JP2578601B2 - 環境の変化を遠隔的に感知するためのセンサシステム・センサアレイおよび方法 - Google Patents
環境の変化を遠隔的に感知するためのセンサシステム・センサアレイおよび方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
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Description
【発明の詳細な説明】 関連の出願 これはロバート C.ユアンキスト（Robert C.Youngqu
ist）等による「コヒーレントな分布センサおよび短コ
ヒーレンス長ソースを用いる方法」と題された、1985年
２月８日出願の特許出願連続番号第699,855号の親特許
の一部継続出願である。
ist）等による「コヒーレントな分布センサおよび短コ
ヒーレンス長ソースを用いる方法」と題された、1985年
２月８日出願の特許出願連続番号第699,855号の親特許
の一部継続出願である。
これはまた発明者ジャネット L.ブルックス（Janet
L.Brooks）等による「分布センサおよびファイバ光学の
干渉センサのコヒーレンス多重化を用いる方法」と題さ
れた、1985年５月28日出願の親特許出願連続番号第738,
678号の一部継続出願である。
L.Brooks）等による「分布センサおよびファイバ光学の
干渉センサのコヒーレンス多重化を用いる方法」と題さ
れた、1985年５月28日出願の親特許出願連続番号第738,
678号の一部継続出願である。
上の両特許出願はここに引用により援用される。
発明の背景 この発明はファイバ光学センサに関し、特にその動作
において時分割多重化を利用する分布ファイバ光学セン
サアレイに関する。
において時分割多重化を利用する分布ファイバ光学セン
サアレイに関する。
過去数年にわたって、ファイバ光学の装置は広い範囲
の分野において様々な感知の応用に用いるために能動的
に研究されかつ開発されてきた。この関心の１つの理由
は光ファイバを取り巻く環境的条件に対する光ファイバ
の感度である。たとえば、温度、圧力および音響波等の
ファクタは光ファイバの光伝送特性に直接影響を与え
る。光ファイバ内のこれらの変化はファイバを移動する
光信号の位相に変化をもたらす。こうして、そのファイ
バを通って伝送されている光学信号の位相の変化の速定
は、ファイバに影響を与えたそれらの環境条件の変化を
表わすものとなる。
の分野において様々な感知の応用に用いるために能動的
に研究されかつ開発されてきた。この関心の１つの理由
は光ファイバを取り巻く環境的条件に対する光ファイバ
の感度である。たとえば、温度、圧力および音響波等の
ファクタは光ファイバの光伝送特性に直接影響を与え
る。光ファイバ内のこれらの変化はファイバを移動する
光信号の位相に変化をもたらす。こうして、そのファイ
バを通って伝送されている光学信号の位相の変化の速定
は、ファイバに影響を与えたそれらの環境条件の変化を
表わすものとなる。
最近、アレイに構築されたセンサを有するシステムの
開発に特に努力が向けられ、そのため多数のセンサが単
一のソースからの光を利用しかつ共通の検知ロケーショ
ンで環境の情報を与えることができる。理想的には、こ
のようなアレイは光を１組のセンサに運ぶファイバ入力
バスからなる。各センサは環境についての情報をこの光
学キャリアに印す。それから出力ファイババスがこの情
報を集めかつそれを中央処理ロケーションに戻し、ここ
でセンサのいずれかの選択された１つから得られた情報
が容易に識別されかつ分析され得る。
開発に特に努力が向けられ、そのため多数のセンサが単
一のソースからの光を利用しかつ共通の検知ロケーショ
ンで環境の情報を与えることができる。理想的には、こ
のようなアレイは光を１組のセンサに運ぶファイバ入力
バスからなる。各センサは環境についての情報をこの光
学キャリアに印す。それから出力ファイババスがこの情
報を集めかつそれを中央処理ロケーションに戻し、ここ
でセンサのいずれかの選択された１つから得られた情報
が容易に識別されかつ分析され得る。
これらの開発努力の目的は、迅速に変化する環境条件
を監視する等の特定の応用に用いることができるセンサ
アレイを作り出すことである。たとえば、このようなセ
ンサアレイは音響波のソースロケーションおよびそれら
の波の音響的特性を判断するために、音響波を検出する
のに用いることができる。これらの多くの応用のために
は、アレイを比較的広い区域にわたって間隔をあけるこ
とが必要であろう。このような情況下では、電気のライ
ンをファイバ光学によって置き換えることは、たとえ
ば、電気的ピックアップ、ケーブルの重量およびこれら
の電気的ラインを用いることに関連した安全ハザード等
の問題を克服するであろう。センサが限定された空間に
おいて用いられる場合においてさえ、エレクトロニクス
およびバルク（bulk）光学構成要素の除去は、一般に減
じられた雑音のために、改良されたシステムの性能を提
供するだろう。他方で、長い電気ラインを光ファイバで
置き換えることは、システムの非センサ部分の環境条件
の何かの影響を防ぐかまたは除去することに問題を生じ
る。したがってこれは重要な設計の考慮である。
を監視する等の特定の応用に用いることができるセンサ
アレイを作り出すことである。たとえば、このようなセ
ンサアレイは音響波のソースロケーションおよびそれら
の波の音響的特性を判断するために、音響波を検出する
のに用いることができる。これらの多くの応用のために
は、アレイを比較的広い区域にわたって間隔をあけるこ
とが必要であろう。このような情況下では、電気のライ
ンをファイバ光学によって置き換えることは、たとえ
ば、電気的ピックアップ、ケーブルの重量およびこれら
の電気的ラインを用いることに関連した安全ハザード等
の問題を克服するであろう。センサが限定された空間に
おいて用いられる場合においてさえ、エレクトロニクス
およびバルク（bulk）光学構成要素の除去は、一般に減
じられた雑音のために、改良されたシステムの性能を提
供するだろう。他方で、長い電気ラインを光ファイバで
置き換えることは、システムの非センサ部分の環境条件
の何かの影響を防ぐかまたは除去することに問題を生じ
る。したがってこれは重要な設計の考慮である。
もちろん、センサアレイを開発する主要な設計の考慮
は、各センサからの情報が、単一のデータの流れ上の中
央処理ロケーションに到達する情報のすべてから、個別
の識別のために分離され得る方法である。以前に開発さ
れた分布感知システムは単一のデータ流れからの個別の
センサの情報を分離するために１つまたは２つの方策を
一般に用いていた。
は、各センサからの情報が、単一のデータの流れ上の中
央処理ロケーションに到達する情報のすべてから、個別
の識別のために分離され得る方法である。以前に開発さ
れた分布感知システムは単一のデータ流れからの個別の
センサの情報を分離するために１つまたは２つの方策を
一般に用いていた。
単一のデータ流れから各センサの情報を分離するため
に用いられてきた１つの方策は、センサ出力の周波数分
割多重化であり、これはI.P.ガイルズ、D.ウッタン、B.
カルショーおよびD.E.N.デイビス（I.P.Giles,D.Uttam,
B.Culshaw D.E.N.Davis）による、「変調されたレーザ
ソースを備えるコヒーレント光ファイバセンサ」、エレ
クトロニクスレターズ（“Coherent Optical−Fibre Se
nsors With Modulated Laser Sources"Electronics Let
ters）、第19巻、14頁（1983）に述べられた態様によ
る。この方策は光学ソースを周波数ランプしかつアレイ
のジオメトリを配置してソースからセンサへの、および
中央ロケーションに戻る光の遷移時間が各センサについ
て独自のものになるようにすることによって達成され
る。この場合、アレイ出力はソースの現在の出力と混ぜ
合わされ、それによって各センサについて独自の中央周
波数を生み出す。環境の情報はこの中央周波数のまわり
の側波帯で運ばれる。
に用いられてきた１つの方策は、センサ出力の周波数分
割多重化であり、これはI.P.ガイルズ、D.ウッタン、B.
カルショーおよびD.E.N.デイビス（I.P.Giles,D.Uttam,
B.Culshaw D.E.N.Davis）による、「変調されたレーザ
ソースを備えるコヒーレント光ファイバセンサ」、エレ
クトロニクスレターズ（“Coherent Optical−Fibre Se
nsors With Modulated Laser Sources"Electronics Let
ters）、第19巻、14頁（1983）に述べられた態様によ
る。この方策は光学ソースを周波数ランプしかつアレイ
のジオメトリを配置してソースからセンサへの、および
中央ロケーションに戻る光の遷移時間が各センサについ
て独自のものになるようにすることによって達成され
る。この場合、アレイ出力はソースの現在の出力と混ぜ
合わされ、それによって各センサについて独自の中央周
波数を生み出す。環境の情報はこの中央周波数のまわり
の側波帯で運ばれる。
上述のシステムの１つの特定の問題は、周期的ランプ
信号がその最大からその最少位置へリセットされるとき
の「フライバック」期間を含む。このフライバック期間
は、ランプ信号が存在しないので、システムの動作が起
こらず、かつ意味のある結果が生み出されない時間を含
む。これは環境条件が変化しても依然としてセンサシス
テムによって信頼できるようにモニタされる速度にある
制限をもたらす。
信号がその最大からその最少位置へリセットされるとき
の「フライバック」期間を含む。このフライバック期間
は、ランプ信号が存在しないので、システムの動作が起
こらず、かつ意味のある結果が生み出されない時間を含
む。これは環境条件が変化しても依然としてセンサシス
テムによって信頼できるようにモニタされる速度にある
制限をもたらす。
この特別のシステムの別の問題はランプ信号に用いら
れるFM周波数の範囲とランプ信号の期間とに基づいてア
レイ内で用いられるだろうセンサの数または検出される
べき信号の周波数範囲が制限されていることである。よ
り特定的には、各センサのために異なった中央周波数が
生み出されるので、各々のこのような中央周波数間の差
の量と、その中にこれらの中央周波数が含まれる全体の
周波数範囲とが利用されるセンサの数を規定する。同様
に、センサの数は周波数の全体の範囲とともに中央周波
数間の最大の差を決定し、こうして検出されるだろう最
大の環境周波数をも決定する。周波数の範囲は、当然の
ことながら、ランプ信号の傾斜および期間によって決定
される。
れるFM周波数の範囲とランプ信号の期間とに基づいてア
レイ内で用いられるだろうセンサの数または検出される
べき信号の周波数範囲が制限されていることである。よ
り特定的には、各センサのために異なった中央周波数が
生み出されるので、各々のこのような中央周波数間の差
の量と、その中にこれらの中央周波数が含まれる全体の
周波数範囲とが利用されるセンサの数を規定する。同様
に、センサの数は周波数の全体の範囲とともに中央周波
数間の最大の差を決定し、こうして検出されるだろう最
大の環境周波数をも決定する。周波数の範囲は、当然の
ことながら、ランプ信号の傾斜および期間によって決定
される。
センサの形状もまた所与のセンサが位置づけられる光
学ソースからの距離において制限されている、これは光
学ソースのコヒーレンス長に基づく制限によるだけでな
く、センサが光学ソースから遠くに動かされるにつれ
て、近接した光学経路間の経路の長さの差が非常に大き
くなるという事実にも基づいている。
学ソースからの距離において制限されている、これは光
学ソースのコヒーレンス長に基づく制限によるだけでな
く、センサが光学ソースから遠くに動かされるにつれ
て、近接した光学経路間の経路の長さの差が非常に大き
くなるという事実にも基づいている。
単一のデータの流れから各センサの情報を分離するた
めに用いられてきた別の方策はセンサ出力の時分割多重
化を含み、これはM.L.ヘニング等の（M.L.Henning）
「ダウンリード不感度を備えた光ファイバハイドロフォ
ン」（Optical Fibre Hydrophones with Down lea
d Insensitivity）、I.E.E.221（Conference Publica
tion）、23頁から27頁、1983年４月に述べられている。
時分割多重化において、光学入力はほとんどの場合パル
ス化されており、そのため入力信号はパルス波形を含
む。ヘニング等によって説明された干渉のパルスシステ
ムでは、入力光は２つのパルス間に特定の遅延を備え
て、２回パルスされる。この遅延はセンサのジオメトリ
によって決定され、特にセンサを含む干渉計の２個のア
ーム間の相対的遅延によって決定される。特に、各セン
サを通して伝達された光学入力パルスは混ぜられ、セン
サの各々によって異なった時間で出力ファイバ上に置か
れる。センサの相対的位置を制御することによって、信
号がセンサから戻りファイババスへ多重化されるにつれ
て、パルス信号の挿入が達成されるだろう。これらの挿
入されたパルス信号はそれから中央処理ロケーションま
で戻って運ばれ、ここで復多重化とさらなる信号処理が
起こる。
めに用いられてきた別の方策はセンサ出力の時分割多重
化を含み、これはM.L.ヘニング等の（M.L.Henning）
「ダウンリード不感度を備えた光ファイバハイドロフォ
ン」（Optical Fibre Hydrophones with Down lea
d Insensitivity）、I.E.E.221（Conference Publica
tion）、23頁から27頁、1983年４月に述べられている。
時分割多重化において、光学入力はほとんどの場合パル
ス化されており、そのため入力信号はパルス波形を含
む。ヘニング等によって説明された干渉のパルスシステ
ムでは、入力光は２つのパルス間に特定の遅延を備え
て、２回パルスされる。この遅延はセンサのジオメトリ
によって決定され、特にセンサを含む干渉計の２個のア
ーム間の相対的遅延によって決定される。特に、各セン
サを通して伝達された光学入力パルスは混ぜられ、セン
サの各々によって異なった時間で出力ファイバ上に置か
れる。センサの相対的位置を制御することによって、信
号がセンサから戻りファイババスへ多重化されるにつれ
て、パルス信号の挿入が達成されるだろう。これらの挿
入されたパルス信号はそれから中央処理ロケーションま
で戻って運ばれ、ここで復多重化とさらなる信号処理が
起こる。
これらの型のシステムの問題の１つは、それらが一般
に近接した信号経路間の経路長の差よりも長いコヒーレ
ンス長を有する光学ソースを用いることを必要とする、
ということである。長いコヒーレンス長は近接した経路
干渉から光を得るのに必要である。干渉は強度変調を作
り出し、これは環境によって光の中に作り出された位相
変調と比例する。加えて、センサアレイに送り出された
２個のパルスは異なった時間にソースから発生される。
異なった時間にソースから作り出された光の混合の結果
は位相誘起強度雑音である。このようなソース位相誘起
雑音はこのようなシステムのセンサの感度に制限を生じ
るだろう。これらの型の装置の別の制限は、それらがセ
ンサ間の差のみを測定し、選択されたセンサ上の環境の
影響をそれ自信で測定するための手段を提供しないとい
うことである。
に近接した信号経路間の経路長の差よりも長いコヒーレ
ンス長を有する光学ソースを用いることを必要とする、
ということである。長いコヒーレンス長は近接した経路
干渉から光を得るのに必要である。干渉は強度変調を作
り出し、これは環境によって光の中に作り出された位相
変調と比例する。加えて、センサアレイに送り出された
２個のパルスは異なった時間にソースから発生される。
異なった時間にソースから作り出された光の混合の結果
は位相誘起強度雑音である。このようなソース位相誘起
雑音はこのようなシステムのセンサの感度に制限を生じ
るだろう。これらの型の装置の別の制限は、それらがセ
ンサ間の差のみを測定し、選択されたセンサ上の環境の
影響をそれ自信で測定するための手段を提供しないとい
うことである。
上のことに基づいて、上で規定された制約を受けるこ
となしに、複数の離れたセンサを多重化するための感知
システムおよび技術を提供することは技術分野において
重要な改良であろう。こうして、システムは光学的にセ
ンサの間隔の制限から自由でなければならず、レーザの
位相誘起強度雑音による、その上を運ばれる信号の劣化
を少ししか経験しないものでなければならない。このよ
うなシステムは環境感知領域においてエレクトロニクス
や能動素子の使用を必要とせずに動作を提供しなければ
ならない。システムはシステムの効率と可能性のある応
用を増加するために最大動作周期動作を提供しなければ
ならない。好ましくは、このようなシステムはコヒーレ
ント長が約1cmよりも大きいかまたは等しいところで、
長いコヒーレンス長同様に短いまたは中間のコヒーレン
ス長を含む、広い範囲の光学ソースのいかなるものの使
用をも可能にしなければならず、また実際の応用におけ
る生産と使用のために簡潔かつ経済的でなければならな
い。
となしに、複数の離れたセンサを多重化するための感知
システムおよび技術を提供することは技術分野において
重要な改良であろう。こうして、システムは光学的にセ
ンサの間隔の制限から自由でなければならず、レーザの
位相誘起強度雑音による、その上を運ばれる信号の劣化
を少ししか経験しないものでなければならない。このよ
うなシステムは環境感知領域においてエレクトロニクス
や能動素子の使用を必要とせずに動作を提供しなければ
ならない。システムはシステムの効率と可能性のある応
用を増加するために最大動作周期動作を提供しなければ
ならない。好ましくは、このようなシステムはコヒーレ
ント長が約1cmよりも大きいかまたは等しいところで、
長いコヒーレンス長同様に短いまたは中間のコヒーレン
ス長を含む、広い範囲の光学ソースのいかなるものの使
用をも可能にしなければならず、また実際の応用におけ
る生産と使用のために簡潔かつ経済的でなければならな
い。
発明の簡単な要約 この発明はファイバ光学センサのアレイの多重化を達
成するために、短いコヒーレンス長の光源を好ましくは
用いる分布センサシステムおよび方法を含む。特に、こ
の発明のセンサシステムは一般に第１の光学導波体にパ
ルスされた光学信号を与えるように光学的に結合された
光学ソースを含む。環境に感受性のある導波体セグメン
トが第１の光学導波体に光学的に結合され、前記感受性
のあるセグメントは特定の環境条件に応答して感受性あ
るセグメント内を伝搬する光学信号に影響を与える。第
２の光学的導波体が随意には第１の光学導波体に次のよ
うな形状で結合される、すなわち第２の光学導波体と環
境的に感受性のある導波体セグメントとが第１の不均衡
な干渉計のアームの少なくとも一部を形成する。第２の
不均衡な干渉計が随意には第１の不均衡な干渉計に光学
的に結合されて第１の干渉計からの光学信号を受取る。
第２の干渉計は第１の干渉計によって規定される光学経
路長さの差と実質的に整合する光学経路長さの差を有す
る１対の光学経路を提供し、そのため第２の干渉計は第
１の干渉計から受取られた光学信号を組合わせて、環境
に感受性のある導波体セグメント上の環境の影響を表わ
す位相差出力信号を形成する。
成するために、短いコヒーレンス長の光源を好ましくは
用いる分布センサシステムおよび方法を含む。特に、こ
の発明のセンサシステムは一般に第１の光学導波体にパ
ルスされた光学信号を与えるように光学的に結合された
光学ソースを含む。環境に感受性のある導波体セグメン
トが第１の光学導波体に光学的に結合され、前記感受性
のあるセグメントは特定の環境条件に応答して感受性あ
るセグメント内を伝搬する光学信号に影響を与える。第
２の光学的導波体が随意には第１の光学導波体に次のよ
うな形状で結合される、すなわち第２の光学導波体と環
境的に感受性のある導波体セグメントとが第１の不均衡
な干渉計のアームの少なくとも一部を形成する。第２の
不均衡な干渉計が随意には第１の不均衡な干渉計に光学
的に結合されて第１の干渉計からの光学信号を受取る。
第２の干渉計は第１の干渉計によって規定される光学経
路長さの差と実質的に整合する光学経路長さの差を有す
る１対の光学経路を提供し、そのため第２の干渉計は第
１の干渉計から受取られた光学信号を組合わせて、環境
に感受性のある導波体セグメント上の環境の影響を表わ
す位相差出力信号を形成する。
第１の不均衡な干渉計のアームはその干渉計内で第１
および第２の光経路を形成する。同様に、第２の不均衡
な干渉計のアーム第３および第４の光経路を形成する。
第１および第２の干渉計は、第１の干渉計内の第１およ
び第２の光経路間の光学経路長さの差が第の干渉計内の
第１および第２の光経路間の光学経路長さの差と実質的
に等しいように形作られている。光学経路長さの差が実
質的に同じなので、第２の干渉計はその内部で光学信号
を組合わせることが可能であり、そのため実質的に長さ
が等しい光経路を横切ってきたまたは信号を適当な位相
関係におく信号は、それらを第２の干渉計の出力で組合
わせることによってコヒーレントに結合され得る。
および第２の光経路を形成する。同様に、第２の不均衡
な干渉計のアーム第３および第４の光経路を形成する。
第１および第２の干渉計は、第１の干渉計内の第１およ
び第２の光経路間の光学経路長さの差が第の干渉計内の
第１および第２の光経路間の光学経路長さの差と実質的
に等しいように形作られている。光学経路長さの差が実
質的に同じなので、第２の干渉計はその内部で光学信号
を組合わせることが可能であり、そのため実質的に長さ
が等しい光経路を横切ってきたまたは信号を適当な位相
関係におく信号は、それらを第２の干渉計の出力で組合
わせることによってコヒーレントに結合され得る。
環境に感受性のある導波体セグメントは感知領域を含
み、ここでそこを移動する光学信号が環境の影響によっ
て影響を受ける。この影響は感知領域を伝搬する光学信
号の位相の変化で確証される。したがって、第２の干渉
計の出力でコヒーレントに結合された信号は位相差出力
信号を形成し、これは環境に感受性のある導波体セグメ
ント上の環境の影響を表わす。
み、ここでそこを移動する光学信号が環境の影響によっ
て影響を受ける。この影響は感知領域を伝搬する光学信
号の位相の変化で確証される。したがって、第２の干渉
計の出力でコヒーレントに結合された信号は位相差出力
信号を形成し、これは環境に感受性のある導波体セグメ
ント上の環境の影響を表わす。
好ましくは随意に電気的検出器が結合されて第２の干
渉計からの組合わされた光学信号を受取る。検出器は典
型的には他の情報処理装置に相互接続されて検出された
特定の環境条件をモニタしかつ評価する。
渉計からの組合わされた光学信号を受取る。検出器は典
型的には他の情報処理装置に相互接続されて検出された
特定の環境条件をモニタしかつ評価する。
１つの好ましい実施例において、この発明は「並列」
形状を含み、ここでは短コヒーレント長レーザ等の光学
ソースがパルスされた光学信号を単一モードファイバ光
学入力バスに送り出し、ここから信号が光ファイバまた
はセンサを含む電気的トランスデューサ等の他の構成要
素に分布され、センサは各々１端子で入力ファイバ光学
バスに光学的に接続されており、またその他方の端子で
ファイバ光学出力バスに接続されており、それによって
はしご形状をなしている。パルスはセンサからの戻りパ
ルスが互いに、またはアレイの次のサンプリングからの
パルスと重ならないように時間を決められている。
形状を含み、ここでは短コヒーレント長レーザ等の光学
ソースがパルスされた光学信号を単一モードファイバ光
学入力バスに送り出し、ここから信号が光ファイバまた
はセンサを含む電気的トランスデューサ等の他の構成要
素に分布され、センサは各々１端子で入力ファイバ光学
バスに光学的に接続されており、またその他方の端子で
ファイバ光学出力バスに接続されており、それによって
はしご形状をなしている。パルスはセンサからの戻りパ
ルスが互いに、またはアレイの次のサンプリングからの
パルスと重ならないように時間を決められている。
