(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバリングに基づくセンサ用マルチ光路自己相関器であって、一つのワイドスペクトラムライトを提供する光源と、少なくとも一つの光ファイバセンサアレイと、一つの調節可能マルチビームジェネレータと、少なくとも一つの光ファイバリングと、少なくとも一つの光電測探機とを有し、
前記光ファイバセンサアレイはいくつかの端面切断が優れているセンサ光ファイバが次々と接続されることにより構成され、隣接する光ファイバの接続端面はオンライン部分の反射鏡を形成し、各部分の反射鏡はリファレンス光とセンサ光の一部を反射し、
前記調節可能マルチビームジェネレータは一つの固定アームと一つの調節可能アームとを有し、固定アームと調節可能アームとの間の光路差は調節可能であり、センサアレイの各センサの光路長とマッチし、
前記光ファイバリングはダブルビームまたはマルチビームジェネレータが生成した信号をセンサアレイに結合し、且つセンサアレイから返送された信号を光電測探機に結合し、
前記光電測探機は、干渉信号を検出するために光ファイバリングに接続され、
前記光ファイバセンサアレイは、Ｎ個の光ファイバセンサが次々と直列に接続されることにより構成され、隣接するセンサが接続される接続端にオンライン部分の反射鏡が形成され、
調節可能マルチビームジェネレータ（１１０）は、以下のような第一、第二、第三、第四の構造においての何れかの構造を採用し、
第一の構造：光ファイバリング共振空胴構造に基づいており、２×２光ファイバ方向性カプラ（１１６）と、第１の３ポート光ファイバリング（１１１）と、ＧＲＩＮレンズ（１１３）とスキャン反射鏡（１１５）からなり、第１の３ポート光ファイバカプラ（１１６）の第３のポート（１１６ｃ）と第４のポート（１１６ｄ）はそれぞれリング（１１１）の第１のポート（１１１ａ）と第３のポート（１１１ｃ）に接続され、光ファイバリングの第２のポート（１１１ｂ）はＧＲＩＮレンズ（１１３）に接続され、スキャン反射鏡（１１５）は一つのリニア変位台に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ（１１３）の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ（１１３）とスキャン反射鏡（１１５）との間に調節可能マッチ距離（１１４）が得られ、光ファイバカプラ（１１６）の第４のポート（１１６ｂ）は第２の３ポート光ファイバリング（１２０）の第１のポート（１２０ａ）に接続され、第２の３ポートリング（１２０）の第２のポート（１２０ｂ）は入力/出力光ファイバ（１３０）を通じて光ファイバセンサアレイ（１４０）に接続され、入力/出力光ファイバ（１３０）はリモートセンシング測定に用いられ、光電測探機（１５０）は、光ファイバセンサアレイ（１４０）からのセンサ光信号とリファレンス光信号を探測し、これらの光信号を電気信号に変換するため、光ファイバリング（１２０）の第３のポート（１２０ｃ）に接続されること、
第二の構造：調節可能マルチビームジェネレータ（２１０）は、光ファイバフィゾー干渉計構造に基づいており、一つのＧＲＩＮレンズ（２１３）と、一つのスキャン反射鏡（２１５）とを有し、４ポート光ファイバリング（２２０）の各ポートの接続方法は、第１のポート（２２０ａ）が光源（２００）に接続され、第２のポート（２２０ｂ）がマルチビームジェネレータ（２１０）のＧＲＩＮレンズ（２１３）に接続され、第３のポート（２２０ｃ）がインポート/アウトポート光ファイバ（２３０）を通じて光ファイバセンサアレイ（２４０）に接続され、第４のポート（２２０ｄ）が光電測探機（２５０）に接続され、前記ＧＲＩＮレンズ（２１３）の上表面は一定の反射率と透過率を有し、スキャン反射鏡（２１５）が一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ（２１３）の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ（２１３）とスキャン反射鏡（２１５）との間に一つの調節可能なマッチ距離（２１４）が得られること、
