NO338813B1

NO338813B1 - Apparat og fremgangsmåte for å behandle optiske signaler fra to forsinkelsesspoler for å øke det dynamiske området for en Sagnac-basert fiberoptisk sensorgruppering.

Info

Publication number: NO338813B1
Application number: NO20040586A
Authority: NO
Inventors: Benjamin J Vakoc
Original assignee: Univ Leland Stanford Junior
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2016-10-24
Also published as: CA2457531C; JP2004537734A; JP4184265B2; NO20040586L; KR20040047788A; EP1423986A2; CA2457531A1; EP1423986B1; WO2003014674A2; KR100850401B1; EP1423986A4; WO2003014674A3

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse ligger i det området av fiberoptiske akustiske sensorgrupperinger hvor lys forplantes inn i grupperingene, og virkningen av de akustiske signaler og lys som returnerer fra grupperingene analyseres for å bestemme de akustiske signalers egenskaper.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Fiberoptiskbaserte akustiske sensorer utgjør lovende alternativer til vanlige elektroniske sensorer. Innbefattet blant deres fordeler er høy følsomhet, stort dynamisk område, lett vekt og kompakt størrelse. Evnen til lett å multiplekse et stort antall fiberoptiske sensorer inn på felles busser gjør også fiberoptiske sensorer attraktive for grupperinger i stor skala. Den senere tids velutviklede sammenfatning av flere erbium-dopede fiberforsterkere (EDFA) med liten forsterkning for å danne en fiberoptisk sensorgruppering for å øke antallet sensorer som kan understøttes av et enkelt fiberpar, har gjort fiberoptiske sensorgrupperinger i stor skala enda mer konkurransedyktige.

For akustisk detektering har den valgte fiberoptiske sensor vært Mach-Zehnder interferometrisk sensor. I enhver interferometrisk sensor er fasemodulering blitt overført til en intensitetmodulering ved hjelp av en uthevet cosinus-funksjon. På grunn av denne ikke-lineære overføringsfunksjon, vil en sinuslignende fasemodulasjon generere harmoniske av høyere orden. Et interferometer forspent i kvadaratur (innbyrdes påvirkende stråler % I2 ut av fase) har en maksimalisert respons for den første ordens harmoniske samt en minimalisert respons for den harmoniske av andre orden. Av denne grunn er kvadratur det foretrukkede forspenningsutgangspunkt. Etter hvert som forspenningspunktet drives bort fra kvadraturtilstanden (for eksempel på grunn av ytre temperaturforandringer, vil responsen ved den første ordens harmoniske avta, mens responsen ved den andre ordens harmoniske øker). Når interferometeret er forspent ved 0 eller n ut av fase, vil den første ordens harmoniske forsvinne fullstendig. Dette nedsetter responsen ved den første ordens harmoniske (hvilket skriver seg fra det forhold at forspenningen rettet bort fra kvadraturet) blir betegnet som signalfading.

På grunn av at Mach-Zehnder interferometriske sensorer har et ustabilt forspenningspunkt, vil de være spesielt følsomme for det signalfadingsproblem som nettopp er nevnt. For å kunne overvinne signalfading kreves en demodulasjon av retursignalet. Den typiske demulasjonsteknikk er da opplegget med fasegenerert bærebølge (PGS), hvilket krever en bane-mistilpasset Mach-Zehnder interferometrisk sensor (se for eksempel Anthony Dandridge, et al., Multiplexingoflnterferometric Sensors Using Phase Carrier Techniques, Journal of Lightwave Technology, bind. LT-5, nr. 7, juli 1987, s. 947-952). Denne baneubalanse forårsaker omforming av laserfasetøy til intensitetstøy, hvilket da begrenser arbeidsfunksjonen for Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupperinger ved lave frekvenser, og påfører sterke krav til kildens linjebredde. Disse sterkt begrensende linjebreddefordringer har forsinket utviklingen av forsterkende Mach-Zehnder interferometriske sensorgrupperinger ved 1.55 um.

Av den internasjonale patentsøknaden WO 99/52323 Al fremgår det en foldet Sagnac-fiberoptisk akustisk sensoroppstilling som arbeider på en måte som svarer til et Sagnac-interferometer, men benytter en felles forsinkelsesbane for å redusere fordelt opptak i nedføringsfibere.

Sagnac-interferometeret har funnet omfattende bruk i fiberoptiske gyroskoper. (Se for eksempel B. Culshaw et al., " Fibre optic gyrozcopes ", Journal of Physics E ( Scientific Instruments), bind 16, nr. 1, 1983, s. 5-15). Det har blitt foreslått at Sagnac-interferometeret anvendes for å detektere akustiske bølger. (Se for eksempel E. Udd, Fiber- optic acoustic sensor based on the Sagnac interferometer, Proceedings of the SPIE- The International Society for Qptical Engineering, bind 425, 1983, s. 90-91; Kjell Kråkenes, et al., Sagnac interferometer for underwater sound detection: noise properties, OPTICS LETTERS, bind 14, nr. 20, 15. oktober, 1989, s. 1152-1145; og Sverre Knudsen, et al., An Ultrazonic Fiber- Optic Hydrophone Incorporating a Push-Pull Transducer in a Sagnac Interferometer, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 12, nr. 9, september 1994, s. 1696-1700). På grunn av sin fellesbane-utførelse er Sagnac-interferometeret resiprokt, og har derfor et stabilt forspenningspunkt, som da eliminerer signalfading og hindrer omforming av kildefasestøy til intensitetstøy. Sagnac-interferometeret er derfor immunt for en fasestøy som begrenser Mach-Zender interferometrisensorene ved lave frekvenser.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Et aspekt ved foreliggende oppfinnelse eller en sensorgruppering som omfatter en lyskilde og en første kobler som mottar lys fra denne lyskilde. Denne første kobler kobler da et første parti av lyset til en første koblerport, og kobler et andre parti av lyset til en andre koblerport. En interferometersløyfe har en første ende koblet til den første koblerport for å motta det første parti av lyset, og har en andre ende koblet til den andre kobleport for å motta det andre parti av lyset. Interferometersløyfen forplanter det første parti av lyset i en første retning til den andre kobleport, og forplanter den andre parti av lyset i en andre retning, motsatt den første retning, til den første kobleport. En slik interferometrisk sløyfe omfatter flere sensorer koblet i parallell mellom den første ende av interferometersløyfen og den andre ende av interferometersløyfen. Disse sensorer vil perturbere lys som passerer gjennom sensorene i samsvar med en avfølt parameter (for eksempel akustiske signaler). En første flertall koblere vil fordele det første parti av lyset omtrent jevnt for hver av sensorene, samle opp det andre parti av lyset fra hver av sensorene og videreføre det oppsamlede lys til den første denne av interferometersløyfen. Et andre flertall av koblere vil fordele det andre parti av lyset omtrent likt på de forskjellige sensorer, samle opp det første parti av lyset fra hver av sensorene, og videreføre det oppsamlede lys til en andre ende av interferometersløyfen og det første flertall av koblere. Minst en andre forsterker er innkoblet mellom en andre ende av interferometersløyfen, og det andre flertall av koblere. Flere forsinkelsespartier er innkoblet mellom den første og den andre ende av interferometersløyfen og sensorene. Disse forsinkelsespartier har forsinkelsesverdier som er valgt slik at det lys som passerer gjennom hver av sensorene blir forsinket i en grad som er forskjellig fra det lys som passerer gjennom de øvrige sensorer. Fortrinnsvis omfatter en første gruppe av flere koblere en første fordelingskobler som mottar det første parti av lyset fra den første forsterker, og fordeler dette første lysparti på en første gruppe av flere indre forsterkere som er koblet mellom den første fordelingskabler og et første flertall indre koblere. Den første fordelingskobler samler opp det andre parti av lyset fra den første gruppe flere interne forsterkere, og viderefører det andre parti av lyset til den første forsterker. Fortrinnsvis omfatter den andre gruppe av flere koblere videre en andre fordelingskobler som mottar det andre parti av lyset fra den andre forsterker, og fordeler dette andre parti av lyset på en andre gruppe av flere indre forsterkerer som da er koblet mellom den andre fordelingskobler og et andre flertall indre koblere. Den andre fordelingskobler samler opp det første parti av lyset fra den andre gruppe flere indre forsterkere, og viderefører dette første parti av lyset til den andre forsterker. De første flere indre koblere fordeler det første parti av lyset på gruppen av flere sensorer, og samler opp det andre parti av lyset fra flerhetsensorer. Den andre gruppe av flere indre koblere fordeler det andre parti av lyset på de flere sensorer, og samler opp det første parti av lyset fra vedkommende flere sensorer. Fortrinnsvis utgjøres lyskilden av en bredbåndet kilde, slik som for eksempel en superfluorescerende fiberkilde. Fortrinnsvis utgjøres også første og andre forsterker, og den første og andre gruppe av flere indre forsterkere av erbium-dopede fiberforsterkere, den første og andre fordelingskabler samt den første og andre gruppe av flere indre koblere omfatter 4x4 koblere.

Et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for avføling av en parameter som omfatter lys som forplantes fra en lyskilde gjennom en interferometrisk sløyfe, og da slik at omtrent like porsjoner av lys forplanter seg i innbyrdes forskjellige retninger, nemlig en første og en andre retning i sløyfen. Lys som forplanter seg i den første retning av interferametersløyfen forsterkes og kobles til et flertall sensorer på en slik måte at omtrent like deler av det lys som forplanter seg i den første retning passerer gjennom de forskjellige sensorer. Det lys som forplanter seg i den andre retning av interferometersløyfen forsterkes, og kobles til de flere sensorer på en slik måte at omtrent like deler av det lys som forplanter seg i den andre retning passerer gjennom de forskjellige sensorer. Det lys som forplantes i den første retning, bringes til å interfere med det lys som forplantes i den andre retning, for å generere flere utgangssignaler som utgjør responser på lys som passerer gjennom hver av sensorene så vel i den første som i den andre retning. Hver av sensorene perturberer det lys som passerer gjennom sensorene som respons på en avfølt paratmeter (for eksempel et akustisk signa), idet hver av sensorene har en særegen optisk banelengde, slik at det lys som passerer i den første retning vekselvirker med det lys som passerer i den andre retning ved et bestemt særegent tidspunkt.

Et ytterligere aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder en sensoranordning som avføler perturbasjoner over et første og et andre dynamisk område. Denne sensoranordning omfatter en kilde for innkommende lyskilder ved den første bølgelengde, samt en kilde av innkommende lyspulser ved en andre bølgelengde. Anordningen omfatter en gruppering av sensorer, en første optisk forsinkelsesbane med den første bølgelengde, samt en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengde. En første detekteringsanordning reagerer på lys ved den første bølgelengde, mens en andre detekteringsanordning reagerer på lys ved den andre bølgelengde. En inngangs/utgangs-anordning mottar de innkommende lyspulser ved den første bølgelengde, og den andre bølgelengde. Denne inngangs/utgangs-anordning retter en første del av hver lyspuls ved den første bølgelengde, og ved en første polarisering gjennom grupperingen av sensorer i en første retning, derpå gjennom den første optisk forsinkelsesbane, samt deretter til den første detekteringsanordning. Inngangs/utgangs-anordningen retter et andre parti av hver lyspuls ved den første bølgelengde, og en andre polarisering, som står vinkelrett på den første polarisering, gjennom den første optisk forsinkelsesbane, derpå gjennom grupperingen av sensorer i en andre retning, og heretter til den første detekteringsanordning. Den første detekteringsanordning detekterer variasjoner i det mottatte lys, og som er forårsaket av perturbasjoner som varierer innenfor det første dynamiske område. Inngangs/utgangs-anordningen retter en første del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde, og med den første polarisering gjennom grupperingen av sensorer i en første retning, derpå gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, og deretter til den andre detekteringsanordning. Inngangs/utgangs-anordningen retter en annen del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med den andre polarisering vinklet på den første polarisering gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, og så gjennom grupperingen av sensorer i en andre retning, samt deretter til den andre detekteringsanordning. Denne andre detekteringsanordning detekterer variasjoner i det mottatte lys, og som er forårsaket av perturberinger som varierer innenfor det andre dynamiske området.

Et ytterligere aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder en akustisk sensoranordning som avfølger akustiske signaler innenfor et første og et andre dynamisk område. Den akustiske sensoranordning omfatter en kilde av inngangslyspulser i den første bølgelengde, og en kilde for inngangslyspulser ved en andre bølgelengde. Den akustiske sensoranordning omfatter videre en gruppering av akustiske sensorer, en første optisk forsinkelsesbane ved den første bølgelengde og en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengde. En første detekteringsanordning reagerer på lys med den første bølgelengde. En andre detekteringsanordning reagerer på lys ved den andre bølgelengde. En inngangs/utgangs-anordning mottar de innkommende lyspulser så vel ved den første bølgelengde som ved den andre bølgelengde. Inngangs/utgangs-anordningen retter en første del av hver lyspuls ved den første bølgelengde, og med den første polarisering gjennom grupperingen av akustiske sensorer i en første retning, derpå igjennom en første optisk forsinkelsesbane, samt deretter frem til den første detekteringsanordning. Inngangs/utgangs-anordningen retter en andre del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og med den andre polarisering, som står vinkelrett på den første polarisering, gjennom den første optiske forsinkelsesbane, derpå gjennom grupperingen av akustiske sensorer i en første retning, samt deretter til den første detekteringsanordning. Denne første detekteringsanordning detekterer de variasjoner i det motsatte lys som er forårsaket av akustiske signaler som varierer innenfor det første dynamiske området. Inngangs/utgangs-anordningen retter en første del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde, og med en første polarisering gjennom grupperingen av akustiske sensorer i en første retning, derpå gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, samt deretter frem til den andre detekteringsanordning. Inngangs/utgangs-anordningen retter en andre del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med den andre polarisering, som står vinkelrett på den første polarisering, gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, samt deretter gjennom grupperingen av akustiske sensorer i en andre retning, samt deretter til den andre deteksjonsanordning. Denne andre deteksjonsanordning detekterer variasjoner i det mottatte lys, og som er frembragt av akustiske signaler som varierer innenfor det andre dynamiske området.

Enda et aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å avføle perturbasjoner. Denne fremgangsmåte omfatter innføring av lyspulser ved den første bølgelengde inn i en gruppering av sensorer som omfatter en første optiske forsinkelsesbane ved den første bølgelengde. Lyspulser ved den andre bølgelengde føres også inn i en gruppering av sensorer. Denne gruppering av sensorer omfatter en optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengde. En andre optisk forsinkelsesbane har en forskjellig optisk lengde fra den første optiske forsinkelsesbane. En første del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og med den første polarisasjon, blir rettet gjennom grupperingen av sensorer i en første retning, og deretter gjennom den første optiske forsinkelsesbane. En andre del av hver lyspuls ved den første bølgelengde, samt med en andre polarisering, som står vinkelrett på den første polarisering, rettet gjennom den første optiske forsinkelsesbane, derpå gjennom gruppen av sensorer i en andre retning. Variasjoner i den første og andre del av hver lyspuls, og ved den første bølgelengde forårsaket av perturbasjoner som varierer innenfor det første dynamiske området, blir detektert. En første del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med en første polarisasjon blir rettet gjennom grupperingen av sensorer i en første retning, derpå gjennom den andre optiske forsinkelsesbane. En andre del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde, og med en andre polarisering, som står vinkelrett på den første polarisering, blir rettet gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, derpå gjennom grupperingen av sensorer i en andre retning. Variasjoner i den første og den andre del av hver lyspuls med den andre bølgelengde, og forårsaket av perturbasjoner som varierer innenfor et annet dynamisk område, blir detektert. I spesielle utførelser av fremgangsmåten utgjøres perturbasjonene av akustiske signaler.

Kort beskrivelse av tegningene

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til figurene på de vedlagte tegninger, hvor: figur 1 viser eksempel på et Sagnac-interferometer med en eneste avfølingssløyfe; figur 2 viser en Sagnac-sensorgruppering i samsvar med foreliggende oppfinnelse og hvor hvert trinn i en sensorgruppering danner et ytterligere Sagnac-interferometer; figur 3 viser en Sagnac-sensorgruppering som omfatter erbium-dopede fiberforsterkere for å regenererer signaleffekt som er gått tapt til koblinger og effekttap;

figur 4 viser en grafisk fremstilling av frekvensresponsen for et Sagnac-interferometer i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og sammenlignet med tre dominerende havbunnkilder;

figur 5 viser grafiske fremstillinger av maksimale og minimale akustiske signaler som kan detekteres av et Mach-Zehnder-interferometer, og som kan detekteres av et Sagnac-interferometer i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som angir det relativt konstante dynamiske området for et Sagnac-interferometer over et bredt frekvensområde;

figur 6 viser kurver over minste detekterbare akustiske signal som funksjon av frekvensen for tre Sagnac-interferometerkonfigurasjoner i innbyrdes forskjellige fiberlengder i hydrofon og forsinkelsessløyfe;

figur 7 viser et Sagnac-interferometer i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og som omfatter en ytterligere forsinkelsessløyfe for å øke interferometerets dynamiske område; figur 8 viser en kurve over det dynamiske området som opprettes av interferometeret i figur 7;

figur 9A viser posisjonsinnstillingen av interferometerets forsinkelsessløyfe i tørrenden av sensorgrupperingsanordningen;

figur 9B viser plasseringen av intererometerets forsinkelsessløyfe i båtenden av en sensorgrupperingsanordning;

figur 10 viser Sagnac-interferometeret i figur 9B med anvisninger som viser i lengder som brukes i beregningene av fasemodulasjonsvirkningene;

figur 11 viser en teknikk for oppvikling av forsinkelsessløyfen for derved å redusere virkningene av den akustiske bølge på forsinkelsessløyfen;

figur 12 viser et Sagnac-interferometer i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som inkluderer tomme trinn som detekterer fordelt støyopptak som da kan subtraheres fra de signaler som generereres av sensorene;

figur 13 viser et Sagnac-ferometer i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som omfatter depolarisator for å redusere virkningene av polarisasjonsindusert fading; figur 14 viser et Sagnac-interferometer som utnytter frekvensdelt multipleksing;

figur 15 viser en kurve som angir genereringen av interferenssignaler mellom det forsinkede moduleringssignal og de returnerte sensorsignaler i det viste interferometeret i figur 14;

figur 16 viser et Sagnac-interferometer som utnytter kodedelt multipleksing;

figur 17 viser oppbygningsarkitekturen for en foldet Sagnac-akustisk fibersensorgruppering;

figur 18 viser en kurve over antall returnerte pulser per tidsintervall, og som viser tidsforskjellen mellom signalpulser og støypulser;

figur 19 viser en foldet Sagnac-akustisk fibersensorgruppering med en andre forsinkelsessløyfe for å frembringe utvidet dynamisk område;

figur 20 viser en foldet Sagnac-akustisk fibersensorgruppering med en fasemodulator og utnullingskrets i stedet for en reflektor vist i figur 17;

figur 21 viser en ytterligere alternativ utførelse av den som er angitt i figur 19, og hvor de to forsinkelsessløyfer er koblet til forskjellige porter i kobleren;

figur 22 viser en alternativ utførelse av en fiberoptisk akustisk

sensorgrupperingsanordning som bruker et roterende Faraday-speil;

figurene 23A, 23B og 23 C viser ytterligere alternative utførelser av en fiberoptisk akustisk sensorgruppering som utnytter en upolarisert lyskilde i kombinasjon med en depolarisator, en polarisasjonssløyfe-deler og et roterende Faraday-speil;

figur 24 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering som utnytter en upolarisert lyskilde i kombinasjon med en optisk sirkulator, en 2x2-kobler, samt en ikke-resiprok faseforskyver;

figur 25 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som vist i figur 24, og hvori depolarisatoren er plassert i en andre inngangs/utgangs-fibergruppering;

figur 26 viser en første foretrukket utførelse av den ikke-resiproke7r/2-faseforskyver i figurene 24 og 25, og som da anskueliggjør virkningen på polarisasjonen av det lys som forplantes i en første retning gjennom faseforskyveren;

figur 27 viser virkningen og polarisasjonen av det lys som forplantet i en andre (motsatt) retning gjennom fase forskyveren i figur 26;

figur 28 viser en alternative foretrukket utførelse av en ikke-resiprok7t/2-faseforskyver i figurene 24 og 25, og som da anskueliggjør virkningen på polariseringen av det lys som forplantes i en første retning gjennom faseforsky veren;

figur 29 viser virkningen på polariseringen av det lys som forplantes i en andre (motsatt) retning gjennom faseforskyveren i figur 28;

figur 30 viser en ytterligere alternativ utførelse av en foldet fiber av optisk akustisk sensorgruppering, og som utnytter polariserings-basert forspenning for flere detektorer, hvor da hver detektor har et forspenningspunkt som kan innstilles uavhengig av forspenningspunktene av de øvrige detektorer;

figur 31 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som i figur 30, men hvor depolarisatoren er plassert i den andre inngangs/utgangs-fibergruppering;

figur 32 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som angitt i figur 30, og hvori en optisk sirkulator erstatter 2x2-kobleren; figur 33 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som i figur 32, og hvori depolarisatoren er plassert i den andre inngangs/utgangs-fibergruppering;

figur 34 viser en ytterligere alternativ utførelse av en foldet Sagnac-sensorgruppering, og som da omfatter et kombinert inngangs/utgangs-underanordning;

figur 35 viser en alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som angitt i figur 34, og hvori depolarisatoren er plassert i den andre inngangs/utgangs-fibergruppering;

figur 36 viser en ytterligere alternativ utførelse av en foldet fiberoptisk akustisk sensorgruppering av samme art som vist i figurene 34 og 35, og hvori detektorene er koblet til inngangs/utgangs-underanordningen ved hjelp av optiske fibere for å muliggjøre fjernplassering av detektorene;

figur 37 viser en alternativ utførelse av en 16-sensors gruppering for bruk i kombinasjon med frontendeanordninger av den art som er beskrevet i figurene 30-36; figur 38 som omfatter figur 38A og 38B, viser en alternativ sensorgruppering som omfatter 16 sensorer i en forsterket trestruktur-telemetri som utnytter en polariseringsbasert frontende av samme art som det utstyr som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 30-36;

figur 39A viser et tilbakevendende pulstog målt ved en av detektorene i figur 38A med en pulsbredde på 50 nanosekunder og en gjentagelsesfrekvens på 0.942 MHz (1.06-mikrosekunds mellomrom);

figur 39B viser et tilbakevendende pulstog målt ved en av detektorene i figur 38A med en pulsbredde på 50 nanosekunder og en gjentagelsesfrekvens på 1.042 MHz (0.96 mikrosekunds mellomrom);

figur 40A viser en oscilloskop-opptegning som representerer ved målte effekt detektert av en av sensorene i figur 38B, når en topp-til-topp-fasemodulasjon som er større enn n påføres en PZT-omformerserie med tilkommende sensor;

figur 40B viser måleresultatene ved måling av sensorens synlighet i samsvar med figur 40A for åtte tilfeldige innstillinger av en felles polariseringsregulator posisjonsinnstilt i en av inngangs/utgangs-fibrene i den viste gruppering i figur 38B;

figur 41B viser resultatene fra måling av den detekterte respons for en enkelt detektor-konfigurasjon når en fiberinnpakket PZT anvendes for å stimulere et akustisk singal, og

en amplitydemodulering på 3.6 kHz ble påført optiske signal fra kilden ved bruk av en litium/niobat-modulator i signalbanen fra kilden til kollimatoren i figur 38A;

figurene 42A, 42B og 42C viser virkningene av en kildes effekt på den målte støy ved detektoren (mottageren) som en funksjon av sensortelling av en kildes likestrømmer og henholdsvis 1.4 uA, 4.05 uA og 9.89 uA;

figur 43A viser en opptegning av det minste detekterbare akustiske signal for en integreringstid på et sekund, samt også en opptegning av det maksimalt detekterbare signal definert som det signal som frembringer en rad/^/"//z-fasesignal for en forsinklelsestid gjennom forsinkelsessløyfen på 50 mikrosekunder;

figur 43B viser en opptegning av det minste påvisbare akustiske signal ved en integreringstid på ett sekund, og angir også en kureopptegning av det maksimale detekterbare signal definert som det signal som frembringer et fasesignal på en md/- y]~ Hz for de samme parametere som angitt i figur 43 A, men ved en forsinkelsestid gjennom forsinkelsessløyfen på 500 nanosekunder;

figur 44A viser fasevariasjonen i en sensor, og som forårsakes av et akustisk signal som påføres en av sensorene i figur 38B;

figurene 44B og 44C er opptegninger av den induserte faseforskjell på grunn av det angitte fasesignal i figur 44A for det signal som vandrer gjennom den lengre forsinkelsessløyfe (figur 44B) og den kortere forsinkelsessløyfe (figur 44C);

figuren 45A viser en frontende for en akustisk følegruppering, og som av lignende art som en vist frontende i figur 38D, bortsett fra at frontenden i figur 45A omfatter en første signalkilde som avgir en første sekvens av optiske signalpuls ved den første bølgelengde Xi, og omfatter videre en andre signalkilde som avgir en andre sekvens av optiske signalpulser ved den andre bølgelengde X2, og inkluderer en første forsinkelsessløyfe for de optiske signalpulser ved den første bølgelengde og en andre forsinkelsessløyfe for de optiske signalpulser ved den andre bølgelengde;

figur 45B viser en akustisk sensorgruppering koblet til frontenden av figur 45A;

figur 46A er en opptegning av signalet fra en gitt sensor, og som passerer gjennom den lengre forsinkelsessløyfe i figur 45A;

figur 46B viser bruk av lineær ekstrapolering for å forutsi en frynsetelling på P(2t) fra opptegningen i figur 46A, og

figur 47 er en kurveopptegning for den maksimale verdi av A før frynsetellingsfeil av en funksjon av frekvensen for Td* = 100 mikrosekunder, t = 50 mikrosekunder samt for d = 100 nanosekunder.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelser

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor i forbindelse med en gruppering av akustiske sensorer (for eksempel hydrofoner) i en Sagnac-sløyfe. Før beskrivelse av foretrukne utførelser, skal det gis en kort oversikt av arbeidsoperasjonen for en Sagnac-akustisk sensor i enkelsløyfe.

Sagnac- akustisk sensor med en eneste sløyfe

En enkel Sagnac-basert akustisk sensor 100 er vist i figur 1. Sagnac-sløyfen er oppdelt i to partier, nemlig en forsinkelsessløyfe 102 og en hydrofon 104. Forsinkelsessløyfen 102 er ganske enkelt en stor fiberlengde, vanligvis større enn en kilometer. Hydrofonen 104 gjør en del av en fiber hvori en akustisk bølge omformes til en fasemodulering av et optisk signal som forplantes gjennom vedkommende fiber. En høy følsomhet overfor akustiske bølger oppnås typisk ved å velge optimaliserte belegg for fiberseksjonen i hydrofonen 104, samt pakking av fiberen rundt en dor av egnet sammensetning. (Se for eksempel J.A. Bucaro, et al., " Opticalfibre sensor coatings", Optical Fiber Sensors. Proceedings of the NATO Advanced Study Institute. 1986, s. 321-338). Den fiberlengde som er pakket omkring hydrofonen 104 er vanligvis 10 til 100 meter. Lys fra en kilde 110, slik som for eksempel en superfluorescerende fiberkilde (SFS), deles opp i stråler henholdsvis med (CW) og mot (CCW) i urviserens retning ved hjelp av en 3x3-kobler 112. Arbeidsfunksjonen for denne 3x3-kobler 112 er velkjent, og er for eksempel beskrevet i Sang K. Sheem, " Fiberoptic gyroscope with [ 3x3] directional coupler", Applied Phvsics Letters, bind 37, nr. 10, 15. november 1980, s. 869-871.

Skjønt beskrevet her ved bruk av en 3x3-kobler 112, andre koblere (for eksempel en 2x2-kobler, en 4x4-kobler etc) anvendes i alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse. For eksempel ved bruk av en 2x2-kobler er begge porter på den ene side brukt for å opprette Sagnac-interferometeret. En port på den andre siden utgjør da en detekteringsport. En gjenværende port brukes for å avgi lys inn i grupperingen, og kan også anvendes som en detekteringsport hvis en kobler eller sirkulator anvendes (på lignende måte som det gjøres ved fiberoptiske gyroskoper). Generelt kan en hvilken som helst n x m-kobler benyttes ved å bruke to porter på den ene side av kobleren for å opprette Sagnac-interferometeret, samt ved å utnytte porter på den andre side av kobleren som detekteringsporter, utløpsporter eller begge. Etter oppsplittingen vandrer CW-strålen først gjennom forsinkelsessløyfen 102 og derpå gjennom hydrofonen 104, mens CCW-strålen vandrer først gjennom hydrofonen 104 og derpå gjennom forsinkelsessløyfen 102. Under entidsforsinkelse Tæiay mellom den tid CW-strålen vandrer gjennom hydrofon 104 og den tid hvorunder CCW-strålen vandrer gjennom hydrofonen 104, vil det akustiske signal og likeledes den akustiske induserte fasemodulasjon i hydrofonen 104 forandres. Forandringen i fasemodulasjonen avbildes til en faseforskjell mellom strålene som forplantes i motsatte retninger, og som da omformes til en intensitetsmodulasjon når strålene kombineres på nytt i 3x3-kobleren 112. En intensitetsmodulasjon blir da detektert av en første detektor 120 og en andre detektor 122, eller eventuelt en av disse to detektorer.

Nærmere bestemt forholder det seg slik at hvis et akustisk signal induserer en fasemodulasjon OhCOs(Qt) i fiberen i hydrofonen 104, og den resulterende fasemodulasjon mellom de vekselvirkende stråler i hydrofonen 104, nemlig O^t), være gitt ved:

hvor Tdeiay er vandretiden gjennom forsinkelsessløyfen. Således er O^t) en funksjon av hydrofonmodulasjonen <t>h, og produktet av den akustiske modulasjonsfrekvens Q, og sløyfeforsinkelsen Tdeiay. Dette avviker fra en Mach-Zehnder interferometersensor hvor ®int( t) bare er en funksjon av hydrofonmodulasjonen <Ev Maksimal følsomhet oppnås i Sagnac-sløyfens akustiske føler når produktet av akustisk frekvens Q og tidsforsinkelsen Tdeiay er et oddetallsmultippel av n (maksimalverdien av det første sinusledd i ligning 1). En akustisk frekvens som danner dette produkt n kalles da den korrekte sløyfefrekvens, som da er den laveste frekvens hvorved maksimal følsomhet oppnås. De fleste undervannsavfølingsanvendelser dreier seg om detektering av akustiske frekvenser under 10 kHz. For at den korrekte sløyfefrekvens skal være mindre enn 10 kHz, etter en forsinkelsestid på minst 50 mikrosekunder, og det fordres da en mengde av forsinkelsessløyfen på minst 10 km. Den akustiske Sagnac-sensor 100 krever således en stor mengde fiber for deteksjon av lave akustiske frekvenser (<10 kHz).

Den fellesbane-utførelse som er iboende i Sagnac-interferometeret har mange fordeler fremfor et Mach-Zehnder-interferometer i tillegg til det stabile forspenningspunkt og elimineringen av fasestøy som allerede er nevnt. Et Sagnac-interferometer muliggjør bruk av en kort-koherenslengde, bredbåndskilde, slik som en superfluorescerende fiberkilde (SFS), nemlig et eksempel på en forsterket kilde for spontan emisjon (ASE). Slike kilder er lite kostnadskrevende, og kan uten videre frembringe høye effekter. Det er blitt vist at bruk av 3x3-koblere passivt forspenner Sagnac-akustiske sensor nær kvadratur. (Se Sang K. Sheem, " Fiber- optic gyroscope with [ 3x3] directional coupler", Applied Physics Letters, bind 37, nr. 10, 15. november 1980, s. 868-871; og H. Poisel, et al., " Low- costifbre- optic gyroscope ", Electonics Letters, bind 26, nr. 1, 4. januar 1990, s. 69-70). Ved å subtrahere signalene fra de to seksjonsporter på 3x3-kobleren kan kildens overskuddsstøy, som er den begrensende støykilde for SFS-kilder, subtraheres mens fasemodulasjonsindusert intensitetsvariasjoner på grunn av hydrofonen adderes. Det gjør det mulig for et Sagnac-interferometer å nærme seg haglestøyfri ytelse. (Se Kjell Kråkenes, et al., " Sagnac interferometer for underwater sounddeteciton: noiseproperties", O PUCS LETTERS, bind 14, nr. 20, 15. oktober 1989, s. 1145-1152).

Tidligere arbeider som angår Sagnac-baserte akustiske sensorer er blitt begrenset til en enkel sensorkonfigurasjon. På grunn av de iboende fordeler ved Sagnac-interferometeret har anvendere fastslått at det er ønskelig å erstatte Mach-Zehnder-interferometersensorer i storskalagrupperinger med Sagnac-baserte sensorer. Hver Sagnac-sensor 100 som er omtalt ovenfor krever mange km fibere, hvilket da gjør innføring av tallrike slike sensorer i storskalagrupperinger upraktisk. Forskning på bruk av resirkulerende forsinkelsessløyfer for å redusere fiberlengdefordringene har imidlertid frembragt sensorer som bruker vesentlig mindre fibermengder, men lider av høy støy på grunn av innlegg av stort EDFA-enheter inne i resirkuleringssløyfen. (Se for eksempel J.T. Kringlebotn, et al., " Sagnac Interferometer Including A Recirculating Ring With An Erbium- dopedFibre Amplifer", OFS ' 92 Conference Proceedings. s. 6-9). Et nytt opplegg for å nedsette den påkrevede fibermengde er beskrevet nedenfor.