各センサはそこを通って通過する光上に環境情報を光
学位相への変型の形で記す。センサの各々からの光はフ
ァイバ光学の戻りバス上に光学的に結合される。入力フ
ァイバ光学バス、個々のセンサおよびファイバ光学戻り
バスによって規定される光経路の各々の長さの間の差は
光学ソースのコヒーレンス長よりもずっと大きく、その
ため各センサからの光がファイバ光学戻りバス上に集め
られたときに強度変調は起こらない。
学位相への変型の形で記す。センサの各々からの光はフ
ァイバ光学の戻りバス上に光学的に結合される。入力フ
ァイバ光学バス、個々のセンサおよびファイバ光学戻り
バスによって規定される光経路の各々の長さの間の差は
光学ソースのコヒーレンス長よりもずっと大きく、その
ため各センサからの光がファイバ光学戻りバス上に集め
られたときに強度変調は起こらない。
戻りバス上にマッハーツェンダ干渉計が作られてセン
サから結合された光を受取る。マッハーツェンダ干渉計
のアームは異なった長さであって、アーム長さの差は各
々２個の近接したセンサ間の経路の長さの差と等しい。
この結果、干渉計は近接したセンサの出力の混合を引き
起こしかつ近接したセンサを通って通過する信号間の位
相の差に対応する出力信号を生み出す。この差の情報は
特定のセンサに影響を与えた環境条件に直接関連してい
る。ヘテロダイン出力を生み出すために、マッハーツェ
ンダー干渉計の１つのアームに周波数シフタを置くこと
もできる。
サから結合された光を受取る。マッハーツェンダ干渉計
のアームは異なった長さであって、アーム長さの差は各
々２個の近接したセンサ間の経路の長さの差と等しい。
この結果、干渉計は近接したセンサの出力の混合を引き
起こしかつ近接したセンサを通って通過する信号間の位
相の差に対応する出力信号を生み出す。この差の情報は
特定のセンサに影響を与えた環境条件に直接関連してい
る。ヘテロダイン出力を生み出すために、マッハーツェ
ンダー干渉計の１つのアームに周波数シフタを置くこと
もできる。
別の好ましい実施例では、上述のシステムはシステム
のはしご構造の１対の格の各々の間のファイバ光学入力
バスの部分に、センサを規定する環境に感受性のある領
域を位置づけることによって修正されている。この形状
は光学構成要素の必要とされる数を最少にする。加え
て、センサが入力バス上に位置づけられているので、ま
たは随意には出力バス上に位置づけられているので、近
接したセンサからのパルスを分離するために付加の遅延
ラインが必要でない。加えて、この実施例では、最初と
最後のパルスを除く光学ソースからのパルスのすべてが
センサからの情報を提供することができ、それによって
出力デューティサイクルの最適化を可能にする。再び、
近接したセンサ間の経路を横切る光学信号のための経路
の長さの差は、戻りバス上に位置づけられた感知干渉計
のアームの間の経路長さの差に等しい。
のはしご構造の１対の格の各々の間のファイバ光学入力
バスの部分に、センサを規定する環境に感受性のある領
域を位置づけることによって修正されている。この形状
は光学構成要素の必要とされる数を最少にする。加え
て、センサが入力バス上に位置づけられているので、ま
たは随意には出力バス上に位置づけられているので、近
接したセンサからのパルスを分離するために付加の遅延
ラインが必要でない。加えて、この実施例では、最初と
最後のパルスを除く光学ソースからのパルスのすべてが
センサからの情報を提供することができ、それによって
出力デューティサイクルの最適化を可能にする。再び、
近接したセンサ間の経路を横切る光学信号のための経路
の長さの差は、戻りバス上に位置づけられた感知干渉計
のアームの間の経路長さの差に等しい。
さらに別の好ましい実施例では、マッハーツェンダ干
渉計はシステムのはしご構造の各格上に位置づけられて
いる。再び、格上の感知干渉計の各々のアームの長さ
は、補償干渉計のアーム長さの差と実質的に整合する量
だけ異なって対応する。このシステムにおいて、光学ソ
ースから伝達されたパルスは、戻りバス上の補償干渉計
への位相のために、各感知干渉計から２個のパルスを生
み出す。したがって、所与の感知干渉計からの１対の信
号は補償干渉計の出力で建設的に干渉することを引き起
こされ、振幅変調を生み出す。補償干渉計の出力の光検
出器が所与のセンサの位相変調に対応する振幅変調をモ
ニタして、そのセンサに影響を与えた環境条件を表わす
信号を発生してもよい。
渉計はシステムのはしご構造の各格上に位置づけられて
いる。再び、格上の感知干渉計の各々のアームの長さ
は、補償干渉計のアーム長さの差と実質的に整合する量
だけ異なって対応する。このシステムにおいて、光学ソ
ースから伝達されたパルスは、戻りバス上の補償干渉計
への位相のために、各感知干渉計から２個のパルスを生
み出す。したがって、所与の感知干渉計からの１対の信
号は補償干渉計の出力で建設的に干渉することを引き起
こされ、振幅変調を生み出す。補償干渉計の出力の光検
出器が所与のセンサの位相変調に対応する振幅変調をモ
ニタして、そのセンサに影響を与えた環境条件を表わす
信号を発生してもよい。
この発明の各々の形状において、補償干渉計はまた光
学信号ソースと感知領域の間の入力バス上に置かれるこ
ともできる。この形状において、ソースから受取られた
単一の光学パルス信号の各々から補償干渉計によって生
み出された２個の光学信号は感知干渉計によって組合わ
されて戻りバス上にコヒーレントに結合された信号を提
供する。このコヒーレントに結合された信号は検出器に
よって受取られ、かつ上述の形状において補償干渉計か
ら信号が受取られたのと同じ態様で処理される。
学信号ソースと感知領域の間の入力バス上に置かれるこ
ともできる。この形状において、ソースから受取られた
単一の光学パルス信号の各々から補償干渉計によって生
み出された２個の光学信号は感知干渉計によって組合わ
されて戻りバス上にコヒーレントに結合された信号を提
供する。このコヒーレントに結合された信号は検出器に
よって受取られ、かつ上述の形状において補償干渉計か
ら信号が受取られたのと同じ態様で処理される。
このシステムのさらに別の好ましい実施例では、走っ
ている各々の導波体を半分で切り、導波体の切られた端
部に反射ミラーを置いて光学信号を導波体に戻して反射
することによって修正され得る。この形状では、格を規
定する近接した導波体は入力導波体の相互接続部分と関
連してマイケルソン干渉計を形成する。もしも感知領域
が入力導波体上に位置づけられているならば、各領域の
長さは半分に減じられる、なぜなら各干渉計からの入力
バスに反射する光は感知領域を二度、すなわち一度はソ
ースから来るときに、一度は戻るときに、通過するから
である。戻る信号は補償干渉計に移送され、上述の他の
実施例と同様に処理される。この形状はセンサを形成す
るのに必要とされる光ファイバの量を最少にするが、入
力導波体上を戻る反射光を補償干渉計に移送するために
付加の光学カプラを用いるので、効率がいくらか損なわ
れる。
ている各々の導波体を半分で切り、導波体の切られた端
部に反射ミラーを置いて光学信号を導波体に戻して反射
することによって修正され得る。この形状では、格を規
定する近接した導波体は入力導波体の相互接続部分と関
連してマイケルソン干渉計を形成する。もしも感知領域
が入力導波体上に位置づけられているならば、各領域の
長さは半分に減じられる、なぜなら各干渉計からの入力
バスに反射する光は感知領域を二度、すなわち一度はソ
ースから来るときに、一度は戻るときに、通過するから
である。戻る信号は補償干渉計に移送され、上述の他の
実施例と同様に処理される。この形状はセンサを形成す
るのに必要とされる光ファイバの量を最少にするが、入
力導波体上を戻る反射光を補償干渉計に移送するために
付加の光学カプラを用いるので、効率がいくらか損なわ
れる。
この発明の形状の各々は、信号がセンサ内または補償
干渉計内を除いては共通のファイバ上を運ばれるので、
リード不感性である。こうして、もしも信号のフェージ
ングを避けるために適当な技術が用いられるならば、選
択されたセンサ内の変化を直接反映する信号を得るため
には補償干渉計上にのみ環境のシールディングが必要と
される。
干渉計内を除いては共通のファイバ上を運ばれるので、
リード不感性である。こうして、もしも信号のフェージ
ングを避けるために適当な技術が用いられるならば、選
択されたセンサ内の変化を直接反映する信号を得るため
には補償干渉計上にのみ環境のシールディングが必要と
される。
この発明はまた、光学周波数シフタの使用なしにヘテ
ロダイン様の出力信号を提供するために発明の形状のい
くつかに利用されるだろう、新規な装置と技術とを含
む。ヘテロダイニングにおいて、信号の周波数はシフト
され、そのため信号によって含まれた情報は結果として
生じる非−零中央周波数の側波帯周波数上を運ばれる。
ヘテロダイニングは、ファイバ上への低い周波数の環境
的影響による信号のフェージングの問題を克服するの
で、望ましい。加えて、ヘテロダインされた信号はスペ
クトル分析器、FM復調器または位相検出器等の従来の電
気的備品を用いることによって容易に評価できる。この
発明は位相変調器をセンサの受信機部分に提供し、それ
とともに結果として生じる位相変調された信号を周波数
のシフトされた電気的信号に換えるための信号処理技術
とを提供することによって、ヘテロダイニングのための
周波数シフタの使用を避ける。
ロダイン様の出力信号を提供するために発明の形状のい
くつかに利用されるだろう、新規な装置と技術とを含
む。ヘテロダイニングにおいて、信号の周波数はシフト
され、そのため信号によって含まれた情報は結果として
生じる非−零中央周波数の側波帯周波数上を運ばれる。
ヘテロダイニングは、ファイバ上への低い周波数の環境
的影響による信号のフェージングの問題を克服するの
で、望ましい。加えて、ヘテロダインされた信号はスペ
クトル分析器、FM復調器または位相検出器等の従来の電
気的備品を用いることによって容易に評価できる。この
発明は位相変調器をセンサの受信機部分に提供し、それ
とともに結果として生じる位相変調された信号を周波数
のシフトされた電気的信号に換えるための信号処理技術
とを提供することによって、ヘテロダイニングのための
周波数シフタの使用を避ける。
位相変調器はセンサ内の信号のそれよりもかなり高い
周波数で動作される。ゲート等のスイッチング構成要素
が光学検出器からの電気的信号を位相変調器の動作と同
期した態様で変調するのに用いられる。こうして、受信
機からの出力信号は検出された信号を方形波によってよ
り高い変調周波数で効果的に多重化し、信号内のその変
調周波数の高調波を混合する。奇数と偶数の高調波が同
時に消えることは決してないので、述べられたように２
つの高調波を混合することによって信号のフェージング
を解消することが可能である。位相変調器の変調振幅と
ゲートの同期化とが適当に調節されたとき、出力信号は
変調周波数側波帯の１つのまわりにヘテロダイン様の信
号を含む。
周波数で動作される。ゲート等のスイッチング構成要素
が光学検出器からの電気的信号を位相変調器の動作と同
期した態様で変調するのに用いられる。こうして、受信
機からの出力信号は検出された信号を方形波によってよ
り高い変調周波数で効果的に多重化し、信号内のその変
調周波数の高調波を混合する。奇数と偶数の高調波が同
時に消えることは決してないので、述べられたように２
つの高調波を混合することによって信号のフェージング
を解消することが可能である。位相変調器の変調振幅と
ゲートの同期化とが適当に調節されたとき、出力信号は
変調周波数側波帯の１つのまわりにヘテロダイン様の信
号を含む。
この発明の分布アレイセンサは遠隔センサを多重化す
るためのシステムと技術とを含み、これは正確で、セン
サに影響を与える迅速に変化する環境条件の検出を可能
にする。この発明は短コヒーレント長を有する光学ソー
スの使用を可能にし、それによってより安価でより小型
でありかつ長いコヒーレンス長を有するものよりも堅固
な（rugged）、商業的に利用可能なレーザの広い範囲を
含む。当然のことながら、この発明はこのような短コヒ
ーレンス長のレーザの使用に限定されず、約1cmに等し
いかまたはそれよりも大きいコヒーレンス長を有する光
学ソースのいずれに用いてもよい。さらに、発明は好ま
しくはその目的を全ファイバ光学形状で達成し、信頼性
を減少しかつシステムの損失と複雑さを増すことによっ
てシステムの性能を劣化させる不必要なバルク光学構成
要素を除去する。システムはリード不感性となるように
形作られ、不均衡な干渉計の各々の接続へおよびそれか
らの光学信号を運ぶために長いラインを用いることを、
それらのラインの環境的シールディングの必要なしに可
能にする。この発明はまた出力信号を効率的にヘテロダ
インするための技術を含み、これは補償干渉計内に周波
数シフタの必要を除去し、それによってさらに費用を減
じかつ感知システムの精度を高める。
るためのシステムと技術とを含み、これは正確で、セン
サに影響を与える迅速に変化する環境条件の検出を可能
にする。この発明は短コヒーレント長を有する光学ソー
スの使用を可能にし、それによってより安価でより小型
でありかつ長いコヒーレンス長を有するものよりも堅固
な（rugged）、商業的に利用可能なレーザの広い範囲を
含む。当然のことながら、この発明はこのような短コヒ
ーレンス長のレーザの使用に限定されず、約1cmに等し
いかまたはそれよりも大きいコヒーレンス長を有する光
学ソースのいずれに用いてもよい。さらに、発明は好ま
しくはその目的を全ファイバ光学形状で達成し、信頼性
を減少しかつシステムの損失と複雑さを増すことによっ
てシステムの性能を劣化させる不必要なバルク光学構成
要素を除去する。システムはリード不感性となるように
形作られ、不均衡な干渉計の各々の接続へおよびそれか
らの光学信号を運ぶために長いラインを用いることを、
それらのラインの環境的シールディングの必要なしに可
能にする。この発明はまた出力信号を効率的にヘテロダ
インするための技術を含み、これは補償干渉計内に周波
数シフタの必要を除去し、それによってさらに費用を減
じかつ感知システムの精度を高める。
好ましい実施例の詳細な説明 この発明は図面を参照して最良に理解され、ここで同
様の部分は全体を通して同様の数字で示される。
様の部分は全体を通して同様の数字で示される。
第１図は発明の好ましい実施例を例示し、複数個の分
布センサに影響を与える環境条件をモニタするためのセ
ンサアレイシステムと含む。レーザダイオード等の、好
ましくは短いコヒーレンス長を有する光源100がこの実
施例に用いられている。所望のパルスされた光学信号出
力を生み出すために、光源100は電気的にまたは機械的
にパルスされる連続波レーザかまたは自己パルスレーザ
を含むことができる。
布センサに影響を与える環境条件をモニタするためのセ
ンサアレイシステムと含む。レーザダイオード等の、好
ましくは短いコヒーレンス長を有する光源100がこの実
施例に用いられている。所望のパルスされた光学信号出
力を生み出すために、光源100は電気的にまたは機械的
にパルスされる連続波レーザかまたは自己パルスレーザ
を含むことができる。
コヒーレンス長とはそれにわたって信号の干渉効果が
得られる長さを意味する。当業者はレーザソースの少な
くともいくつの形式についてコヒーレンス（Lc）が以下
の関係が規定されることを認めるであろう。
得られる長さを意味する。当業者はレーザソースの少な
くともいくつの形式についてコヒーレンス（Lc）が以下
の関係が規定されることを認めるであろう。
ここで、２Δｆは1/2最大電力での光学バンド幅、 Vgは光ファイバ内の光の群速度である。
こうして、等式（１）から、コヒーレンス長はレーザ
のスペクトル純度が改良されるにつれて増加することが
明らかとなる。当業者にはまた、より長いコヒーレンス
長ソースを必要とする先行技術のシステムと比較して、
短コヒーレンス長信号ソースを用いることのできるセン
サシステムは比較的安価で小型なダイオードレーザを含
む多数のレーザ光源が用いられるだろう、多様なシステ
ムを含むことを認めるであろう。
のスペクトル純度が改良されるにつれて増加することが
明らかとなる。当業者にはまた、より長いコヒーレンス
長ソースを必要とする先行技術のシステムと比較して、
短コヒーレンス長信号ソースを用いることのできるセン
サシステムは比較的安価で小型なダイオードレーザを含
む多数のレーザ光源が用いられるだろう、多様なシステ
ムを含むことを認めるであろう。
示された実施例において、光源100はAlGaAsレーザを
含み、これは約820nmのオーダの波長を有する光を生み
出す。特定の例によれば、光源100はモデルHLP1400レー
ザダイオードを含んでもよく、これは日本、東京100、
千代田区大手町２丁目６−２、日立株式会社から商業的
に入手可能である。第１図の光源100はファイバ光学入
力バス102を含む光ファイバに光学的に結合されてい
る。入力バス102上に複数個の方向性結合器108a、108
b、…108nが位置づけられ、これは光学電力のいくらか
を複数個の光ファイバ110a、110b、…110nに結合し、こ
れらは各々方向性結合器108の１つに光学的に接続され
ている。入力バス102上の結合器108のロケーションを選
択する基礎は続いてより完全に説明されるだろう。
含み、これは約820nmのオーダの波長を有する光を生み
出す。特定の例によれば、光源100はモデルHLP1400レー
ザダイオードを含んでもよく、これは日本、東京100、
千代田区大手町２丁目６−２、日立株式会社から商業的
に入手可能である。第１図の光源100はファイバ光学入
力バス102を含む光ファイバに光学的に結合されてい
る。入力バス102上に複数個の方向性結合器108a、108
b、…108nが位置づけられ、これは光学電力のいくらか
を複数個の光ファイバ110a、110b、…110nに結合し、こ
れらは各々方向性結合器108の１つに光学的に接続され
ている。入力バス102上の結合器108のロケーションを選
択する基礎は続いてより完全に説明されるだろう。
例示された実施例において、方向性結合器108はセン
サシステムに用いられる他の方向性結合器と同じ形式の
ものである。システム内で用いられてもよい方向性結合
器の１つの好ましい実施例は、ここで続いて開示され、
「ファイバ光学の方向性結合器」と題された米国特許第
4,493,528号および「ファイバ光学の方向性結合器」と
題された米国特許第4,536,058号に詳細に説明されてお
り、前記特許の両方はこの発明の譲受人に譲り受けられ
ている。これらの特許はここで引用により援用される。
サシステムに用いられる他の方向性結合器と同じ形式の
ものである。システム内で用いられてもよい方向性結合
器の１つの好ましい実施例は、ここで続いて開示され、
「ファイバ光学の方向性結合器」と題された米国特許第
4,493,528号および「ファイバ光学の方向性結合器」と
題された米国特許第4,536,058号に詳細に説明されてお
り、前記特許の両方はこの発明の譲受人に譲り受けられ
ている。これらの特許はここで引用により援用される。
光ファイバ110a、110b、…110nの各々は第１の端部が
対応する光学的結合器108a、108b、…108nのポートを通
って延在する。光ファイバ110はファイバ光学のセンサ
を含み、これらはセンサ110を取り巻く環境条件の変化
を感知しかつまたそれに影響を受けるように、環境に位
置づけられている。当然のことながら、ここにおいて、
この発明のすべての他の実施例と実質的に同様に、トラ
ンスデューサ等の装置がシステム内の光ファイバと接触
されることができ、これらの光ファイバを通る光の流れ
に影響を与えることによって環境の効果に呼応するため
のセンサ110として用いられることができる。たとえ
ば、光ファイバ110に音響トランスデューサを接続して
そのファイバの音響感度を増加することもできる。
対応する光学的結合器108a、108b、…108nのポートを通
って延在する。光ファイバ110はファイバ光学のセンサ
を含み、これらはセンサ110を取り巻く環境条件の変化
を感知しかつまたそれに影響を受けるように、環境に位
置づけられている。当然のことながら、ここにおいて、
この発明のすべての他の実施例と実質的に同様に、トラ
ンスデューサ等の装置がシステム内の光ファイバと接触
されることができ、これらの光ファイバを通る光の流れ
に影響を与えることによって環境の効果に呼応するため
のセンサ110として用いられることができる。たとえ
ば、光ファイバ110に音響トランスデューサを接続して
そのファイバの音響感度を増加することもできる。
センサ110の各々の第２の端部は複数個の方向性結合
器112a、112b、…112nの１つを通って通過する。結合器
112はファイバ光学の戻りバス114上の選択されたロケー
ションに位置づけられ、センサ110を戻りバス114と光学
的結合の関係にもたらす。上述の関係は感知システムの
センサアームのためにはしごネットワークを規定するこ
とが認められるだろう。
器112a、112b、…112nの１つを通って通過する。結合器
112はファイバ光学の戻りバス114上の選択されたロケー
ションに位置づけられ、センサ110を戻りバス114と光学
的結合の関係にもたらす。上述の関係は感知システムの
センサアームのためにはしごネットワークを規定するこ
とが認められるだろう。
この形状における隣接する２つの光ファイバ110の間
の関係はマッハーツェンダ干渉計に対応している。たと
えば、入力バス102および戻りバス114と組合わされた光
学的結合器108aおよび108b、光ファイバ110aおよび110b
を含む装置の部分は通常のマッハーツェンダ干渉計を規
定している。
の関係はマッハーツェンダ干渉計に対応している。たと
えば、入力バス102および戻りバス114と組合わされた光
学的結合器108aおよび108b、光ファイバ110aおよび110b
を含む装置の部分は通常のマッハーツェンダ干渉計を規
定している。
第１図の光学ソースは入力パルス201を読出すために
パルスされ、これは入力バス102と方向性結合器108aな
いし108nを介して様々なセンサ110に分布される。パル
ス201がライン102を通って移動しかつ様々なセンサ110
に分布されるにつれてパルスのストリング203が戻りバ
ス114上に生み出され、ストリング内の各パルスは異な
ったセンサ110からくる。ストリング203内の各パルス間
の間隔は近接したセンサ110間の光学経路の差に基づ
く。こうして、ストリングの第１のパルスはセンサ110a
を通って伝達されたパルスに対応する、なぜならこの光
学パルスは光源100と戻りバス114との間に最短の位相時
間を有したからである。同様に、第２の光学パルスはセ
ンサ110bから与えられるパルスに対応する、なぜならこ
のパルスは光源100から戻りバス114への次に短い光学経
路長さを有していたからである。この実施例におけるパ
ルスの間隔は、このパルスされたシステムがコヒーレン
スに依存しないので、光学ソースのコヒーレンス長に基
づいていない。したがって、広い範囲のコヒーレンス長
のいずれかの光学ソースがこの実施例で用いられるだろ
う。
パルスされ、これは入力バス102と方向性結合器108aな
いし108nを介して様々なセンサ110に分布される。パル
ス201がライン102を通って移動しかつ様々なセンサ110
に分布されるにつれてパルスのストリング203が戻りバ
ス114上に生み出され、ストリング内の各パルスは異な
ったセンサ110からくる。ストリング203内の各パルス間
の間隔は近接したセンサ110間の光学経路の差に基づ
く。こうして、ストリングの第１のパルスはセンサ110a
を通って伝達されたパルスに対応する、なぜならこの光
学パルスは光源100と戻りバス114との間に最短の位相時
間を有したからである。同様に、第２の光学パルスはセ
ンサ110bから与えられるパルスに対応する、なぜならこ
のパルスは光源100から戻りバス114への次に短い光学経
路長さを有していたからである。この実施例におけるパ
ルスの間隔は、このパルスされたシステムがコヒーレン
スに依存しないので、光学ソースのコヒーレンス長に基
づいていない。したがって、広い範囲のコヒーレンス長
のいずれかの光学ソースがこの実施例で用いられるだろ
