning. (Se for eksempel William K. Burns et al., Fiber- Optic Gyroscopes with Depolarized Light, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 10, nr. 7, juli 1992, s. 992-999). Den enkleste konfigurasjonen anvender en upolarisert kilde slik som en fiber superfluorescenskilde og en depolarisator i sløyfen. Som illustrert i figur 13, er det i Sagnac-sensorgruppen 200 en depolarisator 310 anordnet i et punkt som er felles for alle Sagnaosløyfene. Depolarisatoren 310 sikrer at hver sensor 212(i) har den konstante synlighet uavhengig av dobbeltbrytning, så lenge sløyfedobbeltbrylxiing forblir konstant. Dette representerer en stor forenkling i håndteringen av den polarisasjonsinduserte signalfadingen, sammenliknet med fremgangsmåtene som anvendes i Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupper.

Selv om små endringer i dobbeltbrytningen vil bli tilstrekkelig kansellert av den resiproke naturen til Sagnac-interferometeret, vil dobbeltbrytningsmodulasjoner ved frekvenser i det akustiske området av interesse produsere polarisasjonsstøy. Mesteparten av dobbeltbrytningsmodulasjonen ved disse frekvensene opptrer som resultat av fysisk fiberbevegelse. Sagnac-sløyfen bør således forbli stasjonær for å kunne redusere polarisa-sjonsstøyen (så vel som det fordelte, opphentede signalet).

Stø<y>kilder innført ved anvendelsen av Sagnac- interferometeret

Termisk fasestøy

Siden brytningsindeksen for fiberen endrer seg med temperaturen vil termiske fluktua-sjoner i en fiber frembringe fasefluktuasjoner i lyset som forplanter seg gjennom denne. Disse indeksvariasjonene er ikke-korrelerte over lengden av fiberen, og de resulterende fasefluktuasjonene skaleres som kvadratroten av lengden. Siden Mach-Zehnder-interferometere typisk anvender mindre enn 100 meter fiber i hver arm, er størrelsen på denne termiske fasestøyen neglisjerbar. Sagnac-interferometeret har mye mer fiber i interferometeret, og som et resultat kan termisk fasestøy bli en begrensende støykilde. Størrelsen av denne termiske fasestøyen i et Sagnac-interferometer er blitt beskrevet teoretisk og bekreftet ved eksperiment. (Se for eksempel Sverre Knudsen et al., Measurements of Fundamental Thermal Induced Phase Fluctiiations in the Fiber of a Sagnac-interferometer, IEEE Photonics Technology Letters, bind 7, nr. 1, 1995, s. 90-93; og Kjell Kråkenes et al., Comparison of Fiber- Optic Sagnac- and Mach- Zehnder Interferometers with Respect to Thermal Processes in Fiber, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 13, nr. 4, april 1995, s. 682-686). For sløyfer kortere enn 2 km, kan den termiske fasestøyen overskride 1 urad/VHz i frekvensområdet av interesse, som er i størrelsesorden til den nødvendige grappesensitiviteten.

Den termiske fasestøyen kan anses som en kilde av fordelt opphentet støy, beslektet med en ekstern modulasjon av forsinkelsessløyfen, og som sådan kan den reduseres ved anvendelse av tomme trinn, som beskrevet ovenfor. Termisk fasestøy kan også reduseres ved forkorting av sløyfelengden. Som beskrevet ovenfor, kan sløyfelengden forkor-tes uten å endre lavfrekvenssensitiviteten ved å øke hydrofonfiberlengden med den samme faktoren som forsinkelsessløyfen ble redusert med. For eksempel har en 40 km forsinkelsessløyfe med 50 meter hydrofonfiber den samme lavfrekvensresponsen som en 20 km forsinkelsessløyfe med 100 meter fiber. Den sistnevnte kombinasjonen vil imidlertid være mindre utsatt for termisk fasestøy siden den totale forsinkelsessløyfe-lengden er kortere med tilnærmet en faktor på to.

Kerr effektindusert fasestøy

Kerr-indusert faseforskyvning som kan genereres i et Sagnac-interferometer har mottatt mye oppmerksomhet med hensyn til det fiberoptiske gyroskopet. (Se for eksempel R. A. Bergh et al., Source statistics and the Kerr effect in fiber- optic gyroscopes, OPTICS LETTERS, bind 7, nr. 11, November 1982, s. 563-565; R. A. Bergh et al., Compensation of the optical Kerr effect in fiber gyroscopes: effects ofnonmono-chromatic sources, OPTICS LETTERS, bind 8, nr. 2, februar 1983, s. 119-121). Gyro-skopets krav og den akustiske sensor er imidlertid forskjellige fordi gyroskopet måler likestrømsnivåer. Små likestrømsforskyvninger skapt av Kerr-induserte faseforskyvninger som ville begrense et fibergyroskop, er ikke aktuelle med en akustisk sensor. Den Kerr-induserte likestiømsfaseforskyvningen er ikke et problem så lenge den ikke forflytter forspenningspunktet for langt bort fra kvadraturen. Intensitetsstøyen på lyskilden kan frembringe en Kerr-indusert fasestøy på utgangssignalet. Størrelsen av denne Kerr-induserte vekselstrømsfasestøyen er imidlertid liten så lenge den Kerr-induserte like-strømsfaseforskyvningen forblir liten. Begynnelsen på Kerr-indusert faseforskyvning i Sagnac-sensorgruppen er forskjellig fra opprinnelsen i fibergyroskopet. Asymmetrien til Sagnac-sensorgruppen inviterer mer enkelt til en slik Kerr faseforskyvning enn det no-minelt symmetriske gyroskopet gjør. Denne asymmetrien er resultatet av gruppepartiet, såvel som en hvilken som helst plassering av EDFA, som er asymmetrisk, ved at en stråle ser forsterking før den forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfen, så ser den eller blir utsatt for tap, mens strålen som forplanter seg i motsatt retning utsettes for tap, og så forsterkning. Det er mulig å balansere disse asymmetriene og nulle den Kerr-induserte faseforskyvningen ved å velge den passende lokaliseringen av EDFA i forsinkel-sessløyfen. Spesifikasjonene avhenger av den nøyaktige gruppekonfigurasjonen og av hvilket multipleksoppsett som blir anvendt.

Ikke- lineær fasemodulasjon som resultat av EDFA

Populasjonsinversjonene skapt i EDFA, induserer en faseforskyvning i signallyset som passerer gjennom denne. (Se for eksempel M. J. F. Digonnet et al., Resonantly Enhanced Nonlinearity in Doped Fibers for Low- Power All- Optical Switching: A Review, OPTICAL FIBER TECHNOLOGY, bind 3, nr. 1, januar 1997, s. 44-64). Dette fenomen har blitt anvendt for å frembringe heloptiske interferometriske brytere. I en Sagnac-sensorgruppe skaper EDFA inni interferometeret en ikke-lineær faseforskyvning via den samme mekanismen. Variasjoner i populasjonsinversjonen pga. pumpe eller signaleffektfluktuasjoner, vil frembringe fasemodulasjoner som vil bli konvertert til en intensitetsstøy.

For å kunne estimere størrelsen av denne støykilden må det først tas en avgjørelse om hvordan den inverterte populasjonen responderer på pumpe og signaleffektfluktuasjoner. Dette er relativt rett frem å besørge ved å benytte hastighetsøkningene for et er-biumsystem:

der Ni og N2 er populasjonstettheter til henholdsvis de lavere og eksiterte tilstander, No er den totale populasjonstetthet, / er intensiteten, a er tverrsnittet, A^er det effektive modusarealet i fiberen, og iz er levetiden til nivå to. De senkede bokstavene pogs angir henholdsvis pumpe og signal, og de hevede bokstavene a og 6 angir henholdsvis ab-sorpsjon og emisjon.

Ved å dele Ni, N2, lp og ly i deres stabiltilstand og tidsvarierende komponenter, og så substituere dette i likning 12 og kombinere likning 12 med likning 11, er resultatet: der de opphøyede bokstavene ss angir stabiltilstandsverdier, og de tidsvarierende komponentene nå er skrevet som eksplisitte funksjoner av tiden (N2=N2<SS>+N2(t)). Dersom det antas N2(t) er mye mindre enn N2<1*5>, kan de to siste uttrykkene i likning 13 neglisje-res. Ved å skrive h?(t)=lp<m>sin(fpt) og ls(t)=Is<m>sin(f;t) (der lp<m> og lg<111> angir modulasjonsam-plitudene for henholdsvis lp(t) og ls(t), og fp og fs angir henholdsvis pumpe og signalmo-dulasjonsfrekvensene), og løse de resulterende differensiallikningene, kan det finnes at:

Dersom det er antatt at 3^=1480 nm, A«=1550 nm og 1/M W, og dersom det antas typisk erbiumsilisium tverrsnitt, forenkles Ukning 14 og 15 til:

De pumpeinduserte populasjoroinversjonsflukhiasjonene (likning 17) skal analyseres først. Dersom 1/M mW, l/M W og det antas at 1p/m/1/M0"VVHz (120 dB/Æ elektronisk SNR), så er |N2(fp)|/N2<M=>9 x 10"<10> VHz_1 ved frekvenser godt under 4,3 kHz. For å kunne omforme dette tallet til en fasemodulasjon, er det faktum at 10 mW pumpeeffekt, absorbert i en erbiumdopet fiber, induserer omtrent 7 radianer faseforskyvning ved 1550 nm, kan bli brakt. (Se for eksempel M. J. F. Digonnet et al., Resonantly Enhanced Nonlinearity in Doped Fibers for Low- Power All- Optical Switching: A Review, OPTICAL FIBER TECHNOLOGY, bind 3, nr. 1, januar 1997, s. 44-64). Ved å bruke simuleringer tilveiebringer 10 mW absorbert pumpeeffekt I en typisk erbiumdopet fiber omtrent 6 dB av liten signalforsterkning ved 1550 nm, hvilket er nær forsterkningen som kreves av hver forsterker i en gruppe med fordelte EDFA. (se for eksempel Craig W. Hodgson et al., Optimization of Large- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part I: Signal- to- Noise Ratio; Craig W. Hodgson et al., Optimization of Large- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part II: Pump Power; Jefferson L. Wagener et al., Novel Fiber Sensor Arrays Using Erbium- Doped Fiber Amplifiers; og C. W. Hodgson et al., Large- Scale interferometric fiber sensor arrays with multiple optical amplifiers, sitert ovenfor). Hver forsterker tilveiebringei* derfor omtrent 7 radianer likestrømsfasefor-skyvning. Siden den ikke-lineære faseforskyvningen er proporsjonal med den øvre til-standspopulasjonen N2, kan det skrives at AN2/N2<JiI=>A^/<s>. Ved å bruke dette forholdet og likning 17 igjen for I/M mW, l/M W, l,mfl/M0-6/Æ og f, «4,3 kHz, er lav-frekvensstøyen indusert av hver EDFA (7 radianer) x (9 x 10"<10>) VHz ~ l=6, 3 x 10"<9 >rad/VHz . Dersom det antas at det er totalt 500 slike forsterkere og at fasemodulasjon-ene fra alle de 500 forsterkerne adderes koherent, kan den totale pumpestøyinduserte faseforskyvningen estimeres å være 3,2 urad/i/Hz . Målfasestøygulvet er typisk innstilt til 1 ^rad/VHz, og indikerer at den ikke-lineære fasestøyen indusert av EDFA pga. pum-peeffektfluktuasjoner er nær, men ikke betydelig større enn det nødvendige fasestøygul-vet. I praksis vil ikke forsterkernes fasemodulasjoner adderes koherent, hvilket vil redusere 3,2 urad/VHz tallet.

Beregninger av den induserte faseforskyvningen pga. signaleffektfiuktuasjoner er mer komplisert siden signaleffekten ikke har intensitetsstøy, men også er modulert av multipleksingsoppsettet. Anta igjen TDM-tilfellet hvor generelt, mens en gitt puls forplanter seg gjennom en bestemt EDFA, det kan eller kan ikke være en motforplantende puls som forflytter seg gjennom EDFA samtidig. Dersom det antas det verste tilfellet hvor det alltid er en motforplantende puls, er l/<1> to ganger intensitetsstøyen til hver individu-ell puls. For forsterkerne er \ J" typisk 1,5 til 2 ganger intensitetsstøyen av hver indivi-duell puls. Anta at signallyset har en elektronisk SNR på 120 dB/VHz ved akustiske frekvenser (dvs. ] f/ lf=10* f VHz ), og innføring av dette tallet i likning 18 sammen med 1/M W og l/"=2 mW, kan det beregnes at IlNrøl/Ni" er omtrent 2,4 x 10"<9> VHz"' ved frekvenser mye lavere enn 4,3 kHz og at fasestøyen indusert av signalintensitetsstøy i hver EDFA således er 1,68 x IO"<8> rad/VHz. Igjen anta at 500 forsterkere og koherent addisjon av all EDFA-indusert fasemodulasjon er den totale EDFA-induserte fasestøyen på hver puls 8,4 urad/ VHz, et nivå som igjen kunne begrense ytelsen til Sagnac-sensorgruppen. Et mer detaljert studium som tar hensyn til multipleksingsoppsettet og den nøyaktige timingen av gruppen, er imidlertid nødvendig for en mer nøyaktig beregning.

Multipleksingsoppsett i en Sagnac- gruppe

Tidsdivisjon multipleksing

Så langt har det blitt antatt at Sagnac-sensorgruppen drives i en TDM konfigurasjon. Det skal imidlertid bemerkes at i Sagnac-sensorgruppen er kildekravene for et slikt TDM-system ikke så krevende som kravene til Mach-Zehnder interferometrisk sensorgruppe i en TDM konfigurasjon. Grunnen til dette er bruken av bredbåndskilden i Sagnac-sensorgruppen. I den Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppen er lyset fra tilstøtende trinn koherent pga. den smale linjebreddekilden, og det er således nød-vendig med ekstremt høye slukkeforhold på innmatingspulsen for å forhindre flerbane-koherent interferens. Disse høye slukkeforholdskravene oppnås ved å anordne multiple modulatorer i serie, hvilket resulterer i en komplisert og kostbar høytapskilde. I Sagnac-sensorgruppen behøver ikke det nødvendige slukkeforholdet være så høyt fordi bredbåndskilden eliminerer enhver mulighet for multibanekoherent interferens. I tillegg forhindrer de trange eller smale linjebreddene som er nødvendige ved den Mach-Zehnder interferometriske sensorgruppen bruken av en pulset laserkilde i stedet for en kontinuerlig bølge (cw) laserkilde som er eksternt modulert med litiumniobat intensitetsmodula-torer. I Sagnac-sensorgruppen kan enten en kontinuerlig bølge ASE kilde, som er eksternt modulert, en pulset ASE kilde eller kombinasjon av disse, anvendes for å utgjøre kilden. Igjen er grunnen for dette at Sagnac-sensorgruppen ikke krever en smal linjebreddekilde. Selv om den foreliggende oppfinnelsen ikke krever en smal linjebreddekilde, må det forstås at Sagnac-sensorgruppen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan brukes med en smal linjebreddekilde, slik som for eksempel en laser.

Frekvensdivisjonsmultipleksing

Bruken av bredbåndskilden tillater også Sagnac-sensorgruppen å operere i ikke-TDM konfigurasjoner uten å endre designen eller at det kreves ytterligere kilder. Frekvensdivisjonsmultipleksing (FDM) er vanlig anvendt med Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupper ved anvendelse av det fasegenererte bærer- (PGC) oppsettet, men er også kompatibel med Sagnac-sensorgruppen. Figur 14 viser en grunnleggende Sagnac-sensorgruppe 400 som bruker et FDM oppsett. En fiber-superfluorescenderende kilde (SFS) 402 (eller annen bredbåndskilde, slik som for eksempel en LED) genererer innmatingslys. En pipende intensitetsmodulasjon påtrykkes innmatingslyset via en intensi-tetsmodulator 404, som styres av en pipefrekvensgenerator 406. Det modulerte lyset entrer en sensorgruppe 410 via en 3x3-kopler 412. Lyset passerer gjennom en forsinkel-sessløyfe 414 og flere avfølingstrinn 416(i) som har respektive sensorer 418(i). Tomme trinn (ikke vist) kan også være innbefattet dersom det er ønskelig. Etter å ha passert gjennom forsinkelsessløyfen 414 og trinnene 416(i), slipper lyset ut fra sensorgruppen 410 via kopleren 412 og blir påvist av en detektor 420 som genererer et elektrisk utgangssignal som er responderende på det påviste lyset. Det elektriske utgangssignalet fra detektoren 420 blir blandet i en mikser 422 med den samme pipefrekvensen som har blitt tidsforsinket av en forsinkelse 424, som forsinker den pipende frekvensen ved en tid At. I oppsettet illustrert i figur 14 blir utsignalet fra mikseren 422 påtrykket en spekt-rumanalysator 426.1 en driftsutførelse blir utgangssignalet fra mikseren 422 påtrykket et signalbehandlingssubsystem (ikke vist) som analyserer utgangssignalet fra mikseren 422 for å reprodusere de akustiske signalene som støter an mot gruppen 410.

Signalene som returnerer fra sensorene 418(i) i de forskjellige trinnene 416(i) blir ytterligere forsinket med hensyn til den forsinkede pipefrekvensen. Dette er illustrert ved kurvene i figur 15 ved den opprinnelige pipefrekvensen 450, den forsinkede pipefrekvensen 452 fra forsinkelsen 424, det pipende retursignalet 460 fra det første trinnet, det pipende retursignalet 462 fra det andre trinnet og det pipende retursignalet 464 fra det tredje trinnet. I mikseren 422 blir respektive separate beatfrekvenser f},! 470, fi2 472, fl,3 474 (vist i figur 14) tilformet mellom den blandede pipefrekvensen 452 og hvert av signalene som returnerer fra de forskjellige trinnene i Sagnac-sensorgruppen 410. (Se for eksempel S. F. Collins et al., A Multiplexing Scheme For Optical Fibre Interferometric Sensors UsingAn FMCW Generated Carrier, OFS ' 92 Conference Proceedings, s. 209-211). Selv om bare tre pipende eller "chirped" retursignaler 460, 462,464 er illustrert i figur 15, forutsettes at opptil N retursignaler kan være tilveiebrakt, hvor N er antallet trinn i gruppen 410. De chirpede retursignalene fra det N'te trinnet forårsaker en beatfrekvens fbN i mikseren 422.

Som illustrert ved enbilderepresentasjon av et spektralt utgangssignal i figur 14, vil akustisk modulasjon av signalene opptre som øvre sidebånd 480,481,482 og nedre sidebånd 484,485,486 til beatfrekvensene. En fordel med dette FDM oppsettet er at kravene til gruppetimingen er sterkt avslappet, sammenliknet med de som kreves i et TDM system. Et TDM system krever en spesifikk forsinkelse mellom tilstøtende trinn for å forhindre pulser i å overlappe hverandre, og dette kan oppvise et krevende kon-struksjonsproblem. I FDM vil variasjoner i fiberlengden forskyve beatfrekvenser, men ikke indusere overlapping mellom signaler så lenge som disse beatfrekvensene er separert ved to ganger det akustiske påvisningsområdet. Det sistnevnte oppnås ved å velge en passende "chirpe"-hastighet. Til forskjell fra et TDM system, returnerer alle banene eller linjene lys til enhver tid, hvilket kan resultere i fasestøy mellom de forskjellige in-koherente signalene. Bredbånd-ASE-lyskilden minimaliserer størrelsen av denne fase-støyen. (Se for eksempel Moslehi, Analysis of Optical Phase Noise in Fiber- Optic Systems Employing a Laser Source with Arbitrary Coherence Time, Journal of Lightwave Technology, bind LT-4, nr. 9, September 1986, s. 1334-1351).

Kodedivisjonsmultipleksing

Kodedivisjonsmultipleksing (CDM) har fått øket oppmerksomhet i den senere tid for sin anvendelse i sensorgrupper. (Se for eksempel A. D. Kersey et al., Code- division Multiplexed Interferometric Array With Phase Noise Reduction And Low Crosstalk, OFS ' 92 Conference Proceedin<g>s. s. 266-269; og H. S. Al-Raweshidy et al., Spread spectrum technique for passive multiplexing of interferomtric optical fibre sensors, SPIE. bind 1314 Fibre Optics '90, s. 342-347). Som illustrert for en Sagnac-sensorgruppe 600 i figur 16, blir i CDM det innmatede lyset fra en superfluorescerende fiberkilde 602 (eller annen bredbåndskilde, slik som for eksempel en LED) modulert i en in-tensitetsmodulator 604 i samsvar med en pseudo-tilfeldig kode generert av en kodege-nerator 606. Det modulerte lyset blir påtrykket en interferometrisk sløyfe 608 via en 3x3-kopler 610, og forplanter seg gjennom en forsinkelsessløyfe 614 og et mangfold av trinn 616(i) i en gruppe 612.1 den illustrerte utførelsen innbefatter hvert trinn 616(i) en respektiv sensor 618(i). Tomme trinn (ikke vist) kan også være innbefattet dersom det er ønskelig. Lyset returnerer fra sløyfe via 3x3-kopleren 610 og blir påvist av en detektor 620. Det elektriske utsignalet fra detektoren 620 blir påtrykket en korrelator 622 sammen med utgangssignalet fra kodegeneratoren 606, hvilket utgangssignal er forsinket i en varighet xcor av en forsinkelse 624. Bit-varigheten til den pseudo-tilfeldige koden er kortere enn forplantnmgsforsinkelsen mellom tilstøtende trinn i gruppen 612. Når xcor er lik en av sløyfeforplantningstidene xj, gjennom et respektivt trinn 616(i), blir så signalet som returnerer fra denne sensoren i trinnet 616(i) korrelert til den forsinkede pseudo-tilfeldige koden. De andre signalene som har forsinkelser xj, hvor xj-xi>Xbit kor-relerer til null. Korrelasjonsprosessen involverer for eksempel å multiplisere det påviste signalet med 1 eller -1 (eller portstyre signalet i en elektronisk port 630 til ikke-inverterte og inverterte innmatinger til en differensialforsterker 632) avhengig av hvorvidt korreleirngskoden er på eller av. Utsignalet fra differensialforsterkeren på en ledning 634 er det korrelerte utsignalet. Signalet blir så tidsgjennomsnittsbestemt over en peri-ode tavg som er lik varigheten av koden. De ikke-korrelerte signalenes tid gjennomsnitts-bestemmes til null, og derved isoleres signalet fra sensoren 618(i). x^ r blir scannet for å gjenvinne signalene sekvensielt fra alle sensorene.

En fordel med CDM sammenliknet med TDM er at forsinkelsen mellom sensorene ikke må styres nøyaktig. Enhver sløyfeforsinkelse xj hvori tø-x/il^Xbit er akseptabelt (hvor Xbit er varigheten til en puls i koden). Korrelering krever kunnskap om xj som er lett å måle. Som ved FDM, trekker bruken av bredbåndskilde fordel av å redusere fasestøyen, hvilket er resultatet av tilføyelsen av alle signalene til sammen.

Det forutgående beskriver en nytt design og en akustisk sensorgruppe, basert på Sagnac-interferometeret. Hovedfordelene ved denne designen er anvendelsen av fellesbane- eller -linjeinterferometere. Dette eliminerer omforcningen av kildefasestøy til intensitets-støy, som er fremherskende i Mach-Zehnder interferometriske sensorer, og tillater anvendelsen av rimelige, høyeffekt ASE-kilder eller andre bredbåndskilder. Responsen for Sagnac-sensorgruppen som funksjon av akustisk frekvens er vist å passe med havstøy-gulvet. Designen tillater også at det dynamiske området kan økes dramatisk uten å til-føye hydrofoner ved bruken av en ytterligere, svært kort forsinkelsessløyfe. En teknikk for å eliminere polarisasjonsindusert signalfading, er beskrevet ovenfor. Sagnac-sensorgruppen tillater også bruken av flere multipleksingsoppsett på en enklere måte enn det som er mulig med en standard Mach-Zehnder gruppe. På grunn av disse trekkene tilveiebringer Sagnac-sensorgruppen et svært lovende alternativ til Mach-Zehnder interfe-rometerbaserte sensorgrupper.

Foldet Sagnac- sensorgruppe

Figurene 17-20 illustrerer alternative utførelser av en fordelt akustisk sensorgruppe basert på Sagnac-effekten som har en arkitektur modifisert for å redusere den fordelte opphenting fra nedføringsfibrene. Spesielt illustrerer figur 17 en grunnleggende, foldet akustisk Sagnac-fibersensorgruppe 700, som omfatter en kilde 702, en første detektor 704 og en andre detektor 706. Kilden 702, den første detektoren 704 og den andre detektoren 706 befinner seg fortrinnsvis i den tørre enden av sensorgruppen 700 (for eksempel på land eller om bord på et skip).