第三の構造：調節可能マルチビームジェネレータ（３１０）は光ファイバマッハ・ツェンダ干渉計構造に基づくものであり、第１の光ファイバカプラ（３１１）と、第２の光ファイバカプラ（３１７）と、第１の３ポート光ファイバリング（３１２）と、ＧＲＩＮレンズ（３１３）と、スキャン反射鏡（３１５）とを有し、第１の光ファイバカプラ（３１１）の第ｈの出力ポート（ｈ）は直接第２の光ファイバカプラ（３１７）の第ｉの入力ポート（ｉ）に接続され、一つの光路長固定アーム（３１６）を構成してセンサ光路の一部分となり、第１の光ファイバカプラ（３１１）のｂ出力ポート（ｂ）と第２の光ファイバカプラ（３１７）のｆ入力ポート（ｆ）はそれぞれ光ファイバリング（３１２）のｃポート（ｃ）とｅポート（ｅ）に接続されてリファレンス光路の一部分となり、光ファイバリング（３１２）のｄポート（ｄ）はＧＲＩＮレンズ（３１３）に接続され、スキャン反射鏡（３１５）から反射してきた光信号を受信し、スキャン反射鏡（３１５）が一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ（３１３）の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ（３１３）とスキャン反射鏡（３１５）との間に一つの調節可能なマッチ距離（３１４）が得られ、第２の光ファイバカプラ（３１７）のｇ出力ポート（ｇ）とｊ出力ポート（ｊ）はそれぞれ第２の光ファイバリング（３２１）と第３の光ファイバリング（３２２）のａ入力ポート（３２１ａ，３２２ａ）に接続され、第２の光ファイバリング（３２１）と第３の光ファイバリング（３２２）のｂポート（３２１ｂ，３２２ｂ）はそれぞれ二本のインポート/アウトポート光ファイバ（３３１，３３２）を通じて二つのセンサアレイ（３４１，３４２）に接続され、光電測探機（３５１，３５２）はそれぞれ第２の光ファイバリング（３２１）と第３の光ファイバリング（３２２）のｃポート（３２１ｃ，３２２ｃ）に接続されること、
第四の構造：調節可能マルチビームジェネレータ（４１０）は、光ファイバマイケルソン干渉計構造に基づいており、光ファイバカプラ（４１１）と、固定反射鏡（４１２）と、ＧＲＩＮレンズ（４１３）と、スキャン反射鏡（４１５）とを有し、光ファイバカプラ（４１１）のｃポート（４１１ｃ）の端面に反射鏡（４１２）を貼り付け、固定光路長を有するセンサアームの一部とし、リファレンスアームの一部分として、光ファイバカプラ（４１１）のｄポート（４１１ｄ）の端面にスキャン反射鏡（４１５）が反射する光信号を受信するためにＧＲＩＮレンズ（４１３）を接続し、スキャン反射鏡（４１５）が一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ（４１３）の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ（４１３）とスキャン反射鏡（４１５）との間に調節可能マッチ距離（４１４）が得られ、光ファイバカプラ（４１１）のｂポート（４１１ｂ）は光ファイバリング（４２０）のａポート（４２０ａ）に接続され、光ファイバリング（４２０）のｂポート（４２０ｂ）はインポート/アウトポート光ファイバ（４３０）を通じてセンサアレイ（４４０）に接続され、光電測探機（４５０）は、光ファイバリング（４２０）のｃポート（４２０ｃ）に接続され、光源（４００）は光ファイバアイソレータ（４０１）を通じて光ファイバカプラ（４１１）に接続され、前記光ファイバアイソレータに替えて光ファイバリングを使用し、前記光ファイバリングはインポート／アウトポート光ファイバを通じてもう一つの光ファイバセンサアレイに接続されること、
を特徴とする光ファイバリングに基づくセンサ用マルチ光路自己相関器。
【請求項２】