Ny sensorgruppering basert på Sagnac- interferometeret

Som angitt ovenfor, har anvendere oppdaget en ny anordning som reduserer den påkrevede fibermengde for en Sagnac-basert storskalagruppering ved å multiplekse flere sensorer inn i en og samme forsinkelsessløyfe, slik at det frembringes en praktisk Sagnac-sensorgruppering (SSA). Som anskueliggjort i figur 2, inkluderer en Sagnac-sensorgruppering 200 i samsvar med foreliggende oppfinnelse en gruppering 210 av hydrofoner 212(i) i en stigekonfigurasjon som er forbundet i en enkelt forsinkelsessløyfe 214. Figur 2 viser for eksempel en Sagnac-sensorgruppering med N-hydrofoner 212(1), 212(2)... 212(N) i hvert sitt trinn, henholdsvis 216(2), 216(2)... 216(N). Hvert trinn 216(i) i Sagnac-sensorgrupperingen 210 omfatter en enkelt fiber pakket rundt en tilhørende hydrofon 212(i). Hver bane fra en 3x3-kobler 220 gjennom forsinkelsessløyfen 214 og grupperingen 210 og tilbake til kobleren 220 omfatter et separat Sagnac-interferometer. For en gruppering på N-sensorer 212 foreligger det derfor N-separate Sagnac-interferometere, som hver fungerer på samme måte som den Sagnac-sensor 100 med en enkel sløyfe som er vist i figur 1. Hvert Sagnac-interferometer måler det akustiske signal i et separat punkt i rommet, hvilket vil si på det sted hvor hydrofonen 212(i) befinner seg. Det Sagnac-interferometer som omfatter forsinkelsessløyfen 214 og trinnet 216(1) måler for eksempel det akustiske signal ved hydrofonen 212(1). I tillegg plukker også hver Sagnac-interferometer opp akustiske signaler (for eksempel støy) andre steder i sløyfen, hvis støy fordelaktig er redusert, slik det vil bli nærmere omtalt nedenfor.

Sagnac-sensorgrupperingen 200 vil lettest kunne forstås i en tidsdelt multiplekset (TDM)-konfigurasjon (ikke-TDM-opplegg vil bli omtalt senere). En kilde 222 (som med fordel kan omfatte en vanlig pulset kilde, eller også kan omfatte en kontinuerlig kilde med en ytre modulator) genererer en lyspuls som føres inn i Sagnac-sløyfen via en tredje port i kobleren 220 og forplantes både i CW-retningen og CCW-retningen, slik som angitt i figur 2. Etter å ha nådd frem til grupperingen 210, deles CCW-pulsen opp i et tog av N-separate pulser. På dette punkt har CW-inngangspulsen enda ikke nådd frem til grupperingen 210, og utgjør fremdeles en enkelt puls. Når CW-pulsen når frem til grupperingen 201, blir denne også oppsplittet til et tog av N-pulser. Hver puls i CW-toget vender tilbake til 3x3-kobleren 220 etter å ha vandret gjennom et tilhørende trinn 216(i), og vekselvirker med den puls i CCW-toget som har vandret gjennom samme trinn 216(i) i motsatt retning. N-pulser detekteres således av en første detektor 230 og en andre detektor 232, og hver puls omfatter da CW- og CCW-pulsene i en av N-Sagnac-sløyfer (det vil si de to pulser som har vandret i motsatte retninger gjennom samme tilhørende trinn216(i)). På grunn av at de pulser som vandrer gjennom forskjellige kombinasjoner av trinn ikke vandrer langs identiske optiske baner, vil slike pulser ikke falle sammen i tid i kobleren 220, og vil således ikke vekselvirke med hverandre i denne kobler 220. Pulsbreddene bør være mindre enn differensialforsinkelsen mellom inntilliggende sensorer, slik at pulser fra inntilliggende sensorer ikke overlapper hverandre.

Som anskueliggjort i figur 3, blir erbium-dopede fiberforsterkere (EDFA-enheter) 240 med liten forsinkelse fordelaktig tilsluttet grupperingspunktet 210 på samme måte som EDFA-enheter her blir tilsluttet Mach-Zehnder-interferometriske sensorgrupperinger.

(Se for eksempel Craig W. Hodgson, et al., " Optimization ofLarge- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part I: Signal- to- Nois Ratio ", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, bind 16, nr. 2, februar 1998, s. 218-223; Craig W. Hodgson, et al., " Optimization ofLarge- 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-enhetene 240 øker antallet sensorer som kan inngå i en enkelt gruppering 210 ved å regenerere den signaleffekt som er gått tapt til koblingstap og spredningstap. Stort EDFA-enhtene blir fordelaktig pumpet fra en eller flere pumpe-laserkilder 242 via en splittende kobler 244, samt via en første bølgelengdedelende multiplekserende (WDM)-kobler 246 og en andre WDM-kobler 248.

Fordi den bruker Sagnac-arkitekturen har Sagnac-sensorgrupperingen 200 alle de fordeler som foreligger ved den Sagnac-baserte sensor 100 med en eneste sløyfe, og som er omtalt ovenfor. Fellesbaneutførelsen eliminerer omformingen av kildebasert støy til intensitetstøy i vekselvirkningskobleren 200. Kilden 200 kan være en fiber-ASE (forsterket spontan emisjon)-kilde (det vil si den SFS-enhet som er omtalt ovenfor), som avgir høye effektnivåer på lite kostnadskrevende måte ved 1.55 um. Passiv forspenning nær kvadratur er oppnåelig for alle sensorer ved å bruke 3x3-kobleren 220. Videre gir 3x3-kobleren 220 en hensiktsmessig mulighet for å detektere to interferomtriske utganger med detektorene 230, 232, samt å bruke utgangene fra disse to detektorer for å subtrahere ut kilde-overskuddstøy. (Se for eksempel K. Krakenes, et al., " Sagnac interferometer for underwater sound detection: noise properties ". OPTICS LETTERS. bind 14, 1989, s. 1152-1154, som da viser bruk av to detektorer i kombinasjon med et enkelt Sagnac-interferometer).

Egenskapene ved denne nye Sagnac-sensorgruppering 200 vil bli nærmere omtalt

nedenfor etterfulgt av en mer detaljert omtale av den frekvensrespons og det dynamiske område som følger av bruken av et Sagnac-interferometer. Deretter vil en beregning av størrelsen av det fordelte opptak fra de ikke-hydrofonbelastede fibersløyfesegmenter bli beskrevet, og da sammen med den teknikk for å redusere størrelsen av dette opptak. Polarisering vil også bli behandlet nedenfor. Nye kilder av støy som blir innført ut i fra

Sagnac-konstruksjonen vil så bli omtalt. Endelig vil andre multipleks-opplegg enn TDM for Sagnac-sensorgrupperingen bli angitt.

Skjønt foreliggende oppfinnelse er beskrevet ovenfor i forbindelse med en enkelt sensor på hvert trinn 216(i) i grupperingen 210, bør det forstås at hvert trinn 216(i) med fordel kan omfatte en undergruppering bestående av flere sensorer, slik det for eksempel er beskrevet i den godkjente US patentsøknad nr. 08/814,548 som ble inngitt 11. mars 1997, og som tas inn her som referanse. (Se altså C.W. Hodgson, et al., " Large- scale interferometric fiber sensor arrays with multiple optical amplifiers ", Optics Letters. bind 22, 1997, s. 1651-1653; J.L. Wagener, et al., " Novelfiber sensor arrays using erbium- dopedfiber amplifiers", Journal of Lightwave Technology, bind 15, 1997, s. 1681-1688, C.W. Hodgson, et al., " Optimization of large- scale fiber sensor arrays incorporating multiple optical amplifiers, del I: signal- to- noise ratio", Journal of Lightwave Technology, bind 16, 1998, s. 218-223; og C.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, 1998, s. 224-231).

Frekvensrespons

Som angitt ovenfor, har Sagnac-sensoren en frekvensavhengig respons som er gitt ved ligning 1. Ved frekvenser som ligger under den korrekte frekvens for sløyfen, definert som l/(2-Tdeiay), vil det minste detekterbare akustiske signal være avveiet overfor den inverse verdi av akustisk frekvens. Denne nedsatte akustiske følsomhet ved lavere frekvenser har vært en hovedulempe med den akustiske Sagnac-sensor. Det er imidlertid blitt påpekt at denne nedsatte følsomhet med lavere frekvenser heldigvis er tilpasset utlignes av et økende havbunnsstøygulv (se for eksempel Sverre Knudsen, " Ambient and Optical Noise in Fibr- Optic Interferometric Acoustic Sensors ". Fiber- Optic Sensors Bases on the Michelson and Sagnac Interferometers: Responsivitv and Nois Properties. diplom, kapittel 3, Norges videnskapelige og tekniske universitet, 1996, s. 37-40). Ideelt vil det være ønskelig at minste detekterbare akustiske signal for en gruppering ved en gitt frekvens skulle vise seg å ligge en konstant verdi under havets støybunn i denne frekvens. Minste detekterbare akustiske signal ville da også øke ved lavere frekvenser for utligning av den økende havstøybunn. Frekvensresponsen for Sagnac-sensorgrupperingen 200 i henhold til foreliggende oppfinnelse skaffet faktisk en god tilpasning mellom havets støybunn og akustisk følsomhet. Dette er vist i figur 4, hvor det minste detekterbar akustiske signal for en Sagnac-sensorgruppering er opptegnet som en kurve 250 som antar en optisk støybunn på 10 urad/^Hz, for en hydrofonfaserespons på 3.2 x IO"<7>rad/uPa og en forsinkelsessløyfelengde på 20 km.

(Den vertikale akse angir dB i forhold til en basislinje på 1 urad/^Hz). Også opptegnet i figur 4 er havets støygulv for tre dominante havstøykilder med disse frekvenser, og en resulterende sum av støyen fra de tre kilder. En kurve 252 angir støyen fra havturbulens, jordskjelv, vulkanutbrudd og lignende. En kurve 253 angir lett skipsfartstøy. En kurve 254 representerer DSSO-støy (fjern skipsfartstøy og stormer). En kurve 256 angir summen av støygulv fra de tre dominerende kilder (hvis summen av kurvene 252, 253 og 254). (Se for eksempel Robert J. Urick, " The nois backround of the sea: ambient noise level, Prinsiples of Underwater Sound, 3. utg., kapittel 7, McGraw-Hill, 1983, s. 202-236). Det minste detekterbare akustiske signal for Sagnac-sensorgrupperingen 200 øker på en slik måte at det frembringes nesten konstant detekterbar signalmengde under havstøygulvet ved alle frekvenser under 10 kHz. Den frekvensavhengige respons for Sagnac-sensorgrupperingen 200 hindrer således ikke lavfrekvent akustisk detektering. Mach-Zehnder-grupperingen viser samme trend som Sagnac-sensorgrupperingen, nemlig en avtagende følsomhet i retning mot lavere frekvenser, men i forbindelse med Mach-Zehnder-grupperingen, vil den avtagende følsomhet være mindre utpreget enn ved den Sagnach-baserte sensor.

Skjønt både Mach-Zehnder-interferometeret og Sagnac-sensorgrupperingen 200 har likartede frekvensavhengighetsresponser, er kilden for deres frekvensresponser fundamentalt forskjellig. Det økende minste detekterbare signal for interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder skriver seg fra et økende optisk støygulv. Årsaken til dette økende optiske støygulv er den fasestøy som innføres av det bane-ubalanserte Mach-Zehnder-inferometer. Støygulvet er 10 urad/^Hz ved 10 kHz, øker den mot lavere frekvenser. I Sagnac-sensorgrupperingen 200 har det økende minste detekterbare akustiske signal sin grunn i leddet sin Q(Tdeiay/2) i ligning 1, og ikke i et økende optisk støygulv. Det optiske støygulv forblir konstant 10 urad/^Hz over hele frekvensområdet.

Betydningen av denne forskjell kan innses ved å undersøke det dynamiske området for så vel interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder, og Sagnac-grupperingen 200, anskuleliggjort i figur 5. Det dynamiske området for en sensor er begrenset til en minste og den største påvisbare faseforskyvning. For interferometersensorer er den maksimale detekterbare faseforskyvning begrenset av interferometerets ikke-lineære respons, mens den minste detekterbare faseforskyvning er begrenset av det optiske støygulv. Både interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder og Sagnac-sensorgrupperingen har maksimale detekterbare faseforskyvninger som er konstante over hele det akustiske frekvensområdet. Sagnach-sensorgrupperingen 200 har imidlertid også en flat minste detekterbar faseforskyvning på grunn av at den har et flatt optisk støygulv, mens den interferometriske sensorgruppering i henhold til Mach-Zehnder lider av en økende minste detekterbar faseforskyvning på grunn av et økende optisk støygulv, og som forårsakes av den fasestøy som innføres av det bane-ubalanserte interferometer. Sagnach-sensorgrupperingen 200 har således et konstant dynamisk område ved samtlige akustiske frekvenser, mens interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder har et avtagende dynamisk område ved lave akustiske frekvenser. Dette er anskueliggjort i figur 5, hvor minste og største detekterbare akustiske signal (angitt i vilkårlige dB-enheter) er opptegnet for Sagnac-sensorgrupperingen 200 og en interferometer-sensorgruppering i henhold til Mach-Zehnder. Som det er vist i figur 5, har begge grupperinger et dynamisk område på omtrent 100 dB over 1 kHz, hvor da fasestøy ikke begrenser interferometer-sensorgrupperingene i henhold til Mach-Zehnder. Ved 10 Hz vil fasestøy dominere interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder, og dens dynamiske område vil da være redusert til omtrent 74 dB. Samtidig vil det dynamiske område for Sagnach-sensorgrupperingen 200 forbli ved omtrent 100 dB.

Det er interessant å undersøke frekvensresponsen for Sagnach-sensorgrupperingen 200, ved frekvenser godt under sløy fens egenfrekvens som en funksjon av forsinkelsessløyfens lengde og hydrofonens responsevne. Ved disse frekvenser kan faktoren sin(QTdeaiy/2)-faktoren i ligning 1 angis tilnærmet som QTdeiay/2, hvilket viser at responsevnen for Sagnac-sensorgrupperingen 200 er proporsjonalt med produktet av og Tdeiay. Størrelsen<<>t<>>her i seg selv proporsjonalt med fibermengden i hver hydrofon 212(i), og Tdeiay er proporsjonal med fibermengden i forsinkelsessløyfen 214. Responsevenen med frekvenser godt under sløy f ens egen frekvens er da proporsjonal med produktet av hydrofonfiberlengden og forsinkelsesfiberlengden. I figur 6 er det opptegnet minste detekterbare akutstiske signal for flere Sagnach-sensorgrupperingskonfigurasjoner hvor produktet av fiberlengden i hver hydrofon 212(i) og fiberlengden i forsinkelsessløyfen 214 er konstant, men den relative fiberfordeling mellom forsinkelsessløyfen 214 og hver hydrofon 212(i) forandres. En kurve 260 representerer da frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgruppering 200 med 45 km fiber i sin forsinkelsessløyfe 214, samt 100 meter fiber i hver hydrofon 212(i), en kurve 262 angir frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgrupperinge 200 med 30 km fiber i sin forsinkelsessløyfe 214, og 150 meter fiber i hver hydrofon 212(i), og en kurve 264 angir frekvensresponsen for en Sagnac-sensorgruppering 200 med 15 km fiber i sin forsinkelsessløyfe 214 og 300 meter fiber i hver hydrofon 212(i). Som vist, har hver Sagnac-sensorgruppering 200 samme følsomhet ved lave frekvenser, men nærmer seg en maksimal følsomhet ved forskjellige frekvenser fra sine respektive sløyfe-egenfrekvenser. For et gitt minste detekterbart akustisk signal ved lave frekvenser, vil det fremdeles være en viss frihet med hensyn til å velge fiberlengder for henholdsvis forsinkelsessløyfen 214 og hydrofonene 212(i). Denne frihet kan brukes til å bidra til at Sagnach-sensorgrupperingen 200 tilfredsstiller andre kriterier, slik som minimalisering av den totale påkrevede fibermengde eller minimalisering av forsinkelsessløyfens lengde.

Økning av det dynamiske området for Sagnac- sensorgrupperingen

Som omtalt ovenfor, har Sagnac-sensorgrupperingen 200 et større dynamisk område ved lavere akustiske frekvenser enn interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder, ut i fra det forhold at den er immun for fasestøy. Ideelt vil en gruppering 200 gi tilstrekkelig dynamisk område for å detektere så vel det sterkeste som det svakeste akustiske signal som sannsynligvis vil opptre. Denne fordring oversettes ofte til et påkrevet dynamisk område på omtrent 150 dB. For å oppnå et slikt stort dynamisk område i en interferometrisk-sensorgruppering i henhold til Mach-Zehnder, påkrevet to separate sensorer med forskjellige faseresponsevne, og som hver detekterer en viss andel av det totale dynamiske området på 150 dB. Den åpenbare ulempe ved dette opplegg er at det krever to sensorgrupperinger (nemlig dobbelt så mange hydrofoner, trinn, kilder og detektorer). Effektivt kan en gruppering som kan understøtte N-hydrofoner detektere det akustiske signal ved bare N/2-punkter.

I Sagnac-sensorgrupperingen 200 er det imidlertid mulig å oppnå et stort dynamisk område uten å bruke ytterligere hydrofoner 212. På grunn av at faseresponsevnen for Sagnac-sensorgrupperingen er en funksjon av hydrofon-responsevnen og forsinkelsessløyfens lengde, slik som vist i figur 1, vil fase-responsevnen for hydrofongrupperingen som helhet forandres ved å modifisere forsinkelsessløyfens lengde. Samtidig å bruke to separate forsinkelsessløyfer 214(1) og 214(2) av lengde Li og L2, slik som vist i den modifiserte sensorgruppering 266 i figur 7, kan deteksjonsområdet for grupperingen 261 dramatisk økes. Grupperingen 266 har nå 2N separate Sagnac-sløyfer. Hver hydrofon 212(i) returnerer et separat signal for hver av de to forsinkelsessløyfebaner, og lengden av hver forsinkelsessløyfe 214(1), 214(2) bestemmer det akustiske deteksjonsområde for dette signal. Det totale akustiske deteksjonsområdet for hver hydrofon 212(i) utgjør en forening av deteksjonsområdene for hver av de to Sagnac-sløyfesensorer som omslutter hydrofonen 212(i). Lengdene av Li og L2 bestemmer det akustiske deteksjonsområde. Lengden Li+L2 er valgt for å tillate grupperingen 266 å detektere minste akustiske signal av interesse. Lengen Li av fosinkelsessløyfen 214(1) blir så valgt for å plassere deteksjonsområdet for de signaler som bare vandrer denne kortere forsinkelsessløyfe på toppen av deteksjonsområdet for de signaler som vandrer gjennom begge forsinkelsessløyfer 214(1), 214(2). Som følge av innføringen av en andre sløyfe blir i et TDM-system repetisjonsfrekvensen for kildepulsene halvert for det formål å tillate tid for de to N-pulser å returnere, og lengdene av forsinkelsessløyfene 214(1), 214(2) er valgt slik at det ikke vil forekomme noen pulsoverlapping. På grunn av at repetisjonsfrekvensen er halvert, vil det dynamiske område av hvert enkelt signal nedsettes med tre dB. Denne senkning blir mer enn opphevet av økningen i det totale dynamiske området som oppnås ved anbringelse av de dynamiske områder for to separate signaler ovenpå hverandre. I figur 7 er den andre forsinkelsessløyfe 214(2) posisjonsinnstilt slik at alt lys som passerer gjennom denne andre forsinkelsessløyfen 214(2) også passerer gjennom den første forsinkelessløyfe 214(1). Det bør forstås at alternativt kan de to forsinkelsessløyfer 214(1), 214(2) være anordnet optisk i parallell, slik at det lys som passerer gjennom den andre forsinkelsesskilde 214(2) faktisk ikke passerer gjennom den første forsinkelseskilde 214(1). I et slikt tilfelle vil fiberlengden av den andre forsinkelsessløyfe 214(2) måtte være summen av den første lengde og den andre lengde (hvilket vil si L1+L2). Men da Li er betraktelig kortere enn L2, vil denne justering ikke være vesentlig. Utførelsen i figur 7 reduserer det totale fiberbehov ved å addere lengden av den første forsinkelsessløyfe til lengden av den andre forsinkelsessløyfe.

Figur 8 viser det utvidede dynamiske området som er gjort mulig ved å bruke to forsinkelsessløyfer 214(1), 214(2) i grupperingen 216, hvor det dynamiske området for hvert signal er 100 dB og forholdet L1/L2 er blitt satt til å være 5000. Som vist, er grupperingen 266 nå i stand til å detektere over hele det dynamiske området av interesse (omtrent et område på 160 dB) uten å øke hydrofontellingen.

Forskrift fordelt av føling

I Sagnac-sensorgrupperingen 266 kan hver fasemodulasjon i interferometeret overføres til en intensitetsmodulasjon i en vekselvirkning i 3x3-kobleren 220. Denne fordelte avføling over Sagnac-sløyfen i sin helhet er da fordelaktig for en akustisk sensorgruppering. For å være praktisk bør den akustiske sensorgruppering punktprøve det akustiske signal i et antall atskilte punkter i rommet (for eksempel ved hydrofonene), og returnere disse signal uavhengig av hverandre. Interferometer-sensorgrupperingene i henhold til Mach-Zehnder oppnår dette på grunn av at interferometeret er avgrenset innenfor et lite område, og således bare utfører avføling på dette punkt. For at Sagnac-sensorgrupperingen 266 skal være praktisk, må den fordelte avføling i Sagnac-sløyfen nedsettes.

Fibermassen i interferometeret danner forsinkelsessløyfen 214, som da kan plasseres i to forskjellige posisjoner. Den første er sammen med kilden 222 og deteksjonselektronikken (hvilket vil si detektoren 230 og detektoren 232) i den tørre ende (hvilket vil si ute av vannet), slik som vist i figur 9A. Her kan forsinkelsessløyfen 214 være avskjermet mot omgivelsene for å nedsette til et minimum eventuelt ytre modulasjon. Nedledningsfibrene 270, 272 som forbinder den våte ende med grupperingspartiet 210 utgjør imidlertid en del av interferometeret. Den andre mulighet er å plassere forsinkelsessløyfen 214 i den våte ende (hvilket vil si i vannet) sammen med grupperingen 210, slik som vist i figur 9B. Som sådan kan forsinkelsessløyfen 214 ikke isoleres i samme grad som det ville være mulig hvis den var plassert i den tørre ende, men nedføringsfibrene 270, 272, 274 ligger på utsiden av interferometeret og er således ikke-avfølende. Den relative størrelse av nedføringen av forsinkelsessløyfens fordelte opptak dikterer da hvilken konfigurasjon som er best egnet for hver bestemt anvendelse. Det bør bemerkes at hvis forsinkelsessløyfen 214 er plassert i den tørre ende (figur 9A), så vil nedføringsfibrene 270, 272 forbli stasjonære for å hindre fysiske bevegelser, slik som bøyning og vibrering, for disse fibere, hvilket da kan påføre ekstremt høye fasemodulasjoner. Disse utgjøres av fiberbevegelsesinduserte fasemodulasjoner i motsetning til akustisk-induserte fasemodulasjoner. (Slike fysiske bevegelser utgjør problemer ved tauede grupperinger, men behøver ikke å utgjøre noen vesentlige problemer i stasjonære grupperinger). Hvis således forsinkelsessløyfen 214 er plassert i den tørre ende (figur 9A), må således hele den våte ende av Sagnac-forsinkelsessløyfen 214 være anbrakt i den tørre ende (figur 9A), må hele den våte ende av Sagnac-sensorgrupperingen 210 være stillestående. Hvis forsinkelsessløyfen 214 vil befinne seg i den våte ende (figur 9B), vil imidlertid bare den del som ligger til høyre for 3x3-kobleren 220 i figur 9B forbli stillestående, da nedføringsfibrene 270, 272, 274 ikke utgjør noen del av interferometeret. Når forsinkelsessløyfen 214 er plassert i den våte ende (figur 9B), må forsinkelsessløyfefiberen ha nedsatt følsomhet. Forsinkelsessløyfen 214 kan gjøres stasjonær ved å vikle forsinkelsessløyfefibrene rundt en sylinder med nedsatt følsomhet (ikke vist), for derved å eliminere fiberbevegelse og gjøre det akustiske opptak til den dominerende kilde for fordelte opptakssignaler. På grunn av at det er lettere å nedsette fiberfølsomheten overfor akustiskindusert fasemodulasjon, enn det er å nedsette fiberfølsomheten for bevegelse-indusert fasemodulasjon, er den konfigurasjon som lokaliserer forsinkelsessløyfen 214 til den våte ende (figur 9B) å foretrekke for anvendelser med tauet gruppering, og dette vil bli nærmere beskrevet nedenfor.

Beregning av den akustiske opptaksstøy som induseres i forsinkelsessløyfen

I dette avsnitt vil det bli utledet anslåtte verdier for størrelsen av den akustiske induserte og fordelte opptaksstøy sammenlignet med den akustisk induserte hydrofon-fasemodulasjon i Sagnac-sensorgrupperingen 210 i figur 9(b). Intensitetsmodulasjonen på grunn av den fordelte fasemodulasjon som skriver seg fra opptaket av akustiske signaler i forsinkelsessløyfen og bussfiberen (en fiber som forbinder hver hydrofon med forsinkelsessløyfen og 3x3-kobleren) kan da betraktes som en støykilde. For den etterfølgende omtale skal en sløyfe for Sagnac-sensorgrupperingen betraktes som bare omfattende forsinkelsesfiber av lengde La, en bussfiber av lengde Lb, en hydrofonfiber av lengde Lhsamt en totallengde L slik som vist i figur 10. Det skal også antas at La er meget større enn Lb og Lh. Fasefølsomheten fra fiber til akustiske signaler skriver seg fra en trykkavhengig forplantingskonstant p. Generelt kan den trykkavhengige komponent av forplantingskonstanten i en posisjon 1 og ved et tidspunkt t skrives som:

hvor Po er null-trykks-forplantingskonstanten, R( l) er den normaliserte faseresponsevne for fiberen, og P( l, t) angir trykket som en funksjon av rom og tid. Hvis det antas et sinusformet akustisk signal med frekvens Q, kan ligning 2 omskrives som: hvor Po er trykket med stabil tilstand, Pm er amplituden av trykkmodulasjonen (antas å være uavhengig av 1), og Q( l) inneholder de romlige fasevariasjoner for den akustiske bølge. Generelt er en induserte faseforskjell mellom de innbyrdes vekselvirkende stråler i en Sagnac-sløyfe fremkommet ved akustisk indusert fasemodulasjon fra l=h til 1=1 2, og er derved gitt ved integralet: hvor v er lyshastigheten i fiberen, og L er sløyfelengden. Innsetting av ligning 3 i ligning 4 gir da:

Ligning 5 kan anvendes for å bestemme faseforskj ellen mellom innbyrdes vekselvirkende stråler på grunn av akustisk modulasjon av hydrofonen, bussen og forsinkelsesfibrene.

For hydrofonfiberen er ligning 5 integrert fra /y=/^+/i/2til l2=ld+ W2+ lfr Det antas at Q( l) er konstant over dette området (det vil si at den akustiske bølgelengde er meget større enn hydrofonens dimensjon). Det antas også at fiberens normaliserte faseresponsevne, R( l), er konstant og lik Rh i dette området. Ligning 5 gir da en faseforskj ellsamplitude mellom de innbyrdes vekselvirkende stråler på grunn av hy drofonfibermodulasj on:

hvor det antas at QLf/ 2v«l. Bemerk at ligning 2 stemmer overens med det uttrykk som er gitt i ligning 1.

For bussfiberen, integreres ligning 5 først fra til h=h+ W2, og derpå fra h=L- lb/ 2 til h=L for derved å inkludere både en øvre og den nedre busslinje. Atter antas det at R( l) er konstant, og lik Rbfor hele bussfiberen, slik at 6( 1) er konstant idet integral som er angitt i ligning 5. Faseforskj ellsamplituden mellom de innbyrdes vekselvirkende stråler på grunn av fibermodulasjonen blir da:

hvor det antas at QLt/ 2v«l. Det bør understrekes at disse antagelser med hensyn til konstant 9( 1) og amplituden av QLyJ2v bidrar til å øke , slik at disse gir et senario med verste tilfelle for bussfiberen.

For forsinkelsesfiberen blir ligning 5 integrert fra h=0 tilh=ld, og som før antas det at 6( 1) er konstant over dette området (det vil si at forsinkelsesløyfespolen er meget mindre enn den akustiske bølgelengde), samt at R( l) er konstant og lik Rd over det integrerte område. Ligning 5 angir da en faseforskj ellsamplitude mellom de innbyrdes vekselvirkende stråler på grunn av forsinkelsesfibermodulasjonen, og den er da gitt ved:

hvor det er antatt at Q( Lb+ Lh)/ 2v«I.

Ut fra ligning 6-8 kan den relative størrelse av disse fasemodulasjonsamplituder beregnes. Først er det å bemerke at en standard plastbelagt fiber har en normalisert

faseresponsevne, R, på -328 dB re 1/uPa, slik som for eksempel beskrevet i J. A.Bucaro, et al., " Opticalfibre sensor coatines ". Optical Fiber Sensors. Proceedings of the NATO Advanced Study Insititue. 1986, s. 321-338. På den annen side, og slik det for eksempel er beskrevet i CC. Wang, et al., " Very high responsivity fiber optic hydrofliones for commercial applications ", Proceedings of the SPIE- The International Society for Optical Engineering, bind 2360, 1994, s. 360-363, at en fiber pakket rundt vanlig hydrofoner fremstilt fra luftpakkede doenheter har en normalisert fase-følsomhet på - 298 dB re 1/uPa, nemlig en økning på 30 dB over en standardfiber. Hvis det antas at forsinkelsessløyfen og bussfiberen har den normaliserte fase-responsevne for en standard plastbelagt fiber, samt at hydrofon-fiberen er pakket rundt en luftoppakket doenhet, så vil forholdet mellom Rh til Rbeller Rd er omtrent 30 dB. Under de forenklingsantagelser som er gjort med hensyn til ligningene 6-8, kan det derfor finnes at:

og

Forholdet Lb/ Lh er en funksjon av hydrofonens posisjon. For den første hydrofon har man Lj/ Lh «0 hvilket gjør ^mt^int = 31 og forholdet ^int^mt meget stort. For den siste hydrofon, typiske verdier på 100 meter og 1 km for henholdsvis Lhog Lb brukt for å komme frem til ^mt^int $ mk/ føi « 3. På tross av det forhold at hydrofonfiberen bare utgjør en relativt liten mengdeandel av den totale Sagnac-sløyfe, vil således størrelsen av de akustiske induserte fasemodulasjoner i hydrogenfiberen være større enn de akustiskinduserte fasemodulasjoner i forsinkelsessløyfefiberen, samt i bussfiberen selv for den ytterste hydrofon. I det følgende avsnitt vil det bli beskrevet et middel for å håndtere dette nivå av fordelt opptaksstøy ved bruk av tomme trinn.

For det formål å evaluere integralet i ligning 5 for forsinkelsessløyfefiberen, antas det at R( l) =Rd for samtlige verdier av / mindre enn Ld. Det var denne konstante verdi av R( l)

som eliminerte ethvert bidrag til integralet i ligning 5 fra l=( l- Ld) til Ld(fordi integralen ble en oddefunksjon omkring L/ 2). Kveiling av en større lengde av fiberen vil imidlertid føre til en viss avhengighet i R( l) av / (eventuelt på grunn av at det indre fiberlag har en annen R enn det ytre lag). Disse variasjoner i R( l) øker forsinkelsessløyfens opptak fra 1=L- Ld til Ld. For det formål å redusere dette opptak, skal det først bemerkes at R( l) bare behøver å være en jevn funksjon omkring L/ 2 og gjøre integralen i ligning 5 til en oddefunksjon omkring L/ 2. R( l) kan drives til å bli mer symmetrisk omkring L/ 2 ved å vikle forsinkelsessløyfen på en slik måte at det posisjonssymmetriske punktet på fibersløyfen kommer tett inntil hverandre, slik som vist i figur 11. En slik oppvikling sikrer at symmetriske punkter på forsinkelsessløyfen blir posisjonsinnstilt nær inntil hverandre, slik at enhver variasjon i R( l) på grunn av fiberens posisjon på spolen vil være så symmetriske omkring R/ 2 som mulig, slik at forsinkelsessløyfens opptak derved bringes til å være så nær det angitte uttrykk i ligning 8 som mulig. Det bør bemerkes at på grunn av at hver Sagnac-sløyfe i Sagnac-sensorgrupperingen har et forskjellig L/ 2-punkt, kan bare en sløyfe vikles opp på nøyaktig den måte som er angitt i figur 11, slik at det derved skal innføres en liten grad av odde-het i R( l) på samtlige Sagnac-sløyfer bortsett fra en.

Det bør også nevnes at i tillegg til å øke en akustisk fiberfølsomhet med en hydrofon, vil det være mulig å nedsette fiberets følsomhet ved å påføre et metallbelegg med en bestemt diameter. (Se for eksempel J.A. Bucaro, " Opticalfibre sensor coatings" som er nevnt ovenfor). Målte og normaliserte faseresponsevner så lave som -366 dB re 1/uPa er blitt rapportert. Hvis slike fibere anvendes i forsinkelse- eller busslinjer, vil forholdet mellom Rh til Rbeller forholdet mellom Rh til Rd nærme seg 69 dB (i stedet for 30 dB med plassbelagte forsinkelse- og bussfibere), hvilket da vil øke det hydrofoninduserte signal over det forsinkelse- og bussinduserte signal med 38 dB.