Kilden 702 genererer lyspulser som er koplet til en 3x3-kopler 710 via en nedføringsfi-ber 708. Som illustrert, befinner 3x3-kopleren seg i den våte enden (for eksempel nær havbunnen). 3x3-kopleren 710 har en første utgangsport koblet til en ende av et felles fibertrinn (trinn 0) 712, har en andre utgangsport koblet til en første gruppe inngangs/- utgangsfiber 714 av en gruppe 716, og har en tredje utgangsport som er ikke-reflekterende terminert. Omtrent 33% av lyset fra kilden 702 blir koblet til hver av den første og andre porten av 3x3-kopleren og således forplanter omtrent 33% av lyset seg til det felles fibertrinnet 712, og omtrent 33% av lyset forplanter seg til gruppen 716. Som beskrevet ovenfor, selv om det er angitt her som en 3x3-kopler 710, kan andre n<x>m-koplere (for eksempel en 2x2-kopler, en 4x4-kopler etc.) brukes med den utførelsen i figur 17 og de alternative utførelsene av den foreliggende oppfinnelsen som er beskrevet nedenfor.

Gruppen 716 omfatter et mangfold trinn 718(i) (dvs. 718(1), 718(2)... 718(N) koblet mellom den første gmppeinngangs/utgangsfiberen 714 og en andre gruppe inngangs/ut-gangsfiber 720. Hvert trinn 718(i) innbefatter en respektiv akustisk sensor (dvs. hydrofon) 722(i). Gruppen innbefatter på fordelaktig måte fordelt erbiumdopete fiberforstei-kere (EDFA) 724, slik som beskrevet ovenfor i tulaiytning til figur 3. (Pumpekilden til EDFA 724 er ikke vist i figur 17). Selv om det er beskrevet her med hensyn til gruppen 716, kan andre gruppekonifgurasjoner også med fordel bli anvendt i den foreliggende oppfinnelsen.

Den andre gruppe inngangs/utgangsfiber 720 kobler gruppen 716 til en første port av en 2x2-kopler 730. En andre ende av det felles trinn (trinn 0) 712 er koblet til en andre port av 2x2-kopleren 730. Selv om det er beskrevet her som en gruppe 716 som omfatter mange sensorer 722(i), må det forstås at den foreliggende oppfinnelsen har applikasjoner for et sensorsystem som har bare en enkelt sensor 722.

En tredje port av 2x2-kopleren 730 er ikke-reflekterende terminert i en terminal 732. En fjerde port av 2x2-kopleren 730 er koblet til en forsinkelsessløyfenedførmgsfiber 740. Forsinkelsessløyfenedføringsfiberen 740 kobler den fjerde porten av 2x2-kopleren til en første ende av en forsinkelsessløyfe 750. Forsinkelsessløyfen 250 kan befinne seg enten i den tørre enden som vist, eller i den våte enden. En andre ende av forsinkelsessløyfen 750 er tilkoblet en reflektor 752, slik at lys som slipper ut av den andre enden av forsin-kelsessløyfen 750 blir reflektert tilbake i forsinkelsessløyfen 750, forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfen 750 og forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfenedføringsfi-beren 740 tilbake til den fjerde porten av 2x2-kopleren 730. Lyset returnert fra sløyfe-nedføringsfiberen 740 er delt av 2x2-kopleren 730 med hovedsakelig like andeler som forplanter seg i det felles trinnet 712 og i gruppen 716 og begge andelene forplanter seg mot 3x3-kopleren 710. De to andelene blir kombinert i 3x3-kopleren 710 hvor lyspulser som har forplantet seg i den samme avstanden gjennom gruppen 716 og gjennom det felles hinnet 712 interfererer og lyspulser som har forplantet seg i forskjellige avstander ikke interfererer. Signalene som er resultat av interferensen, blir sendt ut fra 3x3-kopleren 710 som første og andre utgangssignaler som henholdsvis forplanter seg til den første detektoren 704 via en første detektornedføringsfiber 770 og forplanter seg til den andre detektoren via en andre detektomedøfiingsfiber 772. Detektorene 704, 706 genererer elektriske utgangssignaler som blir analysert av elektronikk (ikke vist) på en konvensjonell måte for å reprodusere de akustiske signalene som støter an mot sensorene 702(i). Som beskrevet nedenfor, returnerer signalene som interfererer inni 3x3-kopleren 710 fra hver sensor 722(i) ved forskjellige tidspunkt, og de kan derfor være separert ved tidsdivisjonsmultipleksing, frekvensmultipleksing, kodedivisjonsmultipleksing eller liknende, som beskrevet ovenfor. De ikke-interfererende signalene genererer ikke påvisbare utgangssignaler og ignoreres.

Utførelsen i figur 17 kan modifiseres ytterligere ved å innføre en depolarisator (ikke vist) i ett av fibersegmentene 712, 714 eller 720 i tilknytning til en ikke-polarisert kilde, som beskrevet ovenfor i lilknytning til Sagnac-interferometeret. Slike utførelser skal beskrives nedenfor i tilknytning til figurene 23 A, 23B og 23C.

Lyset i en enkelt puls fra kilden 702 skal nå spores gjennom sensorgruppen 700. En kil-depuls fra kilden 702 blir avsendt og forplanter seg ned kildenedføringen 708 og gjennom 3x3-kopleren 710 til det felles trinnet 712 og til gruppen 716. Sammen tilveiebringer det felles trinnet 712 og de N trinnene 718(i) i gruppen 716 N+l separate baner eller linjer for kildepulsene for å forplante seg til 2x2-kopleren 730. Siden det er N+l separate baner for kildepulsen å forplante seg i, blir kildepulsen delt i N+l separate pulser som passerer gjennom 2x2-kopleren 730 og forplanter seg ned forsinkelsessløyfenedfø-ringen 740 til forsinkelsessløyfen 750. Etter å ha passert gjennom forsinkelsessløyfen 750 blir N+l pulsene reflektert av reflektoren 752 og forplanter seg så tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, ned forsinkelsessløyfenedføringen 740 til 2x2-kopleren 730 i den våte enden, fremdeles som N+l separate pulser. Hver av de N+l pulsene blir igjen delt i N+l pulser i det felles trinnet 712 og de N trinnene 718(i). Etter å ha passert tilbake gjennom det felles trinnet 712 og trinnene 718(i), blir de (N-l)<2> pulsene kombinert i 3x3-kopleren 710 og returnerer så ned detektomedføringene 770, 772 tilbake til den tørre enden hvor pulsene blir detektert av den første og andre detektoren 704, 706 og analysert.

Siden det er (N+l)<2> mulige separate kombinasjoner av baner eller linjer fra kilden 702 til reflektoren 752 og tilbake til detektorene 704, 706, er det (N+l)<2> returnerte pulser. De eneste pulser som vil interferere på en nyttbar måte er puls-par som forplanter seg i nøyaktig den samme banelengden, men i motsatt rekkefølge. For formålene med den følgende beskrivelse vil en puls bli identifisert av to tall, hvor det første tallet identifise-rer banen som tas av pulsen fra kilden 702 til reflektoren 752, og det andre tallet identi-fiserer banen som tas av pulsen fra reflektoren 752 tilbake til detektorene 704, 706. For eksempel forplanter pulsen 0,1 seg gjennom et felles trinn (trinn 0) 712, så gjennom for-sinkelsessløyfen 750, til reflektoren 752, tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, og så gjennom trinn 718(1). Pulsen 1,0 forplanter seg først gjennom trinnet 718(1), så gjennom forsinkelsessløyfen 750, til reflektoren 752, tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, og så gjennom det felles trinnet (trinn 0) 712. Siden avstanden som pulsen 0,1 har forplantet seg er identisk med avstanden som pulsen 1,0 har forplantet seg, interfererer pulsen 0,1 og pulsen 1,0 når de kombineres i 3x3-kopleren 710 og definerer derfor et fellesbane-interferometer (dvs. et foldet Sagnac-interferometer) på samme måte som Sagnac-interferometrene beskrevet ovenfor. Akustiske avfølingsresultater fra hydrofonen 722(1) er plassert i trinn 1 som responderer på akustisk modulasjon. De interfererende pulsene 0,1 og 1,0 møter hydrofonen 722(1) ved forskjellige tidspunkter, og henter således opp en faseforskj ell pga. den tidsvarierende akustiske modulasjonen av hydrofonen 722(1). I 3x3-kopleren 710 blir denne faseforskj ellen konvertert til en intensitetsmodulasjon som blir sendt ned detektomedføringene 770, 772 til detektorene 704,706. Den samme effekten opptrer for pulsene 0,2 og 2,0, for pulsene 0,3 og 3,0, etc.

Siden det foldede Sagnac-interferometeret har en felles bane, kan kilden 702 ha en kort koherenslengde, hvilket betyr at interferens bare vil opptre mellom pulser som har forplantet seg nærmest i identiske baner. Pulsen i, j vil derfor interferere bare med pulsen j, i. Som angitt ovenfor, er det N interferometere av interesse (puls 0,i som interfererer med i,0 for i=l til N). Det er også de mange andre interferometrene som ikke innbefatter det felles trinnet (trinn 0) 712 (for eksempel interfererer puls 1,2 med puls 2,1, puls 1,3 interfererer med puls 3,1, etc). Slike interfererende pulser bidrar med støy i de nyttbare pulsene, og skal refereres til her som støypulser. Disse støypulsene fører to typer støy. Som med alle pulser, fører de tilleggsskuddstøy, ASE-signal beatstøy (i en forsterket gruppe), fasestøy etc, som øker den påviste støyen. Støypulsene som danner et uønsket interferometer (puls 1,2 som interfererer med puls 2,1, etc), fører også intensitetsmodulasjon pga. interferometrisk avføling av akustiske bølger. Denne intensitetsmodulasjonen er et uønsket signal og kan anses som en støykilde. Det er viktig å merke seg at disse uønskede interferometrene har som sine interfererende punktkoplere 280(1) til 280(N) hvor trinnene 218(1) til 218(N) kobler til den første innmatings/utmatingsfibe-ren 714 av gruppen 716, mens signalpulsene interfererer ved 3x3-kopleren 710. Siden støypulsene interfererer før de når 3x3-kopleren 710, blir intensitetsmodulasjon av støy-pulsene tilveiebrakt symmetrisk til begge detektorene 704 og 706. Signalpulsene som interfererer i 3x3-kopleren 710 frembringer imidlertid en asymmetrisk intensitetsmodulasjon. Ved å forsterke strømmene fra detektorene 704, 706 forskjellig, tilføyes derfor intensitetsmodulasjon av signalpulsene og intensitetsmodulasjonen av støypulsene subtraheres og således reduseres støybidraget til de uønskede interferometrene.

For fullstendig å eliminere all støyen tilføyd av disse støypulsene, kan pulsene av interesse separeres fra støypulsene ved å anvende et tidsdivisjonsmultipleksingsoppsett og på passende måte velge forsinkelseslengder. Spesielt er den optiske banelengden fra 3x3-kopleren 710 via det felles trinnet 712 til 2x2-kopleren 730 valgt til å korrespon-dere med en forplantningstid x. Den optiske banelengden av et fiberparti fra 3x3-kopleren til kopleren 780(1) via det første trinnet 718(1), til en korresponderende kopler 790(1), og til 2x2-kopleren 730, er valgt til å være (N+l)x. Et parti av den optiske banelengden er en felles bane fra 3x3-kopleren 710 til kopleren 780(1) og fra kopleren 790(1) til 2x2-kopleren 730, og et parti av den optiske banen er via trinnet 718(1). De optiske banelengdene via hvert av trinnene 718(i) er fortrinnsvis valgt til å være omtrent like. Den totale lengden optisk bane fra kopleren 780(1) til kopleren 780(2) og den optiske banen fra en kopler 790(2) til kopleren 790(1) er valgt til å være x, slik at den totale optiske banelengden fra 3x3-kopleren 710 til 2x2-kopleren 730 via det andre trinnet 712(2) er x lenger enn den totale optiske banelengden fra 3x3-kopleren 710 til 2x2-kopleren 730 via det første trinnet 718(1) (dvs. at den totale optiske banelengden mellom de to koplerne 710,730 via det andre trinnet 718(2) er lik (N+2)x). Den totale ytterligere optiske banelengde for hver påfølgende er valgt til å være x. Forplantningstiden for lys fra 3x3-kopleren 710 via et trinn 718(i) til 2x2-kopleren er således definert som forsinkelsestiden Tj av trinnet 718(i).

I samsvar med den foreliggende beskrivelsen bestemmes Tj av de optiske banelengdene via trinnene som følger:

Fra det forutgående kan det sees at den optiske banelengden gjennom det mest fjerne trinnet N er lik (N+N)r eller 2Nx.

Varigheten av hver puls er valgt til ikke å bli mer enn x. Som illustrert i figur 18 vil således den første pulsen 800 som returnerte til 3x3-kopleren 710 være pulsen som har forplantet seg gjennom det felles trinnet 712 (dvs. trinn 0) fra kilden 702 til reflektoren 752 og tilbake til detektorene 704,706. Denne pulsen har en total forplantningstid på 2x.

(Ved sammenlikning av forplantningstider ignoreres forplantningstiden av hver puls til reflektoren 752 via forsinkelsessløyfen 750 og tilbake, siden forplantningstiden er felles for alle pulsene og ganske enkelt virker som en forskyvning (ikke vist) av tidsdiagram-met i figur 18). Det neste settet 810 av pulser returnert til detektorene 702, 706 er pulsene som forplanter seg gjennom det felles trinnet 712 i en retning og forplanter seg gjennom et avfølingstrinn 718(i) i den motsatte retningen (dvs. pulsene 0,1 og 1,0; 0,2

og 2,0; 0,3 og 3,0, til 0,N og N,0). Disse pulsene har respektive forplantningstider på 2x + Nd, 3x+Nx, 4x+Nx, til (N+l)x + Nt. Alle de nyttbare pulsene blir således mottatt mellom et tidspunkt (N+2)x og et tidspunkt (2N+2)x (innbefattende varigheten x av den sist mottatte pulsen). I motsetning til dette blir de interfererende pulsene som forplanter seg gjennom et avfølingstrinn 718(i) i begge retninger (dvs. pulsene 1,1,1,2 og 2,1,1,3 og 3,1 ... 2,2,2,3 og 3,2 ... etc.) mottatt som et sett av pulser 820 mellom et tidspunkt 2(N+2)x og et tidspunkt (4N+l)x. Signalpulsene er således atskilt fra støypulsene.

I figur 18, for eksempel, er antall returnerte pulser som funksjon av tiden opptegnet for N = 50. Som illustrert mottas en enkelt puls i et tidspunkt 2x. Deretter blir ingen pulser mottatt under intervallet 3t til 52t. Så fra 52x til 102x blir to pulser mottatt under hvert tidsintervall. Støypulsene returnerer så fra et tidspunkt 102x til et tidspunkt 20lx. På denne måten blir signalpulsene separert i tid fra støypulsene, og således forhindres støy-pulsene i å tilføye støy til signalpulsene. Elektronikken (ikke vist) blir lett synkronisert til bare å se på pulsene som er mottatt mellom tidspunktet 52x og tidspunktet 102x.

En bør merke seg at kilden 702 kan aktiveres for å sende ut den neste pulsen ved tidsintervallet av 15 Ot i forhold til den tidligere pulsen, siden Ot til 5 Ot intervallet som respons på den neste pulsen kan overlappe 150t til 200r intervallet av støypulser som returneres som respons på den tidligere kildepulsen. Et neste sett 830 av nyttige pulser kan således begynne å ankomme i et tidspunkt 201. Derfor har utførelsen i figurene 17 og 18 en total driftssyklus på grovt Vz for nyttbar signalinformasjon.

Fordelen med den foldete akustiske Sagnac-fibersensoren 700, sammenliknet med

Sagnac-sløyfen illustrert i de tidligere figurene, er at forsinkelsesfiberen 750 er ufølsom for modulasjon. Pga. at nedføringene ofte er ganske lange og er utsatt for store bevegelser og vibrasjoner, er fordelt nedføringsopphenting en potensiell alvorlig begrensning på en akustisk Sagnac-fibersensor. I den foldete akustiske Sagnac-fibersensoren 700 er kilden 708 og detektomedføringene 770, 772 ufølsomme, siden de opptrer utenfor interferometeret. Forsinkelsessløyfenedføringen 740 er ufølsom siden alle de interfererende pulsene forplanter seg i denne samme fiberen separert av små tidsforsinkelser (omtrent 1 mikrosekund) og ser således de samme forstyrrelsene. Enhver lavfrekvens- (mye mindre enn omtrent 1 MHz) modulasjon av forsinkelsessløyfenedføringen og selve for-sinkelsessløyfen sees i hovedsaken lik av begge interfererende pulser og bidrar ikke til en faseforskj ell. Gruppepartiet 716 og det felles trinnet 712 omfatter de eneste sensitive fibrene i interferometeret 700.

Som vist i figur 17, kan de fjempumpede, fordelte, erbiumdopete fiberforsterkeme (EDFA) 724 befinne seg ut gjennom gruppen 216 for å regenerere effekt, som beskrevet ovenfor.

3x3-kopleren 710 blir anvendt til passivt å forspenne hver sensor 722(i) nær kvadratur

og for å tillate kildestøysubtraksjon. Støysubtraksjon resulterer av det faktum at hver detektor 704,706 er forspent på en motstående helling (siden måten signalene kommer ut av 3x3-kopleren 710 faset i forhold til hverandre), og forårsaker fasemodulasjon til å påvirke intensiteten ved hver detektor asymmetrisk, mens kildeoverskuddsstøy symmetrisk påvirker intensiteten ved hver detektor. Ved å forsterke detektorutgangssignalene forskjellig, blir derfor de fasemodulasjonsinduserte intensitetsvariasjonene tilføyd og kildens intensitetsstøy subtrahert på samme måte som signalene fra de uønskede interferometrene vil bli subtrahert.

Det må forstås med henvisning til figurene 17 og 18 at en tilsvarende tidsdivisjonsmulti-pleksingseffekt kan oppnås ved å tilveiebringe en lengre optisk bane eller linjelengde gjennom det felles trinnet 712 og kortere optiske banelengder gjennom avfølingstrin-nene 718(1). For eksempel kan det felles trinnet 712 med fordel være valgt til å ha en optisk banelengde på 2Nx (dvs. To = 2N), og de optiske banelengdene gjennom trinnene kan med fordel være valgt til å være x, 2x, 3x,... Nx. Det forutgående kan oppsummeres som:

Det første signalet som returnerer vil således ha en optisk forplantningstid (igjen subtraheres forplantningstiden gjennom forsinkelsessløyfen 750 som er felles for alle signalene) på 2x som er tiden som er nødvendig for å passere gjennom det første trinnet 718(1) i begge retninger. Den lengste forsinkelsen av et signal som passerer gjennom ett av avfølingstrinnene 718 (i) i begge retninger er 2N for en signalpuls som forplanter seg i begge retninger gjennom det mest fjerne avfølingstrinnet 718(N). Det første nyttbare signalet som returnerer er et signal som er resultatet av interferensen av et signal som forplanter seg til reflektoren 752 gjennom det felles trinnet 712 og returnerer gjennom det første avfølingstrinnet 718(1) med et signal som forplanter seg til reflektoren 752 gjennom det første avfølingstrinnet 718(1) og returnerer via det felles trinnet 712. Inter-ferenssignalet vil ankomme i et tidspunkt (2N+l)x som er senere enn det siste uønskede signalet. Det siste nyttbare signalet vil ankomme i et tidspunkt (2N+l)x (dvs. 3Nx). Til slutt ankommer et signal frembrakt av en puls som forplantet seg til og fra reflektoren 752 i det felles trinnet 712 i et tidspunkt 4Nx, som er godt separert fra de nyttbare inter-ferenssignalene.

Det er ønskelig at akustiske sensorer har et så stort dynamisk område (område med påvisbare akustiske modulasjonsamplituder) som mulig. Uten å bruke demodulasjonstek-nikker slik som det fasegenererte bæreoppsettet, blir den minimale påvisbare fasemodulasjonen innstilt av støyytelsen for gruppen, og den maksimale påvisbare fasemodulasjonen (omtrent 1 rad) blir innstilt av den ikke-lineære responsfunksjonen for et interferometer. I en Mach-Zehnder sensor er mappingen av akustisk modulasjon til fasemodulasjon en funksjon av bare hydrofonens responsitivitet. Disse grensene på den påvisbare fasemodulasjon sammen med denne mappingen av akustisk modulasjon i fasemodulasjon gir således området for akustisk modulasjon som sensoren kan påvise.

I en foldet akustisk Sagnac-fibersensorgruppe er mappingen av akustisk modulasjon til fasemodulasjon en funksjon av både responsitiviteten for hver av hydrofonene (sensorer) 722(i) og lengden av forsinkelsessløyfen 750. Ved således å endre lengden av for-sinkelsessløyfen 750, kan det dynamiske området av sensorene 722(i) justeres uten å modifisere selve hydrofonene 722(i). Dersom i tillegg to reflektorer 742(1) og 752(2) blir brukt, kan hver sensor 718(i) ha to forskjellige forsinkelsessløyfer 750(1) og 750(2), som vist i en sensor 850 i figur 19. Dette gjør det mulig for hver sensor 722(i) å returnere to signaler som har forskjellige dynamiske områder, som beskrevet ovenfor med henvisning til figur 7 og 8, og derved i stor grad øke det totale dynamiske område til hver sensor 722(i). Straffen er en reduksjon i driftssyklus for hvert individuelt signal med en faktor på l/(antallet forsinkelsessløyfer). Figur 20 illustrerer en sensor 900 som implementerer en fasenullingsteknikk tilsvarende teknikkene som har blitt brukt i fibergyroskoper. Forsinkelsessløyfereflektoren 752 i figur 17 blir ikke brukt i sensoren 900 i figur 20. Snarere blir pulsene i stedet returnert via en returnedføring 310 inn i den tidligere ubrukte porten til 2x2-kopleren 730. En optisk isolator 912 er innført i retumedføringen 910 for å forhindre lys i å forplante seg i for-sinkelsessløyfen 750 i begge retninger. Sensoren 900 i figur 20 oppfører seg identisk med sensoren 700 i figur 17 med reflektoren 752. Sensoren 900 tillater imidlertid tilføy-elsen av en fasemodulator 920 som innføres i retumedføringen 910. Fasemodulatoren 920 blir aktivert for å tilføye en faseforskyvning til hver puls individuelt. Ved å mate den påviste faseforskyvningen inn i fasemodulatoren 920 via en differensialforsterker 922, blir faseendringer nullet ut, og den nødvendige påførte faseforskyvningen i fasemodulatoren 920 blir signalet. I denne fasenullingsfremgangsmåten er det dynamiske området av gruppen 900 begrenset bare av den maksimale faseforskyvningen som fasemodulatoren 920 kan tilveiebringe. Figur 21 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av figur 19 hvori de to forsinkel-sessløyfene 750(1) og 750(2) ikke er forbundet med den samme forsinkelsessløyfened-føringen. Snarere er den første ende av den første forsinkelsessløyfen 750(1) forbundet med den første forsinkelsessløyfenedføring 740(1), som er tilkoblet den fjerde porten av 2x2-kobleren 730, som i figur 19. Den andre enden av den første forsinkelsessløyfen

750(1) er koblet til den første reflektoren 752(1), som tidligere. Den første enden til den andre forsinkelsessløyfen 750(2) er koblet til den tredje porten av 2x2-kopleren 730 via en andre forsinkelsessløyfenedføring 740(2), og den andre enden av den andre forsin-kelsessløyfen 750(2) er koblet til den andre reflektoren 752(2). Omtrent halvparten av

lyset fra 2x2-kopleren 730 blir koblet til hver av nedføringene 740(1), 740(2). Lyset i hver nedføring 740(1), 740(2) blir forsinket i den respektive forsinkelsessløyfen 750(1), 750(2) og blir reflektert tilbake til 2x2-kopleren 730 som tidligere. Det reflekterte lyset blir koblet til det felles trinnet 712 og til gruppen 716. Forsinkelsene av forsinkelses-sløyfene 750(1), 750(2) er valgt slik at ingen av de N+l pulsene som forplanter seg fra den fjerde porten av 2x2-kopleren 730 gjennom den første forsinkelsessløyfen 750(1) overlapper i tid med noen av N+l pulsene som forplanter seg fra den tredje porten av 2x2-kopleren 730 gjennom den andre forsinkelsessløyfen 750(2). I utførelsen i figur 21 tilveiebringes således en tilsvarende funksjonalitet som utførelsen i figur 19; utførelsen i figur 21 anvender imidlertid lyset som ble koblet ut av den tredje porten av 2x2-kopleren 730 i figur 19 og forkastet.

