JPH01105122A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（ＲｏｂｅｒｔＣ，
Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ）等による「コヒーレントな１分
布センサおよび類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（Ｊａｎ
ｅｔ　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４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。

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。

光フア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。

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。

センナ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。

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、ウラ
タン、Ｂ、カルシヨーおよびり。

Ｅ、Ｎ、　デイビス（１，Ｐ、　Ｇ１１ｅｓ、　Ｄ、　
Ｕｔｔａｓ、　Ｂ。

Ｃｕ１ｓｈａｖ　Ｄ、Ｅ、Ｎ、　Ｄａｖｌｓ）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（Ｃｏｈｅｒ
ｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ−Ｆｉｂｒｅ　５ｅｎｓｏｒｓ　
Ｗｉｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｌａ５ｅｒＳｏｕｒｃ
ｅｓ　’　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）　、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ヘ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４
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。

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）　　ｒ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Ｊ　　（０ｐｔｉｃａｌＦｌｂ
ｒｅ　　　　Ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅｓ　　　　ｗｉｔｈ
　　　Ｄｏｗｎ　　　　！ｅａｄＩｎｓｅｎｓＩｔｌｖ
ｉｔｙ　）　、１．Ｅ、Ｅ、２２１　（Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　）　、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９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。

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大の差を有す
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
干渉計のアームは第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の干渉社内の第１およ
び第２の光経路間の光学経路長さの差が第２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。

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。

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ユ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先玉に環境情報を光学
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。

戻りバス上にマツハ−ツエ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。マツハ−ツエンダ干渉計の
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、マツハーツエン
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
デユ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、マツハ−ツエンダ干渉
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。

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。

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−度はソースから来るときに、−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ブラを用いるの
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。

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−塔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つのまわりの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ス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１ｃ
ｍ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
ヘテロゲ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。

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
サアレイシステムを含む。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長（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、 ■、は光フア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。

示された実施例において、光源１００はＡｆＬＧａＡｓ
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１０８ｍ、１０８ｂ、・・・１０８
ｎ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１
０８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節
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ｊｉ４，５３６，０５８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、＝４１０ｎの各々は第
１の端部が対応する光学的結合器１０８ａ　ｓ　１０８
　ｂ　ｓ・・・１０８ｎのボ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、トランスデユーサ
等の装置がシステム内の光ファイバと接続されることが
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１１
０として用いられることができる。

たとえば、光ファイバ１１０に音響トランスデユーサを
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１１
０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。

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１０
８ｇ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１
００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１１０
ｂから与え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１１０ｇからの出
力パルスが、光源１００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１１
４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ハス１
１４に沿ってマツハ−ツエンダ干渉計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２０
８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
２０８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２０
３からの第２のバ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２
０４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２１２が令達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
い実施例はアリシナ州フェニックスのモトローラ半導体
（ＭｏｔｏｒｏｌａＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）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。

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Ｊ　（Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　
ｆｏｒＡｃｃｕｒａｔｅ　Ｌｏｏｐ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｄ
ｅｔｅｒｍｌｎａｔｌｏｎ　ｉｎ　Ｐｉｂｅｒ−Ｏｐｔ
ｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒｓ　）と遅された、キム等の米国特許出願
連続番号不明（書類番号５ＴＡＮＦ、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
ア一ム上等に、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・夕の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テスム内に挿入される。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へ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１
０８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１こ、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１５
３ｂ内に形成されたそれぞれの弧状のスロワ）１５２ａ
および１５２ｂ内に接地される。素線１５０ａおよび１
５０ｂはクラッドが除去された素線め部分が密に間隔を
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
１５０ｂ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、入力ボ
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、入力ボート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、入力ボートＢまたは
入力ボート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
る光のビームがボートＡへの入力であるならば、ポート
ＡからポートＤに結合された光はボート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。

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、もし光がボート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、連続波光学レーザ等の光
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、１０
８ｂ。