Reduksjon av fordelt opptaksstøy ved bruk av tomme trinn

For det formål å ytterligere eliminere fordelte opptakssignaler, kan den hydrofoninduserte akustiske modulasjon isoleres fra den fordelte opptaksmodulasjon ved å plassere tomme trinn 300 som ikke inneholder en hydrofob i grupperingen 210, slik den er vist i figur 12. Etter hvert trinn 216(i) som inneholder en hydrofon 212(i), og da kalles et avfølingstrinn, etterfølges av en av de tomme trinn 300(i). Det forhold at den ikke-avfølende fiber i hver sløyfe og som omslutter et tomt trinn 300(i) er nesten identisk med den ikke-avfølende fiber i sløyfen, og som omslutter det tilsvarende avfølingstrinn 212(i), innebærer at det tomme trinn 300(i) og det tilsvarende avfølingstrinn 212(i) vil ha tilnærmet samme fordelte opptakssignal. Ved å behandle dette tomme trinn 300(i) som en annen sensor i grupperingen 210, og en hensiktsmessig tidsstyring av pulsene (i TDM-skjemaet) fra de tomme trinn 300(i) og avfølingstrinnene 212(i) slik at de ikke overlapper hverandre, kan det fordelte opptakssignal som foreligger på hvert avfølingstrinn 212(i) måles. Etter deteksjon kan dette signal subtraheres fra avfølingstrinnsignalet, og etterlater da bare intensitetsvariasjoner som frembringes av fasemodulasjoner i hydrofonfiberen. Iverksetning av et slikt opplegg krever 2N-trinn for en gruppering 210 med N-sensorer, slik at derved arbeidssyklusen for det enkelte signalet reduseres til det halve.

Hvis nedsatt avføling av busspartiet av grupperingen 210 ikke er påkrevd, kan et enkelt tomt trinn 300 plasseres i grupperingen 210 for å måle det fordelte opptakssignal som har sammenheng med forsinkelsessløyfen 214, slik at det da bare kreves N+l-trinn (N avfølingstrinn 212(i) og et eneste tomt trinn 300) for N-sensorer. Hvis et eneste tomt trinn 300 ikke er i stand til i tilstrekkelig grad å måle det fordelte opptakssignal for hvert avfølingstrinn 212(i), kan eventuelt flere tomme trinn 300 legges til med periodiske mellomrom langs grupperingen, inntil det fordelte opptakssignal som foreligger på hvert avfølingstrinn 212(i) i tilstrekkelig grad kan måles av den nærmeste av disse tomme trinn 300. Bruk av færre tomme trinn fører da til en høyere arbeidssyklus for enkelte signaler. Figur 12 angir det ekstreme tilfellet hvor et tomt trinn blir lagt til for hver avfølingstrinn.

Polarisering

For maksimal kontrast i en hvilken som helst interferometrisk sensor, og polariseringstilstanden (SOP) av de vekselvirkende stråler være identiske når de rekombineres. Hvis de står vinkelrett på hverandre vil det ikke forekomme noen vekselvirkning, og således ikke noe amplitudemodulert signal. Dette er da betegnet som polarisasjons-indusert signal-fading. På grunn av at hver sensor i Sagnac-sensorgrupperingen utgjør en Sagnac-sløyfe, til den forskning som er utført så langt på polarisasjons-indusert signalfading i Sagnac-fibergyroskopet også gjelde Sagnac-sensoren. Lovende løsning er å plassere en depolarisator inne i Sagnac-sløyfen. (Se for eksempel K. Bohm, et al., LOW- DRIFTFIBRE GYRO USING A SUPERLUMINESCENTDIODE, ELECTRONICS LETTERS, bind 17, nr. 10, 14. mai 1981, s. 352-353). Denne depolarisator sikrer at i det minste halvparten av den optiske effekt blir returnert til 3x3-koblere i den korrekte SOP-tilstand til enhver tid. Dette generelle opplegg frembringer da en konstant synlighet uavhengig av sløyfens tilhengslysbrytningsevne. (Se for eksempel William K. Burns, et al., " Fiber- Optic Gyroscopes with DepolarizedLight", JOURNAL OG LIGHTWAVE TECHNOLOGY. bind 10, nr. 7, juli 1992, s. 992-999). Den enkleste konfigurasjon bruker en upolarisert kilde slik som en superfluoriserende fiberkilde, og en depolarisator i sløyfen. Som anskueliggjort i figur 13, er i Sagnac-sensorgrupperingen 200 en depolarisator 310 plassert i et punkt som er felles for samtlige Sagnac-sløyfer. Denne depolarisator 310 sikrer at hver sensor 312(i) har denne konstante synlighet uavhengig av tilleggslysbrytinger så lenge tilleggslysbrytingene for sløyfen som helhet forblir konstant. Dette representerer en stor forenkling ved håndtering av polarisasjonsindusert signalfading fremfor de fremgangsmåter som benyttes i forbindelse med interferometriske sensorgrupperinger i henhold til Mach-Zehnder.

Langsomme forandringer i tilleggslysbrytningen vil i tilstrekkelig grad bli utslettet i samsvar med Sagnac-interferometerets resiproke natur, imidlertid moderasjoner på grunn av tilleggslysbrytningene ved frekvenser i det akustiske området av interesse frembringer polariseringsstøy. Første delen av denne modulasjonen på grunn av tilleggslysbrytning ved disse frekvenser skjer som en følge av fysisk fiberbevegelse. Sagnac-sløyfen bør således bibeholdes stillestående for det formål å redusere polariseringsstøy (så vel som det fordelte opptakssignal).

Støykilder som innføres ved bruk av Sagnac- interferometeret

Termisk fasestøy

På grunn av at lysbrytningsindeks i fiberen forandres med temperaturen, vil termiske fluktuasjoner i en fiber frembringe faseflukruasjoner i det lys som vandrer gjennom fiberen. Disse indeksvariasjoner vil være ukorrelert over fiberens lengde, og således vil det resulterende fasefluktuasjoner være i samsvar med kvadratroten av fiberlengden. På grunn av at interferometeret i henhold til Mach-Zehnder typisk bruker mer enn 100 meter fiber i hver arm, vil størrelsen av denne termiske fasestøy være neglisjerbar. Sagnac-interferometeret har en god del mer fiber i interferometeret, og som en følge av dette kan termisk fasestøy blir en begrensende støykilde. Størrelsen av denne termiske fasestøy i et Sagnac-interferometer er blitt beskrevet teoretisk og bekreftet ved forsøk.

(Se for eksempel Sverre Knudsen et al., " Measurements of Fundamental Thermal Induced Phase Fluctuations 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 sløyfelengder større enn 2 km kan termisk fasestøy overskride 1 urad/^Hz i frekvensområdet av interesse, hvilket da vil være av samme størrelsesorden som den påkrevde grupperingsfølsomhet.

Den termiske fasestøy kan anses som en kilde for fordelt opptaksstøy, beslektet med en ytre modulasjon på forsinkelsessløyfen, og kan som sådan reduseres ved å bruke tomme trinn, slik som beskrevet ovenfor. Termisk fasestøy kan også reduseres til forkortning av sløyfelengden. Som omtalt ovenfor, kan sløyfelengden forkortes uten å forandre lavfrekvensfølsomheten ved å øke hydrofonfiberlengden med samme faktor som den forsinkelsessløyfen er blitt forkortet med. For eksempel en 40 km lang forsinkelsessløyfe med 50 meter hydrofonfiber har samme lavfrekvensrespons som en 20 km lang forsinkelsessløyfe med 100 meter hydrofonfiber. Den sistnevnte kombinasjon vil imidlertid lide av termisk fasestøy i mindre grad, på grunn av at den totale forsinkelsessløyfelengde er forkortet med nesten en faktor på to.

Fasestøy indusert av Kerr- effekt

Kerr-induserte faseforskyvning som kan genereres i et Sagnac-interferometer har mottatt en stor del oppmerksomhet i forbindelse med det fiberoptiske gyroskop. (Se for eksempel R. A. Bergh, et al., " Source of the optical Kerr effect in fiber- optic gyroscopes", OPTICS LETTERS, bind 7, nr. 11, november 1982, s, 563-565; RA. Bergh, et al., " compensation of the optical Kerr effect in fiber- optic gyroscopes", OPTICS LETTERS, bind 7, nr. 6, juni 1982, s. 282-284 og N.J. Frigo, et al., " Optical Kerr effect in fiber gyroscopes: effects of nonmonochromatic sources ", OPTICS LETTERS, bind 8, nr. 2, februar 1983, s. 119-121). Kravene til gyroskopet og den akustiske sensor er imidlertid forskjellige på grunn av at gyroskopet måler likestrømnivået. Små likestrømsforskyvninger frembrakt av Kerr-induserte faseforskyvninger som ville begrense et fibergyroskop er imidlertid uten betydning med en akustisk sensor. Den Kerr-induserte likstrømfaseforskyvning er imidlertid ikke noe problem så lenge den ikke forskyver forspenningspunktet for langt bort fra kvadraturtilstanden. Intensitetstøyen på lyskilden kan frembringe en Kerr-indusert fasestøy på utgangssiden. Størrelsen av denne Kerr-induserte strømfasestøy er imidlertid liten så lenge den Kerr-induserte likestrømfaseforskyvning forblir liten. Opprinnelsen til Kerr-induserte faseforskyvninger i Sagnac-sensorgrupperingen er en annen enn i fibergyroskopet. Asymmetrien i Sagnac-sensorgrupperingen inviterer til en slik Kerr-faseforskyvning meget lettere enn det som er tilfellet for det dominelt symmetriske gyroskop. Det forhold denne asymmetri skriver seg fra grupperingspartiet så vel som enhver plassering av EDFA-enheter som er asymmetrisk, ved at en stråle ser forsterkning før forplantningen gjennom forsinkelsessløyfen og derpå erfarer tap, mens den motsatt forplantende stråle først ser tap og derpå erfarer forsterkninger. Det er mulig å utbalansere disse asymmetrier, og nullstille den Kerr-induserte faseforskyvning ved å velge korrekt plassering av EDFA-enhetene i forsinkelsessløyfen. Slike tiltak avhenger av nøyaktig grupperingskonfigurasjon, og hvori multipleks opplegg anvendes.

Ikke- lineær fasemodulasjon som skriver seg fra EDFA- enheter

Populasjons-inversjoner som opprettes i EDFA-enhetene induserer en faseforskyvning på det signallys som passerer gjennom vedkommende enhet. (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 er blitt brukt for å frembringe helt optiske interferometri-omkoblere. I en Sagnac-sensorgruppering vil EDFA-enheter inne i interferometeret frembringe en ikke-lineær faseforskyvning via samme mekanisme. Variasjoner i populasjons-inversjonen på grunn av en pumpe- eller signaleffektlfuktuasjoner vil frembringe fasemodulasjoner som vil bli omformet til intensitetsstøy.

For å anslå styrken av denne støykilde, må det først treffes en bestemmelse med hensyn til hvorledes den inverterte populasjon reagerer på pumpeeffekt- og signaleffektfluktuasjoner. Det er forholdsvis enkelt å gjøre dette ved å oppstille mengdeligninger for et erbiumsystem:

hvor Ni og N2 er populasjonstettheter av henholdsvis lavere og for de eksiterte tilstander, No er den totale populasjonstetthet, / er intensiteten, a er tverrsnittet, Aeffer det effektive modusområdet i fiberen og t2 er levetiden for nivå 2. Indeksene p og s angir henholdsvis pumpe og signal, og de nedre indekser a og e angir henholdsvis absorpsjon og emisjon.

Ved å dele opp Ni, N2, Ip og Is i deres stabiltilstands- og tidsvarierende komponenter, og innføre dette i ligning 12 og kombinere denne ligning 12 med ligning 11, oppnås følgende resultat:

hvor nedre indeks ss angir stabiltilstandsverdier, mens de tidsvarierende komponenter nå er skrevet som tidsvarierende tidsfunksjoner (N2=N2<SS>+N2(t)). Hvis det antas at N2(t) er meget mindre enn N2<SS>, så vil de siste to ledd i ligning 13 neglisjeres. Ved å skrive Ip(t)=Ip<m>sin(fpt) og I8(t)=I8<m>sin(f8t) (hvor Ip<m>og I8<m>angir modulasjonsamplituden for

henholdsvis Ip(t) og Is(t), og fp og fs angir henholdsvis pumpens og signalets modulasjonsfrekvens), og de resulterende differensialligninger løses, kan det finnes at:

Hvis det antas at \ = 1480 nm, Xs = 1550 nm og Ip<ss>=l W, og hvis typiske tverrsnitt for erbium-silisiumoksid antas, da vil ligning 14 og 15 bli forenklet til:

Dette pumpeinduserte fluktuasjoner av populasjonsinversjonen (ligning 17) vil først bli analysert. Hvis I8<89>=l mW,Ip8<8>=l W og hvis det antas at Ip<m>/Ip<88>=10^/A/<_>Hz(120 dB/^Hz elektronisk SNR), så vil |N2(fP)|/N288=9 x IO<-10>^Hz<1>ved frekvenser godt under 4.3 kHz. For å omforme en verdi til en fasemodulasjon, kan det forhold brukes at 10 mW pumpeeffekt som er absorbert i den erbium-dopede fiber indusere omtrent 7 radianer faseskift ved 1550 nm. (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 bruk av simuleringer vil 10 mW absorbert pumpeeffekt i en typisk erbiumdopet fiber frembringe omtrent 6 dB svaksignalforsterkning ved 1550 nm, hvilket ligger nær den forsterkning som er påkrevd for hver forsterker i en gruppering med fordelte EDFA-enheter. (Se for eksempel Craig W. Hodgson, et al., " Optimization ofLarge- Scale Fiber Sensor Arrays Incorporating Multiple Optical Amplifiers- Part I: Signal- to- Noise Ratio " ; Craig W. Hodgson, et al., " Optimization ofLarge- 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 ", omtalt ovenfor). Hver forsterker gir derfor en likestrømsfaseforskyvning på omtrent 7 radianer. Da den ikke-lineære faseforskyvning er proporsjonal med populasjonen N2i den øvre tilstand, kan det skrives at N2/N2<SS>=OO88.

Ved bruk av denne sammenheng og ligning 17 atter for I8<SS>=1 mW, Ip<ss>=l W, Ip<m>/Ip<Si>=10"<6>/A/<_>Hz og f8«4,3 kHz, vil den lavfrekvente fasestøy som induseres av hver stor EDFA være (7 radianer)x(9xl0"<10>)A/~Hz"<1>=6.3xlO"<9>rad/^Hz. Hvis det antas at det totalt er 500 slike forsterkere og fasemodulasjonene fra samtlige 500 forsterkere adderes koherent, kan den totale pumpestøyinduserte faseforskyvning anslås til å være 3.2 urad/^Hz. Målets fasestøygulv kan typisk settes til 1 urad/^Hz, hvilket angir at den ikke-lineære fasestøy som induseres av EDFA-enhetene på grunn av pumpeeffektfluktasjoner ligger nær inntil, men ikke er vesentlig større enn det påkrevede fasestøygulv. I praksis vil imidlertid forsterkernes fasemodulasjoner ikke adderes koherent, hvilket vil redusere denne verdi på 3.2 urad/^Hz.

Beregninger av den induserte faseforskyvning på grunn av signaleffektfluktuasjoner vil være mer kompliserte på grunn av at signaleffekten ikke bare har intensitetstøy, men også moduleres med multipleks-opplegget. Ved atter å betrakte TDM-tilfellet, vil det generelt være slik at mens en puls vandrer gjennom en bestemt EDFA-enhet, kan det foreligge eller ikke foreligge en motsatt forplantende puls som vandrer gjennom vedkommende EDFA-enhet ved samme tidspunkt. Ved å ta det verste tilfellet hvor det alltid vil foreligge en puls som forplanter seg i motsatt retning, vil I8<m>være det dobbelte av intensitetsstøyen for hver enkelt puls. For forsterkerne er I8<m>typisk 1.5 til 2 ganger intensitetstøyen for hver enkelt puls. Hvis det antas at signallyset har en elektronisk stort SNR-verdi på 120 dB/^Hz ved akustiske frekvenser (hvilket vil si at I8m/I888=10"<6>/A/<_>Hz), og denne verdi settes inn i ligning 18 sammen med Ip<ss>=l W og I8<m>=2 mW, kan det beregnes at tallverdi |N2(fs)|/N2<SS>er omtrent lik 2.4 x IO"<9>^/"Hz"<1>ved frekvenser meget lavere enn 4.3 kHz, og at den fasestøy som induseres av signalintensitetstøyen i hver EDFA-enhet således er 1.68 x 10~*/ J~ Hz. Ved atter å anta 500 forsterkere og koherent addering av all EDFA-indusert fasemodulasjon, vil den totale EDFA-induserte fasestøy på hver puls være 8.4 urad/^Hz, et nivå som atter ville kunne begrense ytelsen av Sagnac-sensorgrupperingene. En mer detaljert studie som tar med i betraktningen multipleks-opplegget, og den eksakte tidsstyring av grupperingen behøves imidlertid for en mer nøyaktig beregning.

Metoder for multipleksing i en Sagnac- gruppering

Tidsdelt multipleksing

Hittil har det blitt antatt at Sagnac-sensorgrupperingen arbeider i en TDM-konfigurasjon. Det bør bemerkes at i Sagnac-sensorgrupperingen er kildefordringene for et slikt TDM-system ikke så krevende som de som foreligger for en interferometer-sensorgruppering i henhold til Mach-Zehnder i en TDM-konfigurasjon. Grunnen til dette er bruk av bredbåndskilden i Sagnac-sensorgrupperingen. I interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder er lyset fra inntilliggende trinn koherent på grunn av kilden med smal linjebredde, og ytterst høye utslukningsforhold er da påkrevet i inngangspulsen for å hindre flervaners koarent interferens. Disse fordringer til høyt utslukningsforhold oppfylles ved å plassere flere modulatorer i serie, hvilket fører til en komplisert kostnadskrevende kilde med høye tap. I Sagnac-sensorgrupperingen er det påkrevede utslukningsforhold-behov ikke like høyt på grunn av at bredbåndskilden eliminerer enhver mulighet for flerbaners koherent interferens. I tillegg vil de smale linjebredder som kreves av interferometer-sensorgrupperingen i henhold til Mach-Zehnder hindre bruk av en pulset laserkilde i stedet for en laserkilde med kontinuerlig bølge (cw), som er utvendig modulert ved hjelp av litiumniobat-intensitetsmodulatorer. I Sagnac-sensorgrupperingen kan det brukes enten en ASE-kilde med kontinuerlig bølge, og som kan moduleres utenfra, en pulset ASE-kilde, eller en eller annen kombinasjon av disse for å danne kilden. Atter er grunnen til dette at Sagnac-sensorgrupperingen ikke krever noen kilde med smal linjebredde. Selv om den foreliggende oppfinnelse faktisk ikke krever en kilde med smal linjebredde, bør det forstås at Sagnac-sensorgrupperingen i henhold til foreliggende oppfinnelse også kan anvendes med en kilde med smal linjebredde, slik som for eksempel en laser.

Frekvensdelt multipleksing

Bruk av en bredbåndskilde som også gjør det mulig for Sagnac-sensorgrupperingen å arbeide i ikke-TDM-konfigurasj oner uten å forandre utførelsen eller å kreve ytterligere kilder. Frekvensdelt multipleksing (FDM) blir vanligvis brukt ved interferometersensorgrupperinger i henhold til Mach-Zehnder ved bruk av det fasegenererte bærebølgeopplegg (PGC), men kan også forenes med Sagnac-sensorgrupperingen. Figur 14 viser en grunnleggende Sagnac-sensorgruppering 400 som bruker et FDM-opplegg. En superfluoriserende fiberkilde (SFS) 402 (eller en annen bredbåndskilde, slik som for eksempel en LED-enhet) genererer inngangslys. En chirpintensitetsmodulasjon påføres inngangslyset over en intensitetsmodulator 404 som reguleres av en chirpfrekvensgenerator 406. Det modulerte lys kommer inn i en sensorgruppering 410 via en 3x3-kobler 412. Lyset passerer gjennom en forsinkelsessløyfe 414 og flere avfølingstrinn 416(i) med hver sin sensor 418(i). Tomme trinn (ikke vist) kan også inngå, hvis så ønskes. Etter å ha passert gjennom forsinkelsessløyfen 414 og trinnene 416(i), vil lyset løpe ut fra sensorgrupperingen 410 gjennom kobleren 412, og detekteres av en detektor 420 som da genererer et elektrisk utgangssignal som respons på det detekterte lys. Dette elektriske utgangssignal fra detektoren 420 blandes i en blander 422 med den samme chirpfrekvens som er blitt tidsforsinket med en forsinkelsesverdi 424 som da forsinker chirpfrekvensen med en tid 1.1 det oppsett som er angitt i figur 14, gir utgangen fra blanderen 422 påført en spektralanalysator 426.1 en driftsfunksjonen utførelse blir utgangen fra blanderen 422 påført et signalbehandlende undersystem (ikke vist) som da analyserer utgangssignalet fra blanderen 422 for å reprodusere de akustiske signaler som faller inn på grupperingen 410.

De signaler som returnerer fra sensorene 418(i) i de forskjellige trinn 416(i) blir ytterligere forsinket i forhold til den forsinkede chirpfrekvens. Dett er anskueliggjort ved kurven i figur 15 over den opprinnelige chirpfrekvens 450, til forsinkede chirpfrekvens 452 fra forsinkelsesenheten 424, returchirpsignalet 460 fra det første trinn, chripretursignalet 462 fra det andre trinn og chirpretursignalet 464 fra det tredje trinn. Blanderen 422, separate svevningsfrekvenser henholdsvis fbi 470, %2472, fb3474 (vist i figur 14), dannet mellom de blandede chirpfrekvenser 452 og hver av de signaler som returnerer fra de forskjellige trinn i Sagnac-sensorgrupperingen 410. (Se for eksempel S.F. Collins, et al., " A Multiplexing Scheme For Optical Fibre Interferometric Sensors Using An FMCW Generated Carrier", OFS' 92 Conference Proceedings. s. 209-211). Skjønt bare tre chirped retursignaler 460, 462, 464 vist i figur 15, tiltenkt at opptil N retursignaler kan frembringes, hvor N er antallet trinn i grupperingen 410. Chirpretursignalene fra det Nth-trinn frembringer da en svevningsfrekvens fW i blanderen 422.

Som anskueliggjort ved den billedlige fremvisning av en spektralutgang i figur 14, vil akustisk modulering av signalene opptre som øvre sidebånd 480, 481, 482 og nedre sidebånd 484, 485, 486 til svevningsfrekvensene. En fordel ved dette FDM-opplegg er at kravene på grupperingstidsstyring er i høy grad neddempet i forholdet til de som er påkrevd i et TDM-system. Et TDM-system krever en spesifikk forsinkelse mellom innbyrdes nærliggende trinn for det formål å hindre pulser fra å overlappe hverandre, og dette kan utgjøre et krevende ingeniørproblem. IFDM vil variasjoner i fiberlengdene skyve svevningsfrekvensene, men vil ikke frembringe overlappinger mellom signalene så lenge disse svevningsfrekvenser er innbyrdes avskilt med det dobbelte av det akustiske deteksjonsområde. Dette sistnevnte er oppnådd ved å velge korrekt chirphastighet. Til forskjell fra forholdene i et stort TDM-system vil alle baner returnere lys til enhver tid, hvis de da kan føre til fasestøy mellom de forskjellige inkoherente signaler. Den bredbåndede ASE-lyskilde nedsetter til et minimum størrelsen av denne fasestøy. (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. bindLT-4, nr. 9, september 1986, s. 1334-1351).

Kodedelt multipleksing

Kodedelt multipleksing (CDM) har vært gjenstand for økt oppmerksomhet i den senere tid for sitt bruk i sensorgrupperinger. (Se for eksempel A.D. Kersey, et al., " Code-division Multiplexed Interferometric Array With Phase Nois Reduction And Low Crosstalk, OFS' 92 Conference Proceedings. s. 266-269; og H.S. Al-Raweshidy, et al., " Spread spectrum technique for passive multiplexing of interferometric optical fibre sensors", SPIE. bind 1314 Fibre Optics '90, s. 342-347). Som vist for en Sagnac-sensorgruppering 600 i figur 16 blir i CDM inngangslyset fra en superfluorescerende fiberkilde 602 (eller annen bredbåndskilde) slik som for eksempel en LED) modulert i en intensitetsmodulator 604 i samsvar med en pseudo-tilfeldig kode som genereres av en kodegenerator 606. Det modulerte lys påtrykkes en interferometersløyfe 608 over en 3x3-kobler 610, og forplantes gjennom en forsinkelsessløyfe 614 samt flere trinn 616(i) i denne gruppering 612.1 den viste utførelse omfatter hvert trinn 616(i) en tilhørende sensor 618(i). Tomme trinn (ikke vist) kan også inngå hvis så ønskes. Lyset returnerer fra sløyfen via 3x3-koblerne 610, og detekteres av en detektor 620. Den elektriske utgang fra detektoren 620 påtrykkes en korrelator 622 sammen med utgangen for kodegeneratoren 606, og denne utgang forsinkes da over et tidsromToorav en forsinkelsesenhet 624. Varigheten av en bitenhet i den pseudotilfeldige kode er kortere enn forplantingsforsinkelsen mellom tilstøtende trinn i grupperingen 612. Når xoorer lik en av sløyfens vandretider Xi gjennom et tilsvarende trinn 616(i), så vil det signal som returnerer fra denne sensor i trinnet 616(i) blir korrelert med en forsinket halvtilfeldig kode. De øvrige signaler som har forsinkelserXj, hvor |xj-xi|>Xbiter korrelert til null. Denne korrelasjonsprosess omfatter for eksempel multiplisering av det detektede signal med 1 eller -1 (eller portstyring av signalet i en elektronisk port 630 til det ikke-inverterende og inverterende innganger til en differensialforsterker 632) avhengig av om korrelasjonskoden er på eller av. Utgangen fra differensialforsterkeren på en utgangsledning 634 utgjør da den korrelerte utgang. Signalet blir så tidsmiddelverdibestemt over en periode tavg som er lik varigheten av koden. De ukorrelerte signaltider har en middelverdi som går mot null, slik at signalet derved isoleres av sensoren 618(i). xooravsøkes for å gjenvinne i rekkefølge signalene fra samtlige sensorer.

En fordel for CDM over TDM er at forsinkelsen mellom sensorene ikke behøver å reguleres nøyaktig. En hvilken som helst sløyfeforsinkelseXjhvori ltj-xj±l|>xbit kan godtas, (hvor Xbit angir varigheten av en puls i koden). Korrelering krever en kjennskap tilXj-verdiene, som lett kan måles. Som ved FDM i bruk av en bredbåndskilde er gunstig for reduksjon av fasestøy, hvilket da kan føre til addisjon av samtlige signaler sammen.

I det foregående er det beskrevet en ny utførelse for en akustisk sensorgruppering basert på Sagnac-interferometeret. Hovedulempen ved denne utførelse er bruken av interferometeret i felles bane. Dette eliminerer omforming av kildens fasestøy til intensitetsstøy, som da vanligvis forekommer i interferometer-sensorer i henhold til Mach-Zehnder, og tillater da bruk av en billig, høyeffekts ASE-kilde eller annen bredbåndskilde. Responsen av en Sagnac-sensorgruppering som en funksjon av akustisk frekvens er vist å passe sammen med havets støygulv. Denne utførelse tillater også dramatisk økning av det dynamiske område uten tillegg av hydrofoner, og ved bruk av en ytterligere, meget kort forsinkelsessløyfe.

En teknikk for å eliminere polarisasjonsindusert signalfading er blitt omtalt ovenfor. Sagnac-sensorgrupperingen muliggjør også bruk av flere multipleksopplegg i enklere utførelsesform enn den som er mulig ved den standardgruppering i henhold til Mach- Zehnder. På grunn av dette trekk, vil utførelsen av Sagnac-sensorgrupperinger frembringe et meget lovende alternativ til interferometersensorgrupperinger i henhold til Mach-Zehnder.

Foldet Sagnac- sensorgruppering

Figurene 17-20 viser alternative utførelser av en fordelt akustisk sensorgruppering basert på Sagnac-effekten, og som har en oppbygning modifisert for å redusere fordelt opptak fra nedføringsfibrene. Spesielt angir figur 17 en foldet akustisk Sagnac-fibersensorgruppering 700 av basistype, og som omfatter en kilde 702, en første detektor 704 og en andre detektor 706. Fortrinnsvis er kilden 702, den første detektor 704 og den andre detektor 706 plassert i tverrenden av sensorgrupperingen 700 (for eksempel på land eller om bord på et skip).

Kilden 702 genererer lyspulser som er koblet til en 3x3-kobler 710 gjennom en nedføringsfiber 708. Som vist, er 3x3-kobleren plassert i våtenden (hvilket vil si i nærheten av havbunnen). 3x3-kobleren 710 har en første utgangsport koblet til den ene ende av et felles fibertrinn (trinn 0) 712, har en andre utgangsport koblet til en første grupperingsinngangs/utgangsfiber 714 på en gruppering 716, samt ha en tredje utgangsport som er ikke-reflekterende avsluttet. Omtrent 33% av lyset fra kilden 702 er koblet til hver av portene, nemlig første og andre utgangsport for 3x3-kobleren og omtrent 33% av lyset forplantes således til det felles fibertrinn 712, og omtrent 33% av lyset overføres til grupperingen 716. Som omtalt ovenfor, og skjønt den her er beskrevet som en 3x3-kobler 710, kan også andre n x n-koblere (for eksempel en 2x2-kobler, en 4x4-kobler etc.) anvendes i forbindelse med utførelsen i figur 17 samt de alternative utførelser i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som er beskrevet nedenfor.

Grupperingen 716 omfatter flere trinn 718(i), (det vil si at 718(i), 718(2)... 718(N)) er koblet mellom den første grupperingsinngangs/utgangsfiber 714 og en andre legeringsinngangs/utgangsfiber 720. Hvert trinn 718(i) omfatter en tilhørende akustisk sensor (hvilket vil si en hydrofon) 722(i). Grupperingen 716 kan med fordel omfatte fordelte erbium-dopede fiberforsterkere (EDFA-enheter) 724, slik som beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 3. (Pumpekilden for EDFA-enheten 724 er ikke vist i figur 17). Skjønt beskrevet her i forbindelse med grupperingen 716, kan andre grupperingekonfigurasjoner også med fordel anvendes i foreliggende oppfinnelse.

Den andre grupperingsinngangs/utgangsfiber 720 kobler gruppering 716 til den første port for en 2x2-kobler 730. En andre ende av fellestrinnet (trinn 0) 712 er koblet til en andre port for 2x2-kobleren 730. Beskrevet her som en gruppering 716 som omfatter flere sensorer 722(i), der det oppnås at foreliggende oppfinnelse også omfatter anvendelser for en sensoranordning som bare har en eneste sensor 722.

En tredje port for 2x2-kobleren 730 er ikke-reflekterende avsluttet i en terminal 732. En fjerde port for 2x2-kobleren 730 er koblet til en nedføringsfiber 730 av forsinkelsessløyfen. Forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 740 kobler den fjerde port på 2x2-kobleren til en første ende av en forsinkelsessløyfe 750. En forsinkelsessløyfe 750 kan være plassert enten i tørrenden, slik som vist, eller i våtenden. En andre ende av forsinkelsessløyfen 730 er koblet til en reflektor 752 på en slik måte at lys som strømmer ut fra den andre ende av forsinkelsessløyfen 750 blir reflektert tilbake inn i forsinkelsessløyfen 750, forplanter seg gjennom denne forsinkelsessløyfe 750 og forplanter seg videre gjennom forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 730 tilbake til den fjerde port på 2x2-kobleren 730. Det lys som returneres fra sløyfens nedføringsfiber 730 blir delt opp av 2x2-kobleren 730, slik at hovedsakelig like andeler forplanter seg i det felles trinn 712 og i grupperingen 716, i begge disse andeler forplanter seg mot 3x3-kobleren 710. De to andeler blir kombinert i 3x3-kobleren 710, hvor de lyspulser som har vandret den samme avstand gjennom grupperingen 716 og det felles trinn 712 vekselvirker med hverandre, og lyspulser som har vandret forskjellige avstander ikke blir gjenstand for noen vekselvirkning. I signaler som resulterer fra denne vekselvirknig utgjør utgang fra 3x3-kobleren 712, og da i form av et første og et andre utgangssignal, som henholdsvis forplantes i den første detektor 704 via en første detektors nedføringsfiber 770 og forplanter seg til den andre detektor 706 via en andre detektors nedføringsfiber 772. Detektorene 704, 706 genererer elektriske utgangssignaler som så analyseres av elektronikk (ikke vist) på vanlig måte for å gjengi de akustiske signalers anslag mot sensoren 72(i). Som det vil bli omtalt nedenfor, vil de signaler som vekselvirker inne i 3x3-kobleren 710 returnere fra hver sensor 722(i) ved forskjellige tidspunkter, og kan derfor separeres ved hjelp av tidsdelt multipleksing, frekvensmultipleksing, kodedelt multipleksing og lignende slik dette er omtalt ovenfor. Ikke-vekselvirkende signaler genererer ikke detekterbare utgangssignaler, og ignoreres.

