NO339298B1

NO339298B1 - Aktiv koherensreduksjon for interferometeravspørring

Info

Publication number: NO339298B1
Application number: NO20044275A
Authority: NO
Inventors: Kjell Blotekjaer; Erlend Rønnekleiv; Sverre Knudsen; Sigurd Weidemann Løvseth; Ole Henrik Waagaard; Dag Thingbo
Original assignee: Optoplan As
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2016-11-21
Also published as: GB2406907B; GB0422437D0; CA2484320A1; GB2406907A; NO20044275L; US20050078316A1; CA2484320C; US7433045B2

Description

AKTIV KOHERENSREDUKSJON FOR KOMMUNISERING MED

INTERFEROMETER

KRYSSREFERANSE TIL RELATERTE SØKNADER

[0001]Denne søknaden påberoper seg understøttelse fra United States provisoriske patentsøknad med seriellnummer 60/510,188, registrert 10.oktober, 2003, som er innlemmet heri for referanse.

BAKGRUNNSOPPLYSNINGER FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens bruksområde

[0002]Den gjeldende oppfinnelsen er relatert til interferometriske optiske sensorsystemer som bruker aktiv koherensreduksjon av kildelyset.

Beskrivelse av den gjeldende oppfinnelsen

[0003]Koherensfunksjonen av et optisk signal i forhold til forsinkelse og tid t er definert som autokorrelasjonsfunksjonen av den normaliserte feltviseren E( t) av det optiske signalet. Med andre ord, koherensfunksjonen R( r, t) er lik autokorrelasjonsfunksjonen av lyset og er gitt ved

I vanlige matematiske definisjoner av koherensfunksjonen vil integreringstiden T i ligning (1) nå det uendelige, mens w( t) er avhengig av t og er lik 1/T. Om to optiske feltvisere E( t) og E( t+ r) som kommer fra samme kilde med forsinkelsesforskjell r blir kombinert på en detektor, vil synligheten av interferenssignalytelsen fra detektoren være proporsjonal med størrelsen av en effektiv R( r, t), som er frem deles gitt ved ligning (1) men hvor wrø er lik impulsresponsen av detektoren. Om wrø også inkluderer effekten av elektriske eller digitale mottakerfiltre koplet til detektorytelsen beskriver R( r, t) synligheten av ytelsessignalene fra mottakerens filter. I ligningen (1) representerer w( t) en bevegelig gjennomsnittlig vektingsfunksjon som er multiplisert med interferensenergitermen E*( t') E( t'+ r). Normalisering av feltviseren E( t) betyr at feltviseren er målt slik at R( 0, t) = 1 i gjennomsnitt.

[0004]Det kan vises at koherensfunksjon av lyset kan defineres som Fourier-transformasjonen av sitt optiske effektspektrum. Koherenstiden kan defineres som halvverdibredde (FWHM) av autokorrelasjonsfunksjonen og det kan vises at koherenstiden er omvendt proporsjonal med båndbredden av det optiske effektspektrumet. Termen "koherenslengde" er brukt for avstanden som lyset vil bevege seg innenfor koherenstiden. Den effektive koherensfunksjonen som er diskutert ovenfor kan defineres som Fourier-transformasjonen av det optiske effektspektrum et etter konvolering med Fourier-transformasjonen av w(f| Dette korresponderer med å ta Fourier-transformasjonen av det optiske effektspektrumet målt med oppløsningsbåndbredden som tilsvarer båndbredden avwffj, m.a.o. detektorbåndbredden. Den effektive koherenstiden er deretter halvverdibredden (FWHM) av den effektive autokorrelasjonsfunksjonen og den effektive koherenslengden er avstanden som lyset vil bevege seg innen den effektive koherenstiden.

[0005]I de fleste praktiske interferometriske applikasjoner er det den effektive koherensfunksjonen hvor w( t) er lik impulsresponsen av detektoren inkludert filter som er av interesse og følgelig bruker vi termene koherensfunksjon, koherenstid og koherenslengde når vi mener den effektive koherensfunksjonen, effektive koherenstiden, effektive lengden og koherenslengden.

[0006]Interferometriske optiske sensorsystemer vil vanligvis omfatte en optisk kildeenhet som produserer et optisk signal. Om bølgelengdemultipleksing av sensorinterferometere er brukt, kan dette signalet vanligvis omfatte en flerhet av optiske signaler, hvor hvert signal er begrenset til et separat bølgelengdeområde som definerer en bølgelengdekanal. En slik multibølgelengde-kanalkilde kan vanligvis omfatte en flerhet av laserkilder som opererer på forskjellige bølgelengdekanaler og en bølgelengdemultiplekser anordnet for å kombinere de forskjellige bølgelengdesignalene. Om tidsmultipleksdrift av sensorinterferometere er brukt, kan det optiske signalet fra kildeenheten vanligvis omfatte pulser.

[0007]Det optiske signalet fra kildeenheten starter i et optisk nettverk som omfatter en flerhet av optiske baner fra inngang til utgang og hvor noen par med optiske baner danner sensorinterferometere. Forskjellen i forsinkelse mellom to baner som danner et sensorinterferometer kalles sensorforsinkelse eller ubalanse for den sensoren. Det optiske nettverket kan vanligvis bruke optiske bølgeledere, slik som optisk fiber, for å lede de optiske signalene. Dersom bølgelengdemultipleksering er brukt, kan det optiske nettverket vanligvis omdanne bølgelengdeavhengige forbindere eller bølgelengdeavhengige reflektorer slik som "fiber Bragg bøyningsgitter" (FBG)-reflektorer, anordnet på en slik måte at de optiske signalene som hører til en bølgelengdekanal bare vil utbre seg gjennom et begrenset sett med veier gjennom nettverket. Således kan forskjellige sensorer kommunisere med lys i forskjellige bølgelengdekanaler.

[0008]Lys som kommer ut av produksjonen av det optiske nettverket blir vanligvis sendt til en demodulasjonsenhet. Om bølgelengdemultiplekseringen er brukt kan demodulasjonsenheten vanligvis omfatte en bølgelengdelengdedemultiplekser som separerer de forskjellige bølgelengdekanalkomponentene av det innkommende lyset og retter de separerte komponentene til de tilsvarende bølgelengdekanaldetektorene. Detektorene vil vanligvis konvertere de innkommende lyssignalene til utgangsspenning eller spenningssignaler som er proporsjonale til den optiske effekten.

[0009]De elektriske signalene som kommer fra signalprosesseringsenheten vil vanligvis analyseres av noen signalprosesseringsmidler for å trekke ut informasjon avhengig av fasen av sensorinterferometerene, som er definert som forskjellen i faseforsinkelse erfart av det kommuniserende optiske signalet når det beveger seg i de to armene på en sensorinterferometer. Fasen til et sensorinterferometer er lineært, avhengig av den eksakte sensorforsinkelsen til interferometeret. Denne informasjonen kan vanligvis ha med seg nyttig informasjon om fysiske parametere som virker forskjellig på de to banene som utgjør hvert sensorinterferometer. Eksempler på slike fysiske parametere er akustiske vibrasjoner eller trykkvariasjoner, temperatur, eller hydrostatisk trykk. Noen sensorinterferometere kan også være designet til å være upåvirket av fysiske parameter som man vil måle, og vil heller brukes som referansesensorer for å korrigere utlesingen fra andre sensorinterferometere for påvirkninger fra fysiske parametervariasjoner som man ikke vil måle, men som påvirker målingene fra både referansesensoren og den korrigerte sensoren. Signalprosesseringsmidler kan vanligvis omfatte komponenter slik som analoge miksere, prøve- og holdestrømkretser, analoge til digitale konvertere, mikroprosessorer, digitale signalprosessorer, etc.

[0010]Sensorsystemet kan også omfatte et kompenserende interferometer. Et kompenserende interferometer består av to optiske veier fra sin inngang til sin utgang med en ubalanse i veien, dvs. forskjellen i overføringsforsinkelse mellom de to veiene, som er valgt å være omtrent lik veiforsinkelsen til sensorinterferometeret. Det kompenserende interferometeret er serie koplet med sensorinterferometeret, enten etter kildeenheten ved den optiske overføringsenden (i hvilket tilfelle det er kalt et overføringsinterferometer i deler av eksisterende litteratur) eller før detektorenheten ved den mottakende enden (i hvilket tilfelle det er kalt et mottakende interferometer i deler av den eksisterende litteraturen).

[0011]Det kompenserende interferometeret forsikrer at det for hvert sensorinterferometer vil være er par med baner fra kildeenheten til demodulasjonsenheten som går gjennom både det kompenserende interferometeret og det optiske nettverket (med det kompenserende interferometeret plassert enten før eller etter det optiske nettverket) som har en forsinkelsesubalanse som er nær null, dvs. mye kortere enn sensorinterferometerforsinkelsen. Siden følsomheten av interferensfasen til kildefrekvensvariasjoner er proporsjonal med forsinkelsesubalansen av de optiske banene som de forstyrrende bølgene har reist, kan bruken av et kompenserende interferometer tillate at det brukes billigere lyskilder med en lavere optisk frekvensstabilitet eller fasestabilitet og lavere koherens, i motsetning til systemer som ikke bruker kompenserende interferometere. Nivået av frekvensvariasjoner som kan tillates er bestemt av produksjonsusikkerheten eller utbredelsen av feiltilpasning mellom forsinkelsesforskjellen i det kompenserende interferometeret og forsinkelsesforskjellene i sensorinterferometeret. For fiberoptiske interferometriske sensorsystemer kan denne utbredelsen være avhengig av usikkerheter i fiberspleisingprosessen og fiberforlengelsesnivåene, så vel som i noen tilfeller; fleksibiliteten av plasseringen av fiberspleisinger innen sensorkabinettet. Usikkerheten kan vanligvis være rundt 1 til 50 mm i fiberlengde, hvilket tilsvarer forsinkelsesvariasjoner i størrelsesorden 0,01 til 0,5 ns for et dobbelveifiber i et reflektorbasert interferometer. I sensorsystemer som omfatter kompenserende interferometer, vil banepar med forsinkelsesubalanser som er i nærheten av en eller to ganger forsinkelsen av sensorinterferometeret også eksistere. Interferens mellom lyskomponenter med slik forsinkelsesubalanse kan føre til ikke-lineære responser og støy i sensorutlesingen. I pulserte multiplekssystemer er disse interferenstermene fjernet ved pulsing av kilden med pulser som er kortere enn sensorinterferometerforsinkelsen, hvilket resulterer i at den uønskede interferensen mellom pulskomponentene som har erfart omtrent lik forsinkelse fra kildeenheten til demodulasjonsenheten vil være separert i tid fra pulskomponenter som har erfart ulike forsinkelser. Det ønskede interferenssignalet kan således bli separert og trekket ut ved tidssignalutvelging eller særskilt tidssampling av utgangssignalene fra demodulasjonsenheten. På grunn av den pulserte beskaffenheten av kommuniseringssignalene kan slike systemer enkelt tilpasses for tidsmultipleksdrift (TDM). Sensorer som hører til forskjellige TDM kanaler vil deretter ha forskjellig kompenserende overføringsforsinkelser fra kildeenheten slik at de påviste interferenssignalene fra de forskjellige sensorene kan separeres i tidsområde ved tidssignalutvelging eller særskilt tidssampling av utgangssignalene fra demodulasjonsenheten.