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。

１１０Ｃ・・・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の紐間の部分は、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る光学構成要素
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、最初と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。

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１１
４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ツハ
−ツエンダ干渉計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、戻すバス１１４から干渉計２
００に伝達された近接した信号は混合されて結合器２０
４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バラメ
ーダ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２０
６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１０
１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１
０３を介して入力バス１０２に伝達される。光学信号２
０１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１
１４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２０
４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
ようにヘテロゲ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１
０７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、１
０９Ｃ％・・・１０９ｎで示されるようなマツハ−ツエ
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、多路１１０は第１の光学結合器１１１ａ、
１ｌｌｂ、１ｌｌｃ、＝４１１ｎと、第２の光学結合器
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ。

・・・１１３ｎとを含み、これらは干渉計１０９の第１
のアーム１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、　・Ａ１５ｎ
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１１７
ａ、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。

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
１０２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、２０５ｂ、２０５
ｃ、−”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。この位相差出力は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１
０９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。

多路１１０はそれ自身のマツハ−ツエンダ干渉計を含む
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路間の入力バス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２００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。

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図に示されんシステムは光源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を介して光フアイバ入力バス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１０４を介して結合されるように、戻りバス２０
７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ツハ−ツエンダ干渉
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
た以前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、１０８Ｃ１・・・
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。

２２０ｃ、・・・２２０ｎの第１の端部に接続されてい
る。光ファイバ２２０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２
２０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１１０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。各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１０
２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１０２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アイバ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
１０８ａｓ光フアイバ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、光フアイバ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２２
０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１０５の半分の長さなので、信号２
０３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２０
０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２
０４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個の近接した光フアイバ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
温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１０４を通るからである。結果として、第５図の実
施例は第３図に実施例に比較して性能において約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
感知マツハ−ツエ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
１００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の対応する干渉計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１０
８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、＝４０８ｎ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２２０ａｓ　２２０ｂｓ　２２０ｃ
、”・２２Ｏｎの端部に結合されるように接続されてい
る。光フアイバ２２０上には光学結合器２２１ａ、２２
１ｂ、２２１Ｃ５・・・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２
２７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、２２５ｂ、
２２５ｃ、−・・２２５ｎで例示されている。アーム２
２５および２２７の各々の他方の端部は反射ミラー２２
２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。

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２２７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図の対応するマツ
ハ−ツエンダ干渉計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１０２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器１０
８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２
０５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ツハ−ツエンダ干渉計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が他の光学カブラ１０８によってバス２０
８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、光学信号がそれを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、′Ｉ
ｉ／ｉ６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。その形状は上で述べられた形状
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。

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。

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２０
６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・　リ、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２０
０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１１
４上を戻る１対の信号２４１は結合器１１２８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。

位相差信号２４３は戻りバス１１４を介して検出器２１
２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。

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１１
４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。

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。

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。

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
を参照すると、もしも光がボートＡに与えられると、結
合係数はボートＤの電力のボート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。

第１図の実施例を例として用い、Ｎ個のセンサー１０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ｋ・　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。所与の光フア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
１１０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
両方で結合器工ないし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１０
８および１１２の両方について転送１−に、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。

る。Ｐｊヤ’戻すＪ、戻りと設定すると、結合器■Ｐ・ 数はｋｊ□　−ｋｊ　／１−ｋ）で関連づけられ、また
は同等に、以下で表わされる。

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ｋ。−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。

′　　　　　　　　　　　（４） ｋｊ″″　Ｎ−ｊｔｌ これは順に、総転送Ｐ・　　　／ＰａｎがすべてのＪ／
戻り センサについて、予想されたように同じであり、１／Ｎ
２に等しいことを意味する。１／Ｈ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ゲイン技術 信号のフェージングはすべてのマツハ−ツエンダ型セン
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。

従来のヘテロゲ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−Ｒｅａｄ１ｎｇ　Ａ１１−Ｆｌｂｅ
ｒ−ＯｐｔｌｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅ　’　、　０ｐｔ１
ｅａｌ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　、第９巻、３７８頁、１
９８４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転センサ」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
。