Utførelsen i figur 17 kan ytterligere modifiseres ved innføring av en depolarisator (ikke vist) i et av fibersegmentene 712, 714 eller 720 i samvirke med en upolarisert kilde, slik som beskrevet ovenfor i forbindelse med Sagnac-interferometeret. Sådanne utførelser vil bli beskrevet nedenfor i forbindelse med figurene 23 A, 23B og 23C.

Lyset i en enkel puls fra kilden 702 vil nå bli sporfulgt gjennom sensorgrupperingen 700. En kildepuls fra kilden 702 blir avgitt, og denne vandrer da nedover kildenedføringen 708 samt gjennom 3x3-kobleren 710 til fellestrinnet 712 samt til grupperingen 716. Sammen er fellestrinnet 712 og N-trinn 718(i) i gruppering 716 i stand til å frembringe N+l separate pulsbaner, slik at kildepulsene kan vandre frem til 2x2-kobleren 730. På grunn av at det foreligger stort N+l separate pulser som kildepulsene skal vandre over, blir pulsstrålen delt opp i N+l separate pulser som da passerer gjennom 2x2-kobleren 730 og vandrer nedover forsinkelsessløyfens nedføring 740 og til forsinkelsessløyfen. Etter å ha passert gjennom forsinkelsessløyfen 750, blir de i N+l-pulser reflektert av reflektoren 752 og vandrer tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, samt nedover forsinkelsessløyfens nedføringsledning 740 til 2x2-kobleren 730 i den våte ende, og da fremdeles N+l er separate pulser. Hver av de N+l-pulser splittes atter opp i N+l-pulser i fellestrinnet 712 samt i N-pulser 718(i). Etter å ha passert gjennom fellestrinnet 712 og trinnene 718(i), blir antallet pulser (N+l)<2>kombinert i 3x3-kobleren 710 og returneres så nedover detektornedføringene 770, 772 tilbake til tørrenden hvor pulsene detekteres av så vel den første som den andre detektor 704, 706 samt analyseres.

På grunn av at det foreligger (N+l)<2>mulige separate kombinasjoner for baner fra kilden 702 til reflektoren 752, samt tilbake til detektorene 704, 706, vil det foreligge (N+l)<2>returpulser. De eneste pulser som vil vekselvirke på usedvanlig måte er pulspar som vandrer eksakt samme banelengde, men i motsatt retning. Med henblikk på den følgende omtale vil en puls bli identifisert ved hjelp av to tall, hvor det første tall identifiserer den bane som følges av pulsen fra kilden 702 til reflektoren 752, mens det andre tall angir en bane pulsen tar fra reflektoren 752 og tilbake til detektorene 704, 706. For eksempel pulsen 0.1 vandrer gjennom fellestrinnet (trinn 0) 712, derpå gjennom forsinkelsessløyfen 750 til reflektoren 752, og så tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, samt derpå gjennom trinnet 718(1). Pulsen 1.0 vandrer først gjennom trinnet 718(1), derpå gjennom forsinkelsessløyfen 750, så frem til reflektoren 752, tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 750, samt derpå gjennom fellestrinnet (trinn 0) 712. På grunn av at den avstanden som tilbakelegges av pulsen 0.1 er den samme som en tilbakelagt avstand av pulsen 1.0, vil pulsen 0.1 og pulsen 1.0 vekselvirke med hverandre når de kombineres i 3x3-kobleren 710, og derfor fastlegge et fellesbane-interferometer (hvilket vil si et foldet Sagnac-interferometer) på samme måte som det Sagnac-interferometer som er beskrevet ovenfor. Akustisk avføling skriver seg fra den hydrofon 722(1) som er plassert i trinn 1 som reagerer på akustisk modulering. De innbyrdes vekselvirkende pulser 01. og 1.0 vil se hydrofonen 722(1) ved forskjellige tidspunkter, og således samle opp en faseforskj ell på grunn av en tidsvarierende akustisk modulasjon av hydrofonen 722(1). Ved 3x3-kobleren 710 blir denne faseforskjell omformet til en intensitetmodulasjon som da dennes nedover detektornedføringene 770, 772 til detektorene 704, 706. Den samme virkning finner sted for pulsene 0.2 og 2.0, for pulsene 0.3 og 3.0 etc.

På grunn av et det foldede Sagnac-interferometer utgjør en fellesbane, kan kilden 702 ha en kort koherenslengde, hvilket innebærer at vekselvirkningen bare vil opptre mellom pulser som har vandret nesten samme banelengde. Pulsen i j vil derfor vekselvirke bare med pulsen j,i. Som angitt ovenfor, vil det foreligge N interferometeret av interesse (hvor pulsen 0,i vekselvirker med pulsen i,0 for i=l til N). Det vil også være mange andre interferometere som ikke inkluderer trinnet (trinn 0) 712 (for eksempel hvor puls 1.2 vekselvirker med puls 2.1, puls 1.3 vekselsvirker med puls 3.1 etc). Slike vekselvirkende pulser bidrar med støy til de nyttige pulser, og kan derfor her henvises til som støypulser. Disse støypulser hører to typer støy. Ved alle pulser, vil de føre ytterligere haggelstøy, svevningsstøy fra ASE-signalet (i en forsterket gruppering), fasestøy, etc, som da øker det detekterte støynivå. I støypulser som danner et uønsket interferometer (puls 1.2, vekselvirker med puls 2.1 etc.) fører også med seg intensitetsmodulasjon på grunn av den interferometriske avføling av akustiske bølger. Denne intensitetsmodulasjon utgjør et uønsket signal som kan betraktes som en støykilde. Det er viktig å legge merke til at disse uønskede interferometere har som sine vekselvirkningspunkter koblere til 180(1) til og med 780(N) hvor ringer 718(1) til og med 719(N) kobles til en første inngangs/utgangs-fiber 714 for grupperingen 716, mens signalpulser vekselvirker i 3x3-kobleren 710. På grunn av at støypulsene vekselvirker før de når frem til 3x3-kobleren 710, vil intensitetsmodulasjonen av støypulsene bli tilført symmetrisk til de to detektorer 704 og 706. De signalpulser som vekselvirker i 3x3-koblere 710, frembringer imidlertid en asymmetrisk intensitetsmodulasjon. Ved derfor å forsterke strømmene fra detektorene 704, 706 differensiert, vil intensitetsmodulasjonen av signalpulsen adderes til hverandre, mens intensitetsmodulasjonen av støypulsene subtraheres fra hverandre, slik at derved støy bidraget fra de uønskede interferometere reduseres.

For fullstendig å eliminere all den støy som legges til fra disse støypulser, kan pulsene av interesse separeres fra støypulsene ved å bruke tidsdelende multiplekse opplegg, og valg av korrekte forsinkelseslengder. Spesielt velges den optiske banelengde fra 3x3-kobleren 710 gjennom fellestrinnet 712 til 2x2-koblerens 730 til å tilsvare en forplantningstid x. Den optiske banelengde av et fiberparti fra 3x3-kobleren til kobleren 780(1), gjennom det første trinn 718(1) til en tilsvarende kobler 790(1), samt til 2x2- kobleren 730 velges da til å være (N+1)t. Et parti av den optiske banelengde utgjøres av en fellesbane fra 3x3-kobleren 710 til kobleren 780(1), samt fra kobleren 790(1) til 2x2-kobleren 730, og et parti av den optiske banelengde er da gjennom trinnet 718(1). De optiske banelengder gjennom hvert av trinnene 718(i) er fortrinnsvis valgt til å være omtrent like. Den totale lengde av den optiske bane fra koblere 780(1) til kobleren 780(2), og den optiske bane fra en kobler 790(2) til kobleren 790(1) er valgt til å være x slik at den totale optiske banelengde fra 3x3-kobleren 710 til 2x2-kobleren 730 gjennom det andre trinn 718(2) er x lengre enn den totale optiske banelengde fra 3x3-kobleren 710 til 2x2-kobleren 730 gjennom det første trinn 718(1) (hvilket vil si at den totale optiske banelengde mellom de to koblere 710-730 gjennom det andre trinn 718(2) er (N+2)t). Den totale tilleggsbanelengde for hvert påfølgende trinn er valgt å være lik x. Vandretiden for lys fra 3x3-kobleren 710 gjennom trinnet 718(i) til 2x2-kobleren 730 er således definert som forsinkelsestiden Ti for trinnet 718(i).

I samsvar med den foregående beskrivelse, er Ti bestemt av optiske banelengder gjennom trinnene på følgende måter:

Ti = x i = 0 (for fellestrinnet 712)

Ti = (N+i)x 1 i <N (for hver av de avfølende trinn 718( 1), 718(2), etc.

Ut fra det foregående kan det innses at den optiske banelengde gjennom det lengst bort liggende trinn N er (N+N)x eller 2Nt.

Varigheten av hver puls er valgt til å ikke være mer enn x. Som anskueliggjort i figur 18, vil således den første puls 800 som returneres til 3x3-kobleren 710 være den puls som har vandret gjennom fellestrinnet 712 (det vil si trinnet 0) fra kilden 702 til reflektoren 752 og tilbake til detektorene 704, 706. Denne puls har da en total forplantingstid på 2%. (En sammenligning av forplantningstidene er forplantingstiden av hver puls til reflektoren 752 gjennom forsinkelsessløyfen 750 og tilbake, ignorert på grunn av at denne forplantningstid er felles for alle pulser, og ganske enkelt fungerer som en forskyvning (ikke vist) av tidsskjemaet i figur 18). Det neste sett 110 av pulser som returneres til detektorene 702, 706 er pulser som vandrer gjennom fellestrinnet 712 i en viss retning, samt vandrer gjennom et avfølingstrinn 718(1) i den motsatte retning (hvilket vil si pulsene 0.1 og 1.0, 0.2 og 2.0, 0.3 og 3.0, samt til og med 0.N og N.0). Disse pulser har respektive forplantingstider på 2t+Nt, 3t+Nt, 4t+Nt, gjennom (N+1)t+Nt. Alle de nyttige pulser mottas således mellom et tidspunkt (N+2)x på et tidspunkt (2N+2)t (inkludert varigheten t av den siste puls mottas). I motsetning til dette mottas de vekselvirkende pulser som vandrer gjennom et avfølingstrinn 718(i) i begge retninger (det vil si pulsene, 1.1, 1.2 og 2.1, 1.3 og 3.1... 2.2, 2.3 og 3.2... etc.) som et sett av pulser 820 eller med tidspunkt 2(N+2)t og et tidspunkt (4N+l)x. Signalpulsene er atskilt fra støypulsene.

I figur 18 er for eksempel antall returnerte pulser hengt opp som en funksjon av tiden for N=50. Som vist, mottas en enkelt puls ved et tidspunkt 2t. Deretter mottas ingen pulser under tidsintervallet med 3t til og med 52t. Fra 52t og til og med 102x mottas to pulser under hver tidsintervall. Støypulsene returneres da fra et tidspunkt 120x til et tidspunkt 101t. På denne måte atskilles signalpulsen i tid fra støypulsene, og hindrer derved støypulsene fra å legge til ytterligere støy til signalpulsene. Elektronikken (ikke vist) er spesielt synkronisert til bare å betrakte de pulser som mottas mellom tidspunktet 52t og tidspunktet 102t.

Det bør bemerkes at kilden 702 kan aktiveres til å sende ut den neste puls ved tidsintervallet 15 Ot i forhold til den foregående puls, fordi tidsintervallet fra Ot til 50t ved respons på den neste puls kan overlappe intervallet fra 15 Ot til 200t for støypulser som returneres som respons på den forutgående kildepuls. Et påfølgende sett 830 av anvendbare pulser kan således begynne å ankomme ved det tidspunkt 20It. Den viste utførelse i figurene 17 og 18 har derfor en total arbeidssyklus på grovt sett en tredjedel for den anvendbare signalinformasjon.

Fordelen ved den foldede akustiske Sagnac-fibersensor 700 fremfor den Sagnac-sløyfe som er vist i de tidligere figurer er at forsinkelsesfiberen 750 er ufølsom for modulasjon. På grunn av at nedføringsledningene ofte er ganske lange, samt er utsatt for store bevegelser og vibrasjoner, er fordelt nedføringsopptak en potensiell seriøs begrensning for en akustisk Sagnac-fibersensor. I den foldede akustiske Sagnac-fibersensor 700, er kilden 708 og detektornedføringene 770, 772 ufølsomme på grunn av at de befinner seg utenfor interferometeret. Forsinkelsessløyfens nedføring 740 er ufølsom på grunn av at alle vekselvirkende pulser vandrer i denne samme tid, bare atskilt av små tidsforsinkelser (omtrent 1 mikrosekund), og ser således samme perturbasjoner. Enhver lavfrekvent modulasjon (meget mindre enn omtrent 1 MHz) på forsinkelsessløyfens nedføring og selve forsinkelsessløyfen sees hovedsakelig likt av begge vekselvirkende pulser, og bidrar således ikke til en faseforskj ell. Grupperingspartiet 716 og fellestrinnet 712 omfatter de eneste følsomme fibere i interferometeret 700.

Som vist i figur 17, kan den fjernpumpede fordelte erbiumdopede fiberforsterker (EDFA-enheter) 724 kan være plassert hvor som helst i grupperingen 716 for å regenerere effekt, slik som omtalt ovenfor.

3x3-kobleren 710 anvendes for passivt å forspenne hver sensor 722(i) i nær kvadratur, og for å muliggjøre kildestøy-subtraksjon. Støysubtraksjon skriver seg fra det forhold at hver detektor 704, 706 er forspent på en motsatt sløyfe (på grunn av den måte signalene kommer ut av 3x3-kobleren 710 er faset i forhold til hverandre), som forårsaker fasemodulasjon som asymmetrisk påvirker intensiteten ved hver detektor, mens kildens overskuddsstøy symmetrisk påvirker intensiteten ved hver detektor. Ved differensiell forsterkning av detektorutgangene blir således de fasemodulasjonsinduserte intensitetsvariasjoner lagt til, mens kildens intensitetsstøy subtraheres på samme måte som signaler fra uønskede interferometere ville ha blitt subtrahert.

I forbindelse med figurene 17 og 18 bør det forstås at en likeartet tidsdelt multipleks virkning kan oppnås ved å frembringe lengre optisk banelengde gjennom fellestrinnet 712 og kortere optiske banelengder gjennom avfølingstrinnene 718(i). Fellestrinnet 712 kan for eksempel med fordel velges å ha en optisk banelengde på 2Nt (for eksempel T0= 2N), mens de optiske banelengder gjennom trinnene med fordel kan velges ved å være t, 2t, 3t, ... Nt. Det ovenfor angitte kan da summeres på følgende måte:

Ti = 2Nt i = 0 (for fellestrinnet 712)

Ti = rc 1 i < N (for hvert av avfølingstrinnene 718(1), 718(2) etc.)

Ifølge det første signal til å returnere vil således ha en optisk forplantingstid (atter utsubtrahering av forplantningstiden gjennom forsinkelsessløyfen 750, og som da er felles for samtlige signaler) på 2t som da er den tid som går med til å passere gjennom det første trinn 718(1) i begge retninger. Den lengste forsinkelse av et hvilket som helst signal som passerer gjennom et av avfølingstrinnene 718(i) i begge retninger er da 2N for en signalpuls som vandrer i begge retninger gjennom det lengst bortliggende avfølingstrinn 718(N). Det første utnyttbare signal som vender tilbake er et signal som skriver seg fra vekselvirkningen mellom et signal som vandrer inn i reflektoren 752 gjennom fellestrinnet 712, og returnerer gjennom det første avfølingstrinn 718(i) ved et signal som vandrer til reflektoren 752 gjennom det første avfølingstrinn 718(1), samt returnerer gjennom fellestrinnet 712. Interferenssignalet vil ankomme ved et tidspunkt (2N01)t, hvilket da er senere enn det siste uønskede signal. Det siste utnyttbare signal vil opptre ved et tidspunkt (2N+N)t (for eksempel 3Nt). Endelig vil signal som frembringes av en puls som har vandret til og fra reflektoren 752 i fellestrinnet 712 ankomme ved et tidspunkt 4Nt, som da vil være godt skilt fra de utnyttbare interferenssignaler.

Det er ønskelig for akustiske sensorer å ha så stort dynamisk område som mulig (nemlig området av de detekterbare akustiske modulasjonsamplituder). Uten å bruke slike demodulasjonsteknikker som inngår i det fasegenererte bærebølgeskjema, vil minste detekterbare fasemodulasjon være bestemt av grupperingens støyadferd, og den minste detekterbare fasemodulasjon (omtrent 1 radian) da være fastlagt av den ikke-lineære responsfunksjon for et interferometer. I en Mach-Zehnder-sensor vil avbildningen av akustisk modulasjon på en fasemodulasjon en funksjon bare av hydrofonens responsevne. Disse begrensninger på den detekterbare fasemodulasjon sammen med avbildningen av akustisk modulasjon på fasemodulasjon bestemmes således i området akustisk modulasjon som sensoren kan detektere.

I en foldet akustisk Sagnac-fibersensorgruppering er avbildningen akustisk modulasjon på fasemodulasjon en funksjon av både responsevnen for hver av hy dro fonene, (sensorene) 722(i) og lengden av forsinkelsessløyfen 750. Ved således å forandre lengden av denne forsinkelsessløyfe 750, kan det dynamiske området av sensorene 722(i) justeres uten å modifisere selve hydrofonene 722(i). Hvis to reflektorer 752(1) og 752(2) brukes, vil i tillegg hver sensor 118(i) ha to forskjellige forsinkelsessløyfer 750(1) og 750(2), slik det er vist i en sensor 850 i figur 19. Dette gjør det mulig for hver sensor 722(i) å returnere to signaler som vil ha innbyrdes forskjellige dynamiske områder, slik som omtalt ovenfor under henvisning til figurene 7 og 8, slik at det totale dynamiske området for hver sensor 722(i) i høy grad økes. Prisen for dette er en reduksjon av arbeidssyklus for hvert enkelt signal med den faktor på l/(antall forsinkelsessløyfer).

Figur 20 viser en sensor 900 som iverksetter en fase-nullstillingsteknikk av samme art som ved teknikker som er blitt brukt i fibergyroskoper. Forsinkelsessløyfereflektoren 752 i figur 17 er ikke brukt i den viste sensor 900 i figur 20.1 stedet blir pulsene heller returnert via en returnedføring 910 inn i den tidligere ubrukte port på 2x2-kobleren 730. En optisk isolator 912 er lagt inn i returnedføringen 910 for å hindre lys fra å vandre i begge retninger i forsinkelsessløyfen 750. Sensor 900 i figur 20 fungerer på samme måte som sensoren 700 i figur 17 med reflektoren 752. Sensoren 900 tillater imidlertid tillegg av en fasemodulator 920 som kobles inn i returnedføringen 910. Fasemodulatoren 920 aktiveres til å legge til en faseforskyvning til hver puls for seg.

Ved tilførsel av den detekterte faseforskyvning inn i fasemodulatoren 920 via en differensialforsterker 920, blir faseforandringer utnullet, og den påkrevede påførte faseforskyvning i fasemodulatoren 920 utgjør da signalet. Denne faseutnullingsmetode, blir det dynamiske området av grupperingen 900 bare begrenset av den maksimale faseforskyvning som fasemodulatoren 920 kan frembringe.

Figur 21 viser en ytterligere alternativ utførelse av figur 19, hvor de to forsinkelsessløyfer 750(1) og 750(2) ikke er koblet til samme

forsinkelsessløyfenedføring. I stedet er den første ende av den første forsinkelsessløyfe 750(1) forbundet med en første forsinkelsessløyfenedføring 740(1), som i sin tur er koblet til den fjerde port på 2x2-kobleren 730 i figur 19. Den andre ende av den første forsinkelsessløyfe 750(1) er koblet til den første reflektor 752(1) slik som før. Den første ende av den andre forsinkelsessløyfe 750(2) er koblet til en tredje port på 2x2-kobleren 730 gjennom en andre forsinkelsessløyfenedføring 740(2), og den andre ende av den andre forsinkelsessløyfe 750(2) er koblet til den andre reflektor 752(2). Omtrent halvparten av lyset fra 2x2-kobleren 730 er koblet til hver sin av nedføringsledningene 740(1), 740(2). Lyset i hver nedføring 740(1), 740(2) er forsinket i de respektive forsinkelsessløyfer 750(1), 750(2) og blir reflektert tilbake til 2x2-kobleren 730, slik som før. Det reflekterte lys er koblet til fellestrinnet 702, samt til grupperingen 716. Forsinkelsen i forsinkelsessløyfen 750(1), 750(2) er valgt slik at ingen av de N+l-pulser som forplantes fra den fjerde port av 2x2-kobleren 770 gjennom den første forsinkelsessløyfe 750(1) overlapper i tid med noen som helst av de N+l-pulser som forplantes ut fra den tredje port på 2x2-kobleren 730 gjennom den andre forsinkelsessløyfen 750(2). Utførelsen i figur 21 gir således omtrent samme funksjonsevne som den viste utførelse i figur 19, men utførelsen i figur 21 utgjør imidlertid det lys som ble koblet ut av den tredje port i 2x2-kobleren 730 i figur 19, og der blir vraket.

Figur 22 viser en alternativ utførelse av en akustisk fiberoptisk sensoranordning 100 som anvender en foldet Sagnac-sensorgruppering. I anordningen 100 blir en kilde 1004 koblet til den første port på en 2x2-polarisasjons-bibeholdende kobler 1006 av en X-polarisator 1008. En detektor 1002 er koblet til en andre port på 2x2-kobleren 1006 via en x-polarisator 1010. En andre detektor (ikke vist) kan med fordel inngå i den viste utførelse i figur 22 for å koble lys fra den fiber som fører til kilden 104. X-polarisatoren 1008 viderefører bare slikt lys fra kilden 1004 som har en første polarisering (for eksempel en X-polarisering). En polarisasjonsbibholdende kobler 1006 mottar således lys med en X-polarisering fra kilden 1004, og kobler så dette lys til et fellestrinn 1020 via en tredje port, samt til en sensorgruppering 1022 via en fjerde port. Sensorgrupperingen 1022 har en lignende oppbygningsstruktur som sensorgrupperingen 716 i figur 17, og like elementer er da blitt nummerert i samsvar med dette.

Det bør bemerkes at de to X-polarisatorer 1008,1010 kan erstattes av en eller flere X-polarisatorer på alternative steder i anordningen 1000.

Fellestrinnet 1020 er koblet via en X-polarisator 1030 til en første port, og en andre polarisasjonsbibeholdende 2x2-kobler 1032. Det lys som forplantes til grupperingen 1022 passerer først gjennom en depolarisator 1034 og videreføres derpå til den første inngangs/utgangsfiber 714. Depolarisatoren 1034 kobler hovedsakelig like mengder X-polarisert lys til X-polarisert lys og til Y-polarisert lys. Omtrent 50% av lyset forplantes således i grupperingen 1022 som X-polarisert lys, og omtrent 50% forplantes i grupperingen 1022 som Y-polarisert lys.

Etter å ha passert gjennom trinnene i grupperingen 1022, forplantes lyset via den andre inngangs/utgangs-fiber 720 og en Y-polarisatorl040 til en andre port på den andre kobler 1032. Y-polarisatoren 1040 tillater bare Y-polarisert lys å trenge inn i den andre kobler 1032. Denne kobler 1032 kombinerer lys fra grupperingen 1022 med lys fra fellestrinnet 1002. Omtrent halvparten av det lys som løper inn i kobleren 1032 er over en tredje port på kobleren 1032 forbundet med en lysabsorberende avslutning 1042, og omtrent halvparten av dette lys er koblet til en nedføringsfiber 1050, som da viderefører lyset til en første ende av en forsinkelsessløyfe 1052.

Lys passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1052 til et roterende Faraday-speil (FRM) 1054. Arbeidsfunksjonen for dette Faradayroterende spil 1054 vil være velkjent, og vil nå ikke bli beskrevet her i detalj. Når lys faller inn på dette Faradayroterende speil 1054 med en viss polarisasjon, blir det prinsipielt reflektert med den ortogonale polarisasjon. Det X-polariserte lys som passerer gjennom fellestrinnet 1020 blir således reflektert som Y-polarisert lys, mens det Y-polariserte lys som har passert gjennom grupperingen blir reflektert som X-polarisert lys.

Det reflekterte lys passerer tilbake gjennom forsinkelsen 1052, og løper inn gjennom den fjerde port på kobleren 1032. Lyset er koblet til fellestrinnet 1020 og til grupperingen 1022. X-polarisatoren 1030 i fellestrinnet viderefører bare lys medX-polarisering, og som opprinnelig har passert gjennom grupperingen 1022. På lignende måte viderefører Y-polarisatoren 1040 i grupperingen 1022 bare Y-polarisert lys som opprinnelig har forplantet seg gjennom fellestrinnet 1020.

Etter vandring gjennom grupperingen 1022 blir det tilbakevendende Y-polariserte lys depolarisert i depolarisatoren 1034 for derved å frembringe både X-polarisert lys og Y-polarisert lys. Lyset fra fellestrinnet 1020 løper inn gjennom den tredje port på kobleren 1006, mens lyset fra depolarisatoren 1034 løper inn gjennom den fjerde port på kobleren 1006. Disse lys kombineres i kobleren, og X-polarisert lys fra de to porter som har vandret samme optiske avstand vekselvirker med hverandre og blir koblet til henholdsvis den første og den andre port. Den lysandel som er koblet til den andre port forplantes gjennom X-polarisatoren 1010 til detektoren 1002, hvor de vekselvirkende signaler blir detektert.

Det bør forstås at bare det lys som opprinnelig har vandret forskjellige forplantningsbaner til og fra i foreliggende roterende Faradayspeil 1054 vil vekselvirke i kobleren 1006. Det eneste lys som tillattes å forplante seg gjennom fellestrinnet 1020 i refleksjonsretningen er da X-polarisert lys som opprinnelig har forplantet seg i grupperingen 1022 som Y-polarisert lys. På lignende måte vil bare det lys tillates å forplante seg gjennom noen som helst av trinnene i grupperingen 1022 i refleksjonsretningen være Y-polarisert lys som opprinnelig har forplantet seg i fellestrinnet 1020 som Y-polarisert lys. Potensielt vekselvirkende lys kan ikke vandre gjennom trinnene i begge retninger for å frembringe de støysignaler som er beskrevet ovenfor i forbindelse med de ovenfor omtalte utførelser. Hver av pulsene som genereres i grupperingen 1022 ut ifra den reflekterte puls som opprinnelig har vandret i fellestrinnet 1020 kan således bare interferere med en eneste av de pulser som opprinnelig er blitt generert i grupperingen 1022, og som har forplantet seg i fellestrinnet 1020 etter at den ble reflektert. I denne viste utførelse i figur 22 vil det således ikke være nødvendig å inkludere ytterligere forsinkelser for å separere de utnyttbare signalpulser fra støypulser.

Figurene 23 A, 23B og 23C anskueliggjør ytterligere alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse. En sensorgruppering 1100 i utførelsene i figurene 23 A, 23B og 23C er av lignende art som sensorgrupperinge 700 i den viste utførelse i figur 17, og like elementer er da blitt nummerert i samsvar med dette. Utførelsen i figurene 23 A, 23B og 23 C omfatter da en upolarisert kilde 1102. 2x2-kobleren 730 i figur 17 er erstattet med polarisasjonsstråledeler (PBS) 1104 i figurene 23A, 23B og 23C. Bruken av polarisasjonsstråledeleren 1104 varer omtrent 6 dB sammenlignet med kobleren 730 i figur 17 og kobleren 1130 i figur 22. Reflektoren 752 i figur 7 erstattes med et roterende Faradayspeil (FRM) 1106, som da er av lignende utførelse som det viste roterende

Faradayspeil 1054 i figur 22. 3x3-kobleren 710 i figurene 23A, 23B og 23C er ikke utstyrt med en polariseringsbibeholdende kobler.

Hver av figurene 23A, 23B og 23C omfatter en depolarisator 1110.1 figur 23 A er depolarisatoren 1110 plassert på den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714.1 figur 23B er depolarisatoren 1110 anordnet på fellestrinnet 712.1 figur 23C er depolarisatoren 1110 plassert på den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720.

I den siste utførelse i figur 23 A i lys fra den upolariserte kilde 1102 løper inn i 3x3-kobleren 710, og vil bli koblet med omtrent like andeler til henholdsvis fellestrinnet 712 og den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714. Som omtalt ovenfor i forbindelse med figurene 3 og 17, medfører bruk av 3x3-kobleren passiv forspenning nær kvadraturlys som forplanter seg i den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714 passerer gjennom depolarisatoren 1110, hvilket har den virkning at den bringer hovedsakelig halvparten av det lys som løper inn på grupperingen i en viss polarisasjon (for eksempel X-polarisasjon) og blir koblet inn på den ortogonale polarisasjon (for eksempel Y-polarisasjonen), og likeledes vil halvparten av det lys som løper inn på grupperingen i Y-polarisasjon bli koblet til X-polarisasjon. Etter depolarisatoren 1110 vil således halvparten av lyset i X-polarisasjon ha sin opprinnelse i X-polarisasjon, mens den annen halvdel av lyset i X-polarisasjon har sin opprinnelse i Y-polarisasjon. I depolarisatoren 1101 vil likeledes halvparten av lyset i Y-polarisasjonen ha sin opprinnelse i Y-polarisasjon, mens den andre halvdel av lyset i Y-polarisasjon har opprinnelig vært i X-polarisasjon. Depolarisatoren 1101 omkaster således effektivt upolarisert lys.

Lyset passerer gjennom grupperingen 716 på den måte som er beskrevet ovenfor i forbindelse med andre utførelser. Lyset som løper ut fra grupperingen 716 forplanter seg gjennom den andre inngangs/utgangsfibergruppering 720 til den første port 1121 polariseringsstråledeleren 1104. Denne polariseringsstråledeleren 1104 deler opp det innfallende lys i to polarisasjoner som står vinkelrett på hverandre (nemlig X-polarisasjon og Y-polarisasjon). Som grunnlag for den omtale antas det at polarisasjonsstråledeleren 1104 fungerer på samme måte som et polarisasjonsavhengig speil orientert 45°, hvor da lys som trenger inn i den første port 1121 med en viss polarisering (for eksempel X-polariseringen) blir reflektert til en andre port 1122, mens lys som trenger inn i den første port 1121 i den andre polarisasjon (for eksempel Y-polarisasjonen) blir videreført til en tredje port 1123.1 den viste utførelse blir lys som løper ut fra den andre port 1122 blir ikke reflekterende absorbert av avslutningen 732. Det Y-polariserte lys som kommer ut fra den tredje avslutning 1123 forplantes gjennom forsinkelsessløyfens nedløpsfiber 740, gjennom forsinkelsessløyfen 750 til det roterende Faradayspeil 1106. Bemerk at dette Y-polariserte lys fra grupperingspartiets 716 har vandret gjennom depolarisatoren 1110, og halvparten av lyset har da vært opprinnelig X-polarisert lys og halvparten av det har vært Y-polarisert lys. Som omtalt ovenfor, bringer det roterende Faradayspeil 1106 innfallende lys til å bli koblet til den ortogonale polarisasjon. Y-polarisert lys blir således koblet til X-polarisasjonen.

Det X-polariserte lys som er reflektert fra det roterende Faradayspeil 1106 passerer gjennom forsinkelsessløyfen 750, og forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 740 tilbake til den tredje port 1223 på polarisasjonsstråledeleren. På grunn av at lyset nå befinner seg i X-polarisasjon kan lyset bli reflektert gjennom en fjerde port 1124 heller enn å bli overført gjennom en femte port 1121. Det Y-polariserte lys som opprinnelig falt inn på polariseringsstråledeleren fra grupperingen 716, blir koblet til fellestrinnet 712 for å forplantes tilbake til 3x3-kobleren 710 i X-polarisasjon.

Upolarisert lys som har forplantet seg fra 3x3-kobleren 710 til polariseringsstråledeleren 1104 via fellestrinnet 712 løper inn i polariserings-bølgesplitteren 1104 innom den fjerde port 1124. Lyskomponentene i Y-polarisasjon blir overført til den andre port 1122, og blir ikke-reflekterende avsluttet av avslutningsenheten 732. Komponentene av lys i X-polariseringsretningen blir reflektert til den tredje port 1123, og forplantes til det roterende Faradayspeil 1106 gjennom forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 740, og forsinkelsessløyfen 750. (Grunnen for å inkludere polarisatoren 1110 vil nå kunne forstås). På grunn av at bare det X-polariserte lys fra fellestrinnet 712 er koblet til forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 730, vil depolarisatoren 1110 sikre at det lys som kobles fra grupperingen 716 til forsinkelsessløyfens nedføringsfiber 740, også omfatter en viss andel lys som opprinnelig er blitt X-polarisert. Det roterende Faradayspeil 1106 reflekterer da lyset som Y-polarisert lys, og dette Y-polariserte lys forplantes gjennom forsinkelsessløyfen og nedføringsfiberet til den tredje port 1123 og polariseringsstråledeleren 1104.

Det Y-polariserte lys som faller inn på den tredje port 1123 på polariseringsstråledeleren 1104 blir videresendt til den første port 1121, og således til den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720. Det Y-polariserte lys forplanter seg gjennom grupperingen 716 til den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714, og passerer så gjennom depolarisatoren 1110 til 3x3-kobleren 710. Depolarisatoren 1110 arbeider slik at den omformer omtrent 50% av det Y-polariserte lys til X-polarisert lys. Dette X- polariserte lys fra depolarisatoren 1110 vekselvirker med det X-polariserte lys fra fellestrinnet 712. Det resulterende kombinerte lys blir detektert av detektoren 704 eller detektoren 706, i samsvar med fasesammenhengen mellom de innbyrdes vekselvirkende lyssignaler i 3x3-kobleren 710.