[0012]Det har blitt offentliggjort forskjellige løsningsmåter for ekstraksjon av sensorfasen. De fleste av dem er avhengige av å aktivt variere interferensfasen til sensorinterferometerene som en funksjon av tid gjennom modulering av fasen eller frekvensen av det kommuniserende optiske signalet, eller ved modulasjon av interferometer-ubalansen. Dette forsikret at signalprosesseringsmidlene kan ekstrahere både fellesmodus- og kvadraturinformasjon om interferensen av hvert sensorinterferometer ved å analysere utgangssignalene fra demodulasjonsenheten som en tidsfunksjon, for således å muliggjøre interferensfasen til å trekkes ut uten symbolambiguitet. Man kan for eksempel bruke demodulasjonsløsningen "faseprodusert bærer" (PGC), offentliggjort i Homodyn demodulasjonsskjema for fiberoptiske sensorer ved bruk av faseprodusert bærer av A.B.A Dandridge og andre, publisert i IEEE J. av Quantum Electronics, Vol. QE-18, s. 1647-1653, 1982, hvori termen PGC henviser til bærerfrekvensen produsert ved detektoren ved frekvensen hvor interferensfasen er aktivt modulert og i overtoner til denne frekvensen. Sensorinterferometerfasen kan ekstraheres uten symbolambiguitet ved å analysere detektorsignalene i et frekvensbånd som omfatter minimum to av de produserte frekvensene. Interferensfasemoduleringen kan produseres på flere måter, for eksempel ved modulering av den optiske kildefrekvensen, modulering av den optiske fasen eller frekvensen utenfor kilden, eller ved modulering av forsinkelsen i en av interferometerarmene. Om et kompenserende interferometer er brukt kan interferensfasemodulasjon produseres ved modulering av faseforsinkelsen i en av armene til det kompenserende interferometeret. Systemer hvor den optiske signalkomponenten beveger seg frem og tilbake i en av banene til et sensorinterferometer frekvensskiftes relativt til den optiske signalkomponenten som beveger seg frem og tilbake i den andre banen til det samme sensorinterferometerer, kan også brukes til å produsere et heterodynsignal ved detektoren som beskrevet i U.S. patentnummer 6,466,706 med tittelen "Pulserte systemer og metode for fiberoptisk sensor", hvilket resulterer i et bærersignal ved detektoren hvor sensorinterferometerfasen er kodet og kan trekkes ut uten symbolambiguitet. For de fleste demodulasjonsløsningene basert på PGC eller over-lagringsteknikker vil det kreves PGC-frekvenser eller optiske frekvensskift, respektivt, som er minst to ganger større enn frekvensbåndbredden til utlesingen av det demodulerte sensorfasesignalet for å unngå frekvensoverlapping av de påviste bærersidebåndene og for å unngå ikke-lineariteter og feil i de demodulerte utgangssignalene.

[0013]Fasedemodulasjon uten symbolambiguitet kan også oppnås uten noen modulering av interferensfasen eller produksjon av bærerfrekvenser ved detektorene. For eksempel kan et kompenserende interferometer plassert foran demodulasjonsenheten med utganger fra en 3x3 fiberforbinder til to eller tre detektorer brukes, som offentliggjort for et pulsert system i U. S patentnummer 5,946,429 med tittelen "Tidsmultipleksering av polarisasjons-ufølsomme fiberoptiske Michelson interferometriske sensorer". Interferenssignalene ved utgangene fra 3x3 forbinderen vil deretter være faseskiftet relative til hverandre, hvilket således gir både fellesmodus- og kvadraturinformasjon om interferenssignalet til signalprosesseringsmidlene.

[0014]Demodulasjonsenheten har en detektorbåndbredde som er i stand til å inn-fange all informasjon som kreves av signalet og prosesseringsenheten for å demo-dulere sensorinterferometerfasen med den krevde båndbredden for demodulasjonsfasesignalet. Med PGC demodulasjonsteknikker kan den nødvendige demodulasjonsbåndbredden vanligvis inkludere fra 2 til 12 overtoner av PGC- frekvensen. Med heterodyne demodulasjonsteknikker kan den nødvendige demodulasjonsbåndbredden vanligvis være i rekkefølge av en eller til to ganger det heterodyne frekvensskiftet. Med demodulasjonsteknikker som bruker en 3x3 fiberforbinder i front av demodulasjonsenheten kan den nødvendige demodulasjonsbåndbredden vanligvis være en til flere ganger den krevde båndbredden for demodulasjonsfasesignalet. På grunn av ikke-lineariteter i interferensefasen for å signalrespons i ytterkantene kan til og med høyere demodulasjonsbåndbredder kreves dersom amplituden for demodulasjonsfasesignalet er høyt.

[0015]I systemer som bruker en pulsert optisk kilde må den nødvendige demodulasjonsbåndbredden være tilstrekkelig for å unngå uønsket krysstale i tidsområdet mellom etterfølgende pulser og den nødvendige demodulasjonsbåndbredden vil vanligvis være i størrelsesorden det omvendte av pulsvarigheten, dvs. det omvendte av sensorinterferometerforsinkelsen.

[0016]Ytterligere komponenter kan også inkluderes i det interferometriske sensorsystemet, slik som for eksempel optiske forsterkere for å forsterke den optiske effekten som kommer fra kildeenheten før den er lansert i systemet, polarisasjons-kontrollører, kraftforsyning, optiske sirkulatorer, optiske modulatorer for modulasjon av sensorinterferometerfasen og mer.

[0017]Interferometriske sensorsystemer som bruker pulserte kilder med en koherenslengde som er til og med kortere enn pulslengden i kombinasjon med kompenserende interferometeret er kjent fra tidligere teknikk. På grunn av den pulserte naturen til kommuniseringssignalene kan slike systemer enkelt tilpasses for tidsmultipleksdrift. Pulser med kortere varighet enn interferometer-ubalansen produseres av kilden. Fraksjonen av en puls som følger den korte veien gjennom sensorinterferometeret og den lange veien gjennom det kompenserende interferometeret vil deretter overlappes ved detektoren med fraksjonen av den samme pulsen som følger den lange veien gjennom sensorinterferometeret og den korte veien gjennom det kompenserende interferometeret.

[0018]I de fleste tidligere teknikkreferansene som bruker korte koherenskilder oppnås en koherenstid som er kortere enn pulslengden gjennom iboende, tilfeldige prosesser i kilden slik som spontan emisjon eller termisk stråling. Imidlertid, slike tilfeldige prosesser tilsvarer tilfeldige variasjoner i kildefrekvensen eller fasen. Om den kompenserende interferometerforsinkelsen ikke er perfekt tilpasset sensorinterferometerforsinkelsen, vil disse tilfeldige frekvensvariasjonene forårsake uønskede støyvariasjoner i avlesningsfasen, som diskutert ovenfor. Patent 706 offentliggjør en alternativ løsning hvor den optiske feltviseren (dvs. den komplekse feltamplituden) av lys som kommer fra en koherenskilde er modulert på en kontrollert og repeterende måte ved bølgelengdeutsving av den optiske frekvensen innen hver puls som er levert av kildeenheten med en akustooptisk modulator. Dette forsikret at den gjennomsnittlige optiske frekvensen til kilden ikke er forstyrret fra puls til puls, og således unngås konvertering fra kildefrekvensvariasjoner til støy i det demodulerte sensorfasesignalet. Den minimale koherenstiden som kan oppnås ved koherensmodulasjon ved bruk av denne teknikken er begrenset av responstiden eller varigheten av impulsresponsen til modulatoren, hvilket er helt begrenset av lydhastigheten i den akustooptiske samhandlingsmediet i området 5 til 100 ns for modulatorer med høy hastighet, og prisen og kompleksiteten til modulatorene øker med økende hastighet. Dette setter en grense for hvor mye koherenstiden kan reduseres ved denne teknikken og således en grense for hvor mye de uønskede effektene av kildekoherensen, som er beskrevet ovenfor, kan dempes.

[0019]Bruken av lave koherenskilder gir flere fordeler, inkludert redusert støy, krysstale og harmonisk forvrengning i sensorresponsen fra interferens med uønskede refleksjoner slik som Rayleigh-spredning, refleksjoner fra andre sensorer multipleksert på samme fiber, koplinger etc. I hovedsak vil kun reflektorer som er separert fra sensorreflektorer ved mindre enn koherenslengden av kilden bidra til feil i det demodulerte signalet.

