NO852237L

NO852237L - Fiberoptisk avfoelergruppe.

Info

Publication number: NO852237L
Application number: NO852237A
Authority: NO
Inventors: George A Pavlath
Original assignee: Litton Systems Inc
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3580196D1; KR860000555A; EP0165671A2; EP0165671A3; EP0165671B1; JPS60263865A; BR8502049A; US4632551A; CA1231549A; KR870001580B1; ATE57765T1; AU558057B2; AU3988785A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt apparater

og fremgangsmåter til avføling av fysiske fenomener og spesielt fiberoptiske avfølere som benytter interferometre for avføling av endringer i fysiske fenomener.

Optiske fibre er følsomme overfor en flerhet av fysiske fenomener, f.eks. akustiske bølger og temperaturtluktuasjoner. En optisk fiber som er utsatt for slike fenomener, endrer amplitude, fase eller polarisasjon av det lys som vandrer gjennom fiberen. Optiske fibre er vurdert i forbindelse med bruken for avføling av elementer i hydrofoner, magnetometre, akselerometre og strømfølere.

Mach-Zehnder-, Sagnac- og resonansring-interferometre

er blitt benyttet som følere. I forbindelse med Mach-Zehnder-

og Sagnac-interferometre varierer faseforskjellen mellom de interfererende lysbølger som reaksjon på variasjoner i den avfølte størrelse og således ved detektering av intensiteten av det lys som fremskaffes ved slike interfererende bølger,

kan størrelsen av den avfølte størrelse bli bestemt. Dessuten varierer den avfølte intensitet med faseforskjellen mellom de interfererende lysbølger. Typisk blir interferometeret forspent for å virke på punktet for maksimal helning på en cosinuskurve, idet den avfølte størrelse blir detektert ved måling av fluktuasjoner i intensitet fra dette stillestående dri ftspunkt.

Resonansringinterferometerføleren bruker en allfiber-optisk ringresonator. Kurven for den utgående effekt med hensyn til optisk bølgelengde av den fiberoptiske ringresonator har form av meget skarpe spisser. Den maksimale helning av utgangs-kurven, idet man antar at resonatoren har en finhet på ca.

80, ligger i størrelsesorden 14/rad. Den allfiberoptiske ringresonator skaffer derfor en meget nøyaktig fiberoptisk føler for måling av fysiske fenomener som påvirker parametrene for det lys som vandrer gjennom fiberen.

Det er mulig å bruke slike sensorer til detektering av akustiske fibrasjoner, termiske fluktuasjoner, variasjoner i elektromagnetiske felter og andre fysiske fenomener. En akustisk bølge som faller inn på fibrene som omfatter avfølerne, bevirker at fibrenes optiske lengder varierer som en funksjon av størrelse og frekvens av den akustiske bølge. Variasjonen i sløyfelengde bevirker at den utgående effekt fra resonatoren varierer på en forhåndsbestemt måte. Ved detektering av variasjonen i utgående effekt kan man oppnå en direkte indikasjon av størrelse og frekvens av de akustiske bølger.

Der benyttes grupper av følere i forbindelse med forskjellige geofysiske utforskninger og antiubåtkrigsanvendelser. Foreliggende følergrupper innbefatter mange tråder, som gjør dem dyre og vanskelige å drive.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse skaffer en følergruppe som benytter en flerhet av fiberoptiske følere som kan være forbundet med en eneste senderfiber og en eneste mottagerfiber. Følerne er passive og har ingen styre- eller tilbakekoblings-linjer forbundet til seg, og blir sekvensielt samplet under bruk av et lite antall av optiske fibre.

Følerne i gruppen kan være av den type hvor endringer

i en fysisk parameter bevirker endringer i spredningskarakteristikkene hos en optisk fiber. Passende følere innbefatter typisk en hvilken som helst interferometerføler, f.eks. Sagnac-, resonans-, Mach-Zehnder-, Michelson- og polarimetri-interferometre og kan innbefatte andre fiberoptiske følere som reagerer på endringer i forskyvning, temperatur eller endringer i omgivende elektriske magnetfelter.

Følerne kan være forbundet i parallell over sender- og mottager-fibre og er fortrinnsvis forbundet dertil ved flyktige feltkoblere i singelmodusfiberanvendelser.

Oppfinnelsen innbefatter en lasersender som leverer pulser som er frekvensavkortet ("frequency chirped") og omfatter frekvenstrinn eller på annen måte frekvensmodulerte pulser til senderfiberen. Resultatet av slik modulasjon av inn-pulsene er at interferometeravfølerne kan samples passivt i tillegg til intensitetavfølere.

Følergruppen ifølge oppfinnelsen er en a 11 fiberkonstruksjon som resulterer i et system som er enklere enn tidligere føler-grupper samtidig som det har en sensitivitet som er lik eller bedre enn tidligere kjente feiergrupper. Den reduserte komplek-sitet av følergruppen sammenlignet med tidligere kjente føler-grupper tillater betydelige reduksjoner i kostnader hva angår fabrikasjon og vedlikehold. Fordi følergruppen er passiv med ingen elektriske signaler eller styretråder forbundet med seg, er gruppen immun overfor elektromagnetisk interferens og radiofrekvensforstyrrelser.

Sekvensielle samplingsteknikker blir benyttet for sampling av individuelle sensorer i gruppen for derved å tillate bruken av et større antall av følere som bare bruker en eneste senderfiber og en eneste mottagerfiber. Systemet kan tilrettelegges bruken av både interferometer-følere og følere av amplitude-typen tildannet av enten singelmodus- eller multimodusfibre som tillater en stor grad av fleksibilitet hva angår konstruk-sjon av gruppen for en gitt anvendelse.

Kort omtale av tegningsfigurene

Fig. 1 er et skjematisk diagram over oppfinnelsen.

Fig. 2 viser konstruksjonen av de fiberoptiske koblere innlemmet i fig. 1. Fig. 3 viser forholdet mellom innsignaler og utsignaler for kobleren på fig. 2. Fig. 4 viser grafisk sirkulerende kraft i en resonans-føler som en funksjon av tid.

Fig. 5 viser grafisk normalisert sirkulerende kraft

i en resonansføler som en funksjon av faseforsinkelse for representative innføringstap.

Fig. 6 viser den utgående bølgeform fra en resonansføler som kan benyttes i følergruppen ifølge fig. 1. Fig. 7 viser den utgående bølgeform fra en annen type føler som kan benyttes ved følergruppen ifølge fig. 1. Fig. 8 viser bølgeformen på sender- og mottagerfibrene ifølge fig. 1 for pulser med frekvensavkortning. Fig. 9 representerer bølgeformer på sender- og mottagerfibrene ifølge fig. 1 for pulser med frekvenstrinn. Fig. 10a-10c viser oppbygningen av følergrupper ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av foretrukken utførelsesform Systemkomponenter

Et følersystem 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse innbefatter en lasersender 12 som skaffer midler til å innføre laserlyssignaler til en overføringsfiber 14

for inngangssignal til en følergruppe 15. Overførings- eller senderfiberen 14 kan enten være en singelmodusfiber eller en multimodusfiber med enten en trinnbrytningsindeks eller en gradert indeksendring mellom kjernen og kledningen av fiberen 14. Lasersenderen 12 innbefatter en passende kilde av koherent lys og kan innbefatte en linse (ikke vist) for fokusering av lys på fiberen 14 og en optisk isolator (ikke vist) til å forhindre lys som reflekteres fra linsen og fiberen 14,

fra å komme inn i den koherente lyskilde for derved å forstyrre driften av denne.

Ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen omfatter fiberen 14 en singelmodusfiber med en kjernediameter på ca.

-7 2 10 mikrometer, et effektivt kjerneareal pa ca. 1,6 x 10 cm , en effektiv brytnings indeks på 1,46 og en dempning på 0,5 dB/km ved en bølgelengde på 1,3 mikrometer.