Det bør bemerkes at det X-polariserte lys som faller inn på 3x3-kobleren 710 fra depolarisatoren 1110 og det X-polariserte lys fra fellestrinnet 712 vandrer like store banelengder. Lys som forplantes gjennom fellestrinnet 712 forplanter seg først i X-polarisering gjennom fellestrinnet 712 og forplanter seg derpå gjennom grupperingen 716 i Y-polarisasjon. På den annen side vil lys som forplantes gjennom grupperingen 716 først forplante seg i Y-polarisering gjennom grupperingen 716 og forplantes så med X-polarisasjon gjennom fellestrinnet. På grunn av de to "motsattforplantende" lyssignaler befinner seg i samme polarisasjonstilstand når de forplanter seg gjennom de tilsvarende deler av vekselvirkningsbanen, vil forplantningslengdene være like store bortsett fra virkningen av innfallende støy som avfølges av grupperingen 716.

Det bør forstås at avslutningsleddet 732, som er koblet til den andre port 1122 på polariseringsstråledeleren 1104, kan erstattes med en andre forsinkelsessløyfe (ikke vist) og et andre roterende Faradayspeil (ikke vist), for derved å opprette en andre interferometerbane for lys som vekselvirker i Y-polarisering. Ved å justere en forsinkelse som er frembragt av den andre forsinkelsessløyfe, kan retursignaler fra den andre interferometerbane hindres fra overlapping med retursignalene fra den første interferometerbane.

Utførelsen i figur 23B er lik den viste utførelse i figur 23 A bortsett fra at depolarisatoren 1110 er plassert i et fellestrinn 712. Virkningen av depolarisatoren 1110 i figur 23B er (1) å bringe en del av lyset i fellestrinnet 712 til å returnere fra polariseringsstråledeleren 1104 i en eneste polarisering (for eksempel X-polariseringen) for å kobles til den ortogonale polarisering, og (2) å omkaste det upolariserte lys som vandrer fra 3x3-kobleren 710 gjennom fellestrinnet 712 mot polariseringsstråledeleren 1104. Dette sikrer at lyset vekselvirker når det rekombineres i 3x3-kobleren 710 (den samme grunn til at depolariatoren 1110 ble tilført fiberen 718 i figur 23 A).

Utførelsen i figur 23C er også lik utførelsen i figur 23A bortsett fra at depolarisatoren 1110 er plassert i den andre grupperingsinngangs/utgangsfiber 720. Utførelsen i figur 23C er funksjonelt ekvivalent med utførelsen i figur 23A, fordi det ikke spiller noen rolle om lyset passerer gjennom grupperingspartiet 716 og derpå passere gjennom depolarisatoren 1110 eller passerer gjennom depolarisatoren 1110 først og så passerer gjennom grupperingspartiet 716. Arbeidsfunksjonen for utførelsen i figur 23C er da hovedsakelig den samme som arbeidsfunksjonen for den viste utførelse i figur 23 A, slik som beskrevet ovenfor.

Figur 24 viser en ytterligere alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse, hvor en foldet Sagnac-sensorgruppering 1200 inkluderer polariseringsstråledeleren (PBS) 1104, det roterende Faradayspeil (FRM) 1106 og depolarisatoren 1110 er koblet som vist i grupperingen 1100 i figur 23 A. Andre komponenter fra figur 23A er også nummerert som tidligere. Forskjell fra grupperingen 1100 i figur 23 A, som er utstyrt med 3x3-kobleren 710, har den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200 en polariseringsbibeholdende (PM) 2x2-kobler 1220 koblet på lignende måte som 2x2-kobleren 1006 i figur 22. En port på 2x2-kobleren 1220 er koblet til en første port for en optisk sirkulator 1222 via en første polariserer 1224. En andre port på den optiske sirkulator 1222 er koblet til en første detektor 1226. En tredje port for den optiske sirkulator 1222 er forbundet med en upolarisert kilde 1228 (for eksempel en intensitetsmodulert superfluoriserende fiberkilde). En andre port på 2x2-kobleren 220 er koblet til en andre detektor 1230 via en andre polariserer 1232. Detektorene 1226 og 1230, samt den upolariserte kilde 1228 ble koblet til sirkulatoren 1222 ved hjelp av standardfibere (ikke polariserings-opprettholdende). Polarisererne 1224 og 1232 er koblet til en polariseringsbibeholdende kobler 1220 gjennom

denpolariseringsopprettholdende fiber, slik at polarisererne 1224, 1232 er rettet inn med samme akse for den polariseringsopprettholdende 2x2-kobler 1220. Hvis en polarisert

kilde anvendes alternativt i stedet for den upolariserte kilde 1228, blir denne polariserte kilde (ikke vist) koblet til en polariseringsopprettholdende sirkulator (ikke vist) over en polariseringsopprettholdende fiber, og den polariseringsopprettholdende sirkulator er da forbundet med polarisereren 1224 over polariseringsopprettholdende fiber. De komponenter som opprettholder polarisering er koblet slik at det polariserte lys fra kilden passerer gjennom polarisereren 1224. Forbindelsene fra den polariseringsopprettholdende sirkulator til detektorene 1226 og 1230 er utført ved hjelp av standardfibre (ikke polariseringsopprettholdende).

Den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200 omfatter videre en ikke-resiprok faseforskyver 1250. Denne faseforskyver 1250 er koblet til fellestrinnet 712 via en første optisk fiber 1252 med en første ende 1254 og en andre ende 1256, samt via en andre optisk fiber 1258 med en første ende 1260 og andre ende 1262. Den første ende 1254 av den første optiske fiber 1252 er koblet til det fellestrinn 712 nær inntil 2x2- kobleren 1220 via en første kobler 1264. Den første ende 1260 av den andre optiske fiber 1258 er koblet til fellestrinnet 712 nær inntil en polariserendestråledelerenl 104 over en andre kobler 1266.1 respektive andre ender 1256,1262 av første og andre optiske fiber 1252, 1258 er koblet til faseforskyveren 1250, slik det vil bli omtalt nedenfor i forbindelse med figurene 25 og 26.

Fortrinnsvis er fellestrinnet 712, den første fiber 1252 og den andre fiber 1258 i polariseringsopprettholdende (PM)-fibere, mens den første kobler 1264, den andre kobler 1266 og 2x2-kobleren utgjøres av polariseringsopprettholdende (PM)-koblere. Fortrinnsvis er også den første kobler 1264 og den andre kobler 1266 50/50-koblere som kobler omtrent 50% av det lys som løper inn i fellestrinnet 712 i begge retninger til faseforskyveren 1250, mens omtrent 50% av lyset forblir i fellestrinnet. Den ikke-resiproke faseforskyver 1250 og de tilordnede fibere danner således et andre trinn 1268

i parallell med fellestrinnet 712.

Fortrinnsvis inkluderer en av trinnene 712, 1268 (for eksempel fellestrinnet 712) et forsinkelseselement (for eksempel en forsinkelsessløyfe 1269) som innfører en tidsforsinkelse i et trinn og som er tilstrekkelig for å hindre at de pulser som forplantes gjennom trinnet fra å overlappes. Derfor vil det lys som returnerer til 2x2-kobleren 1220 fra sensorgrupperingen 716 omfatte således to pulser for hver sensor som ligger i innbyrdes tidsavstand fra hverandre. En puls omfatter det kombinerte lys som passerer gjennom fellestrinnet 712 i hver retning. Den andre puls omfatter det kombinerte lys som passerer gjennom den ikke-resiproke faseforskyver 1250 i hver retning. Det bør forstås at en lyspuls som passerer gjennom faseforskyveren 1250 i en viss retning, og den lyspuls som passerer gjennom fellestrinnet 712 i den andre retning, har hovedsakelig forskjellige forplantningstider og vil ikke overlappes i kobleren 1220. De vil således ikke vekselvirke med hverandre.

Det lys som passerer gjennom fellestrinnet 712 i en retning blir ikke gjenstand for noen som helst faseforskyvning inne i fellestrinnet 712 i forhold til det lys som passerer gjennom fellestrinnet i den andre retning. Det kombinerte lys som passerer gjennom fellestrinnet 712 i begge retninger har da en relativ faseforspenning lik null. Som omtalt ovenfor, innføres imidlertid den ikke-resiproke faseforskyver 1250 ved en forskyvning av lyset i den ene retning i forhold til lyset i den andre retning. Spesielt, og i en foretrukket utførelse innfører faseforskyveren 1250, en relativ7t/2 faseforskyvning mellom lyset i de to retninger. Det lys som trenger inn i kobleren 1220, og som har forplantet seg gjennom faseforskyveren 1250 i begge retninger, vil kombineres i kobleren 1220 med en faseforspenning på % I2.

En fagkyndig på området vil erkjenne at 50-prosentkobleren 1220 i den interferometriske konfigurasjon som er vist i figur 24 vil koble returlys til den utgangsport som tilsvarer den opprinnelige inngangsport når returnerende lys og de to inngangsporter vekselvirker i kobleren, og har en relativ faseforskj ell på 0, 2%, 4n etc, og kobler returnerende lys til den andre utgangsport når lyset har en relativ faseforskj ell på 7i, 3n, 5% etc Når det returnerende lys har en relativ faseforskjell som ikke er noen multippel av n, vil en viss del av det returnerende lys angi utgang fra begge porter. For eksempel når den relative faseforskjell utgjør et oddemultippel av %/ 2 (for eksempel n/ 2, 3%/ 2 etc), vil omtrent 50% av det returnerende lys være koblet til hver utgangsport. Ved å opprette to innbyrdes uavhengig forplantningsbaner, vil hver detektor 1226, 1230 motta to signaler som ligger i innbyrdes avstand i tid, og kan derfor detekteres separat. Et visst signal har en O-faseforspenning, og et annet signal har en7t/2-faseforspenning, slik at når ett av signalene er mest følsomt for perturbasjon, så vil det andre signal være mest følsom for perturbasjonen, og vise versa. Det bør forstås at ytterligere trinn i parallell med fellestrinnet 712, og med forskjellige verdier av relativ faseforskyvning, kan inkluderes for å frembringe pulser med forskjellige faseforspenninger.

Figur 25 viser en alternativ utførelse av en foldet Sagna-sensorgruppering 1200', som da er hovedsakelig lik den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200 i figur 24.1 den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200' i figur 25, er imidlertid depolarisatoren 1110 plassert i den andre grupperingsinngangs/utgangsfiber 720 i stedet for i den første grupperingsinngangs/utgangsfiber 714. På grunn av en resiprok oppbygning av sensorgrupperingen 716, vil omplassering av depolarisatoren 1110 til fiberen 720 ikke forandre den totale arbeidsfunksjon for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200' sammenlignet med arbeidsfunksjonen for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200. Arbeidsfunksjonen for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1200' vil således ikke bli beskrevet i detalj her.

Utførelsen i figurene 24 og 25 omfatter sensorgrupperingen 716, som er blitt beskrevet i detalj ovenfor. Det bør forstås at andre konfigurasjoner av forsterkende sensorgrupperinger også kan brukes i stedet for sensorgrupperingen 716 i de viste utførelser i figurene 24 og 25.

Figur 26 viser en første foretrukket utførelse av den ikke-resiproke7t/2-faseforskyver 1250 i figurene 24 og 25. Som vist i figur 26, fatter faseforskyveren 1250 en første kollimerende linse 1270, en første 45° Faradayrotator 1272, en kvartbølgeplate 1274, en andre 45° Faradayrotator 1276 og en andre kollimeringslinse 1278.1 den viste utførelse omfatter den første Faradayrotator 1272, den andre Faradayrotator 1276 og kvartbølgeplaten 1274 masseprodusert optiske innretninger som er kommersielt tilgjengelig, men kan med fordel omfatte fiberoptikk eller andre bølgelederinnretninger. Kollimeringslinsene 1270, 1278 er posisjonsinnstilt nær inntil de andre ender 1256, 1262 av PM-fibrene 1252, 1258 for det formål å fokusere lys fra fibrene 1256, 1262 på Faradayrotatorene 1272, henholdsvis 1276, samt å fokusere lys fra Faradayrotatorene 1272, 1276 inn på fiberendene 1256, 1262. Hver av disse Faradayrotatorer 1272, 1276 reagerer på velkjent måte for å bringe lysinngangen til Faradayrotatoren med sin polarisering i en bestemt vinkel, for derved å rotere polariseringen slik at polariseringen vil ligge i en ny vinkel dreiet til forutbestemt verdi i forhold til den opprinnelige vinkel. I den foretrukne utførelse vil for eksempel hver Faradayrotator 1272, 1276 dreie polarisering av det innfallende lys med 45° i retning mot urviseren (ccw). Som vist i figur 26, vil således lys som tennes ut fra enden 1256 av PM-fiberen 1252 med sin polarisering orientert horisontalt, bli dreiet 45° mot urviseren i den første Faradayrotator 1272, slik at polarisering blir orientert i en vinkel på 45° i urviserens retning i forhold til sin opprinnelige orientering, når det løper ut fra den første Faradayrotator 1272.

Kvartbølgeplaten 1274 er posisjonsinnstilt mellom de to Faradaøyrotatorer 1272, 1276. Denne kvartbølgeplate 1274 har en første dobbeltbrytningsakse 1280, og en ortogonal andre dobbelbrytningsakse 1282. Lys som forplanter seg med en polarisering orientert langs en dobbeltbrytningsakse (for eksempel den første dobbeltbrytningsakse 1280), vil ha en langsommere forplantningshastighet enn det lys som forplanter ved den polarisering orientert langs den andre dobbeltbrytningsakse (for eksempel den andre dobbeltbrytningsakse 1282). Kortbølgeplaten 1272 er orientert slik at for eksempel den første dobbeltbrytningsakse 1280 er orientert i en vinkel på 45° i retning med urviseren i forhold til vertikalretningen, og er derfor orientert slik at det lys som kommer ut fra den første Faradayrotator 1272 blir orientert langs den første dobbeltbrytningsakse 1280, og står da vinkelrett på den andre dobbeltbrytningsakse 1282. På grunn av forskjellen mellom forplantningshastighetene langs de to akser, vil kortbølgeplaten 1274 innføre en faseforskyvning på7t/2 eller 90° på det lys som er polarisert langs den første dobbeltbrytningsakse 1280 i forhold til det lys som er polarisert langs den andre dobbeltbrytningsakse 1282.1 henhold til dette utførelseseksempel vil således det lys som opprinnelig forplantet seg med horisontal polarisering som er blitt dreiet for å være rettet inn med den første dobbeltbrytningsakse 1280, innføre en relativ faseforskyvning på 90° i forhold til ethvert lys som forplantes langs den andre dobbeltbrytningsakse 1282.

Etter å ha passert gjennom kvartbølgeplaten 1274, vil lyset passere gjennom den andre Faradayrotator 1276, og vil atter bli dreiet 45° i retning mot urviseren. Lys som strømmer ut fra den andre Faradayrotator 1276 passerer gjennom den andre kollimeringslinse 1278, og blir da fokusert inn på den andre ende 1262 av den andre PM-optiske fiber 1258. Det bør forstås ut fra beskrivelsen ovenfor at ethvert lys som avgis fra den første PM-optiske fiber 1252 i en horisontal polarisering vil trenge inn i den andre PM-optiske fiber 1258 ved vertikal polarisering. Som omtalt ovenfor, i det lys som trenger inn i den andre PM-optiske fiber 1258 med vertikal polarisering ha forplantet seg langs den langsomme dobbeltbrytningsakse 1280 for kvartbølgeplaten 1274, og vil da påføre en relativ faseforskjell på%I2 i forhold til det lys som forplantes langs den raske dobbeltbrytningsakse 1282.

Som angitt ved denne beskrivelse, arbeider den ikke-resiproke faseforskyver 1250 på ikke-resiprok måte på grunn av arbeidsfunksjonen for Faradayrotatorene 1272, 1276. Som beskrevet ovenfor, i det lys som passerer gjennom Faradayrotatorene 1272, 1276 fra den første PM-fiber 1252 til den andre PM-fiber 1258 dreiet 45° i retning mot urviseren av hver rotator i forhold til lysets forplantningsretning, slik som vist i figur 25. Hvis Faraday-rotatorene var resiproke, ville lys som det forplantes gjennom Faradayrotatorene 1272, 1276 i den motsatte retning også blir dreiet i retning mot urviseren i forhold til lysets forplantningsretning. Da imidlertid Faradayrotatorene er ikke-resiproke, vil lys bli dreiet i den motsatte retning (hvilket vil si i retning med urviseren i forhold til lysets forplantningsretning). Denne ikke-resiproke virkning er anskueliggjort i figur 27 og lys som passerer fra den andre ende 1262 av den andre PM-fiber 1258, gjennom den ikke-resiproke faseforskyver 1250 til den andre ende 1256 av den første PM-fiber 1252. Slik den vil sees i figur 7, vil det bemerkes at dreiningen synes atter å være i retning mot urviseren, idet lyset nå forplantes i retning mot betrakteren. Lys som sendes ut fra den andre ende 1262 av den andre PM-optiske fiber 1258 i vertikal polarisering passerer gjennom den andre kollimeringslinse 1278, samt gjennom den andre Faradayrotator 1276, og dreies da til en orientering i flukt med den andre (raske) dobbeltbrytningsakse 1282 for kvartbølgeplaten 1274. Disse, med opprinnelig vertikal polarisering, farer således ikke noen relativ forsinkelse når det forplantes gjennom kvartbølgeplaten 1274. Etter å ha passert gjennom kvartbølgeplaten 1274, passerer lyset gjennom den første Faradayrotator 1272, slik at lyset dreies ytterligere 45° til horisontal polarisering. Dette lys ble så fokusert gjennom den første kollimeringslinse 1270 inn på den andre ende 1256 av den første PM-optiske fiber 1252.

Ut fra det som er angitt ovenfor, vil det innses at det horisontalt polariserte lys passerer inn i en første retning fra det første PM-fiber 1252 til det andre PM-fiber 1258 via den ikke-resiproke faseforskyver 1250 forplantes langs den langsomme dobbeltbrytningsakse 1280 for kvartbølgeplaten 1274 og erfarer da en relativ faseforsinkelse på 90° eller%I2. Det horisontalt polariserte lys som forplantes i en første retning noteres slik at lyset blir orientert i vertikal polarisasjonsretning når det løper inn i den andre PM-fiber 1258. Omvendt vil vertikalt polarisert lys som passerer fra den andre PM-fiber 1258 til den første PM-fiber 1252 via den ikke-resiproke faseforskyver 1250 inn i den andre retning forplantes gjennom den raske dobbeltbrytningsakse 1280 for kvartbølgeplaten 1274, og erfarer derfor ikke en relativ faseforsinkelse. Det vertikalt polariserte lys som forplantes i den andre retning, dreies da slik at lyset orienteres i horisontal polarisasjonsretning når det løper inn i den første PM-fiber 1252. Som det vil blir omtalt mer fullstendig nedenfor, vil den relative faseforskyvning mellom det horisontalt polariserte lys som forplantes i en første retning, i forhold til det vertikalt polariserte lys som forplantes i en andre retning, utgjøre en faseforspenning på7t/2. Figurene 28 og 29 viser en alternativ utførelse av den ikke-resiproke faseforskyver 1250, hvor en første Faradayrotator 1272 er posisjonsinnstilt mellom kvartbølgeplaten 1274 (nå betegnet som den første kvartbølgeplate) og en andre kvartbølgeplate 1294.1 figur 28 blir lyset fra den andre ende 1256 av den første PM-fiber 1252 kollimert ved hjelp av den første kollimeringslinse 1270, slik som tidligere. Lyset finner seg opprinnelig i horisontal polarisasjonstilstand. Når dette lys passerer gjennom den første kvartbølgeplate 1274, blir det omformet i lys med sirkulær polarisering. Det sirkulært polariserte lys passerer gjennom den første Faradayrotator 1272, som da påfører det sirkulært polariserte lys i en faseforskyvning på (|>. I den foretrukne utførelse blir den første Faradayrotator 1272 valgt til å forårsake en faseforskyvning på7t/4. Lyset fra Faradayrotatoren 1272 forblir sirkulært polarisert, og passerer gjennom den andre kvartbølgeplate 1294, som da omformer det sirkulært polariserte lys til lineært polarisert lys med vertikal polariseringsretning. I tillegg til å befinne seg i vertikal polarisering, erfarer lyset en faseforskyvning på § (for eksempel (|>/4). Figur 29 viser arbeidsfunksjonen for den alternative utførelse av den ikke-resiproke faseforskyver 1250 for lys som forplantes i motsatte retninger. I figur 29 blir vertikalt polarisert lys fra den andre ende 1262, og den andre PM-fiber 21260, kollimert av den andre kollimeringslinse 1278 og passerer så gjennom den andre kvartbølgeplate 1294. Denne andre kvartbølgeplate 1294 omformer det vertikalt polariserte lys til lys som har sirkulær polarisering. Dette sirkulært polariserte lys passerer gjennom den første Faradayrotator 1272, og erfarer da en faseforskyvning som tidligere. På grunn av at lyset forplantes gjennom den første Faradayrotator 1272 i motsatt retning, vil lyset erfare en motsatt rettet faseforskyvning på (for eksempel - n/ 4). Lyset fra den første Faradayrotator 1272 passerer gjennom den første kvartbølgeplate 1274, hvor det sirkulært polariserte lys omformes til lineært polarisert lys med horisontal polarisering. Lyset som forplantes i de to retninger erfarer således en total relativ faseforskyvning på 2<E> (for eksempel n/ 2), hvilket har den samme virkning som den første utførelse av den ikke-resiproke faseforskyver 1250, slik det er vist i figurene 26 og 27.

Virkningen av den ikke-resiproke faseforskyver 1250 på polariseringens orientering og faseforsinkelse frembringer den forspenningsvirkning som er beskrevet ovenfor, og at den vil bli forklart i forbindelse med figur 24. Som vist i figur 24, blir det lys som trenger inn i den andre PM-fiber 1258 i vertikal polarisering kombinert i den andre PM-kobler 1266 med det lys som forplantes gjennom trinnet 712 fra den første PM-kobler 1264 til den andre PM-kobler 1266. Av grunner som vil fremtre klart under den følgende omtale, vil det være ønskelig at det lys som trenger inn i den andre PM-kobler 1266 fra fellestrinnet 712, har samme polarisering som det lys som løper inn i den andre PM-kobler fra den andre PM-fiber 1258. Den foretrukne utførelse gir enten den andre PM-fiber 1258 eller fellesfiberen 712 dreiet 90°, slik at lys i et vertikalt polariseringssekund i den andre PM-fiber 1258 blir orientert i samme retning som lyset med horisontal polarisering fra fellestrinnet 712. Dette oppnås ganske enkelt ved å dreie den andre ende 1262 av den andre PM-fiber 1258 som ligger nær inntil den andre kollimeringslinse 1278 på en slik måte at det vertikalt polariserte lys løper inn i den andre ende 1262 med sin polariseringstilstand orientert langs den horisontale polariseringsakse for den andre PM-fiber 1258. Det lys som løper ut fra den ikke-resiproke faseforskyver 1250 med vertikal polariseringstilstand, påtrykkes således kobleren 1266 som lys med horisontal polarisasjonstilstand i forhold til polariseringsaksene i kobleren 1266. Følgelig vil lys fra den ikke-resiproke faseforskyver 1250 ha samme polariseringstilstand som lys fra fellestrinnet 712.

Det lys som passerer gjennom fellestrinnet 712, og det lys som passerer gjennom den ikke-resiproke faseforskyver 1250, løper derpå inn gjennom porten 1124 på polariseringsstråledeleren (PBS) 1104. Lyset med horisontal polarisasjon utgjør da utgang fra porten 1123 for PBS 1104 til fiberen 740. Denne fiber 740 omfatter forsinkelsessløyfen 750, og avsluttes på det roterende Faradayspeil (FRM) 1106. Forsinkelsessløyfen 750 og FRM 1106 fungerer som omtalt ovenfor, og de reflekterte og forsinkede pulser returneres til port 1123 på PBS 1104, og ved vertikal polarisering. Disse pulser utgjør utgang fra port 1121 for PBS 1104 til grupperingen 716 via fiberen 720, og forplantes i retning med urviseren gjennom sensorene 722(i) i grupperingen 716.

Pulsene utgjør utgang fra grupperingen 716 via fiberen 714 og depolarisatoren 1110 til 2x2-kobleren 1220, hvor lys som forplanter seg i urviserens retning kombineres med ur som forplantes mot urviserens retning. Lys med innbyrdes motsatt forplantning starter også innledningsvis som horisontalt polarisert lys. Dette lys depolariseres og bringes til å passere gjennom sensorgrupperingen 716. Lys som kommer ut fra sensorgrupperingen 716 med vertikal polarisasjon reflekteres av PBS 1123, og slippes ut gjennom porten 1122 og avslutningen 732. Lys som kommer ut fra sensorgrupperingen 716 i en horisontal polarisasjon, passerer gjennom PBS 1123, blir forsinket av sløyfen 750 og dreies til vertikal polarisering av FRM 1106. Returlyset, som befinner seg i vertikal polariseringstilstand, reflekteres av PBS 1123 til porten 1124, og blir så rettet til den andre PM-kobler 1266. En andel av dette lys passerer gjennom fortykkelsessløyfen 1269 for fellestrinnet 712, og en annen andel av lyset passerer gjennom den ikke-resiproke fasefoskyver 1250. Som omtalt ovenfor, vil lys som løper inn i den ikke-resiproke faseforskyver 1250 med vertikal polarisasjonsretning forplantes gjennom den raske dobbeltbrytningsakse 1282 for kvartbølgeplaten 1274 (figur 24), og vil ikke være utsatt for noen relativ faseforsinkelse. De to pulser med lys mot urviseren forplantes således til kobleren 1220, hvor de kombineres med lyspulser med forplantningsretning med urviseren. Lyssignalet som passerer gjennom fellestrinnet 712, og forsinkelsessløyfen 1269 i begge retninger, vil ikke erfare noen relative faseforskyvning og kombineres som omtalt ovenfor. De lyssignaler som passerer gjennom den ikke-resiproke faseforskyver 1205 i begge retninger, vil erfare en relativ faseforskyvning på7t/2, eller om det signal som forplantes i urviserens retning og det signal som forplantes i retning mot urviseren, og vil således ha en faseforspenning på7t/2, slik som omtalt ovenfor. Fra begge utganger for kobleren 1220, vil en andel av de to lyspulser som returnerer fra sensorgrupperingen 1200 bli rettet mot polarisatoren 1224, mens den gjenværende andel rettes til polarisatoren 1232. Rollefunksjon for de to polarisatorer 1224 og 1232 er å sikre at lys som løper inn i sløyfen har samme polarisering som lys som forlater sløyfen, hvilket da garanterer resiprositet. Som beskrevet tidligere vil de to pulser som når frem til detektoren 1230 være i fasekvadratur, hvilket gjør det mulig å bruke flere forskjellige signalbehandlingsteknikker som velkjent innenfor fagområdet for å unngå signalfading. Lignende kommentarer gjelder også detektoren 1226.1 den viste utførelse i figur 24 er genereringen av to pulser i fasekvadratur hovedgrunnen for å innbefatte det trinn som inneholder den ikke-resiproke faseforskyver 1250.

Figurene 30-36 viser ytterligere alternative utførelser av foreliggende oppfinnelse, og hvor en foldet Sagnac-sensorgruppering anordner polariseringsbasert forspenning for flere detektorer, hvor da hver detektor har et forspenningspunkt som kan innstilles uavhengig av forspenningspunktene for de øvrige detektorer. Utførelsens i figurene 30-36 omfatter sensorgrupperingen 716, som er blitt beskrevet i detalj ovenfor. Det bør forstås at også andre konfigurasjoner av forsterkede sensorgrupperinger kan brukes i stedet for sensorgrupperingen 716 i de utførelser som er vist i figurene 30-36.

I en foldet Sagnac-sensorgruppering 1300 som er vist i figur 30, er en polarisert superfluoriserende fiberkilde (SFS) 1310 koblet til en polariseringsregulator 1312 via en fiber 1314. Denne fiber 1314 kobler videre polariseringsregulatoren 1312 til en første port på en 2x2-kobler 1316. En andre port for denne kobler 1316 er en utgangsport, som vil bli nærmere omtalt nedenfor. En tredje port på kobleren 1316 er koblet via en fiber 1318 til den ikke-reflekterende avslutning 1320. En fjerde port på kobleren 1316 er koblet til en første port 1330, og en port polariserende stråledeler (PBS) 1332 via en felles inngangs/utgangsfiber 1334 for grupperingen. En andre port 1336 for polariseringsstråledeleren 1332 er koblet til den første horisontale polariserer 1338. Denne første horisontale polariserer 1338 er koblet til den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720 for grupperingen 716. En tredje port 1348 på polariseringsstråledeleren 1332 er forbundet med en felles forsinkelsesfiber 1342, som da er formet til å danne en forsinkelsessløyfe 1344 og som avsluttet i et roterende Faradayspeil (FRM) 1346. En fjerde port 11348 på polarsieringsstråledeleren 1332 er koblet til en andre horisontalpolariserer 1350, og derpå til en depolarisator 1352. Denne depolarisator 1352 er koblet til den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714.

Den andre port for kobleren 1316 er koblet til et detektorundersystem 1360 via en fiber 1362.1 den viste utførelse i figur 30, omfatter detektorundersystemet 1330 en lxn-kobler 1364, som da har en enkelt utgangsport og som mottar lys fra den andre port på kobleren 1316. En første utgangsport for elxn-kobleren 1364 er forbundet med en polariseringsregulator 1366. Denne polariseringsregulator 1366 er koblet til en polarisator 1368, som da i sin tur er koblet til en første detektor 1370. En andre utgangsport fra lxn-kobleren 1364 er koblet til en polariseringsregulator 1372. Denne polariseringsregulator 1372 er forbundet med en polariserer 1372, som så er koblet til en andre detektor 1376. Ytterligere polariseringsregulatorer, polariserere og detektorer (ikke vist) kan være koblet til ytterligere porter (ikke vist) for lxn-kobleren 1364.

En foldet Sagnac-sensorgruppering 1300 i figur 30 fungerer på følgende måte. Den polariserte SFS 1310 frembringer et polarisert utgangssignal som passerer gjennom polariseringsregulatoren 1312 via fiberen 1314. Polariseringsregulatoren 1312 er innstillbar for å kunne variere polariseringen til en ønsket polariseringstilstand. I figur 30 er for eksempel polariseringstilstanden justert til å frembringe lineært polarisert lys orientert i 45° i forhold til så vel den vertikale som den horisontale akse ved inngangen av den poraliserendestråledeleren 1332. Lyset forblir i fiberen 1314, og tilføres som inngang til kobleren 1316. Denne kobler 1316 kobler omtrent 50% av det innkommende lys til den første utgangsfiber 1318, og dette blir således vraket i den ikke-reflekterende avslutning 1320. Kobleren 1316 kobler omtrent 50% av det innkommende lys til en felles inngangs/utgangsgrupperingsfiber 1334.

Den felles inngangs/utgangsgrupperingsfiber 1334 fører lyset til polariseringsstråledeleren 1330, som da reflekterer horisontalt polarisert lys til den andre port 1336 og som viderefører polarisert lys til den tredje port 1340. Det reflekterte horisontalt polariserte lys fra den andre port 1336 passerer gjennom den første horisontalpolariserer 1338 til den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720, og forplantes i retning med urviseren gjennom grupperingen 716. Lys som forplantes i urviserens retning løper ut fra grupperingen 716 via depolarisatoren 1352, og inngangs/utgangsgrupperingsfiberen 714. Som omtalt ovenfor, sikrer depolarisatoren 1352 at det løpende lys blir hovedsakelig likt fordelt på horisontalt polariseringsmodus og vertikal polariseringsmodus etter å ha passert gjennom sensorene i legeringen 716. Det lys som forplantes i urviserens retning føres så gjennom den andre horisontalpolariserer 1350, som da eliminerer den andel av lyset som befinner seg i vertikal polarisering. Det lys som forplantes i retning med urviseren, samt med horisontal polarisering løper så inn i den fjerde port 1348 på polariseringsstråledeleren 1330, og blir reflektert til den tredje port 1340, for å forplantes inn i den felles forsinkelsesfiber 1342. Det returnerende lys i urviserens retning passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1344 til det roterende Faradayspeil 1346, hvor det blir reflektert som vertikalt polarisert lys. Det vertikale polariserte lys vender tilbake til den tredje port 1340 på den polariserendestråledeleren 1332, og videreføres gjennom denne til den første port 1330.

Som omtalt ovenfor, ble det lys som opprinnelig ble tilført den første port, 1330 på polariseringsstråledeleren 1332 orientert omtrent 45° i forhold til så vel horisontal som vertikal polarisering. Omtrent 50% av lyset som tilsvarer den vertikale polariserte komponent for lyset passerer således gjennom polariseringsstråledeleren 1332 til den tredje port 1340, og således til en felles forsinkelsesfiber 1342. Det vertikalt polariserte lys forplantes gjennom forsinkelsessløyfen 1344, og blir reflektert av roterende Faradayspeil 1346 som horisontalt polarisert lys. Det reflekterte horisontalt polariserte lys passerer gjennom forsinkelsessløyfen 1344, og tilbake til den tredje port 1340 på polariseringsstråledeleren 1332. Da lyset er horisontalt polarisert, vil dette lys bli reflektert til den fjerde port 1340 på den polariserendestråledeleren 1332, og bringes således til å forplantes via den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714, gjennom den andre horisontalpolariserer 1350, gjennom depolarisatoren 1352 og inn i grupperingen 716 for å forplantes i denne mot urviserens retning. Depolarisatoren 1352 sikrer at det lys som forplantes mot urviseren har komponenter i alle polariseringsretninger, slik at når det lys som forplantes i retning mot urviseren kommer ut fra gruppering 716, blir i det minste en del av dette lys av horisontal polarisering.