う。
当然のことながら、光源100からのパルスのパルス長
はセンサからの戻りパルスが互いに重ならないように調
節されなければならない。さらに、光源100からのパル
スはセンサからの戻りパルスがアレイの次のサンプリン
グからのパルスと重ならないように時間をとられなけれ
ばならない。たとえば、もしも光源100からのパルス長
が長すぎると、センサ110aから戻りバス114へ伝達され
たパルスの長さはパルスの尾がセンサ110bからのパルス
の前縁が戻りバス114上の結合器112aを通って通過する
より前に結合器112aでバス114上に置かれないようにな
るだろう。同様に、光源100からのパルスのタイミング
が互いにあまりに近接していると、光源からの第２のパ
ルスと対応するセンサ110aからの出力パルスが、光源10
0からの第１のパルスに対応するセンサ110nからの出力
パルスが戻りバス114上の結合器112aを通過する前に戻
りバス114上に置かれ得る。これらの情況のいずれにお
いても戻りバス114からのパルスを受取る検出器がそれ
らのパルスがどのセンサから受取られたかを判断するこ
とが事実上不可能であろう。
はセンサからの戻りパルスが互いに重ならないように調
節されなければならない。さらに、光源100からのパル
スはセンサからの戻りパルスがアレイの次のサンプリン
グからのパルスと重ならないように時間をとられなけれ
ばならない。たとえば、もしも光源100からのパルス長
が長すぎると、センサ110aから戻りバス114へ伝達され
たパルスの長さはパルスの尾がセンサ110bからのパルス
の前縁が戻りバス114上の結合器112aを通って通過する
より前に結合器112aでバス114上に置かれないようにな
るだろう。同様に、光源100からのパルスのタイミング
が互いにあまりに近接していると、光源からの第２のパ
ルスと対応するセンサ110aからの出力パルスが、光源10
0からの第１のパルスに対応するセンサ110nからの出力
パルスが戻りバス114上の結合器112aを通過する前に戻
りバス114上に置かれ得る。これらの情況のいずれにお
いても戻りバス114からのパルスを受取る検出器がそれ
らのパルスがどのセンサから受取られたかを判断するこ
とが事実上不可能であろう。
パルスのストリング203はファイバ光学の戻りバス114
に沿ってマッハーツェンダ干渉計200の入力に伝送さ
れ、これはファイバ光学の戻りバス114上に位置づけら
れた１対の方向性結合器202および204からなり、それに
よって結合器間の第１のアーム206を規定する。光ファ
イバ208の第２の長尺は結合器202および204内のその端
部のいずかで固定されて結合器202および204間の干渉計
の第２のアームを規定する。アーム206および208の光学
経路長さの差は後続のセンサの光学経路長さ間の差に実
質的に等しくなければならない。随意には、アーム206
は後続のセンサの光学経路長さ間の差に実質的に等しい
量でアーム208よりも長くすることもできる。
に沿ってマッハーツェンダ干渉計200の入力に伝送さ
れ、これはファイバ光学の戻りバス114上に位置づけら
れた１対の方向性結合器202および204からなり、それに
よって結合器間の第１のアーム206を規定する。光ファ
イバ208の第２の長尺は結合器202および204内のその端
部のいずかで固定されて結合器202および204間の干渉計
の第２のアームを規定する。アーム206および208の光学
経路長さの差は後続のセンサの光学経路長さ間の差に実
質的に等しくなければならない。随意には、アーム206
は後続のセンサの光学経路長さ間の差に実質的に等しい
量でアーム208よりも長くすることもできる。
アームの長さが上述のように選ばれて、パルスは次の
ように干渉計200を通過する。すなわちより長いアーム2
08を横切るストリング203からの第１のパルスの部分
は、より短いアーム206を横切るストリング203からの第
２のパルスの部分がそうするのと実質的に同時に結合器
204に到達する。同様に、アーム210を横切る第２のパル
スの部分はアーム206を横切るストリング203の第３の信
号の部分と実質的に同時に結合器204に達する。こうし
て、干渉計200は光学結合器204内で近接したセンサから
の出力信号の混合を引き起こすことがわかるだろう。
ように干渉計200を通過する。すなわちより長いアーム2
08を横切るストリング203からの第１のパルスの部分
は、より短いアーム206を横切るストリング203からの第
２のパルスの部分がそうするのと実質的に同時に結合器
204に到達する。同様に、アーム210を横切る第２のパル
スの部分はアーム206を横切るストリング203の第３の信
号の部分と実質的に同時に結合器204に達する。こうし
て、干渉計200は光学結合器204内で近接したセンサから
の出力信号の混合を引き起こすことがわかるだろう。
結合器204からの出力である混合された信号はファイ
バ208の結合器204を越えて延びる部分上に位置づけられ
た検出器212に伝達される。随意には、検出器212はファ
イバ206からファイバ114の結合器204を越えて続く部分
に位置づけられることもできる。さらに２個の検出器21
2が今述べられた検出器ロケーションの各々１つに位置
づけられることもできる。
バ208の結合器204を越えて延びる部分上に位置づけられ
た検出器212に伝達される。随意には、検出器212はファ
イバ206からファイバ114の結合器204を越えて続く部分
に位置づけられることもできる。さらに２個の検出器21
2が今述べられた検出器ロケーションの各々１つに位置
づけられることもできる。
検出器212は混合された信号を受取り、これは関連の
センサに影響を与える環境パラメータの勾配を表わす。
この発明のシステムに用いられる検出器の１つの好まし
い実施例はアリゾナ州フェニックスのモトローラ半導体
（Motorola Semiconductors）から商業的に入手可能な
モデルMEOD2404検出器前置増幅器を含んでもよい。当然
のことながら、この発明の実施例の各々について、検出
器212の出力にはこのような光学出力信号をモニタしか
つ評価するための技術に一般に用いられる形式の適当な
測定備品（図示せず）が接続されている。
センサに影響を与える環境パラメータの勾配を表わす。
この発明のシステムに用いられる検出器の１つの好まし
い実施例はアリゾナ州フェニックスのモトローラ半導体
（Motorola Semiconductors）から商業的に入手可能な
モデルMEOD2404検出器前置増幅器を含んでもよい。当然
のことながら、この発明の実施例の各々について、検出
器212の出力にはこのような光学出力信号をモニタしか
つ評価するための技術に一般に用いられる形式の適当な
測定備品（図示せず）が接続されている。
ここで例示される実施例において、近接した光学経路
間の光学経路長さの差は干渉計200の光学経路長さの差
と一致するように作られている。そのようにすることに
よって、また経路を適当に間隔をあけることおよび／ま
たは光学ソースからのパルスの適当なタイミングで、感
知領域から戻るすべてのパルスが単一の干渉計200を介
して処理され得る。しかしながら、もしも感知領域内の
近接した光学経路の長さの間の差が干渉計200の経路長
さの差と実質的に同じでないならば、他の干渉計が戻り
バス114に光学的に結合されて感知領域内のそれらの他
の経路長さの差と対応する経路長さの差を規定すること
もできる。このような付加の干渉計は干渉計200と並列
または直列の形状のいずれかで導波体114上に光学的に
結合され得る。
間の光学経路長さの差は干渉計200の光学経路長さの差
と一致するように作られている。そのようにすることに
よって、また経路を適当に間隔をあけることおよび／ま
たは光学ソースからのパルスの適当なタイミングで、感
知領域から戻るすべてのパルスが単一の干渉計200を介
して処理され得る。しかしながら、もしも感知領域内の
近接した光学経路の長さの間の差が干渉計200の経路長
さの差と実質的に同じでないならば、他の干渉計が戻り
バス114に光学的に結合されて感知領域内のそれらの他
の経路長さの差と対応する経路長さの差を規定すること
もできる。このような付加の干渉計は干渉計200と並列
または直列の形状のいずれかで導波体114上に光学的に
結合され得る。
補償干渉計200内の光学経路長さの差を干渉計内で組
合わされるべき光学信号間の光学経路長さの差と緊密に
整合する能力によって、システムの性能は大いに高めら
れ、位相誘起強度雑音等の不所望の状態が最少にされ
る。これらの光学経路長さの差を整合するためには産業
において様々な技術とシステムとが一般に公知である。
この緊密な整合を達成するための方法とシステムの１つ
の好ましい実施例は「ファイバ光学センサおよび信号プ
ロセッサにおける正確なループ長決定のためのシステム
および方法」（System and Method for Accurate Loop
Length Determination in Fiber−Optic Sensors and S
ignal Processors）と題された、キム等の米国特許出願
連続番号不明（書類番号STANF.73A、1986年６月23日出
願）に開示されており、この出願はこれと同時に出願さ
れている。この参照はここで引用により援用される。
合わされるべき光学信号間の光学経路長さの差と緊密に
整合する能力によって、システムの性能は大いに高めら
れ、位相誘起強度雑音等の不所望の状態が最少にされ
る。これらの光学経路長さの差を整合するためには産業
において様々な技術とシステムとが一般に公知である。
この緊密な整合を達成するための方法とシステムの１つ
の好ましい実施例は「ファイバ光学センサおよび信号プ
ロセッサにおける正確なループ長決定のためのシステム
および方法」（System and Method for Accurate Loop
Length Determination in Fiber−Optic Sensors and S
ignal Processors）と題された、キム等の米国特許出願
連続番号不明（書類番号STANF.73A、1986年６月23日出
願）に開示されており、この出願はこれと同時に出願さ
れている。この参照はここで引用により援用される。
第１図の実施例において、ここで述べられた他の実施
例と同様に、周波数シフタ（図示せず）が補償干渉計の
１アーム上等に、システム内に随意に位置づけられても
よい。周波数シフタは光学信号の周波数をシフトするた
めに用いられ、したがって、検出器212によって検出さ
れた整合された光学信号を「ヘテロダイン」する。ヘテ
ロダイニングによって、位相変調された出力信号は、よ
り高い周波数振幅変調光学信号の比較的低い周波数位相
変調として検出器212に入る。ヘテロダイニングは、所
望の周波数範囲において小さい信号に対するシステムの
感度がより低い周波数環境の影響によって減じられるこ
とを防ぐ方法を提供する。こうして、所望の周波数範囲
におけるこれらの環境の影響はより容易に識別され得
る。
例と同様に、周波数シフタ（図示せず）が補償干渉計の
１アーム上等に、システム内に随意に位置づけられても
よい。周波数シフタは光学信号の周波数をシフトするた
めに用いられ、したがって、検出器212によって検出さ
れた整合された光学信号を「ヘテロダイン」する。ヘテ
ロダイニングによって、位相変調された出力信号は、よ
り高い周波数振幅変調光学信号の比較的低い周波数位相
変調として検出器212に入る。ヘテロダイニングは、所
望の周波数範囲において小さい信号に対するシステムの
感度がより低い周波数環境の影響によって減じられるこ
とを防ぐ方法を提供する。こうして、所望の周波数範囲
におけるこれらの環境の影響はより容易に識別され得
る。
この目的のために利用されてもよい周波数シフタの１
つの好ましい実施例はブラッグセル変調器Bragg Cel
l）であって、これは技術分野において公知であり、そ
の多くの形式が商業的に入手可能である。このような周
波数シフタはバルク光学を含み、ファイバを分離するこ
とによってシステム内に挿入される。光はレンズによっ
てそのようなバルク光学装置へまたそれから結合され
る。周波数シフタのためにブラッグセル等のバルク光学
を用いることはシステムの損失を増加し性能の全体の効
率と品質を減じることが明らかとなっている。周波数シ
フタの必要なしに、かつバルク光学の使用に伴う損失を
経験することなしに、この発明のコヒーレンス分布セン
サにおいてヘテロダイニングを達成するための別の技術
は第８図を参照して後に詳細に述べられる。
つの好ましい実施例はブラッグセル変調器Bragg Cel
l）であって、これは技術分野において公知であり、そ
の多くの形式が商業的に入手可能である。このような周
波数シフタはバルク光学を含み、ファイバを分離するこ
とによってシステム内に挿入される。光はレンズによっ
てそのようなバルク光学装置へまたそれから結合され
る。周波数シフタのためにブラッグセル等のバルク光学
を用いることはシステムの損失を増加し性能の全体の効
率と品質を減じることが明らかとなっている。周波数シ
フタの必要なしに、かつバルク光学の使用に伴う損失を
経験することなしに、この発明のコヒーレンス分布セン
サにおいてヘテロダイニングを達成するための別の技術
は第８図を参照して後に詳細に述べられる。
この発明の光信号の結合に関連して、たとえば結合器
108および112を含んでもよい好ましいファイバ光学方向
性結合器のより詳細な説明が第２図を参照して与えられ
る。特に、この結合器は第２図で150aおよび150bで示さ
れる２個の光学ファイバ素線を含み、これはその一方の
側からクラッドの部分が除去された単一モードファイバ
光学材料である。２個の素線150aおよび150bはそれぞれ
のブロック153aおよび153b内に形成されたそれぞれの弧
状のスロット152aおよび152b内に接地される。素線150a
および150bはクラッドが除去された素線の部分が密に間
隔をあけた関係で相互作用の領域154を形成するように
位置づけられており、ここで光が素線のコア部分間を転
送される。除去された材料の量は、各素線150aおよび15
0bの各々のコア部分が他方の消失フィールド内にあるよ
うになっている。結合器の中心での素線間の中心から中
心への間隔は典型的には約２ないし３コア直径より少な
い。
108および112を含んでもよい好ましいファイバ光学方向
性結合器のより詳細な説明が第２図を参照して与えられ
る。特に、この結合器は第２図で150aおよび150bで示さ
れる２個の光学ファイバ素線を含み、これはその一方の
側からクラッドの部分が除去された単一モードファイバ
光学材料である。２個の素線150aおよび150bはそれぞれ
のブロック153aおよび153b内に形成されたそれぞれの弧
状のスロット152aおよび152b内に接地される。素線150a
および150bはクラッドが除去された素線の部分が密に間
隔をあけた関係で相互作用の領域154を形成するように
位置づけられており、ここで光が素線のコア部分間を転
送される。除去された材料の量は、各素線150aおよび15
0bの各々のコア部分が他方の消失フィールド内にあるよ
うになっている。結合器の中心での素線間の中心から中
心への間隔は典型的には約２ないし３コア直径より少な
い。
相互作用領域154で素線間を転送される光が方向性で
あることに注目するのが重要である。すなわち、入力ポ
ートＡに与えられた光の実質的にすべてがポートＣへの
反対方向の結合なしに出力ポートＢおよびＤに分配され
る。同様に、入力ポートＣに与えられた光の実質的にす
べてが出力ポートＢおよびＤに分配される。さらに、こ
の方向性は対称である。こうして、入力ポートＢまたは
入力ポートＤのいずれかに供給された光は出力ポートＡ
およびＣに分配される。さらに、結合器は本質的に極性
に関して非識別的であって、こうして結合された光の極
性を保存する。こうして、たとえば、垂直の極性を有す
る光のビームがポートＡへの入力であるならば、ポート
ＡからポートＤに結合された光はポートＡからポートＢ
を通って真直ぐに通過する光と同様に、垂直に極性を与
えられたままである。
あることに注目するのが重要である。すなわち、入力ポ
ートＡに与えられた光の実質的にすべてがポートＣへの
反対方向の結合なしに出力ポートＢおよびＤに分配され
る。同様に、入力ポートＣに与えられた光の実質的にす
べてが出力ポートＢおよびＤに分配される。さらに、こ
の方向性は対称である。こうして、入力ポートＢまたは
入力ポートＤのいずれかに供給された光は出力ポートＡ
およびＣに分配される。さらに、結合器は本質的に極性
に関して非識別的であって、こうして結合された光の極
性を保存する。こうして、たとえば、垂直の極性を有す
る光のビームがポートＡへの入力であるならば、ポート
ＡからポートＤに結合された光はポートＡからポートＢ
を通って真直ぐに通過する光と同様に、垂直に極性を与
えられたままである。
以上のことから、結合器は第１図の結合器104によっ
て達成されたのと同様に、与えられた光を２個の光学経
路に分割するビームスプリッタとして機能するであろう
ことがわかる。
て達成されたのと同様に、与えられた光を２個の光学経
路に分割するビームスプリッタとして機能するであろう
ことがわかる。
第２図に示された実施例において、結合器はファイバ
の互いに関する位置づけに基づいて変化する結合効率を
有する。ここで用いられるように、「結合効率」という
語は、パーセントで表わされる結合された電力の総出力
電力に対する電力の比して規定される。たとえば、第２
図を参照すると、もし光がポートＡに与えられた場合、
結合効率はポートＤの電力のポートＢおよびＤにおける
電力出力の合計に対する比と等しい。この発明の分布セ
ンサにおいて、最適の効率と性能を達成するためのは相
対的な経路の長さと結合器の結合効率との注意深い調整
が必要とされる。
の互いに関する位置づけに基づいて変化する結合効率を
有する。ここで用いられるように、「結合効率」という
語は、パーセントで表わされる結合された電力の総出力
電力に対する電力の比して規定される。たとえば、第２
図を参照すると、もし光がポートＡに与えられた場合、
結合効率はポートＤの電力のポートＢおよびＤにおける
電力出力の合計に対する比と等しい。この発明の分布セ
ンサにおいて、最適の効率と性能を達成するためのは相
対的な経路の長さと結合器の結合効率との注意深い調整
が必要とされる。
分布センサシステムの他の好ましい実施例が第３図に
示される。この実施例において、連続波光学レーザの光
源100は光学ゲート101に光学的に接続されてパルスされ
た光学信号を発生する。光学ゲート101はライン103を解
してファイバ光学入力バス102に光学的に接続されてい
る。複数個の光学結合器108a、108b、108c、…108nが間
隔をあけた関係で入力バス102に沿って固定されてお
り、これらはバス102を複数個のセンサ110a、110b、110
c…110nに光学的に接続し、これらはそれ自身複数個の
光学結合器112a、112b、112c…112nを介してファイバ光
学戻りバス114に光学的に結合されている。この形状は
第１図に例示された実施例のセンサアームのはしごネッ
トワークに対応する。
示される。この実施例において、連続波光学レーザの光
源100は光学ゲート101に光学的に接続されてパルスされ
た光学信号を発生する。光学ゲート101はライン103を解
してファイバ光学入力バス102に光学的に接続されてい
る。複数個の光学結合器108a、108b、108c、…108nが間
隔をあけた関係で入力バス102に沿って固定されてお
り、これらはバス102を複数個のセンサ110a、110b、110
c…110nに光学的に接続し、これらはそれ自身複数個の
光学結合器112a、112b、112c…112nを介してファイバ光
学戻りバス114に光学的に結合されている。この形状は
第１図に例示された実施例のセンサアームのはしごネッ
トワークに対応する。
入力バス102の結合器108の組間の部分は、一般に105
で示されるコイル配置で形作られている。コイル105は
近接したセンサアーム110内を通過する光学信号が移動
する信号経路長さの差を規定するための遅延ラインを含
む。加えて、コイル105の各々の少なくとも一部は環境
的にシールドされておらず、それによって入力バス上に
位置づけられたセンサを形成する。センサおよび遅延ラ
インを入力バス上に位置づけることによって、構造のこ
のはしご部分に必要とされつ光学構成要素の数が最少に
される。また、センサを入力バス上に位置づけることに
よって、光源からの所与のパルスに対応する、最初の最
後のパルスを除く戻りバス114上のすべてのパルスが個
々のセンサからの情報を提供することができ、そのため
戻りバス114上の近接したパルス間の位相の差が特定の
センサに影響を与える環境条件を規定する。たとえばセ
ンサ110aおよび110b間の環境の差の測定を与える、第１
図に示された実施例と対照的に、第３図に示された実施
例はセンサ105での環境の直接の測定を提供する。
で示されるコイル配置で形作られている。コイル105は
近接したセンサアーム110内を通過する光学信号が移動
する信号経路長さの差を規定するための遅延ラインを含
む。加えて、コイル105の各々の少なくとも一部は環境
的にシールドされておらず、それによって入力バス上に
位置づけられたセンサを形成する。センサおよび遅延ラ
インを入力バス上に位置づけることによって、構造のこ
のはしご部分に必要とされつ光学構成要素の数が最少に
される。また、センサを入力バス上に位置づけることに
よって、光源からの所与のパルスに対応する、最初の最
後のパルスを除く戻りバス114上のすべてのパルスが個
々のセンサからの情報を提供することができ、そのため
戻りバス114上の近接したパルス間の位相の差が特定の
センサに影響を与える環境条件を規定する。たとえばセ
ンサ110aおよび110b間の環境の差の測定を与える、第１
図に示された実施例と対照的に、第３図に示された実施
例はセンサ105での環境の直接の測定を提供する。
たとえば、アーム110bを通る光学経路を移動してきた
光学パルス203がアーム110aを通る光学経路を移動して
きたパルス203と組合わされたとき、結合器204から与え
られる位相差信号は結合器108aおよび108b間の感知領域
105を通って通過するパルスに影響を与える環境の影響
に直接関係しているだろう。これは、組合わされたパル
スの両方が導波体102上のそれらの経路内のいずれかの
他の感知領域を通って共通の光学経路を移動するが、し
かしながらこの対の中の１つの信号のみが結合器108aお
よび108b間のセンサを通って通過するために起こる。し
たがって、センサを通過する間にその信号に引き起こさ
れた位相変化は結合器204からの位相差信号によって直
接確証されるだろう。
光学パルス203がアーム110aを通る光学経路を移動して
きたパルス203と組合わされたとき、結合器204から与え
られる位相差信号は結合器108aおよび108b間の感知領域
105を通って通過するパルスに影響を与える環境の影響
に直接関係しているだろう。これは、組合わされたパル
スの両方が導波体102上のそれらの経路内のいずれかの
他の感知領域を通って共通の光学経路を移動するが、し
かしながらこの対の中の１つの信号のみが結合器108aお
よび108b間のセンサを通って通過するために起こる。し
たがって、センサを通過する間にその信号に引き起こさ
れた位相変化は結合器204からの位相差信号によって直
接確証されるだろう。
上で示されたように、戻りバス114上の最初と最後の
パルスを除くすべてのパルス上に所与のセンサについて
のセンサ情報を与えることによって、出力の動作サイク
ルは第３図の形状において実質的に最適にされる。これ
はセンサ110の互いに関連した間隔づけによって達成さ
れ、それによって近接したセンサ間の光学経路長さの差
は実質的に各センサの組について同じである。こうし
て、パルス201からの最初と最後を除くすべての信号が
補償干渉計200内で用いられてセンサ情報を表わすこと
ができる。この動作サイクルはさらに、光源100からの
光学パルス信号が格110aからの戻りバス114上に位置づ