Kilden med koherent lys skaffer fortrinnsvis en pulset lyspuls til senderfiberen 14. Lys vandrer fra lasersenderen 12 gjennom senderfiberen 14 ved hjelp av en total indre refleksjon ved grensesnittet mellom kjerne og kledning, slik det er velkjent innen denne teknikk. Senderfiberen 14 er ført gjennom en første optisk kobler 16 som kobler en del av lys-intensitetsinngangssignalet til en fiber 18 som inngangssignal til en resonansføler 20. Lys som blir igjen i senderfiberen 14 etter å ha passert gjennom den optiske kobler 16, faller inn på en annen optisk kobler 22 som kobler en del av den lysintensitet som faller inn på den til den første ende av en fiber 24 som et inngangssignal til et allfiber-Mach-Zehnder-interferometer 26.

Lys som blir igjen i senderfiberen 14 etter å ha passert den optiske kobler 22, faller inn på en tredje optisk kobler 28 som kobler en del av det lys som faller inn på den, til en fiber 30 som inngangssignal til en føler 32 som kan være en hvilken som helst passende føler som reagerer på en selek-tert fysisk parameter og fremskaffer en endring i sprednings-karakteristikken hos den optiske fiber.

Slik det fremgår av fig. 1, innbefatter følergruppen

15 bare resonansføleren 20, Mach-Zehnder-interferometeret

26 og føleren 32 som følerelementer. Imidlertid kan senderfiberen 14 strekke seg utover den optiske kobler 28 for å skaffe inngangslys til et hvilket som helst antall følere (ikke vist), idet den primære begrensning på antallet av følere utgjøres av signalintensiteten som med praktiske forholds-regler kan utgjøre inngangssignal til hver føler samt signalintensiteten som kan mottas og detekteres fra hver føler.

Den følergruppe 15 som er anskueliggjort på fig. 1, er et eksempel på en foretrukken utførelsesform for forklaring av oppbygningen og driftsfremgangsmåten ved følersystemet 10. Resonansføleren 20 leverer et utgangssignal gjennom en optisk kobler 34 til en fiber 36, og en optisk kobler 38 kobler reso-nansf ølerutgangssignalet til en mottagerfi ber 40 som inngangssignal til en mottager 42 som kan innbefatte en passende foto-diode (ikke vist) som omformer optiske inngangssignaler til elektriske signaler som utgangssignaler til en signalbehandler 44. En tidsreferansekrets 45 styrer både lasersenderen 12

og signalbehandleren 44.

Utgangssignalet fra Mach-Zehnder-interferometeret 26 fremkommer ved den annen ende av fiberen 24 og føres inn som inngangssignal til en optisk kobler 46 som kobler utgangen fra Mach-Zehnder-enheten til mottagerfiberen 40.

På lignende måte fremskaffer føleren 32 et utgangssignal på en fiber 48, og en kobler 49 kobler en del av utgangssignalet fra føleren 32 til mottagerfiberen 40. Den del av utgangssignalet fra føleren 32 som er koblet til mottagerfiberen 40, utgjør inngangssignalet til kobleren 46. En brøkdel av utgangssignalet fra føleren 32 på mottager1 in jen 40 blir derfor koblet til fiberen 24 som har en fri ende 55 hvorigjennom lys vandrer ut av følersystemet 10. Utgangssignalet fra kobleren 46 er summen av den del av Mach-Zehnder-utgangssignalet koblet til mottagerfiberen 40, og den del av utgangssignalet fra kobleren 49 som kobleren 46 tillater å holde tilbake i mottagerfiberen 40.

Kobleren 38 kobler en brøkdel av utgangssignalet fra kobleren 46 ut av følersystemet 10 ved den frie ende 54 av fiberen 36. Dersom koblingskonstantene hos koblerne 38, 46

og 49 utgjør 50%,- vil derfor signalinngangen til mottageren 42 være summen av 50% av utgangssignalet fra resonansføleren 20, 25% av utgangssignalet fra Mach-Zehnder-interferometeret 26, og 12,5% av utgangssignalet fra føleren 32.

Optiske koblere

Alle de optiske koblere 16, 22 etc. kan være hovedsakelig like, og den følgende beskrivelse av oppbygningen og drifts-måten for en optisk kobler vil derfor være gyldig for alle de koblere som benyttes i singelmodusfiberanvendelser. Ved multimodusfiberrealiseringer av følersystemet 10 kan hvilke som helst passende multimoduskoblere av velkjent art kunne benyttes.

En fiberoptisk retningskobler som passer til bruk i singel-modusanvendelse som koblerne anskueliggjort på fig. 1, er omtalt i utgaven av 29. mars 1980 av "Electronics Letters", vol. 16, nr. 7, side 260-261.

Slik det fremgår av fig. 2, omfatter kobleren 16 f.eks. to tråder 50A og 50B av en singelmodus optisk fiber montert i et par av buede spor, henholdsvis 52A og 52B, tildannet i optisk flate, mot hverandre vendende flater av et par av rektangulære baser eller blokker, henholdsvis 53A og 53B. Blokken 53A med tråden 50A montert i sporet 52A omfatter en koblerhalvdel 51A, og blokken 53B med tråden 50B montert i sporet 52B, omfatter en koblerhalvdel 51B.

De buede spor 52A og 52B har hver en krumningsradius som er meget stor sammenlignet med diameteren av trådene 50A og 50B. Breddene av sporene 52A, 52B er noe større enn fiber-diameteren og tillater trådene 50A og 50B når de er montert deri, å samsvare med en bane som er definert ved bunnveggene av de respektive spor 52A og 52B. Dybdene av sporene 52A og 52B varierer fra et minimum ved midtpartiene av blokkene henholdsvis 53A og 53B, til et maksimum ved kantene av blokkene, henholdsvis 53A og B3B. Variasjonen i spordybde tillater de fiberoptiske tråder 50A og 50B, når de er montert i sporene 52A resp. 52B, til gradvis å konvergere mot midtpartiet og divergere mot kantene av blokkene 53A, 53B, for derved å elimi-nere eventuelle skarpe bøyninger eller brå retningsendringer av fibrene 50A, 50B, noe som kan bevirke tap av effekt på

grunn av modusforstyrrelse. Sporene 52A og 52B kan være rektangulære i tverrsnitt, men det skal forstås at andre passende tverrsnittsprofiler, f.eks. U-form eller V-form, som kan romme fibrene 50A, 50B, kan benyttes.

Ved midtpartiene av blokkene 53A, 53B i den viste utfør-elsesform er dybdene av sporene 52A, 52B som rommer henholdsvis tråden 50A og 50B, mindre enn diameteren av trådene 50A,

50B etter fabrikasjon. Ved kantene av blokkene 53A, 53B er dybden av sporene 52 fortrinnsvis minst så stor som diameteren av trådene 50A, 50B. Fiberoptisk materiale blir fjernet fra hver av trådene 50A, 50B f.eks. ved finsliping, for dannelse av ovalformede plane flater, som er koplanare med mot hverandre vendende flater av blokkene 53A, 53B. Disse ovale flater hvor det fiberoptiske materiale er blitt fjernet, danner et veksel-virkningsområde 54. Mengden av fiberoptisk materiale som er fjernet, vil således øke gradvis fra null mot kantene av blokkene 53A, 53B til et maksimum mot midtpunktene av blokkene 53A, 53B. Denne skrå fjerning av det fiberoptiske materiale tillater fibrene 50A, 50B å konvergere og divergere gradvis,

noe som er fordelaktig for å unngå bakoverrettet refleksjon og overdrevent tap av lysenergi.

Ved den viste utførelsesform er koblerhalvdelene 51A

og 51B hovedsakelig like og er sammenstilt ved sammenplassering av de konfronterende flater av blokkene 53A og 53B, slik at de flater av trådene 50A og 50B som vender mot hverandre,

er sidestilt i et motvendende forhold.

Lys bli overført mellom trådene 50A og 50B ved hjelp

av den flyktige feltkobling ved vekselvirkningsområdet 54.