特に、工ないし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２
１２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１１０ｂ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１１
０ｃ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工ないし
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ＣＭＯ８４０６６
８ＦＥＴ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、工ないしＮのス
イッチはそのチャンネルの各々を介してローバス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３０４ａｓ・・・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、・・・３
０６ｎに電気的に接続され、特定の周波数でセンサ１０
５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ｆ、、、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３
１０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ｆ□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３
１０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ｆ、およびその高調波の成分を含
む。

囮弓［１◆ｃｏｓｃｈφ♂ｉｎ　ｗ、ｔ　”　Ａ＄ａｓ
ｉｎ　ｌＩＩ、ｔ　÷Δφ。）Ｊ＠　Ｃ〔１◆（、ｒ、
（ａ＋、）　＋　２ｊＩＪ２ｎ（４％）ｃｏｓ　２ｎａ
ＩＩＩＩ１．Ｊ　ｃｏｓ（Ａ−ｓｉｎ　ＩＩＩ！ｔ　＊
　６１）ここでＣは定数であり、 Ｊｏはベッセル関数のｎ番目のオーダを示し、Δφ□は
位相変調器３１０によるアーム２０６および２０８内の
光波の間の位相変調の振幅であり、 ω　−２πｆユ Δφ４は外部の音響信号によって発生された、アーム２
０６およびゼ０８内の光の波間の位相差の振幅であり、 ω　鱈２πｆＬ Δφ６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（Δφ、ｓ
ｉｎω、ｔ＋Δφｔ）および５ｉｎ（Δφ、ｓｉｎω、
ｔ＋ΔφＬ）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（Δφ
＆ｓｉｎω４　ｔ＋Δφ、）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２１
２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（ｆ、、
、）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１、ｆ、、、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　トウー　コミニケーシズリ−（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１９１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ｆ１．ｌ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
、ｆ、、ｌがｆ、　　（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ｆｆｆ、（変調周波数）が音響周波数（ｆｄＬ
）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２０４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２
１２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
た信号は工ないし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［ｎω７ｔ−
（Δφ１ｓｌｎω、１＋Δφ６）］ 変調のための適当な位相および振幅に関して、結合器２
０４内の波形間の三角法の関係のために、ｆｏ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、ｆｌｌｌｌ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２ω１に中心づけられ
たこのようなバンドパスフィルタかゲートの出力に置か
れ、かつ位相変調の振幅Δφ□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。

Ｖ（ｔ）＝　ｋ　＋１　（ＪＯ（Δ−）ｃｏｓ（２１，
１，！−Δ〜）ここでｋは特定の周波数でセンナ内に起
こる位相シフトの識別と評優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退散でセン
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つて測定され得る。代わりに、複雑
な信号についでは、ＦＭｆｉ調器が用いられ簿る。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ｎ
１定された信号を発生させるために覆分器も用いられ得
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と検出器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３０
４が検出器２１４から離れて位置づけられているならば
、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、ｆ□周波数で振幅変調されるように、周
波数ｆ、、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図の合成のへテ
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８２
０ｎｍの光を放出する日立　ＨＬＢ１４００を含む。こ
の光はレンズ４００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。

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のファイバ光学マツハ−ツエ
ンダ干渉計４１０を通って伝送される。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
は音響信号をシミエ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ア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。

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４２０は光学結合器４３６および４３８を含
み、干渉計４１０から受取られた光学信号を干渉計４２
０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
れる合成へテロダイン復調技術のためにおおよそ３０ｋ
Ｈｚ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４２
０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２３０ｎ　ｓ　ｅ　ｃ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、各マツハーツ
エ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１７−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はまたブラッグセル４０
４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４５２は信号パルス
のみを引き出すために、ブラッグセル４０４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３
００ｋＨｚ）ＡＣ増幅器４６０を通って、第８図のゲー
ト３０４に対応する電気ゲート４６２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４
４４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−）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Ｏ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４１
０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
学経路長さ差の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４０　Ｍ　ｒ　ａ　ｄ　／　Ｊπ７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。