[0020]Om hovedfiberet er av vesentlig lengde kan distribuert Rayleigh-spredning forårsake en vesentlig mengde med støy ved detektorene og således i de demodulerte fasesignalene for sensorinterferometeret. Det kan vises at den kvadrerte Rayleigh-støymedvirkningen til signalutgangen på detektoren er proporsjonal med hvor Tf er overføringsforsinkelsen gjennom fibret som medvirker sammen med Rayleigh-støy til det demodulerte fasesignalet. Det er således ønskelig å få det integrale uttrykket i (2), som representerer en Rayleigh-støyundertrykkelsesfaktor, så liten som mulig. Om koherensfunksjonen kun har ett toppunkt som funksjon av t, vil det integrale bli direkte proporsjonalt med koherenstiden.

[0021]I systemer som bruker pulsert kommunisering vil refleksjoner med forsink-elsesavstand fra interferometeret som er lik en trinnvis modulasjon av kommuni-seringspulsperioden gi interferens med sensorrefleksjoner. Om etterfølgende pulser er korrelert med en stabil eller sakte varierende faserelasjon vil slike refleksjoner bidra til krysstale og harmonisk forvrengning. Om etterfølgende pulser ikke er korrelert og pulsfaserelasjonen varierer på en tilfeldig måte, vil slike refleksjoner bidra til støy i det demodulerte fasesignalet. I systemer som bruker en felles hovedfiber ned og opp vil ethvert tap av hovedfiber, på grunn av, for eksempel; koplingstap eller retningskoplere, redusere forholdstallet mellom reflekterte signalpulsamplitudene fra sensorinterferometerene og uønskede refleksjoner fra høyere opp i hovedfibret. Interferens med uønskede refleksjoner kan derfor vesentlig forringe kvaliteten på det demodulerte avlesningssignalet.

[0022]Som allerede nevnt reduserer kombinasjonen av et kompenserende interferometer og en lav koherenskilde kravene til kildefrekvensstabiliteten, siden avlesningsfasen er proporsjonal med produktet av den optiske kildefrekvensen og forsinkelsesubalansen til de forstyrrende pulsene. For eksempel, i et system med en sensorinterferometerforsinkelse på t = 100 ns (tilsvarer 20 m med engangsfor-sinkelse i optisk fiber), krever en avlesningsfaseoppløsning på A<t> = 1 mrad at kildefrekvensen har variasjoner mindre enn A<t>/(27tT) = 160 Hz innen den demodulerte båndbredden av interesse dersom et kompenserende interferometer ikke er brukt. Dette krever avanserte og dyre laserkilder som må isoleres fra vibrasjoner. Når et kompenserende interferometer som passer sensorinterferometeret innen At = 0,1 ns (20 mm fiber) er brukt avspennes kravene for kildefrekvensstabiliteten med tre størrelsesordner til A<t>/(27tAT) = 160 kHz. På grunn av usikkerheter i fiberforlengelse og i fiberspleisingsprosessen som er involvert er det vanskelig å oppnå forsinkelsestilpasning bedre enn i området 0,01 to 0,5 ns.

[0023]Bruken av lave koherenskilder øker også terskelen for uønsket Brillouin-spredning i systemer som bruker lange hovedfiber for å nå fjerne sensorbeliggen-heter. Den optiske inngangseffekten som kreves for å overkomme haglstøy-begrensninger for detektoren (mottakeren) kan være høy, spesielt om optiske tap er høye. I slike tilfeller kan den optiske effekten for inngangen som kreves for å overkomme haglstøy overgå terskelen for indusert Brillouin-effekt (SBS) om en høy koherent kilde sendes inn i et langt hovedfiber. Om SBS-terskelen overgås, spres en stor fraksjon av det optiske inngangssignalet av fononer, som er produsert på grunn av den høye optiske effekten. Dette forårsaker en stor reduksjon av den optiske effekten som kommer frem til sensoren (effektivt tap). Dersom et felles optisk fiber brukes for overføring til og fra sensoren (som i reflekterende sensorsystemer) vil SBS føre til at et større signal blir lagt oppå den reflekterte sensorresponsen. Ustabiliteter i SBS-prosessen kan også forårsake betydelig støy i avlesningssignalet. Akseptabel systemytelse kan derfor ikke oppnås når SBS terskelen blir overskredet.

[0024]Forutsatt at fiberoverføringstapet er mindre enn noen få dB, er SBS-terskeleffekten i en monokromatisk optisk kilde omvendt proporsjonal med hovudfiber-lengden. For større tap (en gitt svekkelse per km og økende fiberlengde) når terskeleffekten et konstant nivå. Om båndbredden BW til kilden overgår forsterkningsbåndbredden av SBS-prosessen som for silikatfiber kan være i området av BWsbs=20 til 100 MHz, vil også SBS-terskelen være proporsjonal med båndbreddeforholdet BW/BWsbs, hvor BW er den optiske båndbredden til kilden. Mer nøyaktig bestemmes terskeltilstanden av toppunktet til spektraltettheten av den optiske effekten til kilden utjevnet med en optisk oppløsningsbåndbredde for BWSBS. BWsbs er avhengig av livstiden til de induserte fononene i fibret.

[0025]Det eksisterer noen tidligere teknikkreferanser hvor koherensfunksjonen av kilden syntetiseres til å ha et toppunkt ved en utvalgt forsinkelse ved å modulere kildefeltederen på en periodisk måte, enten ved å modulere styrestrømmen til en kildelaser eller ved bruk av en ekstern modulator. Toppunkt i koherensfunksjonen vil deretter oppstå ved trinnvis modulasjon av modulasjonsperioden. I U. S patentnummer 4,818,064 med tittelen "Sensorgruppering og metode for selektiv interferometrisk avsøking ved bruk av koherenssyntese", brukes denne teknikken til å velge hvilket interferometer blant en flerhet av sensorinterferometer med forskjellig sensorforsinkelsesubalanse demodulasjonen bør være følsom for. Ved å variere modulasjonsperioden kan en velge sensorer med forskjellige forsinkelsesubalanser. Denne typen koherenssyntese gir noen av de samme fordelene med hensyn til undertrykkelse av uønskede effekter av Rayleigh og andre sporadiske refleksjoner så vel som indusert Brillouin-effekt som andre teknikker som bruker lave koherenskilder for interferometrisk sensorkommunisering. Imidlertid, siden koherensfunksjonen blir en periodisk funksjon av forsinkelse med en repeterende periode lik sensorinterferometerforsinkelsen, vil utlesingen bli følsom for Raleigh og sporadiske refleksjoner som introduserer baner fra kildeenheten til demodulasjonsenheten som er plassert ved enhvert trinnvis modulasjon av sensorinterferometerforsinkelsen fra overfør-ingsforsinkelsene til sensorinterferometerbanene. Med andre ord vil støyunder-trykkelsesfaktoren som definert i ligningen (2) inneholde uønskede bidrag fra et stort antall koherenstoppunkt. Til sammenligning vil den pulserte kildeenheten beskrevet i 706 patentet ha en koherensfunksjon med toppunkt som repeteres for hvert pulsrepetisjonsintervall, som er vanligis mye lengre enn sensorforsinkelsen. En annen svakhet med teknikken offentliggjort i '064 patentet er at følsomheten i forhold til variasjoner i den gjennomsnittlige kildefrekvensen (dvs. laserfrekvensvariasjoner) er mye høyere enn for systemer som bruker et kompenserende interferometer.

[0026]Generelt har interferometer kommuniseringssteknikker som bruker uavbrutte bølge og pulskilder forskjellige fordeler og ulemper som gjør at de foretrekkes for forskjellige applikasjoner. Pulsert kildekommunisering tillater tidsmultipleksdrift i tillegg til bølgelengdemultipleksering og kan derfor være fordelaktig for systemer hvor det kreves multipleksering av et stort antall interferometere. På den andre siden vil en kort arbeidssyklus av de påviste interferenspulsene betyr at noe høye optiske pulseffekter kreves for å overkomme den fundamentale haglstøybegrensningen for optisk påvisning. Dette kan overkommes ved å øke kildekraften, for eksempel ved å innlemme en relativt dyr optisk forsterker. Imidlertid, i sensorsystemer med lange hovedfiber for overføring til sensorbeliggenhet og i tillegg mulige vesentlige overføringstap nære sensorene, kan kraftkravet bli så høyt at ikke-lineære prosesser som selvfasemodulasjon og Raman-kraftoverføring, kryssfasemodulasjon, eller fire-bølget blanding og mellom bølgelengdekanaler kan føre til problemer ved å introdusere overdrevet støy og effektive tapsmekanismer til det overførte optiske signalet. Videre vil den pulserte løsningen kreve meget høye hastighetskomponenter som kan være relativt dyre, slik som modulasjon med høy hastighet for skifting og demodulasjon med høy hastighet og avsøkingselektronikk. For billigere systemer som ikke krever tidsmultipleksdrift av for mange sensorer og for systemer hvor overføringstap og hovedfiber er lange, kan uavbrutte bølgesystemer således gi en fordel over pulserte systemer.

[0027]Såldes eksisterer det et behov for forbedrede teknikker for kommunisering i interferometriske sensorsystemer som bruker pulserte kilder som reduserer fasefeil i utlesing av interferometer til Rayleigh-spredning, sporadiske refleksjoner, eller indusert Brillouin-effekt, og som overkommer andre problemer med den tidligere teknikken nevnt heri. Det eksisterer videre et behov for forbedrede teknikker for kommunisering i interferometriske sensorsystemer som bruker uavbrutte bølgekilder som reduserer fasefeil i avlesing av interferometer forårsaket av Raleigh-spredning, sporadiske refleksjoner eller indusert Brillouin-effekt, og hvilket overkommer andre problemer med den tidligere teknikken nevnt heri.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0028]Den gjeldende oppfinnelsen gjelder generelt et interferometrisk sensorsystem som kan omfatte optiske bølgeledere slik som optiske fibrer, og andre optiske komponenter slik som optiske bølgelederkoplere og optiske sirkulatorer. Det interferometriske sensorsystemet omfatter også en optisk kildeenhet som produserer lys i minst en bølgelengdekanal. Lyset fra den optiske kildeenheten lanseres i et optisk nettverk som omfatter en flerhet av optiske veibaner fra kildeenheten til demodulasjonsenheten, hvor par med optiske veibaner danner sensorinterferometere, hvor hvert sensorinterferometer har en sensorforsinkelsesforskjell som ligner på en nominal sensorforsinkelse. En av de optiske veibanene på et første sensorinterferometer kan være følsomt for en fysisk måling slik som akustisk vibrasjon eller akustiske trykkvariasjoner, mens et annet sensorinterferometer kan være ufølsomt for fysisk måling og vil således danne en referansesensor som gir informasjon for korrigering av målingen utgjort av det første sensorinterferometeret. Det optiske nettverket kan omfatte en flerhet av optiske bølgelengdeselektive reflektorer slik som fiber Bragg-bøyningsgitter eller optiske bølgelengdeselektive koplinger for å muliggjøre bølgelengdemultipleksering av sensorinterferometerene. Lyset mottatt fra det optiske nettverket konverteres til elektriske signaler ved bruk av en demodulasjonsenhet og prosesseringsmidler påføres til det elektriske signalet for å trekke ut informasjon avhengig av fasen til sensorinterferometerene.