Figur 22 illustrerer en alternativ utførelse av et fiberoptisk, akustisk sensorsystem 1000 som benytter en foldet Sagnac-sensorgruppe. I systemet 1000 er en kilde 1004 koblet til en første port av en 2x2 polarisasjonsopprettholdende kopler 1006 av en X-polarisator 1008. En detektor 1002 er tilkoblet en andre port av 2x2-kopleren 1006 via en X-polarisator 1010. En andre detektor (ikke vist) kan med fordel være innbefattet i utførelsen i figur 22 ved å koble lys fra fiberen som fører til kilden 1004. X-polarisatoren 1008 sender bare lys fra kilden 1004 som har en første polarisasjon (for eksempel en X-polarisasjon). Den polarisasjonsopprettholdende kopleren 1006 mottar således lys som har en X-polarisasjon fra kilden 1004 og kobler lyset til et felles trinn 1020 via en tredje port og til en sensorgruppe 1022 via en fjerde port. Sensorgruppen 1022 hai- en tilsvarende struktur som sensorgruppen 716 i figur 17, og like elementer er nummerert i samsvar med dette.

Det er å merke seg at de to X-polarisatorene 1008,1010 kan erstattes av en eller flere X-polarisatorer i alternative lokaliseringer i systemet 1000.

Det felles trinnet 1020 er koblet via en X-polarisator 1030 til en første port av en andre polarisasjonsopprettholdende 2x2-kopler 1032. Lyset som forplanter seg til gruppen 1022 passerer først gjennom en depolarisator 1034 og så til en første innmatings/utma-tingsfiber 714. Depolarisatoren 1034 kobler i hovedsak like mengder av det X-polariserte lyset til X-polarisert lys og til Y-polarisert lys. Omtrent 50% av lyset forplanter seg således i gruppen 1022 som X-polarisert lys og omtrent 50% forplanter seg i gruppen 1022 som Y-polarisert lys.

Etter å ha passert gjennom trinnene i gruppen 1022 forplanter lyset seg via den andre innmatings/utmatingsfiberen 720 og en Y-polarisator 1040 til en andre port av den andre kopleren 1032. Y-polarisatoren tillater bare Y-polarisert lys å entre den andre kopleren 1032. Kopleren 1032 kombinerer lyset fra gruppen 1022 og fra det felles trinnet 1020. Omtent halvparten av lyset som entrer kopleren 1032 koplet via en tredje port av kopleren 1032 til en lysabsorberende terminering 1042, og omtrent halvparten av lyset blir koplet til en nedføringsfiber 1050 som forplanter lyset til en første ende av en forsinkelsessløyfe 1052.

Lys passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1052 til et roterende Faraday-speil (FRM) 1054. Det roterende Faraday-speilets 1054 virkemåte er velkjent og skal ikke beskrives detaljert. Grunnleggende består denne i at når lys som faller inn på det roterende Faraday-speilet 1054 i en polarisasjon, blir det reflektert i den ortogonale polarisasjonen. Det Y-polariserte lyset som passerer gjennom det felles trinnet 1020 blir således reflektert som Y-polarisert lys, og det Y-polariserte lyset som passerte gjennom gruppen, blir reflektert som X-polarisert lys.

Det reflekterte lyset passerer tilbake gjennom forsinkelsen 1052 og entrer den fjerde porten av kopleren 1032. Lyset blir koplet til det felles trinnet 1020 og til gruppen 1022. X-polarisatoren 1030 i det felles trinnet passerer bare lyset i X-polarisasjonen som opprinnelig ble forplantet gjennom gruppen 1022. Tilsvarende passerer Y-polarisatoren 1040 i gruppen 1022 bare Y-polarisert lys som opprinnelig ble forplantet via det felles trinnet 1020.

Etter å ha forplantet seg gjennom gruppen 1020 blir det returnerte Y-polariserte lyset depolarisert i depolarisatoren 1034 for å frembringe både X-polarisert lys og Y-polarisert lys. Lyset fra det felles trinnet 1020 entrer den tredje porten av kopleren 1006, og lys fra depolarisatoren 1034 entrer den fjerde porten av kopleren 1006. Lyset kombineres i kopleren og det X-polariserte lyset fra de portene som har forplantet seg den optiske avstanden, interfererer og blir koplet til den første og andre porten. Delen som blir tilkoblet den andre porten forplanter seg gjennom X-polarisatoren 1020 til detektoren 1002, hvor de interfererende signalene blir påvist.

Det må forstås at bare lyset som opprinnelig forplantet seg i forskjellige baner til å fra det roterende Faraday-speilet 1054 interfererer i kopleren 1006. Det eneste lyset som tillates å forplante seg gjennom det felles trinnet 1020 i den reflekterte retningen, er X-polarisert lys som opprinnelig forplantet seg i gruppen 1022 som Y-polarisert lys. På tilsvarende måte er det bare lyset som tillates å forplante seg gjennom et av trinnene i gruppen 1022 i den reflekterte retningen y-polarisert lys opprinnelig forplantet seg i det felles trinnet 1020 som X-polarisert lys. Potensielt interfererende lys kan ikke forplante seg gjennom trinnene i begge retningene for å frembringe støysignalene beskrevet i tilknytning til de ovenfor beskrevne utførelser. Hver av pulsene generert i gruppen 1022 fra den reflekterte pulsen som opprinnelig forplantet seg i det felles trinnet 1020, kan således interferere bare med en enkelt av pulsene som opprinnelig ble generert i gruppen 1022 og som ble forplantet i det felles trinnet 1020 etter at det var reflektert. Det er således ikke nødvendig i utførelsen i figur 22 å innbefatte tilleggsforsinkelser for å separere de nyttbare signalpulsene fra støypulser.

Figurene 23A, 23B og 23 C illustrerer ytterligere alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelsen. En sensorgruppe 1100 i utførelsen i figur 23 A, 23B og 23C er tilsvarende sensorgruppen 700 i utførelsen i figur 17, og like elementer er blitt nummerert i samsvar med dette. Utførelsene i figur 23 A, 23B og 23C innbefatter en ikke-polarisert kilde 1102. 2x2-kopleren 730 i figur 17 er erstattet med en polarisasjonsstrålesplitter (PBS) 1104 i figurene 23 A, 23B og 23C. Bruken av polarisasjonsstrålesplitteren 1104 sparer omtrent 6 dB effekt, sammenliknet med kopleren 730 i figur 17 og kopleren 1130 i figur 22. Reflektoren 752 i figur 17 er erstattet med et roterende Faraday-speil (FRM) 1106 som tilsvarer det roterende Faraday-speil et 1054 i figur 22. 3x3-kopleren 710 i figur 23 A, 23B og 23C behøver ikke være en polarisasjonsopprettholdende kopler.

Hver av figurene 23 A, 23B og 23C innbefatter en depolarisator 1110.1 figur 23A er depolarisatoren 1110 anordnet på den første gruppeinnmatings/utmatingsfiberen 714.1 figur 23B er depolarisatoren 1110 anordnet på det felles trinnet 712.1 figur 23C er depolarisatoren 1110 anordnet på den andre grappeinnmatings/utmatingsfiberen 720.

I utførelsen på figur 23 A entrer lys fra den ikke-polariserte kilden 1102 3x3-kopleren 710 og blir koplet i omtrent like deler til det felles trinnet 712 og til den første gruppe-innmatings/utmatingsfiberen 714. Som beskrevet ovenfor i tilknytning til figurene 3 og 17, tilveiebringer bruken av 3x3-kopleren passiv forspenning nær kvadratur. Lyset som forplanter seg i den første gmppeinnmatingsAitmatingsfiberen 714 passerer gjennom depolarisatoren 1110, som har effekten som forårsaker at omtrent halvparten av lyset entrer gruppen i en polarisering (for eksempel X-polariseringen) for å koples inn i den ortogonale polariseringen (for eksempel Y-polarisering), og likeledes halvparten av lyset som entrer gruppen i Y-polariseringen til å bli koplet til X-polariseringen. Etter depolarisatoren 1110 har således halvparten av lyset i X-polariseringen sin opprinnelse i X-po-lanseringen og den andre halvparten av lyset i X-polariseringen sin opprinnelse i Y-polariseringen. Etter depolarisatoren 1110 har likeledes halvparten av lyset i Y-polariseringen sin opprinnelse i Y-polariseringen og den andre halvparten av lyset i Y-polariseringen sin opprinnelse i X-polariseringen. På effektiv måte sammenblander depolarisatoren 1110 det ikke-polariserte lyset.

Lyset passerer gjennom gruppen 716 på måten beskrevet ovenfor i tilknytning til de andre utførelsene. Lyset som slipper ut av gruppen 716 forplanter seg gjennom den andre gmppeinnmatings/umiatingsfiberen 720 til en første port 1121 av polarisasjonsstrålesplitteren 1104. Polarisasjonsstrålesplitteren 1104 deler det innfallende lyset i de to ortogonale polariseringene (dvs. X-polariseringen og Y-polariseringen). For beskrivel-sesfonnål antas det at polarisasjonsstrålesplitteren 1104 virker som et polarisasjonsav-hengig speil orientert i 45 °, hvor lyset som entrer den første porten 1121 i en polarisering (for eksempel X-polariseringen) blir reflektert til en andre port 1122 og lys som entrer den første porten 1121 i den andre polariseringen (for eksempel Y-polariseringen) blir sendt til en tredje port 1123.1 den viste utførelsen blir lyset som slipper ut av den andre porten 1122 ikke-reflekterende absorbert av termineringen 732. Det Y-polariserte lyset som slipper ut av den terminalen 1123 forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfe-nedføringsfiberen 740, gjennom forsinkelsessløyfen 750 til det roterende Faraday-speilet 1106. Det er å merke seg at dette Y-polariserte lyset fra gruppepartiet 716 har forplantet seg gjennom depolarisatoren 1110 og halvparten av det var opprinnelig X-polarisert lys og halvparten av det var opprinnelig Y-polarisert lys. Som beskrevet ovenfor, forårsaker det roterende Faraday-speilet 1106 at det innfallende lyset blir koblet til den ortogonale polariseringen. Det Y-polariserte lyset blir således koplet til X-polarisasjon.

Det X-polariserte lyset reflektert av det roterende Faraday-speilet 1106, passerer gjennom forsinkelsessløyfen 750 og forsinkelsessløyfenedføringsfiberen 740 tilbake til den tredje porten 1123 av polarisasjonsstrålesplitteren. Siden lyset nå er i X-polarisasjonen, blir lyset reflektert til en fjerde port 1124, snarere enn å bli sendt til den første porten

1121. Det Y-polariserte lyset som opprinnelig falt inn på polarisasjonsstrålesplitteren fra gruppen 716, blir således koplet til det felles trinnet 712 for å forplante seg til 3x3-kopleren 710 i X-polarisasjonen.

Ikke-polarisert lys som forplanter seg fra 3x3-kopleren 710 til polarisasjonsstrålesplitteren 1104 via det felles trinnet 712, entrer polarisasjonsstrålesplitteren 1104 via den fjerde porten 1124. Komponentene av lyset i Y-polarisasjonen blir sendt til andre port 1122 og blir ikke-reflekterende terminert av termineringen 732. Lysets komponenter i X-polarisasjonen blir reflektert til den tredje porten 1123 og forplanter seg til det roterende Faraday-speilet 1106 via forsinkelsessløyfenedføringsfiberen 740 og forsinkelsessløyfen 750. (Grunnen for å innbefatte depolarisatoren 1110 kan nå forstås. Siden bare det X-polariserte lyset fra det felles trinnet 712 blir koplet til forsinkelsessløyfenedføringsfiberen 740, sikrer depolarisatoren 1110 at lyset koplet fra gruppen 716 til forsinkelsessløyfenedføringsfiberen 740 også innbefatter noe lys som opprinnelig var X-polarisert). Det roterende Faraday-speilet 1106 reflekterer lyset som Y-polarisert lys, og det Y-polariserte lyset forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfen og nedføringsfiberen til den tredje porten 1123 av polarisasjonsstrålesplitteren 1104.

Det Y-polariserte lyset som faller inn på den tredje porten 1123 av polarisasjonsstrålesplitteren 1104 blir sendt til den første porten 1121 og således til den andre gruppeinn-matings/utmatingsfiberen 720. Det Y-polariserte lyset forplanter seg gjennom gruppen

716 til den første gmppeinmnatings/utmatingsfiberen 714 og passerer så gjennom depolarisatoren 1110 til 3x3-kopleren 710. Depolarisatoren 1110 virker slik at den konverte-rer omtrent 50% av det Y-polariserte lyset til X-polarisert lys. Det X-polariserte lyset fra depolarisatoren 1110 mterfererer med det X-polariserte lyset fra det felles trinnet 712. Det resulterende, kombinerte lyset blir påvist av detektoren 704 eller detektoren 706 i samsvar med faseforholdet mellom de interfererende lyssignalene i 3x3-kopleren 710.

Det er å merke seg at det X-polariserte lyset som faller inn på 3x3-kopleren 710 fra depolarisatoren 1110 og det X-polariserte lyset fra det felles trinnet 712 forplanter seg identiske banelengder. For eksempel forplanter lys som forplanter seg gjennom det fell-les trinnet 712 først i X-polarisasjonen gjennom det felles trinnet 712 og så gjennom gruppen 716 i Y-polarisasjonen. På den annen side forplanter lyset som forplanter seg gjennom gruppen 716 først i Y-polarisasjonen gjennom gruppen 716 og så i X-polarisasjonen gjennom det felles trinnet. Siden de to "motforplantende" lyssignalene er i de samme polarisasjonene når de forplanter seg gjennom de korresponderende delene av den interferometriske banen, er forplantningslengdene identiske, unntatt for innvirkningen av innfallende støy avfølt av gruppen 716.

Det må forstås at terminatoren 732 koplet til den andre porten 1122 av polarisasjonsstrålesplitteren 1104, kan erstattes med en andre forsinkelsessløyfe (ikke vist) og et andre, roterende Faraday-speil (ikke vist) for å tilveiebringe en andre interf érometrisk bane for lyset som interfererer i X-polarisasjonen. Ved å justere forsinkelsen tilveiebrakt av den andre forsinkelsessløyfen, kan retursignalene fra den andre interferometriske banen ute-lukkes fra overlapping med retursignalene fra den første interferometriske bane.

Utførelsen i figur 23 B tilsvarer utførelsen i figur 23A, unntatt for at depolarisatoren 1110 er anordnet i det felles trinnet 712. Virkningen av depolarisatoren 1110 i figur 23B er (1) å forårsake at en del av lyset i det felles trinnet 712 som returneres fra polarisasjonsstrålesplitteren 1104 i en enkelt polarisasjon (for eksempel X-polarisasjon) blir koplet til den ortogonale polarisasjonen og (2) å sammenblande det ikke-polariserte lyset som forplanter seg fra 3x3-kopleren 710 gjennom det felles trinnet 712 mot polarisasjonsstrålesplitteren 1104. Dette sikrer at lyset interfererer når det rekombineres i 3x3-kopleren 710 (den samme grunnen til at depolarisatoren 1110 ble tilføyd fiberen 714 i figur 23A).

Utførelsen i figur 23C tilsvarer også utførelsen i figur 23 A, unntatt for at depolarisatoren 1110 er anordnet i den andre gruppeinnmatings/utmatingsfiberen 720. Utførelsen i figur 23 C er funksjonelt ekvivalent med utførelsen i figur 23 A, siden det ikke spiller noen rolle hvorvidt lyset passerer gjennom gruppepartiet 716 og så passerer gjennom depolarisatoren 1110 og så passerer gjennom gruppepartiet 716. Funksjonen av utførel-sen i figur 23C er således hovedsakelig den samme som funksjonen av utførelsen i figur 23 A, som beskrevet ovenfor.

Figur 24 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, hvori en foldet Sagnac-sensorgruppe 1200 innbefatter polarisasjonsstrålesplitteren (PBS) 1104. Det roterende Faraday-speilet (FRM) 1106 og depolarisatoren 1110 tilkob-les som vist i gruppen 1100 i figur 23A. Andre komponenter fra figur 23A er også nummerert som tidligere. Til forskjell fra gruppen 1100 i figur 23A som har 3x3-kopleren 710, har den foldede Sagnac-sensorgruppen 1200 en polarisasjonsopprettholdende (PM) 2x2-kopler 1220 forbundet på samme måte som 2x2-kopleren 1006 i figur 22. En port av 2x2-kopleren 1220 er tilkoblet en første port av en optisk sirkulator 1222 via en første polarisator 1224. En andre port av den optiske sirkulatoren 1222 er forbundet

med en første detektor 1226. En tredje port av den optiske sirkulatoren 1222 er tilkoblet en ikke-polarisert kilde 1228 (for eksempel en intensitetsmodulert superfmorescerende fiberkilde). En andre port av 2x2-kopleren 1220 er tilkoblet en andre detektor 1230 via en andre polarisator 1232. Detektorene 1226 og 1230 og den ikke-polariserte kilde 1228 er tilkoblet sirkulatoren 1222 ved hjelp av standard (ikke polarisasjorisopprettholdende) fibere. Polarisatorene 1224 og 1232 er koblet til den polarisasjonsopprettholdende kopleren 1220 via den polarisasjonsopprettholdende fiberen, slik at polarisatorene 1224,

1232 flukter med en felles akse til den polarisasjonsopprettholdende 2x2-kopleren 1220. Alternativt, dersom en polarisasjonskilde blir brukt i stedet for den ikke-polariserte kilden 1228, er den polariserte kilden (ikke vist) tilkoblet en polarisasjonsopprettholdende sirkulator (ikke vist) ved hjelp av polarisasjonsopprettholdende fiber, og den polarisasjonsopprettholdende sirkulatoren er tilkoblet polarisatoren 1224 ved hjelp av polarisasjonsopprettholdende fiber. De polarisasjonsopprettholdende komponentene er tilkoblet slik at det polariserte lyset fra kilden passerer gjennom polarisatoren 1224. Forbindel-sene fra den polarisasjonsopprettholdende sirkulatoren til detektorene 1226 og 1230 er tilveiebrakt ved hjelp av standard (ikke polarisasjonsopprettholdende) fibere.

Den foldede Sagnac-sensorgruppen 1200 innbefatter videre en ikke-resiprok faseskifter 1250. Faseskifteren 1250 er tilkoblet det felles trumet 712 via en første optisk fiber 1252 som har en første ende 1254 og en andre ende 1256 og via en andre optisk fiber 1258 som har en første ende 1260 og en andre ende 1262. Den første enden 1254 av den første optiske fiberen 1252 er tilkoblet det felles trinnet 712 nær 2x2-kopleren 1220 via en første kopler 1264. Den første ende 1260 av den andre optiske fiberen 1258 er tilkoblet det felles trinnet 712 nær polarisasjonsstrålesplitteren 1104 via en andre kopler 1266. De respektive andre endene 1256, 1262 av den første og andre optiske fiberen 1252, 1258 er koplet til faseskifteren 1250, som beskrevet nedenfor i tilknytning til figur 25 og 26.

Det felles trinnet 712, den første fiberen 1252 og den andre fiberen 1258 er fortrinnsvis polarisasjonsopprettholdende fibere (PM), og den første kopleren 1264, den andre kopleren 1266 og 2x2-kopleren 1220 er polarisasjonsopprettholdende (PM) kopiere. Den første kopleren 1264 og den andre kopleren 1266 er også fortrinnsvis 50/50-koplere, som kopler omtrent 50% av lyset som entrer det felles trinnet 712 i hver retning av faseskifteren 1250, mens omtrent 50% av lyset forblir i det felles trinnet. Den ikke-resiproke faseskifteren 1250 og de tilordnede fibrene danner således et andre trinn 1268 i parallell med det felles trinnet 712.

Ett av trinnene 712, 1268 (for eksempel det felles trinnet 712) innbefatter fortrinnsvis et forsinkelseselement (for eksempel en forsinkelsessløyfe 1269) som innfører en tidsforsinkelse i et trinn som er tilstrekkelig til å forhindre at pulsene, som forplanter seg gjennom trinnene, overlapper hverandre. Lyset som returnerer til 2x2-kopleren 1220 fra sensorgruppen 716 omfatter således to pulser for hver sensor som er atskilt i tid fra hverandre. En puls omfatter det kombinerte lyset som passerer gjennom det felles trinnet 712 i hver retning. Den andre pulsen omfatter det kombinerte lyset som passerer gjennom den ikke-resiproke faseskifteren 1250 i hver retning. Det må forstås at lyspulsen som passerer gjennom faseskifteren 1250 i en retning og lyspulsen som passerer gjennom det felles trinnet 712 i den andre retningen har vesentlig forskjellige forplantningstider og vil ikke overlappe hverandre i kopleren 1220. De vil således ikke interferere.

Lyset som passerer gjennom det felles trinnet 712 i en retning gjennomgår ingen faseforskyvning i fellestrinnet 712 i forhold til lyset som passerer gjennom det felles trinnet i den andre retningen. Det kombinerte lyset som passerer gjennom det felles trinnet 712 i begge retninger har således en relativ faseforspenning på 0. Som beskrevet nedenfor, fører imidlertid den ikke-resiproke faseskifteren 1250 til en forskyvning eller et skifte av lyset i en retning i forhold til lyset i den andre retningen. I en foretrukket utførelse innfører faseskifteren 1250 spesielt en relativ 7t/2-faseforskyvning mellom lyset i de to retningene. Lyset som entrer kopleren 1220 som har forplantet seg gjennom faseskifteren 1250 i begge retninger, vil således kombineres i kopleren 1220 med en 7r/2-faseforspenning.

En fagkyndig på området vil forstå at 50%-kopleren 1220 i den interferometriske konfigurasjonen som vist i figur 24, kopler returnerende lys til utgangsporten korresponderende til den opprinnelige innmatingsporten når det returnerende lyset ved de to innrna-tingsportene interfererer i kopleren og har relativ faseforskj ell på 0, 2jt, 4it, etc., og kopler returnerende lys til den andre utgangsporten når lyset har en relativ faseforskjell på Tt, 37i, 57C, etc. Når det returnerende lyset har en relativ faseforskjell som ikke er et multippel av 7C, blir en del av det returnerende lyset sendt ut fra begge portene. Når for eksempel den relative faseforskjellen er en odd multippel av 7t/2 (for eksempel 7t/2, 3?t/2, etc), blir omtrent 50% av det returnerende lyset koplet til hver utgangsport. Ved å tilveiebringe to uavhengige forplantningsbaner mottar hver detektor 1226,1230 to signaler som er atskilt i tid og derfor kan påvises separat. Ett signal har en 0 faseforspenning, og ett signal har en 7c/2 faseforspenning slik at når ett signal er minst sensitivt for perturbasjon, er det andre signalet mest sensitivt for perturbasjon, og omvendt. Det må forstås at ytterligere trinn i parallell med det felles trinnet 712 og med forskjellige mengder relativ faseforskyvning, kan bli innbefattet for å tilveiebringe pulser med forskjellig faseforspenning.

Figur 25 illustrerer en alternativ konfigurasjon av en foldet Sagnac-sensorgruppe 1200', som i hovedsak er tilsvarende den foldete Sagnac-sensorgruppen 1200 i figur 24.1 den foldete Sagnac-sensorgruppen 1200' i figur 25 befinner depolarisatoren 1110 seg i den andre gruppeinnmatings/utmatingsfiberen 720, snarere enn i den første grappeinnma-tings/utmatingsfiberen 714. På grunn av den resiproke strukturen av sensorgruppen 716, endrer ikke relokaliseringen av depolarisatoren 1110 av fiberen 720 den totale virkemåten av den foldete Sagnac-sensorgruppen 1200' i forhold til virkemåten av den foldete Sagnac-sensorgruppen 1200. Virkemåten eller operasjonen av den foldete Sagnac-sensorgruppen 1200' vil ikke bli beskrevet i detalj heri.

Utførelsene i figur 24 og 25 innbefatter sensorgruppen 716, som ble beskrevet detaljert ovenfor. Det må forstås at andre konfigurasjoner av forsterkede sensorgrupper også kan anvendes i stedet for sensorgruppen 716 i utførelsene i figur 24 og 25.