けられた結果として生ずるパルス信号がアーム110nから
のバス114上のパルスの通過を即座に追随しかつそこで
同期されるように時間をとることによってさらに最適化
されることができ、それによって光学ソースからのパル
スの伝送間の最少時間を減じる。
パルスを除くすべてのパルス上に所与のセンサについて
のセンサ情報を与えることによって、出力の動作サイク
ルは第３図の形状において実質的に最適にされる。これ
はセンサ110の互いに関連した間隔づけによって達成さ
れ、それによって近接したセンサ間の光学経路長さの差
は実質的に各センサの組について同じである。こうし
て、パルス201からの最初と最後を除くすべての信号が
補償干渉計200内で用いられてセンサ情報を表わすこと
ができる。この動作サイクルはさらに、光源100からの
光学パルス信号が格110aからの戻りバス114上に位置づ
けられた結果として生ずるパルス信号がアーム110nから
のバス114上のパルスの通過を即座に追随しかつそこで
同期されるように時間をとることによってさらに最適化
されることができ、それによって光学ソースからのパル
スの伝送間の最少時間を減じる。
戻りバス114はその中を移動する光学信号をマッハー
ツェンダ干渉計200に与えるように接続されており、こ
れは第１図に関連して述べられた干渉計に対応する。第
１図の形状と同様に、戻りバス114から干渉計200に伝達
された近接した信号は混合されて結合器204からの出力
を与え、これは検出器212に伝達される。この混合され
た信号は近接した信号の１つのみがそこを通って通過す
る、センサに影響を与えた環境のパラメータを表わす位
相差信号を含む。
ツェンダ干渉計200に与えるように接続されており、こ
れは第１図に関連して述べられた干渉計に対応する。第
１図の形状と同様に、戻りバス114から干渉計200に伝達
された近接した信号は混合されて結合器204からの出力
を与え、これは検出器212に伝達される。この混合され
た信号は近接した信号の１つのみがそこを通って通過す
る、センサに影響を与えた環境のパラメータを表わす位
相差信号を含む。
第１図の形状と同様に、近接したセンサ間の光学信号
が移送する光学経路長さの差は干渉計200のアーム206お
よび208の経路長の差と実質的に等しくなければならな
い。
が移送する光学経路長さの差は干渉計200のアーム206お
よび208の経路長の差と実質的に等しくなければならな
い。
動作において、レーザダイオード等の光源100は連続
波光学信号を光学ゲート101に伝達する。ゲート101は光
学信号をゲートして先に述べられた信号の重複の問題を
避けるような速度と信号の長さとで一連のパルスされた
出力信号を生じる。このような光学パルス信号の１つが
201で示される。光学パルス201はレンズ103を介して入
力バス102に伝達される。光学信号201が入力バス102を
通って移動を続けるにつれて、その一部は結合器108を
介してセンサ110および結合器112を通って第１図に関連
して先に述べられた態様でファイバ光学戻りバス114に
伝送される。バス114上を戻る信号は203で示される信号
列を含み、信号は干渉計200を通る信号の伝送に続いて
結合器204で近接した信号間に干渉が起こるように間隔
をあけられている。
波光学信号を光学ゲート101に伝達する。ゲート101は光
学信号をゲートして先に述べられた信号の重複の問題を
避けるような速度と信号の長さとで一連のパルスされた
出力信号を生じる。このような光学パルス信号の１つが
201で示される。光学パルス201はレンズ103を介して入
力バス102に伝達される。光学信号201が入力バス102を
通って移動を続けるにつれて、その一部は結合器108を
介してセンサ110および結合器112を通って第１図に関連
して先に述べられた態様でファイバ光学戻りバス114に
伝送される。バス114上を戻る信号は203で示される信号
列を含み、信号は干渉計200を通る信号の伝送に続いて
結合器204で近接した信号間に干渉が起こるように間隔
をあけられている。
随意には、第３図の実施例のファイバ遅延ライン206
または208内に周波数シフタ（図示せず）が含まれても
よく、それによって第１図に関連して先に議論されたよ
うにヘテロダインされた信号を与えてもよい。
または208内に周波数シフタ（図示せず）が含まれても
よく、それによって第１図に関連して先に議論されたよ
うにヘテロダインされた信号を与えてもよい。
この発明の分布センサシステムの別の好ましい実施例
が第４図を参照して述べられる。第４図のシステムは入
力バス102の近接した結合器108間の部分が一般に107で
示される遅延ラインのみを含むことを除いては、第３図
のシステムと実質的に同一に形づくられている。これら
の部分は第３図の装置の場合と同様に、環境の影響にさ
らされていない。図示された実施例では感知ははしご形
状の格110上の一般に109a,109b、109c、…109nで示され
るようなマッハーツェンダ干渉計を構成することによっ
て達成される。
が第４図を参照して述べられる。第４図のシステムは入
力バス102の近接した結合器108間の部分が一般に107で
示される遅延ラインのみを含むことを除いては、第３図
のシステムと実質的に同一に形づくられている。これら
の部分は第３図の装置の場合と同様に、環境の影響にさ
らされていない。図示された実施例では感知ははしご形
状の格110上の一般に109a,109b、109c、…109nで示され
るようなマッハーツェンダ干渉計を構成することによっ
て達成される。
特定的には、各格110は第１の光学結合器111a、111
b、111c、…111nと、第２の光学結合器113a、113b、113
c、…113nとを含み、これらは干渉計109の第１のアーム
115a、115b、115c、…115nの第１のアームの長さを規定
する。各格110上の結合器111および113の反対の端部で
感知アーム117a、117b、117c、…117nを含む干渉計の第
２のアームが接続されている。
b、111c、…111nと、第２の光学結合器113a、113b、113
c、…113nとを含み、これらは干渉計109の第１のアーム
115a、115b、115c、…115nの第１のアームの長さを規定
する。各格110上の結合器111および113の反対の端部で
感知アーム117a、117b、117c、…117nを含む干渉計の第
２のアームが接続されている。
好ましくは、感知干渉計109の各々のアーム間の光学
経路長さの差は補償干渉計200のアーム間の光学経路長
さの差と実質的に同一である。
経路長さの差は補償干渉計200のアーム間の光学経路長
さの差と実質的に同一である。
動作において、201で例示されるようなパルス信号等
の一連のパルスされた光学信号が発生されかつ第１図お
よび第３図に関連して先に述べられた態様で入力バス10
2に伝送される。光学信号201が入力バス102を移動する
につれて信号の一部は結合器108を介して格110と結合さ
れる。格110の各々の中の信号はその格の干渉計109を通
って伝達され、その結果信号の一部は第１のアーム115
を通って伝達され、他の部分は第２の感知アーム117を
通る。各干渉計からの出力は結合器112を介して戻りバ
ス114上に伝達される。この出力は感知干渉計109へ伝達
された各信号について１対の光学パルス信号205a、205
b、205c、…205nを含む。光学パルス信号205の各々の対
は出力バス114を移動しかつ補償干渉計200で受取られ
る。
の一連のパルスされた光学信号が発生されかつ第１図お
よび第３図に関連して先に述べられた態様で入力バス10
2に伝送される。光学信号201が入力バス102を移動する
につれて信号の一部は結合器108を介して格110と結合さ
れる。格110の各々の中の信号はその格の干渉計109を通
って伝達され、その結果信号の一部は第１のアーム115
を通って伝達され、他の部分は第２の感知アーム117を
通る。各干渉計からの出力は結合器112を介して戻りバ
ス114上に伝達される。この出力は感知干渉計109へ伝達
された各信号について１対の光学パルス信号205a、205
b、205c、…205nを含む。光学パルス信号205の各々の対
は出力バス114を移動しかつ補償干渉計200で受取られ
る。
干渉計200の光学経路長さの差が干渉計109の経路長さ
の差の各々と整合されているので、光学パルス信号205
の対は結合器204内で建設的に干渉を引き起こされる１
対の信号を生み出し、結合器204の出力上に位相差信号
を発生させる。この位相差信号は１対の信号205のその
特定の干渉計109の別々のアームを移動した後の位相差
を表わす。したがって、位相差信号はそこを通って通過
する信号の位相に影響を与えた干渉計109の特定のセン
サアーム117上の環境の影響を示す。結合器204からの位
相差信号は検出器212に伝達され、これはそこから信号
対がそこを通って移動した干渉計109の感知アームに影
響を与えた環境パラメータを評価するのに用いられる処
理備品に伝達される。
の差の各々と整合されているので、光学パルス信号205
の対は結合器204内で建設的に干渉を引き起こされる１
対の信号を生み出し、結合器204の出力上に位相差信号
を発生させる。この位相差信号は１対の信号205のその
特定の干渉計109の別々のアームを移動した後の位相差
を表わす。したがって、位相差信号はそこを通って通過
する信号の位相に影響を与えた干渉計109の特定のセン
サアーム117上の環境の影響を示す。結合器204からの位
相差信号は検出器212に伝達され、これはそこから信号
対がそこを通って移動した干渉計109の感知アームに影
響を与えた環境パラメータを評価するのに用いられる処
理備品に伝達される。
各格110はそれ自身のマッハーツェンダ干渉計を含む
ので、また格が十分に間隔をあけられかつ信号パルスが
戻りバス114上で信号の重複を防ぐように適当に分離さ
れている限り、特定の感知干渉計109上の環境の影響を
モニタすることは他のいかなる感知干渉計109からの信
号の感知を巻き込むことなしに達成される。結果とし
て、システムの近接した格間の入力バス102または出力
バス114の長さには本質的に制限がない。したがって、
第４図を参照して開示されたような分布センサはセンサ
が互いに等距離でない点や、光源100または補償干渉計2
00から遠い距離の選択された点にセンサを位置づけるこ
とが必要な応用において特に価値を見い出す。
ので、また格が十分に間隔をあけられかつ信号パルスが
戻りバス114上で信号の重複を防ぐように適当に分離さ
れている限り、特定の感知干渉計109上の環境の影響を
モニタすることは他のいかなる感知干渉計109からの信
号の感知を巻き込むことなしに達成される。結果とし
て、システムの近接した格間の入力バス102または出力
バス114の長さには本質的に制限がない。したがって、
第４図を参照して開示されたような分布センサはセンサ
が互いに等距離でない点や、光源100または補償干渉計2
00から遠い距離の選択された点にセンサを位置づけるこ
とが必要な応用において特に価値を見い出す。
第４図のシステムにおいては、ここで開示された他の
実施例の配置と同様に、光学信号はパルスされた信号で
あることが注目される。したがって、結合器108および
格110の位置づけは光源のソースコヒーレンス長に依存
しない。しかしながら、光源100からのパルスは補償干
渉計200に戻るパルスが互いに重複しないように、また
光源110からの次のパルスによって生じたパルスと干渉
しないように、時間をとらなければならない。
実施例の配置と同様に、光学信号はパルスされた信号で
あることが注目される。したがって、結合器108および
格110の位置づけは光源のソースコヒーレンス長に依存
しない。しかしながら、光源100からのパルスは補償干
渉計200に戻るパルスが互いに重複しないように、また
光源110からの次のパルスによって生じたパルスと干渉
しないように、時間をとらなければならない。
第５図を参照すると、第３図の実施例と同等の装置の
別の実施例が述べられる。特に、第３図の実施例と同様
に、第５図に示されたシステムは光源100を含み、これ
はパルスされた光学信号を発生するための自己パルスレ
ーザを含むことができ、またはパルスされた光学出力を
生じるために光学信号を電気的にまたは機械的にゲート
するための光学ゲート101に光学的に接続された連続波
レーザを含むことができる。パルスされた光学信号はレ
ンズ103を介して光ファイバ入力バス102に伝達される。
別の実施例が述べられる。特に、第３図の実施例と同様
に、第５図に示されたシステムは光源100を含み、これ
はパルスされた光学信号を発生するための自己パルスレ
ーザを含むことができ、またはパルスされた光学出力を
生じるために光学信号を電気的にまたは機械的にゲート
するための光学ゲート101に光学的に接続された連続波
レーザを含むことができる。パルスされた光学信号はレ
ンズ103を介して光ファイバ入力バス102に伝達される。
第１の光学結合器104は入力バス102上に位置づけら
れ、光学信号が入力バス102と戻りバス207間を結合器10
4を介して結合されるように、戻りバス207を含む光ファ
イバの一方の端部に接続されている。戻りバス207はそ
の他方の端部でマッハーツェンダ干渉計200に光学的に
接続されており、これは第１図、第３図および第４図の
実施例に関連して先に述べられた干渉計200の形状に対
応する。干渉計200の出力はまた依然に述べられた態様
で検出器212に接続されている。
れ、光学信号が入力バス102と戻りバス207間を結合器10
4を介して結合されるように、戻りバス207を含む光ファ
イバの一方の端部に接続されている。戻りバス207はそ
の他方の端部でマッハーツェンダ干渉計200に光学的に
接続されており、これは第１図、第３図および第４図の
実施例に関連して先に述べられた干渉計200の形状に対
応する。干渉計200の出力はまた依然に述べられた態様
で検出器212に接続されている。
入力バス102の選択されたロケーションにはまた複数
個の光学結合器108a、108b、108c、…108nが位置づけら
れている。結合器108は各々光ファイバ220a、220b、220
c、…220nの第１の端部に接続されている。光ファイバ2
20の各々の他方の端部は反射ミラー222a、222b、222c、
…222nに光学的に接続されている。反射ミラー222は光
ファイバ220を通って下向きに移動する光をファイバ220
を通って反対方向に直接反射し帰すような形状で位置づ
けられている。このようなミラーはファイバの端部に直
接接地される金属または他の反射材料を含んでもよい。
光ファイバ220は第３図の格110の約1/2の長さである。
こうして、光ファイバ200の１つに入りそれから光ファ
イバ220を通って反射し返される光学信号によって横切
られる合計の光学経路は第３図の実施例の対応する格11
0を通って移動する光の光学経路と実質的に同じ長さで
ある。
個の光学結合器108a、108b、108c、…108nが位置づけら
れている。結合器108は各々光ファイバ220a、220b、220
c、…220nの第１の端部に接続されている。光ファイバ2
20の各々の他方の端部は反射ミラー222a、222b、222c、
…222nに光学的に接続されている。反射ミラー222は光
ファイバ220を通って下向きに移動する光をファイバ220
を通って反対方向に直接反射し帰すような形状で位置づ
けられている。このようなミラーはファイバの端部に直
接接地される金属または他の反射材料を含んでもよい。
光ファイバ220は第３図の格110の約1/2の長さである。
こうして、光ファイバ200の１つに入りそれから光ファ
イバ220を通って反射し返される光学信号によって横切
られる合計の光学経路は第３図の実施例の対応する格11
0を通って移動する光の光学経路と実質的に同じ長さで
ある。
近接した光学結合器118間の位置で、入力バス102は遅
延ラインを形成するように形作られ、これは所望の長さ
の光学経路を作り出す。格遅延ラインの少なくとも一部
は環境にさらされているか、または環境の影響を受ける
ように形作られており、それによって入力バス102の感
知部分内を移動する光学信号上に環境の情報を記すセン
サを規定する。遅延ライン224によって規定される光学
経路長さは近接した光ファイバ220を通って反射される
光学信号の経路間の光学経路長さの差を作り出すように
選択され、これは補償干渉系200のアーム間の光学経路
長さの差に対応する。
延ラインを形成するように形作られ、これは所望の長さ
の光学経路を作り出す。格遅延ラインの少なくとも一部
は環境にさらされているか、または環境の影響を受ける
ように形作られており、それによって入力バス102の感
知部分内を移動する光学信号上に環境の情報を記すセン
サを規定する。遅延ライン224によって規定される光学
経路長さは近接した光ファイバ220を通って反射される
光学信号の経路間の光学経路長さの差を作り出すように
選択され、これは補償干渉系200のアーム間の光学経路
長さの差に対応する。
したがって、ミラー222からファイバ220を通って反射
される信号が遅延および感知部分を二度移動するので、
環境の影響にさらされる各遅延コイル224の長さはバス1
02の各部分の長さと同様に第３図の対応する遅延コイル
および感知領域105の長さのおおよそ1/2でなければなら
ない。光ファイバ220および遅延部分224の数はモニタさ
れるべき異なったロケーションの数またはモニタされる
べき環境センサの数に依存して選択される。
される信号が遅延および感知部分を二度移動するので、
環境の影響にさらされる各遅延コイル224の長さはバス1
02の各部分の長さと同様に第３図の対応する遅延コイル
および感知領域105の長さのおおよそ1/2でなければなら
ない。光ファイバ220および遅延部分224の数はモニタさ
れるべき異なったロケーションの数またはモニタされる
べき環境センサの数に依存して選択される。
この形状における近接した光ファイバ220間の関係は
マイケルソン干渉計に対応する。たとえば、光学結合器
108a、光ファイバ220a、および反射ミラー220aによっ
て、入力バス102、遅延ラインおよびセンサ224、光ファ
イバ220bおよび関連のミラー222bと組合わせされて規定
される第５図の装置の部分は従来のマイケルソン干渉計
を規定する。こうして、光ファイバ220から反射される
光学信号は入力バス102に伝達し返され、それから結合
器104を通って戻りバス207の解放端部235に伝達され、
第３図の戻りバス114上に発生されるものと同様の一連
の光学信号を発生する。
マイケルソン干渉計に対応する。たとえば、光学結合器
108a、光ファイバ220a、および反射ミラー220aによっ
て、入力バス102、遅延ラインおよびセンサ224、光ファ
イバ220bおよび関連のミラー222bと組合わせされて規定
される第５図の装置の部分は従来のマイケルソン干渉計
を規定する。こうして、光ファイバ220から反射される
光学信号は入力バス102に伝達し返され、それから結合
器104を通って戻りバス207の解放端部235に伝達され、
第３図の戻りバス114上に発生されるものと同様の一連
の光学信号を発生する。
より特定的には、第５図の装置の動作において、光学
パルス201は光源100および光学ゲート101からレンズ103
を通って光学入力バス102に伝達される。光学信号201の
一部は結合器104を介して戻りバス207上に伝達される
が、光学信号201の残余は入力バス102を移動しかつ結合
器108の各々でその関連の光ファイバ220と部分的に結合
される。各々の場合に、光ファイバ220上の信号は光フ
ァイバ220を通って戻りかつ結合器108を通って入力バス
102上に再び結合されるように、反射ミラー222によって
反射される。これらの反射された信号は入力バス102に
沿って光学信号をソース100に向かって移動し、部分的
に結合器104を通って戻りバス207上に結合される。結果
として、光学パルス203のストリングがシステムから戻
りバス207上に伝達される。光ファイバ220の各々は第３
図の格110の半分の長さであるので、また遅延およびセ
ンサ部分224は第３図の対応する遅延およびセンサ部分1
05の半分の長さなので、信号203の各々の戻りバス207上
の光学経路は第３図の光学パルス信号によって移動され
る経路長さに対応するだろう。
パルス201は光源100および光学ゲート101からレンズ103
を通って光学入力バス102に伝達される。光学信号201の
一部は結合器104を介して戻りバス207上に伝達される
が、光学信号201の残余は入力バス102を移動しかつ結合
器108の各々でその関連の光ファイバ220と部分的に結合
される。各々の場合に、光ファイバ220上の信号は光フ
ァイバ220を通って戻りかつ結合器108を通って入力バス
102上に再び結合されるように、反射ミラー222によって
反射される。これらの反射された信号は入力バス102に
沿って光学信号をソース100に向かって移動し、部分的
に結合器104を通って戻りバス207上に結合される。結果
として、光学パルス203のストリングがシステムから戻
りバス207上に伝達される。光ファイバ220の各々は第３
図の格110の半分の長さであるので、また遅延およびセ
ンサ部分224は第３図の対応する遅延およびセンサ部分1
05の半分の長さなので、信号203の各々の戻りバス207上
の光学経路は第３図の光学パルス信号によって移動され
る経路長さに対応するだろう。
光学パルス信号203は戻りバス207から干渉計200に伝
達されて第３図に関連して先に述べられた態様で処理さ
れる。干渉計200の出力から検出器212によって検出され
た結果の信号は、干渉計200の結合器204内で組合わされ
た２個の光学信号によって移動される２個の近接した光
ファイバ220間に位置づけられた光学センサへの環境の
影響を表わす位相差信号を提供する。
達されて第３図に関連して先に述べられた態様で処理さ
れる。干渉計200の出力から検出器212によって検出され
た結果の信号は、干渉計200の結合器204内で組合わされ
た２個の光学信号によって移動される２個の近接した光
ファイバ220間に位置づけられた光学センサへの環境の
影響を表わす位相差信号を提供する。
第５図の実施例は第３図の装置のはしご形状と実質的
に同じ機能と動作を達成するが、複数個のはしご形式の
格の各々に接続された戻りバスの使用なしにそうするこ
とが認められるだろう。しかしながら、第５図の実施例
は光学信号が各々１個の付加的な結合器104を通って通
過することを引き起こす、なぜなら入力信号は入力バス
102上に結合された後にこの結合器を通って通過し、か
つ光ファイバ220から反射された信号もまたこの結合器1
04を通るからである。結果として、第５図の実施例は第
３図に実施例比較して性能において第6dBの損失を経験
する。
に同じ機能と動作を達成するが、複数個のはしご形式の
格の各々に接続された戻りバスの使用なしにそうするこ
とが認められるだろう。しかしながら、第５図の実施例
は光学信号が各々１個の付加的な結合器104を通って通
過することを引き起こす、なぜなら入力信号は入力バス
102上に結合された後にこの結合器を通って通過し、か
つ光ファイバ220から反射された信号もまたこの結合器1
04を通るからである。結果として、第５図の実施例は第
３図に実施例比較して性能において第6dBの損失を経験
する。
第４図に示された発明の実施例はまた戻りバス114と
感知マッハーツェンダ干渉計とを同等のマイケルソン干
渉計に置き換えることによって修正され得る。これを達
成するための実施例は第６図を参照して最良に説明され
得る。この発明の先行の実施例と同様に、このシステム
もまたパルスされた光源100を利用し、これは光学ゲー
ト101等の手段によって電気的にまたは機械的にパルス
される連続波レーザか、自己パルスのレーザの使用かの
いずれかを含むことができる。いずれの形状において
も、パルスされた光学信号は自己パルスの光学レーザ10
0からまたは光学ゲート101からレンズ103を介して光学
入力ファイバ102に伝達される。入力ファイバ上には光