Det lys som forplantes i retning mot urviseren løper ut fra gruppering 716 gjennom den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720, og den horisontalt polariserte komponent av dette lys passerer gjennom den første horisontal polariserer 1338, som da eliminerer det lys som har andre polariseringsretninger. Det horisontale polariserte lys som skriver seg fra en del av lyset som forplantes mot urviserens retning, løper inn i den andre port 1336 på polariseringsstråledelen 1332, og blir reflektert til den første port 1330 på polariseringsstråledeleren 1332, hvor det kombineres med vertikalt polarisert lys som skriver seg fra den del av lyset som forplantes med urviserens retning.

Det kombinerte lys forplantes til en fjerde port på kobleren 1316, hvor omtrent 50% av dette kombinerte lys kobles til den andre port på kobleren 1316, og derved til detektorundersystemet 1360 via fiberen 1362. lxn-kobleren 1364 deler opp lyset i N-partier. I figur 30 er for eksempel N lik 2, og en første del av lyset er koblet til polariseringsregulatoren 1366 for å forplantes gjennom polarisereren 1368 til den første detektor, mens en andre del av lyset er koblet til polariseringsregulatoren 1372 for å forplantes gjennom polarisereren 1374 i den andre detektor 1376. Orienteringene av polariseringsregulatorene 1366, 1372 og polarisererene 1368, 1374 kan justeres til å danne systematiske avvik mellom de optiske signaler som faller inn på den første detektor 1370 og den andre detektor 1376 til forskjellige faser. For eksempel kan det signal som påføres den andre detektor 1376 avvikes til å ligge i kvadratur i forhold til det signal som påføres den andre detektor 1376, kan forspennes det avvik i kvadratur med det signal som påføres den første detektor 1370, slik at når det ene signal har sin minste følsomhet vil det andre signal ha maksimal følsomhet, og vise versa.

Som omtalt ovenfor, vil hver av de to signaldeler vandre samme avstand gjennom grupperingen 716, gjennom en felles forsinkelsesfiber 1342, samt gjennom forsinkelsessløyfen 1344.1 fravær av perturbasjoner som forårsakes av akustiske signaler eller annen støy som faller inn på sensorene i grupperingen 716, vil således 72 deler være i fase og vil konstruktivt vekselvirke med hverandre for å generere et kombinert optisk signal med en lineær polarisasjon på 45°, hvor imidlertid lyset har en polarisasjonstilstand vinklet på den opprinnelige polarisasjonstilstand. Hvis den opprinnelige polarisasjonstilstand. Hvis den opprinnelige polarisasjonstilstand var 45° så vil polarisasjonstilstanden for utgangslyset (atter en gang fravær av faseperturbasjon) være -45°.

I fravær av et akustisk signal, vil det lys forplantes i urviserens retning og det lys som forplantes motsatt av urviserens retning erfare en relativ faseforskyvning. Ved å øke den relative faseforskyvning, vil polarisasjonstilstanden for de to vekselvirkende stråler forandres fra -45° til lineær polarisasjon, til venstrerettet sirkulær polarisasjon og videre til 45° polarisasjon til høyrerettet sirkulær polarisasjon, og tilbake til -45° lineær polarisasjon. Fremdriften gjennom disse fire polarisasjonstilstander danner da en sirkel på Poincaré-kulen. Polarisasjonstilstanden på utgangssiden av polarisasjonsstråledeleren 1332 tilsvarer da et punkt langs denne sirkel og Poincaré-kulen, og hvis plassering på sirkelen er en funksjon av den akustisk induserte, ikke-resiproke faseforskyvning.

Etter å ha vandret fra utgangen av polariseringsstråledeleren 1332, gjennom den felles inngangs/utgangsgrupperingsfiber 1334, gjennom kobleren 1316 og til detektorundersystemet 1360, blir polarisasjonstilstanden for det kombinerte signal forandret vilkårlig av den ukjente dobbeltbrytning for fiberen 1334. Polarisasjonsregulatoren 1366 nær inntil polarisereren 1368 forut for den første detektor 1370, og polariseringsregulatoren 1372 nær inntil polarisereren 1334 forut for den andre detektor 1376, brukes til å reorientere polarisasjonstilstandene til en respektiv valgt polarisasjonstilstand for hver av detektorene 1370 og 1376. Polariseringsregulatorene 1366 og 1372 blir for eksempel innstilt når ingen akustiske signaler påtrykkes grupperingen 716, og således heller ikke noen relativ faseforskyvning påføres i de optiske signaler som vandrer i hver sin forplantningsretning.

For å opprette en forspenningsforskyvning på ±90° for den første detektor 1370, blir

polarisasjonsregulatoren 1376 innstilt slik at når det kombinerte lys på utgangssiden av polarisasjonsstråledeleren 1372 har en venstrerettet sirkulær polarisasjonstilstand, så vil den første detektor 1370 detektere enten maksimal intensitet eller minimal intensitet for lyset. For andre polarisasjonstilstander for utgangslyset, vil den første detektor 1370 detektere lys som har en intensitet mellom maksimal og minimal intensitet.

Som et ytterligere eksempel kan den andre detektor 1376 med fordel innstilles til et annet forspenningsawik, slik som for eksempel 0° og 180°. For denne forspenningsinnstilling, blir polariseringsregulatoren 1372 innstilt slik at når lyset på utgangssiden av polariseringsstråledeleren 1332 har en polarisasjonstilstand på -45°, vil den andre detektor 1376 detektere enten maksimal eller minimal lysintensitet. For andre polariseringstilstander for utgangslyset, vil den andre detektor 1376 detektere lys som har en intensitet mellom maksimal og minimal intensitetstilstand.

Det bør forstås at det lys som påtrykkes inngangen for polariseringsstråledeleren 1332, kan ha en annen polarisasjonstilstand enn ±45°. Hvis for eksempel inngangslyset har en opprinnelig venstrerettet sirkulær polarisasjonstilstand, så kan polariseringsregulatorene 1366, 1372 innstilles i samsvar med dette for å frembringe de korrekte forspenningsverdier for den første detektor 1370 og den andre detektor 1376. Figur 31 viser en alternativ konfigurasjon av en foldet Sagnac-sensorgruppering 1300', og som hovedsakelig er lik den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300 i figur 30.1 den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300' i figur 31, er depolarisatoren 1352 plassert i en andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720 i stedet for i den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714. På grunn av den resiproke oppbygning av sensorgrupperingen 716, vil omplasseringen av depolarisereren 1352 til fiberen 720 ikke forandre den totale arbeidsfunksjon for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300' i forhold til arbeidsfunksjonen for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300. Driften av den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300' er av lignende art som arbeidsfunksjon for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300, og vil derfor ikke bli beskrevet i detalj her. Figur 32 viser en ytterligere alternativ utførelse av en akustisk foldet Sagnac-sensorgruppering 1400, som av lignende art som den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300 i figur 30, og tilsvarende elementer er da blitt nummerert i samsvar med dette. Til forskjell fra den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300, er i den foldede Sagnac- sensorgruppering 1400 2x2-kobleren 1316 utskiftet med en polariseringsuavhengig optisk sirkulator 1410. Den optiske sirkulator utfører en lignende arbeidsfunksjon som 2x2-kobleren 1316, i den foldede Sagnac-sensorgruppering 1300 går omtrent 50% av inngangslyset tapt når dette lys deles opp i kobleren 1316, og omtrent 50% av utgangslyset går da tapt når lyset deles i kobleren 1316.1 utførelsen 1400 blir hovedsakelig alt inngangslys videreført fra den polariserte SFS 1310 gjennom sirkulatoren 1410 til polariseringsstråledeleren 1332, og hovedsakelig alt utgangslys passerer da fra polariseringsstråledeleren 1332 gjennom sirkulatoren 1410 til detektorundersystemet 1360. Figur 33 viser en alternativ konfigurasjon av en foldet Sagnac-sensorgruppering 1400', som da er hovedsakelig av samme art som den foldede Sagnac-sensorgruppering 1400 i figur 32.1 den foldede Sagnac-sensorgruppering 1400' i figur 33, er depolarisatoren 1352 plassert i den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720 i stedet for i den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714. På grunn av den resiproke oppbygning av sensorgrupperingen 716, vil omplasseringen av depolarisatoren 1352 til fiberen 720 ikke forandre den totale arbeidsfunksjon for utførelsen 1400' sammenlignet med arbeidsfunksjonen for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1400. Arbeidsfunksjonen for den foldede Sagnac-sensorgruppering 1400 merker således ikke de beskrevet i detalj her. Figur 34 viser en ytterligere alternativ utførelse av en foldet Sagnac-sensorgruppering 1600 i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som omfatter et kombinert inngangs/utgangsundersystem 1610 som er koblet til grupperingen 716 på en måte som er lik den fremgangsmåte som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 30-33.

I figur 34, avgir en polarisert kilde 1620 lineært polarisert inngangslys langs en akse for en polariseringsbibeholdende fiber 1622. Denne polariseringsbibeholdende fiber 1622 blir dreiet slik at dens polariseringsakse blir orientert i ±45° i forhold til den vertikale polariseringsakse for inngangs/utgangsanordningen 1610. Lyset fra fiberen 1622 blir koblet til inngangs/utgangs undersystemet 1610 via en første kollimeringslinse 1630. Denne første kollimeringslinse 1630 etter lyset mot en første port 1634 på en første polariseringsstråledeler (PBS) 1632, som også har en andre port, 1636, en tredje port 1638 og en fjerde port 1640. Den andre port 1636 retter en del av inngangslyset mot en første 45°c Faraday-rotator (45° FR) 1642. Den tredje port 1638 retter en del av inngangslyset mot en andre 45° Faraday-rotator 1644. Som det vil bli beskrevet nedenfor, etter en fjerde port 1640 valgt andel av utgangslyset mot et deteksjonsundersystem 1650.

Det lys som passerer gjennom den første Faraday-rotator 1642 kollimeres av en andre kollimeringslinse 1660, og blir koblet inn på inngangs/utgangsgrupperingsfiberen 720, og forplantes således til sensorpartiet av grupperingen 716 for å forplantes i urviserens retning i denne.

Det lys som passerer gjennom den andre Faradayrotator 1644 føres gjennom en halvbølgeplate (X/2) 1662. Halvbølgeplaten 1662 har en første og en andre dobbeltbrytningsakse (ikke vist). En av dobbeltbrytningsaksene er da orientert i en vinkel på 22.5° i forhold til den vertikale polariseringsakse for det innkommende lys og i -22.5° i forhold til en 45° polarisering av det lys som vandrer mot seg fra kilden (hvilket vil si den akse som ligger mellom vertikalretningen og lysets polariseringsretning). Formålet med denne orientering vil bli beskrevet nedenfor. Det lys som passerer gjennom halvbølgeplaten 1662 løper inn gjennom en første port 1672 hvor en andre polariseringsstråledeler 1670 som også har en andre port 1674, en tredje port 1676 og en fjerde port 1678. Om det vil bli omtalt nedenfor, er den andre port 1674 ikke koblet til ytterligere elementer. Lysutgangen fra denne tredje port 1676 er da rettet mot en tredje kollimeringslinse 1680. Lysutgang fra den fjerde port 1678 er rettet mot en fjerde kollimeringslinse 1682.

Det lys som passerer gjennom den fjerde kollimeringslinse 1682 er koblet inn på den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714, og passerer gjennom depolarisatoren 1352 inn i sensorpartiet av grupperingen 716 for å forplantes mot urviserens retning i denne.

Det lys som passerer gjennom den tredje kollimeringslinse 1680 er fokusert på enden av den felles forsinkelsesfiber 1342, forplantes gjennom forsinkelsessløyfen 1344 til det roterende Faradayspeil 1346, tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 1344, samt tilbake til kollimeringslinsen 1680. Det reflekterte lys blir således rettet tilbake inn i den tredje port 1676 på den andre polariseringsstråledelerenl670.

Som omtalt ovenfor, vil lys fra den fjerde port 1640 på den første polariseringsstråledeleren 1632 løpe inn i detektorundersystemet 1650. Dette deteksjonsundersystem 1650 omfatter den første stråledeleren 1690, en andre stråledeler 1692, første dobbeltbrytningselement 1694, et andre dobbeltbrytningselement 1696, en første detektor 1698, en andre detektor 1700, en første polariserer 1702, samt en andre polariserer 1704. En første prosentandel av lyset fra den fjerde port 1640 blir reflektert av den første stråledeleren 1690, og passerer gjennom det første dobbeltbrytningselement 1694 og den første polariserer 1702 til den første detektor 1698. Den gjenværende andel av lyset fra den fjerde port 1640, passerer igjennom den første stråledelerenl690, og faller inn på den andre stråledelerenl692, hvor da en andre prosentandel av lyset reflekteres av denne andre stråledelerenl 692, for å passere gjennom det andre dobbeltbrytningselement 1696 og den andre polariserer 1704 frem til den andre detektor 1700. Den gjenværende del av lyset passerer gjennom den andre stråledeleren 1692 til ytterligere elementer (ikke vist). Bare to detektorer er anordnet, vil den første prosentandel av koblingen med fordel være 50%, mens den andre prosentandel med fordel er 100%, slik at begge detektorer 1698, 1700 mottar omtrent samme lysmengde. Hvis en tredje detektor (ikke vist) er inkludert, så varer den første prosentandel fortrinnsvis omkring 331/3% , mens den andre prosentandel fortrinnsvis er omtrent 50%, slik at den andre detektor 1700 også mottar omtrent 731/3% av det opprinnelige lys. Den tredje detektor vil da motta gjenværende 331/3%.

Den foldede Sagnac-sensorgruppering 1600 i figur 34 fungerer på følgende måte. Som omtalt ovenfor, blir det lys som faller inn på den første linse 1630 orientert i 45° i forhold til så vel den vertikale som den horisontale polariseringsakse. Det lys som passerer gjennom linsen 1630, og løper inn gjennom den første port 1634 på den første polariseringsstråledeleren 1634 har da en komponent i den horisontale polarisasjonsretning og en komponent i den vertikale polarisasjonsretning. Den horisontale komponent reflekteres av polariseringsstråledeleren 1632 til den andre port 1636, mens den vertikale komponent blir ført gjennom polariseringsstråledeleren 1632 til den tredje port 1638.

Den horisontale komponent fra den andre port 1636 passerer gjennom den første Faradayrotator 1642, og dens polariseringsretning dreies 45° i den første retning, for eksempel med urviseren, slik at det lys som kommer ut fra den første Faradayrotator 1642 og faller inn på den andre linse 1660 har en lineær polarisasjonstilstand i 45°. Det lys som passerer gjennom den andre linse 1660, og løper inn i den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 720 for å forplantes i retning med urviseren gjennom grupperingen 716. Dette lys kan være gjenstand for mange polariseringsforandringer inne i grupperingen 716. Som beskrevet ovenfor, vil det lys som kommer ut fra grupperingen 716 via den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714, passere gjennom depolarisatoren 1352, hvilket sikrer at i det minste en del av lyset befinner seg så vel i den horisontale som den vertikale polarisasjonstilstand.

Det lys som forplantes i urviserens retning fra den første

inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714 løper inn i inngangs/utgangsundersystemet 1610 via den fjerde linse 1682, og faller da inn på den andre polariseringsstråledelerenl670. Den vertikale komponent av det lys som passerer gjennom den andre polariseringsstråledeleren 1670, utgjør utgang fra den andre port 1674, og blir da vraket. En horisontal polariserte komponent av lyset reflekteres til den tredje port 1676 på den andre polariseringsstråledeleren 1670, og passerer gjennom den tredje linse 1680 til den felles forsinkelsesfiber 1342 for å bringe lyset til å forplantes gjennom forsinkelsessløyfen 1344, blir reflektert av det roterende Faradayspeil 1346 i den vertikale polariseringstilstand, passere tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og en felles forsinkelsesfiber 1342 til den tredje linse 1680. Det reflekterte lys i vertikal polariseringstilstand passerer fra den tredje port 1676 til den første port 1672, og den andre polariseringsstråledelerenl670, og passerer videre gjennom halvbølgeplaten 1662 til den andre Faradayrotator 1644, og til den tredje port 1638 på den første polariseringsstråledelerenl632. Fordi halvbølgeplaten 1662 er orientert med en av sine dobbeltbrytningsakser i 22.5° i forhold til den vertikale polariseringsakse, bringes det vertikale lys som faller inn på halvbølgeplaten 1662 til å speiles omkring dobbeltbrytningsaksen, slik at polariseringstilstanden for det lys som kommer ut fra havlbølgeplaten 1662 vil være orientert i 45° i forhold til så vel vertikalaksen som horisontalaksen. Den andre Faradayrotatoren 1644 dreier polarisasjonsretningen ytterligere 45°, for derved å bringe lyset til å strømme ut fra den andre Faradayrotator 1644 og falle inn på den tredje port 1638, og den første polariseringsstråledeleren 1632 med en horisontal polariseringsretning. Det lys som trenger inn gjennom den tredje port 1638 blir således reflektert til den fjerde port 1640, og løper inn i detekteringsundersystemet 1650 horisontal polarisasjonstilstand.

Som angitt ovenfor vil den vertikale komponent av innfallende lys på den første port 1634 på den første polariseringsstråledeleren 1632 passere gjennom den tredje port 1638. Polarsisasjonsretningen for lyset blir dreiet 45° av den andre Faradayrotator 1644 til en 45° polarisering i forhold til så vel den vertikale og den horisontale polariseringsakse. Lysets polariseringstilstand blir så speilvendt omkring dobbeltbrytningsaksen for halvbølgeplaten 1662, således at polarisasjonsretningen for det lys som løper ut fra halvbølgeplaten atter er orientert i vertikal retning. Det vil forstås av en fagkyndig på området at en ikke-resiprok virkning av den andre Faradayrotator 1644 bringer det vertikalt polariserte lys som passerer fra venstre til høyre gjennom den andre Faradayrotatorl644, og derpå gjennom halvbølgeplaten 1646 til først å dreies gjennom en 40° polarisasjonsretning og derpå speilet tilbake til en vertikal polarisasjonstilstand. I motsetning til dette vil det vertikale polariserte lys som passerer fra høyre til venstre først bli avspeilet av halvbølgeplaten 1646 til en 45° polarisasjonstilstand og derpå dreiet av en andre Faradayrotator 1644 til en horisontal polarisasjonstilstand.

Det vertikalt polariserte lys fra halvbølgeplaten 1662 trenger inn gjennom den første port 1672 på den andre polariseringsstråledeleren 1670, og passerer gjennom den tredje port 1676 til den tredje linse 1680. Det vertikalt polariserte lys passerer gjennom det felles forsinkelsesfilter 1342, gjennom forsinkelsessløyfen 1344 frem til det roterende Faradayspeil 1346, og blir så reflektert tilbake gjennom forsinkelsessløyfen 1344 og den felles forsinkelsesfiber 1342 som horisontalt polarisert lys. Dette horisontalt polariserte lys passerer gjennom den tredje linse 1680 frem til den tredje port 1676 på polariseringsstråledeleren 1670. Det horisontalt polariserte lys blir reflektert til den fjerde port 1678, og passerer gjennom en fjerde linse 1682 til den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 714, samt gjennom depolarisatoren 1352 for å forplantes mot urviserens retning gjennom grupperingen 716.

Det lys som forplantes mot urviserens retning løper ut fra grupperingen 716 via den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 712, og passerer gjennom den andre linse 1660 frem til den første Faradayrotator 1642. Denne første Faradayrotator 1642 dreier lysets polarsisasjonsretning med 45°. Da lyset har blitt effektivt depolarsiert av depolarisatoren 1352, vil det lys som passerer gjennom den første Faradayrotator 1642 til den andre port 1634 på den første polariseringsstråledeleren 1632 inkluderer lys som har så vel horisontalt som vertikalt polariserte komponenter. De horisontalt polariserte komponenter av lyset blir reflektert til den første port 1634, og danner utgangslys gjennom den første linse 1630 frem til inngangsfiberen 1622. En isolator (ikke vist) er fortrinnsvis inkludert for å absorbere lyset.

De vertikalt polariserte komponenter av det lys som forplantes mot urviserens retning og løper inn gjennom den andre port 1636 på den første polariseringsstråledeleren 1632, passerer til den fjerde port 1640 og kombineres med de horisontalt polariserte komponenter av det lys som forplantes i urviserens retning. Hvis det lys som forplantes mot urviserens retning ikke farer noen relativ faseforskyvning, vil den omtalte ovenfor i forbindelse med figur 30, lyset bli kombinert som lineært polarisert lys ved polariseringsretningen i 45°. En relativ faseforskyvning vil bringe polarisasjonstilstanden til å variere, slik det vil bli nærmere omtalt nedenfor.

De dobbeltbrytende elementer 1694, 1696 er inkludert for å selektivt forspenningsforskyve det lys som faller inn på detektorene 1698, 1900 ved å føre inn en relativ faseforskyvning for lyset i de to forskjellige polariseringsretninger (for eksempel horisontal og vertikal polarisering, +45° og -45° polarisering, eller venstrerettet og høyrerettet sirkulær polarisering). De dobbeltbrytende elementer kan med fordel omfatte lineære eller sirkulære bølgeplater (for eksempel kvartbølgeplater, halvbølgeplater, Faradayrotatorer eller lignende). Figur 35 viser en utførelse av en foldet akustisk Sagnac-sensorgruppering 1750 av lignende art som den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1600 i figur 34, og tilsvarende elementer er da her angitt med samme henvisningstall som i figur 34. Til forskjell fra utførelsen i figur 34, omfatter den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1750 en upolarisert lyskilde 1720 i stedet for den polariserte lyskilde 1620. For å kunne utnytte en upolarisert lyskilde 1720, omfatter den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1750 en 45° polariserer 1730 mellom den første kollimeringslinse 1630 og den første polariseringsstråledeleren 1632. 45° polarisereren 1730 bringer lys som faller inn på den første port 1634 av den første polariseringsstråledelerenl632 til å orienteres i 45°, og således å ha hovedsakelig like komponenter i horisontal og vertikal polarisering. Den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1750 i figur 35 fungerer således på hovedsakelig samme måte som den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1600 i figur 34, og arbeidsfunksjonen for denne foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1750 vil da ikke bli nærmere beskrevet. Figur 36 viser en ytterligere utførelse av en foldet akustisk Sagnac-sensorgruppering 1800 av lignende art som de foldede akustiske Sagnac-sensorgrupperinger 1600 og 1750, henholdsvis i figur 34 og 35, og like elementer er da angitt med samme henvisningstall i figurene 34 og 35. Til forskjell fra utførelsen i figurene 34 og 35, vil i den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1800, i de lyssignaler som passerer gjennom polarisereren 1702 og 1704 ikke være rettet på detektorene 1698 og 1700.1 stedet inkluderer den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1800 en kollimeringslinse 1810 som er posisjonsinnstilt nær inntil polarisereren 1702 og kollimeringslinse 1812 som er posisjonsinnstilt nær inntil polarisereren 1704. Den kollimerende linse 1810 retter lyset fra polarisereren 1702 inn mot en første ende 1822 av en fiber 1820. Denne fiber 1820 har en andre ende 1824 inntil den første detektor 1698, slik at det lys som løper inn i fibere 1820 fra kollimeringslinsen 810 faller inn på den første detektor 1698. På lignende måte etter kollimeringslinsen 1812 er lyset fra polarisereren 1702 inn på en første ende 1832 av en fiber 1830. Denne fiber 1830 har en andre ende 1834 nær inntil den andre detektor 1700, slik at det lys om trenger inn i fiberen 1830 fra kollimeringslinsen 1812 faller inn på den andre detektor 1700. Ved å inkludere kollimeringslinsene 1810 og 1812, samt fibrene 1820 og 1830, vil disse fibere være i stand til å transportere lys over en viss avstand frem til detektorene 1698 og 1700, slik at disse detektorer kan være plassert i en viss avstand og nær inntil detekteringselektronikken (ikke vist).

Det bør bemerkes at i figurene 34, 35 og 36 kan depolarisatoren 1352 være omplassert fra den første inngangs/utgangsgrupperingsfiber 1714 til den andre inngangs/utgangsgrupperingsfiber 1720, uten at dette i vesentlig grad påvirker driftsegenskapene for den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1600, den foldede akustiske Sagnac-sensorgruppering 1750 eller den foldede Sagnac-sensorgruppering 1800.

I de ovenfor omtalte utførelser i figurene 17-36, mottar en forsterket sensorgruppering 716 to signaler som forplanter seg i hver sin motsatte retning fra og returnerer to perturberte motsatt rettede signaler til et respektivt frontendesystem som genererer signalene og detekterer perturbasjonene. I de ovenfor angitte utførelser oppviser sensorgrupperingen 716 en stigestruktur med sensorer 722(i) i de respektive stigetrinn 718(i). Flere erbiumdopede fiberforsterkere (EDFA-enheter) 724 er fordelt inne i stigestrukturen for å forsterke signaler som fordeles på og mottas fra sensorene 722(i).

Figur 37 viser en alternativ utførelse av en 16-sensorgruppering 2000 for bruk i kombinasjon med de frontendesystemer som er beskrevet i figurene 30-36, i stedet for sensorgrupperingen 716. Spesielt er sensorgrupperingen 2000 innlagt mellom en første inngangs/utgangsfiber 2002 og en andre inngangs/utgangsfiber 2004. Den første inngangs/utgangsfiber 2002 tilsvarer den første inngangs/utgangsfiber 714 for eksempel i figurene 30-36, og den andre inngangs/utgangsfiber 2004 tilsvarer den andre inngangs/utgangsfiber 720 i figurene 30-36. Det lys som løper inn i sensorgrupperingen 2000 via den første inngangs/utgangsfiber 2002 forplantes således fra høyre mot venstre gjennom sensorgrupperingen 2000 i figur 37, og løper ut gjennom den andre inngangs/utgangsfiber 2004. Mens det lys som løper inn i sensorgrupperingen 2000 via den andre inngangs/utgangsfiber 2004, forplantes fra venstre mot høyre gjennom sensorgrupperingen 2000, og løper ut gjennom den første inngangs/utgangsfiber 2002. Det lys som forplantes fra høyre mot venstre i figur 27 tilsvarer således det lys som forplantes mot urviseren i figurene 30-36, mens det lys som forplantes fra venstre mot høyre i figur 37 tilsvarer det lys som forplantes i urviserens retning i figurene 30-36.

Sensorgrupperingen 2000 er fremstilt som en trestruktur som omfatter et ytre lag 2010 av forsterkeren 2012(1), 2012(2), hver ha en forsterkning på gi. Hver forsterker 2012(i) i det ytre lag fulgt av en tilordnet deler 2014(1), 2012(2).

Sensorgruppering 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 iboende forsterkning g2. Hver forsterker 2022(i) i det indre lag ettefølges av en tilordnet deler 2024(1), 2023(2), 2024(3), 2024(4), 2024(5), 2024(6), 2024(7), 2024(8).

I den viste foretrukne utførelse er hver av delene 2014(i), 2024(i) fortrinnsvis en 4x4-deler med to sett og fire inngangs/utgangsporter. Nemlig med ett sett av porter ved hver ende av deleren. Lys som løper inn i deleren ved en av inngangs/utgangsportene ved den ene ende løper ut gjennom de fire inngangs/utgangsporter i den andre ende i hovedsakelig like deler. I figur 37 er hver deler 2024(i) i det indre lag 2020 vist med fire porter i en første ende, og en port i en andre ende. Det bør forstås at de tre ubrukte porter (ikke vist) av den andre ende er ikke-reflekterende avsluttet. Lys som trenger inn gjennom den eneste brukte port i den andre ende fordeles således på fire porter i den første ende, og omtrent en fjerdedel av det lys som trenger inn gjennom hver av de fire port i den første ende blir koblet til den eneste brukte port i den andre ende. De gjenværende trefjerdedeler av lyset fra hver av portene i den første ende går da tapt gjennom de tre ubrukte porter. Hver av 4x4-delene 2024(i) arbeider således som en 1-til 4-fordeler for lys som forplanter seg i den ene retning, og som en 4- til 1-kombinator for lys som forplantes i den motsatte retning.

På grunn av den oppbygning som er vist i figur 37, omfatter hver lag 210, 220 med tilhørende venstreparti 201 OL, 2020L, samt et tilhørende høyre parti 201 OR, 2020R.

Det høyre parti 2010R i det ytre lag 2010 omfatter forsterker 2012(1) etterfulgt av deleren 2014(1). Det venstre parti 201 OL gir det ytre lag 2010 omfatter forsterkeren 2012(2) fulgt av deleren 2014(2).

Det høyre parti 2020R i det indre lag 2020 omfatter forsterkerne 2022(1), 2022(2), 2022(3), 2022(4), samt delerne 2024(1), 2024(2), 2024(3), 2024(4). Venstre parti 2020L i det indre lag 2020 omfatter forsterkerne 2022(5), 2022(6), 2022(7), 2022(8), samt delerne 2024(5), 2024(6), 2024(7), 2024(8).

Det ytre lag 2010 og det indre lag 2020 er symmetriske om et sensorlag 2030 som omfatter flere sensorer 2032(1)... 2032(16). Disse sensorer 2032(1)... 2032(16) er organisert som fire grupper 2040(1)... 2040(4) av sensorer.

Hver av de fire sensorer 2032(1)... 2032(4) i den første gruppe 2040(1) er koblet mellom en tilordnet port av de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(1), samt en tilordnet port av de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(5).

Hver av de fire sensorer 2032(5)... 2032(8) i den andre gruppe 2040(2) er koblet mellom en tilordnet port av de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(2), og en tilordnet port av de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(6).

Hver av de fire sensorer 2032(9)... 2032(12) i den tredje gruppe 2040(3) er koblet mellom en tilordnet port blant de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(3), og en tilordnet port blant de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(7).

Hver av de fire sensorer 2032(13)... 2032(16) i en fjerde gruppe 2040(4) er koblet mellom en tilordnet port blant de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(4) samt en innordnet port blant de fire inngangs/utgangsporter i den første ende av deleren 2024(8).

Innenfor hver gruppe 2040(i) av sensorer 2032(i) omfatter tre av sensorene forsinkelsesfibere 2042(i) innlagt i banen mellom inngangs/utgangsportene for de to delere 2024(i) som er koblet til vedkommende gruppe. Forsinkelsesfibrene 2042(i) har passende lengder som er valgt for å opprette korrekt tidsstyring av de tidsdelt multiplekse pulser (TDM) som passerer gjennom sensorene 2032(i).

Den første sensor i hver gruppe (nemlig sensorene 2032(1), 2032(5), 2032(9), 2032(13)) har ingen ytterligere forsinkelse enn den iboende forplantningsforsinkelse i banen mellom de tilordnede to delere.

Den andre sensor i hver gruppe (nemlig sensorene 2032(2), 2032(6), 2032(10), 2032(14)) har en innlagt forsinkelse på lite t opprettet av første og andre forsinkelsesfiber 2042(1), som hver har en forsinkelse på t/2.

Den tredje sensor i hver gruppe (nemlig sensorene 2032(3), 2032(7), 2032(11), 2032(15)) har en tilleggsforsinkelse på 2t opprettet av tredje og fjerde forsinkelsesfiber 2042(2), som hver har en forsinkelse på t.

Den fjerde sensor i hver gruppe (nemlig sensorene 2032(4), 2032(8), 2032(12), 2032(16)) har en tilleggsforsinkelse på 3t frembrakt av en femte og en sjette forsinkelsesfiber 2042(3), som hver har en forsinkelse på 3t/2.

Den eneste brukte inngangs/utgangsport på den andre ende av hver av delerne 2024(1)... 2024(8) er koblet til en første inngangs/utgangsklemme for en av forsterkerne 2022(1)... 2022(8). I den viste utførelse er deleren 2024(1) koblet til forsterkeren 2022(1), mens deleren 2024(2) er koblet til forsterkeren 2022(2), osv.

En andre inngangs/utgangsport for hver av forsterkerne 2022(1)... 2022(4) er koblet til en tilordnerport blant de fire inngangs/utgangsporter på deleren 2014(1). En andre inngangs/utgangsport på hver av forsterkerne 2022(5)... 2022(8) er koblet til en innordnet port blant de fire inngangs/utgangsporter på deleren 2014(2).

Forsterkerne 2022(1), 2022(5) er koblet til delerne 2014(1), 2014(2) uten noen ytterligere forsinkelse innlagt i oppføringsbanen enn den iboende forplantningsforsinkelse.

Forsterkerne 2022(2), 2022(6) er koblet til delerne 2014(1), 2014(2) over hver sin forsinkelsesfiber 2044(1), som hver da kan opprette en ytterligere forsinkelse på 2t. Den totale tilleggsforsinkelse for alle sensorer i den andre gruppe 2040(2) er da 4t.

Forsterkerne 2022(3), 2022(7) er koblet til delerne 2014(1), 2014(2) over sine tilhørende forsinkelsesfibere 2044(2), som hver kan opprette en tilleggsforsinkelse på 4t. Den totale tilleggsforsinkelse for alle sensorer i den tredje gruppe 2040(3) er da 8t.

Forsterkerne 2022(4), 2022(8) er koblet til delerne 2014(1), 2014(2) over sine tilordnede forsinkelsesfibre 2044(3), som hver kan bidra med en tilleggsforsinkelse på 6t. Den totale tilleggsforsinkelse for samtlige sensorer i den fjerde gruppe 2040(4) er da 12t.