[0029]Oppfinnelsen gir en metode for redusering av støy og overtoneforvrengning på grunn av uønsket refleksjon slik som Rayleigh-spredning, ref leksjoner fra andre sensorer multipleksert på samme fiber, kopiere etc. Oppfinnelsen gir også en metode som øker terskelen for indusert Brillouin-effekt (SBS). Dette muliggjør mer optisk kraft som kan sendes inn i det optiske nettverket, når den optiske kraften til kilden er begrenset av SBS. Reduksjonen av støy og overtoneforvrengning og øk-ningen av SBS-terskelen oppnås ved å redusere koherensen av en høyt optisk kilde ved hjelp av koherensmodulasjonsmidler som modulerer utgangsfeltlederen til hver kanal for å produsere et utbredt optisk kildeeffektspekter.

[0030]Koherensmodulasjonsmidlene reduserer autokorrelasjonen av kilden, hvor autokorrelasjonsfunksjonen av en bølgelengdekanal er definert som Fourier-transformasjon av det optiske kildeeffektspekteret i en bølgelengdekanal, hvor det optiske effektspekteret er definert med en oppløsningsbåndbredde lignende til den nødvendige demodulasjonsbåndbredden. Alternativt kan autokorrelasjonsfunksjonen av en bølgelengdekanal fra kilden som funksjon av forsinkelse være definert som en filterimpulsrespons rullet sammen med produktet av et par med utgangsfeltledere og utgangsfeltlederen forsinket av den gitte forsinkelsen, hvorfilterimpulsresponsen haren frekvensrepresentasjon med en båndbredde lignende den nødvendige demodulasjonsbåndbredden. Koherenstiden kan være definert som halwerdibredden (FWHM) av autokorrelasjonsfunksjonen. Koherenstiden er omvendt proporsjonal med bånd-

bredden av det optiske kildeeffektspekteret. Effektive

koherensmodulasjonsmidler for bruk i kombinasjon med et kompenserende interferometer vil produsere en utgangfeltleder med en koherenstid som er vesentlig kortere enn sensorforsinkelsen. Om koherenstiden er tilstrekkelig kort vil signalkomponentene som vises på grunn av interferensen dannet mellom optiske veibaner, med en forsinkelse forskjellig fra sensorforsinkelsen av det kommuniserende interferometeret, være vesentlig undertrykket. Om et kompenserende interferometer ikke er brukt kan vesentlige forbedringer fremdeles oppnås ved å redusere koherenstiden fra en høyt koherent laserkilde til en koherenstid som er redusert, men lengre enn sensorinterferometerforsinkelsen, uten å forstyrre den gjennomsnittlige kildefrekvensen.

[0031]Det er viktig at koherensmodulasjonsmidlene produserer en autokorrelasjonsfunksjon som er stabil mot tid. Om dette ikke er tilfellet vil støy bli lagt til på signalet fra sensorene med sensorforsinkelser som ikke er fullstendig tilpasset til det maksimale av autokorrelasjonsfunksjonen. Stabiliteten av autokorrelasjonsfunksjonen innen den nødvendige demodulasjonsbåndbredden kan oppnås ved å modulere utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er større enn den nødvendige demodulasjonsbåndbredden. Alternativt kan stabiliteten til autokorrelasjonsfunksjonen oppnås ved modulasjon av utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er fasetilpasset en demodulasjonsbærerfrekvens, slik som den faseproduserte bærer (PGC)-modulasjonsfrekvensen i et system som bruker PGC demodulasjon eller heterodynfrekvens i et system som bruker heterodyndemodulasjon.

[0032]I en utførelse produserer kildeenheten en uavbrutt bølgeproduksjon eller pulser med en varighet som er forskjellig fra den nominale sensorforsinkelsen. Et kompenserende interferometer er dannet med to optiske veibaner fra sin inngang til sin utgang som har en forsinkelsesforskjell som er lik eller vesentlig lik den nominale sensorforsinkelsen. Dette kompenserende interferometeret kan plasseres mellom kildeenheten og det optiske nettverket, eller mellom nettverket og demodulasjonsenheten. I denne konfigurasjonen balanserer det kompenserende interferometeret forsinkelsen fra sensorene, og fasen av sensoren kan trekkes ut fra et interferenssignal dannet mellom to optiske veibaner som har en forsinkelsesforskjell som er nær null. Store, uønskede signalkomponenter kan også vises på grunn av interferensen dannet mellom optiske veibaner med en forsinkelsesforskjell nær en eller to ganger sensorforsinkelsen. Den optiske kildeenheten må derfor produsere et optisk signal med en autokorrelasjonsfunksjon som er vesentlig redusert for forsinkelser nær en til to ganger sensorforsinkelsen, men nære et maksimum for forsinkelser innen en awiksspennvidde tilhørende forsinkelsesforskjellene til sensorinterferometerene fra forsinkelsesforskjellen til det kompenserende interferometeret.

[0033]Koherensmodulasjonsmidler som produserer et bredt optisk spekter kan oppnås ved direkte modulasjon av kildelaseren for hver bølgelengdekanal. Om kildelaseren er en fiberlaser kan direkte modulasjon oppnås ved periodisk kraft-modulasjon avfiberlaseren. Om kildelaseren er en diodelaser kan direkte modulasjon oppnås ved periodisk modulasjon av styresignalet av diodelaseren og modulasjonssignalet kan ha triangulær bølgeform. Om kildelaseren er en bølgelengdestillbar diodelaser kan direkte modulasjon oppnås ved periodisk modulasjon av en eller flere kontrollsignaler til den bølgelengdestillbare diodelaseren og laserbølgelengden kan ha triangulær bølgeform. En triangulær bølgeform gir en mer uniform spennvidde av det optiske spekteret enn en ren sinusmodulasjon og således mer begrensede toppunkt i koherensfunksjonen med mindre sideområder.

[0034]Koherensmodulasjonsmidler som produserer et bredt optisk spekter kan også oppnås ved hjelp av en optisk modulator som tar lyseffekt fra minst en koherent lyskilde som inngang og modulerer feltlederen av lyset før det avgis fra modulatoren. Lys fra en flerhet av koherente lyskilder som opererer ved forskjellige bølgelengdekanaler kan kombineres med en bølgelengdemultiplekser og inngang til en felles optisk modulator som modulerer alle bølgelengdekanaler samtidig. Dette kan gi en rimeligere løsning enn bruken av en modulator for hver bølgelengdekilde. Den optiske modulatoren kan være en fra en optisk fasemodulator, en optisk amplitudemodulator eller en akustooptisk modulator. En optisk fasemodulator kan omfatte et optisk fiber viklet rundt en piezoelektrisk ringmodulator, for eksempel en bly-titanat-zirkonat (PZT)-ringmodulator. For å kunne redusere polarisasjonseffekter kan det optiske fibret være tvunnet, høy dobbeltbrytende fiber eller polarisasjonsbevart fiber langs en av de polarisasjonsbevarte fiberaksene. Den optiske fasemodulatoren kan også være en elektrooptisk fasemodulator slik som en litium niobat fasemodulator. Litium niobat-fasemodulatorer har fordelen av mye høyere hastigheter enn de fleste andre typer optiske modulatorer, og mye kortere koherenslengder kan derfor oppnås med en slik innretning enn med for eksempel en akustooptisk modulator. Fasemodulatoren kan modulere fasen av utgangsfeltlederen for hver bølgelengdekanal med et repetert pseudotilfeldig mønster som skifter mellom to faseendringsverdier som er separert ved7t-radianer. Andre modulasjonsmønster kan også brukes. For en PZT ringmodulator kan en sinusmodulasjon ved en mekanisk resonansfrekvens av PZT-ringen være ønskelig.

[0035]I en annen utførelse produserer den optiske kildeenheten pulser med varighet lik den nominale sensorforsinkelsen i minst en bølgelengdekanal. En samplingenhet tar prøver av de produserte elektriske signalene fra demodulasjonsenheten ved tidsintervaller når et demodulert signal som oppstår fra forstyrrende deler av en av de mottatte lyspulsene som har overført paret med optiske veibaner som danner en sensorinterferometer, ankommer samplingenheten. Et kompenserende interferometer med optiske veibaner fra sin inngang til sin utgang er dannet med en forsinkelsesforskjell som er lik eller vesentlig lik den nominale sensorforsinkelsen som er anordnet på en seriekoplet måte med det optiske nettverket. Det kompenserende interferometeret kan enten være plassert mellom kildeenheten og nettverket, eller mellom nettverket og demodulasjonsenheten. Koherensmodulasjonsmidlene som produserer et bredt optisk spekter er oppnådd ved bruk av en elektrooptisk fasemodulator slik som en litium-niobat-modulator. Litium-niobat-fasemodulatorer har fordelen av mye høyere hastighet enn de fleste andre typer optiske modulatorer, og mye kortere koherenslengder kan derfor oppnås med en slik innrtetning enn med for eksempel en akustooptisk modulator. Fasemodulatoren kan fortrinnsvis modulere fasen av utgangsf ase lederen av hver bølgelengdekanal med et repetert pseudotilfeldig mønster som skifter mellom to faseendrende verdier som er separert ved tt-radianer.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0036]For å vise hvordan egenskapene for den gjeldende oppfinnelsen beskrevet ovenfor kan forstås i detalj, er en mer nøyaktig beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, gitt ved referanse til utførelsene, og noen av disse er illustrert i de vedlagte tegningene. Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte tegningene bare illustrerer typiske utførelser for denne oppfinnelsen, og bør derfor ikke anses som en begrensning av dens bruksområde, da oppfinnelsen kan tilpasses andre og like effektive utførelser.