学結合器104が位置づけられ、これは光ファイバ戻りバ
ス207の一方の端部に接続されている。戻りバス207は補
償干渉計200と、それから光学検出器212とに光学的に接
続されており、これは先に述べられた発明の実施例に対
応する干渉計200と検出器212とに実質的に同一である。
感知マッハーツェンダ干渉計とを同等のマイケルソン干
渉計に置き換えることによって修正され得る。これを達
成するための実施例は第６図を参照して最良に説明され
得る。この発明の先行の実施例と同様に、このシステム
もまたパルスされた光源100を利用し、これは光学ゲー
ト101等の手段によって電気的にまたは機械的にパルス
される連続波レーザか、自己パルスのレーザの使用かの
いずれかを含むことができる。いずれの形状において
も、パルスされた光学信号は自己パルスの光学レーザ10
0からまたは光学ゲート101からレンズ103を介して光学
入力ファイバ102に伝達される。入力ファイバ上には光
学結合器104が位置づけられ、これは光ファイバ戻りバ
ス207の一方の端部に接続されている。戻りバス207は補
償干渉計200と、それから光学検出器212とに光学的に接
続されており、これは先に述べられた発明の実施例に対
応する干渉計200と検出器212とに実質的に同一である。
光学入力バス102上にはまた複数個の光学結合器108
a、108b、108c、…108nが位置づけられている。光学結
合器の各々は、入力バス102からの光学信号が光ファイ
バ220a、220b、220c、…220nの端部に結合されるように
接続されている。光ファイバ220上には光学結合器221
a、221b、221c、…221nが位置づけられて光ファイバ220
とマイケルソン干渉計感知アーム227a、227b、227c、…
227nの端部との間で光を結合する。各マイケルソン干渉
計の感知アーム227の少なくとも一部は環境の影響にさ
らされており、それによって環境の影響に応答してアー
ム227内を移動する光の光学位相を変化させることによ
ってそれらの影響を感知する。マイケルソン干渉計の他
方のアームは光ファイバ220の連続を含み、225a、225
b、225c、…225nで例示されている。アーム225および22
7の各々の他方の端部は反射ミラー222への接続で終端と
なり、これらはアーム225または227から受取られた光を
それらのそれぞれのアームに反射し返すように形作られ
ている。
a、108b、108c、…108nが位置づけられている。光学結
合器の各々は、入力バス102からの光学信号が光ファイ
バ220a、220b、220c、…220nの端部に結合されるように
接続されている。光ファイバ220上には光学結合器221
a、221b、221c、…221nが位置づけられて光ファイバ220
とマイケルソン干渉計感知アーム227a、227b、227c、…
227nの端部との間で光を結合する。各マイケルソン干渉
計の感知アーム227の少なくとも一部は環境の影響にさ
らされており、それによって環境の影響に応答してアー
ム227内を移動する光の光学位相を変化させることによ
ってそれらの影響を感知する。マイケルソン干渉計の他
方のアームは光ファイバ220の連続を含み、225a、225
b、225c、…225nで例示されている。アーム225および22
7の各々の他方の端部は反射ミラー222への接続で終端と
なり、これらはアーム225または227から受取られた光を
それらのそれぞれのアームに反射し返すように形作られ
ている。
結合器108の対の間の入力バス102の部分は、センサを
それらの所望の感知ロケーションに位置づけるのに必要
ないかなる長さにも延ばしてよい。
それらの所望の感知ロケーションに位置づけるのに必要
ないかなる長さにも延ばしてよい。
第６図のシステムを第４図に示された実施例と同等の
ものにするために、感知干渉計アーム225および227の長
さは第４図の対応する感知干渉計アーム115および117の
長さのそれぞれおおよそ1/2でなければならない。この
形状では、感知マイケルソン干渉計のアーム225および2
27に伝送されかつそれらのアームを通って反射し返され
た光学信号は第４図の対応するマッハーツェンダ干渉計
109においてと同様に実質的に同等の経路長さを移動す
るだろう。
ものにするために、感知干渉計アーム225および227の長
さは第４図の対応する感知干渉計アーム115および117の
長さのそれぞれおおよそ1/2でなければならない。この
形状では、感知マイケルソン干渉計のアーム225および2
27に伝送されかつそれらのアームを通って反射し返され
た光学信号は第４図の対応するマッハーツェンダ干渉計
109においてと同様に実質的に同等の経路長さを移動す
るだろう。
動作において、光源100および光学ゲート101はレンズ
103を介してパルスされた光学信号201を光学入力バス10
2上に伝達する。光学パルス信号201の部分は結合器104
を通って戻りバス207上の解放端部235に伝達される。パ
ルス201の残余の部分はバス102を通って移動し、この信
号の一部は結合部108の各々において光ファイバ220に結
合されかつアーム225および227によって規定される関連
のマイケルソン干渉計に結合される。これらのマイケル
ソン干渉計から反射された信号は再び結合器108を介し
て入力バス102に結合され、各干渉計は入力バス102への
転送のために１対の光学パルス信号205a、205b、205c、
…205nを発生する。光学信号205は光学結合器104内で戻
りバス207に結合され、ここからそれらはマッハーツェ
ンダ干渉計200を通過し、第４図に関連して先に述べら
れた態様で処理される。第４図のシステムと同様に、検
出器212によって検出された光学信号はマイケルソン干
渉計の感知アーム227に影響を与える環境パラメータを
表わす位相差信号を含み、これは干渉計200からの出力
に同時に結合される１対の光学信号205を生み出す。
103を介してパルスされた光学信号201を光学入力バス10
2上に伝達する。光学パルス信号201の部分は結合器104
を通って戻りバス207上の解放端部235に伝達される。パ
ルス201の残余の部分はバス102を通って移動し、この信
号の一部は結合部108の各々において光ファイバ220に結
合されかつアーム225および227によって規定される関連
のマイケルソン干渉計に結合される。これらのマイケル
ソン干渉計から反射された信号は再び結合器108を介し
て入力バス102に結合され、各干渉計は入力バス102への
転送のために１対の光学パルス信号205a、205b、205c、
…205nを発生する。光学信号205は光学結合器104内で戻
りバス207に結合され、ここからそれらはマッハーツェ
ンダ干渉計200を通過し、第４図に関連して先に述べら
れた態様で処理される。第４図のシステムと同様に、検
出器212によって検出された光学信号はマイケルソン干
渉計の感知アーム227に影響を与える環境パラメータを
表わす位相差信号を含み、これは干渉計200からの出力
に同時に結合される１対の光学信号205を生み出す。
第４図に示された装置の実施例と同様に、第６図の実
施例は近接した接続器108間の間隔が十分に大きくて所
与の結合器108によってバス102上に結合された光学信号
205が他の光学カプラ108によってバス208上に結合され
た光学信号と重ならずまた干渉しないように、感知干渉
計をいかなる所望のロケーションに位置づけることを可
能にする。
施例は近接した接続器108間の間隔が十分に大きくて所
与の結合器108によってバス102上に結合された光学信号
205が他の光学カプラ108によってバス208上に結合され
た光学信号と重ならずまた干渉しないように、感知干渉
計をいかなる所望のロケーションに位置づけることを可
能にする。
入力バス102上の結合器104の存在は第４図の実施例に
比較して、光学信号がそれに通って通過しなければなら
ない１個の付加の結合器を含む。したがって、第６図の
実施例は第４図の実施例の性能と比較して、性能におい
ておよそ6dBの損失を被る。
比較して、光学信号がそれに通って通過しなければなら
ない１個の付加の結合器を含む。したがって、第６図の
実施例は第４図の実施例の性能と比較して、性能におい
ておよそ6dBの損失を被る。
これまで述べられた実施例において、補償干渉計200
は戻りバス114に光学的に結合されている。しかしなが
ら、結合干渉計200はまた入力バス102、光学信号ソース
100とバス102上の第１の結合器との間に光学的に結合さ
れ得る。その形状は上で述えられた形状と実質的に同じ
結果を生み出す。
は戻りバス114に光学的に結合されている。しかしなが
ら、結合干渉計200はまた入力バス102、光学信号ソース
100とバス102上の第１の結合器との間に光学的に結合さ
れ得る。その形状は上で述えられた形状と実質的に同じ
結果を生み出す。
入力バス102上に位置づけられた補償干渉計200を含む
装置の実施例の例が第７図を参照して述べられる。第７
図の実施例は第３図に例示された実施例を含み、補償干
渉計200はレンズ103を通って伝達された光学信号が接続
器202で干渉計200の入力に結合されるように、再び位置
づけられている。干渉計200からの信号は結合器204内で
光学入力バス102に光学的に結合されている。
装置の実施例の例が第７図を参照して述べられる。第７
図の実施例は第３図に例示された実施例を含み、補償干
渉計200はレンズ103を通って伝達された光学信号が接続
器202で干渉計200の入力に結合されるように、再び位置
づけられている。干渉計200からの信号は結合器204内で
光学入力バス102に光学的に結合されている。
第７図において補償干渉計200が入力バス102上に位置
づけられ、戻りバス114は直接検出器212に結合されてい
る。上で述べられた変化を除いては、第７図の実施例に
は第３図の実施例のさらなる修正は含まれない。
づけられ、戻りバス114は直接検出器212に結合されてい
る。上で述べられた変化を除いては、第７図の実施例に
は第３図の実施例のさらなる修正は含まれない。
動作において、光学パルス201は光源100から、かつ随
意には光学ゲート101からレンズ103を通って結合器202
の入力に伝達される。光学信号201の一部は干渉計200の
アーム208内に結合され、パルス201の残余は干渉計のア
ーム206を通って移動する。アーム208および206からの
パルスは結合器204において入力バス102上に結合され
る。この結合処理の結果は１対のパルスされた光学信号
241であり、これは第３図に例示された実施例の信号201
と同様の態様で入力バス102を移動する。特に、パルス
された光学信号241の対の各々の一部は光学結合器108の
各々においてアーム110の各々に結合される。近接した
アーム110を通って伝搬する信号によって移動される光
学経路の長さは干渉計200の光学経路長さの差に対応す
るので、110aおよび110b等の近接したアームを通った伝
搬からバス114上に戻る１対の信号241は結合器112a等の
それらの関連した共通結合器内で組合わせされる。この
結合の結果として、同じ光学経路長さを移動したパルス
された信号241の部分はコヒーレントに結合されて出力
信号243を形成する。
意には光学ゲート101からレンズ103を通って結合器202
の入力に伝達される。光学信号201の一部は干渉計200の
アーム208内に結合され、パルス201の残余は干渉計のア
ーム206を通って移動する。アーム208および206からの
パルスは結合器204において入力バス102上に結合され
る。この結合処理の結果は１対のパルスされた光学信号
241であり、これは第３図に例示された実施例の信号201
と同様の態様で入力バス102を移動する。特に、パルス
された光学信号241の対の各々の一部は光学結合器108の
各々においてアーム110の各々に結合される。近接した
アーム110を通って伝搬する信号によって移動される光
学経路の長さは干渉計200の光学経路長さの差に対応す
るので、110aおよび110b等の近接したアームを通った伝
搬からバス114上に戻る１対の信号241は結合器112a等の
それらの関連した共通結合器内で組合わせされる。この
結合の結果として、同じ光学経路長さを移動したパルス
された信号241の部分はコヒーレントに結合されて出力
信号243を形成する。
信号243はアーム110を通って規定される光学経路の感
知領域105を通って伝搬する信号241の部分の位相に影響
を与えた環境の影響を表わす位相差信号を含む。第３図
の実施例の場合と同様に、コヒーレントに結合されて位
相差信号243を形成する信号の１つのみが感知領域105を
通って移動している。したがって、信号243の位相差値
は感知領域105に影響を与えるそれらの環境条件を表わ
す。
知領域105を通って伝搬する信号241の部分の位相に影響
を与えた環境の影響を表わす位相差信号を含む。第３図
の実施例の場合と同様に、コヒーレントに結合されて位
相差信号243を形成する信号の１つのみが感知領域105を
通って移動している。したがって、信号243の位相差値
は感知領域105に影響を与えるそれらの環境条件を表わ
す。
位相差信号243は戻りバス114を介して検出器212に伝
達され、第３図の結合器204によって発生された位相差
信号と同様の態様で処理される。
達され、第３図の結合器204によって発生された位相差
信号と同様の態様で処理される。
補償干渉計200が入力バス102上に位置づけられた、第
７図の実施例によって生み出される結果は、感知干渉計
200が出力バス114上に位置づけらた第３図に示されたシ
ステムの実施例から得られる結果と実質的に同一であ
る。同様に、補償干渉計200が出力バス114ではなく入力
バス102上に位置づけられたとき、発明の他の実施例か
ら実質的に同じ結果が得られる。
７図の実施例によって生み出される結果は、感知干渉計
200が出力バス114上に位置づけらた第３図に示されたシ
ステムの実施例から得られる結果と実質的に同一であ
る。同様に、補償干渉計200が出力バス114ではなく入力
バス102上に位置づけられたとき、発明の他の実施例か
ら実質的に同じ結果が得られる。
この発明の各々の形状において、補償干渉計200はそ
こを通って伝送される光の波の位相に影響を与えるかも
しれない環境条件から好ましくはシールドされている。
加えて、このような環境のシールディングは第４図およ
び第６図の実施例の非感知アーム115および225のそれぞ
れに、これらのアームが非常に長いときには特に実施例
のすべての感知アームの非感知部分と同様に、用いられ
ることができる。このようなシールディングはシステム
の動作性には必要でないが、上述のシールディング使用
はシステムの感度を増加させるだろう。これらのシステ
ムにはこの目的のために他のシールディングは必要でな
い、なぜならシステムの、補償干渉計内で組合わされる
べき信号が異なった経路を移動する部分を除いては、シ
ステムは環境的に不感性であるからである。この不感性
は共通経路に沿って伝達されるシステム内の光学信号に
おいて、共通経路内の光信号に影響を与える環境の影響
はそれらの経路内の光信号間に位相差にいかなる変化を
み生み出さない、という事実によるものである。位相差
の変化は光が異なった経路を移動するときのみ起こり、
それから環境の影響等の影響によって影響を受けるそれ
らの異なった経路のセンサおよび部分においてのみ起こ
る。
こを通って伝送される光の波の位相に影響を与えるかも
しれない環境条件から好ましくはシールドされている。
加えて、このような環境のシールディングは第４図およ
び第６図の実施例の非感知アーム115および225のそれぞ
れに、これらのアームが非常に長いときには特に実施例
のすべての感知アームの非感知部分と同様に、用いられ
ることができる。このようなシールディングはシステム
の動作性には必要でないが、上述のシールディング使用
はシステムの感度を増加させるだろう。これらのシステ
ムにはこの目的のために他のシールディングは必要でな
い、なぜならシステムの、補償干渉計内で組合わされる
べき信号が異なった経路を移動する部分を除いては、シ
ステムは環境的に不感性であるからである。この不感性
は共通経路に沿って伝達されるシステム内の光学信号に
おいて、共通経路内の光信号に影響を与える環境の影響
はそれらの経路内の光信号間に位相差にいかなる変化を
み生み出さない、という事実によるものである。位相差
の変化は光が異なった経路を移動するときのみ起こり、
それから環境の影響等の影響によって影響を受けるそれ
らの異なった経路のセンサおよび部分においてのみ起こ
る。
ここで述べられた発明の形状の各々は発明の代表的な
実施例を含む。これらの形状は必要に応じてさらなる結
合器や関連の各地セクションを例示されたそれぞれの形
状に加えることによって拡張され得ることは認められる
だろう。
実施例を含む。これらの形状は必要に応じてさらなる結
合器や関連の各地セクションを例示されたそれぞれの形
状に加えることによって拡張され得ることは認められる
だろう。
上の説明に基づいて、ここで開示された発明の実施例
の各々はリード不感性の分布センサを規定し、また従っ
て環境シールディングの最少の量のみを必要とすること
が明らかである。これらの形状はまたソースの位相誘起
強度雑音とセンサ間のクロストークとの両者から解放さ
れた全ファイバ光学センサシステムを説明する。
の各々はリード不感性の分布センサを規定し、また従っ
て環境シールディングの最少の量のみを必要とすること
が明らかである。これらの形状はまたソースの位相誘起
強度雑音とセンサ間のクロストークとの両者から解放さ
れた全ファイバ光学センサシステムを説明する。
各センサはそこから光が逃れてもよい解放端部を有す
ることが注目されるだろう。これは損失を導くが、重要
な問題ではない。なぜなら多数のセンサについてさえ
も、方向性結合器の結合定数を適当に選択することによ
って電力の損失は比較的穏やかに保たれ得るからであ
る。これらの結合定数を選択する方法が以下で詳細に説
明される。
ることが注目されるだろう。これは損失を導くが、重要
な問題ではない。なぜなら多数のセンサについてさえ
も、方向性結合器の結合定数を適当に選択することによ
って電力の損失は比較的穏やかに保たれ得るからであ
る。これらの結合定数を選択する方法が以下で詳細に説
明される。
結合係数の選択 コヒーレンス多重化分布センサシステムの設計に関連
する問題はシステム内で用いられる様々な方向性結合器
のための結合係数の適当な選択である。ここで用いられ
るように、「結合係数」の語は結合された電力の総出力
電力に対する電力比として規定される。たとえば、第２
図に参照すると、もしも光がポートＡに与えられると、
結合係数はポートＤの電力のポートＢおよびＤでの出力
の合計に対する比に等しい。
する問題はシステム内で用いられる様々な方向性結合器
のための結合係数の適当な選択である。ここで用いられ
るように、「結合係数」の語は結合された電力の総出力
電力に対する電力比として規定される。たとえば、第２
図に参照すると、もしも光がポートＡに与えられると、
結合係数はポートＤの電力のポートＢおよびＤでの出力
の合計に対する比に等しい。
結合係数の決定は、等しい環境の変調振幅を経験する
すべてのセンサが中央処理ロケーションに比較できる強
さの信号を戻さなければならないという直観的な要求に
部分的に基づくだろう。
すべてのセンサが中央処理ロケーションに比較できる強
さの信号を戻さなければならないという直観的な要求に
部分的に基づくだろう。
第１図の実施例を例として用い、Ｎ個のセンサ110が
あると仮定する。センサを１からＮに走るインデックス
ｊで番号をつけ、光源100および補償干渉計200に最も近
いセンサについてｊ＝１から始める。センサｊに関連す
る結合器108および112についての電力結合係数をkjと
し、それによって総電力のkjの分数部分が結合器内の２
個のファイバ間を転送され、電力１−kjの量が結合され
ることなしに結合器を通って真直ぐに通過する。所与の
光ファイバセンサの端部の結合器が同一でなければなら
ないことが注目される。
あると仮定する。センサを１からＮに走るインデックス
ｊで番号をつけ、光源100および補償干渉計200に最も近
いセンサについてｊ＝１から始める。センサｊに関連す
る結合器108および112についての電力結合係数をkjと
し、それによって総電力のkjの分数部分が結合器内の２
個のファイバ間を転送され、電力１−kjの量が結合され
ることなしに結合器を通って真直ぐに通過する。所与の
光ファイバセンサの端部の結合器が同一でなければなら
ないことが注目される。
簡潔さのために、光は入力バス102から感知ファイバ1
10に至りかつ戻りバス114に戻るために、結合器108内で
ファイバにかかって結合されなければならないと仮定さ
れるが、情況はちょうど反対でもよい。センサｊから戻
る光は入力バス102と戻りバス114との両方で結合器１な
いしｊからの損失を被るだろう。結合器１ないしｊ−１
はそれぞれ入力および戻り結合器108および112の両方に
ついて転送１−kqを有し、センサｊの２個の結合器は転
送kjを有するだろう。したがって、センサｊから受信機
120に戻る電力は以下によって与えられる。
10に至りかつ戻りバス114に戻るために、結合器108内で
ファイバにかかって結合されなければならないと仮定さ
れるが、情況はちょうど反対でもよい。センサｊから戻
る光は入力バス102と戻りバス114との両方で結合器１な
いしｊからの損失を被るだろう。結合器１ないしｊ−１
はそれぞれ入力および戻り結合器108および112の両方に
ついて転送１−kqを有し、センサｊの２個の結合器は転
送kjを有するだろう。したがって、センサｊから受信機
120に戻る電力は以下によって与えられる。
ここでPinはセンサアレイに送られた電力である。P
j+1戻り＝Ｐj,戻りと設定すると、結合係数はkj+1＝kj/
1−ｋ）で関連づけられ、または同等に、以下で表わさ
れる。
j+1戻り＝Ｐj,戻りと設定すると、結合係数はkj+1＝kj/
1−ｋ）で関連づけられ、または同等に、以下で表わさ
れる。
最後のセンサはより後のセンサのために電力が必要と
されないので、実際いかなる結合器も必要としない、し
たがってkn＝−１と設定できる。たった今引出された繰
返し関係とともに、これはセンサｊの結合器の結合係数
が以下のようであることを暗示する。
されないので、実際いかなる結合器も必要としない、し
たがってkn＝−１と設定できる。たった今引出された繰
返し関係とともに、これはセンサｊの結合器の結合係数
が以下のようであることを暗示する。
これは順に、総転送Ｐj,戻り/Pinがすべてのセンサに
ついて、予想されたように同じであり、1/N2に等しいこ
とを意味する。1/Nの因数は入力電力がＮ個のセサ間に
分割されなければならないために現われる。
ついて、予想されたように同じであり、1/N2に等しいこ
とを意味する。1/Nの因数は入力電力がＮ個のセサ間に
分割されなければならないために現われる。
信号フェージングを防ぐための偽ヘテロダイン技術 信号のフェージングはすべてのマッハーツェンダ型セ
ンサについて重要な問題である。この問題への１つの解
決策は第１図の実施例に関連して先に述べられた態様
で、受信機の１アーム内に周波数シフタを導入すること
によって信号をヘテロダインすることである。
ンサについて重要な問題である。この問題への１つの解
決策は第１図の実施例に関連して先に述べられた態様
で、受信機の１アーム内に周波数シフタを導入すること
によって信号をヘテロダインすることである。
従来のヘテロダインは信号のフェージングを防ぎかつ
所望の周波数範囲内の信号とより低い周波数の環境の影
響との間の区別をする一方法を提供するが、この方策
は、しばしばバルク光学装置を含む周波数シフタの使用
を必要とする、という不利益を有する。このような装置
はかさばり、システムの損失を増加させ、効率を劣化さ
せ、かつ高価であり得る。信号フェージングを避けるた
めのより簡単で費用のかからない方法は、センサシステ
ムの光学経路内にバルク光学装置を必要としない、偽ヘ
テロダイン技術である。この技術はB.Y.キムおよびH.J.