Figur 26 illustrerer en første foretrukket utførelse av den ikke-resiproke ^-faseskifteren 1250 i figur 24 og 25. Som illustrert i figur 26, omfatter faseskifteren 1250 en første kollimeringslinse 1270, en første 45° Faraday-rotator 1272, en kvartbølgeplate 1274, en andre 45° Faraday-rotator 1276, og en andre kollimeringslinse 1278.1 den illustrerte ut-førelsen omfatter den første Faraday-rotatoren 1272, den andre Faraday-rotatoren 1276 og kvartbølgeplaten 1274 bulkoptiske anordninger som er kommersielt tilgjengelige, men kan med fordel omfatte fiberoptikk eller andre bølgelederanordninger. Kollime-ringslinsene 1270,1278 er anordnet nær andre ender 1256, 1262 av PM-fibrene 1252, 1258 for å fokusere lys fra fiberendene 1256,1262 på de respektive Faraday-rotatorene 1272, 1276, og for å fokusere lys fra Faraday-rotatorene 1272, 1276 inn i fibrene 1256, 1262. Hver av Faraday-rotatorene 1272, 1276 virker på velkjent måte for å bringe lys

matet inn i Faraday-rotatoren med dets polarisasjon i en bestemt vinkel til å få polarisasjonen rotert slik at polarisasjonen er i en ny vinkel, rotert ved en forutbestemt mengde i forhold til den opprinnelige vinkel. I den foretrukne utførelsen roterer for eksempel hver Faraday-rotator 1272,1276 polarisasjonen til det innfallende lyset med 45° i retning mot klokken (ccw). Som illustrert i figur 26 vil således lys utsendt fra enden 1256 av PM-fiberen 1252 som har sin polarisasjon orientert horisontalt, bli rotert 45° mot klokken i den første Faraday-rotatoren 1272, slik at polarisasjonen er orientert i en vinkel på 45° i retning med klokken i forhold til den opprinnelige orienteringen når det slipper ut fra den første Faraday-rotatoren 1272.

Kvartbølgeplaten 1274 er anordnet mellom de to Faraday-rotatorene 1272, 1276. Kort-bølgeplaten 1274 har den første dobbeltbrytende akse 1280 og en ortogonal andre dobbeltbrytende akse 1282. Lys som forplanter seg i en polarisasjon orientert langs en dobbeltbrytende akse (for eksempel den første dobbeltbrytende akse 1280) har en tregere forplantningshastighet enn lyset som forplanter seg i en polarisasjon orientert langs den andre dobbeltbrytende aksen (for eksempel den andre dobbeltbrytende aksen 1282). Kvartbølgeplaten 1274 er orientert slik at for eksempel den første dobbeltbrytende aksen 1280 er orientert i 45° med klokken i forhold til vertikalretningen, og er derfor orientert slik at lyset som slipper ut fra den første Faraday-rotatoren 1272 er orientert langs den første dobbeltbrytende aksen 1280 og er ortogonal på den andre dobbeltbrytende aksen 1282. På grunn av forskjellen i forplantningshastigheter langs de to aksene innfø-rer kvartbølgeplaten 1274 en 7i/2 eller 90° faseforskyvning i lyset polarisert langs den første dobbeltbrytende aksen 1280 med hensyn til lyset polarisert langs den andre dobbeltbrytende aksen 1282.1 samsvar med dette eksemplet blir således lyset som opprinnelig forplantet seg i den horisontale polarisasjonen som ble orientert til å være flukt-ende med den første dobbeltbrytende aksen 1280, utsatt for en relativ faseforskyvning på 90° i forhold til lys som forplanter seg langs den andre dobbeltbrytende aksen 1282.

Etter å ha passert gjennom kvartbølgeplaten 1274 passerer lyset gjennom den andre

Faraday-rotatoren 1276 og blir igjen rotert 45° i retning mot klokken. Lyset som slipper ut fra den andre Faraday-rotatoren 1276 passerer gjennom den andre kollimeringslinsen 1278 og blir fokusert inn i den andre enden 1262 av den andre optiske PM-fiberen 1258. Det må forstås av den forutgående beskrivelsen at lys utsendt fra den første optiske PM-fiberen 1252 i den horisontale polarisasjonen entrer den andre optiske PM-fiberen 1258 i den vertikale polarisasjonen. Som beskrevet ovenfor vil lyset som entrer den andre optiske PM-fiberen 1258 i den vertikale polarisasjonen ha forplantet seg langs den trege, dobbeltbrytende aksen 1280 til kvartbølgeplaten 1274 og vil bli utsatt for en relativ kI2-faseforskjell i forhold til lys som forplanter seg langs den hurtige, dobbeltbrytende aksen 1282.

Som indikert ved dets beskrivelse, virker den ikke-resiproke faseskifteren 1250 på en ikke-resiprok måte pga. virkemåten eller operasjonen til Faraday-rotatorene 1272,1276. Som beskrevet ovenfor blir lyset som passerer gjennom Faraday-rotatorene 1272,1276 fra den første PM-fiberen 1252 til den andre PM-fiberen 1258, rotert 45° mot klokken av hver rotator i forhold til forplantningsretningen til lyset vist i figur 25. Dersom Faraday-rotatorene var resiproke, ville lys som forplantet seg gjennom Faraday-rotatorene 1272,1276 i den motsatte retningen, også bli rotert i retningen mot klokken i forhold til forplantningsretningen til lyset, men siden Faraday-rotatorene ikke er resiproke vil imidlertid lyset bli rotert i den motsatte retning (dvs. med klokken i forhold til forplantningsretningen til lyset). Den ikke-resiproke effekten er illustrert i figur 27 for lys som passerer fra den andre enden 1262 av den andre PM-fiberen 1258, gjennom den ikke-resiproke faseskifteren 1250, til den andre enden 1256 av den første PM-fiberen 1252. Det er å merke seg at når man betrakter figur 27, viser rotasjonen seg igjen å være i retningen rnot klokken, men lyset forplanter seg nå imidlertid mot observatøren. Lys utsendt fra den andre enden 1262 av den andre optiske PM-fiberen 1258 i den vertikale polarisasjonen, passerer således gjennom den andre kollimeringslinsen 1278 og gjennom den andre Faraday-rotatoren 1276 og blir rotert til en orientering som flukter med den andre (hurtige) dobbeltbrytende aksen 1282 av kvartbølgeplaten 1274. Lyset som opprinnelig var i den vertikale polarisasjonen, blir således ikke utsatt for en relativ forsinkelse mens det forplanter seg gjennom kvartbølgeplaten 1274. Etter å ha passert gjennom kvartbølgeplaten 1274, passerer lyset gjennom den første Faraday-rotatoren 1272, slik at lyset blir rotert ytterligere 45° til den horisontale polarisasjonen. Lyset blir så fokusert gjennom den første kollimeiingslinsen 1270 på den andre enden 1256 av den første optiske PM-fiberen 1252.

Av det forutgående kan det ses at det horisontalt polariserte lyset som passerer i den første retningen fra den første PM-fiberen 1252 til den andre PM-fiberen 1258 via den ikke-resiproke faseskifteren 1250, forplanter seg gjennom den trege dobbeltbrytende aksen 1280 av kvartbølgeplaten 1274 og blir utsatt for en relativ faseforsinkelse på 90° eller tu/2. Det horisontalt polariserte lyset som forplanter seg i den første retningen blir rotert slik at lyset blir orientert i den vertikale polarisasjonen når det entrer den andre PM-fiberen 1258.1 motsetning til dette vil vertikalt polarisert lys som passerer fra den andre PM-fiberen 1258 til den første PM-fiberen 1252 via den ikke-resiproke faseskifteren 1250 i den andre retningen, forplante seg gjennom den hurtige dobbeltbrytende aksen 1282 av kvartbølgeplaten 1274 og blir ikke utsatt for en relativ faseforsinkelse. Det vertikalt polariserte lyset som forplanter seg i den andre retningen roteres slik at lyset blir orientert i den horisontale polarisasjonen når det entrer den første PM-fiberen 1252. Slik det skal beskrives mer fullstendig nedenfor, tilveiebringer den relative faseforskyvningen mellom det horisontalt polariserte lyset som forplanter seg i den første retningen en ti/2 faseforspenning i forhold til det vertikalt polariserte lyset som forplanter seg i den andre retningen.

Figurene 28 og 29 illustrerer en alternativ utførelse av den ikke-resiproke faseskifteren 1250 hvor den første Faraday-rotatoren 1272 er anordnet mellom kvartbølgeplaten 1274 (nå referert til som den første kvartbølgeplaten) og en andre kvartbølgeplate 1294.1 figur 28 blir lys fra den andre enden 1256 som den første PM-fiberen 1252 kollimert av den første kollimeringslinsen 1270, som ovenfor. Lyset er opprinnelig i den horisontale polarisasjonen. Når lyset passerer gjennom den første kvartbølgeplaten 1274, blir det omformet til lys som har en sirkulær polarisasjon. Det sirkulært polariserte lyset passerer gjennom den første Faraday-rotatoren 1272, som bringer det sirkulært polariserte lyset til å utsettes for en faseforskyvning <)>. I den foretrukne utførelse er den første Faraday-rotatoren 1272 valgt til å forårsake en faseforskyvning på ti/4. Lyset fra Faraday-rotatoren 1272 forblir sirkulært polarisert og passerer gjennom den andre kvartbølgeplaten 1294, som omformer det sirkulært polariserte lyset til lineært polarisert lys i den vertikale polarisasjonsorienteringen. I tillegg til å være i den vertikale polarisasjonen har lyset blitt utsatt for en faseforskyvning på <j> (for eksempel 7t/4).

Figur 29 illustrerer virkemåten av den alternative utførelsen av den ikke-resiproke faseskifteren 1250 for lys som forplanter seg i den motsatte retningen. I figur 29 blir vertikalt polarisert lys fra den andre enden 1262 av den andre PM-fiberen 1260 kollimert av den andre kollimasjonslinsen 1278 og passerer gjennom den andre kvartbølgeplaten 1294. Den andre kvartbølgeplaten 1294 omformer det vertikalt polariserte lyset til lys som har en sirkulær polarisasjon. Det sirkulært polariserte lyset passerer gjennom den første Faraday-rotatoren 1272 og blir utsatt for en faseforskyvning som tidligere. Siden lyset forplanter seg gjennom den første Faraday-rotatoren 1272 i den motsatte retningen, blir lyset utsatt for en motsatt faseforskyvning på -<]> (for eksempel -7t/4). Lyset fra den første Faraday-rotatoren 1272 passerer så gjennom den første kvartbølgeplaten 1274, hvor det sirkulært polariserte lyset blir omformet til lineært polarisert lys med en horisontal polarisasjon. Lyset som forplanter seg i de to retningene blir således utsatt for en total relativ faseforskyvning på 2(j) (for eksempel 7t/2), som har den samme effekten som den første utførelsen av den ikke-resiproke faseskifteren 1250 illustrert i figurene 26 og 27.

Effekten eller virkningen av den ikke-resiproke faseskifteren 1250 på orienteringen av polarisasjonen og faseforsinkelsen tilveiebringer forspennings effekten beskrevet ovenfor og forklart igjen i tilknytning til figur 24. Som vist i figur 24, blir lyset som entrer den andre PM-fiberen 1258 i den vertikale polarisasjonen, kombinert i den andre PM-kopleren 1266 med lyset som forplantet seg gjennom det felles trinnet 712 fra den første PM-kopleren 1264 til den andre PM-kopleren 1266. Av grunner som vil bli åpenbare på bakgrunn av den etterfølgende beskrivelsen, er det ønskelig at lyset som entrer den andre PM-kopleren 1266 fra det felles trinnet 712 har den samme polarisasjonen som lyset som entrer den andre PM-kopleren fra den andre PM-fiberen 1258.1 den foretrukne utførelsen blir således enten den andre PM-fiberen 1258 eller det felles trinnet 712 rotert 90° slik at lyset i den vertikale polarisasjonen i den andre PM-fiberen 1258 blir orientert i den samme retningen som lyset i den horisontale polarisasjonen av det felles trinnet 712. Dette blir enkelt besørget ved å rotere den andre enden 1262 av den andre PM-fiberen 1258 nær den andre kollimeringshnsen 1278, slik at det vertikalt po-lanserte lyset entrer den andre enden 1262 med dets polarisasjonstilstand orientert langs den horisontale polarisasjonsaksen til den andre PM-fiberen 1258. Lyset som slipper ut av den ikke-resiproke faseskifteren i den vertikale polarisasjonstilstanden blir således påtrykket kopleren 1266 som lys i den horisontale polarisasjonstilstanden med hensyn til polarisasjonsaksene til kopleren 1266. Følgelig har lyset fra den ikke-resiproke faseskifteren 1250 den samme polarisasjonstilstanden som lyset fra det felles trinnet 712.

Lyset som passerer gjennom det felles trinnet 712 og lyset som passerer gjennom den ikke-resiproke faseskifteren 1250 entrer så porten 1124 av polarisasjonsstrålesplitteren (PBS) 1104. Lyset i den horisontale polarisasjonen blir utsendt fra porten 1123 av PBS 1104 til fiberen 740. Fiberen 740 innbefatter forsinkelsessløyfen 750 og er terminert i det roterende Faraday-speilet (FRM) 1106. Forsinkelsessløyfen 750 og FRM 1106 virker som beskrevet ovenfor, og de reflekterte og forsinkede pulsene blir returnert til porten 1123 av PBS 1104 i den vertikale polarisasjonen. Pulsene blir utsendt fra porten 1121 av PBS 1104 til gruppen 716 via fiberen 720 og forplanter seg i retning med klokken gjennom sensorene 722(i) til gruppen 716.

Pulsene blir utsendt fra gruppen 716 via fiberen 714 og depolarisatoren 1110 til 2x2-kopleren 1220 hvor lyset som forplanter seg med klokken blir kombinert med lyset som forplanter seg mot klokken. Lyset som forplanter seg mot klokken starter også opp som horisontalt polarisert lys. Lyset blir depolarisert og passerer gjennom sensorgruppen

716. Lys som slipper ut fra sensorgruppen 716 i den vertikale polarisasjonen blir reflektert av PBS 1123 og kastet via porten 1122 og terminatoren 732. Lys som slipper ut fra sensorgruppen 716 i den horisontale polarisasjonen passerer gjennom PBS 1123, er forsinket av sløyfen 750, og er rotert til den vertikale polarisasjonen av FRM 1106. Retur-lyset som er i den vertikale polarisasjonen blir reflektert av PBS 1123 til porten 1124 og blir således rettet mot den andre PM-kopleren 1266. En del av lyset passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1269 av det felles trinnet 712 og en del av lyset passerer gjennom den ikke-resiproke faseskifteren 1250. Som beskrevet ovenfor, forplanter lys som entrer den ikke-resiproke faseskifteren 1250 i den vertikale polarisasjonen seg gjennom den hurtige dobbeltbrytende aksen 1282 av kvartbølgeplaten 1274 (figur 27) og blir ikke utsatt for en relativ faseforsinkelse. De to pulsene med lys som forplanter seg mot klokken, forplanter seg til kopleren 1220 der de blir kombinert med lyspulsene som forplanter seg med klokken. Lyssignalene som passeren- gjennom det felles trinnet 712 og for-sinkelsessløyfen 1269 i begge retninger, utsettes ikke for relativ faseforskyvning og kombineres som beskrevet ovenfor. Lyssignalene som passerer gjennom den ikke-resiproke faseskifteren 1250 i begge retninger, blir utsatt for en relativ faseforskyvning på

ju/2 mellom signalet som forplanter seg med klokken og signalet som forplanter seg mot klokken, og har således en 7t/2 faseforspenning som beskrevet ovenfor. På begge utgangene av kopleren 1220 blir en del av de to pulsene med lys som returnerer fra sensorgruppen 1200 rettet mot polarisatoren 1224, og den gjenværende delen blir rettet mot polarisatoren 1232. Rollen til de to polarisatorene 1224 og 1232 er å sikre at lyset som

entrer sløyfen har den samme polarisasjonen som lyset som forlater sløyfen, hvilket ga-ranterer resiprositet. Som beskrevet tidligere, er de to pulsene som når detektoren 1230 i fasekvadratur, hvilket tillater bruken av et antall signalbehandlingsteknikker som er velkjent på området for å unngå signalfading. Tilsvarende kommentarer passer på detektoren 1226.1 utførelsen i figur 24 er genereringen av to pulser i fasekvadratur hovedgrun-nen for å innlemme trinnet som inneholder den ikke-resiproke faseskifteren 1250.

Figurene 30-36 illustrerer ytterligere alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelse der en foldet Sagnac-sensorgruppen anvender polarisasjonsbasert forspenning for multiple detektorer, og der hver detektor har et forspenningspunkt som kan innstilles

uavhengig av forspenningspunktene til de andre detektorene. Utførelsene i figurene 30-36 innbefatter sensorgruppen 716, som ble beskrevet detaljert ovenfor. Det må forstås at andre konfigurasjoner av forsterkede sensorgrupper også kan anvendes i stedet for sensorgruppen 716 i utførelsene i figurene 30-36.

I en foldet Sagnac-sensorgruppen 1300 illustrert i figur 30, er en polarisert fibersuper-fluorescenskilde (SFS) 1310 koplet til en polarisasjoriskontrollinnretning 1312 via en fiber 1314. Fiberen 1314 kopler videre polarisasjonskontrolliimretningen 1312 til den første port av en 2x2-kopler 1316. En andre port av kopleren 1316 er en utgangsport, hvilket skal beskrives nedenfor. En tredje port av kopleren 1316 er koplet via en fiber 1318 til en ikkereflekterende terminator 1320. En fjerde port av kopleren 1316 er koplet til en første port 1330 av en polarisasjonsstrålesplitter (PBS) 1332 via en felles gruppe-innmatings/utmatingsfiber 1334. En andre port 1336 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 er koplet til en første horisontal polarisator 1338. Den første horisontale polarisatoren 1338 er koplet til den andre giuppeinnmatings/utmatingsfiberen 720 av gruppen

716. En tredje port 1340 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 er forbundet med en felles forsinkelsesfiber 1342, som er formet i en forsinkelsessløyfe 1344 og som er terminert i et roterende Faraday-speil (FRM) 1346. En fjerde port 1348 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 er koplet til en andre horisontal polarisator 1350 og så til en depolarisator 1352. Depolarisatoren 1352 er koplet til den første gmppeinnmatings/titmatingsfiberen 714.

Den andre porten av kopleren 1316 er koplet til et detektorsubsystem 1360 via en fiber 1362.1 utførelsen i figur 30 omfatter detektorsubsystemet 1360 en l<x>n kopler 1364 som har en enkelt innmatingsport som mottar lyset fra den andre porten til kopleren 1316. En første utmatingsport av l<x>n kopleren 1364 er koplet til en polarisasjonskontrollinnret-ning 1366. Polarisasjonskonttollinnretningen 1366 er koplet til en polarisator 1368, som i sin tur er koplet til en første detektor 1370. En andre irrnmatingsport på l<*>n kopleren 1364 er koplet til enpolarisasjonskontroUinm*etning 1372. PolarisasjonskontroUinnretningen 1372 er koplet til en polarisator 1374 som er koplet til en andre detektor 1376. Ytterligere polarisasjonskontrollinnretningei-, polarisatorer og detektorer (ikke vist) kan være tilkoblet ytterligere porter (ikke vist) av l<x>n kopleren 1364.

Den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300 i figur 30 virker på følgende måte. Den polariserte SFS 1310 tilveiebringer et polarisert utgangssignal som passerer gjennom polarisasjonskontroUinnretningen 1312 via fiberen 1314. Polarisasjonskonrfollinnretningen 1312 er justerbar for å variere polarisasjonen til en ønsket polarisasjonstilstand. På for eksempel figur 30 blir polarisasjonstilstanden justert for å tilveiebringe lineært, polarisert lys orientert i 45° i forhold til den vertikale og den horisontale aksen på inngangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332. Lyset forblir i fiberen 1314 og blir tilveiebrakt som innmatingen til kopleren 1316. Kopleren 1316 kobler omtrent 50% av det innkommende lyset til den første utgangsfiberen 1318 og blir således kastet i den ikke-reflekterende terminatoren 1320. Kopleren 1316 kopler omtrent 50% av det innkommende lyset til den felles gmppeinnmatings/utmatingsfiberen 1334.

Den felles gruppeinnmatings/utmatingsfiberen 1334 leder lyset til polarisasjonsstrålesplitteren 1330, som reflekterer horisontalt polarisert lys til den andre porten 1336 og som passeren- vertikalt polarisert lys til den tredje porten 1340. Det reflekterte horisontalt polariserte lyset fra den andre porten 1356 passerer gjennom den første horisontale polarisatoren 1338 til den andre grappeinnmatmgs/utmatingsfiberen 720 og forplanter seg i en retning med klokken gjennom gruppen 716. Lyset som forplanter seg med klokken slipper ut av gruppen 716 via depolarisatoren 1352 og gruppeinnmatings/utmatingsfibe-ren 714. Som beskrevet ovenfor, sikrer depolarisatoren 1352 at lyset som slipper ut i hovedsak er jevnt fordelt i den horisontale polarisasjonsmodusen og den vertikale polarisasjonsmodusen etter passering gjennom sensorene i gruppen 716. Lyset som forplanter seg med klokken passerer så gjennom den andre horisontale polarisatoren 1350, som eliminerer andelen av lyset i den vertikale polarisasjonen. Lyset som forplanter seg med klokken i den horisontale polarisasjonen entrer så den fjerde porten 1348 av polarisasjonsstrålesplitteren 1330, og blir reflektert til den tredje porten 1340 for å forplante seg i den felles forsinkelsesfiberen 1342. Det returnerende lyset som forplanter seg med klokken passerer gjennom forsinkelsesfiberen 1344 til det roterende Faraday-speilet 1346 der det blir reflektert som vertikalt polarisert lys. Det vertikalt polariserte lyset returnerer til den tredje porten 1340 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 og blir sendt gjennom til den første porten 1330.

Som beskrevet ovenfor, var lyset som opprinnelig falt inn på den første porten 1330 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332, orientert i omtrent 45° i forhold til den horisontale og vertikale polarisasjonen. Omtrent 50% av lyset korresponderer således til den vertikalt polariserte komponenten av lyset sendt gjennom polarisasjonsstrålesplitteren 1332 til den tredje porten 1340 og således til den felles forsinkelsesfiberen 1342. Det vertikalt polariserte lyset forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og blir reflektert av det roterende Faraday-speilet 1346 som horisontalt polarisert lys. Det reflekterte horisontalt polariserte lyset passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og tilbake til den tredje porten 1340 av polarisasjonsstrålesplitteren 1342. Siden lyset er horisontalt polarisert, blir lyset reflektert til den fjerde porten 1348 av polarisasjonsstrålesplitteren 1342 og bringes således til å forplante seg via den første gmppeinnmatings/utmatingsfiberen 714, gjennom den andre horisontale polarisatoren 1350, gjennom depolarisatoren 1352 og inn i gruppen 716 for å forplante seg i denne i en retning mot klokken. Depolarisatoren 1352 sikrer at lyset som forplanter seg mot klokken har komponenter i alle polarisa-sjoner, slik at når lyset som forplanter seg mot klokken slipper ut av gruppen 716, vil minst en del av lyset være i den horisontale polarisasjonen.

Lyset som forplanter seg mot klokken slipper ut av gruppen 716 via den andre gruppe-innmatings/utmatingsfiberen 720, og den horisontalt polariserte komponenten av lyset

passerer gjennom den første horisontale polarisatoren 1338, som eliminerer lyset i andre polarisasjonsorienteringer. Det horisontalt polariserte lyset, som er resultatet av delen av lyset som forplanter seg mot klokken, entrer den andre porten 1336 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 og blir reflektert til den første porten 1330 av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 hvor det blir kombinert med det vertikalt polariserte lyset, som er resultatet av delen av lyset som forplanter seg med klokken.

Det kombinerte lyset forplanter seg til den fjerde porten av kopleren 1316 hvor omtrent 50% av det kombinerte lyset blir koplet til den andre porten av kopleren 1316 og således til detektorsubsystemet 1360 via fiberen 1362. l<*>n-kopleren 1364 deler lyset i N deler. I figur 30 er for eksempel N lik 2, og en første del av lyset blir koplet til polarisasjonskontrollinnretningen 1366 for å forplante seg gjennom polarisatoren 1368 til den første detektoren 1370, og en andre del av lyset blir koplet til polarisasjonskontroUinnretningen 1372 for å forplante seg gjennom polarisatoren 1374 til den andre detektoren 1376. Orienteringene avpolarisasjonskontrollinni-etningene 1366,1372 og polarisatorene 1368,1374 kan justeres for å forspenne de optiske signalene som faller inn på den første detektoren 1370 og den andre detektoren 1376 i forskjellige faser. For eksempel kan signalet som påtrykkes den andre detektoren 1376 være forspent til å være i kvadratur med signalet påtrykket den første detektoren 1370, slik at når et signal har minimal sensitivitet, har det andre signalet maksimal sensitivitet, og omvendt.

Som beskrevet ovenfor, forplanter hver av de to signaldelene seg den samme avstanden gjennom gruppen 716 gjennom den felles forsinkelsesfiberen 1342, og gjennom forsin-kelsessløyfen 1344.1 fraværet av perturbasjoner forårsaket av akustiske signaler eller annen støy som støter an på sensorene i gruppen 716, vil således de to delene være i fase og de vil konstruktivt interferere for å generere et kombinert optisk signal som har en lineær polarisasjon på 45°, lyset har imidlertid en polarisasjonstilstand ortogonal på den opprinnelige polarisasjonstilstanden. Dersom den opprinnelige polarisasjonstilstanden var +45°, er således polarisasjonstilstanden av det utsendte lyset (igjen i fraværet av en faseperturbasjon) -45°.