[0037]Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av et interferometrisk sensorsystem som bruker uavbrutt bølgekommunisering som omfatter en koherensmodulator og et kompenserende interferometer.

[0038]Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en enkeltbanekoherensmodulator som bruker en bly-titanat-zirkonat-modulator.

[0039]Figur 3 er en skjematisk illustrasjon av en dobbelveikoherensmodulator som bruker en bly-titanat-zirkonat-modulator og et Faraday roterende speil.

[0040]Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av et interferometrisk sensorsystem som bruker pulset kommunisering som omfatter en koherensmodulator og et kompenserende interferometer.

[0041]Figur 5 er en illustrasjon av et pseudotilfeldig styresignal med plutselige overganger påført til koherensmodulatoren.

[0042]Figur 6 er en illustrasjon av et pseudotilfeldig styresignal med avrundede overganger påført til koherensmodulatoren.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSEN

[0043]Kombinasjonen av en lav koherenskilde og et kompenserende interferometer kan også brukes i systemer som bruker kildekommunisering med kontinuerlig bølge (CW) heller enn pulset kildekommunisering. Om et kompenserende interferometer brukes i kombinasjon med en faseprodusert bærer (PGC) teknikk, kan ikke PGC være indusert ved å modulere kilden direkte. Imidlertid kan den induseres ved en fasemodulator plassert i en av armene på det kompenserende interferometeret, eller ved modulasjon av den optiske frekvensen av lyset mellom utgangen av det kompenserende interferometeret og inngangen til hovedfibret. PGC kan også produseres ved å modulere forsinkelsen i en av armene til interferometeret forutsatt av disse posisjonene er tilgjengelige.

[0044]En grunnleggende idé for den gjeldende oppfinnelsen er å modulere den komplekse feltamplituden av signalet til å kommunisere et optisk interferometer på en slik måte at tidskoherensen er redusert, hvilket således reduserer følsomheten for uønskede refleksjoner med tidsforsinkelser som er forskjellige fra sensorreflek-toren. I det følgende gir vi dette navnet "koherensmodulasjon" av kommuniseringssignalet. Koherensmodulasjonen kan representeres matematisk ved multiplikasjon av en koherent optisk feltleder i tidsområde med en kompleks "koherensmodula-sjonsfunksjon". Koherensmodulasjonsfunksjonen bør fortrinnsvis ikke være tilfeldig, men skal ha en form som forsikrer at det demodulerte sensorsignalet har en lav følsomhet for koherensmodulasjon. Dette kan oppnås ved å sikre at blandingsproduktet av koherensmodulasjonsfunksjonen og andre modulasjonsfunksjoner (pulsering, fasemodulasjon, PGC produksjon, heterodyne frekvensskift etc.) som blir pålagt det kommuniserende signalet ikke produserer blandingsprodukter ved detektoren som er innen det nødvendige frekvensbåndet som kreves av demodulasjonsprosessen.

[0045]I et system som bruker CW-kommunisering og et kompenserende interferometer kan koherensmodulasjonen introduseres ved å plassere en koherensmodulator med inngang fra utgangen til en laserkilde. Laseren skal fortrinnsvis ha et moderat frekvensstøynivå. Dette er illustrert i Figur 1 for tilfellet hvor det kompenserende interferometeret 70 er plassert mellom kildeenheten 1 og det optiske nettverket 2 som omfatter interferometriske sensorer. Lyset fra laserkilden 10 passerer gjennom koherensmodulatoren 30 før det går ut av kildeenheten 1 og går inn i det kompenserende interferometeret, som her er illustrert som et Mach-Zender-interferometer som omfatter en inngangskopling 71, en kort arm 73, en lang arm 74 og en utgangskopling 72. Produksjonen fra det kompenserende interferometeret er sendt gjennom en frekvensmodulator 35 som er ansvarlig for å produsere PGC-modulasjon, og inn til nedføringsfibret 45, vanligvis via en rettet kopling eller sirkulator 40. Nedføringsfibret utbrer lyset til sensorinterferometeret. I stedet for innretningen 35 er det alternative måter å produsere PGC-modulasjon på, for eksempel ved å plassere en fasemodulator i en av armene av det kompenserende interferometeret 70. I Figur 1 er sensorinterferometeret illustrert som en Fabry-Perot-type interferometer 100 som bruker to svake "fiber Bragg bøyningsgitter" (FBG)-reflektorer 102 og 103 med vanligvis <5% kraftrefleksjon ved bølgelengden av kilden. For å oppnå tilpasning av kompenserende forsinkelsen og sensorinterferometerforsinkelsen bør lengden på sensorfibret 101 være lik en 14 ganger lengden av lengdeforskjellen mellom det lange 74 og det korte 73 fibret av det kompenserende interferometeret.

[0046]Bruken av bølelengdeselektive FBG-reflektorer i sensorinterferometer tillater bølgelengdemultipleksering (WDM) av flere sensorer, belyst med et eksempel i figuren av et andre sensorinterferometer 110 med FBG 112 og 113 som reflekterer lys i en bølgelengdekanal som er forskjellig fra FBG 102 og 103 av det første interferometeret. I den bølgelengdemultiplekserte konfigurasjonen bør kilden 10 kombinere lys fra kilder, hvor hver kilde kommer fra innen en av WDM-kanalbølgelengdene. Demodulasjonsenheten 20 bør omfatte en WDM-demultiplekser som splitter de forskjellige sensorbølgelengdene til forskjellige detektorer. Det elektriske signalet produsert ved hver detektor er behandlet, for eksempel ved enhver kjent teknikk i bransjen, for å trekke ut sensorfasen av den bølgelengdekanalen.

[0047]Koherensmodulatoren 39 kan vanligvis være en fasemodulator som opererer ved en frekvens langt over PGC-modulasjonsfrekvensen som produserer en faseamplitude » 1 rad. I en typisk applikasjon kan PGC-frekvensen være 20 kHz og koherensmodulasjonsfrekvensen kan være 1 MHz.

[0048]Fasemodulatoren som brukes for koherensmodulasjon kan dannes som illustrert i Figur 2 ved å vikle en lengde med fiber (vanligvis 5 til 20 m) rundt en piezoelektrisk, fortrinnsvis PZT (bly-titanat-zirkonat)-sylinder 50 (vanligvis 2 mm veggtykkelse) med elektroder 51 og 52 ved den indre og ytre overflaten av sylinderen, og modulering av spenningen mellom elektrodene med et sinussignal ved koherensmodulasjonsfrekvensen, hvilket bør fortrinnsvis være valgt for å tilpasse en radialt akustisk resonans i sylinderen.

[0049]En PZT fasemodulator lik den som er illustrert i Figur 2 kan vanligvis indusere polarisasjonsmodulasjon på det kommuniserende signalet på grunn av det omvendte trykket som modulerer dobbeltbrytningen på fibret som er viklet på PZT ringen. En løsning for redusering av dette problemet kan være å bruke et høyt dobbeltbrytende eller polarisasjonsbevart (PM) fiber på PZT og for å forsikre at inngangspolarisasjonen til PM-fibret er tilpasset med en av fibrets egenakser. Dette kan oppnås, for eksempel, ved å bruke PM-fibrer og komponenter i den optiske banen fra kilden til koherensmodulatoren, eller ved å plassere en polarisator ved inngangen til PM-fibret som er tilpasset med en av aksene til PM-fibret, og ved bruk av polarisasjonskontrollører for å forsikre maksimal overføring for hver bølgelengdekanal gjennom polarisatoren.

[0050]PZT-fasemodulatoren i Figur 2 kan også være erstattet av en elektrooptisk fasemodulator, for eksempel en Litium-Niobat (LiNiob)-fasemodulator. Faseend-ringen i slike kommersielt tilgjengelige LiNiob-modulatorer kan vanligvis kun moduleres av en, eller noen få,7t-radianer. Fasemodulatoren kan modulere fasen til utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal med et repetert pesudotilfeldig mønster som skifter mellom to faseendrende verdier som er separert av n-radianer. Ved en pseudotilfeldig sekvens mener vi generelt en signalsekvens som er syntetisert, ikke helt tilfeldig, og som har reduserte koherensegenskaper med minimale sideområder utenfor koherenstoppunktet ved nullforsinkelse. Om det pseudotilfeldige mønsteret er repetert periodisk vil det også finnes koherenstoppunkt ved hver forsinkelse som blir gjentatt av repetisjonsperioden. Et eksempel på pseudotilfeldige sekvenser er de maksimale sekvensene beskrevet i "Spennviddespektrumsystemer med kommersielle applikasjoner", 3. versjon, av Robert C. Dixon, Willey & Sons, 1994. Andre modulasjonsmønstre kan også brukes. Det minimale faseskifteintervallet til denne sekvensen bør fortrinnsvis være mye kortere enn sensorinterferometerforsinkelsen. LiNiob-fasemodulatorer har fordelen av mye høyere hastighet enn de fleste andre typer optiske modulatorer, og mye kortere koherenslengder kombinert med et bedre koherenssideområdeundertrykkelse kan derfor oppnås med slike modulatorer enn med for eksempel akustooptiske modulatorer. Siden de fleste tilgjengelige LiNiob-fasemodulatorer er polarisasjonsfølsomme må man vanligvis forsikre at inngangspolarisasjonen til modulatoren er tilpasset med en av modulatorens egenakser. Som beskrevet i den tidligere paragrafen kan dette oppnås, for eksempel, ved bruk av PM-fibre og komponenter fra en polarisert kilde til modulatoren, eller ved en kombinasjon av polarisasjonskontrollører og en polarisator foran modulatoren.