Det er funnet at for å sikre riktig flyktig feltkobling må

den mengde av materiale som er fjernet fra fibrene 50a, 50B

bli omhyggelig styrt, slik at mellomrommet mellom kjernepartiene av trådene 50A, 50B ligger innenfor en forhåndsbestemt kritisk

sone. De flyktige felter strekker seg en kort avstand inn i kledningen og avtar raskt i størrelse med avstanden utenfor fiberkjernene. Tilstrekkelig materiale burde derfor fjernes for å tillate overlapping mellom de flyktige felter for trådene 50A, 50B. Dersom der fjernes for lite materiale, vil kjernene ikke befinne seg tilstrekkelig tett inntil hverandre for å tillate de flyktige felter å bevirke den ønskede vekselvirkning av føringsmodiene, og resultatet vil således være utilstrekke-lig kobling. Dersom der fjernes for meget materiale, vil på

den annen side spredningskarakteristikkene for fibrene endre seg, noe som resulterer i tap av lysenergi på grunn av modusforstyrrelse. Imidlertid, når avstanden mellom kjernene for trådene 50 ligger innenfor den kritiske sone, mottar hver tråd 50A, 50B en betydelig del av den flyktige feltenergi fra den annen tråd 50A, 50B og oppnår god kobling uten betydelig energitap. Den kritiske sone innbefatter det område hvor de flyktige felter for fibrene 50A og 50B overlapper hverandre med tilstrekkelig styrke til å skaffe flyktig feltkobling,

dvs. hver kjerne ligger innenfor det flyktige felt for den annen. Imidlertid, som angitt tidligere, vil modusforstyrrelse opptre når kjernene bringes for tett sammen. F.eks. antar man at for svakt ledede modi, f.eks. HE^-modus i singelmodus-fibre, vil modusforstyrrelse begynne å opptre når tilstrekkelig materiale er fjernet fra fibrene 50A, 50B for å blott-legge fiberkjernene. Den kritiske sone er således definert som kjernemellomrommet i hvilket de flyktige felter overlapper med tilstrekkelig styrke til å bevirke kobling uten vesentlig modusforstyrrende induserte effekttap.

Utstrekningen av den kritiske sone for en spesiell kobler er avhengig av et antall av interrelaterte faktorer, f.eks. parametrene hos selve fiberen og koblerens geometri. For en singelmodusfiber med trinnindeksprofil vil videre den kritiske sone være meget smal. Ved en singelmodus-fiberkobler av den viste type vil den nødvendige avstand fra senter til senter mellom trådene 50A og 50B ved midtpartiet av kobleren typisk være mindre enn noen få (f.eks. 2-3) kjernediametre.

Fortrinnsvis er trådene 50A og 50B (1) like; (2) har samme krumningsradius ved vekselvirkningsområdet 54; og (3) har samme mengder av fiberoptisk materiale fjernet for dannelse av vekselvirkningsomradet 54. Trådene 50A, 50B er således symmetriske gjennom vekselvirkningsområdet 54 i planet for deres motvendende flater, slik at deres motvendende flater strekker seg smmen hvis de overlagres hverandre. De to fibre 50A og 50B vil derfor ha samme utbredningskarakteristikker eller vandrekarakteristikker ved vekselvirkningsområdet 54,

for derved å unngå reduksjon i den kobling som er tilknyttet ulike vandrekarakteristikker.

Blokkene eller basisene 53A, 53B kan være fremstilt av

et hvilket som helst passende stivt materiale. Ved en foretrukken utførelsesform omfatter hver av basisene 53A, 53B generelt rektangulære blokker av brent kvartsglass som er tilnærmet 25,4 mm lang, 25,4 mm bred og 10 mm tykk. Ved denne utførelsesform er de fiberoptiske tråder 50A, 50B festet i sporene 52A .resp. 52B ved hjelp av en passende cement (ikke vist), f.eks. en epoksylim. En fordel ved de brente kvarts-blokker 53A, 53B er at de har en koeffisient med hensyn til termisk ekspansjon som er lik den for glassfibrene, og denne fordel er spesielt viktig dersom blokkene 53A, 53B og trådene 50A, 50B blir utsatt for en hvilken som helst varmebehandling under fremstillingsprosessen. For noen anvendelser kan kobleren 16 omfatte bare de to fibre 50A og 50B med de tilhørende blott-lagte kjernepartier fastsveiset eller bundet sammen uten at de er festet i blokkene 53A, 53B.

Kobleren 16 ifølge fig. 2 innbefatter fire porter betegnet 1, 2, 3 og 4. Når den betraktes med utgangspunkt i fig. 2, befinner portene 1 og 2, svarende til trådene 50A resp. 50B,

seg på den venstre side av kobleren 16, mens portene 3 og 4, som svarer til henholdsvis tråden 50A og 50B, befinner seg på den høyre side av kobleren 16. For forklaringens skyld er det antatt at det inngående lys føres inn i port 1. Det utgående lys føres gjennom kobleren 16 og føres ut enten ved den ene eller begge av portene 3 og 4, avhengig av koblingen mellom trådene 50A og 50B. Betegnelsen "koblingskonstant"

er definert som forholdet mellom den innkoblede effekt i forhold til den totale utgående effekt. Ved det ovenfor angitte eksempel

er koblingskonstanten lik forholdet mellom effektutgangen ved porten 4 dividert med summen av effektutgangene ved portene 3 og 4. Dette forhold er også betegnet som "koblingsvirknings-graden", og når den brukes slik, er den typisk uttrykt som en prosent. Når uttrykket "koblingskonstant" således blir brukt her, så skal det forstås at den tilsvarende koblingsvirkningsgrad er lik kobl ingskonstanten multiplisert med 100. F.eks. er en koblingskonstant på 0,5 ekvivalent med en koblingsvirkningsgrad på 50%.

Kobleren kan innstilles for justering av koblingskonstanten til en hvilken som helst ønsket verdi mellom null og 1,0 ved forskyvning av de motvendende flater av blokkene 53A, 53B. Innstillingen kan utføres ved forskyvning av blokkene 53A, 53B sideveis eller i lengderetningen i forhold til hverandre .

Kobleren 16 er meget direktiv med hovedsakelig all den effekt som tilføres på den ene side, foreliggende som utgangssignal ved portene på den annen side av kobleren. Hovedsakelig alt det lys som tilføres inngangsporten 1, blir levert til portene 3 og 4 uten en merkbar kobling til port 2 i motsatt retning. På samme måte vil hovedsakelig alt det lys som tilføres port 2, leveres til portene 3 og 4. Videre er retningskarak-teristikken symmetrisk, slik at hovedsakelig alt det lys som tilføres enten porten 3 eller inngangsporten 4, blir levert til portene 1 og 2. Videre er kobleren 16 hovedsakelig ikke-diskriminerende med hensyn til polariseringer, og således preserverer polarisasjonen av det lys som føres inn. Dersom en lysstråle med en vertikal polarisasjon, f.eks. føres inn i port 1, vil således lys som krysskobles fra port 1 til port 4, såvel som lys som føres rett gjennom fra port 1 til port 3, forbli vertikalt polarisert.

Lys som blir krysskoblet fra den ene av trådene 50A,

50B til den annen, blir underkastet et faseskift på tt/2, mens lys som ikke blir krysskoblet, ikke blir faseskiftet under sin vandring gjennom kobleren 16. Dersom lys blir ført inn i port 1, vil således det krysskoblede lys ved utgangen fra port 4 være avansert med hensyn til fase ved it/2, mens lys

som føres rett gjennom til porten 3, forblir uendret i fase.

Kobleren 16 er et organ med lite tap, med innførings-eller gjennomgangstap typisk i størrelsesorden 0,1-0,2%. Betegnelsen "innføringstap", slik det brukes her, refererer seg til de aktuelle spredningstap for lys som føres gjennom kobleren 16 fra den ene side til den annen. Dersom lys tilføres, f.eks. porten 1, og 97% av dette lys når portene 3 og 4 (kombi-nert), vil således innføringstapet være 0,03 (3%). Betegnelsen "koblingstransmisjon) er definert som en minus innførings-tapet. Således vil koblingstransmisjonen være 0,97 (97%) dersom innføringstapet er 0,03 (3%).