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５７２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５７
６Ｃ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５７４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５７８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。

しかしながら、制御器は２個の４分の１波コイル５７８
ａ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。

この形状は制御器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成る応用にお
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。

要約 要約すれば、ここで述べられた発明は、随意には類コヒ
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、光学信号をペ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。

【図面の簡単な説明】

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
れたマツへ−ツエ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、ｌＯＯは光源、１０１は光学ゲート、３０
０はスイッチ、３０２は増幅器、３０４はゲート、３０
６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ＡＣ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。 特許出願人　ザφボード・オブψトラスティーズＦＩＧ
、　　１０　　　　　　　　信Ｊｊ　Ｍ　ｉ数（ｋＨｚ
）手続補正内（方式） １．事ｆｔの表示 昭和６２年特許願第１５７４４６号 ２、発明の名称 環境の変化を遠隔的に感知するための装置３、補正をす
る省 事件との関係　Ｖ？訂出出願 人　所　アメリカ合宿１η、ノｊリノオルニア州、スタ
ンフォード＜ＩＡ地なし〉 名　称　ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オブ・ザ
・レランド・スタンフォード・ジュニア・：Ｌニバーシ
ティ代表者　キャサリン・クー ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２Ｔｒ１１番２９５８　住友
銀行南森町ピル電話　大阪（０６）３６１−２０２１　
（代）６、補正の対象 願書の３．特許出願人の代表者の欄、図面企図、委任状
および訳文、法人・国籍・代表者資格証明ｍおよび訳文 ７、補正の内容 別紙のとおり。なお、図面は内容についての変更はあり
ません。 以　　上