I nærvær av et akustisk signal blir lyset som forplanter seg med og mot klokken utsatt for en relativ faseforskyvning. Med økende relativ faseforskyvning endrer polarisasjonstilstanden til de to interfererende strålene seg fra -45° lineær polarisasjon til venstresirkulær polarisasjon til +45" polarisasjon til høyresirkulær polarisasjon og tilbake til -45° polarisasjon. Progresjonen gjennom disse fire polarisasjonstilstandene definerer en sir-kel på Poincaré-kulen. Polarisasjonstilstanden på utgangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 korresponderer med et punkt langs denne sirkelen på Poincaré-kulen hvis lokalisering på sirkelen er en funksjon av den akustisk induserte ikke-resiproke faseforskyvningen.

Etter å ha forplantet seg fra utgangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332, gjennom den felles gmppdnnmatings/utmatingsfiberen 1334 gjennom kopleren 1316 og til detektorsubsystemet 1360, blir polarisasjonstilstanden av det kombinerte signalet endret tilfeldig av den ikke kjente dobbeltbryteren til fiberen 1334. Polarisasjonskontrollinnretningen

1366 nær polarisatoren 1368 i front av den første detektoren 1370 og polarisasjonskon-trollinmetningen 1372 nær polarisatoren 1374 i front av den andre detektoren 1376, blir brukt for å reorientere polarisasjonstilstandene til en respektiv valgt polarisasjonstilstand for hver detektor 1370,1376. Polarisasjonskontrollinnretningene 1366, 1372 er

innstilt for eksempel når ingen akustiske signaler blir påtrykket gruppen 716, og således ingen relativ faseforskyvning blir introdusert i de motforplantende, optiske signalene.

For å tilveiebringe for eksempel et forspenningspunkt på ±90° for den første detektoren 1370, blir polarisasjonskontroUinnretningen 1376 innstilt slik at når det kombinerte lyset på utgangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 har en venstresirkulær polarisasjonstilstand, påviser den første detektoren 1370 enten en maksimal intensitet eller en minimal intensitet på lyset. For andre polarisasjonstilstander på utgangslyset påviser den første detektoren 1370 lys som har en intensitet mellom den maksimale intensiteten og den minimale intensiteten.

Som et ytterligere eksempel kan den andre detektoren 1376 med fordel være satt til et

forskjellig forspenningspunkt, slik som for eksempel 0° og 180°. For dette forspenningspunktet blir polarisasjonskontrollirmretningen 1372 innstilt slik at når lyset på utgangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 har en -45° polarisasjonstilstand, påviser den andre detektoren 1376 enten en maksimal intensitet eller en minimal intensitet av lyset. For andre polarisasjonstilstander i utgangslyset, påviser den andre detektoren 1376 lys som har en intensitet mellom den maksimale intensiteten og den minimale intensiteten.

Det må forstås at lyset som påtrykkes inngangen av polarisasjonsstrålesplitteren 1332 kan ha en polarisasjonstilstand forskjellig fra ±45°, Dersom for eksempel det innmatede lyset har en opprinnelig venstresirkulær polarisasjonstilstand, blir polarisasjonskontrollinnretningene 1366, 1372 innstilt i samsvar med dette for tilveiebringelse av de passende forspenningspunktene i den første detektoren 1370 og den andre detektoren 1376.

Figur 31 illustrerer en alternativ konfigurasjon av en foldet Sagnac-sensorgruppe 1300', som i hovedsak er tilsvarende den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300 i figur 30.1 den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300' i figur 31 befinner depolarisatoren 1352 seg i den andre gnmpeinmnatings/utmatingsfiberen 720, snarere enn i den første gruppeinnma-tings/utmatingsfiberen 714. På grunn av den resiproke strukturen av sensorgruppen 716, endrer ikke relokaliseringen av depolarisatoren 1352 av fiberen 720 den totale

virkemåten for den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300' i forhold til virkemåten av den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300. Virkemåten for den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300' er tilsvarende virkemåten av den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300 og vil ikke bli beskrevet detaljert her.

Figur 32 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av en foldet akustisk Sagnac-sensorgruppe 1400, som er tilsvarende den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300 på figur 30, og tilsvarende elementer er nummerert i samsvar med dette. Til forskjell fra den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300, erstatter den foldede Sagnac-sensorgruppen 1400 2x2-kopleren 1316 med en polarisasjonsuavhengig optisk sirkulator 1410. Den optiske sirkulatoren utfører en tilsvarende funksjon som 2x2-kopleren 1316, men i den foldede Sagnac-sensorgruppen 1300 tapes imidlertid omtrent 50% av det innmatede lyset når det innmatede lyset blir delt i kopleren 1316 og omtrent 50% av det utmatede lyset tapes når det blir delt i kopleren 1316.1 utførelse 1400 blir i hovedsak alt innmatet lys sendt fra polarisatoren SFS 1310 gjennom sirkulatoren 1410 til polarisasjonsstrålesplitteren 1332 og hovedsakelig alt utmatet lys blir sendt fra polarisasjonsstrålesplitteren 1332 gjennom sirkulatoren 1410 til detektorsubsystemet 1360. Figur 33 illustrerer en alternativ konfigurasjon av en foldet Sagnac-sensorgruppe 1400', som i hovedsak er tilsvarende den foldede Sagnac-sensorgruppen 1400 i figur 32.1 den foldede Sagnac-sensorgruppen 1400' i figur 33, befinner depolarisatoren 1352 seg i den andre gruppeinmnatings/utmatingsfiberen 720, snarere eim i den første gruppeinnma-tmgs/utmatingsfiberen 714. På grunn av den resiproke strukturen av sensorgruppen 716, endrer ikke relokaliseringen av depolarisatoren 1352 til fiberen 720 den totale virkemåten for utførelsen 1400' i forhold til virkemåten for den foldede Sagnac-sensorgruppen 1400. Virkemåten for den foldede Sagnac-sensorgruppe 1400' vil således ikke bli beskrevet detaljert her. Figur 34 illustrerer en ytterligere alternativ utførelse av en foldet Sagnac-sensorgruppe 1600 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, som innbefatter et kombinert iiinma-u^gs/utmatingssubsystem 1610 som er koplet til gruppen 716 på en måte tilsvarende måten beskrevet ovenfor i tilknytning til figurene 30-33.

I figur 34 tilveiebringer en polarisert kilde 1620 lineært, polarisert innmatingslys langs en akse av en polarisasjonsopprettholdende fiber 1622. Den polarisasjonsopprettholdende fiberen 1622 blir rotert slik at polarisasjonsaksen blir orientert ±45° i forhold til den vertikale polarisasjonsaksen til innmatings/utmatingssystemet 1610. Lyset fra fiberen 1622 blir koplet til irrninatings/utinatings-subsystemet 1610 via en første kollimasjonslinse 1630. Den første kollimasjonslinsen 1630 påviser lyset mot en første port 1634 til en første polarisasjonsstrålesplitter (PBS) 1632, som altså har en andre port 1636, en tredje port 1638 og en fjerde port 1640. Den andre porten 1636 retter en del av det innmatede lyset mot en første 45° Faraday-rotator (45° FR) 1642. Den tredje porten 1638 retter en del av det innmatede lyset mot en andre 45° Faraday-rotator 1644. Slik det vil bli beskrevet nedenfor, retter den fjerde porten 1640 en valgt del av det utmatede lyset mot et påvisningssubsystem 1650.

Lyset som passerer gjennom den første Faraday-rotatoren 1642, blir kollimert av en andre kollimasjonslinse 1660 og blir koplet inn i grappeinnmatings/utmatingsfiberen 720 og forplanter seg således til sensordelen av gruppen 716 for å forplante seg i en retning med klokken i denne.

Lyset som passerer gjennom den andre Faraday-rotatoren 1644, passerer gjennom en halvbølgeplate (X/2) 1662. Halvbølgeplaten 1662 har første og andre dobbeltbrytende akser (ikke vist). En av de dobbeltbrytende aksene er orientert i en vinkel på 22,5° i forhold til den vertikale polarisasjonsaksen av det innkommende lyset og de -22,5° i forhold til 45° polarisasjonen av lyset som forplanter seg mot denne fra kilden (dvs. aksen ligger mellom vertikalen og polarisasjonen av lyset). Formålet med denne orienteringen skal beskrives nedenfor. Lyset som passerer gjennom halvbølgeplaten 1662 entrer den første porten 1672 av en andre polarisasjonsstrålesplitter 1670, som også har en andre port 1674, tredje port 1676 og en fjerde port 1678. Som beskrevet nedenfor har den andre porten 1674 ikke koplet til ytterligere elementer. Lys utsendt fra den tredje porten 1676 blir rettet mot en tredje kollimasjonslinse 1680. Lys utsendt fra den fjerde porten 1678 blir rettet mot en fjerde kollimasjonslinse 1682.

Lyset som passerer gjennom den fjerde kollimasjonslinsen 1682 blir koplet inn i den første giTappeinnmatings/utmatingsfiberen 714 og passerer gjennom depolarisatoren 1352 inn i sensordelen av gruppen 716 for å forplante seg i en retning mot klokken i denne.

Lyset som passerer gjennom den tredje kollimasjonslinsen 1680 blir fokusert på enden av den felles forsinkelsesfiberen 1342, forplanter seg gjennom forsinkelsessløyfen 1344 av det roterende Faraday-speilet 1346, tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og tilbake til kollimasjonslinsen 1680. Det reflekterte lyset blir således rettet tilbake inn i den tredje porten 1676 av den andre polarisasjonsstrålesplitteren 1670.

Som beskrevet ovenfor, entrer lyset fra den fjerde porten 1640 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632 detekteringssubsystemet 1650. Detekteringssubsystemet 1650 omfatter en første strålesplitter 1690, en andre strålesplitter 1692, et første dobbeltbrytende element 1694, et andre dobbeltbrytende element 1696, en første detektor 1698, en andre detektor 1700, en første polarisator 1702 og en andre polarisator 1704. En første prosentdel av lyset fra den fjerde porten 1640 blir reflektert av den første strålesplitteren 1690 og passerer gjennom det første dobbeltbrytende elementet 1694 og den første polarisatoren 1702 til den første detektoren 1698. Den gjenværende delen av lyset fra den fjerde porten 1640 passerer gjennom den første strålesplitteren 1690 og faller inn på den andre strålesplitteren 1692 hvor den andre prosentdel av lyset blir reflektert av den andre strålesplitteren 1692, slik at det passerer gjennom det andre dobbeltbrytende elementet 1696 og den andre polarisatoren 1704 til den andre detektoren 1700. Den gjenværende delen av lyset passerer gjennom den andre strålesplitteren 1692 til ytterligere elementer (ikke vist). Dersom bare to detektorer er tilveiebrakt, er den første prosentdelen av koplingen fordelaktig 50% og den andre prosentdelen er fordelaktig 100%, slik at begge detektorene 1698,1700 mottar omtrent den samme lysmengden. Dersom en tredje detektor (ikke vist) er innbefattet, er den første prosentdelen med fordel omtrent 33% og den andre prosentdelen med fordel omtrent 50% slik at den andre detektoren 1700 også mottar omtrent 33% av det opprinnelige lyset. Den tredje detektoren vil da motta de gjenværende 33%.

Den foldede Sagnac-sensorgruppen 1600 i figur 34 virker som følger. Som beskrevet ovenfor, vil lys som faller inn på den første linsen 1630 orientert i 45° på den vertikale og horisontale polarisasjonsaksen. Lyset som passerer gjennom linsen 1630 og entrer den første porten 1634 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632 har således en komponent i den horisontale polarisasjonstilstanden og en komponent i den vertikale polarisasjonstilstanden. Den horisontale komponenten blir reflektert av polarisasjonsstrålesplitteren 1632 av den andre porten 1636, og den vertikale komponenten blir sendt gjennom polarisasjonsstrålesplitteren 1632 av den tredje porten 1638.

Den horisontale komponenten fra den andre porten 1636 passerer gjennom den første Faraday-rotatoren 1648 og polarisasjonstilstanden blir rotert med 45° i en første retriing (for eksempel med klokken) slik at lyset som slipper ut av den første Faraday-rotatoren 1642 og faller inn på den andre linsen 1660 har en lineær polarisasjonstilstand på 45°. Lyset passerer gjennom den andre linsen 1660 og entrer den andre gmppeinnmatings/- utmatingsfiberen 720 for å forplante seg i retning med klokken gjennom gruppen 716. Lyset kan bli utsatt for polarisasjonsendringer innen gruppen 716. Som beskrevet ovenfor, passerer lyset som slipper ut av gruppen 716 via den første gmppeinnmatings/utma-tingsfiberen 714 gjennom depolarisatoren 1352, som sikrer at minst en del av lyset er i den horisontale og vertikale polarisasjonstilstanden.

Lyset som forplanter seg med klokken fra den første grappdnnmaungs/utmatingsfibe-ren 714 entrer innmatings/utmatingssubsystemet via den fjerde linsen 1682 og faller inn på den andre polarisasjonsstrålesplitteren 1670. Den vertikale komponenten av lyset passerer gjennom den andre polarisasjonsstrålesplitteren 1670 og blir sendt ut fra den andre porten 1674 og blir forkastet. Den horisontalt polariserte lyskomponenten bin reflektert til den tredje porten 1676 av den andre polarisasjonsstrålesplitterenl670 og passerer gjennom den tredje linsen 1680 til den felles forsinkelsesfiberen 1342 for å bringe lyset til å forplante seg gjennom forsinkelsessløyfen 1344, og blir reflektert av det roterende Faraday-speilet 1346 i den vertikale polarisasjonstilstanden, passerer tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og den felles forsinkelsesfiberen 1342 til den tredje linsen 1680. Det reflekterte lyset i den vertikale polarisasjonstilstanden passerer fra den tredje porten 1676 til den første porten 1672 av den andre polarisasjonsstrålesplitteren 1670, passerer gjennom halvbølgeplaten 1662 til den andre Faraday-rotatoren 1644 til den tredje porten 1638 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632. Siden halvbølgepla-ten 1662 er orientert med en av dens dobbeltbrytende akser i 22,5° i forhold til den vertikale polarisasjonsaksen, bringes det vertikale lyset som faller inn på halvbølgeplaten 1662 til å bli speilvendt om den dobbeltbrytende aksen, slik at polarisasjonstilstanden av lyset som slipper ut fra halvbølgeplaten 1662 er orientert i 45° i forhold til den vertikale og horisontale aksen. Den andre Faraday-rotatoren 1644 roterer polarisasjonstilstanden ytterligere 45° for å bringe lyset som slipper ut fra den andre Faraday-rotatoren 1644 og faller inn på den tredje porten 1638 av polarisasjonsstrålesplitteren 1632 til å ha en horisontal polarisasjonstilstand. Lyset som entrer den tredje porten 1638, blir således reflektert til den fjerde porten 1640 og entrer detekteringssubsystemet 1650 i den horisontale polarisasj onstilstanden.

Som angitt ovenfor, passerer den vertikale komponenten av det innmatede lyset, som faller inn på den første porten 1634 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632, gjennom til den tredje porten 1638. Polarisasjonstilstanden av lyset blir rotert 45° av den andre Faraday-rotatoren 1644 til en 45° polarisasjonstilstand i forhold til den vertikale og horisontale polarisasjonsaksen. Polarisasjonstilstanden av lyset blir så speilet om den dobbeltbrytende aksen til halvbølgeplaten 1662, slik at polarisasjonstilstanden av lyset som slipper ut fra halvbølgeplaten igjen er orientert i den vertikale retningen. Det vil forstås av en fagkyndig på området at den ikke-resiproke virkningen av den andre Faraday-rotatoren 1644 bringer det vertikalt polariserte lyset, som passerer fra venstre mot høyre gjennom Faraday-rotatoren 1644 og så gjennom halvbølgeplaten 1646, til først å være rotert til en 45° polarisasjonstilstand og så til å bli speilet tilbake til vertikal polarisasjonstilstand. I motsetning til dette blir det vertikalt polariserte lyset som passerer fra fra høyre mot venstre først speilet av halvbølgeplaten 1646 til en 45° polarisasjonstilstand og blir så rotert av den andre Faraday-rotatoren 1644 til en horisontal polarisasjonstilstand.

Det vertikalt polariserte lyset fra halvbølgeplaten 1662 entrer den første porten 1672 av den andre polarisasjonsstrålesplitteren 1670 og passerer gjennom til den tredje porten 1676 til den tredje linsen 1680. Det vertikalt polariserte lyset passerer gjennom den felles forsinkelsesfiberen 1342, gjennom forsinkelsessløyfen 1344, til det roterende Faraday-speilet 1346, og blir reflektert tilbake igjennom forsinkelsessløyfen 1344 og den felles forsinkelsesfiberen 1342 som horisontalt polarisert lys. Det horisontalt polariserte lyset passerer gjennom den tredje linsen 1680 til den tredje porten 1676 av polarisasjonsstrålesplitteren 1670. Det horisontalt polariserte lyset blir reflektert til den fjerde porten 1678 og passerer gjennom den fjerde linsen 1682 til den første gruppeinnma-tings/utmaungsfiberen 714 og gjennom depolarisatoren 1352 for å forplante seg i en retning mot klokken gjennom gruppen 716.

Lyset som forplanter seg mot klokken slipper ut fra gruppen 716 via den andre gruppe-innmatings/utmatingsfiberen 720 og passerer gjennom den andre linsen 1660 til den første Faraday-rotatoren 1642. Den første Faraday-rotatoren 1642 roterer polarisasjonstilstanden av lyset med 45°. Siden lyset ble effektivt depolarisert av depolarisatoren 1352, innbefatter lyset som passerer gjennom den første Faraday-rotatoren 1642 til den andre porten 1634 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632 lys som har horisontalt og vertikalt polariserte komponenter. De horisontalt polariserte komponentene av lyset blir reflektert til den første portenl634 og blir sendt ut gjennom den første linsen 1630 til innmatingsfiberen 1622. En isolator (ikke vist) er med fordel innbefattet for å absorbere lyset.

De vertikalt polariserte komponentene av lyset som forplanter seg mot klokken entrer den andre porten 1636 av den første polaiisasjonsstrålesplitteren 1632 og passerer til den fjerde porten 1640 og blir kombinert med de horisontalt polariserte komponentene av lyset som forplanter seg med klokken. Som beskrevet ovenfor i tilknytning til figur 30 vil, dersom det motforplantende lyset ikke blir utsatt for noen relativ faseforskyvning, lyset bli kombinert som lineært polarisert lys i en 45° polarisasjonstilstand. En relativ faseforskyvning bringer polarisasjonstilstanden til å variere, som ytterligere beskrevet ovenfor.

De dobbeltbrytende elementene 1694,1696 er innbefattet for selektivt å forspenne lyset som faller inn på detektorene 1698,1900 ved å innføre en relativ faseforskyvning for lyset i de to forskjellige polarisasjonene (for eksempel den horisontale og vertikale polarisasjonen, 445° og -45° polarisasjonen, eller venstresirkulære og liøyresirkulære polarisasjonen). De dobbeltbrytende elementene kan med fordel omfatte lineære eller sirku-lære bølgeplater (for eksempel kvartbølgeplater, halvbølgeplater, Faraday-rotatorer eller liknende). Figur 35 illustrerer en utførelse av en foldet, akustisk Sagnac-sensorgruppen 1750, tilsvarende den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1600 i figur 34, og like elementer er identifisert med de samme henvisningstallene som i figur 34. Til forskjell fra figur 34 innbefatter den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1750 en ikke-polarisert lyskilde 1720, i stedet for den polariserte lyskilden 1620. For å kunne anvende den ikke-polariserte lyskilden 1720, innbefatter den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1750 en 45° polarisator 1730 mellom den første kollimasjonslinsen 1630 og en første polarisasjonsstrålesplitteren 1632. 45°-polarisatoren 1730 bringer lyset som faller innpå den første porten 1634 av den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632 til å bli orientert i 45° og således til å ha hovedsakelig like komponenter i den horisontale og vertikale polarisasjonen. Den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1750 i figur 35 virker således på hovedsakelig samme måte som den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1600 i figur 34, og virkemåten av den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 21750 vil ikke bli beskrevet ytterligere detaljert. Figur 36 illustrerer en ytterligere utførelse av en foldet, akustisk Sagnac-sensorgruppe 1800 tilsvarende den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1600 og 1750 i de respektive figurer 34 og 35, og like elementer er identifisert med de samme henvisningstallene som på figurene 34 og 35. Til forskjell fra utførelsene i figurene 34 og 35 blir lyssignalene som passerer gjennom polarisatorene 1702 og 1704 i den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1800, ikke rettet mot detektorene 1698 og 1700. Snarere innbefatter den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1800 en kollimasjonslinse 1810 anordnet nær polarisatoren 1702 og en kollimasjonslinse 1812 anordnet nær polarisatoren 1704. Kollimasjonslinsen 1810 retter lyset fra polarisatoren 1702 inn i en første ende 1822 av en fiber 1820. Fiberen 1820 har en andre ende 1824 nær den første detektoren 1698, slik at lyset som entrer fiberen 1820 fra kollimasjonslinsen 1810, faller inn på den første detektoren 1698. Tilsvarende retter kollimasjonslinsen 1812 lyset fra polarisatoren 1702 inn i en første ende 1832 av en fiber 1830. Fiberen 1830 har en andre ende 1834 nær den andre detektoren 1700, slik at lyset som entrer fiberen 1830 fra kollimasjonslinsen 1812 faller inn på den andre detektoren 1700. Ved å innbefatte kollima-sjonslinsene 1810 og 1812 og fiberne 1820 og 1830, er fibrene i stand til å transportere lyset i en avstand fra detektorene 1698 og 1700, slik at detektorene kan befinne seg på fjerntliggende lokaliseringer, nær deteksjonselektronikken (ikke vist).

Det er å merke seg at i figurene 34,35 og 36 kan depolarisatoren 1352 være relokalisert fra den første grappeinnrnatings/utmatingsfiberen 714 til den andre gruppen innma-tings/utmaitngsfiberen 720 uten i vesentlig grad å påvirke driftsegenskapene for den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1600, den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1750, eller den foldede, akustiske Sagnac-sensorgruppen 1800.

I de forutgående utførelsene av figurene 17-36 mottar en forsterket sensorgruppe eller en matrise 716 to signaler som forplanter seg mot hverandre fra og returnerer til to for-styrrede motforplantede signaler til et respektivt frontendesystem som genererer signalene og detekterer forstyrrelsene. I de forutgående utførelsene er sensorgruppen eller matrisen 716 vist som en stigestruktur som sensorene 722(i) i respektive trinn 718(i). Et mangfold erbiumdopede fiberforsterkere (EDFA) 724 er fordelt innenfor stigestrukturen for å forsterke signalene fordelt til og mottatt fra sensorene 722(i).

Figur 37 illustrerer en alternativ utførelse av en 16-sensorgruppe eller matrise 2000 for bruk i kombinasjon med frontendesystemene beskrevet på figurene 30-36 i stedet for sensorgruppen 716. Spesielt er sensorgruppen 2000 innskutt mellom en første innma-tmgs/utmatingsfiber 2002 og en andre innmatings/utmatingsfiber 2004. Den første inn-matings/utniatingsfiberen 2002 korresponderer for eksempel med den første innma-tmgs/utmatingsfiberen 714 på figurene 30-36, og den andre innmatings/utmatingsfibe-ren 2004 korresponderer med den andre innmatings/utmatingsfiberen 720 på figurene 30-36. Lys som entrer sensorgruppen 2000 via den første innmatings/utmatingsfiberen 2002 forplanter seg således fra høyre mot venstre gjennom sensorgruppen 2000 på figur 37 og slipper ut via den andre innmatings/utmatingsfiberen 2004, og lyset som entrer sensorgruppen 2000 via den andre innmatings/utmatingsfiberen 2004 forplanter seg fra venstre mot høyre gjennom sensorgruppen 2000 og slipper ut fra den første innmatings/utmatingsfiberen 2002. Lyset som forplanter seg fra høyre mot venstre på figur 37 korresponderer således med lyset som forplanter seg mot klokken på figurene 30-36, og lyset som forplanter seg fra venstre mot høyre på figur 37 korresponderer med lyset som forplanter seg med klokken på figurene 30-36.

Sensorgruppen 2000 er implementert som en trestruktur som omfatter et ytre lag 2010 av forsterkere 2012(1), 2012(2), som hver har en forsterkning på gi. Hver ytre lagforsterker 2012(i) er fulgt av en respektiv splitter 2014(1), 2012(2).

Sensorgruppen 2000 omfatter videre et indre lag 2020 av forsterkere 2022(1), 2022(2), 2022(3), 2022(4), 2022(5), 2022(6), 2022(7), 2022(8), som hver har en respektiv forsterkning g2. Hvert indre lagforsterker 2022(i) er fulgt av en respektiv splitter 2024(1), 2024(2), 2024(3), 2024(4), 2024(5), 2024(6), 2024(7), 2024(8).