[0051]Effekten av polarisasjonsmodulasjon indusert av en PZT-fasemodulator kan vreduseres ved å implementere modulatoren 30 som illustrert i Figur 3 med en dobbelbanereflekterende innretning som bruker en PZT-sylinder 62 og Faraday roterende speil 65. Lys fra laserkilden 10 ledes gjennom inngangsfibret 31 via en koplingsinnretning 60 til modulatorfibret 61 som er viklet rundt PZT-sylinderen 62 med elektroder 63, 64. Polarisasjonstilstanden av lyset er rotert 90° av Faraday roterende speil 65 og er reflektert tilbake gjennom modulatorfibret 61 til koplingsinnretningen 60, som retter lyset til modulatorutgangsfibret 32. Koplingsinnretningen 60 kan vanligvis være en optisk sirkulator eller en ordinær 3-dB-kopling. Utgangsfibret 32 er videre koplet til det kompenserende interferometeret 70 i Figur 1. På grunn av den polariserende rotasjonsegenskapen til Faraday-speilet bør polarisasjonstilstanden ved utgangsfibret 32 være uavhengig av dobbeltbrytende modulasjonen pålagt av PZT, forutsatt at den dobbeltbrytende modulasjonen er treg sammenlignet med den optiske passasjetiden til fibret viklet på PZT-ringen 55 pluss fiberlengden mellom PZT-ringen og Faraday-speilet 52.

[0052]Det forstyrrende lyset reflektert fra sensoren i Figur 1 er overført tilbake gjennom oppføringsfibret 46, som vanligvis kan være identisk med nedføringsfibret 45, og er ledet til demodulasjonsenheten 20. Om nedførings- og oppføringsfibrene er identiske kan det returnerte signalet være skilt fra dette felles hovedfibret av koplingen eller sirkulatoren 40 som illustrert i Figur 1.

[0053]For hver sensor vil det eksistere fire forskjellige baner i Figur 1, betegnet med a, b, c, og d (ikke markert) fra kilden til detektoren som går igjennom: a: den korte referanseinterferometerarmen og den korte sensorinterferometerarmen b: den korte referanseinterferometerarmen og den lange sensorinterferometerarmen, c: den lange referanseinterferometerarmen og den korte sensorinterferometerarmen, d: den lange referanseinterferometerarmen og den lange sensorinterferometerarmen. Interferometere som blir dannet av banene b og c vil forårsake interferens med høy synlighet ved detektoren, siden forsinkelsesubalanse er nominelt null. Interferometere dannet av baneparene a-b, a-c, b-d, og c-d vil alle ha en ubalanse nær eller lik sensorforsinkelsen, og intereferenssynligheten til disse interferometerene vil være proporsjonale med autokorrelasjonen av koherensmodulasjonen evaluert ved sensorforsinkelsen. Interferometer dannet av de to banene a og d vil ha en ubalanse nær to ganger sensorforsinkelsen, og interferenssynligheten av dette interferometeret vil således være proporsjonalt med autokorrelasjonen av koherensmodulasjonsfunksjonen evaluert ved to ganger sensorforsinkelsen. For å minimere ikke-lineariteter i sensorutlesingsresponsen og for å minimere følsomhet til kildefrekvensvariasjoner, bør autokorrelasjonen av koherensmodulsjonsfunksjonen evaluert ved sensorforsinkelsen og ved to ganger sensorforsinkelsen gjøres så liten som mulig. Dette kan oppnås ved å bruke en høy fasemodulasjonsamplitude i en PZT-koherensmodulator (som reduserer den gjennomsnittlige amplituden av autokorrelasjonsfunksjonen). Det kan også oppnås ved å justere både amplituden og formen (distribusjon av overtoner) av koherensmodulasjonsfunksjonen for å minimere den absolutte verdi av autokorrelasjonsfunksjonen ved de to forsinkelsene som er involvert.

[0054]Det kan også være en fordel å bruke et periodisk

koherensmodulasjonssignal hvor koherensmodulasjonssignalet er fasetilpasset til en harmonisk av PGC-signalet. Om en periodisk sampling av demodulasjonssignalet eller av signalet derivert fra disse signalene brukes i demodulasjonsprosessen, kan det også være en fordel å fasetilpasse koherensmodulasjonssignalet til en overtone av samplingfrekvensen. På en lignende måte, i ethvert sensorsystem som bruker en type heterodyn interferometrisk demodulasjonsteknikk, kan det være en fordel å fasetilpasse koherensmodulasjonssignalet til en overtone av den heterodyne frekvensen. Slik fasetil-pasning skal forsikre at parallellbetegnelser eller blanding mellom PGC-overtoner,

heterodyn og/eller samplingfrekvens vil hovedsakelig bidra til det demodulerte fasesignalet nær DC, som kan være en fordel om sensoren er brukt for AC-målinger.

[0055]Koherensmodulasjon kan også oppnås ved direkte modulasjon av frekvensen og/eller amplitudemodulasjon av kilden. For eksempel, frekvensen av en fiberdistribuert tilbakeføringslaser kan moduleres ved å modulere spennvidden i fibret, for eksempel ved å strekke det med en piezoelektrisk aktuator. Frekvensen og amplituden av en halvlederlaser kan moduleres ved å modulere laserstyrestrømmen. Løsninger som bruker direkte kildemodulasjon kan virke attraktive, siden det kreves færre komponenter enn for ekstern modulasjonsløsning diskutert ovenfor. Et potensielt problem med løsninger som bruker direkte modulasjon av en laserkilde for koherensreduksjon, kan være å vedlikeholde en stabil form på koherensfunksjonen som funksjon av forsinkelse og en tilstrekkelig stabil optisk frekvens ved lave variasjonsfrekvenser. Slike ustabiliteter vil føre til økt støymedvirkning fra forstyrrende faktorer med ubalanse lik en og to ganger interferometerforsinkelsen. Om forsinkelsene til de kompenserende og sensorinterferometerene ikke er perfekt tilpasset, vil det også føre til støy i den godt synlige interferensen til det kompenserte, kombinerte interferometeret dannet ved banene b og c definert ovenfor.

[0056]Det bør understrekes at variasjoner av koherensmodulasjonsteknikken beskrevet ovenfor også kan påføres til CW-kommuniserte interferometriske sensorsystemer som ikke bruker PGC-teknikk for kommunisering. For eksempel, et kompenserende interferometer med utganger fra en 3x3 kopling til to eller tre detektorer kan brukes for å gi både fellesmodus- og kvadraturinformasjon om interferenssignalet til demodulasjonsprosesseringssystemet. I slike systemer må koherensmodulasjonen pålegges på det optiske kommuniseringssignalet før det går inn i sensorinterferometerene.

[0057]En PZT-modulator lik den vist i Figur 2 kan også brukes for PGC modulator, siden fasemodulasjonen er lik frekvensmodulasjonen (det optiske frekvensskiftet er 1/(27t) ganger tidsawiket til det optiske faseskiftet). Fordi PGC-frekvensen er vanligvis mindre enn koherensmodulatorfrekvensen, kan PZT-sylinderen som blir brukt for PGC-produksjon vanligvis opereres nære en akustisk bøyleresonans heller enn en veggtykkelsesresonans.

[0058]Aktive koherensreduksjonsteknikker lignende de som er beskrevet ovenfor kan også påføres til systemer som bruker kontinuerlig bølgekommunisering uten noen kompenserende interferometer. En utførelse av en slik versjon av den gjeldende oppfinnelsen kan være lik utførelsen vist i Figur 1, men uten det kompenserende interferometeret 70. Det er da viktig at koherensmodulasjonsfunksjonen er designet slik at koherensfunksjonen av den optiske utgangen fra kildeenheten innen en bølgelengdekanal er nær et maksimum for forsinkelser nære sensorinterferometerforsinkelsen. For å sikre liten støy i slike systemer som ikke bruker noen kompenserende interferometer er det viktig at den gjennomsnittelige frekvensen av kilden for hver bølgelengdekanal er stabil. I en foretrukket implementering kan dette oppnås i høy grad ved bruk av akustiske og termisk isolerte og/eller stabiliserte enkeltfrekvensfiber erbiumdopet distribuert tilbakeførings (DFB)-lasere kan med aktiv tilbakeføring til en 1480 mm fiberhalet diodepumpelaser fra en monitordetektor for støyintensitet. Koherenslengden av en slik laser vil vanligvis være i en størrelsesorden 10 km eller mer. Om lange hovedfiber er brukt kan dette resultere i alvorlige problemer med Rayleigh-spredning indusert støy og indusert Brillouin-effekt, dersom ikke koherensreduksjonen er påført. Koherensreduksjon kan fortrinnsvis oppnås ved bruk av en PZT-fasemodulator lik de illustrert i Figurene 2 og 3 og diskutert i de tidligere paragrafene. For å unngå at koherensmodulasjonen pålegger uønskede variasjoner i de produserte elektriske signalene fra demodulasjonsenheten, bør koherensmodulasjonsfrekvensen fortrinnsvis være vesentlig over den nødvendige demodulasjonsbåndbredden krevd for demodulasjonsprosessering. Fasemodulasjonsamplituden bør fortrinnsvis være mindre enn den optimale modulasjonsamplituden for CW-systemer som omfatter kompenserende interferometere for å forsikre at den produserte koherenslengden er lengre en sensorinterferometerforsinkelsen.