Resonatoren

Idet der henvises til fig. 1 og 3, blir lys som fra lasersenderen 12 føres inn i senderfiberen 14, ført til port 1

i kobleren 16, hvor en del av lyset.blir koblet til port 4, idet den gjenværende del går til port 3. Lyset ved porten 4 av kobleren 16 går gjennom fiberen 18 til porten 2 i en kobler 56 som kobler en del av det innfallende lys til port 3, fra hvilken lyset går ut fra enden av fiberen 18. Det gjenværende lys blir ført til port 4. Fiberen 18 danner en sløyfe 60 når den går inn i kobleren 56 ved port 1. Lys ved porten

4 overskrider sløyfen 60 og kommer pånytt inn i kobleren 56

ved porten 1, hvor en del er koblet til porten 4, mens den gjenværende del føres til porten 3 og ut av fiberen 18. Sløyfen 60 og kobleren 56 samvirker for å skaffe et resonanshulrom slik at lys som kommer inn i kobleren 56 ved porten 1, blander seg med det innkommende lys ved porten 2 fra lasersenderen 12. Interferensen er konstruktiv ved porten 4 på grunn av faseskiftene- i kobleren 56 og sløyfen 60, hvilket bevirker at lysintensiteten bygger seg opp i resonanshulromsløyfen 60. Interferensen er konstruktiv bare når frekvensen for det inngående lys passer overens med resonansfrekvensen av resonatoren .

I det følgende vil lys fra lasersenderen 12 som går gjennom fiberpartiet 18 til porten 2, bli betegnet som inn-signalbølgen , og lys som sirkulerer i sløyfen 60, bli betegnet som sirku-lasjonsbølgen Wc>

En del av sirkulasjonsbølgen Wckommer inn i porten 1

i kobleren 34, som kobler en del av Wctil porten 4 som inngangssignal til fiberen 36 for dannelse av utgangssignalet fra resonatoren 20. Det gjenværende av Wcgår gjennom kobleren 34 til dennes port 3 for sirkulasjon gjennom sløyfen 60.

Når sirkulasjonsbølgen Wcgår rundt i sløyfen 60 fra

porten 4 til porten 1 i kobleren 56, vil en viss mengde av energi bli tapt på grunn av fiberoverføringstap. Betegnelsen "fiberoverføringstap" er definert som det fraksjonale tap under vandringen gjennom fiberen fra porten 4 til porten 1

i kobleren 59. Ved den viste utførelsesform er fiberoverførings-tapene en ren funksjon av fiberdempningen, slik at effekt eller intensitet av bølgen Wcved porten 1 er lik produktet av effekten av bølgen Wcved porten 4, og størrelsen exp(-2aQL), hvor L er den optiske banelengde av sløyfen 60

for lys som sirkulerer derigjennom, med fratrekk av eventuelle tap i kobleren 20, og aQ utgjør ampi itudedempningskoeffisienten for fiberen 18. Det skal forstås at dersom en ytterligere komponent (f.eks. en fiberoptisk polarisator) blir plassert i fibersløyfen 60, vil de tap som skyldes denne komponent,

være innbefattet i definisjonen av fibertransmisjonstapene. Dessuten vil uttrykket "fibertransmisjon" være definert som

den sirkulerende bølgeeffekt ved porten 1 dividert med den sirkulerende bølgeeffekt ved porten 4. Sagt på en annen måte er fibertransmisjon den delstørrelse av effekten fra port 4 som når port 1.

I tillegg til å bli dempet av fibertransmisjonstap, vil

den sirkulerende bølge Wclangsomt bli degradert ved hver passasje gjennom kobleren 56 på grunn av koblerinnføringstap. Videre vil effekten eller intensiteten av den inngående bølge erfare et tap på grunn av koblerinnføringstap under vandringen gjennom kobleren 56. I dette henseende kan kobleren 56 model-leres som en tapsfri innretning med et tilføyet sammenslått innføringstap som er avhengig av koblingskonstanten. Forholdet mellom koblerinnføringstapet og de komplekse amplituder ved hver av de fire porter av kobleren 56 er: |E4|2 + IE3 I 2 = (1-Y0) (lEj<2>+ |E2|<2>) (1)

hvor Ey E^, E^og E^er de komplekse elektriske feltampli-tuder ved koblerportene 1, 2, 3 og 4, og yoer koblerinnførings-tapet som typisk ligger i størrelsesorden 0,1-0,2%.

De komplekse amplituder ved portene 4 og 3 etter koblings-moduspåvirkning står i forhold til feltamplitudene ved portene 1 og 2 som følger: hvor K er intensitetskoblingskonstanten og i er kvadratroten av -1. Ingen koblinger svarer til K = 0, mens K = 1 skaffer full kobling. E^og E^er ytterligere raletert ved hverandre i og med at

og aQ er amplitudedempningskoeffisienten for fiberen 18, L

er lengden av fibersløyfepartiet 60, n er den effektive bryt-ningsindeks av fiberen 18, w er den optiske frekvens, 8 er vandrekonstanten for fiberen 18, og c er lysets hastighet.

For full resonans bør utgangssignalet ved porten 3 være null, og således forholdet E^/ E^ være null. Følgelig vil man ved løsning av ligningene 2, 3 og 4 for E^/ E^ i ledd av y ,

K, ctQL, og BL, og ved å sette E^/ E^ lik null, finne betingelsene for resonans uttrykt ved sløyfelengde L og koblingskonstant K. En av de betingelser som er nødvendig for resonans, er

at

hvor q er et hvilket som helst heltall.

Således vil man for full resonans ha en total faseforsinkelse (BL) rundt sløyfen 60 med fratrekk av eventuelle faseskift på grunn av kobleren 56, som må være lik et heltallig antall av 2tt radianer minus tt/2.

Fra ligninger 2 og 3 vil retningskobleren 56 bevirke

et +tt/2 faseskift på den koblede bølge. Ved tilføyelse av dette faseskift til BL i ligning 6 kan det sees at den totale

akkumulerte fase av sirkulasjonsbølgen W cnår den gjennomløper sløyfen 60 (f.eks. fra et vilkårlig punkt på sløyfen, rundt sløyfen og tilbake til det vilkårlige punkt), er lik 2-rrq. Sløyfelengden kan også justeres for å tilfredsstille denne resonansbetingelse etter sammenstilling av resonatoren ved mekanisk strekking av fiberen 18 ved hjelp av et hvilket som helst passende organ, f.eks. en elektrisk dreven piezoelektrisk sylinder som fiberen 14 er tvunnet rundt. Sløyfelengden eller frekvensen kan justeres for å tilfredsstille resonansbetingelsen ifølge ligning 6.

Den resonansbetingelse som er definert ved ligning 6,

kan forstås mer fullstendig ved henvisning til fig. 3, som viser den måte på hvilken ti/2 faseskiftet i kobleren 56 ut-nyttes fordelaktig for fremskaffelse av konstruktiv interferens ved porten 4 og destruktiv interferens ved porten 3. For disku-sjonens skyld kan kobleren 56 betraktes som å ha et punkt for effektiv kobling ved sitt midtpunkt med portene 1, 2, 3 og 4 anordnet på lik avstand fra dette punkt og på avstand derfra, svarende til et heltallig antall av bølgelengder. Lengden (L) av sløyfen 60 kan betraktes som avstanden fra koblingspunktet rundt sløyfen 60 og tilbake til koblingspunktet som hva angår resonans, bør være q bølgelengder hvor q er et heltall.

På fig. 3 er inngangssignalbølgen KL antatt å være en referansebølge med null fase, og fasene for alle andre bølger (dvs. W ) er definert i forhold til inngangsbølgen V\L . En hvilken som helst bølgevandring gjennom kobleren 56 vil bli oppdelt i to komponenter, nemlig en "krysskoblet" komponent som er betegnet med tilleggsbetegnelsen "c", og en "rett gjennom"-komponent som er betegnet med et tillegg "s". Således vil inngangsbølgen W. bli oppdelt i en krysskoblet komponent som vandrer fra porten 2 til porten 3, og en rett gjennom-komponent W. som vandrer fra porten 2 til porten 4. På lignende måte vil bølgen Wcbli oppdelt i en krysskoblet komponent W som vandrer fra porten 1 til porten 4, og en rett gjennom-komponent Wcg som vandrer fra porten 1 til porten 3.