Det kan umiddelbart fastlegges at den totale tilleggsforsinkelse mellom delerne 2014(1) og 2014(2) gjennom den første sensor 2032(1) er Ot. Den totale tilleggsforsinkelse mellom delerne 2014(1) og 2014(2) gjennom de øvrige sensorer 2032(2)...2032(16) er da som følger:

Som omtalt ovenfor, blir verdien av t valgt til å være tilstrekkelig stor til tilstrekkelig grad å skille pulsene i tid etter forplanting gjennom hver sensor 2032(i). I en viss utførelse er for eksempel verdien av t med fordel 60 nanosekunder, slik at pulser på 50 nanosekunder er innbyrdes atskilt ved 10 nanosekunders mellomrom.

Som vist i figur 37, er 4x4-delerne 2014(1) og 2014(2) i det ytre lag konfigurert med fire inngangs/utgangsporter på den første ende som er rettet mot sensorene 2032(i), og koblet som beskrevet ovenfor. To av inngangs/utgangsportene på den andre ende er ikke-reflekterende avsluttet, og er ikke vist i figur 37. En første inngangs/utgangsport på forsterkeren 2012(1) er koblet til en av de øvrige inngangs/utgangsporter på den andre ende av deleren 2014(1). En første inngangs/utgangsport på forsterkeren 2012(2) er koblet til en av de øvre inngangs/utgangsporter på den andre ende av deleren 2014(2). En annen gjenværende inngangs/utgangsport på den andre ende av deleren 2014(1) er koblet til en første pumpekilde 2050(1). En annen gjenværende inngangs/utgangsport på den andre ende av deleren 2014(2) er koblet til en andre pumpekilde 2050(2).

En andre inngangs/utgangsport på forsterkeren 2012(1) er koblet til den første inngangs/utgangsfiber 2002 via en første inngangs/utgangsport på en første ende av en første ende av en første bølgelengdedelende multiplekskobler (WDM) 2060(1). En andre inngangs/utgangsport på en andre ende av den første WDM-kobler 2060(1) er koblet til den første inngangs/utgangsfiber 2002. En tredje inngangs/utgangsport, også på den andre ende av den første WDM-kobler 2060(1), er koblet for å motta pumpelys fra en tredje pumpekilde 2062(1).

Den første WDM-kobler 2060(1) er konfigurert slik at alt det lys som kommer inn i den første inngangs/utgangsport ved den signallengde Xs (for eksempel 1.560 nano meter) passerer gjennom denne kobler til den andre inngangs/utgangsport. Lys som ved signalbølgelengde Xs kommer inn i den andre inngangs/utgangsport passerer på lignende måte gjennom kobleren til den første inngangs/utgangsport.

Da hovedsakelig ingen kobling finner sted ved signalbølgelengden vil hovedsakelig alt det lys som trenger inn i grupperingen 2000 gjennom den første inngangs/utgangsfiber 2002 passere gjennom den første WDM-kobler 2060(1) fra høyre mot venstre i figur 37, og løpe inn i forsterkeren 2012(1). På lignende måte vil hovedsakelig alt det lys som kommer ut fra grupperingen 200 fra venstre mot høyre via forsterkeren 2012(1) passere gjennom den første WDM-kobler 2060(1) mot den første inngangs/utgangsfiber 2002.

I motsetning til lyset ved signalbølgelengde, vil hovedsakelig alt pumpelys ved den pumpebølgelengde Xp (for eksempel 1.480 nanometer) fra pumpekilden 2062(1) løpe inn i den tredje inngangs/utgangsport på den første WDM-kobler 2060(1), og blir da koblet til den andre inngangs/utgangsport for kobleren for derved å forplantes til forsterkeren 2012(1).

På lignende måte er en andre inngangs/utgangsport for forsterkeren 2012(2) koblet til den andre inngangs/utgangsfiber 2004 over en inngangs/utgangsport på en første ende av en andre bølgelengdedelende multiplekskobler 2060(2) WDM. En andre inngangs/utgangsport ved den andre ende av den andre WDM-kobler 2060(2) er koblet til den andre inngangs/utgangsfiber 2004. En tredje inngangs/utgangsport som også befinner seg på den andre enden av den andre WDM-kobler 2060(2), er koblet for å motta pumpelys fra en fjerde pumpekilde 2062(2).

Som beskrevet ovenfor for den første WDM-kobler 2060(1), vil hovedsakelig alt lys ved signalbølgelengde Xs passere gjennom den andre WDM-kobler 2060(2) uten kobling, mens hovedsakelig alt lys fra pumpekilden 2062(2) er koblet til den andre inngangs/utgangsport på den andre WDM-kobler 2060(2) og forplantes til forsterkeren 2012(2).

Til forskjell fra de to WDM-koblere 2060(1) og 2060(2), er 4x4-delerne 2014(1), 2014(2) og delerne 2024(1)...2024(8) bredbåndskoblere. Dette innebærer at delerne har hovedsakelig samme koblingskoeffisienter over bølgelengdeområder fra 1.480 nanometer til 1.560 nanometer. Lys ved signalbølgelengdene Xs og lys ved pumpebølgelengdene \ er således tilkoblet under hovedsakelig samme forhold. I tillegg er delerne fortrinnsvis innrettet slik at deres koblingskoeffisienter er hovedsakelig like, slik at lys ved signalbølgelengden Xs og lys ved pumpebølgelengden Xp som trenger inn i grupperingen 2000, vil bli fordelt hovedsakelig likt mellom de fire utganger på hver deler, og slik at lys ved signalbølgelengden fra hver sensor blir kombinert hovedsakelig likt.

I drift avgir pumpekilden 2062(1) pumpelys til den første WDM-kobler 2060(1). Pumpelyset forplantes til forsterkeren 2012(1) og absorberes i denne, slik at denne forsterker meddeler forsterkning til lys som kommer inn i forsterkeren ved signalbølgelengde. Alt resisterende pumpelys som ikke absorberes av forsterkeren 2012(1) passerer gjennom deleren 2014(1), og fordeles hovedsakelig likt blant de fire forsterkere 2022(1)...2022(4). I tillegg vil lys fra pumpekilden 2050(1) komme inn i deleren 2014(1), og blir fordelt hovedsakelig likt for å forplantes til de fire forsterkere 2022(1)... 2022(4). Lyset blir absorbert i de fire forsterkere for å gi forsterkning til signallyset.

På lignende måte vil lys fra pumpekilden 2062(2) bli koblet til forsterkeren 2012(2) via den andre WDM-kobler 2060(2), mens eventuelt resterende pumpelys fordeles blant de fire forsterkere 2024(5)... 2024(8) via fordeleren 2014(2). I tillegg blir pumpelys fra pumpekilden 2050(2) fordelt av fordeleren 2014(2) og tilført de fire forsterkere 2024(1)... 2024(4).

En signallyspuls med en varighet på omtrent 50 nanosekunder løper inn i grupperingen 2000 gjennom den første inngangs/utgangsfiber 2002, og blir først forsterket av forsterkeren 2012(1). Den forsterkede lyspuls blir så delt opp i fire hovedsakelig like deler av fordeleren 2014(1). Den første del blir forsterket av forsterkeren 2022(1), og trenger så inn i den første sensorgruppe 2040(1) via fordeleren 2024(1), som deler denne første del i fire underdeler. En første av disse underdeler 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 gjennom sensoren 2032(4).

Den første underdel er ikke gjenstand for noen ytterligere forsinkelse. Den andre underdel forsinkes av to forsinkelsesfibere 2042(1), hver på t/2, slik at det oppnås en total forsinkelse på t. Den tredje underdel blir forsinket av to forsinkelsesfibere 2042(2), hver med en forsinkelse på t, slik at det oppnås en total forsinkelse på 2t. Den fjerde underdel blir forsinket av de to forsinkelsesfibere 2042(3), som hver har en forsinkelse på 3t/2, slik at det oppnås en total forsinkelsen på 3t.

De fire underdeler i den første sensorgruppe 2040(1) rekombineres av deleren 2024(5). På grunn av de forskjellige forplantingstider gjennom sensorene og deres forsinkelser, ankommer imidlertid denne første underdel til deleren omtrent 60 nanosekunder før den andre underdel. Denne andre underdel ankommer omtrent 40 nanosekunder før den tredje underdel. Den tredje underdel ankommer omtrent 60 nanosekunder før den fjerde underdel. Utgangen fra deleren 2024(5) omfatter således fire 50-nanosekunders pulser med 60 nanosekunders mellomrom.

Pulsutgangen fra deleren 2024(5) blir forsterket av forsterkeren 2022(5), og forplantes til deleren 2014(2), hvor pulsene kombineres med pulser som har passert gjennom den andre sensorgruppe 2040(2), den tredje sensorgruppe 2040(3) og den fjerde sensorgruppe 2040(4).

Innenfor den andre, den tredje og den fjerde sensorgruppe, blir signalpulsen delt opp i fire underdeler, idet disse fire underdeler blir selektivt forsinket og blir så kombinert på nytt slik som angitt ovenfor i forbindelse med den første sensorgruppe. I tillegg blir en del av lyset som trenger inn i den andre sensorgruppe 2040(2) først forsinket i den første 2T-forsinkelse 2044(1) før den forsterkes av forsterkeren 2022(2), og deles opp av deleren 2024(2). Signalpulser som avgis ved utgangssiden av den andre sensorgruppe 2040(2) blir rekombinert av deleren 2046(6), og så forsterket av forsterkeren 2022(6), og blir så forsinket av en andre 2t-forsinkelse 2044(1) før de kommer frem til deleren 2014(2). På grunn av en ekstra 2T-forsinkelse som opprettes av de to 2T-forsinkelser 2044(1), vil den første signalpuls som kommer frem til deleren 2014(2) fra den andre sensorgruppe ankomme 60 nanosekunder etter at den fjerde signalpuls er ankommet fra den første sensorgruppe.

På lignende måte, i de signalpulser som avgis på utgangssiden av den tredje sensorgruppe, forsinkes med en ytterligere forsinkelse på 2t av de to forsinkelser 2044(2), slik at den første signalpuls fra den tredje sensorgruppe ankommer 60 nanosekunder etter den fjerde signalpuls fra den andre sensorgruppe.

Likeledes blir de signalpulser som avgis fra utgangssiden av den fjerde sensorgruppe forsinket med ytterligere 12t ved hjelp av de to forsinkelser 2044(3), slik at den første signalpuls fra den fjerde sensorgruppe ankommer 60 nanosekunder etter den fjerde signalpuls fra den tredje sensorgruppe.

Signalpulsene fra de fire sensorgrupper kombineres i deleren 2014(2). Signalpulsene blir så forsterket av forsterkeren 2012(2), og avgis fra grupperingen gjennom den andre inngangs/utgangsfiber 2004.

På lignende måte vil en 50 nanosekunders lyspuls løpe inn i sensorgrupperingen 2000 gjennom den andre inngangs/utgangsfiber 2004, og vandre fra venstre mot høyre gjennom grupperingen, hvorpå den først forsterkes av forsterkeren 2012(2) og deles opp av deleren 2014(2) i fire pulser. Disse fire pulsene blir selektivt forsinket hver for seg ytterligere oppdelt, slik som omtalt ovenfor for det signal som forplanter seg fra høyre til venstre, slik at seksten 50-nanosekunders pulser ankommer til deleren 2014(1) med en innbyrdes tidsforskjell på 60 nanosekunder. Disse seksten pulser kombineres av deleren 2014(1), og blir forsterket av forsterkeren 2012(1) før de løper ut av grupperingen gjennom den første inngangs/utgangsfiber 2002.

Det vil forstås at pulsbreddene og forsinkelsestidene kan varieres. Videre kan ytterligere fordelere, forsterkere og forsinkere anordnes for å øke antallet sensorer i grupperingen 2000.

De forsterkere 2012(i), 2022(i) som går forut for hver fordeler 2014(i), 2024(i) kompenserer for oppdelingstapet i de respektive koblere. Telemetrien med trestruktur i figur 37 har en fordel at ubrukt pumpeeffekt overføres fra tidligere forsterkere til senere forsterkere. I et eksempel på slikt utstyr hvor pumpelyset har en pumpebølgelengde Xp på for eksempel 1.480 nanometer, og hvor signalet har en signalbølgelengde Xs på for eksempel 1.500 nanometer, må fordelingskoblerne enten ha dobbelt bånd eller være bredbåndet for å ha ikke-artede koblingsforhold for både pumpe- og signalbølgelengden. Slike koblere er kommersielt tilgjengelige fra for eksempel Gould Fiber Optics, 1121 Benfield Boulevard, Millersville, Maryland. Utførelsen i figur 37 har en ytterligere fordel, nemlig den at hvis ytterligere pumpeeffekt er påkrevd for å gi effekt til forsterkerne i det senere trinn, så kan denne ytterligere pumpeeffekt legges til gjennom en av de ubrukte porter og en av 4x4-delerne 2012. Bare forsterkere i det første trinn (nemlig forsterkerne 2012 i det ytre skikt 2010) øver således tillegg av WDM-koblere.

Som omtalt ovenfor, må sensortelemetrien være konstruert for å kunne gi økende forskjellige forsinkelser mellom sensorbanene for å hindre pulsene fra å overlappe hverandre. Dette tidsdelte multipleksopplegg (TDM) oppnås ved å plassere forsinkelsesfibere 2041 (i), 2044(i) slik som vist i figur 37, der hvor hver forsinkelse utgjør en brøkdel eller en multippel av et tidsintervall x. Dette tidsintervall x utgjør da sensorens utspørringsvindu. Varigheten av hver pulse (hvilket vil si pulsbredden) er valgt til å være mindre enn t til å unngå overlapping. De foreskrevede forsinkelser inkluderer virkningen av forsinekelsesspolen og den fiber som danner forbindelse med den nærmeste komponent. Den lengste forsinkelse på 8t er for eksempel fra den første delekobler 2014(1) til delkobleren 2024(4). Det vil lett innses at den totale forplantningstid gjennom hver sensor økes med tiden t ved disse forsinkelser, og da i samsvar med TDM-fordringer.

Til forskjell fra tidligere beskrevet telemetrier (for eksempel grupperingsstrukturer) vil EDFA-telemetrien med tre-struktur og som er beskrevet ovenfor fordelaktig på grunn av dens evne til å kunne pumpes med stort antall laveffekts pumpelasere (i stedet for noen får pumpelasere med større effekt). Spesielt kan pumpelyset tilføres på forskjellige nivåer i tre-strukturen eller på en eller to steder. Figur 38, som omfatter figurene 38A og 38B, viser en alternativ sensorgruppering 2100 som omfatter 16 sensorer 2110(i) i en telemetri med forsterket trestruktur og bruk av en polarisasjonsbasert frontende 2120 av samme art som i det utstyr som er beskrevet ovenfor, for eksempel i forbindelse med figuren 30-36. Figur 38A viser frontenden 2120 av lignende art som den viste frontende i figur 34, og hvor like elementer er nummerert tilsvarende. Til forskjell fra den frontende som er vist i figur 34, omfatter frontenden 2120 figur 38A et båndpass-interferensfilter 2130 med en bredde på omtrent 10 nanometer sentrert ved 1.550 nanometer posisjonsinnstilt mellom utgangen fra den polariserte superfluoressenskilde 1620 og kollimatoren 1630. Filteret 2130 smalner inn lyset fra kilde 1620 for det formål å redusere eventuelle skadelige påvirkninger av de bølgelengdeavhengige Faradayrotatorer 1642,1644. Et ytterligere par av båndpass-interferensfilteret 2132, 2134 er plassert i utgangsbanen mellom den fjerde port 1640 og den første polariseringsstråledelerenl632, stråledeleren 1634 og den første stråledeler 1690.

Den forsterkede gruppering 2100 i figur 38B er av lignende art som den forsterkede trestrukturutførelse som er vist i figur 37. Atter er tidsstyringen basert på de nanoskunders vinduer med oppsamlede 50-nanosekunders pulser med 10-nanosekunders avstandsbånd mellom pulsene. Grupperingstidsstyringen måles ved fremstillingen av grupperingen 2100 for å sikre at ikke bare den totale tidsstyring av sensorene er korrekt, men også at hver sensor 2110(i) er plassert symmetrisk i sensortelemetrien, slik at derved samme fasefølsomhet sikres i hver sensor.

Den første inngangs/utgangsfiber 2002, den andre inngangs/utgangsfiber 2004, den tredje pumpekilde 2062(1), den fjerde pumpekilde 2062(2), den første WDM-kobler 2060(1), den andre WDM-kobler 2060(2), den første forsterker 2012(1) med forsterkning gi, og den andre forsterker 2012(2) med forsterkning gi fungerer som beskrevet ovenfor i sammenheng med figur 7, og er merket tilsvarende.

Til forskjell fra grupperingen 2000 i figur 37, bruker grupperingen 2100 i figur 38B fire nivåer av 2x2-bredbåndskoblere 2140(i) i stedet for to nivåer av 4x4-bredbåndsfordlere 2014(1), 2024(i). Grupperingen 2100 benytter atter to forsterkningsnivåer.

Det signallys som forplantes motsatt urviserens retning faller inn på grupperingen 2100 via den første inngangs/utgangsfiber 2002, og ethvert resterende pumpelys fra forsterkeren 2012(i) passerer gjennom en første 2x2-kobler 2140(1), som deler opp lyset i to hovedsakelig like deler, nemlig en første del (øverst i figur 38B) og en andre del (nederst i figur 38B).

Den første del løper inn i en første inngangs/utgangsport på den andre 2x2-kobler 2140(2), som da deler denne del av lyset opp i to hovedsakelig like deler, nemlig en tredje (øvre) del ved en tredje inngangs/utgangsport og en fjerde (nedre) del ved den fjerde inngangs/utgangsport. På lignende måte løper den andre del inn i en første inngangs/utgangsport på en tredje 2x2-kobler 2140(3), som da deler denne andre del opp av lyset opp i to like deler, en femte (øvre) del ved en tredje inngangs/utgangsport, og en sjette (nedre) del ved den fjerde inngangs/utgangsport.

Disse tredje, fjerde, femte og sjette deler kommer inn i hver sin tilordnede forsterker 2150(1), 2150(2), 2150(3), 2150(4), som blir pumpet av pumpelys fra den første pumpekilde 2050(1) via 2x2-kobleren 2160(1), som da deler pumpelyset opp i to hovedsakelig like deler. En første del av pumpelyset overføres til en andre inngangs/utgangsport på den andre kobler 2140(2), mens en andre del av pumpelyset tilføres en andre inngangs/utgangsport på den tredje kobler 2140(3). Pumpelyset blir således ytterligere oppdelt av koblerne 2140(2), 2140(3) slik at omtrent en fjerdedel av det opprinnelige pumpelys blir tilført hver av forsterkerne 2150(1), 2150(2), 2150(3), 2150(4).

Det forsterkede signallys fra forsterkeren 2150(1) føres som en inngang til en fjerde 2x2-kobler 2140(4). Det forsterkede signallys fra forsterkeren 2150(2) overføres som inngangssignal til en femte 2x2-kobler 2140(5). Det forsterkede signallys fra forsterkeren 2150(3) overføres som et inngangssignal til en sjette 2x2-kobler 2140(6). Det forsterkede signallys fra forsterkeren 2150(4) tilføres en inngang til en syvende 2x2-kobler 2140(7).

Lys som faller inn på hver kobler 2140(4), 2140(5), 2140(6), 2140(7) blir delt opp i to hovedsakelig like deler.

En første del fra lyset fra den fjerde kobler 2140(4) tilføres som et inngangssignal til en første sensor 2110(1), og den andre sensor 2110(2) via en åttende 2x2-kobler 2140(8), som da deler denne første del av lyset opp i to hovedsakelig like deler. En andre del av lyset fra den fjerde kobler 2140(4) overføres som et inngangssignal til den tredje sensor 2110(3), og den fjerde sensor 2110(4) via en niende 2x2-kobler 2140(9), som da deler denne andre del av lyset opp i to hovedsakelig like deler. Hver av sensorene 2110(1), 2110(2), 2110(3), 2110(4) mottar således omtrent en sekstendedel av det opprinnelige signallys som faller inn på den første kobler 2140(1).

På lignende måte mottar den femte sensor 2110(5) og den sjette sensor 2110(6) hver omtrent en sekstendedel av det opprinnelige signallys fra den femte kobler 2140(5) via en tiende 2x2-kobler 2140(1). Den syvende sensor 2110(7) og den åttende sensor 2110(8), mottar hver omtrent en sekstende del av det opprinnelige signallys fra den femte kobler 2140(5) via en ellevte 2x2-kobler 2140(11).

Den niende sensor 2110(9) og den tiende sensor 2110(10), mottar hver omtrent en sekstendedel av det opprinnelige signallys fra den sjette kobler 2140(6) via en tolvte 2x2-kobler 2140(12). Den ellevte sensor 2110(11) og den tolvte sensor 2110(12) mottar hver omtrent en sekstendedel av det opprinnelige signallys fra den sjette kobler 2140(6) via en trettende 2x2-kobler 2140(13).

Den trettende sensor 2110(13) og den fjortende sensor 2110(14) mottar hver omtrent en sekstendedel av de opprinnelige signallys fra den syvende kobler 2140(7) via en fjortende 2x2-kobler 2140(14). En femtende sensor 2110(15) og den sekstende sensor 2110(16) mottar hver omtrent en sekstendedel av det opprinnelige signallys av den syvende kobler 2140(7) via en femtende 2x2-kobler 2140(15).

Det bør bemerkes at hvert nivå for fordeling og forsterkning, koblere og forsterkere er nummerert fra midten av figuren mot figurens bunn, slik at de lavere nummererte koblere og forsterkere vil forplante lyssignalet i retning mot urviseren til sensorer med lavere henvisningstall.

Det lys som faller inn på grupperingen på 2100 via den andre inngang/utgangsfiber 2004 blir på lignende måte delt opp av en flerhet koblere 2140(16)... 2140(30) i seksten hovedsakelig like deler som overføres til sensorene 2110(1)...2110(16) i den motsatte retning (hvilket vil si med urviseren). Pumpelys fra den andre pumpekilde 2050(2) blir oppdelt i hovedsakelig like deler av en kobler 2160(2), og blir videre oppdelt av koblere 2140(16) og 2140(17), slik at fire omtrent like deler av pumpelyset tilføres som inngangslys til fire forsterkere 2150(5), 2150(6), 2150(7), 2150(8), som fungerer slik at signallyset forsterkes og bringes til å forplantes i retning med urviseren. Det bør bemerkes at koblerne og forsterkerne er nummerert fra midten og mot det øvre parti av figur 38B, slik at de lavere nummererte koblere og forsterkere avgir signallys til de lavere nummererte sensorer for det signallys som forplantes i urviserens retning.

For det formål å frembringe de tilstelte multipleksegenskaper som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 37, omfatter utførelsen i figur 38B flere forsinkelsefibere i grupperingen 2100. En første forsinkelsesfiber 2180(1) er for eksempel innlagt mellom kobleren 2140(8) og den andre sensor 2110(2), mens en andre forsinkelsesfiber 2180(1) er plassert mellom kobleren 2140(23) og den andre sensor 2110(2). Lignende forsinkelsesfibere 2180(1) er plassert mellom sensorene 2110(2), 2110(4), 2110(6), 2110(8), 2110(10), 2110(12), 2110(14), 2110(16) og deres respektive tilordnede koblere. Hver forsinkelsesfiber 2180(1) har en lengde på omtrent 6 meter for å frembringe 30 nanosekunders forsinkelse, slik at det lys som forplanter seg gjennom den andre sensor i hvert par av sensorer blir adskilt med omtrent 60 nanosekunder fra det lys som forplantes gjennom den første sensor i sensorparet.

I par av signaler som passerer gjennom den første sensor 2110(1) og den andre sensor 2110(2), er separert fra det signalpar som passerer gjennom den tredje sensor 2110(43) og den fjerde sensor 2110(4) med ytterligere 120 nanosekunders forsinkelse frembrakt av den første forsinkelsesfiber 2180(2) i forplantningsbanen fra kobleren 2140(4) til kobleren 2140(9), samt en andre forsinkelsesfiber 2180(2) i bane fra kobleren 2140(19) til kobleren 2140(24). Hver av forsinkelsesfibrene 2180(2) har en forsinkelse på omtrent 60 nanosekunder frembrakt av en fiber med en lengde på omtrent 12 meter.

På lignende måte er en første 120-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(3) innlagt i forplantningsbanen mellom kobleren 2140(5) og kobleren 2140(10), mens en andre 120-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(3) er innbrakt i banen mellom kobleren 2140(20) og kobleren 2140(25). En første 180-nanosekunder forsinkelsesfiber 2180(4) er innlagt i forplantningsbanen mellom kobleren 2140(5) og kobleren 2140(11), mens en andre 180-nanosekunders forsinket fiber 2180(4) er innlagt i forplantningsbanen mellom kobleren 2140(20) og kobleren 2140(26).

For de gjenværende åtte sensorer er en første 225-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(5) innlagt mellom kobleren 2140(1) og kobleren 2140(3), mens en andre 225-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(5) er innlagt mellom kobleren 2150(16) og kobleren 2140(18).

En første 15-nanosekunders forsinkelsesfiber 2140(6) er innlagt mellom kobleren 2140(6) og kobleren 2140(12), mens en andre 15-nanosekunders forsinkelsesfiber 2140(6) er innlagt mellom kobleren 2140(21) og kobleren 2140(27), slik at den totale tilleggsforsinkelse frem til sensorene 2110(9) og 2110(10) er 480 nanosekunder. Det bør forstås at den tilsvarende forsinkelse kunne vært opprettet ved å øke forsinkelsen i forsinkelsesfibrene 2180(5) til 240 nanosekunder, og ikke inkludere de 15-nanosekunders forsinkelsesfibere 2140(6).

En første 75-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(7) er innlagt i forplantningsbanen mellom kobleren 2140(6) og kobleren 2140(13), mens en andre 75-nanosekundersfiber 2180(7) er innlagt i fiberbanen mellom kobleren 2140(21) og kobleren 2140(28). En første 135-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(8) er innlagt i banen mellom kobleren 2140(7) og kobleren 2140(14), mens en andre 135-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(7) er innlagt i banen mellom kobleren 2140(22) og kobleren 2140(29). En første 195-nanosekunder forsinkelsesfiber 2180(9) er innlagt i forplantningsbanen mellom kobleren 2140(7) og kobleren 2140(15), og en annen 195-nanosekunders forsinkelsesfiber 2180(9) er innlagt i banen mellom kobleren 2140(22) og kobleren 2140(30).

Hver av de 2x2-koblere er fortrinnsvis planlagt slik før fremstillingen at koblerne kan anordnes i grupperingen på en slik måte at overføringen langs hver forplantningsbane er så lik som mulig. De ti forsterkere 2012(1), 2012(2), 2150(1)...2150(8) i figur 38B er fortrinnsvis erbiumdopede fiberforsterkere (EDFA-enheter). I figur 38B er forsterkningen gi for forsterkerne 2012(1), 2012(2), og forsterkningen g2for forsterkerne 2150(1)...2150(8) er hovedsakelig den samme. De foretrukne utførelser er fiberlengden i hver forsterker omtrent 1.45 meter for å frembringe en forsterkning på omtrent 8.2 dB.

Den totale forsterkning som sees av en gitt sensorbane fra den første inngangs/utgangsfiber 2002 til den andre inngangs/utgangsfiber 2004 i hver retning er da 32.8 dB (8.2 dB x 4 forsterkere). Dette kompenserer stort sett for det totale oppdelingstap (3.1 dB per kobler x 8 koblere) pluss innsetningstapet for WDM-kobleren og ekstra tap på grunn av skjøter og fiberbøyninger. Overføringen gjennom et eksempel på en sensorgruppering konstruert i samsvar med figur 38B ble målt til å være noen få dB større enn enhetsverdien. Forsterkerne 2012(1), 2012(2), 2150(1) 2150(8) blir pumpet fra pumpekildene 2050(1), 2050(2), 2062(1), 2062(2), som fortrinnsvis omfatter fire laveffekts 1.480 nm-lasere (for eksempel på 60 mW). Som angitt ovenfor, blir det pumpede lys fra pumpekildene 2062(1), 2062(2) koblet inn i grupperingen 2100 gjennom WDM-koblere 2060(1), 2060(2) for pumping av første trinnforsterkende 2012(2), 2012(2). Andre trinns forsterkerene 2150(1)...2150(8) blir pumpet av den ubrukte effekt fra førstetrinnsforsterkerne sammen med effekt lagt til av pumpekildene 2050(1), 2050(2). Pumpeeffekten er tilstrekkelig stor (og signaleffekten er tilstrekkelig lav) til å pumpemette samtlige forsterkere 2012(1), 2012(2), 2150(1)...2150(8). Fortrinnsvis er pumpekildene 2050(1), 2050(2), 2062(1), 2062(2) koblet til grupperingen 2100 gjennom enveisisolatorer 2190, slik at ethvert lys som returnerer fra grupperingen 2100 ikke kan forplantes frem til pumpekildene og forstyrre kilden.

For å utprøve sensorene 2110(i), blir en ytterligere PZT-omformer innpakket i fiber plassert i serie med hver sensor 2110(i) slik at virkningen av et akustisk signal kan simuleres for hver sensor ved etter valg å aktivere en eller flere PZT-omformere. Disse PZT-omformere er anordnet utelukkende for utprøvningsformål og utgjør ingen del av den foretrukne utførelse. PZT-omformerne er derfor ikke vist på tegningene. Figurene 39A og 39B viser returpulstoget målt ved en av detektorene 1698, 1700 (figur 38A) for en pulsvidde på 50 nanosekunder, og gjentagelsesfrekvenser på henholdsvis 0.942 MHz (1.06-mikrosekunders mellomrom) og 1.042 MHz (0.96-mikrosekunders mellomrom). Hver signalpuls som påføres grupperingen fører til et tog på seksten utgangspulser som returnerer med 90 nanosekunders mellomrom. Ved den lavere gjentagelsesfrekvens (figur 39A), vil det da befinne seg gap mellom togene på seksten pulser som returnerer sensorgrupperingen. Effekt fra samtlige sensorer returnerer med en variasjon på mindre enn 1.7 dB. Disse effektvariasjoner skriver seg fra forskjeller i innsetningstap for de forskjellige koblere og sammenkoblinger.

Figur 39B viser den optimale livstilstand hvori pulstogene gjentas kontinuerlig (hvilket vil si en sekstende puls i et pulstog opptrer omtrent 60 nanosekunder før den første puls i det neste pulstog). Denne pulstidsstyring ble bekreftet å være korrekt til innenfor 1 nanosekund (20 cm) for samtlige sensorbaner.

I praksis oppnås det multiplekse etter deteksjon ved digital behandling. I en forsøksutførelse blir en forsøksutførelse med en litiumniobatamplitudemodulator 2192 forbundet med en av inngangs/utgangsfibrene (for eksempel den andre inngangs/utgangsfiber 2004 i figur 38A), og brukes da til å innføre en enkelt puls tilsvarende det signal som skal demultiplekses. Denne litiumniobatmodulator 2192 gir ren omkobling, og eliminerer dermed den høye støy som henger sammen med elektroniske omkoblere som anvendes etter fotodioder.

For å måle grupperingens polariseringsfølsomhet i en stor fasemodulasjon påført i den femte sensor 2110(5) ved å aktivere den tilordnede seriekobler PZT-omformer for den femte sensor. Signalet fra denne femte sensor ble demultiplekset, og dets detekterte effekt ble overvåket på et digitalt oscilloskop. Når en topp-til-topp-fasemodulasjon som er større enn n blir påført signalet, kan sensorens synlighet måles ved å registrere maksimal og minimal spenning som oppnås på det digitale oscilloskop. En slik opptegning er vist i figur 40A, som da gir en målt synbarhet på 0.9. Som beskrevet ovenfor, ligger en vesentlig fordel ved den polariseringsbaserte frontendeutførelse i at en polariseringsinduserte signalfading blir passivt eliminert, og synligheten bør reelt være lik enhetsverdien på hver sensor, uavhengig av sløyfens dobbeltbrytning.

For å utprøve denne forutbestemmelse, ble synligheten for den femte sensor målt for tilfeldige innstillinger av en felles polariseringsregulator 2194 som er plassert i en av inngangs/utgangsfibrene (for eksempel en første inngangs/utgangsfiber 2002 i figur 3 8A). Resultatet av disse målinger er vist i figur 40B, som da viser den forventede polariseringsuavhengighet. Denne synlighet ligger litt under enhetsverdien, hovedsakelig på grunn av nærvær av fordelt ASE-forsterkereffekt ved detektoren.

For å anskueliggjøre virkningen, og viktigheten av støysubtraksjon i en Sagnac-basert gruppering som bruker en bredbåndet ASE-kilde, ble en fasemodulasjon på 4 kHz påført en av sensorene ved bruk av vedkommende fiberinnpakkede PZT for å simulere et akustisk signal, og en amplitudemodulasjon på 3.6 kHz ble påført det optiske signal fra kilden 1620 ved bruk av en litiumniobat (LiNb03)-modulator 2196 i signalbanen fra kilden 1620 til kollimatoren 1630 figur 38A. Den detekterte respons ble målt i en enkelt deteksjonskonfigurasjon ved bruk av bare en detektor, og en lansert deteksjonskonfigurasjon hvori utgangene fra de to detektorer 1698, 1700 blir koblet på en slik måte at likestrømmene fra detektorene blir subtrahert for å fjerne kildens amplitudestøy. Figur 41 viser resultatene av disse målinger. For enkeltdeteksjonskonfigurasjonen kan amplitudemodulasjonen på 3.6 kHz klart sees, mens fasemodulasjonen på 4 kHz ikke er synlig under den bredbåndede kildeamplitudestøy (ASE-ASE svevningsstøy). I den balanserte deteksjonskonfigurasjon blir amplitudemodulasjonen nedsatt med over 50 dB. Fasemodulasjonens frekvenstone blir lett synlig på grunn av den reduserte bredbåndstøy (ASE-ASE svevningsstøysubtraksjon) og det økede fasemoduleringssignal. Som vist, oppnås det ved balansert deteksjonskonfigurasjon en høy grad av støyfjerning.