ショーの「位相−読出し全ファイバ光学ジャイロスコー
プ」、オプティカルレターズ（“Phase−Reading All−
Fiber−Optic Gyroscope",Optical Letters）、第９
巻、378頁、1984年においてファイバ光学のジャイロス
コープにおける応用と関連して規定されている。この技
術はまたそのファイバ光学のジャイロスコープ内での応
用に関連して、「位相読出しファイバ光学回路センサ」
と題された、1984年４月25日出願の同時係属中の米国特
許出願連続番号第603,630号に開示され、これはこの出
願の譲受人に譲り受けられている。上述の参照文献およ
び特許出願はここに引用により援用される。
所望の周波数範囲内の信号とより低い周波数の環境の影
響との間の区別をする一方法を提供するが、この方策
は、しばしばバルク光学装置を含む周波数シフタの使用
を必要とする、という不利益を有する。このような装置
はかさばり、システムの損失を増加させ、効率を劣化さ
せ、かつ高価であり得る。信号フェージングを避けるた
めのより簡単で費用のかからない方法は、センサシステ
ムの光学経路内にバルク光学装置を必要としない、偽ヘ
テロダイン技術である。この技術はB.Y.キムおよびH.J.
ショーの「位相−読出し全ファイバ光学ジャイロスコー
プ」、オプティカルレターズ（“Phase−Reading All−
Fiber−Optic Gyroscope",Optical Letters）、第９
巻、378頁、1984年においてファイバ光学のジャイロス
コープにおける応用と関連して規定されている。この技
術はまたそのファイバ光学のジャイロスコープ内での応
用に関連して、「位相読出しファイバ光学回路センサ」
と題された、1984年４月25日出願の同時係属中の米国特
許出願連続番号第603,630号に開示され、これはこの出
願の譲受人に譲り受けられている。上述の参照文献およ
び特許出願はここに引用により援用される。
この発明の分布センサへの技術の応用は第８図を参照
して説明され得る。第８図の変調システムに光学的に結
合された感知システムは第１図、第３図、第４図、第５
図ないし第６図に例示されたシステムのいずれにも対応
できる。この技術はまた光学信号が戻りバス114から直
接検出器212によって受取られる、第７図の形状にも適
用できる。こうして、これらの感知システムに光学的に
接続された補償干渉計のみが第８図で特に例示される。
して説明され得る。第８図の変調システムに光学的に結
合された感知システムは第１図、第３図、第４図、第５
図ないし第６図に例示されたシステムのいずれにも対応
できる。この技術はまた光学信号が戻りバス114から直
接検出器212によって受取られる、第７図の形状にも適
用できる。こうして、これらの感知システムに光学的に
接続された補償干渉計のみが第８図で特に例示される。
特に、１ないしＮ個のスイッチ300がその入力側で検
出器212の出力に光学的に接続されている。スイッチ300
は入ってくる信号に応答して本質的にマルチプレクサと
して機能する、すなわち、新しい信号が検出器212から
受取られると、スイッチ300は次のチャンネルロケーシ
ョンを増分し、これはその環境情報が検出器212からの
信号によって表わされる特定のセンサに対応する。こう
して、もしも検出器212からの信号情報が、第３図の110
b等の特定のアームを通って伝達されたセンサ情報を表
わすならば、スイッチ300はこの情報をチャンネル２上
に出力する。同様に、アーム110cから伝達された信号に
関連して、検出器212から次の情報が受取られると、ス
イッチ300は次のチャンネルに動きかつ情報を対応する
チャンネル３を通して伝送する。この発明に関連して用
いられてもよい１ないしＮ個のスイッチの１つの好まし
い実施例は、ナショナルセミコンダクターによって製造
されたCMOS 40668 FETスイッチである。
出器212の出力に光学的に接続されている。スイッチ300
は入ってくる信号に応答して本質的にマルチプレクサと
して機能する、すなわち、新しい信号が検出器212から
受取られると、スイッチ300は次のチャンネルロケーシ
ョンを増分し、これはその環境情報が検出器212からの
信号によって表わされる特定のセンサに対応する。こう
して、もしも検出器212からの信号情報が、第３図の110
b等の特定のアームを通って伝達されたセンサ情報を表
わすならば、スイッチ300はこの情報をチャンネル２上
に出力する。同様に、アーム110cから伝達された信号に
関連して、検出器212から次の情報が受取られると、ス
イッチ300は次のチャンネルに動きかつ情報を対応する
チャンネル３を通して伝送する。この発明に関連して用
いられてもよい１ないしＮ個のスイッチの１つの好まし
い実施例は、ナショナルセミコンダクターによって製造
されたCMOS 40668 FETスイッチである。
スイッチ300からの出力チャンネルの各々は同一の備
品形状に接続されている。したがって、１ないしＮのス
イッチはそのチャンネルの各々を介してローパスAC増幅
器302a、…302nに光学的に接続され、これはそれ自身ゲ
ート回路304a、…304nに接続されて周期に基づいて方形
波信号を発生する。ゲート304の出力はスペクトラム分
析器306a、…306nに電気的に接続され、特定の周波数で
センサ105内の位相シフトをモニタするために変調周波
数の高調波のまわりで側波帯を識別するのに用いられ
る。代わりに、スペクトラム分析器の代わりにFM復調器
が用いられてもよい。
品形状に接続されている。したがって、１ないしＮのス
イッチはそのチャンネルの各々を介してローパスAC増幅
器302a、…302nに光学的に接続され、これはそれ自身ゲ
ート回路304a、…304nに接続されて周期に基づいて方形
波信号を発生する。ゲート304の出力はスペクトラム分
析器306a、…306nに電気的に接続され、特定の周波数で
センサ105内の位相シフトをモニタするために変調周波
数の高調波のまわりで側波帯を識別するのに用いられ
る。代わりに、スペクトラム分析器の代わりにFM復調器
が用いられてもよい。
ゲート304はまた信号発生器308に接続されており、こ
れは変調周波数fmで正弦波の信号を発生する。この信号
はゲート回路304内での方形波の周期的な発生を制御す
る。信号発生機308はまた位相変調器310にも接続されて
おり、これは補償干渉系200のアーム208と光学的な伝達
で位置づけられている。位相変調器310は信号発生器308
によって制御され、これは位相変調器が変調周波数fmで
位相変調信号を発生することを引き起こす。
れは変調周波数fmで正弦波の信号を発生する。この信号
はゲート回路304内での方形波の周期的な発生を制御す
る。信号発生機308はまた位相変調器310にも接続されて
おり、これは補償干渉系200のアーム208と光学的な伝達
で位置づけられている。位相変調器310は信号発生器308
によって制御され、これは位相変調器が変調周波数fmで
位相変調信号を発生することを引き起こす。
スイッチ300から出力チャンネルの各々に接続された
備品は同一の態様で機能するので、例示の目的で、単一
のチャンネル上の備品の動作のみが説明される。第８図
のシステム内の光学信号は、第１図、第３図、第４図、
第５図および第６図の実施例に関連して先に述べられた
態様で、以下で示される場合を除いては、伝搬しかつ干
渉することが注目されるだろう。この発明はまた位相変
調器310が干渉計200のアーム208または入力バス102上に
位置づけられた、第７図の実施例にもまた適用される。
特に、アーム208内の光は位相変調器310によって位相変
調され、これは発生器308の動作周波数に対応する変調
周波数で駆動される。結果として、検出器212によって
受取られる結合器204からの出力信号の強度は変調さ
れ、検出器212からの結果として生じる電気的出力信号
は以下の等式で表わされるように、位相変調周波数fmお
よびその高調波の成分を含む。
備品は同一の態様で機能するので、例示の目的で、単一
のチャンネル上の備品の動作のみが説明される。第８図
のシステム内の光学信号は、第１図、第３図、第４図、
第５図および第６図の実施例に関連して先に述べられた
態様で、以下で示される場合を除いては、伝搬しかつ干
渉することが注目されるだろう。この発明はまた位相変
調器310が干渉計200のアーム208または入力バス102上に
位置づけられた、第７図の実施例にもまた適用される。
特に、アーム208内の光は位相変調器310によって位相変
調され、これは発生器308の動作周波数に対応する変調
周波数で駆動される。結果として、検出器212によって
受取られる結合器204からの出力信号の強度は変調さ
れ、検出器212からの結果として生じる電気的出力信号
は以下の等式で表わされるように、位相変調周波数fmお
よびその高調波の成分を含む。
ここでＣは定数であり、 Jnはベッセル関数のｎ番目のオーダを示し、 Δφｍは位相変調器310によるアーム206および208内
の光波の位相変調の振幅であり、 ω＝２πfm Δφａは外部の音響信号によって発生された、アーム
206および208内の光の波間の位相差の振幅であり、 ω＝２πfa Δφｅは環境のゆっくりした変化によって発生された
アーム428および554内の光の波間の位相差の振幅であ
る。
の光波の位相変調の振幅であり、 ω＝２πfm Δφａは外部の音響信号によって発生された、アーム
206および208内の光の波間の位相差の振幅であり、 ω＝２πfa Δφｅは環境のゆっくりした変化によって発生された
アーム428および554内の光の波間の位相差の振幅であ
る。
等式５は検出器212からの出力が、cos（Δφasinωat
＋Δφｅ）およびsin（Δφasinωat＋Δφｅ）を含む
項を含むことを示す。しかしながら、これらのcosおよ
びsin要素は異なった周波数である。もしもこれらの信
号が同じ周波数で、それらの位相が直角位相ならば、公
知の三角法の規則が適用でき、そのため、信号は単一
の、定周波数のその位相が（Δφasinωat＋Δφｅ）に
対応する正弦波信号を得るために直接加えられることが
できる。このような関係は第８図のシステムにおいて振
幅変調の使用を通して達成され得る。振幅変調は単に検
出器212からの電気的出力信号の振幅を変調信号の振幅
に従って変化するようにすることを含む。
＋Δφｅ）およびsin（Δφasinωat＋Δφｅ）を含む
項を含むことを示す。しかしながら、これらのcosおよ
びsin要素は異なった周波数である。もしもこれらの信
号が同じ周波数で、それらの位相が直角位相ならば、公
知の三角法の規則が適用でき、そのため、信号は単一
の、定周波数のその位相が（Δφasinωat＋Δφｅ）に
対応する正弦波信号を得るために直接加えられることが
できる。このような関係は第８図のシステムにおいて振
幅変調の使用を通して達成され得る。振幅変調は単に検
出器212からの電気的出力信号の振幅を変調信号の振幅
に従って変化するようにすることを含む。
検出器212からの出力信号が位相変調周波数（fm）の
奇数多重である周波数（これはまた近接した高調波間の
差周波数である）を有する変調信号によって振幅変調さ
れると、、fmの高調波である検出器212からの出力信号
の各成分はその隣接の高調波の周波数に部分的に変換さ
れる。言い換えれば、この態様による振幅変調を介し
て、側波帯周波数が位相変調周波数の高調波で作り出さ
れる。側波帯周波数は対応する周波数で出力信号の成分
と組合わされ、スペクトラム分析器の使用によって容易
に識別される。
奇数多重である周波数（これはまた近接した高調波間の
差周波数である）を有する変調信号によって振幅変調さ
れると、、fmの高調波である検出器212からの出力信号
の各成分はその隣接の高調波の周波数に部分的に変換さ
れる。言い換えれば、この態様による振幅変調を介し
て、側波帯周波数が位相変調周波数の高調波で作り出さ
れる。側波帯周波数は対応する周波数で出力信号の成分
と組合わされ、スペクトラム分析器の使用によって容易
に識別される。
振幅変調のこれらのそして他の特性は当業者には一般
には公知であり、またF.G.ストリムラー、イントロダク
ション トゥー コミニケーションシステムズ（F.G.St
remler,Introduction to Communication Systems）、ア
ディソン−ウェズリー（1979）に詳細に述べられてお
り、これはここで引用によりり援用される。この点につ
いての特に関連のある主題はストリムラのテキストの19
1頁ないし261頁に述べられている。
には公知であり、またF.G.ストリムラー、イントロダク
ション トゥー コミニケーションシステムズ（F.G.St
remler,Introduction to Communication Systems）、ア
ディソン−ウェズリー（1979）に詳細に述べられてお
り、これはここで引用によりり援用される。この点につ
いての特に関連のある主題はストリムラのテキストの19
1頁ないし261頁に述べられている。
上のことに基づいて、周波数fmの正弦波振幅変調は各
高調波周波数構成要素からエネルギを近接した最も近い
高調波周波数に転送するであろうことが理解されるだろ
う。このセンサシステムにおいて干渉を防ぐために、fm
がfa（検出される音響信号の周波数）よりかなり大きい
ことが所望される。
高調波周波数構成要素からエネルギを近接した最も近い
高調波周波数に転送するであろうことが理解されるだろ
う。このセンサシステムにおいて干渉を防ぐために、fm
がfa（検出される音響信号の周波数）よりかなり大きい
ことが所望される。
動作において、補償干渉計200のアーム208内の光学信
号は周波数発生器308によって制御される周波数で位相
変調される。上で示されたように、周波数発生器308はf
m（変調周波数）が音響周波数（fa）よりかなり大きく
なるように選択されている。アーム208からの信号は結
合器2046を通って通過し、ここでこれはアーム206から
の信号と混合され、検出器212を通過する位相差による
強度変調された信号を発生する。検出器212から、位相
差のために強度変調された信号は１ないしＮのスイッチ
を通って増幅器302に伝達され、ここで信号は増幅され
それから従来の電気的ゲート304に伝送される。
号は周波数発生器308によって制御される周波数で位相
変調される。上で示されたように、周波数発生器308はf
m（変調周波数）が音響周波数（fa）よりかなり大きく
なるように選択されている。アーム208からの信号は結
合器2046を通って通過し、ここでこれはアーム206から
の信号と混合され、検出器212を通過する位相差による
強度変調された信号を発生する。検出器212から、位相
差のために強度変調された信号は１ないしＮのスイッチ
を通って増幅器302に伝達され、ここで信号は増幅され
それから従来の電気的ゲート304に伝送される。
ゲート304は周波数発生器308から受取られた信号に応
答して機能し、ゲート304が増幅器302から受取られた信
号の方形波振幅変調を生じることを引き起こす。AC検出
器電流に関して適当な位相で変調されたとき、Δφの適
当な選択で、この実施例の振幅変調された信号は以下の
ように規定される。cos［ｎωmt−（Δφasinωat＋Δ
φｅ］ 変調のための適当な位相および振幅に関して、結合器
204内の波形間の三角法の関係のために、fmの偶数高調
波での振幅変調が近接した高調波周波数間に結合を生み
出さないことが注目される。むしろ、fmの偶数高調波の
振幅変調は偶数高調波の偶数高調波との結合および奇数
高調波の奇数高調波との結合を結果としてもたらすだろ
う。この情況は当業者には一般に理解され、この状態の
基礎はここで引用により援用されるストリーマのテキス
トを参照してより完全に理解されるだろう。奇数高調波
での振幅変調が利用されるならばこれらの問題は避けら
れる。
答して機能し、ゲート304が増幅器302から受取られた信
号の方形波振幅変調を生じることを引き起こす。AC検出
器電流に関して適当な位相で変調されたとき、Δφの適
当な選択で、この実施例の振幅変調された信号は以下の
ように規定される。cos［ｎωmt−（Δφasinωat＋Δ
φｅ］ 変調のための適当な位相および振幅に関して、結合器
204内の波形間の三角法の関係のために、fmの偶数高調
波での振幅変調が近接した高調波周波数間に結合を生み
出さないことが注目される。むしろ、fmの偶数高調波の
振幅変調は偶数高調波の偶数高調波との結合および奇数
高調波の奇数高調波との結合を結果としてもたらすだろ
う。この情況は当業者には一般に理解され、この状態の
基礎はここで引用により援用されるストリーマのテキス
トを参照してより完全に理解されるだろう。奇数高調波
での振幅変調が利用されるならばこれらの問題は避けら
れる。
ゲート304からの出力は処理のためにスペクトラムア
ナライザ（分析器）306に伝達される。スペクトラム分
析器306は信号の特定の構成要素を選択しかつ分析する
ためにバンドパスフィルタを組み入れていることが注目
される、もしも２ωｍに中心づけられたこのようなバン
ドパスフィルダかゲートの出力に置かれ、かつ位相変調
の振幅Δφｍが適当に選ばれるならば、フィルタは以下
の形式の信号を通す。
ナライザ（分析器）306に伝達される。スペクトラム分
析器306は信号の特定の構成要素を選択しかつ分析する
ためにバンドパスフィルタを組み入れていることが注目
される、もしも２ωｍに中心づけられたこのようなバン
ドパスフィルダかゲートの出力に置かれ、かつ位相変調
の振幅Δφｍが適当に選ばれるならば、フィルタは以下
の形式の信号を通す。
ここでｋは特定の周波数でセンサ内に起こる位相シフ
トの識別と評価に影響を与えない定数である。
トの識別と評価に影響を与えない定数である。
ゲート304からの復調された信号をスペクトラム分析
器306に入れることで、変調周波数の第２の高調波のま
わりのベッセル関数側波帯の高さは特定の週数でセンサ
内の位相シフトを与えるための技術において公知の技術
を用いることによって測定され得る。代わりに、複雑な
信号については、FM復調器が用いられ得る。その場合、
測定された信号は実際の位相ではなくむしろ位相の派生
であり、または代わりに、実際の位相を表わす測定され
た信号を発生させるために積分器も用いられ得る。
器306に入れることで、変調周波数の第２の高調波のま
わりのベッセル関数側波帯の高さは特定の週数でセンサ
内の位相シフトを与えるための技術において公知の技術
を用いることによって測定され得る。代わりに、複雑な
信号については、FM復調器が用いられ得る。その場合、
測定された信号は実際の位相ではなくむしろ位相の派生
であり、または代わりに、実際の位相を表わす測定され
た信号を発生させるために積分器も用いられ得る。
随意には、第８図のシステムのゲーティングはシャッ
タ等の少なくとも１つの光学的ゲートを利用することに
よって、電気的にではなくむしろ光学的に達成されるこ
とができ、このゲートは結合器204と結合器212との間、
またはすべての光信号が移動する光学経路を含むシステ
ム内のいかなるファイバ上にも、たとえば第１図、第３
図、第４図、第５図または第６図の光源100と光学結合
器108a間の入力バス102、またはこれららの図面の実施
例の結合器112aおよび202間の光ファイバ戻りバス114上
に位置づけられる。ゲート304が検出器214から離れて位
置づれられているならば、ゲートは、システム内を移動
する光が離れたゲートと適当な位相で、fm周波数で振幅
変調されるように、周波数fmで遅延信号によって制御さ
れなければならない。他のすべての点において、光学ゲ
ーティングの使用は電気的ゲーティングに関連して述べ
られたのと実質的に同一の結果を与える。
タ等の少なくとも１つの光学的ゲートを利用することに
よって、電気的にではなくむしろ光学的に達成されるこ
とができ、このゲートは結合器204と結合器212との間、
またはすべての光信号が移動する光学経路を含むシステ
ム内のいかなるファイバ上にも、たとえば第１図、第３
図、第４図、第５図または第６図の光源100と光学結合
器108a間の入力バス102、またはこれららの図面の実施
例の結合器112aおよび202間の光ファイバ戻りバス114上
に位置づけられる。ゲート304が検出器214から離れて位
置づれられているならば、ゲートは、システム内を移動
する光が離れたゲートと適当な位相で、fm周波数で振幅
変調されるように、周波数fmで遅延信号によって制御さ
れなければならない。他のすべての点において、光学ゲ
ーティングの使用は電気的ゲーティングに関連して述べ
られたのと実質的に同一の結果を与える。
第３図の実施例のより簡潔な型は、第８図の合成のヘ
テロダイニング形状を含んで建造されかつその性能を評
価するために試験された。この簡潔化された型の構成は
その評価の結果とともに第９図を参照して説明される。
第９図の実施例において、光源100は本質的に単一モー
ドレーザダイオードからなり、これは連続した波の820n