Dersom man antar at kilden 12 blir slått på ved t = 0,

vil inngangsbølgen W. komme inn i porten 2 av kobleren 56

med null fase for å vandre gjennom denne. Den krysskoblede komponent W^cvil bli underkastet et +tt/2 faseskift under vandringen til porten 3, mens rett gjennom-komponenten

vil forbli uendret med hensyn til fase under vandringen til porten 4. Således vil lysbølgen Wc ved porten 4 ha en fase som er lik null. Denne bølge Wcvil deretter vandre rundt sløyfen 60 til porten 1. Antar man at sløyfelengden L er valgt i henhold til ligning 6, vil bølgen Wcnår den rekker porten 2, ha en fase på -tt/2. Under vandringen av bølgen V?cgjennom kobleren 56 vil den krysskoblede komponent Wccbli underkastet et +tt/2 faseskift, slik at den når den når porten 4, har en fase lik null, det samme som den inngående bølgekomponent W^g. Således vil sirkulasjonsbølgekomponenten V?cc interferere konstruktivt med den innkommende bølgekomponent ved porten 4, og derved øke intensiteten av sirkulasjonsbølgen W . Rett g jennom-komponenten W c s av sirkulas jonsbølgen V?c vil på den annen side ikke endre sin fase når den vandrer fra port 1

til port 3, slik at den ved port 3 vil ha en fase som fremdeles er -tt/2. Således vil komponenten Wcg interferere destruktivt med den krysskoblede innkommende lyskomponent W. som har en fase på +tt/2.

Følgelig vil bølgen Wc når den sirkulerer gjennom sløyfen 60, interferere konstruktivt med inngangssignalbølgen W. ved porten 4 og interferere destruktivt med denne ved porten 3

for derved gradvis å asymptotisk å bygge opp effekten ?c av sirkulerende lys i sløyfen 60 inntil man når en 1ikevektsverdi P (eq) som vist på fig. 4. Den tid det tar for et slikt lys

c -1

å bygge seg opp til 63% (dvs. 1-e ) i forhold til likevekts-verdien, er definert som hulromstigetiden som også vanligvis refereres til som hulromsynketiden.

For å oppnå full resonans ved 1ikevektsverdien og således null utgangseffekt ved porten 3 må en annen betingelse være tilfredsstillet, nemlig at rett gjennom-sirkulasjonsbølge-komponenten Wcs ved porten 3 må ha en amplitude lik amplituden av den krysskoblede inngangssignalkomponent W. ved porten 3. For at denne betingelse skal oppstå blir koblingskonstanten K justert til en verdi K rsom heretter er referert til som "resonanskoblingskonstanten". Justeringen utføres ved forflyt-ning av koblerhalvdelene parallelt med grenseskiktet mellom dem og vinkelrett på fiberen. Resonans blir målt ved observasjon av intensiteten i utgangssignalet fra porten 3 i kobleren 56. Når dette utgangssignal er null, har man oppnådd resonans. Ved løsning av ligningene 2, 3 og 4 med hensyn til E^/ E^ og

ved at man setter E^/E2lik null, vil betingelsen for resonans, nemlig resonanskoblingskonstanten K bli funnet å være

Ved den viste utførelsesform er koblertransmisjonen lik 1-yo, og fiberoverføringen lik exp(-2)a L). Således er

For en eksempelvis foretrukken utførelsesform er fiberdempningen 8,3 dB/km, sløyfen 60 er 10 m lang, hvilket innebærer at 2 aQL er lik 0,0191 ved en bølgelengde på 632,8 nm. Med et koblerinnføringstap på 1,8% blir resonanskoblingskonstanten lik 0,963 som på en lett måte kan oppnås med koblere konstruert som beskrevet ovenfor.

Dersom man bruker resonanskoblingskonstanten definert

ved ligning 7, gir ligningene 2, 3 og 4 den følgende kalkulerte effekt og utgangseffekt normalisert med hensyn til inngangs-ef fekten:

hvor<p>c(4)er effekten i sirkulasjonsbølgen Wcved porten 4, P^ er effekten av inngangssignalbølgen V\L , og PQ er effekten i utgangsbølgen Wq ved porten 3.

Dersom BL blir valgt for å tilfredsstille resonansbe-tingelsene definert i ligning 6, kan ligning 9 reduseres til:

Ligning 11 kan omskrives til:

Dersom ligning 6 blir tilfredsstilt, vil 1-K rvære lik

det fraksjonelle intensitetstap ved en runde av sirkulasjons-bølgen Wc(dvs. koblerinnføringstapet pluss fibertransmisjonstap). Således vil høyresiden av ligning 12 representere den totale effekt som går tapt i kobleren 56 og sløyfen 60. Følgelig vil det sees av ligning 12 at ved full resonans er Pc slik at den totale effekt som går tapt i sløyfen og kobleren, vil være lik den innkommende effekt P^ ved porten 2.

Den teoretisk normaliserte sirkulerende effekt og ut-effekten, slik den er definert ved henholdsvis ligning 9 og 10, er vist som funksjoner av BL for to eksempler på kobler-innføringstapverdier, nemlig 5% og 10%, på fig. 5. Selv om disse kurver knytter seg til sløyfelengder på 3 m (2aQL = 0,0057), så skal det forstås at lignende kurver kan utvikles for en 10-meter sløyfelengde. Slik det fremgår av fig. 5,

er den sirkulerende effekt Pc sterkt avhengig av koblerinn-føringstap, idet den utgjør 9 ganger inn-effekten P^ for et innføringstap på 10%, og nesten 19 ganger inn-effekten P^

for et innføringstap på 5%. Ut-effekten Pq faller derimot til null ved full resonans i ethvert tilfelle. Imidlertid skal det sees at maksimalverdiene på fig. 5 blir skarpere når innføringstapene avtar, noe som indikerer at hulromsfinheten er sterkt avhengig av koblerinnføringstap.

Hulromsfinheten (F) kan defineres som

hvor FSR er det frie spektralområde av resonanshulrommet (dvs. avstanden mellom maksimumverdiene (fig. 5)), og 6 f er bredden av maksimalverdien for den sirkulerende effekt (fig. 5) ved halvparten av den maksimale sirkulerende effekt (dvs. ved

halvparten av effekten ved full resonans). Det frie spektrale område (FSR) kan defineres som:

Ved at man setter ligning 9 lik halvparten av

IP ,.> /P.I , vil den fulle bredde av det halve maksimum 1 c(4) i 1 max'

finnes som:

For K nær enhet kan 6f settes tilnærmet lik:

r

som ligger innen 0,2% for Kr større enn 0,8.

Ved substitusjon av ligning 14 og 16 i ligning 13 blir således hulromsfinheten:

Fra ligning 8 er resonanskoblingskonstanten K rlik produktet av koblertransmisjon og fibertransmisjon, slik at stør-relsen (1-K^) er lik de totalte fraksjonstap rundt sløyfen 60. Det kan sees fra ligning 17 at når disse fraksjonelle tap avtar, vil finheten øke. Således vil finheten være sterkt avhengig av tap, og kan økes ved reduksjon av enten kobler-innføringstapene eller fibertransmisjonstapene, eller begge. For den viste utførelsesform er finheten ca. 80, og det frie spektrale område for 10-meter-sløyfen 60 er ca. 20,6 MHz.

Dersom man sluttelig går tilbake til fig. 4, vil hulroms-stigetiden Tckunne tilnærmes som følger:

For resonansvirkninger bør lasersenderen 12 ha en koherens-lengde større enn cTc.