[0059]Et interferometrisk sensorsystem som bruker pulset kommunisering kan også dra nytte av aktiv koherensreduksjon. Figur 4 illustrerer et slikt system som omfatter en koherensmodulator og et kompenserende interferometer. De illustrerte komponentene av systemet kan være vesentlig lik de tilsvarende komponentene illustrert i Figur 1 for et CW-kommunisert system, uten at det er lagt inn en optisk bryter 12 ansvarlig for å produsere lyspulser med en varighet lik sensorinterferometerforsinkelse i kildeenheten. Den krevde demodulasjonsbåndbredden av demodulasjonsenheten 20 må også være høyere enn for et CW-kommunisert system, og en tidssignalutvelging eller diskret tidssamplingsenhet vil vanligvis være brukt for å separere og trekke ut forstyrrende pulssignaler ved detektorutgangen for inngang til prosesseringsenheten. Bryteren 12 kan være av litium-niobat Mach Zender-type, som er tilgjengelig kommersielt fra flere produsenter. Modulatoren 35 kan være en litium-niobat fasemodulator som modulerer fasen av hvert sekundpuls som kommer fra det kompenserende interferometeret 70 for å lage en heterodyn modulasjonsmellombærer på de påviste interferenspulsene. I Figur 4 er bryteren plassert mellom laserkilden 10 og koherensmodulatoren 30, men den kan også være plassert mellom koherensmodulatoren 30 og utgangen av kildeenheten 1.

[0060]Koherensmodulatoren 30 kan omfatte en akustooptisk modulator som chirper den produserte optiske frekvensen på en periodisk måte. Som diskutert i den introduserende delen av denne søknaden er den minimale koherenstiden som er oppnåelig ved bruk av en slik modulator begrenset til omtrent området 5 til 100 ns. Om en kortere kildekoherenstid er krevd vil det være mer foretrukket å bruke koherensmodulasjonsmidler som har høyere hastighet, slik som en elektrooptisk fasemodulator. Kommersielt tilgjengelige elektrooptiske fasemodulatorer av litium-niobat-type har responstider under 0,1 ns, og det kan derfor være foretrukket å bruke denne typen modulator for koherensmodulasjon. Et foretrukket modulasjonssignal kan være et faseendrende mønster som skifter den optiske

fasen mellom to verdier som er separert av7t-radianer på en pseudotilfeldig måte.

[0061]Andre modulatorer med høy hastighet, slik som for eksempel elektrooptiske amplitudemodulatorer, inkludert litium-niobat Mach Zender-modulatorer, kan også brukes for koherensmodulasjon. Spesielt kan det være nyttig å bruke en chirp-fri eller lav-chirp Mach Zender-modulator. I en chirp-fri Mach Zender modulator er fasen i de to Mach Zender-armene modulert på en symmetrisk måte. Med "symmetrisk" mener vi at de to fasene er modulert med nominalt like amplituder og motsatte symboler. Modulatoren kan ha en inngangselektrode med påført spenning Vi som er koplet til bølgelederene på en slik måte at fasen i de to Mach Zender-armene er modulert ved7cVi/(4Vti) rad og -7cVi/(4V,i) rad, hvor V* ofte er kalt den halve bølgespenningen av modulatoren. Alternativt kan modulatoren ha to inngangselektroder som er styrt med spenninger av motsatte symboler Vi og -Vi for å oppnå nominal faseendring i de to armene av7cVi/(4Vti) rad og -7cVi/(4Vti) rad. I begge tilfellene vil det optiske utgangsfeltet bli multiplisert med en multiplikator M = K sin(7iVi/(2V7i)+Øo), hvorøo er forspenningsfasen av modulatoren og K er et komplekst nummer som er avhengig av innskuddempning og faseforsinkelse av innretningen. Med termene chirp-fri eller lav-chirp mener vi at fasen av K ikke endres mye som svar på modulasjon av styresignalet V1. De fleste kommersielle chirp-frie Mach Zender-modulatorer har en separat forspenningselektrode, og spenningen av denne elektroden skal fortrinnsvis være justert til Øo = 0. Multiplikatoren M kan således endres mellom -K og +K via null ved å endre Vi mellom +V71 og -VY Koherensmodulasjonen er implementert ved modulasjon av Vi mellom +V*og -V*på en pseudotilfeldig måte mens pulsen er overført gjennom modulatoren.

[0062]Figur 5 illustrerer et idealisert pseudotilfeldig styresignal for modulasjon av pulser med en varighet på 500 ns. Styresignalet endrer tilstand kun ved intervaller på 10 ns, og skiftingen mellom tilstandene er brå. Om en chirp-fri Mach Zender-modulator er brukt, tilsvarer +1 og -1 på den vertikale aksen styrespenningen av +Vtiog -Vtc, respektivt. Om en fasemodulator er brukt, tilsvarer +1 og -1 faseendring av 0 og7i, respektivt. Ved brå endring som illustrert i Figur 5 er tilfellene med de to typene modulatorer like. Koherensmodulasjonen vil deretter sikre en koherensfunksjon som har en lav verdi i det fulle forsinkelsesområde fra -500 ns til 500 ns, utenom for et skarpt triangulært toppunkt i forsinkelsesintervallet fra - 10 ns til 10 ns. Undertrykkelse av sideområdetoppunktene i koherensfunksjonen kan videre optimeres ved båndbreddebegrensning av pulseffekten nære kantene og ved båndbreddebegrensning av detektorimpulsresonansen w( t).

[0063]På grunn av den triangulære formen av koherenstoppunktet vil interferenssignalene mottatt fra en sensor reduseres lineært med avviket av sensorforsinkelsen fra den kompenserende interferometerforsinkelsen. I praktiske systemer kan sensorforsinkelsen variere, for eksempel på grunn av produksjons usikkerheter, og i noen applikasjoner kan en resulterende usikkerhet i interferenssynligheten føre til uønskede feil i demodulerte og demultiplekserte signaler En annen uønsket effekt er at følsomheten av det demodulerte signalet for støy i koherensmodulasjonens styresignal generelt øker med reduksjonen av synligheten. En koherensfunksjon som har en mer avrundende eller parabolisk form nær sin topp kan derfor være ønskelig.

[0064]En måte å oppnå et mer avrundet maksimum i koherensfunksjonen er ved å avrunde eller lavpassfiltrere styresignalet til koherensmodulatoren som illustrert i

Figur 6. Dette fungerer med begge typer modulatorer, men når en fasemodulator er brukt vil sideområder øke i koherensfunksjonen når faseovergangene er rundet. Dette er uønsket i mange applikasjoner siden interferensstøy som oppstår fra sporadiske reflektorer som er plassert ved forsinkelser fra sensoreflektorene som tilsvarer koherenssideområdeforsinkelsen eller trinnvise modulasjoner av puls-repetisjonsperioden pluss/minus koherens sideområdeforsinkelsen, vil ikke bli undertrykket effektivt ved koherensmodulasjon. Når en chirp-fri eller lav-chirp Mach Zender-modulator er brukt vil magnituden av koherenssideområdene ikke øke når overgangene i modulasjonsstyresignalet er rundet, og de ønskelige flate sideområdeegenskapene av en ideell (ikke rundet) pseudotilfeldig sekvens er opprettholdt. Dette er sant forutsatt at alle positive overganger fra -V* til + Vn har den samme formen og at negative overganger fra + Vn til -V* er identiske til de positive overgangene unntatt for endringen av symbol. En person som er erfaren i matematisk symbolanalyse kan forstå dette basert på det følgende grunnlaget.

[0065]Multiplikatoren M påført det optiske feltet kan være representert av den konstante K multiplisert med en brått endrende pseudotilfeldig sekvens lik den i

Figur 5 og rullet sammen med en avrundet filterimpulsrespons med en maksimal varighet på 10 ns. (Generelt er den maksimale varigheten lik den minimale forsinkelsen mellom overganger i den brått endrende pseudotilfeldige sekvensen) Det kan deretter vises at koherensfunksjonen av det modulerte lyset er lik konvoleringen av koherensfunksjonen av den brått endrende pseudotilfeldige sekvensen med koherensfunksjonen av den avrundende filterimpulsresponsen.

[0066]En annen potensiell fordel med bruk av en chirp-fri Mach Zender-modulator for koherensmodulasjon er at modulatoren også kan fungere som bryteren som produserer pulser ved å stille styrespenningen til sperretilstand (Vi = 0) mellom pulsene. Alternativt, om en separat intensitetsmodulator med begrenset bryterslukking er brukt for å danne pulsene før de går inn i koherensmodulatoren, kan slukkelsesforholdet til pulsene forbedres ved å stille inn V1 = 0 mellom pulsene. En videre potensiell fordel er at båndbreddebegrensningen av pulseffekten kan implementeres ved å redusere spiss-til-spiss-styrespenningsamplituden mot enden av pulsen, dvs. båndbreddebegrensningen av pulseffektrammen.

[0067]Det er også mulig å bruke koherensmodulasjon som benytter modulasjons-komponenter med høy hastighet slik som litium-niobat-modulatorer for kommunisering av interferometriske sensorsystemer som bruker pulserende kommunisering men som ikke omfatter et kompenserende interferometer. En foretrukket implementering av et slikt system kan være lik det illustrert i Figur 4, unntatt at det kompenserende interferometeret 70 ikke er inkludert, og utgangen fra kildeenheten 1 er rettet direkte til inngangen av det optiske nettverket 2. I dette tilfellet produserer den optiske endringen to optiske pulser, begge med en varighet lik eller mindre enn sensorinterferometerforsinkelsen og en separasjon som vesentlig er lik sensorinterferometerforsinkelsen. Alternativt kan den optiske endringen produsere en enkelt puls med en varighet som er lik to ganger sensorinterferometerforsinkelsen. Innen pulsvarigheten av en eller to pulser produserer koherensmodulatoren 30 to identiske modulatormønstre, for eksempel to identiske pseudotilfeldige fasemodulasjonssekvenser, som er separert i tid ved sensorinterferometerforsinkelsen. Dette utgangspulsmønsteret er repetert periodisk fra kildeenheten, og modulatoren 35 modulerer fasen av den andre halvdelen av hvert pulsmønster som kommer fra kildeenheten for å lage en heterodyn modulasjonmellombærer på de resulterende påviste interferenspulsene.