I de illustrerte, foretrukne utførelsene er hver av splitterne 2014(i), 2024(i) på fordelaktig måte en 4x4 splitter som har to sett av fire inngangs/utgangsporter, med ett sett av porter på hver ende av splitteren. Lys som entrer splitteren via en av inngangs/utgangs-portene på en ende slipper ut av de fire inngangsAitgangsportene på en ende slipper ut av de fire inngangs/utgangsportene på den andre ende i hovedsakelig like deler. På figur 37 er hver splitter 2024(i) i det indre laget 2020 illustrert med fire porter ved en første ende og en port ved den andre ende. Det må forstås at de tre ikke-brukte portene (ikke vist) ved den andre enden er ikke-reflektereiide terminert. Lys som entrer den enkle brukte porten ved den andre enden blir således splittet mellom de fire portene ved den første enden, og omtrent en fjerdedel av lyset som entrer hver av de fire portene med den første enden blir koplet til den enkle brukte porten med den andre enden. De gjenværende tre fjerdedelene av lyset fra hver av portene ved den første enden blir tapt via de tre ikke-brukte portene. Hver av de 4x4 splitterne 2024(i) virker således som en 1-til-4 splitter for lys som forplanter seg i en retning og som en 4-til-l kombinator for lys som forplanter seg i den motsatte retningen.

På grunn av den illustrerte layouten på figur 37 omfatter hvert lag 2010, 2020 en respektiv venstre del 201 OL, 2020L og en respektiv høyre del 201 OR, 2020R.

Den høyre delen 201 OR av det ytre laget 2010 omfatter forsterkeren 2012(1) fulgt av splitteren 2014(1). Den venstre delen 2010L til det ytre laget 2010 omfatter forsterkeren 2012(2) fulgt av splitteren 2014(2).

Den høyre delen 2020R av det indre laget 2020 omfatter forsterkeren 2022(1), 2022(2), 2022(3), 2022(4) og splitterne 2024(1), 2024(2), 2024(3), 2024(4). Den venstre delen 2020L av det indre laget 2020 omfatter forsterkeren 2022(5), 2022(6), 2022(7), 2022(8) og splitterne 2024(5), 2024(6), 2024(7), 2024(8).

Det ytre laget 2010 og det indre laget 2020 er symmetrisk om et sensorlag 2030 som omfatter et mangfold av sensorer 2032(1)... 2032(16). Sensorene 2032(1)... 2032(16) er organisert som en firergruppe 2040(1) ... 2040(4) av sensorer.

Hver av de fire sensorene 2032(1) ... 2032(4) i den første gruppen 2040(1) er forbundet mellom en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(1) og en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(5).

Hver av de fire sensorene 2032(5)... 2032(8) i den andre gruppen 2040(2) er forbundet mellom en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(2) og en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(6).

Hver av de fire sensorene 2032(9) til 2032(12) i den tredje gruppen 2040(3) er forbundet mellom en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(3) og en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(7).

Hver av de fire sensorene 2032(13 til 2032(16) i den fjerde gruppen 2040(4) er forbundet mellom en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(4) og en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene ved den første enden av splitteren 2024(8).

Innenfor hver gruppe 2040(i) av sensoren 2032(i) innbefatter tre av sensorene forsinkelsesfibre 2042(i) innskutt i banen mellom inngangs/utgangsportene av de to splitterne 2024(i) som er koplet til gruppen. Forsinkelsesfibrene 2042(i) har egnede lengder valgt for å tilveiebringe riktig timing av de tidsdelte multiplekse (TDM) pulsene som passerer gjennom sensorene 2032(i).

Den første sensoren i hver gruppe (dvs. sensorene 2032(1), 2032(5), 2032(9), 2032(13)) har ingen annen ytterligere forsinkelse enn den iboende forplantingsforsinkelsen av banen mellom de respektive to splitterne.

Den andre sensoren i hver gruppe (dvs. sensorene 2032(2), 2032(6), 2032(10), 2032(14)) har en ytterligere forsinkelse på x tilveiebrakt av første og andre forsinkelsesfibere 2042(1), som hver har en forsinkelse på x.

Den tredje sensoren i hver gruppe (dvs. sensorene 2032(3), 2032(7), 2032(11), 2032(15)) har en tilleggsforsinkelse på 2t tilveiebrakt av tredje og fjerde forsinkelsesfibere 2042(2), som hver har en forsinkelse på t.

Den fjerde sensoren i hver gruppe (dvs. sensorene 2032(4), 2032(8), 2032(12), 2032(16)) har en tilleggsforsinkelse på 3t tilveiebrakt av femte og sjette forsinkelsesfibere 2042(3), som hver har en forsinkelse på t.

Den enkle brukte inngangs/utgangsporten ved den andre enden av hver av splitterne 2024(1)... 2024(8) er koplet til en første inngangs/utgangsterminal til en respektiv av forsterkerne 2022(1) ... 2022(8). I den illustrerte utførelsen er splitteren 2024(1) koplet til forsterkeren 2022(1), splitteren 2024(2) er koplet til forsterkeren 2022(2), osv.

En andre inngangs/utgangsport til hver av forsterkerne 2022(1) til 2022(4) er koplet til en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene av splitteren 2014(1). En andre inn-gangs/utgangsport av hver av forsterkerne 2022(5) til 2022(8) er koplet til en respektiv av de fire inngangs/utgangsportene av splitteren 2014(2).

Forsterkerne 2022(1), 2022(5) er koplet til splitterne 2014(1), 2014(2) uten noen tilleggsforsinkelse innskutt i banen utover den iboende forplantningsforsinkelsen.

Forsterkerne 2022(2), 2022(6) er koplet til splitterne 2014(1), 2014(2) via respektive forsinkelsesfibre 2044(1), som hver tilveiebringer en tilleggsforsinkelse på 2t. Den totale tilleggsforsinkelsen for alle sensorene i den andre gruppen 2040(2) er således 4t.

Forsterkerne 2022(3), 2022(7) er koplet til splitterne 2014(1), 2014(2) via respektive forsinkelsesfibre 2044(2), som hver tilveiebringer en tilleggsforsinkelse på 4t. Den totale tilleggsforsinkelsen for alle sensorene i den tredje gruppen 2040(3) er således 8t.

Forsterkerne 2022(4), 2022(8) er koplet til splitterne 2014(1), 2014(2) via respektive forsinkelsesfibre 2044(3), som hver tilveiebringer en tilleggsforsinkelse på 6x. Den totale tilleggsforsinkelsen for alle sensorene i den fjerde gruppen 2040(4) er således 12x.

Det kan lett bestemmes at den totale tilleggsforsinkelsen mellom splitterne 2014(1) og 2014(2) gjennorn den første sensoren 2032(1) er Ot. De totale tilleggsforsinkelsene mellom splitterne 2014(1) og 2014(2) gjennom de gjenværende sensorene 2032(2) til 2032(16) er som følger:

Som beskrevet ovenfor er verdien av x valgt å være tilstrekkelig til adekvat å separere pulsene i tid etter forplantning mellom hver sensor 2032(i). I en utførelse er for eksempel verdien av x med fordel 60 nanosekunder, slik at 50 nanosekundpulser blir separert av 10 nanosekundvemebånd.

Som vist på figur 37 er de ytre lag 4x4 splitterne 2014(1) og 2014(2) konfigurert med de fire inngangs/utgangsportene på den første enden rettet mot sensorene 2032(i) og forbundet som beskrevet ovenfor. To av inngangs/utgangsportene på den andre enden er ikke-reflekterende terminert og er ikke vist på fig. 37. En første inngangs/utgangsport av forsterkeren 2012(1) er koplet til en av de gjenværende mngangs/utgangsportene på den andre enden av splitteren 2014(1). En første inngangs/utgangsport på forsterkeren 2012(2) er koplet til en av de gjenværende inngangs/utgangsportene på den andre enden av splitteren 2014(2). En andre gjenværende inngangs/utgangsport på den andre enden av splitteren 2014(1) er koplet til en første pumpekilde 2050(1). En andre gjenværende inngangs/utgangsport på den andre enden av splitteren 2014(2) er koplet til en andre pumpekilde 2050(2).

En andre inngangs/utgangsport på forsterkeren 2012(1) er koplet til den første inn-gangs/utgangsfiberen 2002 via en første inngangs/utgangsport ved en første ende av en første bølgelengde-divisjonmulh^leksing- (WDM) kopler 2060(1). En andre inngangs/- utgangsport ved en andre ende av en første WDM-kopler 2060(1) er koplet til den første inngangs/utgangsfiberen 2002. En tredje inngangs/utgangsport, også ved den andre ende av en første WDM-kopleren 2060(1), er koplet for å motta pumpelys fra en tredje pumpekilde 2062(1).

Den første WDM-kopleren 2060(1) er konfigurert slik at alt lyset som entrer den første inngangs/utgangsporten med en signalbølgelengde Xs (for eksempel 1,560 nanometer) passerer gjennom kopleren til den andre inngangs/utgangsporten. Tilsvarende passerer lys ved signalbølgelengden Xs som entrer den andre inngangs/utgangsporten gjennom kopleren til den første iimgangs/utgangsporten.

Siden hovedsakelig ingen kopling opptrer ved signalbølgelengden 7^ vil hovedsakelig alt lyset som entrer gruppen 2000 via den første inngangs/utgangsfiberen 2002 passere gjennom den første WDM-kopleren 2060(1) fra høyre mot venstre på figur 37 og entre forsterkeren 2012(1). Tilsvarende passerer hovedsakelig alt lyset som slipper ut fra gruppen 2000 fra venstre mot høyre via forsterkeren 2012(1) gjennom den første WDM-kopleren 2060(1) til den første inngangs/utgangsfiberen 2002.

I motsetning til lyset ved signalbølgelengden entrer hovedsakelig alt pumpelyset ved en pumpebølgelengde Xp (for eksempel 1,480 nanometer) fra pumpekilden 2062(1) den tredje inngangs/utgangsporten på den første WDM-kopleren 2060(1) og blir koplet til den andre inngangs/utgangsporten av kopleren for derved å forplante seg til forsterkeren 2012(1).

Tilsvarende er en andre inngangs/utgangsport av forsterkeren 2012(2) koplet til den andre inngangs/utgangsfiberen 2004 via en første inngangs/utgangsport ved den første enden av en andre bølgelengde-divisjonmultipleksing- (WDM) kopler 2060(2). En andre inngangs/utgangsport ved en andre ende av den andre WDM-kopleren 2060(2) er koplet til den andre inngangs/utgangsfiberen 2004. En tredje inngangs/utgangsport, også ved den andre enden av den andre WDM-kopleren 2060(2), er koplet for å motta lys fra en fjerde pumpekilde 2060(2).

Som beskrevet ovenfor for den første WDM-kopleren 2060(1), passerer hovedsakelig alt lyset ved signalbølgelengdene XB gjennom den andre WDM-kopleren 2060(2) uten kopling, og hovedsakelig alt lyset fra pumpekilden 2062(2) blir koplet til den andre inn-gangs/utgangsporten på den andre WDM-kopleren 2060(2) og forplanter seg til forsterkeren 2012(2).

Til forskjell fra de to WDM-koplerne 2060(1) og 2060(2) er 4x4 splitterne 2014(1), 2014(2) og splitterne 2024(1) til 2024(8) bredbåndskoplere. Det vil si at splitterne har hovedsakelig de samme koplingskoeffisientene over området av bølgelengder fra 1,480 nanometer til 1,560 nanometer. Lyset ved signalbølgelengdene % s og lyset ved pumpebølgelengdene Xp blir således koplet hovedsakelig på samme måte. I tillegg er splitterne fortrinnsvis karakterisert slik at koplingskoeffisientene er hovedsakelig tilsvarende slik at lyset ved signalbølgelengden Xs og lyset ved pumpebølgelengden Xp som entrer gruppen 2000 blir delt hovedsakelig likt blant de fire utgangene på hver splitter og slik at lyset ved signalbølgelengden fra hver sensor blir kombinert hovedsakelig likt.

I drift tilveiebringer pumpekilden 2062(1) pumpelys til den første WDM-kopleren 2060(1). Pumpelyset forplanter seg til forsterkeren 2012(1) og blir absorbert i denne slik at forsterkeren tilveiebringer forsterkning på lys som entrer forsterkeren ved signalbøl-gelengden. Eventuelt restpumpelys som ikke er absorbert av forsterkeren 2012(1) passerer gjennom splitteren 2014(1) og blir delt hovedsakelig likt mellom de fire forsterkerne 2022(1) til 2022(4). I tillegg entrer lys fra pumpekilden 2050(1) splitteren 2014(1) og blir delt hovedsakelig likt for å forplante seg til de fire forsterkerne 2022(1) til 2022(4). Pumpelyset blir absorbert i de fire forsterkerne for å tilveiebringe forsterkning av signallyset.

På lignende måte blir lys fra pumpekilden 2062(2) koplet til forsterkeren 2012(2) via den andre WDM-kopleren 2060(2), og eventuelt restpumpelys blir delt mellom de fire forsterkerne 2024(5) til 2024(8) via splitteren 2014(2). I tillegg blir pumpelys fra pumpekilden 2050(2) delt av splitteren 2014(2) og tilveiebrakt til de fire forsterkerne 2024(1) til 2024(4).

En signallyspuls som har en varighet på omtrent 50 nanosekunder entrer gruppen 2000 via den første inngangs/utgangsfiberen 2002 og blir først forsterket av forsterkeren 2012(1). Den forsterkede lyspulsen blir så delt i fire hovedsakelig like deler av splitteren 2014(1). Den første delen blir forsterket av forsterkeren 2022(1) og entrer så den første sensorgruppen 2040(1) via splitteren 2024(1) som deler den første delen i fire un-derdeler. En første underdel passerer gjennom sensoren 2032(1). En andre underdel passerer gjennom sensoren 2032(2). En tredje underdel passerer gjennom sensoren 2032(3). En fjerde underdel passerer sensoren 2032(4).

Den første underdelen blir ikke utsatt for noen tilleggsforsinkelse. Den andre underdelen blir forsinket av de to t/2 forsinkelsesfibrene 2042(1) for en total forsinkelse på t. Den tredje underdelen blir forsinket av de to t forsinkelsesfibrene 2042(2) for en total forsinkelse på 2t. Den fjerde underdelen blir forsinket av de to 3t/2 forsinkelsesfibrene 2042(3) med en total forsinkelse på 3t.

De fire underdelene i den første sensorgruppen 2040(1) blir rekombinert av splitteren 2024(5). På grunn av de respektive forplantningstidene gjennom sensorene og forsinkelsene ankommer imidlertid den første underdelen ved splitteren omtrent 60 nanosekunder før den andre underdelen. Den andre underdelen ankommer omtrent 60 nanosekunder før den tredje underdelen. Den tredje underdelen ankommer omtrent 60 nanosekunder før den fjerde underdelen. Utgangssignalet fra splitteren 2024(5) omfatter således fire 50 nanosekundpulser med 60 nanosekundintervaller.

Pulsene utmatet fra splitteren 2024(5) blir forsterket av forsterkeren 2022(5) og forplanter seg så til splitteren 2014(2), hvor pulsene blir kombinert med pulser som passerer igjennom den andre sensorgruppen 2014(2), den tredje sensorgruppen 2040(2) og den fjerde sensorgruppen 2040(4).

Innenfor den andre, tredje og fjerde sensorgruppen blir signalpulsen delt i fire underde-ler, de fire underdelene blir selektivt forsinket og blir så rekombinert som forklart ovenfor med hensyn til den første sensorgruppen. I tillegg bin* delen av lys som entrer den andre sensorgruppen 2040(2) først forsinket av den første 2t forsinkelsen 2044(1) før det blir forsterket av forsterkeren 2022(2) og delt av splitteren 2024(2). Signalpulsene utmatet av den andre sensorgruppen 2040(2) blir rekombinert av splitteren 2046(6) og forsterket av forsterkeren 2022(6) og blir så forsinket med en andre 2t forsinkelse 2044(1) før de ankommer på splitteren 2014(2). På grunn av den ekstra 4t forsinkelsen tilveiebrakt av de to 2t forsinkelsene 2044(1) ankommer den første signalpuls som ankommer til splitteren 2014(2) fra den andre sensorgruppe 60 nanosekunder etter den fjerde signalpulsen fra den første sensorgruppen.

På lignende måte blir signalpulsene som er utmatet fra den tredje sensorgruppen forsinket med ytterligere 8t av de to forsinkelsene 2044(2) slik at den første signalpulsen fra den tredje sensorgruppen ankommer 60 nanosekunder etter den fjerde signalpulsen fra den andre sensorgruppen.

Tilsvarende blir signalpulsene som er utmatet fra den fjerde sensorgruppen forsinket med ytterligere 12t av de to forsinkelsene 2044(3) slik at den første signalpulsen fra den fjerde sensorgruppen ankommer 60 nanosekunder etter den fjerde signalpulsen fra den tredje sensorgruppen.

Signalpulsene fra de fjerde sensorgruppene blir kombinert i splitteren 2014(2). Signalpulsene blir så forsterket av forsterkeren 2012(2) og blir utmatet fra gruppen via den andre inngangs/utgangsfiberen 2004.

På lignende måte blir en 50 nanosekundlyspuls som entrer sensorgrupen 2000 via den

andre inngangs/utgangsfiberen 2004 og som forplanter seg fra venstre mot høyre gjennom gruppen først forsterket av forsterkeren 2012(2) og delt av splitteren 2014(2) i fire pulser. De fire pulsene blir selektivt forsinket og ytterligere delt, som beskrevet ovenfor for signalet som forplanter seg fra høyre mot venstre, slik at seksten 50 nanosekundpulser med 60 nanosekundintervaller ankommer splitteren 2014(1). De seksten pulsene blir kombinert på splitteren 2014(1) og blir forsterket av forsterkeren 2012(1) før de slipper ut av gruppen via den første inngangs/utgangsfiberen 2002.

Det må forstås at pulsbredden og forsinkelsestidene kan variere. Ennvidere kan ytterligere splittere, forsterkere og forsinkelser være tilveiebrakt for å øke antallet sensorer i gruppen 2000.

Forsterkerne 2012(i), 2022(i) som går forut for hver splitter 2014(i), 2024(i) kompense-rer for splitter eller delertapet i den respektive kopler. Trestrukturtelemetrien på figur 37 har den fordelen at den retter ubrukt pumpeeffekt fra tidligere forsterkere inn i senere forsterkere. I et eksempelsystem hvor pumpelyset har en pumpebølgelengde Xp på for eksempel 1,480 nanometer, og hvor signalet har en signalbølgelengde \ s på for eksempel 1,550 nanometer, må splittekoplerne være enten dualbånds eller bredbånds for å ha tilsvarende koplingsforhold over pumpe- og signalbølgelengdene. Slike kopiere er kommersielt tilgjengelige fra for eksempel Gould Fiber Opitcs, 1121 Benfield Boulevard,

Millérsville, Maryland. Utførelsen på fig. 37 har en ytterligere fordel ved at dersom til-leggspumpeeffekt er nødvendig for å drive de senere trinns forsterkere, kan tilleggspum-peeffekt bli tilføyd på en av de ikke-brukte pumpene til en av 4x4 splitterne 2012. Bare fjOTSte-lrinns forsterkerne (dvs. forsterkerne 2012 i det ytre laget 2010) krever således ytterligere WDM-koplere.

Som beskrevet ovenfor, må sensortelemetrien være konstruert for å tilveiebringe økende differensialforsinkelser mellom sensorbanene for å forhindre pulser i å overlappe hverandre. Denne tidsdivisjonsmultipleksings- (TDM) fremgangsmåten blir besørget ved å plassere forsinkelsesfibre 2042(i), 2044(i) som vist på fig. 37, hvor hver forsinkelse er en fraksjon av eller et multippel av et tidsintervall t. Tidsintervallet x er sensoravspør-ringsvinduet. Varigheten av hver puls (dvs. pulsbredden) er valgt til å være mindre enn x for å unngå overlapping. De foreskrevne forsinkelser innbefatter virkningen av forsinkelsesspolen og fiberen som forbinder de nærmeste komponentene. Den lengste forsinkelsen på 8x er for eksempel fra den første splittekopleren 2014(1) til splittekopleren 2024(4). Det kan lett sees at den totale forplantningstiden gjennom hver sensor øker med x med disse forsinkelser, i samsvar med TDM-kravene.

Til forskjell fra tidligere beskrevne telemetrier (dvs. matrise eller gruppestrukturer), er

trestruktur EDFA-telemetrien beskrevet ovenfor fordelaktig på grunn av dens evne til å bli pumpet av et stort antall mindre effektpumpelasere (i stedet for noen få pumpelasere med høyere effekt). Spesielt kan pumpelyset bli innført på forskjellige nivåer i trestruk-turen snarere enn på en eller to lokaliseringer. Figur 38 som omfatter figur 38A og 38B, illustrerer en alternativ sensorgruppe 2100 som innbefatter 16 sensorer 2110(i) i en forsterket treslxukturteleinetri som benytter en polarisasjonsbasert frontende 2120 tilsvarende systemet beskrevet ovenfor i for eksempel tilknytning til figurene 30 til 36. Figur 38A illustrerer en frontende 2120 tilsvarende frontenden vist på fig. 34, og like

elementer er nummerert tilsvarende. Til forskjell fra frontenden vist på fig. 34 innbefatter frontenden 2120 på fig. 38A et båndpass interferensfilter 2130 med omtrent 10 nanometer bredde sentrert ved 1,550 nanometer posisjonert mellom utgangen av den polariserte superfluorescente kilden 1620 og kollimatoren 1630. Filter 2130 smalner lyset fra kilden 1620 for å kunne redusere eventuell skadelig innvirkning på bølgelengdeavhen-gigheten til Faraday-rotatorene 1642,1644. Et ytterligere par av båndpassinterferensfil-teret 2132,2134 er posisjonert i utgangsbanen mellom den fjerde porten 1640 og den første polarisasjonsstrålesplitteren 1632, strålesplitter 1634 og den første strålesplitteren 1690.

Den forsterkede gruppen eller matrisen 2100 på figur 38B er tilsvarende den forsterkede trestrukturdesignen vist på figur 37. Igjen er timingen basert på 60 nanosekunds vinduer med opptatte 50 nanosekundpulser med 10 nanosekunds vernebånd mellom pulsene. Grappetimingen blir motholdt under konstruksjonen av gruppen 2100 for å sikre at ikke bare den totale timingen av sensorene er korrekt, men også at hver sensor 2110(i) er plassert symmetrisk i senosortelemetrien, og derved sikres den samme fasesensitiviteten ved hver sensor.

Den første inngangs/utgangsfiberen 2002, den andre inngangs/utgangsfiberen 2004, den tredje pumpekilden 2062(1), den fjerde pumpekilden 2062(2), den første WDM-kopleren 2060(1), den andre WDM-kopleren 2060(2), den første forsterkeren 2012(1) med forsterkriingen gi og den andre forsterkeren 2012(2) med forsterkningen gi arbeider som beskrevet ovenfor i tilknytning til figur 37, og er merket samsvarende med dette.

Til forskjell fra gruppen 2000 på figur 37, anvender gruppen 2100 på figur 38B fire nivåer av 2x2 bredbåndskoplere 2140(i) i stedet for de to nivåene av 4x4 bredbåndsspek-tere 2014(i), 2024(i). Gruppen 2100 benytter igjen to nivåer av forsterkning.

Lyssignalet som forplanter seg mot klokken faller inn på gruppen 2100 via den første inngangs/utgangsfiber 2002 og eventuelt restpumpelys fra forsterkeren 2012(i) passerer gjennom den første 2x2 kopler 2140(1), som deler lyset i to hovedsakelig like deler, en første del (øvre på figur 38B) og en andre del (nedre på figur 38B).

Den første delen entrer så den første inngangs/utgangsport av den andre 2x2 kopleren 2140(2) som deler den første delen av lyset i to hovedsakelig like deler, en tredje (øvre) del ved en tredje inngangs/utgangsport og en fjerde (nedre) del ved den fjerde inn-gangs/utgangsport. Tilsvarende entrer den andre delen så den første inngangs/utgangsport av en tredje 2x2 kopling 2140(3), som deler den andre delen av lyset i to hovedsakelig like deler, en femte (øvre) del ved en tredje inngangs/utgangsport og en sjette (nedre) del ved den fjerde inngangs/utgangsport.