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）環境の変化を遠隔的に感知するための装置であつ
   て、パルスされた光学信号のソースと、信号ソースに光
   学的に結合された第１の光学導波体と、第１の光学導波
   体に光学的に結合された環境に感受性のある導波体セグ
   メントとを含み、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前記感受性のあるセグメント内を伝
   搬する光学信号に影響を与え、第１の光学導波体に、第
   ２の光学導波体と環境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
   形成するような形状で、光学的に結合されている、第２
   の光学導波体と、前記第１の干渉計から光学信号を受取
   るために第１の不均衡の干渉計に光学的に結合された第
   ２の不均衡な干渉計とを含み、ここで第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、装置。
2. （２）環境に感受性のある導波体セグメントが第１の光
   学導波体の部分を含む、特許請求の範囲第１項に記載の
   環境の影響を遠隔的に感知するための装置。
3. （３）第１の干渉計が、環境に感受性のある導波体が第
   ２および第３の導波体の結合ロケーション間に位置づけ
   られるようなロケーションで第１の導波体に光学的に結
   合された、第３の光学導波体を含む、特許請求の範囲第
   ２項に記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装置
   。
4. （４）第１の導波体に結合された端部から反対にある、
   第２および第３の導波体の端部間に延びるように光学的
   に結合された第４の光学導波体をさらに含み、第１の干
   渉計が第２の導波体を通る第１の光学経路と、環境に感
   受性のある導波体セグメントおよび第３と第４の導波体
   とを通る第２の光学経路を規定する、特許請求の範囲第
   ３項に記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装置
   。
5. （５）第２の干渉計内で組合わ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を通って伝搬された光学
   信号の１つのみを含み、それによって位相差出力信号が
   、それが前記環境に感受性のある導波体セグメントを通
   って伝搬する際に前記光学信号に影響を与えた環境条件
   を直接表わす、特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
   ずれかに記載の環境の情況を遠隔的に感知するための装
   置。
6. （６）パルスされた光学信号のソースが短コヒーレンス
   長の光源を含む、特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれかに記載の環境の影響を遠隔的に感知するための
   装置。
7. （７）パルスされた光学信号のソースを制御して、前記
   信号ソースから第１の光学パルスによって発生された光
   学信号が前記信号ソースから第２の光学パルスによって
   発生された光学信号と第１の干渉計内で干渉しないよう
   にするための手段をさらに含む、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環境の影響を遠隔的に
   感知するための装置。
8. （８）前記パルスされた光学信号の発生を同期させて、
   第１のパルスされた光学信号から第２の干渉計に達する
   最後の信号が、第２のパルスされた光学信号から第２の
   干渉計に達する最初の信号と、前記最後および最初の信
   号が前記第２の干渉計内で組合わせされてそれらの信号
   間に位相差信号を獲得し、かつ装置の動作において実質
   的に連続したデューティサイクルを提供する量だけ間隔
   をあけられているような手段をさらに含む、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環境の影響
   を遠隔的に感知するための装置。
9. （９）第１の干渉計が信号ソースから単一の光学パルス
   信号を受取りかつ第２の干渉計に対応する１対の光学パ
   ルス信号を与える、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環境の影響を遠隔的に感知するため
   の装置。
10. （１０）第２の干渉計に光学的に結合されて、組合わさ
    れた光学信号の位相差に対応する出力を形成するための
    検出器と、 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
    すための回路（第８図）とをさらに含み、それによって
    環境に感受性のある導波体セグメントに影響を与える環
    境の影響を識別するための出力信号の分析を提供する、
    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
    環境条件を遠隔的に感知するための装置。
11. （１１）選択された変調周波数で位相変調信号を与える
    ための信号発生器と、信号発生器に応答して、選択され
    た変調周波数で前記導波体の１つで光学信号を位相変調
    するための位相変調器とをさらに含み、回路（第８図）
    が選択された変調周波数で出力の振幅変調をするように
    機能する、特許請求の範囲第１０項に記載の環境の条件
    を遠隔的に感知するための装置。
12. （１２）第１の光学導波体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をさらに含み、前記感知領
    域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内を伝搬する光学信号に影響
    を与え、 複数個の光学導波体セグメントをさらに含み、前記光学
    導波体セグメントの各々はその一方の端部で第１の光学