Det optiske støygulv i en Sagnac-basert gruppering med fordelte optiske forsterkere er da en funksjon av den optiske effekt ved mottageren. Støyen N<bd>sfor en balansert deteksjonsmottager er da gitt ved:

hvor B er deteksjonsbåndbredden, mens s, Scw5 &ccw ©r ASE-fotonflukser for kilde, fordelt forsterker i urviserens retning og fordelt forsterker mot urviserens retning ( Ws) ; og a = cicn+ accn. I ligning 19 er va båndbredden av det fordelte forsterkerfortoner som kommer frem til detektorene og er forårsaket av spontan emisjon i de fordelte forsterkere, og er da definert ved: hvor P(va)dvaer den optiske effekt i frekvensbåndet fra va til va+dva. I ligning 19 er videre vsadefinert ved: hvor v8 er båndbredden av kildefotonene som kommer frem til detektoren, og v8+a er denkombinerte kilde og kombinerte forsterkerfotoner som kommer frem til mottageren, og er da definert i samsvar med ligning 20 ved å innsette va og v8+a for va. Støyuttrykket i ligning 19 er gitt som en fotontellingsflukruasjon per båndbreddeenhet. Ligning 19 kan da omskrives på følgende måte for en detektorstrømstøy, f

hvor B er deteksjonsbåndbredden.

Ligning 22 er bekreftet eksperimentell ved måling av den optiske støy i 16-sensorgrupperingen 2100. En overskuddstøyfaktor F er først blitt definert som forholdet mellom den detekterte støy og haggelstøygrensen, og er da gitt ved:

Ved å måle detektorstrømmene Is, Iacwog IacCwlangs deres optiske spektra (for å komme frem til vsaog va), kan den forventede overskuddsstøyfaktor regnes, og sammenlignes med den målte støy. For å måle fordelte forsterkerstøyer og spektra { IaCw, hccw og blir kilden slått av og utgangen blir ganske enkelt målt. Da den fordelte forsterkereffekt ikke kan bli slått av, blir kildestrøm/spektrum funnet ved å måle den totale strøm/spektrum på utgangssiden og subtrahere fordelt forsterkerstrøm/spektrum. Dette kan utføres slik på grunn av at de fordelte forsterkere er pumpemettet, og deres ASE-utgang ikke påvirkes av nærværet av den lille kildeeffekt i grupperingen (eksperimentelt bekreftet).

Ved disse utgangsstrømmer og spektra målt, kan den forut forventede overskuddsstøyfaktor beregnes ved hjelp av ligning 23. For å måle støyfaktoren blir utgangsstøyen målt direkte sammen med mottagerlikestrømmene. Haggelstøynivået blir så beregnet ut fra likestrømmene, og overskuddstøyfaktoren finnes ved å ta forholdet mellom målt støy og haggelstøy. Forutsagt og målt overskuddstøyfaktor kan så sammenlignes.

I en forsøksoppstilling utføres målinger for en rekke kildelikestrømmer ved mottageren. Disse strømmer reguleres ved å innstille kildeeffekten ved likestrømsforspenning for LiNbC>3-modulatoren 2196. For hver kildelikestrøm blir målingene tatt for sensortellinger på 4, 8, 12 og 16. Disse sensortellinger ble regulert ved å mørklegge en, to eller tre 4-sensorundergrupperinger ved å påføre store høyningstap i de fibrer som fører frem til disse undergrupperinger. Etter hvert som sensortellingen forandres, blir pulsgjentagelsesfrekvensen justert for å opprettholde et kontinuerlig pulstog på utgangssiden. På grunn av dette vil den midlere kildeeffekt ved detektoren være den samme for hver sensortelling innenfor et gitt sett av målinger, og den eneste forandring er mengden av fordelt forsterker-ASE. Ved derfor å ta målinger som en funksjon av sensortellingen, kan støytrenden ved en funksjon av ASE-effekten finnes, og sammenlignes med forutsigelsene i ligning 23.

Resultatene av de forutgående målinger er vist i figurene 42A, 42B, 42C for tre DC-kildemottagerstrømmer. Som vist i figur 42A er for den laveste kildelikestrøm (1.4 uA), overensstemmelsen mellom en forutsagt og den målte støy utmerket. For større kildeeffekter, og derfor større likestrømkildemottagerstrømmer (4.05 uA i figur 42B og 9.89 uA i figur 42C), stiger den målte støy over den forutsagte støy etter hvert som kildestrømmen økes. Dette skriver seg i det minste delvis fra det forhold at akustisk romstøy tas opp i grupperingen, hvilket utgjør et vedvarende problem ved utprøving av akustiske Sagnac-sensortuførelser. Etter hvert som kildeeffekten økes, vil grupperingens følsomhet øke, og opplukket romstøy gi den fiber som utgjør sensorgrupperingen og tidsstyringssponene kan da ikke neglisjeres. Skjønt denne støy gjør målingene av det optiske støygulv vanskelig i laboratoriet, vil det ikke være noen plagsom støykilde i praksis da dette akustiske opptak i faktiske anvendelser er det signal som er ment å gjøres til gjenstand for måling.

I de Mach-Zehnder-baserte grupperinger blir sensorresponsen bestemt ut fra den fiberlengde som er pakket rundt hydrofonen, samt ut fra den normaliserte hydrofonfølsomhet, og ingen av disse kan da forandres da først sensoren er fremstilt. I de Sagnac-sensorgrupperinger som er beskrevet ovenfor blir responsen bestemt delvis ut fra disse parametere, men blir også delvis fastlagt ut fra forsinkelsessløyfens lengde, som da er fordelt blant alle sensorer. På grunn av at denne forsinkelsessløyfe kan plasseres i avstand fra sensorene, hvor den da er tilgjengelig, vil det være mulig å forandre lengden av forsinkelsessløyfen. Det ble kjent tidlig i utviklingen av Sagnac-baserte grupperinger at denne evne til å påvirke responsen for samtlige sensorer ved å forandre en enkelt parameter, nemlig forsinkelsessløyfens lengde, kunne være til stor nytte for grupperingens adferd innenfor sitt dynamiske område. Figurene 7,19 og 21 viser for eksempel utførelser med to forsinkelsessløyfer av forskjellig lengde for å utvide sensorgrupperingens dynamiske område.

For å anskueliggjøre hvorledes responsen kan avstemmes ved å forandre forsinkelsessløyfens lengde, må det betraktes en Sagnac-gruppering med en effektiv forsinkelsesspoletid på 50 mikrosekunder (for eksempel en forsinkelsesspolelengde på omtrent 10 km i en ufo Idet konfigurasjon, eller en forsinkelsessløyfelengde på omtrent 5 km i en foldet konfigurasjon), en hydrofonfølsomhet, R, på -135 dB rad/uPa, samt et flatt optisk støygulv på 1 \ irad/ J~ Hz. Den minste detekterbare akustiske signal, nemlig amin( f), kan da uttrykkes som:

hvor <E> er fasestøyen per enhet båndbredde, T er integreringstiden, R, er hydrofonresponsevnen (rad/uPa),/er frekvensen, og Td er forsinkelsesspoletiden. Ved bruk av de ovenfor angitte tallverdier, er det minste detekterbare akustiske signal innenfor et 1-sekunds integreringstid opptegnet i figur 43 A. Også opptegnet i figur 43 A er det maksimale detekterbare signal definert som det signal som vil frembringe et fasesignal på 1 ra. dJ^~ Hz. (Dette er bare en tilnærmelse til den øvre grense, men den kan tjene som fremgangsmåte for å sammenligne den relative adferd for to konfigurasj oner).

I figur 43B er de samme kurver opptegnet for en gruppering med samme parametere, bortsett fra at forsinkelsestiden gjennom forsinkelsessløyfen er blitt redusert fra 50 mikrosekunder til 0.5 mikrosekunder. Kortere forsinkelsestid forskyver deteksjonsområdet oppover, hvilket gjør deteksjonsområdet med egnet for en støyfylt omgivelse. I motsetning til dette vil den lengre forsinkelsestid være mer egnet for en roligere omgivelse.

For å utlede det kombinerte dynamiske område i figurene 43 A og 43B, må det fremstilles en gruppering med både kort forsinkelsessløyfe og en lang forsinkelsessløyfe. En gruppering som omfatter to forsinkelsessløyfer, og som er utført slik at pulsene returnerer fra samtlige sensorer og forsinkelsesspolene kan atskilles (med hensyn til tid eller bølgelengde), kan da lett konstrueres, slik som vist ovenfor i figurene 7, 19 og 21.1 de viste konfigurasjoner vil hver sensor returnere to signaler, og hver av disse har da et deteksjonsområde som tilsvarer de som er angitt i figurene 43 A og 43B. I rolige omgivelser vil signalet fra den lengre forsinkelsessløyfe bli brukt. I nærvær av et høyt akustisk signal som retter responsen fra den lengre forsinkelsessløyfe, til utgangen fra den korte forsinkelsessløyfe blir brukt. Forsinkelsesspoleomkobling slik som dette vil da gjøre det mulig for grupperingen å fungere i omgivelser hvor styrken av det akustiske signal varierer dramatisk over tid. Den mest gunstige iverksetting ved flere forsinkelsessløyfer i en Sagnac-basert gruppering ville imidlertid være å kombinere signalene fra de forskjellige forsinkelsessløyfer i stedet for å utføre omkobling mellom dem. Ved å kombinere signalene for å frembringe et enkelt utgangssignal som har et sant deteksjonsområde gitt ved foreningen av deteksjonsområdene for signalene fra de forskjellige forsinkelsessløyfer, vil grupperingen samtidig kunne detektere ned til støygulvet med den lengre forsinkelsessløyfe i et visst frekvensregime, samtidig som et ytterst høyt akustisk signal (som metter lengre forsinkelsessløyfe) kan håndteres innenfor et annet frekvensregime. For å utføre dette brukes en algoritme som mottar som inngang et tilordnet utgangssignal fra en gitt sensor fra hver forsinkelsessløyfe, og som returnerer et signal som har et deteksjonsområde som omfatter foreningen av deteksjonsområdene for utgangssignalet fra den korte forsinkelsessløyfe og utgangssignalet fra den lange forsinkelsessløyfe.

Hvis signalet fra den kortere forsinkelsessløyfe var det samme som det fra den lengre forsinkelsessløyfe, som har en redusert skalafaktor, så vil en slik algoritme være ganske enkel. På grunn av at de to signaler imidlertid har forskjellige frekvensresponser, og punktprøver det akustiske signal ved forskjellige tidspunkter, vil de to signaler ha liten åpenbar korrelasjon. For å anskueliggjøre dette, skal det betraktes et akustisk signal som frembringer hydrofonfasevariasjonen med tiden, slik som vist i figur 44A. Figurene 44A og 44C er opptegninger av den induserte faseforskjell på grunn av fasesignalet i figur 44A for det signal som vandrer gjennom den lengre forsinkelsessløyfe (figur 44B), og den kortere forsinkelsessløyfe (figur 44C). Korrelasjonen er ikke åpenbar, og det vil ikke være klart hvorledes disse to signaler skal kombineres for å frembringe et enkelt signal.

Figurene 45 A og 45B viser en akustisk sensorgruppering 2002 som arbeider med en lineær ekstra polariseringsalgoritme som kombinerer signalene fra de to sløyfer for å rekonstruere fasesignalet med et dynamisk område som er dramatisk øket over det som er mulig med en enkelt forsinkelsessløyfe. Figurene 45A og 45B tilsvarer figurene 38A og 38B, men i figur 45A er det i frontende av utstyret inkludert en første signalkilde 2210 som avgir en første sekvens av optiske signalpulser ved den første bølgelengde og omfatter en annen signalkilde 2212 som avgir en andre sekvens av optiske signalpulser med en andre bølgelengde X2. Den første bølgelengde Xi er fortrinnsvis omtrent 1.520 nanometer, mens den andre bølgelengde X2fortrinnsvis er omkring 1.550 nanometer. Utgangene fra de to signalkilder 2210, 2212 blir kombinert ved hjelp av en bølgelengde delende multiplekskobler 2214 (WDM), slik at en enkelt signalstrøm som omfatter de to sekvenser av signalpulser blir påtrykket kollimatoren 1630.

Utstyret i figurene 45A og 45B inkluderer videre en første deteksjonsundersystem 2220 og et andre deteksjonsundersystem 2222 for å erstatte et eneste deteksjonsundersystem 1650 i figur 38A. De to deteksjonsundersystemer 2220, 2222 er fortrinnsvis koblet til utgangen fra stråledeleren 1632 gjennom en kollimator 2224, en optisk fiber 2226, og en WDM-kobler 2230, som kobler de optiske signaler ved den første bølgelengde Xi og den andre bølgelengde X2, henholdsvis til en første optisk fiber 2232 og en andre optisk fiber 2234. Denne første optiske fiber 2232 forplanter lys ved en første bølgelengde Xi til den første deteksjonsundersystem 2220 via en kollimator 2236. Den andre optiske fiber 2234 forplanter lyset ved den andre bølgelengde X2 til det andre deteksjonsundersystem 2222 via en kollimator 2238.

Utstyret i figurene 45 A og 45B avviker videre ved at utstyret omfatter to forsinkelsessløyfer 2240 og 2242 i en forsinkelsesbane fra kollimatoren 1680 til det roterende Faradayspeil (FRM) 1346 i stedet for den eneste forsinkelsessløyfe 1344 i figur 38A. Spesielt er den første forsinkelsessløyfe 2240 en lengre forsinkelsessløyfe som frembinger en forsinkelse på omtrent 100 mikrosekunder, mens den andre forsinkelsessløyfe 2242 med en kortere forsinkelsessløyfe som oppretter en forsinkelse på omtrent 100 nanosekunder. Som vist, er de to forsinkelsessløyfer 2240, 2242 koblet i parallell, og er forbundet med den felles forsinkelsesfiber 1342 via en første WDM-kobler 2244, og en andre WDM-kobler 2246. Lyset fra den tredje port 1676 på polariseringsstråledeleren 1670 passerer gjennom kollimatoren 1680, og løper inn i den første WDM-kobler 2244. Den første WDM-kobler 2244 retter lys fra den første kilde 2210 ved den første bølgelengde Xi den første forsinkelsessløyfe 2240 og retter lys fra den andre kilde 2212 ved den andre bølgelengde X2 mot den andre forsinkelsessløyfe 2242. De to partier blir rekombinert i den andre WDM-kobler 2246, og det kombinerte lysparti faller inn på det roterende Faradayspeil 1346. De reflekterte signalpartier blir atter delt opp i den andre WDM-kobler 2246, slik at det lysparti med bølgelengde Xi passerer gjennom en første (lengre) forsinkelsessløyfe 2240, mens lyspartiet med bølgelengde X2 passerer gjennom en andre (kortere) forsinkelsessløyfe 2242. Det lys som faller inn på den tredje port 1676 på polariseringsmåledeleren 1670 har således en første puls ved den første bølgelengde Xi, og som har blitt forsinket ved en lengre forsinkelsesverdi enn den andre puls ved den andre bølgelengde X2.1 to WDM-koblere 2244, 2246 har ganske brede passbånd som retter lys på de to separate forsinkelsesspoler 2240, 2242. Lys fra 1.525 nanometer til 1.535 nanometer, og som omfatter den første bølgelengde Xi, er således for eksempel fortrinnsvis rettet mot den lengre forsinkelsessløyfe 2240, mens lys fra 1.545 nanometer til 1.555 nanometer, som da omfatter den andre bølgelengde X2, fortrinnsvis er rettet mot en kortere forsinkelsessløyfe 2242.

Ut fra beskrivelsen ovenfor vil det innses at i signalet som mottas av det første deteksjonsundersystem 2220 oppretter et første akustisk dynamisk område bestemt av forsinkelsen gjennom den første (lengre) forsinkelsessløyfe 2240, mens de signaler som mottas av det andre deteksjonsundersystem 2222 oppretter et andre akustisk dynamisk område bestemt av forsinkelsen gjennom den andre (kortere) forsinkelsessløyfe 2242. Det antas at alle de øvrige komponenter i det angitt utstyr i figurene 45 A og 45B er bredbåndet for å ha stort sett samme virkning over samtlige anvendte bølgelengde.

Fasemodulasjonen O( t), ved hydrofongjengitt sensor er direkte proporsjonal med den akustiske signalamplitude. I en Sagnac-basert TDM-gruppering blir hver sensor punktprøvet med en viss gjentagelsesperiode x, og det returnerte signal har en faseforskjell, 0( t) - <P( t- Td), hvor Td spoleforsinkelsen. Når en sensor med en enkelt forsinkelses spole, slik som tidligere beskrevet, vil den diskrete punktprøvning av en gitt sensor gi prøveverdi St gitt ved:

hvor fra faseforskj ellen gjenopprettes ved hjelp av: hvor Sj er blitt målt av grupperingen og «, er kantområdet som beregnes ved hjelp av en kanttellingsalgoritme F, som benyttes som inngang til den løpende og de tidligere punktprøver,

Den standard kanttellingsalgoritme F for Mach-Zehnder og Sagnac-grupperinger med en enkelt forsinkelsesspole er gitt ved:

og er basert på minimalisering av faseforskj ellen mellom punktprøvene. Dette vil i høy grad utvide sensorens dynamiske område utover det som gjelder for en sensor som ikke benytter kanttelling. Utførelsen i figurene 45A og 45B muliggjør da bruk av en forbedret algoritme som bruker informasjon fra den ytterligere, kortere forsinkelsessløyfe 2242 i den Sagnac-baserte TDM-gruppering for å utvide det dynamiske området utover funksjonsevnen for den standard kanttellingsalgorytme angitt i ligning 28.

Som omtalt ovenfor, omfatter den Sagnac-baserte gruppering i figurene 45A og 45B flere forsinkelsesspoler 2240, 2242. De bredbånds WDM-koblere 2244, 2246 retter ganske brede passbånd på de separate forsinkelsessløyfer 2240, 2242.1 den angitte utførelse i for eksempel lys i området fra 1.525 nanometer til 1.535 nanometer fortrinnsvis rettet på den lengre forsinkelsessløyfe 2240, mens lys i området 1.545 nanometer til 1.555 nanometer fortrinnsvis blir rettet på den kortere forsinkelsessløyfe 2242.

Ved flere forsinkelsessløyfer for separate bølgelengder, er det mottatte datasett S for en gitt sensor og den første bølgelengde Xi, gjennom den første forsinkelsessløyfe 2240 gitt ved:

Datasettet S , for den andre bølgelengde Xi gjennom den andre forsinkelsessløyfe 2242 er gitt ved:

hvor 5 angir den relative fase mellom inngangs signalene (og således retursignalene) fra bølgelengdene Xi og X2. Hvis 8 = 0, vil inngangspulsene ved de to bølgelengder falle sammen i inngangspulsen. Etter hvert som inngangspulsen ved X2er forsinket i forhold til pulsen ved Xi, vil 8 øke. Forsinkelsen 8 kan med fordel rettes til en vilkårlig verdi basert på algoritmens behov.

For at algoritmen skal kunne fungere, blir en begrensning påført den lengre sløyfes forsinkelsestid Tj, slik at:

hvor p er et helt tall, slik at den lengre forsinkelsestid utgjør et helt talls multippel av x. Formålet med denne begrensning vil bli omtalt nedenfor.

Basert på den foregående informasjon, er det utviklet en ny kanttellingsalgoritme F' for å bruke informasjonen fra flere forsinkelsessløyfer til å øke det dynamiske området fremfor den dynamiske evne fremfor algoritmen F for den gamle algoritme/for den enkeltstående forsinkelsesspole, og som er definert ved ligning 28. Den algoritme er utviklet ved å tegne opp signalet fra en gitt sensor fra den lengre forsinkelsessløyfen 2240, nemlig p(t) = 0(t) - <&( t- Txld) i figur 46A. Figur 46A angir da den standard kanttellings algoritme F. Grupperingen måler punktprøvene Si og S2, og på grunn av at Si - S2>7i, blir 2n lagt til punktprøven S2for å dekke P(2t) i samsvar med algoritmen i ligning 28. Opptegningen i figur 46A angir at kanttelleverdien for P(2t) kunne vært beregnet med større nøyaktighet hvis helningen for P(t) var kjent. Helningen P'(t) for P(t) kan for eksempel måles ved en frekvens l/x. Hvis disse målinger innfases for å gi P'(t) ved t = x, t = 2x etc, kan kantetelleverdien for P(2t) forutsis ved å bruke en lineær ekstra polering fra P(x), nemlig:

slik som vist i figur 46B. Målingen S2= P(2t) mod 2n gir da en mer nøyaktig verdi for en del av P(2t) som ligger under 2n, men den lineære ekstra polering av ligning 32 er mer nøyaktig når det gjelder å bestemme kanttellingen som vist nedenfor i ligning 35 for den nye algoritme F'.

Det vil også være rimelig å bruke helningen i midtpunktet (t = 1.5t) i stedet for ved endepunktene (t =1, 2i). Ved å gjøre dette oppnås faktisk hovedsakelig lignende resultater med litt høyere lavfrekvent dynamisk område, samt litt lavere høyfrekvent dynamisk område. Da algoritmen dramatisk øket det lavfrekvente dynamiske område nesten til det nivå hvor det ikke behøves noe mer, er det valt å bruke endepunktalgoritmer for å gi et litt større høyfrekvent dynamisk område.

For å fullføre algoritmen blir P' målt. Dette oppnås ved bruk av en andre, mindre forsinkelsessløyfe 2242. En prosess som går ut på å måle P' starter med et uttrykk for

P'("),

Ved å identifisere som lik 1a , så kan første og andre uttrykk innenfor andre innenfor hakeparantes innenfor den siste linje av ligning 33 betraktes som måling av den andre forsinkelses spole med 5=0 i ligning 30.

Standardalgoritmen i ligning 28 brukes til å beregne avtelleverdien n \ på den kortere forsinkelsessløyfe 2240. P' blir så målt fra kortere forsinkelsessløyfe 2240, og med denne informasjon blir ligning 32 brukt til å måle kantverdien for hver punktprøve fra den lengre forsinkelsessløyfe 2242.

Matematisk uttrykk er en parameter ji- i definert som

og den nye lineære ekstrapoleringsalgoritme F' er da gitt ved:

hvor Int(jc) gjengir det største hele tall mindre enn eller lik x.

Begrensningene til den standard kanttellingsalgoritme F i ligning 28 og den nye lineære ekstra poleringsalgoritme F' for to forsinkelsessløyfer angitt i ligning 35 blir sammenlignet nedenfor. En nøyaktig analyse av det dynamiske området for en interferometersensorgruppering er ganske omfattende og vanskelig å redusere til en enkelt kvalitetsverdi. For enkelhetsskyld vil den følgene sammenligning da sammenligne den maksimale tonale faseamplitude ved funksjonen av frekvens, slik at ingen kanttellingsfeil opptrer. En analyse vil da anskueliggjøre den relative adferd for de to algoritmer så vel som de to sensortyper (Mach-Zehnder og Sagnac).

Ved begynnelse med den standard av tellingsalgoritme F, kan det vises at en kanttellingsfeil opptrer hvis størrelsen av forskjellen mellom to punktprøver overskrider en verdi lik7t,

hvor som tidligere P(t) = <E>(t) - 0(t-Ta) for en Sagnac-sensor og P(t)=<E>(t) for en Mach-Zehnder-sensor. Hvis man skriver <D(t) = Asm( 2Ttft+ Q), så vil for en Mach-Zehnder-gruppering en standard kanttellende algoritme nøyaktig demodulere et totalt fasesignal gitt ved Asin(27c//<F>+ 9) hvis: for en Sagnac-gruppering med en enkelt spole hvis

Analysen av den nye lineære ekstra poleringaalgoritmeF' er mer komplisert. To betingelser må fylles for at alt algoritmen skal kunne korrekt beregne kanttelleverdien: 1. Ingen kanttellingsfeil på den kortere forsinkelsessløyfe 2240. Denne kortere forsinkelsessløyfe bruker da den foreliggende standard kanttellingsalgoritme F for å beregne sine kanttellingsverdier, som om det ikke lenger var noen lengre forsinkelsessløyfe i utstyret. På grunn av den kortere lengde for forsinkelsessløyfen 2240, vil en standard frynstellingsalgoritme F fungere bedre på denne enn den vil gjøre på den lengre forsinkelsessløyfe. 2. Lineær ekstra polering forutsier nøyaktig frynsetelleverdien. Den lineære ekstra poleringsalgoritme F' antar at en målte faseforskjell av den lange forsinkelsessløyfe 2242 varierer lineært. For tilstrekkelig stor krumning på faseforskj ellen, vil denne betingelse ikke bli oppfylt, og algoritmen vil svikte.

Kravene ved den første betingelse er gitt ved en ligning med Td erstattet av 1d på følgende måte:

Med hensyn til den andre betingelse vil en kanttellefeil opptre når den lineære ekstra polerte verdi av den neste faseforskjell 0{ t + t), og den faktiske neste faseforskjell P(t + t) avviker med mer enn n. For å se når dette finner sted, er den lineært ekstra polerte forutsigelse skrevet som Betingelsen for ingen kanttellefeil er da: Skrivinger og forenkling gir:

hvor det antas at f^ d2 <<: 1. Dette er alltid tilfellet da ^Z* er valgt å være meget liten for det formål å utvide det dynamiske område oppover.

For at den lineære ekstra poleringsalgoritme skal fungere, må ligning 39 og ligning 41 tilfredsstilles. For sammenligning er den maksimale verdi av A før kanttellingsfeil opptrer opptegnet som en funksjon av frekvens i figur 47 for Xi<1>= 100 mikrosekunder, t = 50 mikrosekunder og -^ d2 = 100 nanosekunder. Også vist er resultatet av en nummerisk simulering av det dynamiske området for en Mach-Zehnder-gruppering (opptegnet med punkter representert ved □'-figurer). Sagnac-gruppering med en enkelt forsinkelsessløyfe (opptegnet med punkter representert ved 0-figurer), samt en Sagnac-gruppering med to forsinkelsessløyfer som utnytter den lineære ekstra poleringsalgoritme som er angitt ovenfor (optegnet med punkter angitt ved A-figurer).

Det bør bemerkes i figur 47 at for lineære ekstra poleringsmetoder utført på to forsinkelsessløyfer må grensen i ligning 39 og grensen i ligning 41 bli tilfredsstilt. Simuleringen følger således minimum for de to kurver. Lavere frekvenser følger simuleringen i kurven for ligning 39, og ved høyere frekvenser følger simuleringen kurven for ligning 41.

Figur 47 viser at den lineære ekstra poleringsalgoritme oppfører seg som forutsett, og dramatisk øke det dynamiske område (for eksempel med tre størrelsesordnener fra likestrøms til 400 Hz, samt med 2 størrelsessordener opptil 1 kHz) over det som var mulig å oppnå med en Mach-Zehnder-gruppering eller en Sagnach-gruppering med den enkelte forsinkelsessløyfe.

Ovenfor er det beskrevet en algoritme for å bruke to forsinkelsessløyfer 2240, 2242, samt to bølgelengder Xi, X2 i en Sagnac-basert gruppering for å øke det dynamiske område for sensoren vesentlig over det som er mulig ved en enkelt forsinkelsessløyfe, hvilket allerede er meget større enn det som er mulig i en Mach-Zehnder-gruppering. Forbedringen i maksimal tonal amplitude som kan detekteres er ganske betydelig, og er beregnet til å utgjøre to størrelsesordener eller mer opptil 1 kHz for ett bestemt utførelseseksempel. Denne algoritme er ukomplisert å iverksette, og krever meget lite ytterligere beregning på mottagersiden. Det foreligger således meget få hindringer for dens iverksettelse hvis det dynamiske området som den medfører anses nødvendig.

Det bør bemerkes at de ovenfor angitte utførelser er blitt beskrevet i forbindelse med superfluoriserende lyskilder. En fagkyndig på området vil erkjenne at også andre lyskilder (for eksempel laserkilder) også med fordel kan anvendes.

Skjønt beskrivelsen ovenfor av grupperingen i henhold til foreliggende oppfinnelse er blitt rettet på undervanns akustisk avføling, bør det forstås at foreliggende oppfinnelse også kan benyttes for å avfølge en hvilken som helst målbar størrelse som kan bringes til å frembringe ikke-resiproke fasemodulasjoner i en fiber. Hvis for eksempel hydrofonene var erstattet med en alternativ avfølingsinnretning som reagerer på en annen målbar størrelse, så vil grupperingen detektere denne størrelse på samme måte som akustiske bølger ble detektert. Grupperingen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan med fordel brukes til å avføle vibrasjoner, inntregninger, slagpåvirkninger, kjemikalier, temperaturer, væskenivåer og spenningspåkjenninger. Krypteringen i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan også brukes til å kombinere et antall forskjellige sensorer som er plassert enten på samme sted eller befinner seg på forskjellige steder (for eksempel for deteksjon av forskjellige feil på forskjellige punkter langs et skipsskrog eller en bygning). Andre eksempler på anvendelser omfatter deteksjon og ordfølging av bevegelige biler på en motorvei eller luftfartøyer på en flyplass for trafikkovervåkning- og styring.

Skjønt oppfinnelsen ovenfor er beskrevet under henvisning til spesielle utførelser, bør det forstås at beskrivelsen av disse utførelser bare er ment å være anskueliggjørende for oppfinnelsen og på ingen måte er ment å utgjøre noen begrensning av denne. Forskjellige modifikasjoner og anvendelser som vil erkjennes av fagkyndige på området avviker da ikke fra oppfinnelsens sanne idéinnhold og omfangsramme, slik oppfinnelsen er definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Sensoranordning som avføler perturbasjoner over et første og et andre dynamisk område,karakterisert vedat denne sensoranordning omfatter: en kilde for inngangslyspulser ved en første bølgelengde, en kilde for inngangslyspulser ved den andre bølgelengde, en gruppering av sensorer, en første optisk forsinkelsesbane ved den første bølgelengde, en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengde, en første detekteringsinnretning som reagerer på lys ved den første bølgelengde, en andre detekteringsinnretning som reagerer på lys ved den andre bølgelengde og en inngangs/utgangsinnretning som mottar inngangslyspulsene ved den første bølgelengde og den andre bølgelengde, hvor denne inngangs/utgangsinnretning retter en første del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og med den første polarisering gjennom grupperingen av sensorer i en første retning, derpå hvorigjennom en første optisk forsinkelsesbane og så til den første detekteringsinnretning, inngangs/utgangsinnretningen retter en andre del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og med en annen polarisering vinkelrett på den første polarisering gjennom den første optiske forsinkelsesbane, derpå gjennom sensorgrupperingen i en andre retning, og så til den første detekteringsinnretning, hvor denne første detekteringsinnretning detekterer variasjoner i det mottatte lys og som er forårsaket av perturbasjoner som varierer over det første dynamiske området, inngangs/utgangsinnretningen retter en første del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med en første polarisering gjennom sensorgrupperingen i en første retning, derpå gjennom den andre optiske forsinkelsesbane og så til den andre detekteringsinnretning, og inngangs/utgangsinnretningen retter en andre del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med en annen polarisering vinkelrett på den første polarisering gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, derpå gjennom sensorgrupperingen i en andre retning, og så frem til den andre detekteringsinnretning, hvor denne andre detekteringsinnretning detekterer variasjon i det mottatte lys og som er forårsaket av perturbasjoner som varierer over det andre dynamiske området.

2. Sensoranordning som angitt i krav 1, der perturbasjonene er akustiske signaler og grupperingen av sensorer omfatter akustiske sensorer.

3. Fremgangsmåte for å avføle perturbasjoner,karakterisertv e d at fremgangsmåten omfatter: innføring av lyspulser ved den første bølgelengde inn i en gruppering av sensorer, hvor denne sensorgruppering omfatter en første optisk forsinkelsesbane ved den første bølgelengde, innføring av lyspulser ved den andre bølgelengde inn i grupperingen av sensorer, hvor denne sensorgruppering omfatter en andre optisk forsinkelsesbane ved den andre bølgelengde, og denne andre optiske forsinkelsesbane har en annen optisk banelengden enn den første optiske forsinkelsesbane, retting av en første del av hver lyspuls ved den første bølgelengde, og med den første polarisering gjennom sensorgrupperingen i en første retning, og derpå gjennom den første optisk forsinkelsesbane, retting av en andre del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og den med en andre polarisering vinkelrett på den første polarisering gjennom denne første optiske forsinkelsesbane, og derpå gjennom sensorgrupperingen i den andre retning, retting i variasjoner i den første og den andre del av hver lyspuls ved den første bølgelengde og som er forårsaket av perturbasjoner som varierer over et første dynamisk område, retting av en første del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med en første polarisering gjennom sensorgrupperingen i en første retning, og derpå gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, retting av en andre del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde og med en andre polarisering vinkelrett på den første polarisering gjennom den andre optiske forsinkelsesbane, og derpå gjennom sensorgrupperingen gjennom den andre retning, og detektering av variasjoner i den første og andre del av hver lyspuls ved den andre bølgelengde, og som er forårsaket av perturbasjoner som varierer innenfor et andre dynamisk område.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, der perturbasjonene utgjøres av akustiske signaler.