Den tredje, fjerde, femte og sjette delen entrer respektive forsterkere 2150(1), 2150(2), 2150(3), 2150(4), som blir pumpet av pumpelys fra den første pumpekilden 2050(1) via en 2x2 kopler 2160(1), som deler pumpelyset i to hovedsakelig like deler. En første del av pumpelyset blir tilveiebrakt til en andre inngangs/utgangsport av den andre kopleren 2140(2), og andre del av pumpelyset blir tilveiebrakt til en andre inngangs/utgangsport av den tredje kopleren 2140(3). Pumpelyset blir således ytterligere delt av koplerne 2140(2), 2140(3), slik at omtrent en fjerdedel av det opprinnelige pumpelyset blir tilveiebrakt tU hver av forsterkne 2150(1), 2150(2), 2150(3), 2150(4).

Det forsterkede signallyset fra forsterkeren 2150(1) blir tilveiebrakt som en innmating til en fjerde 2x2 kopler 2140(4). Det forsterkede signallyset fra forsterkeren 2150(2) blir tilveiebrakt som en innmating til den femte 2x2 kopler 2140(5). Det forsterkede signallyset fra forsterkeren 2150(3) blir tilveiebrakt som en innmating til en sjette 2x2 kopler 2140(6). Det forsterkede signallyset fra forsterkeren 2150(4) blir tilveiebrakt som en innmating til en syv 2x2 kopler 2140(7).

Lyset som faller inn på hver kopler 2140(4), 2140(5), 2140(6), 2140(7) blir delt hovedsakelig likt i to deler.

En første del av lyset fra den fjerde kopleren 2140(4) blir tilveiebrakt som en innmating til den første sensoren 2110(1) og den andre sensoren 2110(2) via en åttende 2x2 kopler 2140(8), som deler den første delen av lyset i to hovedsakelig like deler. En andre del av lyset fra den fjerde kopleren 2140(4) blir tilveiebrakt som en innmating til den tredje sensoren 2110(3) og den fjerde sensoren 2110(4) via en niende 2x2 kopler 2140(9), som deler den andre delen av lyset i to hovedsakelig like deler. Hver av sensorene 2110(1), 2110(2), 2110(3), 2110(4) mottar således omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset som faller inn på den første kopleren 2140(1).

Tilsvarende mottar den femte sensoren 2110(5) og den sjette sensoren 2110(6) hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den femte kopleren 2140(5) via en tiende 2x2 kopler 2140(1). Den syvende sensoren 2110(7) og den åttende sensoren 2110(8) mottar hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den femte kopleren 2140(5) via en ellevte 2x2 kopler 2140(11).

Den niende sensoren 2110(9) og den tiende sensoren 2110(10) mottar hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den sjette kopleren 2140(6) via en tolvte 2x2 kopler 2140(12). Den ellevte sensoren 2110(11) og den tolvte sensoren 2110(12) mottar hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den sjette kopleren 2140(6) via en trettende 2x2 kopler 2140(13).

Den trettende sensoren 2110(13) og den fjortende sensoren 2110(14) mottar hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den syvende kopleren 2140(7) via en fjortende 2x2 kopler 2140(14). Den femtende sensoren 2110(15) og den sekstende sensoren 2110(16) mottar hver omtrent en sjettedel av det opprinnelige signallyset fra den syvende kopleren 2140(7) via en femtende 2x2 kopler 2140(15).

Det er å merke seg at ved hvert nivå av deling og forsterking, er kopiere og forsterkere nummerert fra midten av figuren mot bunnen av figuren slik at de lavest nummererte koplerne og forsterkerne forplanter signallyset som forplanter seg mot klokken til de lavest nummererte sensorene.

Lyset som faller innpå gruppen 2100 via den andre inngangs/utgangsfiberen 2004 blir tilsvarende delt av et mangfold kopiere 2140(16) til 2140(30) i seksten hovedsakelig like deler kan bli tilveiebrakt til sensorene 2110(1) til 2110(16) i den motsatte retningen (dvs. i retning med klokken). Pumpelys fra den andre pumpekilden 2050(2) blir delt hovedsakelig likt av en kopler 2160(2), og blir ytterligere delt av koplerne 2140(16) og 2140(17) slik at fire omtrent like deler av pumpelyset blir tilveiebrakt som inninatinger til fire forsterkere 215085), 2150(6), 2150(7), 2150(8), som virker til å forsterke signallyset som forplanter seg i retning med klokken. Det er å merke seg at koplerne og forsterkerne er nummerert fra midten mot den øvre delen av figuren 38B slik at de lavest nummererte koplerne og forsterkerne tilveiebringer signallyset til de lavest nummererte sensorene for signallyset som forplanter seg med klokken.

For å kunne tilveiebringe tidsdivisjonsmultipleksingskarakteristikaene beskrevet ovenfor i tilknytning til figur 37, innbefatter utførelsen på figur 38B et mangfold av forsinkelsesfibre i gruppen 2100. En første forsinkelsesfiber 2180(1) er for eksempel posisjonert mellom kopleren 2140(8) og den andre sensoren 2110(2), og en andre forsinkelsesfiber 2180(1) er posisjonert mellom kopleren 2140(23) og den andre sensoren 2110(2). Tilsvarende forsinkelsesfibre 2180(1) er posisjonert mellom sensorene 2110(2), 2110(4), 2110(6), 2110(8), 2110(10), 2110(12), 2110(14), 2110(16) og de respektive koplerne. Hver forsinkelsesfiber 2180(1) har en lengde på omtrent 6 meter for å tilveiebringe 60 nanosekunders forsinkelse slik at lyset som forplanter seg gjennom den andre sensoren i hvert par av sensorer er separert med omtrent 60 nanosekunder fra lyset som forplanter seg gjennom den første sensoren i paret av sensorer.

Parene av signaler som passerer gjennom den første sensoren 2110(1) og den andre sensoren 2110(2) er separert fra parene av signaler som passerer gjennom den tredje sensoren 2110(3) og den fjerde sensoren 2110(4) med en ytterligere 120 nanosekunders forsinkelse tilveiebrakt av en første forsinkelsesfiber 2180(2) i banen fra kopleren 2140(4) til kopleren 2140(9) og en andre forsinkelsesfiber 2180(2) i banen fra kopleren 2140(19) til kopleren 2140(24). Hver av forsinkelsesfibrene 2180(2) har en forsinkelse på omtrent 60 nanosekunder tilveiebrakt av en fiber som har en lengde på omtrent 12 meter.

På lignende måte er en første 120 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(3) innskutt i banen mellom kopleren 2140(5) og kopleren 2140(10), og en andre 120 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(3) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(20) og kopleren 2140(25). En første 180 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(4) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(5) og kopleren 2140(11), og en andre 180 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(4) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(20) og kopleren 2140(26).

For de gjenværende åtte sensorene er en første 225 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(5) innskutt mellom kopleren 2140(1) og kopleren 2140(3), og en andre 225 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(5) er innskutt mellom kopleren 2150(16) og kopleren 2140(18).

En første 15 nanosekunders forsinkelsesfiber 2140(6) er innskutt mellom kopleren 2140(6) og kopleren 2140(12), og en andre 15 nanosekunders forsinkelsesfiber 2140(6) er innskutt mellom kopleren 2140(21) og kopleren 2140(27) slik at den totale tilleggsforsinkelsen til sensorene 2110(9) og 2110(10) er 480 nanosekunder. Det må forstås at den ekvivalente forsinkelsen kunne vært tilveiebrakt ved å øke forsinkelsen til forsinkelsesfibrene 2180(5) til 240 nanosekunder og ikke innbefatte 15 nanosekunders forsinkelsesfibrene 2140(6).

En første 75 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(7) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(6) og kopleren 2140(13), og en andre 75 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(7) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(21) og kopleren 2140(28). En første 135 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(8) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(7) og kopleren 2140(14), og en andre 135 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(7) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(22) og kopleren 2140(29). En første 195 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(9) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(7) og kopleren 2140(15), og en andre 195 nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(9) er innskutt i banen mellom kopleren 2140(22) og kopleren 2140(30).

Hver av 2x2 koplerne er på fordelaktig måte karakterisert før konstruksjon slik at koplerne kan bli anordnet i gruppen eller matrisen slik at transmisjonen til hver sensorbane var så lik som mulig. De ti forsterkerne 2012(1), 2012(2), 2150(1) til 2150(8) på figur 38B er fortrinnsvis erbiumdopede fiberforsterkere (EDFA). På figur 38A er forsterkningen gi til forsterkerne 2012(1), 2012(2) og forsterkningen ga til forsterkerne 2150(1) til 2150(8) hovedsakelig den samme. I de foretrukne utførelsene er lengden av fiberen i hver forsterker omtrent 1,45 meter for å tilveiebringe omtrent 8,2 dB forsterkning.

Den totale forsterkningen som sees av en gitt sensorbane fra den første inngangs/utgangsfiberen 2002 til den andre inngangs/utgangsfiberen 2004 i hver retning er 32,8 dB (8,2 dB x 4 forsterkere). Dette grovkompenserer for det totale deletapet (3,1 dB pr. kopler x 8 kopiere) pluss innføringstapet til WDM-kopleren og overskuddstapet på grunn av skjøter og fiberbøyning.

Transmisjonen gjennom en eksempelsensorgruppe konstruert i samsvar med figur 38B ble målt til å være noen få dB større enn enheten. Forsterkerne 2012(1), 2012(2), 2150(1) til 2150(8) blir pumpet av gruppekildene 2050(1), 2050(2), 2062(1), 2062(2), som på fordelaktig måte omfatter fire laveffekts (for eksempel 60 mW) 1,480 nanometer lasere. Som beskrevet ovenfor, blir pumpelyset fra pumpekildene 2062(1), 2062(2) koplet inn i gruppen 2100 gjennom WDM-koplerne 2060(1), 2060(2) for å pumpe første trinnforsterkerne 2012(1), 2012(2). Andretrinnsforsterkeme 2150(1) til 2150(8) blir pumpet av den ubrukte effekten fra førstelxinnsforsterkerne sammen med den tilførte effekten fra pumpekildene 2050(1), 2050(2). Pumpeeffekten er tilstrekkelig stor (og signaleffekten tilstrekkelig lav) til åpumpemette alle forsterkerne 2012(1), 2012(2), 2150(1) til 2150(8). Pumpekildene 2050(1), 2050(2), 2062(1), 2062(2) er fortrinnsvis koplet til gruppen 2100 via enveisisolatorer 2190 slik at eventuelt lys som returnerer fra gruppen 2100 ikke forplanter seg til pumpekildene og forstyrrer kilden.

For å kunne teste sensorene 2110(i) er en ytterligere PZT transduser viklet med fiber, plassert i serie med hver sensor 2110(i) slik at virkningen av et akustisk signal kan bli simulert for hver sensor ved selektivt å aktivere en eller flere av PZT transduserne.

(PZT transduserne er kun for testformål og er ingen del av den foretrukne utførelsen. PZT transduserne er derfor ikke vist på tegningene). Figurene 39A og 39B illustrerer

det returnerte pulstoget målt med en av detektorene 1698,1700 (figur 3 8A) for en pulsbredde på 50 nanosekunder og repetisjonsfrekvenser på hhv. 0,942 MHz (1,06 mikrosekunders avstand) og 1,042 MHz (0,96 mikrosekunders avstand). Hver signalpuls påtrykt gruppen resulterer i et tog av seksten utgangspulser som returnerer i 60 nanosekunders intervaller. For den laveste repetisjonsfrekvensen (figur 39A) var det således gap mellom togene av 16 pulser som returnerer fra sensorgruppen. Effekten fra alle sensorene

returnerer med en variasjon på mindre enn 1,7 dB. Disse effektvairasjonene resulterer av innføringstapsdifferanser til de forskjellige koplerne og skjøtene.

Figur 39B illustrerer den optimale driftstilstanden hvorved pulstogene repeteres kontinuerlig (dvs. at den sekstende pulsen av et pulstog opptrer omtrent 60 nanosekunder før den første pulsen av det neste pulstoget). Pulstimingen ble verifisert til å være korrekt innenfor 1 nanosekund (20 centimeter) for alle sensorbanene.

I praksis blir demultipleksing oppnådd etter detektering av digital behandling. I en ek-sperimentutførelse er en Utiumniobat-amplitudemodulator 2192 forbundet med en av inngangsAitgangsfibrene (for eksempel den andre inngangs/utgangsfiberen 2004 på fig. 3 8A) og blir brukt til å sende en enkelt puls som korresponderer med signalet som skal demultiplekses. Litiumniobat-modulatoren 2192 tilveiebringer ren svitsjing, hvilket eliminerer den store støyen tilordnet med elektroniske svitsjer som benyttes etter fotodio-dene.

For å måle polarisasjonssensitiviteten for gruppen ble en stor fasemodulasjon indusert i den femte sensoren 2110(5) ved å aktivere de respektive seriene tilkoplede PZT transduser for den femte sensoren. Signalet fra den femte sensoren ble demultiplekset og dets detekterte effekt ble overvåket på et digitalt oscilloskop. Når en topp-til-topp fasemodulasjon større enn n blir indusert i signalet, kan synbarheten av sensoren bli målt ved å registrere den maksimale og minimale spenningen tilveiebrakt på digjtalskopet. Slik opptegning er illustrert på figur 40A og gir en målt synbarhet på 0,9. Som beskrevet ovenfor, er en betydelig fordel med den polarisasjonsbaserte frontendedesignen at den polarisasjonsinduserte signalsvekkelsen blir passivt eliminert, og synbarheten skulle ideelt være ens på hver sensor, uavhengig av sløyfedobbelt-brytingen.

For å teste denne forutsigelsen ble synligheten av den femte sensoren målt for åtte tilfeldige innstillinger av en felles polarisasjonsstyreinnretning 2194 som befant seg i en av inngangs/utgangsfibrene (for eksempel den første inngangs/utgangsfiberen 2002 på figur 38A). Resultatene av målingene er vist på figur 40B, som demonstrerer den forventede polarisasjonsuavhengigheten. Synbarheten mangler enhetlighet, hvilket skyldes hovedsakelig tilstedeværelsen av fordelt forsterker ASE effekt ved detektoren.

For å illustrere innvirkningen og viktigheten av støysubtraksjon i en Sagnac-basert gruppe som benyttet en bredbånds ASE kilde, ble en fasemodulasjon ved 4 kHz plassert på en av sensorene ved bruk av den respektive fiberviklede PZT for å simulere et akustisk signal, og en amplitudemodulasjon ved 3,6 kHz ble plassert på det optiske signalet fra kilden 1620 ved bruk av en litiumniobat- (LiNbC^) modulator 2196 i signalbanen fra kilden 1620 til kollimatoren 1630 på figur 38A. Den detekterte responsen ble målt i en enkeltdetekteringskonfigurasjon under bruk av bare en detektor og en balansert detekte-ringskonifgurasjon hvori utgangene fra de to detektorene 1698, 1700 er forbundet på en slik måte at likesfrømsstrømmene av detektorene blir distrahert for å fjerne kildeampli-tudestøyen. Figur 41 illustrerer resultatene av målingene. For enkeltdetekteringskonfi-gurasjonen sees amplitudemodulasjonen ved 3,6 kHz tydelig mens fasemodulasjonen ved 4 kHz ikke er synlig under bredbåndskildeamplitudestøyen (ASE-ASE bitstøy). I den balanserte detekteringskonfigurasjonen blir amplitudemodulasjonen subtrahert med over 50 dB. Fasemodulasjonstonen blir lett synlig på grunn av den reduserte bredbånds-støyen (ASE-ASE bitstøy subtraksjon) og det økte fasemodulasjonssignalet. Som illustrert, oppnår den balanserte detekteringskonfigurasjonen en stor grad av støysubtrak-sjon.

Det optiske støygulvet av en Sagnac-basert gruppe eller matrise med fordelte optiske forsterkere er en funksjon av den optiske effekten i mottakeren. Støyen for en balansert-detekteringsmottaker er gitt som: hvor B er detekteringsbåndbredden; hvor s, acw, acCW er kilden, med klokken fordelt forsterket, og mot klokken fordelt forsterker ASE fotonflukser (#/s); og hvor a = acW + accw Ligning 19 er Ava båndbredden til de fordelte forsterkerfotonene som ankommer på detektorer forårsaket av spontan emisjon i de fordelte forsterkerne, som definert ved:

hvor P(va)dva er den optiske effekten i frekvensbåndet i va til va + dva.

I ligning 19 er videre Avsa definert ved:

hvor Avs eir båndbredden til kildefotoner som ankommer i detektoren og Av^a er den kombinerte kilde- og fordelt-forsterkerfotonene som ankommer i mottageren definert i samsvar med ligning 20 ved å substituere va og v9-hi for va.

Støyuttrykket i ligning 19 er gitt som en fotontellingsfluktasjon pr. enhet båndbredde. Ligning 19 kan omskrives som følger for en detektorstrømstøy, (AI ):

hvor B er detekteringsbåndbredden.

Ligning 22 er bekreftet eksperimentelt ved å måle den optiske støyen til 16-sensorgruppen 2100. En eksess eller overskytende støyfaktor F er først definert som forholdet mellom den detekterte støyen og skuddstøygrensen to er gitt ved:

Ved å måle detektorstøyene Is, Iaow og Iaccw sammen med deres optiske spektre (for å få Avsa og Ava), kan den forventede eksesstøyfaktoren bli beregnet og sammenlignet med den målte støyen. For å måle fordelte forsterkerstrømmer og spektre (Iacw, IaCow og Ava), er kilden skrudd av og utgangssignalet blir ganske enkelt målt. Siden den fordelte for-sterkereffekten ikke kan bli avskrudd, finnes strøm/spekter ved å måle det totale utmatede strøm/spekteret og subtrahere det fordelte forsterkerstrøm/spekteret. Dette kan gjø-res siden de fordelte forsterkerne er pumpemettet og deres ASE utgangssignaler blir på-virket av tilstedeværelsen av den lille kildeeffekten i gruppen (verifisert eksperimentelt). Med disse utmatede strømmer og spektre målt, kan den forutsagte eksesstøyfaktoren bli beregnet ved hjelp av ligning 23. For å måle støyfaktoren blir den utmatede støyen målt direkte sammen med Iikestrømsmottakerstrørnmer. Skuddstøynivået blir så beregnet fra likestrømsstrømmene, og eksesstøyfaktoren finnes ved å ta forholdet mellom den målte støyen og skuddsstøyen. Den forutsagte og målte eksesstøyfaktoren kan så bli sammenlignet.

I en eksperimentell oppstilling gjøres målingene for en serie av likestrømskildestrøm-rner i mottakeren. Disse strømmene blir styrt ved å justere kildeeffekten med like-strømsforspenningen til LiNbOj modulatoren 2196. For hver likestrømskildestrøm tas målingene for sensortellinger på 4, 8,12 og 16. Sensortellingene ble styrt ved å mørk-legge en, to eller tre 4-sensorsubgrupper ved å indusere store bøyningstap i fiberne som adresserer disse subgruppene. Ettersom sensortellingen blir endret, justeres pulsrepeti-sjonsfrekvensen for å holde et kontinuerlig pulstog på utgangen. På grunn av dette ei-den gjennomsnittlige kildeeffekten på detektoren den samme for hver sensortelling innenfor et gitt sett av målinger, og den eneste endringen er mengden delt forsterker ASE. Ved å ta målinger som en funksjon av sensortellingen, kan derfor støytrenden som en funksjon av ASE effekten bli funnet og sammenlignet med forutsigelsene i ligning 23.

Resultatene av de forutgående målingene er vist på figurene 42A, 42B, 42C for tre li-kestrømskildemottakerstrømmer. Som vist på figur 42A for den laveste likestrømskil-destrømmen (1,4 uA) er overensstemmelsen mellom den forutsagte og målte støyen ut-merket. For større kildeeffekter og derfor større Hkestrømskildemottagersh-ømmer (4,05 uA på figurene 42B og 9,89 uA på figur 42C), stiger den målte støyen over den forutsagte støyen ettersom kildestrømmen blir økt. Dette skyldes, minst delvis, opphentingen av akustisk romstøy i gruppen, et vedvarende problem ved testingen av de akustiske Sagnac-sensordesignene. Ettersom kildeeffekten blir økt, øker sensitiviteten for gruppen, og romstøy opphentet i fiberen som utgjør sensorgruppen og timingspole blir ikke neglisjerbare. Selv om denne støy gjør målinger av det optiske støygulvet vanskelig i la-boratoriet, er det ikke en vanskelig støykilde i praksis siden denne akustiske opphentingen i virkelige applikasjoner er signalet som er ment å bli målt.

I de Mach-Zehnder baserte gruppene av matrisene, blir sensorresponsen bestemt av lengden av fiber som er viklet rundt hydrofonen og av den normaliserte hydrofonre-sponsen, som begge ikke kan endres når sensoren er konstruert. I Sagnac-sensorgruppene beskrevet ovenfor blir responsen bestemt delvis av disse samme parametre og blir også bestemt delvis av lengden av forsinkelsessløyfen, som deles mellom alle sensorene. Siden denne forsinkelsessløyfen kan befinne seg fjernt og på avstand fra sensorene, hvor den er tilgjengelig, er det mulig å endre lengden av forsinkelsessløyfen. Det ble fastslått tidlig under utviklingen av den Sagnac-baserte gruppen at denne evnen eller muligheten til å påvirke responsen for alle sensorene ved å endre en enkelt parameter, nemlig forsinkelsessløyfelengden, kunne være av stor fordel for den dynamiske område-ytelsen av gruppen. For eksempel illustrerer figurene 7,19 og 21 utførelser som har to forsinkelsessløyfer med forskjellige lengder for å utvide det dynamiske området for sensorgruppen.

For å illustrere hvordan responsen kan avstemmes ved å endre forsinkelsessløyfeleng-den, betrakt en Sagnac-gruppe med en effektiv forsinkelsesspoletid på 50 mikrosekunder (for eksempel omtrent en forsinkelsessløyfelengde på omtrent 10 kilometer i en ikke-foldet konfigurasjon eller en forsinkelsessløyfelengde på omtrent 5 kilometer i en foldet konfigurasjon), en hydrofonresponsitivitet, R, på -135 dB rad/uPa, og et flatt optisk støygulv på 1 fj,rad/VHz. Det minimale detekterbare akustiske signalet, ami„^, kan uttrykkes som:

hvor fl er fasestøyen pr. enhet båndbredde, T er integrasjonstiden, R er hydrofonrespon-sitiviteten (rad/uPa),/er frekvensen, Td er forsinkelsesspoletiden. Ved bruk av de forutgående tallene er det minimale detekterbare akustiske signalet i en 1-sekunds integrasjonstid opptegnet på figur 43A. På figur 43 A er det også opptegnet det maksimale detekterbare signalet definert som det signalet som produserer et 1 rad/VHz fasesignal.

(Dette er bare en approksimasjon av den øvre grensen, men tjener som en måte å sam-menligne den relative ytelsen for to konfigurasjoner).

På figur 43B er de samme kurvene opptegnet for en gruppe med de samme parametrene med unntak at forsinkelsestiden gjennom forsinkelsessløyfen er blitt redusert fra 50 mikrosekunder til 0,5 mikrosekunder. Den kortere forsinkelsestiden beveger detekteringsområdet oppover og gjør detekteringsområdet mer egnet for en støyfull omgivelse. I motsetning til dette er lengre forsinkelsestid mer egnet for en mer stille omgivelse.

For å oppnå det kombinerte dynamiske området på figurene 43 A og 43B, må en gruppe eller matrise være konstruert med både en kort forsinkelsessløyfe og en lang forsinkel-sessløyfe. En gruppe/matrise som innbefatter to forsinkelsesspoler, designet slik at pulsene som returnerer fra alle sensorene og forsinkelsesspolene er separerbare (i tid eller bølgelengde), kan lett bli konstruert, som illustrert ovenfor på figurene 7, 19 og 21.1 de illustrerte konfigurasjonene returnerer hver sensor to signaler, og hver av sensorene har detekteringsområder som korresponderer med områdene på figur 43A og 43B, I en stille omgivelse eller miljø, vil signalet fra den lengste forsinkelsessløyfen bli brukt. Under tilstedeværelsen av et stort akustisk signal som metter responsen fra den lengste forsin-kelsessløyfen, vil utgangssignalet fra den korteste forsinkelsessløyfen bli brukt. Forsin-kelsesspolesvikt slik som dette vil tillate gruppen eller matrisen å fungere i omgivelser hvori størrelsen av det akustiske signalet varierer dramatisk over tid. Den mest nyttige implementeringen av multiple forsinkelsessløyfer i en Sagnac-basert gruppe vil imidlertid kombinere signalene fra hver forsinkelsessløyfe i stedet for å svitsje mellom dem. Ved å kombinere signalene for å produsere et enkelt utgangssignal som har et sant detekteringsområde gitt av foreningen av detekteringsområdene til signalene fra hver for-sinkelsessløyfe, kan gruppen samtidig detektere ned til støygulvet med den lengste for-sinkelsessløyfen i et frekvensregime, under håndtering av et ekstremt stort akustisk signal (som metter den lengste forsinkelsessløyfen) i et annet frekvensregime. For å gjøre dette benyttes en algoritme som mottar som inngangssignaler ved et respektivt utgangssignal fra en gitt sensor fra hver forsinkelsessløyfe og som returnerer et signal som har et detekteringsområde som omfatter foreningen eller sammenslåingen av detekteringsområdene for utgangssignalet fra den korte forsinkelsessløyfen og utgangssignalet fra den lengste forsinkelsessløyfen.