    導波体に、他の光学導波体セグメントから感知領域の少
    なくとも１つによって分離されたロケーションで結合さ
    れており、かつ前記光学導波体セグメントの各々はその
    他方の端部で第４の光学導波体に結合されており、それ
    によって光学導波体セグメントの近接した対の各々はそ
    れぞれ不均衡な光学干渉計の１対のアームの少なくとも
    一部をそれぞれ含んで光学経路長さの差を規定し、これ
    は第１と第２の光学経路の経路長さの差に実質的に整合
    し、そのため不均衡な光学干渉計の各々からの光学信号
    は各干渉計について異なった時間で、第２の光学干渉計
    内で組合わされて対応する不均衡な干渉計の環境に感受
    性のあるセグメント上の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
    ずれかに記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装
    置。
13. （１３）複数個のファイバ光学の感知干渉計をさらに含
    み、前記感知干渉計の各々は１対の光学経路を規定し、
    かつ前記干渉計の各々の少なくとも一部が環境条件に応
    答して変化する光伝送特性を有し、前記感知干渉計の各
    々が光学的に一緒に結合されてはしごネットワークを形
    成する入力および出力端子を有し、前記入力端子がパル
    スされた光学信号のソースに光学的に結合されており、
    第２の不均衡の干渉計が感知干渉計の出力端子に光学的
    に結合されてその光学経路長さの差が実質的に選択され
    た感知干渉計内の光学経路の対の光学経路長さの差と整
    合する１対の光学経路を規定する、少なくとも１つのフ
    ァイバ光学の補償干渉計を含み、センサシステムを通っ
    て光学信号ソースから伝達されたパルスされた光学信号
    の一部が補償干渉計の出力でコヒーレントに結合して前
    記選択された感知干渉計の光伝送特性に変化を引き起こ
    す条件を表わす光学信号を提供する、特許請求の範囲第
    １項ないし第１３項のいずれかに記載の環境の条件を遠
    隔的に感知するたの装置。
14. （１４）各感知干渉計内の光学経路の対の間の経路長さ
    の差が、補償干渉計内の光学経路の対の間の光学経路長
    さの差と実質的に等しい、特許請求の範囲第１３項に記
    載の分布センサシステム。
15. （１５）前記第２および第３の光学導波体の各々の他方
    の端部に光学的に結合されて前記第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の導波体に反射
    し返すための手段をさらに含み、それによって第１と第
    ２の導波体および関連の反射手段が第１の光学導波体か
    ら第２の光学導波体へのパルスされた光学信号を第１の
    導波体に反射し返されるまで保持する、第１の光学信号
    経路を形成し、かつ第１と第３の導波体および関連の反
    射手段が、環境に感受性のある導波体セグメントを通っ
    て第３の導波体へ、前記感受性のある導波体セグメント
    を通って第１の導波体まで反射し返されるまで、前記パ
    ルスされた光学信号の部分を保持する第２の光学信号経
    路を形成し、第２の干渉計が、第３および第４の光学信
    号経路を規定して前記反射されパルスされた光学信号の
    各々の部分を保持する導波体を含み、かつ第３および第
    ４の信号経路間の光学経路長さの差が第１および第２の
    光学信号経路間の光学経路長さの差と実質的に等しく、
    そのため第１の干渉計からのパルスされた光学信号が第
    ２の干渉計内でコヒーレントに結合されて、環境に感受
    性のある導波体セグメントを通って伝搬される光学信号
    に影響を与えた環境の影響を表わす光学出力信号を提供
    する、特許請求の範囲第３項に記載の環境の影響を遠隔
    的に感知するための装置。
16. （１６）第１の干渉計がマイケルソン干渉計を規定する
    ように形作られ、かつ第２の干渉計がマッハーツェンダ
    干渉計を規定するように形作られている、特許請求の範
    囲第１５項に記載の環境の影響を遠隔的に感知するため
    の装置。
17. （１７）パルスされた光学信号のソースが短コヒーレン
    ス長の光源を含む、特許請求の範囲第１５項または第１
    ６項に記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装置
    。
18. （１８）第１の不均衡な干渉計が少なくとも１個のマイ
    ケルソン干渉を含んで第２の光学導波体を通る第１の光
    学経路と環境に感受性のある導波体セグメントを通る第
    ２の光学経路とを規定し、この光学経路は随意に第１の
    光学導波体と結合されてパルスされた光学信号の少なく
    とも一部を受取りかつ１対のパルスされた光学信号を第
    １の光学導波体に戻し、さらに 第２の不均衡の干渉計が光学的に結合されて第１の導波
    体からの前記パルスされた光学信号の対を受取り、前記
    第２の干渉計が前記１対の光学信号の部分を保持するた
    めの第３および第４の光学信号経路を規定する導波体を
    含み、第３および第４の信号経路間の光学経路長さの差
    が第１および第２の光学信号経路の間の光学経路長さの
    差と実質的に等しく、それによって第１の経路からのパ
    ルスされた光学信号が第２の干渉計内でコヒーレントに
    結合されて、環境に感受性のある導波体セグメントを通
    って伝搬された光学信号に影響を与えた環境の影響を表
    わす光学出力信号を提供する、特許請求の範囲第１項に
    記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装置。
19. （１９）前記第２の干渉計がマッハーツェンダー干渉計
    を含む、特許請求の範囲第１８項に記載の分布センサシ
    ステム。
20. （２０）パルスされた光学信号のソースが短コヒーレン
    ス長の光源を含む、特許請求の範囲第１９項または第２
    ０項に記載の環境の影響を遠隔的に感知するための装置
    。