Drift som akustisk føler

Den ovenfor omtalte resonator 20 skaffer en meget følsom akustisk føler som detekterer frekvensen og intensiteten hos akustiske bølger som faller inn på fibersløyfen 60. Når en akustisk bølgefront slår an mot fibersløyfen 60, blir lengden av sløyfen 60 modulert i henhold til frekvensen og intensiteten av bølgefronten. En slik modulasjon av sløyfelengden bevirker at den totale omgangsfase-forsinkelse gjennom sløyfen 60 modu-lerer samtidig. Lasersenderen 12 tilfører et inngangssignal med en avkortet modulert frekvens ("chirp modulated frequency") til resonatoren 20. Behandlingsenheten 44 måler midtfrekvensen i utgangssignalet fra resonatoren 20. De akustiske bølgefronter slår an mot fibersløyfen 60 og endrer dennes resonansfrekvens. Ved måling av variasjoner i midtfrekvensen bestemmer behandlingsenheten 44 de ønskede parametre i den akustiske bølge.

Mach-Zehnder-interferorneter

En del av lysinngangssignalet■til porten 1 i kobleren

22 blir koblet inn i fiberen 24 og blir sendt ut ved porten

4. Mach-Zehnder-interferometeret 26 omfatter et par koblere

62 og 64 som kobler lys mellom fiberen 24 og fiberen 66. De deler av fiberen 24 og 66 som befinner seg mellom kobleren

62 og 64, danner en referansearm 68, henholdsvis en følerarm

70. Lys som vandrer i referansearmen, blir kalt referansesignalet, og det lys som vandrer i følerarmen, blir kalt føler-signalet. Kobleren 64 kobler en del av følersignalet til den annen ende av fiberen 24, samtidig som den også kobler en del av referansesignalet til porten 3 og således ut av systemet. En del av referansesignalet vandrer til port 4 og kombinerer seg med den del av følersignalet som er koblet inn i fiberen 24. Resultatet av å kombinere deler av referanse- og føler-signalene blir dannelsen av et interferensmønster mellom referansesignalet og følersignalet i fiberen 24 ved porten 4 ved kobleren 64. Dette interferensmønster, en funksjon av fasen $ mellom referansesignalet og følersignalet, danner utgangssignalet fra Mach-Zehnder-interferometeret 26, som blir koblet inn i mottagerfiberen 40 ved kobleren 46.

Følerarmen 70 og referansearmen 68 kan ha lengder slik

at føler- og referansesignalet kombinerer fase ved porten 4 i kobleren 64. Den fysiske parameter som skal avføles, blir koblet til følerarmen 70 ved hjelp av et hvilket som helst passende organ (ikke vist) avhengig av parameteren. Endringer i parameteren når referansearmen 68 er isolert fra endringer i parameteren fremskaffer en optisk banelengdeendring 6 i følerarmen 70, som resulterer i et faseskift mellom referansesignalet og følersignalet. Mach-Zehnder-interferometeret 26 kan kalibreres slik at endringer i den avfølte parameter kan kvantitativt relateres til graden av faseskift i interferens-mønsteret.

Dersom den lysintensitet som går fra porten 4 i kobleren 22 mot porten 2 i kobleren 62 er I , og kobleren 62 har en koblingsvirkningsgrad på 50%, så er intensiteten ved portene

3 og 4 i kobleren 62.1/2. Referansesignalet undergår en fase-skifting 4>når det går fra kobleren 62 til kobleren 64, mens følersignalet blir underkastet et faseskift $ (t), som er en funksjon av det faseskift som er bevirket av fiberen og fluktuasjonene i den fysiske parameter som avføles. Intensiteten I som kommer ut fra porten 4 i kobleren 64, kan uttrykkes ved

1=1/2 [1-cos ( $ -$ )]

o sr

Faseendringene $s og $r er funksjoner av den optiske frekvens av signal inngangen til Mach-Zehnder-interferometeret 26.

Fig. 6 og 7 viser utgangssignaler fra henholdsvis resonansføleren 20 og Mach-Zehnder-interferometeret 26, som frekvensfunksjoner. På fig. 6 er f resonansfrekvensen av resonansføleren 20. Resonansfrekvensen avhenger av bane-lengden av resonansføleren 20 som kan gjøres følsom for fysiske fenomener av interesse. I den uvirksomme tilstand er utgangssignalet fra Mach-Zehnder-interferometeret en sinusformet bølge med fase $ . Fasen i inngangssignalet til Mach-Zehnder-interf erometeret 26 forandrer seg til når signaler relatert til den fysiske parameter av interesse,' tilføres følerarmen 70. Fasen $ i Mach-Zehnder-interferometer-utgangssignalet er avhengig av banelengdeforskjellen mellom følerarmen 70

og referansearmen 68.

Selv om andre frekvensmodulasjonsteknikker er mulige

for overvåkning av følergruppen 15, innbefatter en passende samplingsteknikk å plassere en frekvensavkortet optisk puls på senderfiberen 14. Som kjent har et frekvensavkortet signal ("frequency chirped signal") en frekvens som varierer lineært med tiden. Frekvensavkortning kan utføres på en hvilken som helst av flere måter som er velkjente innen teknikkens stilling. Eksempler innbefatter en Bragg-celle, en intra-hulroms-fase-modulator eller et bevegelig laserhulromspeil.

Ved det eksempel på utførelsesform som er vist på fig.

1, blir frekvensavkortning fremskaffet ved bruk av en Bragg-celle (ikke vist) som er plassert inne i lasersenderen 12. Bragg-cellen blir drevet av en frekvensavkortet, elektrisk bølgeform for derved å fremskaffe det ønskede frekvensavkortede optiske utgangssignal fra lasersenderen 12. Pulsbredden bør være mindre enn rundkjørings-overføringstiden mellom følere,

og graden av frekvensavkortning bør være lik det største frie spektrale område for en hvilken som helst føler i følergruppen 15. Fig. 8 anskueliggjør inngangspulsfrekvens, mottatt signal og dekodet resonansfrekvens eller faseinformas jon som er avledet fra det mottatte signal. Perioden for pulsene bør være større enn rundkjørings-overføringstiden for føleren i gruppen 15 lengst borte fra lasersenderen 12.

Som det fremgår av fig. 8, vil en inngående frekvensavkortet puls 74 bevirke at resonansføleren 20 fremskaffer et pulsutgangssignal 76 med en midtfrekvens f som er en kjent funksjon av den øyeblikkelige inn-frekvens. Frekvensen av den utgående puls er avhengig av avkortningsgraden ("chirp rate"). Midtfrekvensen f oblir fremskaffet etter at den øyeblikkelige inn-frekvens er lik resonansfrekvensen. Forsinkelsen er proporsjonal med avkortningsgraden. Ved måling av tids-forskjellen mellom overføringen av en puls fra lasersenderen 12 og hver puls som blir mottatt ved mottageren 42, kan reso-nansf rekvensen for hver av en flerhet av resonansfølere, f.eks. resonansføleren 20, bli målt. Resonansfrekvensen for resonans-føleren 20 kan justeres til å være en frekvens f i den uvirksomme tilstand av resonansføleren 20. En endring i den fysiske parameter som blir overvåket av resonansføleren 20, vil endre resonansfrekvensen til en forskjellig frekvens f^. Forskjellen i resonansfrekvenser er en indikasjon på endringen i den fysiske parameter som blir overvåket. Slik det fremgår av fig. 8,

vil utgangspulsen fra resonansføleren 20 med resonans frekvens f^bli sendt ut på et tidspunkt fra tidspunktet for initi-ering av pulsen fra lasersenderen 12. En puls 77 med resonansfrekvens f^blilr sendt ut på et tidspunkt t^fra initieringen av en annen puls 75 fra lasersenderen 12. Skiftet i frekvens Af er gitt ved uttrykket

Af = a(t1- tq)

hvor a utgjør avkortningsgraden i f.eks. Hz/sek.

Fasen for Mach-Zehnder-interferometeret 26 blir bestemt ved fasen for den sinusformede bølge 78 som kommer ut derfra.