mの光を放出する日立HLB1400を含む。この光はレンズ40
0および従来の光学分離器402を通って、35nsec立上がり
時間を備えた第３図の光学ゲート101に対応する音響光
学のブラッグセル404に伝達される。ブラッグセル404は
レーザスペクトラムの変調を避けるために、レーザへの
入力電流の直接変調の代わりに用いられる。
テロダイニング形状を含んで建造されかつその性能を評
価するために試験された。この簡潔化された型の構成は
その評価の結果とともに第９図を参照して説明される。
第９図の実施例において、光源100は本質的に単一モー
ドレーザダイオードからなり、これは連続した波の820n
mの光を放出する日立HLB1400を含む。この光はレンズ40
0および従来の光学分離器402を通って、35nsec立上がり
時間を備えた第３図の光学ゲート101に対応する音響光
学のブラッグセル404に伝達される。ブラッグセル404は
レーザスペクトラムの変調を避けるために、レーザへの
入力電流の直接変調の代わりに用いられる。
100nsec幅のパルスがレンズ406を通って、第３図のバ
ス102に対応する光学入力バス408の端部に伝達される。
ス102に対応する光学入力バス408の端部に伝達される。
光学パルスは第３図のアーム110aに対応する第１のア
ーム412を有する第１のファイバ光学マッハーツェンダ
干渉計410を通って伝達される。同様に、第３図の実施
例のアーム110bを通って通過する信号について、干渉計
410のアーム414は結合器108aおよび112a間で規定される
光学経路長さに対応する。干渉計410はさらに、その干
渉計のアーム414と光学的に接する位相変調器434を含
む。位相変調器434は音響信号をシミュレートするため
に設けられている。変調器434内で位相変調を生じるた
めの信号発生器が442で示される。位相変調器434は、シ
ステム内のすべての他の位相変調器と同様に、ここで先
に説明された型に対応する。
ーム412を有する第１のファイバ光学マッハーツェンダ
干渉計410を通って伝達される。同様に、第３図の実施
例のアーム110bを通って通過する信号について、干渉計
410のアーム414は結合器108aおよび112a間で規定される
光学経路長さに対応する。干渉計410はさらに、その干
渉計のアーム414と光学的に接する位相変調器434を含
む。位相変調器434は音響信号をシミュレートするため
に設けられている。変調器434内で位相変調を生じるた
めの信号発生器が442で示される。位相変調器434は、シ
ステム内のすべての他の位相変調器と同様に、ここで先
に説明された型に対応する。
干渉計410はまた一般に446で示される極性制御器を含
む。これらの手動で調整可能な極性制御器は、関連のセ
ンサのために極性誘起信号フェージングを克服するため
に用いられた。極性制御器はこれ以降説明されるものと
対応する。随意には、極性保存または極性ファイバがシ
ステム内に光ファイバ導波体を形成するように用いられ
ることができ、極性制御器446の必要を除去する。
む。これらの手動で調整可能な極性制御器は、関連のセ
ンサのために極性誘起信号フェージングを克服するため
に用いられた。極性制御器はこれ以降説明されるものと
対応する。随意には、極性保存または極性ファイバがシ
ステム内に光ファイバ導波体を形成するように用いられ
ることができ、極性制御器446の必要を除去する。
光学結合器430および432が入力バス408上に位置づけ
られて光学信号を入力バスと干渉計410のアームとの間
で結合する。結合器430および432は、システム内のすべ
ての他の結合器と同様に、ここで先に述べられた型の調
整可能方向性結合器を含む。
られて光学信号を入力バスと干渉計410のアームとの間
で結合する。結合器430および432は、システム内のすべ
ての他の結合器と同様に、ここで先に述べられた型の調
整可能方向性結合器を含む。
干渉計410の出力から、光学信号は別の干渉計420に伝
達され、これは第８図の干渉計200に対応する。特に、
第９図のアーム422は第８図の干渉計200のアーム206に
対応する。同様に、第９図の干渉計420のアーム424は第
８図の干渉計200のアーム208に対応する。光学干渉計42
0は光学結合器436および438を含み、干渉計420から受取
られた光学信号を干渉計420のアーム422および424間で
結合する。加えて、位相変調器440が干渉計420のアーム
424と光学的に接して位置づけられる。位相変調器440は
用いられる合成ヘテロダイン復調技術のためにおおよそ
30kHzの速度で比較的早い周波数変調を発生するために
用いられ、位相のドリフトによって引き起こされる信号
フェージングを避ける。
達され、これは第８図の干渉計200に対応する。特に、
第９図のアーム422は第８図の干渉計200のアーム206に
対応する。同様に、第９図の干渉計420のアーム424は第
８図の干渉計200のアーム208に対応する。光学干渉計42
0は光学結合器436および438を含み、干渉計420から受取
られた光学信号を干渉計420のアーム422および424間で
結合する。加えて、位相変調器440が干渉計420のアーム
424と光学的に接して位置づけられる。位相変調器440は
用いられる合成ヘテロダイン復調技術のためにおおよそ
30kHzの速度で比較的早い周波数変調を発生するために
用いられ、位相のドリフトによって引き起こされる信号
フェージングを避ける。
干渉計410内のアーム間の光学経路の差は干渉計420の
アーム間の光学経路の差に対応する。実験的な事例で
は、各干渉計内のアーム間のこの相対的光学経路長さ時
間遅延は約230nsecである。
アーム間の光学経路の差に対応する。実験的な事例で
は、各干渉計内のアーム間のこの相対的光学経路長さ時
間遅延は約230nsecである。
２個の干渉計の経路の不均衡の整合が重要である。位
相誘起強度雑音が信号パルス上に測定され得るレベルで
生じないようにするために、感知干渉計410の光学経路
長さの差と補償干渉計420のそれとを互いに整合して、
不整合の量が光源100のコヒーレンス長の小部分よりも
少なくなようにすることが必要である。ファイバの長さ
が整合され得る正確さは、これらの分布センサアレイ内
で用いてもよい光学ソースのコヒーレンス長に実際の制
限となる。第９図の評価システムにおける経路差の測定
は、レーザダイオードの振幅変調と、各マッハーツェン
ダーの個々のフィルタリングの特性周波数の決定とによ
って達成される。
相誘起強度雑音が信号パルス上に測定され得るレベルで
生じないようにするために、感知干渉計410の光学経路
長さの差と補償干渉計420のそれとを互いに整合して、
不整合の量が光源100のコヒーレンス長の小部分よりも
少なくなようにすることが必要である。ファイバの長さ
が整合され得る正確さは、これらの分布センサアレイ内
で用いてもよい光学ソースのコヒーレンス長に実際の制
限となる。第９図の評価システムにおける経路差の測定
は、レーザダイオードの振幅変調と、各マッハーツェン
ダーの個々のフィルタリングの特性周波数の決定とによ
って達成される。
経路差を等しくするためには、干渉計の１アームから
ファイバの小さい長さをとる技術が必要とされる。これ
は、スプライス（splicing）のためにファイバを保持す
るキャピラリチューブを用い、それから長さの調節が必
要とされるときにファイバを含むキャピラリチューブを
再び研摩しかつ再びスプライスすることによって達成さ
れる。キャピラリチューブは、レーザのスペクトラムに
影響を与える、レーザへの反射戻りを最小化するような
角度で研摩されている。反射をさらに減じるために、分
離器402がレーザとブラッグセルとの間に置かれる。シ
ステム内のすべての光ファイバはコーニング単一モード
センサ（高N.A.）ファイバを含む。位相変調器440内で
変調を生じるための信号発生器が444で示される。干渉
計420はまた一般に448で示される手動で調節可能な極性
制御器を含み、関連のセンサについて極性誘起信号フェ
ージングを克服する。
ファイバの小さい長さをとる技術が必要とされる。これ
は、スプライス（splicing）のためにファイバを保持す
るキャピラリチューブを用い、それから長さの調節が必
要とされるときにファイバを含むキャピラリチューブを
再び研摩しかつ再びスプライスすることによって達成さ
れる。キャピラリチューブは、レーザのスペクトラムに
影響を与える、レーザへの反射戻りを最小化するような
角度で研摩されている。反射をさらに減じるために、分
離器402がレーザとブラッグセルとの間に置かれる。シ
ステム内のすべての光ファイバはコーニング単一モード
センサ（高N.A.）ファイバを含む。位相変調器440内で
変調を生じるための信号発生器が444で示される。干渉
計420はまた一般に448で示される手動で調節可能な極性
制御器を含み、関連のセンサについて極性誘起信号フェ
ージングを克服する。
干渉計420からの出力はレンズ450を通ってブラッグセ
ル452に伝達され、これは干渉計420から受取られた一連
の出力パルスから光学的に信号パルスをサンプルするた
めに設けられている。ブラッグセル452は遅延ライン454
を通してパルス発生器456に接続されている。パルス発
生器456なまたブラッグセル404に接続されている。こう
して、パルス発生器456は両方のブラッグセル404および
452の動作を引き起こすように機能する。ブラッグセル4
52は信号パルスのみを引き出すために、ブラッグセル40
4と同期してパルスされる。
ル452に伝達され、これは干渉計420から受取られた一連
の出力パルスから光学的に信号パルスをサンプルするた
めに設けられている。ブラッグセル452は遅延ライン454
を通してパルス発生器456に接続されている。パルス発
生器456なまたブラッグセル404に接続されている。こう
して、パルス発生器456は両方のブラッグセル404および
452の動作を引き起こすように機能する。ブラッグセル4
52は信号パルスのみを引き出すために、ブラッグセル40
4と同期してパルスされる。
ブラッグセル452内でレンズ450を通って受取られた信
号電流は、第８図の検出器212に対応する検出器458に伝
達される。検出器458からの信号電流は、第８図の増幅
器302に対応する狭いバンド幅の（約300kHz）AC増幅器4
60を通って、第８図のゲート304に対応する電気ゲート4
62に伝送される。ゲート462は遅延ライン464を介して信
号発生器444に接続され、ゲート462を発生器444からの
位相変調信号と同期させる。ゲート462の出力は第８図
のスペクトラム分析器306に対応するスペクトラム分析
器466に与えられる。
号電流は、第８図の検出器212に対応する検出器458に伝
達される。検出器458からの信号電流は、第８図の増幅
器302に対応する狭いバンド幅の（約300kHz）AC増幅器4
60を通って、第８図のゲート304に対応する電気ゲート4
62に伝送される。ゲート462は遅延ライン464を介して信
号発生器444に接続され、ゲート462を発生器444からの
位相変調信号と同期させる。ゲート462の出力は第８図
のスペクトラム分析器306に対応するスペクトラム分析
器466に与えられる。
合成のヘテロダイン復調のための位相変調の振幅が約
2.8ラジアンになるように調節され、ゲート462からスペ
クトラム分析器466内で受取られた第２の高調波信号の
位相は干渉する光学波間の光学位相差を反映する。この
信号の大きさは光学経路差に依存せず、一定の感度に通
じる。
2.8ラジアンになるように調節され、ゲート462からスペ
クトラム分析器466内で受取られた第２の高調波信号の
位相は干渉する光学波間の光学位相差を反映する。この
信号の大きさは光学経路差に依存せず、一定の感度に通
じる。
センサ内の最小の検出可能位相シフトは、センサから
の小さい公知の位相変調振幅についてスペクトラム分析
器上に表示された信号対雑音比を測定することによって
確かめられる。位相変調器434によって光学信号上に誘
起された位相変調振幅のメモリを決めるために、3.83ラ
ジアンに対応する電圧が各信号周波数で測定された。こ
のレベルの電圧は第１のベッセル機能側波帯で０にされ
る。センサの感度は1.46MHzに設定された光学入力パル
スの繰返し速度で測定され、これは干渉計410および420
の光学経路長さの差の３倍に対応する。この状態では、
位相誘起強度雑音を含むパルスは発生されない。光学入
力パルスの繰返し速度が2.18MHzに設定されると、これ
は干渉計410および420の光学経路長さの２倍に対応する
が、ソースから異なった時間に出された非信号ベアリン
グパルスは重複されまたパルスに位相誘起強度ノイズを
発生し、これらは捨てられた。
の小さい公知の位相変調振幅についてスペクトラム分析
器上に表示された信号対雑音比を測定することによって
確かめられる。位相変調器434によって光学信号上に誘
起された位相変調振幅のメモリを決めるために、3.83ラ
ジアンに対応する電圧が各信号周波数で測定された。こ
のレベルの電圧は第１のベッセル機能側波帯で０にされ
る。センサの感度は1.46MHzに設定された光学入力パル
スの繰返し速度で測定され、これは干渉計410および420
の光学経路長さの差の３倍に対応する。この状態では、
位相誘起強度雑音を含むパルスは発生されない。光学入
力パルスの繰返し速度が2.18MHzに設定されると、これ
は干渉計410および420の光学経路長さの２倍に対応する
が、ソースから異なった時間に出された非信号ベアリン
グパルスは重複されまたパルスに位相誘起強度ノイズを
発生し、これらは捨てられた。
測定の両方の組において、システムの感度は広い範囲
に周波数にわたって 以下であった。測定の第１の組の結果は第９図で０でプ
ロットされている。同様に、測定の第２の組の結果は第
９図において記号Ｘを用いてプロットされている。
に周波数にわたって 以下であった。測定の第１の組の結果は第９図で０でプ
ロットされている。同様に、測定の第２の組の結果は第
９図において記号Ｘを用いてプロットされている。
２つの場合においてシステムの感度に重大な差がない
という事実は、信号パルスが位相誘起強度ノイズを含む
パルスからよく分離されていることを示す。感度は信号
発生エレクトロニクス460および462内の電気的雑音によ
って制限されることがわかっている。測定の別の組で
は、電気スイッチが第２のブラッグセル452に代用され
た。この形状においても再び感度が測定され、この結果
は第９図でΔで示されている。これらの結果は、ゲーテ
ィングの２個の形式から結果として生じる感度に重大な
差がないことを示す。
という事実は、信号パルスが位相誘起強度ノイズを含む
パルスからよく分離されていることを示す。感度は信号
発生エレクトロニクス460および462内の電気的雑音によ
って制限されることがわかっている。測定の別の組で
は、電気スイッチが第２のブラッグセル452に代用され
た。この形状においても再び感度が測定され、この結果
は第９図でΔで示されている。これらの結果は、ゲーテ
ィングの２個の形式から結果として生じる感度に重大な
差がないことを示す。
極性制御器446、448 第８図の実施例等の、この発明のセンサシステムで用
いるのに適した極性制御器の一形式が第10図に示され
る。制御器はベース570を含み、この上に複数個の真直
ぐなブロック572aないし572dが接地される。ブロック57
2の近接したものの間に、スプール574aないし574cがそ
れぞれシャフト576aないし576c上に接するように接地さ
れている。シャフト576は互いに軸方向に整列され、ブ
ロック572の間に回転可能に設けられている。スプール5
74は一般に円筒型であり、シャフト576に接するように
位置づけられている。
いるのに適した極性制御器の一形式が第10図に示され
る。制御器はベース570を含み、この上に複数個の真直
ぐなブロック572aないし572dが接地される。ブロック57
2の近接したものの間に、スプール574aないし574cがそ
れぞれシャフト576aないし576c上に接するように接地さ
れている。シャフト576は互いに軸方向に整列され、ブ
ロック572の間に回転可能に設けられている。スプール5
74は一般に円筒型であり、シャフト576に接するように
位置づけられている。
光ファイバ510のセグメントが、シャフト576の軸方向
の穴を通って延び、スプール574の各々について巻かれ
て、３個のコイル578aないし578cを形成する。コイル57
8の半径はファイバ510が押圧されてコイル578の各々に
複屈折媒体を形成するようになっている。３個のコイル
578aないし578cはそれぞれシャフト574aないし574cの軸
について互いに独立して回転してもよく、こうしてファ
イバ510の複屈折を調整しかつ、こうしてファイバ510を
通って通過する光の極性を制御する。
の穴を通って延び、スプール574の各々について巻かれ
て、３個のコイル578aないし578cを形成する。コイル57
8の半径はファイバ510が押圧されてコイル578の各々に
複屈折媒体を形成するようになっている。３個のコイル
578aないし578cはそれぞれシャフト574aないし574cの軸
について互いに独立して回転してもよく、こうしてファ
イバ510の複屈折を調整しかつ、こうしてファイバ510を
通って通過する光の極性を制御する。
コイル578内の寸法および回転の回数は、外側のコイ
ル578aおよび578cが４分の１波長の空間遅延を提供し、
一方中央のコイル578bが２分の１波長の空間遅延を提供
するようになっている。４分の１波長のコイル578aおよ
び578cは極性の楕円性を制御し、２分の１波長のコイル
578bが極性の方向を制御する。これはファイバ510を通
って伝搬する光の極性の全範囲の調整を提供する。
ル578aおよび578cが４分の１波長の空間遅延を提供し、
一方中央のコイル578bが２分の１波長の空間遅延を提供
するようになっている。４分の１波長のコイル578aおよ
び578cは極性の楕円性を制御し、２分の１波長のコイル
578bが極性の方向を制御する。これはファイバ510を通
って伝搬する光の極性の全範囲の調整を提供する。
しかしながら、制御器は２個の４分の１波コイル578a
および578cのみを提供するように修正されてもよいこと
が理解されるであろう、なぜなら極性の方向（さもなけ
れば中央コイル578bによって与えられる）は２個の４分
の１波コイル578aおよび578cによって極性の楕円性を適
当に調節することによって非直接的に制御されるからで
ある。したがって、第10図に示された極性制御器551お
よび557は２個の４分の１波コイル578aおよび578cのみ
を含んで示される。この形状は制御551および557の全体
のサイズを減じるので、この発明が空間の制限を含む或
る応用においては利点があるだろう。
および578cのみを提供するように修正されてもよいこと
が理解されるであろう、なぜなら極性の方向（さもなけ
れば中央コイル578bによって与えられる）は２個の４分
の１波コイル578aおよび578cによって極性の楕円性を適
当に調節することによって非直接的に制御されるからで
ある。したがって、第10図に示された極性制御器551お
よび557は２個の４分の１波コイル578aおよび578cのみ
を含んで示される。この形状は制御551および557の全体
のサイズを減じるので、この発明が空間の制限を含む或
る応用においては利点があるだろう。
こうして、極性制御器551および557は第４図の干渉計
109のアーム117および補償干渉200のアーム208等の、干
渉計のアーム内の光の極性を確立し、維持しかつ制御す
るための手段を提供する。
109のアーム117および補償干渉200のアーム208等の、干
渉計のアーム内の光の極性を確立し、維持しかつ制御す
るための手段を提供する。
要約 要約すれば、ここで述べられた発明は、随意には短コ
ヒーレンス長を有する光学ソースの使用によって複数個
のロケーションで環境条件をモニタすることにおいて、
先行技術に重要な改良を含むばかりでなく、産業におけ
る、他の長く存在する問題を以下によって克服する、す
なわち（１）高いコヒーレントな光源を必要とすること
なしに、高い動作周期の時間によって支配されるアドレ
ッシングを可能にする全通過性遠隔センサのシステムを
提供すること、（２）信号フェージング、ソース位相誘
起強度雑音、センサ間のクロストークおよびダウンリー
ド感度から解放された分布センサアレイシステムを提供
すること、（３）リードの環境的シールディングなしに
遠隔のロケーションで正確な感知を可能にするようなシ
ステムを提供すること、（４）センサに影響を与える環
境の影響を識別するために、正確で簡単に分析される情
報信号を発生する、直接で、経済的かつ随意には全ファ
イバ光学の態様で、光学信号をヘテロダイニングするこ
と、および（５）センサの場所にバルク光学や電気備品
の使用を必要としない、随意の全ファイバ光学センサア
レイシステムを提供することによる。