Dersom signalet fra den korteste forsinkelsessløyfen var det samme som signalet fra den lengste forsinkelsessløyfen, men med en redusert skaleringsfaktor, ville en slik algoritme være endefram. Siden de to signalene har forskjellige frekvensresponser og sampler det akustiske signalet ved forskjellige tider, har imidlertid de to signalene liten åpenbar korrelasjon. For å illustrere dette, betrakt et akustisk signal som produserer hydrofonfasevariasjonen med tiden vist på figur 44A. Figurene 44B og 44C er opptegninger av indusert faseforskjell på grunn av fasesignaiet på figur 44A for signalet som forplanter seg gjennom den lengste forsinkelsessløyfen (figur 44B) og den korteste for-sinkelsessløyfen (figur 44C). Korrelasjonen er ikke åpenbar, og det er ikke klart hvordan disse to signalene må kombineres for å produsere et enkelt signal.

Figur 45A og 45B illustrerer en akustisk sensorgruppe eller matrise 2200 som arbeider med en lineær ekstrapolasjonsalgoritme som kombinerer signalene fra to forsinkelses-sløyfer for å rekonstruere fasesignaiet med et dynamisk område som dramatisk økt over det som er mulig ved en enkel forsinkelsessløyfe. Figurene 45 A og 45B tilsvarer figurene 38 A og 38B, men på figur 45A innbefatter imidlertid frontendedelen av systemet en første signalkilde 2210 som sender ut en første sekvens av optiske signalpulser med en første bølgelengde X[ og innbefatter en andre signalkilde 2212 som sender ut en andre sekvens av optiske signalpulser med en andre bølgelengde X2. Den første bølge-lengden Xi er for eksempel med fordel omtrent 1,520 nanometer og den andre bølge-lengden X2 er med fordel omtrent 1,550 nanometer. Utgangssignalene fra de to signal-kildene 2210, 2212 blir kombinert via en bølgelengdedivisjonsmultipleksing- (WDM) kopler 2214, slik at en enkelt signalstrøm som omfatter de to sekvensene av signalpulser blir påtrykt kollimatoren 1630.

Systemet på figurene 45A og 45B innbefatter videre et første detekteringssubsystem 2220 og et andre detekteringssubsystem 2222 for å erstatte det enkle detekeringssubsy-stemet 1650 på figur 3 8A. De to detekteringssubsystemene 2220, 2222 er for eksempel på fordelaktig måte koplet til utgangen av strålesplitteren 1632 via en kollimator 2224, en optisk fiber 2226, og en WDM-kopler 2230 som kopler de optiske signalene med den første bølgelengden Xi og den andre bølgelengden X2 til henholdsvis en første optisk fiber 2232 og en andre optisk fiber 2234. Den første optiske fiberen 2232 forplanter lyset med den første bølgelengden Xi til det første detekteringssubsystemet 2220 via en kollimator 2236. Den andre optiske fiberen 2234 forplanter lyset med den andre bølgeleng-den X2 til det andre detekteringssubsystemet 2222 via en kollimator 2238.

Systemet på figurene 45A og 45B skiller seg videre ved at systemet innbefatter to for-sinkelsessløyfer 2240 og 2242 i forsinkelsesbanen fra kollimatoren 1680 til Faraday-ro-teringsspeilet (FRM) 1346 i stedet for den enkle forsinkelsessløyfen 1344 på figur 3 8A. Spesielt er den første forsinkelsessløyfen 2240 en lengre forsinkelsessløyfe som tilveiebringer en forsinkelse på omtrent 100 mikrosekunder, og den andre forsinkelsessløyfen 2242 er en kortere forsinkelsessløyfe som tilveiebringer en forsinkelse på omtrent 100 nanosekunder. Som illustrert, er de to forsinkelsessløyfene 2240,2242 parallelle og er koplet til den felles forsinkelsesfiberen 1342 via en første WDM-kopler 2244 og en andre WDM-kopler 2246.1 lys fra den tredje porten 1676 til polarisasjonsstrålesplitteren 1670 passer således igjennom kollimatoren 1680 og entrer den første WDM-kopleren 2244. Den første WDM-kopleren 2244 retter lys fra den første kilden 2210 med den første bølgelengden Xt til den første forsinkelsessløyfen 2240 og retter lys fra den andre kilden 2212 med den andre bølgelengden X2 til den andre forsinkelsessløyfen 2242. De to delene blir rekombinert i den andre WDM-kopleren 2246, og de kombinerte delene faller inn på det roterende Faraday-speilet 1346. De reflekterte signaldelene blir igjen delt i den andre WDM-kopleren 2246 slik at delen med bølgelengden Xi igjen passerer gjennom den første (lengste) forsinkelsessløyfen 2240 og delen med bølgelengde X2 passerer gjennom den andre korteste) forsinkelssløyfen 2242. Lyset som faller inn på den tredje porten 1676 til polarisasjonsstrålesplitteren 1670 har således en første puls med den første bølgelengden X\ som er blitt forsinket med en større forsinkelse enn den andre pulsen med den andre bølgelengden X2- De to WDM-koplerne 2244,2246 har rimelig brede passbånd som retter lys til de to separate forsinkelsesspolene 2240,2242. For eksempel blir således lys fra 1,525 nanometer til 1,535 nanometer, som innbefatter den første bølgelengden X\, med fordel rettet til den lengste forsinkelsessløyfen 2240 mens lys fra 1,545 nanometer til 1,555 nanometer, som innbefatter den korteste bølge-lengden A,2, med fordel blir rettet til den korteste forsinkelsessløyfen 2242.

Av den forutgående beskrivelsen kan det sees at signalene mottatt av en første detekteringssubsystemet 2220 tilveiebringer et første akustisk dynamisk område bestemt av forsinkelsen gjennom den første (lengste) forsinkelsessløyfen 2240, og signalene mottatt av det andre detekteringssystemet 2222 tilveiebringer et andre akustisk dynamisk område bestemt av forsinkelsen gjennom den andre (korteste) forsinkelsessløyfen 2242. Det er antatt at alle andre komponenter av systemet på figurene 45A og 45B er bredbånd for å virke tilstrekkelig på samme måte over alle de benyttede bølgelengdene.

Fasemodulasjonen ( j>( t) ved hydrofonen i en gitt sensor er direkte proporsjonal med den akustiske signalamplituden. I en Sagnac-basert TDM-gruppe blir hver sensor samplet med en repetisjonsperiode x, og det returnerte signalet er en faseforskjell, fl( t)- fl( t- Td), hvor Td er spoleforsinkelsen. For en enkel forsinkelsesspolesensor, som tidligere beskrevet, blir således den diskrete samplingen av en sensor samplene St gitt ved:

hvorfra faseforskj ellen blir gjenvunnet ved hvor Sj har blitt målt av gruppen og er kanttellingen som er beregnet ved hjelp av en kanttellealgoritme, F, som tar som innmating strømmen og tidligere sampler,

Standardkanttellealgoritmen F for Mach-Zehnder og Sagnac-grupper eller matriser med en enkelt forsinkelsesspole er gitt ved:

og er basert på å minimalisere faseforskj ellen mellom sampler. Den utvider i stor grad dynamiske områder for sensoren forbi området til en sensor som ikke benytter kanttelling. Utførelsen på figurene 45A og 45B muliggjør bruken av en forbedret algoritme som benytter informasjon fra den ytterligere, kortere forsinkelsessløyfen 2242 i den Sagnac-baserte TDM gruppen for å utvide det dynamiske området forbi kapasiteten til standard kanttellealgoritmen av ligning 28.

Som beskrevet ovenfor, inkorporerer den Sagnac-baserte gruppen på figurene 45A og 45B multiple forsinkelsesspoler 2240,2242. Bredbånds WDM-koplerne 224,2246 rettet rimelig brede passbånd til de separate forsinkelsessløyfene 2240,2242.1 den beskrevne utførelsen blir for eksempel lys i området fra 1,525 nanometer til 1,535 nanometer således med på fordelaktig måte rettet til den lengste forsinkelsessløyfen 2240 mens lys i området 1,545 nanometer til 1,555 nanometer med fordel blir rettet til den korteste forsinkelsessløyfen 2242.

Med multiple forsinkelsessløyfer på separate bølgelengder er det mottatte datasettet S<X1 >for en gitt sensor og en første bølgelengde X\ gjennom den første forsinkelsessløyfen 2240 gitt ved:

Datasettet S for den samme sensoren og den andre bølgelengden Xi gjennom den andre forsinkelsessløyfen 2242 er gitt ved:

hvor 6 beskriver den relative fasen mellom de innmatede (og således returnerte) signalene fra bølgelengdene X\ og X2. Dersom 5 = 0, er de to innmatede pulsene med de to bølgelengdene sammenfallende i innmatingsfiberen. Ettersom den innmatede pulsen med X2 er forsinket i forhold til den med Xu øker 5. Forsinkelsen 8 kan med fordel innstilles til arbitrær verdi basert på behovet til algortimen.

For at algoritmen skal fungere, innføres en begrensning på den lengste forsinkelsessløy-fetiden r/1 slik at:

hvor p er et heltall slik at den lengste forsinkelsessløyfetiden er et helt multippel av t. Formålet med denne begrensningen skal beskrives nedenfor. Basert på den forutgående informasjonen blir en ny kanttellealgoritme F utviklet for å bruke informasjonen fra multiple forsinkelsessløyfer for å øke det dynamiske området over kapasiteten til den gamle, enkelt forsinkelsesspolealgoritmen F definert av ligning 28. Algoritmen er utviklet ved å opptegne signalet fra en gitt sensor fra den lengste for-sinkelsessløyfen 2240, p(t) = <|>(t)-<i>(t- Td1) på figur 46A. Figur 46A viser standardkanttellealgoritmen F. Gruppen måler samplene Si og S2 og siden Si - S2 > n, blir 2% tilføyd samplen S2 for å gjenvinne P(2t), i samsvar med algoritmen i ligning (28). Betegningen på figur 46A indikerer at kanttellingen til P(2x) vil bli beregnet mer nøyaktig dersom helningen av p(t) var kjent. Dersom for eksempel helningen P'(t), av (3(t) blir målt ved en frekvens 1/t. Dersom disse målingene blir faset til å gi p"(t) ved t = t, t = 2t, etc., kan kanttellingen til P(2t) bli forutsagt ved å benytte en lineær ekstrapolasjonsform <p>(T),dvs.:

som vist på figur 46B. Målingen S2 = P(2t) mod 2tc gir en mer nøyaktig verdi for sub-27i delen av p(2x), men den lineære ekstrapolasjonen av ligning 32 er mer nøyaktig for å bestemme kanttellingen som vist nedenfor i ligning 35 for den nye algoritmen F'.

Det er også rimelig å benytte helningen ved midtpunktet (t = 1,5t) i stedet for ved ende-punktene (t = t, 2x). Å gjøre dette gir i virkeligheten hovedsakelig tilsvarende resultater med litt høyere lavfrekvens dynamisk område og litt lavere høyfrekvens dynamisk område. Siden algoritmen har økt dramatisk ved det dynamiske lavfrekvensområdet nærmest punktet hvor det ikke trenges noe mer, har vi valgt å bruke endepunktalgoritmen for å gi et litt mer dynamisk høyfrekvensområde.

For å kunne komplettere algoritmen blir |3' målt. Dette blir besørget ved bruken av den andre, mindre forsinkelsessløyfen 2242. Prosessen med å måle P' starter med et uttrykk for<p>'(ix),

Ved å identifisere A til å være lik T/ 2, gjenkjennes det første og andre uttrykket i slutt-linjen på hgning 33 som målinger av den andre forsinkelsesspolen med den 8=0 i ligning 30.

Skriving av (^ ir^ ir- T/ 2)) = S" + 2^ 0%

tø( iT- Tf)-( WT- Tdil- Tcf2)) = S?p + 2x (se ligning 34) gir:

Standardalgoritmen for ligning 28 blir brukt til å beregne kanttellingen nv, på den korteste forsinkelsessløyfen 2240. p' blir så målt fra den korteste forsinkelsessløyfen 2240, og med denne informasjonen blir ligning 32 brukt for å måle kanttellingen til hver sample fra den lengste forsinkelsessløyfen 2242.

Uttrykt matematisk er en parameter yu definert som yt_ x =-^(/?M + /?,)Yi-i=x(Pi_i+pi),

og den nye lineære ekstrapolasjonsalgoritmen F' er gitt ved:

hvor Int(x) returnerer det største heltallet som er mindre eller lik x.

Begrensningene av den standard kanttellealgoritmen F for ligning 28 og den nye tofor-sinkelsessløyfe lineær ekstrapolasjonsalgoritmen F i ligning 35 blir sammenlignet med nedenfor. En nøyaktig analyse av det dynamiske området til en interferometrisk sensorgruppe er ganske involvert og vanskelig å redusere til et enkelt resultat. For enkelhets skyld sammenligner den følgende sammenligningen den maksimale faseamplituden i hydrofonen som en funksjon av frekvens, slik at ingen kanttellefeil opptrer. Denne analysen vil illustrere den relative ytelsen av de to algoritmene så vel som de to sensorty-pene (Mach-Zehnder og Sagnac).

Ved start i standardkanttellealgoritmen F kan det bli vist at en kanttellingsfeil opptrer dersom størrelsen av forskjellen mellom to sampler overskrider n,

hvor, som før P(t) = <|)(t)-(|>(t- Td) for en Sagnac-sensor og p(t) = <|)(t) for en Mach-Zehnder sensor. Ved å skrive (|>(t) = Asin(27cft+0), så vil den standard kanttellealgoritmen F for en Mach-Zehnder gruppe nøyaktig demodulere et tonalt fasesignal gitt ved Asin(2Ttft+9) dersom: og for en enkelforsinkelsesspole Sagnac-gruppe dersom

Analysen av den nye lineære ekstrapolasjonsalgoritmen F er mer involvert. To forhold må være tilfredsstilt for at algoritmen skal beregne den korrekte kanttellingen: 1. Ingen kanttellefeil på den korteste forsinkelsessløyfen 2240. Den korteste forsin-kelsessløyfen benytter den standard kanttellealgoritmen F for å beregne dens kanttellinger, som ikke var noen forsinkelsessløyfe i systemet. På grunn av den korte lengden av forsinkelsessløyfen 2240 utfører den standard kanttellealgoritmen F hovedsakelig bedre på denne enn den gjør på den lengste forsinkelses-sløyfen. 2. Lineær ekstrapolasjon forutsier nøyaktig kanttellingen. Den lineære ekstrapolasjonsalgoritmen F antar at faseforskjellen målt ved den lange forsinkelsessløyfen 2242 varierer lineært. Ved for stor nok krongling på faseforskjellen vil dette vilkåret ikke bli tilfredsstilt og algoritmen vil feile.

Kravet til det første vilkåret er gitt av ligriing med Td erstattet av T/ 2 som følger:

For det andre vilkåret opptrer en kanttellefeil for den lineært ekstrapolerte verdien til den neste faseforskjellen, fi( t + r) og den aktuelle neste faseforskjellen, fi( t + r) skiller seg mindre enn tt. For å se når dette finner sted, vil den lineært ekstrapolerte forutsigelsen bli skrevet som fi( t + r) = b( t) + ^ (f) + /?'( t + r)).

Vilkåret for ingen kanttellefeil er således

Å skrive 0( t) = ( A sin(2^ + 9)- A sin(2^(f - TdÅ1) + &)) og forenkling gir:

hvor det er antatt at fT<dn> « 1. Dette er alltid tilfelle siden Td2 er valgt å være svært liten for å kunne utvide det dynamiske området oppover. For å få den lineære ekstrapolasjonsalgoritmen til å fungere må Ugning 39 og 41 være tilfredsstilt. For sammenligning

er den maksimale verdien av A før kanttellingsfeil opptrer betegnet som en funksjon av frekvens på figur 47 for T/<!> = 100 mikrosekunder, i = 50 mikrosekunder og T/ 2 =100 nanosekunder. Det er også vist resultatene av en nummerisk stiiriulering av det dynamiske området for en Mach-Zehnder gruppe (opptegnet med punkter representert ved

□), en Sagnac-gruppe med en enkelt forsinkelsessløyfe (opptegnet med punktene representert med 0), og en Sagnac-gruppe med to forsinkelsessløyfer som anvender den lineære ekstrapolasjonsalgoritmen presentert ovenfor (opptegnet med punktene representert med A).

På figur 47 er det å merke seg for metoden med to forsinkelsessløyfer lineær ekstrapolasjon, må grensen i ligning 39 og grensen i ligning 41 begge være tilfredsstilt. Simuleringen følger så minimum av de to kurvene. Ved lavere frekvenser følger simuleringen kurven for ligning 39 og ved høyere frekvenser følger simuleringen kurven for ligning 41.

Figur 47 viser at den lineære ekstrapolasjonsalgoritmen oppfører seg som forutsagt og øker dramatisk det dynamiske området (for eksempel med 3. orden av størrelsen fra likestrøm til 400 Hz, og med 2. orden av størrelsen opptil 1 kHz) over det som er mulig med en Mach-Zehnder gruppe eller en enkel forsinkelsessløyfe Sagnac-gruppe.

Det forutgående beskriver en algoritme for å bruke to forsinkelsessløyfer 2240, 2242 og to bølgelengder Xu X2 i en Sagnac-basert gruppe eller matrise for å øke det dynamiske

området til sensoren vesentlig over det som er mulig med enkelt forsinkelsesspole, som allerede er mye større enn det som er mulig en Mach-Zehnder gruppe. Forbedringen av maksimal tonal amplitude som kan bli detektert er ganske vesentlig, og er beregnet til å være av annen orden av størrelsen eller mer opptil 1 kHz i et bestemt eksempel. Denne algoritmen er endefrem å implementere og krever svært lite tilleggsberegning på motta-kersiden. Det er således svært fa barrierer mot en implementering dersom det dynamiske området den behandler blir ansett nødvendig.

Det er videre å merke seg at de forutgående utførelsene er beskrevet i tillmytning til superfluorescerende lyskilder. En fagkyndig på området vil forstå at andre lyskilder (for eksempel laserkilder) også med fordel kan brukes.

Selv om den foregående beskrivelsen av gruppen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen angår akustisk undervannsavføling, må det forstas at den foreliggende oppfinnelsen kan brukes til å avføle en hvilken som helst målestørrelse som kan utføres for å frembringe ikke-resiproke fasemodulasjoner i en fiber. Dersom for eksempel hydrofonene ble erstattet med en alternativ avfølingsanordning som responderer på en forskjellig målestørrelse, vil gruppen påvise denne målestørrelsen på samme måte som akustiske bølger blir påvist. Gruppen i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan med fordel brukes til å avføle vibrasjoner, intrusjoner, støt, kjemikalier, temperatur, væskeni-våer og spenningsnivåer. Gruppen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan også brukes til å kombinere et antall forskjellige sensorer som befinner seg på enten det samme stedet eller befinner seg på forskjellige steder (for eksempel for påvisningen av forskjellige feil i forskjellige punkter langs skroget av et skip eller en bygning). Andre eksempler på anvendelser innbefatter påvisningen og sporing av kjøretøy som forflytter seg på vegsystemer eller fly på flyplasser for trafikkovervåking og kontroll.

Selv om den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet ovenfor i tilknytning til bestemte utførelser, må det forstås at beskrivelsene av utførelsene er illustrerende for oppfinnelsen og ikke er ment å være begrensende. Forskjellige modifikasjoner og applikasjoner kan komme til for fagkyndige på området uten å forlate rammen for oppfinnelsen slik den er definert i de medfølgende kravene.

Claims

1. Sensorgruppe eller matrise (1300) omfattende: en lyskilde (1310); en første kopler (1316) som mottar lyset fra kilden, kopler en første del av lyset til en første kopleport og kopler en andre del av lyset til en andre kopleport; og en interferometrisk sløyfe som har en første ende koplet til den første kopleporten for å motta den første delen av lyset, og en andre ende koplet til den andre kopleporten for å motta den andre delen av lyset, hvor den interferometriske sløyfen forplanter den første delen av lyset i en første retning til den andre kopleporten, og forplanter den andre delen av lyset i en andre retning motsatt av den første retningen av den første kopleporten, hvor den interferometriske sløyfen omfatter: et mangfold av sensorer (2032) koplet parallelt mellom den første enden av den interferometriske sløyfen og den andre enden av den interferometriske sløyfen, hvor sensorene pertuberer eller forstyrrer lys som passerer gjennom disse som respons på avfølte parametre; et første mangfold av kopiere som fordeler den første delen av lyset likt på hver av sensorene, og som samler den andre delen av lyset fra hver av sensorene og forplanter det samlede lyset til den første enden av den interferometriske sløyfen; et andre mangfold av kopiere som fordeler den andre delen av lyset likt til hver av sensorene, og som samler den første delen av lyset fra hver av sensorene og forplanter det samlede lyset til den andre enden av den interferometriske sløyfen; minst en første forsterker (2012) koplet mellom den første enden av den interferometriske sløyfen og det første mangfold av kopiere; minst en andre forsterker (2012) koplet mellom den andre enden av den interferometriske sløyfen og det andre mangfold av kopiere; og et mangfold av forsinkelsesdeler (2042) forbundet mellom den første og andre enden av de interferometriske sløyfene og sensorene, hvor forsinkelsesdelene har forsinkelser valgt slik at lyset som passerer gjennom hver sensor blir forsinket med en forskjellig mengde enn lyset som passerer gjennom de andre sensorene.

2. En sensorgruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første mangfoldet av kopiere videre omfatter en første fordelingskopler (2014) som mottar den første delen av lyset fra den første forsterkeren og fordeler den første delen av lyset til et første mangfold av indre forsterkere (2022) som er koplet mellom den første fordelingskopleren og et første mangfold av indre kopiere (2024) og som samler den andre delen av lyset fra det første mangfoldet av indre forsterkere og forplanter den andre delen av lyset til den første forsterkeren; det andre mangfoldet av kopiere videre omfatter en andre fordelingskopler (2014) som mottar den andre delen av lyset fra den andre forsterkeren og fordeler den andre delen av lyset til et andre mangfold av indre forsterkere (2022) som er koplet mellom den andre fordelingskopleren og et andre mangfold av indre kopiere (2024) og som samler den første delen av lyset fra det andre mangfoldet av indre forsterkere og forplanter den første delen av lyset til den andre forsterkeren; det første mangfoldet av indre kopiere fordeler den første delen av lyset til mangfoldet av sensorer og samler den andre delen av lyset fra mangfoldet av sensorer; og det andre mangfoldet av indre kopiere fordeler den andre delen av lyset til mangfoldet av sensorer og samler den første delen av lyset fra mangfoldet av sensorer.

3. Sensorgruppe ifølge krav 2, karakterisert ved at lyskilden er en bredbåndskilde.

4. Sensorgruppe ifølge krav 3, karakterisert ved at bredbåndskilden er en superfluorescent fiberkilde.

5. Sensorgruppe ifølge krav 2, karakterisert ved at den første og andre forsterkeren og det første og andre mangfoldet av indre forsterkere er erbiumdopede fiberforsterkere.

6. Sensorgruppe ifølge krav 2, karakterisert ved at de første og andre fordelingskoplerne og det første og andre mangfoldet av indre kopiere omfatter 4x4 kopiere.

7. Sensorgruppe ifølge krav 1, karakterisert ved atdeav-følte parametrene er akustiske signaler.

8. Fremgangsmåte for å avføle en parameter, hvor fremgangsmåten omfatter: å forplante lys fra en lyskilde gjennom en interferometrisk sløyfe slik at like deler av lyset forplantes mot hverandre i første og andre retninger i sløyfen; å forsterke og kople lyset som forplanter seg i den første retningen av den interferometriske sløyfen i et mangfold av sensorer slik at like deler av lyset som forplanter seg i den første retningen blir sendt gjennom hver av sensorene; å forsterke og kople lyset som forplanter seg i den andre retningen av den interferometriske sløyfen i et mangfold av sensorer slik at like deler av lyset som forplanter seg i den andre retningen blir sendt gjennom hver av sensorene; å interferere lyset som forplanter seg i den første retningen med lyset som forplanter seg i den andre retningen for å generere et mangfold av utgangssignaler som responderer på lys som sendes gjennom hver sensor i den første og andre retningen, hvor hver av sensorene perturberer eller forstyrrer lys som passerer gjennom denne som respons på en avfølt parameter, og har en unik optisk banelengde slik at lyset som forplanter seg i den første retningen interfererer med lyset som forplanter seg i den andre retningen i en unik tid.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den avfølte parameteren er et akustisk signal.