I den uvirksomme tilstand er fasen for Mach-Zehnder-bølgeformen angitt som <I>q. En endring i parameteren som blir overvåket av Mach-Zehnder-interferometeret 26, resulterer i en bølgeform 80 med fase $^ som sendes ut som reaksjon på den puls 75 som passerer gjennom Mach-Zehnder-interferometeret 26. Følergruppen

15 kan innbefatte en flerhet av Mach-Zehnder-interferometre

26. Et utgangssignal i form av en sinusbølge kan korreleres med en spesiell Mach-Zehnder-føler ved måling av tiden mellom utsending av pulsen 75 fra lasersenderen 12 og mottagelsen av en sinusbølgeform ved mottageren 42 for etablering av føler-identitet. Hver føler i gruppen 15 vil reagere på en puls eller sinusform som er forsinket i forhold til den- innkommende puls med en overføringstid fra lasersenderen 12 til mottageren 42 gjennom føleren.

En annen samplingsteknikk innbefatter det å tilføre en sekvens av pulser 82, 83, 84 og 85 på senderfiberen 14 med midtfrekvensen av suksessive pulser forøket med et konstant trinn for derved å resultere i et inngangssignal som vist på fig. 9. Resonansføleren 20 vil sende ut en puls som er indikert ved en linje R ved en tidsforsinkelse x på fig. 9

på mottagerlinjen dersom midtfrekvensen for den utsendte puls er lik den for resonansføleren 20. Hver inngangspuls bevirker at Mach-Zehnder-interferometeret 26 sender ut en puls som

er vist ved en linje merket MZ på fig. 9, idet pulsintensiteten blir bestemt av faseforskjellen mellom referansearmen 68 og følerarmen 70 og frekvensen for den inngående puls.-Resonansfrekvensen for en spesiell resonansføler 20 blir bestemt ved tidtagning av reaksjonen eller mangelen derav hos en føler. På fig. 9 gir resonansføleren en respons t sekunder etter den annen utsendte puls 83, noe som indikerer at resonansfrekvensen utgjør midtfrekvensen av den annen puls 83 og at den føler som har denne spesielle resonansfrekvens,

er den som har tidsforsinkelsen t mellom utsendingen av pulsen 83 fra lasersenderen 12 og mottagelsen av denne ved mottageren 42. Dersom der forelå ytterligere resonansfølere 20 i gruppen med den samme resonansfrekvens, ville pulsreaksjonene opptre på forskjellige tidspunkter fordi resonansfølerne er anordnet på avstand fra hverandre langs senderfiberen 14 og mottagerfiberen 40. Dersom ytterligere resonansfølere hadde resonansfrekvenser forskjellige fra den for resonanssensoren 20, ville deres pulsreaksjoner R komme ved forhåndsbestemte overførings-tidspunkter etter at lasersenderen 12 sendte ut de pulser som svarer til resonansfrekvensene i de ytterligere resonans-følere. Tidspunktet mellom hver av pulsene 82-85 er større enn den lengste rundkjørings-overføringstid for signalet gjennom gruppen.

Hvert Mach-Zehnder-interferometer 26 i gruppen vil sende ut en puls for hver puls som sendes ut fra lasersenderen 12. Tidsforsinkelsen mellom den utsendte puls og den tilsvarende mottatte puls identifiserer hvilken føler en spesiell puls kommer fra. Ved oppsamling av reaksjonene fra en flerhet av Mach-Zehnder-interferometre over mange utsendte pulser kan

det sinusformede utgangssignal fra hver Mach-Zehnder bygges opp. Fasen for det sinusformede utgangssignal utgjøres av faseforskjellen mellom følerarmen 70 og referansearmen 68

i Mach-Zehnder-interferometeret 26. Oppbygningen av Mach-Zehnder-utgangssignalene utføres ved eksaminasjon av utgangs-pulshøydene for hver Mach-Zehnder fra hver utsendt puls. Puls-høydene for hver Mach-Zehnder blir plottet som funksjoner av tid for den overførte puls. Den resulterende bølgeform er en tidssarnplet versjon av den sinusformede reaksjon fra

Mach-Zehnder-interferometrene.

Selv om følergruppen 15 er blitt beskrevet med referanse til en resonansinterferometer-føler 20 og et Mach-Zehnder-inter ferometer 26, kan en hvilken som helst annen type av interferometer-føler, f.eks. Sagnac- og Michelson-interferometre, benyttes i følergruppen 15. I tillegg kan ampi itudefølere (ikke vist) som påvirker bare amplituden av det påførte optiske signal, benyttes i den samme gruppe med de forskjellige inter-ferometerfølere.

Fig. 10a-10c anskueliggjør forskjellige konfigurasjoner

av følergruppen 15. Fig. 10a viser en flerhet av følere 51,

52 , 53 etc. forbundet mellom senderfiberen 14 og mottager fiberen 40 i et parallelt stigelignende arrangement. Forbindelsene mellom følerne 51, 52, 53 etc. og sende- og mottagerfibrene henholdsvis 14 og 40 skal forstås å være passende fiberoptiske koblere, f.eks.som vist på fig. 2 og 3. Dersom alle koblerne har den samme koblingsvirkningsgrad, så vil innsignalene til hver suksessiv føler være en fiksert fraksjon av inn-signalet til den foregående føler. Det er mulig å "avtrappe" ("taper") koblingsvirkningsgradene mellom følerinngangene og henholdsvis sender- og mottagerlinjene 14 og 40, slik at hver føler i gruppen 15 mottar tilnærmet den samme inn-signalintensitet.

Et slikt arrangement gjør bruk av inn-koblere 88, 90

og 92 som har økende koblingsvirkningsgrader, slik at intensiteten i signalet i senderfiberen 14 avtar, idet koblings-prosenten til den neste føler øker.

Fig. 10b anskueliggjør et par stigegrupper 91 og 93,

idet hver er tildannet i likhet med stigegruppen 15 på fig.

10a. Stigegruppene 91 og 93 innbefatter senderfibre, henholdsvis 94 og 96, og mottar fibre, henholdsvis 98 og 100. En kobler (ikke vist) dividerer signalet fra lasersenderen 12 mellom senderfiberen 94 og 96 for innføring til stigegruppene 91

og 93. Gruppene 91 og 93 kan være fjernt fra hverandre idet de mottar inn-signaler fra den samme lasersender 12 og bruker den samme mottager 42 og behandlingsenhet 44. Distribusjons-

og oppsamlingsvirkningsgrad er definert til å være effekten fra den siste føler i en gruppe ved mottageren 42 dividert

med den totale inn-effekt til gruppen. Gruppene 91 og 93 blir brukt for å øke fordelings- og oppsamlings-virkningsgraden.

Fig. 10c anskueliggjør en gruppe 104 med en flerhet av undergrupper 104a, 104b etc. forbundet mellom en senderfiber 106 og en mottagerfiber 108. En første kobler 110 kobler sig-nalene fra senderfiberen 106 til en sekundær senderfiber 112 som leverer inn-signaler til den første undergruppe 104a.

En sekundær mottagerfiber 116 tilfører signaler fra undergruppen 104 til mottagerfiberen 108.

På lignende måte vil en sekundær senderfiber 114 tilføre inn-signaler til den annen undergruppe 104b og en sekundær mottagerfiber 118 tilfører signaler fra undergruppen 104b til mottagerfiberen 108. Gruppen 104 er anvendelig når det er ønsket å øke distribusjons- og oppsamlings-virkningsgraden. Hver undergruppe 104a, 104b etc. kan inneholde følere for overvåkning av temperatur, akustiske vibrasjoner og elektromagnetiske felter, som eksempel.

Claims

1. Fiberoptisk følergruppe, karakterisert ved at den omfatter: en senderfiber, senderorganer for å tilføre temporære og frekvensmodulerte lyssignaler til senderfiberen, en flerhet av fiberoptiske følere som er forbundet med senderfiberen, idet flerheten av følere er anordnet på avstand fra hverandre for å motta lyspulser sekvensielt på forhåndsbestemte tidspunkter fra senderorganene, idet hver av de fiberoptiske følere reagerer på en forhåndsbestemt fysisk parameter, og organer til å overvåke flerheten av fiberoptiske følere for detektering av endringer i de fysiske parametre som de fiberoptiske følere reagerer på.