ヒーレンス長を有する光学ソースの使用によって複数個
のロケーションで環境条件をモニタすることにおいて、
先行技術に重要な改良を含むばかりでなく、産業におけ
る、他の長く存在する問題を以下によって克服する、す
なわち（１）高いコヒーレントな光源を必要とすること
なしに、高い動作周期の時間によって支配されるアドレ
ッシングを可能にする全通過性遠隔センサのシステムを
提供すること、（２）信号フェージング、ソース位相誘
起強度雑音、センサ間のクロストークおよびダウンリー
ド感度から解放された分布センサアレイシステムを提供
すること、（３）リードの環境的シールディングなしに
遠隔のロケーションで正確な感知を可能にするようなシ
ステムを提供すること、（４）センサに影響を与える環
境の影響を識別するために、正確で簡単に分析される情
報信号を発生する、直接で、経済的かつ随意には全ファ
イバ光学の態様で、光学信号をヘテロダイニングするこ
と、および（５）センサの場所にバルク光学や電気備品
の使用を必要としない、随意の全ファイバ光学センサア
レイシステムを提供することによる。
この発明はその制振および本質的な特性から逸脱する
ことなしに、他の特定の形状で実現されてもよい。述べ
られた実施例はすべての点において例示的であるのみで
制限的でないことが考慮されるべきである。したがっ
て、この発明の範囲は、上述の説明によってではなく、
むしろ添付の特許請求の範囲によって示される。特許請
求の範囲の同等物の意味と範囲内のすべての変化はその
範囲に含まれるべきである。
ことなしに、他の特定の形状で実現されてもよい。述べ
られた実施例はすべての点において例示的であるのみで
制限的でないことが考慮されるべきである。したがっ
て、この発明の範囲は、上述の説明によってではなく、
むしろ添付の特許請求の範囲によって示される。特許請
求の範囲の同等物の意味と範囲内のすべての変化はその
範囲に含まれるべきである。
第１図はこの発明の分布ファイバ光学センサシステムの
好ましい実施例の概略図である。 第２図はこの発明の分布センサシステムに用いられるフ
ァイバ光学方向性結合器の一実施例の断面図である。 第３図はこの発明の分布センサシステムの別の好ましい
実施例の概略図であって、システムの入力導波体上に位
置づけられたセンサを示す。 第４図はこの発明の分布センサシステムの別の好ましい
実施例を含み、発明のはしご形状の各格上に位置づけら
れたマッハーツェンダ干渉計を含むセンサを示す。 第５図はこの発明の分布センサシステムのさらに別の好
ましい実施例の概略図であって、入力導波体に接続され
たマイケルソン干渉計を形成する形状を用いる。 第６図はこの発明の別の好ましい実施例の概略図であっ
て、入力導波体に接続されたマイケルソン干渉計の別の
形状を与える。 第７図はこの発明のさらに別の好ましい実施例の概略図
であって、ここで補償干渉計は入力導波体上に位置づけ
られている。 第８図は分布センサシステムの一実施例の概略図であっ
て、位相変調器およびゲートを用いて分布センサから出
力信号を周波数シフトするための技術を示す。 第９図はこの発明のコヒーレント分布センサシステムの
実施例の簡潔化された形式の概略図である。 第10図は信号周波数の関数として、最少の検出可能変調
を表わすグラフであって、選択されたパルス周波数で
の、光学および電気的スイッチでの入力光学信号のシス
テム感度評価の結果を示す。 第11図はこの発明の分布センサ内で用いられる、ファイ
バ光学極性制御器の一実施例の斜視図である。 図において、100は光源、101は光学ゲート、300はスイ
ッチ、302は増幅器、304はゲート、306はスペクトラム
アナライザ、402は分離器、404はブラッグセル、452は
ブラッグセル、454は遅延、456はパルス発生器、460はA
C増幅器、462はゲート、466はスペクトラム分析器、464
は遅延である。
好ましい実施例の概略図である。 第２図はこの発明の分布センサシステムに用いられるフ
ァイバ光学方向性結合器の一実施例の断面図である。 第３図はこの発明の分布センサシステムの別の好ましい
実施例の概略図であって、システムの入力導波体上に位
置づけられたセンサを示す。 第４図はこの発明の分布センサシステムの別の好ましい
実施例を含み、発明のはしご形状の各格上に位置づけら
れたマッハーツェンダ干渉計を含むセンサを示す。 第５図はこの発明の分布センサシステムのさらに別の好
ましい実施例の概略図であって、入力導波体に接続され
たマイケルソン干渉計を形成する形状を用いる。 第６図はこの発明の別の好ましい実施例の概略図であっ
て、入力導波体に接続されたマイケルソン干渉計の別の
形状を与える。 第７図はこの発明のさらに別の好ましい実施例の概略図
であって、ここで補償干渉計は入力導波体上に位置づけ
られている。 第８図は分布センサシステムの一実施例の概略図であっ
て、位相変調器およびゲートを用いて分布センサから出
力信号を周波数シフトするための技術を示す。 第９図はこの発明のコヒーレント分布センサシステムの
実施例の簡潔化された形式の概略図である。 第10図は信号周波数の関数として、最少の検出可能変調
を表わすグラフであって、選択されたパルス周波数で
の、光学および電気的スイッチでの入力光学信号のシス
テム感度評価の結果を示す。 第11図はこの発明の分布センサ内で用いられる、ファイ
バ光学極性制御器の一実施例の斜視図である。 図において、100は光源、101は光学ゲート、300はスイ
ッチ、302は増幅器、304はゲート、306はスペクトラム
アナライザ、402は分離器、404はブラッグセル、452は
ブラッグセル、454は遅延、456はパルス発生器、460はA
C増幅器、462はゲート、466はスペクトラム分析器、464
は遅延である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モウシー・トゥール イスラエル、62308、テル・アヴィヴ ベイニ・モウシー・ストリート、14 (72)発明者 ジャネット・エル・ブルックス アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ス タンフォード サンタ・フェ、817 (72)発明者 ケネス・エイ・フェスラー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ニーベイル ポーク・アベニュー、1134 (56)参考文献 特開 昭61−275607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−204520（ＪＰ，Ａ)
Claims (19)
- 【請求項１】環境の変化を遠隔的に感知するためのセン
サシステムであって、 パルスされた光学信号のソース（100）と、 前記光学信号のソース（100）に光学的に結合された、
入力バスである第１の光学導波体（102）と、 前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合され、特
定の環境条件を感知する第１のファイバ光学センサ（10
5）と、 前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合された第
２の光学導波体（110a）と、 前記第１のファイバ光学センサ（105）に光学的に結合
された第３の光学導波体（110b）と、 前記第２の光学導波体（110a）と前記第３の光学導波体
（110b）と前記第１のファイバ光学センサ（105）の部
分とで形成される第１の干渉計と、 前記第１の干渉計に光学的に結合され、前記第１の干渉
計（110a,110b,105）によって規定される光学経路長さ
の差と実質的に一致する光学経路長さの差を有する１対
の光学経路（206,208）を提供する第２の干渉計（200）
と、 前記ファイバ光学センサ（105）によって感知される環
境の変化を表わす前記第２の干渉計（200）からの光学
信号を検出する検出手段とを備えた、センサシステム。 - 【請求項２】前記第１のファイバ光学センサ（105）
は、環境に感受性のある導波体セグメントであり、前記
導波体セグメントは前記環境条件に応じて前記セグメン
トを伝播する光学信号に影響を及ぼす、特許請求の範囲
第１項に記載のセンサシステム。 - 【請求項３】前記環境に感受性のある導波体セグメント
は、前記第２および第３の導波体（110a,110b）の結合
位置の間に配置される、特許請求の範囲第２項に記載の
センサシステム。 - 【請求項４】前記第１の導波体（102）に結合された端
部から反対にある、前記第２および第３の導波体（110
a,110b）の端部間に延びるように光学的に結合された、
戻りバスである第４の光学導波体（114）をさらに備
え、かつ前記第１の干渉計（110a,110b,105）は、前記
第２の導波体（110a）を介する第１の光学経路と、前記
環境に感受性のある導波体セグメント（105）、前記第
３の導波体（110b）および前記第４の導波体（114）を
介する第２の光学経路とを規定する、特許請求の範囲第
３項に記載のセンサシステム。 - 【請求項５】前記第２の干渉計（200）内で組合された
光学信号は、環境に感受性のある導波体セグメント（10
5）を通って伝播されたただ１つの光学信号を含み、こ
れにより前記光学信号が前記環境に感受性のある導波体
セグメント（105）を通って伝播する際に前記光学信号
に影響を与えた環境条件を前記位相差出力信号に直接表
現させる、特許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれ
かに記載のセンサシステム。 - 【請求項６】前記パルスされた光学信号のソース（10
0）は、短コヒーレンス長の光源を含む、特許請求の範
囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のセンサシステ
ム。 - 【請求項７】前記パルスされた光学信号のソース（10
0）は、前記第１の干渉計のアームを通って伝播する光
学信号の最大時間差よりも大きい、２つの連続するパル
ス間の時間間隔を有するパルスされた光学信号を発生す
る、特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
載のセンサシステム。 - 【請求項８】前記パルスされた光学信号のソース（10
0）は、 連続波の光源（100）と、 前記連続波の光源（100）に結合されて、前記信号ソー
スからの第１の光学パルスに応答して前記第１の干渉計
（110a,110b,105）を介して発生した光学信号の、前記
第２の干渉計（200）に到達する最後の信号が、前記信
号ソースからの第２の光学パルスに応答して前記第１の
干渉計（110a,110b,105）を介して発生した光学信号
の、前記第２の干渉計（200）に到達する最初の信号か
ら、前記最後のおよび前記最初の信号が前記第２の干渉
計（200）において組合されるような大きさだけ間隔を
あけられた信号間隔を有するパルスされた光学信号を同
期的に発生し、これらの信号の間の位相差出力信号を獲
得しそして装置の動作における実質的に連続するデュー
ティサイクルを提供する光学ゲート（101）とを含む、
特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の
センサシステム。 - 【請求項９】前記第１の干渉計（110a,110b,105）は、
信号のソース（100）から単一の光学パルス信号（201）
を受取り、かつ光学パルス信号の対応する対（203）を
前記第２の干渉計（200）に与える、特許請求の範囲第
１項ないし第８項のいずれかに記載のセンサシステム。 - 【請求項１０】前記検出手段は、 前記第２の干渉計（200）に光学的に結合されて、前記
組合された光学信号の位相差に対応する出力を形成する
検出器（212）と、 前記出力を振幅変調して、出力のサインおよびコサイン
成分の両方を含む選択された高調波を有する第１の信号
を発生し、これにより、前記出力信号を分析し前記環境
に感受性のある導波体セグメントに影響を及ぼす環境の
変化を特定する回路（300,302,304）とをさらに含む、
特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の
センサシステム。 - 【請求項１１】前記検出手段は、 選択された変調周波数で位相変調信号を提供する信号発
生器（308）と、 前記信号発生器（308）に応答して、前記選択された変
調周波数で前記導波体の１つにおいて前記光学信号を位
相変調する位相変調器（310）とをさらに含み、 前記回路（300,302,304）は、前記選択された変調周波
数で前記出力を振幅変調するように機能する、特許請求
の範囲第10項に記載のセンサシステム。 - 【請求項１２】前記環境に感受性のある導波体セグメン
ト（105）は、前記第１の光学導波体（102）内に間隔を
あけた関係で位置づけられた複数個の感知領域（105）
をさらに含み、前記感知領域（105）の各々は環境の影
響に感受性があって、前記環境の影響に応答して前記感
知領域（105）内の伝播する光学信号に影響を与え、 前記第３の光学導波体は、複数個の光学導波体セグメン
ト（110）をさらに含み、前記光学導波体セグメントの
各々は一端において、他の光学導波体セグメント（11
0）から少なくとも１つの感知領域（105）だけ分離され
た位置で前記第１の光学導波体（102）に結合され、前
記光学導波体セグメント（110）の各々は、その他端に
おいて、前記第４の光学導波体（114）に結合され、こ
れにより光学導波体セグメント（110）の各隣接する対
はそれぞれ、前記第１および第２の光学経路の経路長さ
の差に実質的に一致する光学経路長さの差を規定する光
学干渉計の１対のアームの少なくとも１つの部分を含
み、これにより前記光学干渉計の各々からの光学信号
は、前記第２の光学干渉計（200）において、各干渉計
ごとに異なる時間で組合わされ、対応する干渉計の環境
に感受性のあるセグメント（105）に対する環境の影響
を表わす位相差信号を形成する、特許請求の範囲第４項
ないし第11項のいずれかに記載のセンサシステム。 - 【請求項１３】感知する干渉計の各々における１対の光
学経路間の経路長さの差は、補償する干渉計（200）に
おける１対の光学経路間の光学経路長さの差に実質的に
等しい、特許請求の範囲第12項に記載のセンサシステ
ム。 - 【請求項１４】環境の変化を遠隔的に感知するためのセ
ンサシステムであって、 パルスされた光学信号のソース（100）と、 前記光学信号のソース（100）に光学的に結合された、
入力バスである第１の光学導波体（102）と、 前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合され、特
定の環境条件を感知する環境に感受性のある導波体セグ
メント（224）と、 前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合された第
２の光学導波体（220a）と、 前記環境に感受性のある導波体セグメント（224）に光
学的に結合された第３の光学導波体（220b）と、 前記第２および第３の光学導波体（220a,220b）の各々
の他端に光学的に結合され、前記第２および第３の導波
体からの光学信号を前記第２および第３の光学導波体に
戻すように反射する手段（222）とを備え、これにより
前記第１および第２の導波体（102,220a）および関連す
る反射手段（222）は、前記第１の導波体（102）に反射
して戻されるまで、前記第１の光学導波体（102）から
前記第２の光学導波体（220a）へパルスされた光学信号
の一部分を伝える第１の光学信号経路を形成し、かつこ
れにより前記第１および第３の導波体（102,220b）およ
び関連する反射手段（222）は、前記感受性のある導波
体セグメント（224）を通って前記第１の導波体（102）
に反射して戻されるまで、前記環境に感受性のある導波
体セグメント（224）を介しかつ前記第３の導波体（220
b）内へ前記パルスされた光学信号の部分を伝える第２
の光学信号経路を形成し、前記第１の光学信号経路およ
び前記第２の光学信号経路は第１の干渉計を形成し、 前記反射されたパルスされた光学信号（203）の各々の
部分を伝える第３および第４の光学信号経路を規定する
導波体（206,208）を含む第２の干渉計（200）をさらに
備え、前記第３および第４の信号経路間の光学経路長さ
の差は、前記第１および第２の光学信号経路の間の光学
経路長さの差に実質的に等しく、これにより前記第１の
干渉計からのパルスされた光学信号は前記第２の干渉計
（200）においてコヒーレントに結合され、環境的に感
受性のある導波体セグメント（224）を通って伝播する
光学信号に影響を及ぼす環境の変化を表わす光学出力信
号を供給する、センサシステム。 - 【請求項１５】前記第１の干渉計（220a,220b）は、マ
イケルソン干渉計を規定するように構成され、かつ前記
第２の干渉計（200）はマッハーツェンダ干渉計を規定
するように構成される、特許請求の範囲第14項記載のセ
ンサシステム。 - 【請求項１６】前記第１の干渉計（225a,227a）は、前
記第２の光学導波体（225）を通って通過する第１の光
学経路と、前記環境に感受性のある導波体セグメント
（227）を通って通過する第２の光学経路とを規定する
少なくとも１つのマイケルソン干渉計を含み、前記光学
経路は前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合さ
れて、パルスされた光学信号（201）の少なくとも一部
分を受取り、かつ１対のパルスされた光学信号（205）
を前記第１の光学導波体（102）に戻し、かつ 前記第２の干渉計（200）は前記第１の導波体（102）か
ら前記１対のパルスされた光学信号（205）を受取るよ
うに光学的に結合され、前記第２の干渉計（200）は、
前記光学信号の対（205）の部分を伝えるための第３お
よび第４の光学信号経路を規定する導波体（206,208）
を含み、かつ前記第３および第４の信号経路間の光学経
路長さの差は、前記第１および第２の光学信号経路間の
光学経路長さの差に実質的に等しく、これにより前記第
１の干渉計からのパルスされた光学信号（205）は前記
第２の干渉計（200）においてコヒーレントに結合され
て、前記環境に感受性のある導波体セグメント（227）
を通って伝播する光学信号に影響を与える環境の変化を
表わす光学出力信号を供給する、特許請求の範囲第14項
に記載のセンサシステム。 - 【請求項１７】前記第２の干渉計は、マッハーツェンダ
干渉計を含む、特許請求の範囲第16項記載のセンサシス
テム。 - 【請求項１８】パルスされた光学信号のソース（100）
と、 複数の感知干渉計（109）とを備え、各感知干渉計は、
１対の光学経路（115,117）を規定し、かつ前記干渉計
の少なくとも一部分は、環境条件に応じて変化する光伝
達特性を有し、各前記感知干渉計は、ともに光学的に結
合されて梯子型回路網を形成する入力および出力端子を
有し、前記入力端子は前記パルスされた光学信号のソー
ス（100）に光学的に結合され、さらに 前記感知干渉計の前記出力端子に光学的に結合され、か
つその光学経路長さの差が、選択された感知干渉計にお
ける前記光学経路の対（115,117）の光学経路長さの差
に実質的に一致する一対の光学経路（206,208）を規定
し、これにより前記光学信号ソース（100）から前記感
知干渉計を介して伝達されるパルスされた光学信号（20
1）の部分は、前記選択された感知干渉計の光伝達特性
に変化を引起こす条件を表わす光学信号を提供する補償
干渉計（200）の出力（204）にコヒーレントに結合す
る、センサアレイ。 - 【請求項１９】環境の変化を遠隔的に感知する方法であ
って、 第１の光学導波体（102）にパルスされた光学信号を与
えるステップと、 前記第１の光学導波体（102）に光学的に結合されたフ
ァイバ光学センサ（105）によって特定の環境条件を感
知するステップとを備え、前記方法は、 第２の光学導波体（110a）を通って伝播する光学信号
と、前記ファイバ光学センサ（105）および第３の光学
導波体（110b）を通って伝播する光学信号とを組合せる
ステップを備え、前記ファイバ光学センサ（105）およ
び前記第２の光学導波体（110a）および前記第３の光学
導波体は第１の干渉計（110a,110b）を形成し、前記フ
ァイバ光学センサ（105）は前記第１の光学導波体（10
2）の部分を含み、 前記第１の干渉計によって規定される光学経路長さの差
に実質的に一致する光学経路長さの差を有する第２の干
渉計（200）を介して前記信号を通過させるステップ
と、 前記ファイバ光学センサ（105）によって感知された環
境の変化を表わす前記第２の干渉計からの光学信号を検
出するステップとをさらに備えることを特徴とする、感
知方法。
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