[0068]Som for CW-systemene som ikke bruker noen kompenserende interferometer kan også et TDM-system uten noen kompenserende interferometer kreve at den gjennomsnittelige frekvensen av kilden for hver bølgelengdekanal er stabil for å unngå overdrevet støy i det demodulerte sensorsignalet. I en foretrukket implementering kan dette oppnås til en høy grad ved bruk av akustiske og termisk isolerte og/eller stabiliserte enkeltfrekvens erbiumdopet distribuert tilbakeføringslaser (DFB) med aktiv tilbakeføring til en 1480 mm diodepumpelaser med fiberhale fra en monitordetektor med intensitetsstøy.

[0069]Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet og illustrert med hensyn til eksem-pelvise utførelser derav, kan det foregående og forskjellige andre tillegg og utelat-elser foretas deri og dertil uten å vike fra omfanget av den gjeldende oppfinnelsen. For eksempel, og ikke gjennom begrensning, kan enhver eller alle av de ovenstående utførelsene brukes som et sensorsystem som har en avfølingsinnretning for å avføle trykk, kraft, seismiske trykk, temperatur eller belastning. I tillegg kan enhver eller alle de ovenstående utførelsene brukes som et optisk kontrollsystem som har en optisk filter (eller resonator)-innretning og enten et passivt filter/resonator (f.eks. ikke pulset) eller et pulset filter/resonator (for eksempel i hvilket en belastning er påført innretningen for å avstemme den, eller innretningen er oppvarmet med et variabelt oppvarmingselement som forårsaker at det utvides eller krymper for så å avstemme det).

[0070]Mens det foregående er rettet mot utførelser for den gjeldende oppfinnelsen kan andre og videre utførelser for oppfinnelsen være planlagt uten å vike fra dens grunnleggende bruksområdet derav, og bruksområdet er bestemt ved patentkravene som følger.

Claims

1. Et interferometrisk sensorsystem som omfatter: en optisk kildeenhet som produserer lys i minst en bølgelengdekanal, hvor kildeenheten omfatter en koherensmodulator for modulering av en utgangsfeltleder av hver bølgelengdekanal for å produsere et utbredt optisk kildeeffektspekter; et optisk nettverk som omfatter optiske baner fra kildeenheten til en demodulasjonsenhet, hvori minst et par med de optiske banene danner en sensorinterferometer, hvor sensorinterferometeret har en sensorforsinkelse; et kompenserende interferometer anordnet på en seriekoplet måte med det optiske nettverket og med optiske baner fra sin inngang til sin utgang som danner en forsinkelse, hvori autokorrelasjonen av kilden er vesentlig redusert for forsinkelser lik en og to ganger sensorforsinkelsen i forhold til et maksimum for forsinkelser innen et område omkring avviket mellem sensorforsinkelsen og forsinkelsen av det kompenserende interferometeret; demodulasjonsenheten konverterer innkommende lyssignaler til produser-ende elektriske signaler; og en prosessor for å analysere de produserte elektriske signalene fra demodulasjonsenheten for å trekke ut informasjon avhengig av fasen av sensorinterferometeret.

2. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori forsinkelsen mellom de parallelle optiske banene av det kompenserende interferometeret er lik den nominale sensorforsinkelsen.

3. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori det kompenserende interferometeret er plassert mellom kildeenheten og nettverket.

4. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori det kompenserende interferometerer er plassert mellom nettverket og demodulasjonsenheten.

5. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori autokorrelasjonsfunksjonen av en bølgelengdekanal fra kilden er definert som Fourier-transformasjonen av det ut- bredte optiske effektspekterert i en bølgelengdekanal, hvor det optiske effektspekteret er definert med en oppløsningsbåndbredde lik den nødvendige demodulasjonsbåndbredden og kildens autokorrelasjonsfunksjon er stabil som funksjon av tid.

6. Sensorsystem et for patentkrav 5, hvori stabiliteten av autokorrelasjonsfunksjonen innen den nødvendige demodulasjonsbåndbredden er oppnådd ved modulering av utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er større enn den nødvendige demodulasjonsbåndbredden.

7. Sensorsystem et for patentkrav 5, hvori stabiliteten av autokorrelasjonsfunksjonen innen den nødvendige demodulasjonsbåndbredden er oppnådd ved modulasjon av utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er fasetilpasset til en demodulasjonsbærerfrekvens.

8. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori autokorrelasjonsfunksjonen av en bølgelengdekanal fra kilden som funksjon av forsinkelse er definert som en filterimpulsrespons rullet sammen med produktet av paret med utgangsfeltledere i den sistnevnte bølgelengdekanalen og utgangsfeltlederen i den samme bølgelengdekanalen forsinket ved den sistnevnte forsinkelsen, hvori filterimpulsresponsen har en frekvensrepresentasjon med en båndbredde lik den nødvendige demodulasjonsbåndbredden og kildens autokorrelasjonsfunksjon er stabil som funksjon av tid.

9. Sensorsystem et for patentkrav 8, hvori stabiliteten av autokorrelasjonsfunksjonen innen den nødvendige demodulasjonsbåndbredden er oppnådd ved modulering av utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er større enn den nødvendige demodulasjonsbåndbredden.

10. Sensorsystem et for patentkrav 8, hvori stabiliteten av autokorrelasjonsfunksjonen innen den nødvendige demodulasjonsbåndbredden er oppnådd ved modulasjon av utgangsfeltlederen av hver bølgelengdekanal fra kilden på en periodisk måte med en syklusfrekvens som er fasetilpasset til en demodulasjonsbærerfrekvens.

11. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori koherensmodulatoren omfatter en optisk modulator som tar lys fra minst en koherent lyskilde som inngang og modulerer feltlederen av lyset før den er produsert fra modulatoren.

12. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori en av de optiske banene i en første sensorinterferometer er gjort følsom for en fysisk måling og for å måles.

13. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori det optiske nettverket omfatter en flerhet av "fiber Bragg bøyningsgitter" som virker som optiske bølgelengdeselektive ref lektorer for å muliggjøre bølgelengdemultipleksering av interferometerene.

14. Sensorsystem et for patentkrav 1, hvori det optiske nettverket omfatter minst en optisk bølgelengdeselektiv kopling for å muliggjøre bølgelengdemultipleksering av interferometere.

15. Et interferometrisk sensorsystem som omfatter: en optisk kildeenhet som produserer lyspulser i en flerhet av bølgelengdekanaler, hvori kildeenheten omfatter en koherensmodulator for modulering av en utgangsfeltleder av hver bølgelengdekanal til å produsere et utbredt optisk kildeeffektspekter, hvor koherensmodulatoren omfatter en elektrooptisk fasemodulator; et optisk nettverk omfatter en flerhet optiske baner fra kildeenheten til demodulasjonsenheten, hvor minst et par med optiske baner danner et sensorinterferometer, hvor sensorinterferometeret har en sensorforsinkelse lik en nominal sensorforsinkelse, hvor det optiske nettverket omfatter en flerhet av "fiber Bragg bøyningsgitter" som virker som optiske bølgelengdeselektive reflektorer for å muliggjøre bølgelengdemultipleksering av interferometrene;demodulasjonsenheten konverterer de innkommende lyssignalene til produserte elektriske signaler; en samplingenhet som tar prøver av de produserte elektriske signalene fra demodulasjonsenheten på en tidsavgrenset måte for å forsyne et utgangssignal, hvor samplingenheten prøver de produserte elektriske signalene ved tidsintervaller når et påvist signal oppstår fra de forstyrrende delene av en av lyspulsene som har utbredt paret med optiske baner som danner en sensorinterferometer som ankommer samplingenheten; og en prosessor for å analysere de produserte signalene fra samplingenheten for å trekke ut informasjon avhengig av fasen til sensorinterferometerene.

16. Sensorsystemet for patentkrav 15. hvori et kompenserende interferometer med optiske baner fra sin inngang til sin utgang danner en forsinkelse som er vesentlig lik den nominale sensorforsinkelsen er anordnet på en seriekoplet måte med det optiske nettverket.

17. Et interferometrisk sensorsystem som omfatter: en optisk kildeenhet som produserer lyspulser i minst en bølgelengdekanal, hvori kildeenheten omfatter en koherensmodulator for modulering av en utgangsfeltleder av hver bølgelengdekanal for å produsere et utbredt optisk kildekraftspekter, hvori koherensmodulatoren multipliserer utgangsfeltlederen av hver bølge-lengdekanal ved en multiplikator som kan uttrykkes matematisk som et virkelig nummer multiplisert ved et komplekst nummer hvor det virkelige nummeret er modulert i løpet av en puls mellom en positiv og negativ verdi, og variasjonen av det komplekse nummeret i løpet av en puls er liten sammenlignet med dets absolutte verdi; et optisk nettverk som omfatter en flerhet optiske baner fra kildeenheten til en demodulasjonsenhet, hvori minst et par med optiske baner danner en sensorinterferometer, hvor sensorinterferometeret har en sensorforsinkelse lik en nominal sensorforsinkelse; demodulasjonsenheten konverterer de innkommende lyssignalene til produserte elektriske signaler; en samplingenhet prøver de produserte elektriske signalene fra demodulasjonsenheten på en tidsavgrenset måte for å forsyne et utgangssignal, hvor samplingenheten tar prøver av de produserte elektriske signalene ved tidsintervaller når et påvist signal oppstår fra de forstyrrende delene av en av lyspulsene som har utbredt paret med optiske baner som danner en sensorinterferometer som ankommer samplingenheten; og en prosessor for å analysere utgangssignalene fra samplingenheten for å trekke ut informasjon avhengig av fasen av sensorinterferometerene.

18. Sensorsystemet for patentkrav 17, hvori et kompenserende interferometer med optiske baner fra sin inngang til sin utgang danner en forsinkelse er anordnet på en seriekoplet måte med det optiske nettverket.

19. Sensorsystemet for patentkrav 17, hvori det optiske nettverket omfatter minst en optisk bølgelengdeselektiv kopling for å muliggjøre bølgelengdemultipleksering av interferometere.