2. Fiberoptisk følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at overvåkningsorganene innbefatter: en mottagerfiber forbundet med hver av de fiberoptiske følere for føring av utgangssignaler derfra, mottagerorganer til å motta føler-utgangssignaler som vandrer i mottagerfibrene, og signalbehandlingsorganer for demodulering av føler-utgangssignalene.

3. Følergruppe som angitt i krav 2, karakterisert ved at den ytterligere omfatter organer til å korrelere føler-utgangssignaler med følere.

4. Følergruppe som angitt i krav 3, karakterisert ved at korrelasjonsorganene omfatter en tidsreferanse for måling av overføringstiden av lyssignaler gjennom nevnte grupper.

5. Følergruppe som angitt i krav 4, karakterisert ved at flerheten av fiberoptiske følere innbefatter i det minste én resonansføler.

6. Følergruppe som angitt i krav 4, karakterisert ved at flerheten av fiberoptiske følere innbefatter i det minste én Mach-Zehnder-interferometerføler.

7. Følergruppe som angitt i krav 4, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter i det minste én resonansføler og i det minste én Mach-Zehnder-interferometer-føler.

8. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at flerheten av fiberoptiske følere innbefatter i det minste én resonansføler.

9. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at flerheten av fiberoptiske følere innbefatter i det minste én Mach-Zehnder-interferometerføler.

10. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter i det minste én resonansføler og i det minst én Mach-Zehnder-interferometer-føler.

11. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter: en flerhet av inn-fiberoptiske koblere for kobling av forhåndsbestemte deler av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler ut fra senderfiberen, en flerhet av resonansfølere, idet hver føler er forbundet med en tilsvarende av en flerhet av optiske koblere for å motta temporære og frekvensmodulerte lyssignaler derfra, idet hver av resonansfølerne er oppbygget for å fremskaffe føler-utgangssignaler som er funksjoner av de temporære og frekvensmodulerte lyssignaler som tilføres disse som reaksjon på endringer i forhåndsbestemte fysiske parametre, og optiske koblerorganer svarende til nevnte flerhet av resonansfølere for kobling av føler-utgangssignalene fra reso-nansfølerene til mottagerfiberen.

12. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter: en flerhet av inn-fiberoptiske koblere for kobling av forhåndsbestemte deler av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler ut av senderfiberen, en flerhet av Mach-Zehnder-interferometerfølere, idet hver er forbundet med sin tilsvarende av flerheten av optiske koblere for å motta lyssignaler derfra, samtidig som hver Mach-Zehnder-interferometerføler er oppbygget for å fremskaffe følerutgangssignaler som er funksjoner av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler som tilføres disse som reaksjon på endringer i forhåndsbestemte fysiske parametre, og optiske koblerorganer svarende til flerheten av Mach-Zehnder-inter f erometerf ølerne for kobling av følerutgangs-signalene fra Mach-Zehnder-interferometerfølerne til mottager-f iberen.

13. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter: en første flerhet av inn-fiberoptiske koblere for kobling av forhåndsbestemte deler av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler ut av senderfiberen, en flerhet av resonansfølere som hver er forbundet med sin tilsvarende av den første flerhet av optiske koblere for å motta temporære og frekvensmodulerte lyssignaler derfra, idet resonansfølerne er oppbygget for å fremskaffe utgangssignaler som er funksjoner av de temporære og frekvensmodulerte lyssignaler som tilføres disse som reaksjon på endringer i forhåndsbestemte fysiske parametre, første optiske koblerorganer for å koble utgangssignalene fra nevnte flerhet av resonansfølere til mottagerfiberen, en annen flerhet av fiberoptiske koblere for kobling av forhåndsbestemte deler av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler fra senderfiberen, en flerhet av Mach-Zehnder-interferometerfølere forbundet med nevnte annen flerhet av fiberoptiske koblere, idet flerheten av Mach-Zehnder-interferometerfølere er oppbygget for å fremskaffe utgangssignaler som er funksjoner av nevnte temporære og frekvensmodulerte lyssignaler som reaksjon på endringer i forhåndsbestemte fysiske parametre, og andre koblerorganer for kobling av utgangssignaler fra flerheten av Mach-Zehnder-interferometersignaler til mottager-f iberen.

14. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter: en første fiberoptisk koblerinnretning for kobling av en første del av temporære og frekvensmodulerte lyssignaler ut fra senderfiberen, en flerhet av fiberoptiske følere forbundet for å motta utgangssignalene fra nevnte første fiberoptiske kobler, og organer til å koble utgangssignalet fra den første flerhet av fiberoptiske følere til mottagerfiberen, en annen fiberoptisk kobler for kobling av en annen del av de temporære og frekvensmodulerte lyssignaler ut av sender-f iberen, en annen flerhet av optiske følere forbundet for å motta temporære og frekvensmodulerte lyssignaler fra den annen optiske kobler, og organer til å koble optiske signaler fra den annen flerhet av optiske følere til mottagerfiberen.

15. Fiberoptisk følergruppe, karakterisert ved at den omfatter: en første senderfiber, en annen senderfiber, senderorganer for å tilføre temporære og frekvensmodulerte lyssignaler til den første og annen senderfiber, en første flerhet av fiberoptiske følere forbundet med den første senderfiber, en første mottagerfiber forbundet med den første flerhet av optiske følere for å motta utgangssignaler derfra, en annen flerhet av optiske følere forbundet med den annen senderfiber, en annen mottagerfiber forbundet med den annen flerhet av fiberoptiske følere for å motta utgangssignaler derfra, og

16. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter organer for endringsmodulasjon av frekvensen av de lyssignaler som vandrer i senderfiberen for å skaffe følerutgangsbølgeformer som representerer utgangene fra flerheten av de optiske følere som funksjoner av tid.

17. Følergruppe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter organer for frekvensmodu-lering av lyssignaler som vandrer i senderfiberen for å skaffe følerutgangsbølgeformer som representerer utgangene fra nevnte flerhet av fiberoptiske følere som funksjoner av frekvens.

18. Fremgangsmåte til avføling av fysiske parametre, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: å forbinde senderfiberen til en lasersender, å overføre temporære og frekvensmodulerte lyssignaler fra lasersenderen til senderfiberen, å forbinde en flerhet av fiberoptiske følere med senderfiberen med hver av de fiberoptiske følere anordnet på avstand fra hverandre for å motta lyspulser sekvensielt på forhåndsbestemte tidspunkter fra lasersenderen, idet hver av følerne reagerer på en forhåndsbestemt fysisk parameter, og å overvåke utgangssignalene fra flerheten av følere for detektering av endringer i de fysiske parametre som følerne reagere på.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert ved at den ytterligere omfatter det trinn å koble en mottagerfiber til hver av flerheten av følere.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at den omfatter det trinn å koble i det minste én resonansføler mellom senderfiberen og mottagerfiberen.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at den ytterligere omfatter det trinn å forbinde minst én Mach-Zehnder-interferometerføler mellom senderfiberen og mottagerfiberen.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at den ytterligere omfatter trinnene: å koble minst én resonansinterferometerføler mellom senderfiberen og mottager fiberen, og å koble minst én Mach-Zehnder-interferometerføler mellom senderfiberen og mottager fiberen.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter trinnene: å fremskaffe elektriske signaler som indikerer føler-utgangssignaler som vandrer i mottagerfiberen, å behandle de elektriske signaler for å bestemme endringer i de fysiske parametre som overvåkes av flerheten av fiberoptiske følere, og tidstilpasse intervallet mellom overføringen av et modulert lyssignal og mottagelsen av utgangspulser fra flerheten av fiberoptiske følere for korrelasjon av ut-pulsene med de fiberoptiske følere.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter det trinn å foreta en endringsmodulasjon av frekvensen av de lyssignaler som vandrer i senderfiberen for å fremskaffe følerutgangs-bølgeformer som representerer utgangssignalene fra flerheten av de fiberoptiske følere som funksjoner av tid.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter det trinn å frekvensmodulere de lyssignaler som vandrer i senderfiberen for å skaffe følerutgangsbølgeformer som representerer utgangssignalene fra nevnte flerhet av fiberoptiske følere som funksjoner av frekvens.