調節可能マルチビームジェネレータ（１１０）は、前記第四の構造であり、二つのスターカプラ（７２１，７２２）を使用してＭ×Ｎセンサマトリックスを形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバリングに基づくセンサ用マルチ光路自己相関器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ分野の自己相関器に関し、特に応力、ひずみ、温度など、絶対光路長の変化をもたらす分散型測定設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイドスペクトラムライト（Ｗｉｄｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｌｉｇｈｔ）を光源とし、光ファイバを伝送媒体とする干渉計を白光光ファイバ干渉計という。従来の光ファイバ白光干渉計は、通常、一つのセンサアームと一つの調節可能なリファレンスアームを有し、センサアームとリファレンスアームに沿って伝送した信号は光電測探機によって探測される。センサアームとリファレンスアームの光路差が光源の相関長より小さい場合は、双方パスの信号は干渉を起こす。白光干渉縞の特徴は、中心縞という一つのメイン最大値を有し、リファレンス光と測定光の光路長が絶対的に同一である場合に対応し、この場合を「リファレンス光と測定光の光路長がマッチする」という。測定アームの光路長が変化したとき、光ファイバ遅延線の遅延量を変更することによって、リファレンス信号の光路長を変更させ、中心干渉縞を取得することができる。中心縞の位置は測定に的確な絶対位置の参考を提供し、測定光が外部の測定すべき物理量の影響のもとでその光路長が変化した場合にリファレンスアームの光路長を調整さえすれば、白光干渉縞の位置の変化を得ることができ、これにより測定される物理量の絶対変化値を取得することができる。他の光ファイバ干渉計と比べ、光ファイバ白光干渉は高感度、本質的安全、耐磁界干渉などの利点の他に、応力、ひずみ、温度などの測定すべき量を絶対測定できることが最大の特徴である。したがって、白光干渉性光ファイバ干渉計は、物理量、機械量、環境量、化学量、生物医学量の測定に広く応用されている。
【０００３】
実際の応用において、特に建築構造の監視測定において、通常は建築構造に対して長距離、多地点の準分散式測定を行う必要があるため、光ファイバセンサに比較的長いゲージ長が必要となる。しかしながら、従来の光ファイバ白光干渉計の構造については、センサ光ファイバのゲージ長はリファレンスアームにおける調節可能な距離範囲の制限を受ける。また、長距離の調節可能範囲を得られたとしても、光信号の長距離のスペース光路での伝送ロスもかなり大きい。
【０００４】
以上の問題を解決するために、一連の端面切断が優れている短距離光ファイバを一つの長距離の光ファイバアレイに多重させることができる。センサアレイにおいて、各センサは次々と接続され、隣接するセンサの接続端面は反射鏡の一部を構成し、隣接反射鏡が反射した信号の間に干渉が起きる。
【０００５】
１９９５年に米国Ｈ−Ｐ社Ｗａｙｎｅ  Ｖ．ＳｏｒｉｎとＤｏｕｇｌａｓ  Ｍ．Ｂａｎｅｙは光路長自己相関器に基づく白光干渉センサの多重方法（米国特許：特許番号５５５７４０）を公開し、マイケルソン干渉計の構造を基に、光信号がマイケルソン干渉計の固定アームと可変スキャンアームとの間に形成する光路差と光ファイバセンサの前後両端面の反射光信号の光路差とのマッチを利用して光路長自己相関を実現し、当該センサの白光干渉信号を獲得し、更にスキャンアームと固定アームとの間の光路差の大きさを変化させて、複数の次々と接続された直列光ファイバセンサアレイにおけるそれぞれのセンサの一つずつのマッチを利用して、光ファイバセンサのマルチパス多重を完了させる。
【０００６】
また、出願人が２００７年と２００８年に公開した低コヒーレントねじれサニャック光ファイバ変形センサ装置（中国特許出願番号：２００７１００７２３５０．９）と空間分割多重マッハ・ツェンダカスケード式光ファイバ干渉計及び測定方法（中国特許出願番号：２００８１０１３６８２４．６）は主に光ファイバセンサの多重アレイのレイアウト過程において耐破壊の問題を解決するためのものであり、出願人が２００８年に公開した光ファイバマッハ・ツェンダとマイケルソン干渉計アレイの組み合わせ測定計（中国特許出願番号２００８１０１３６８１９．５）とツインアレイマイケルソン光ファイバ白光干渉ひずみ計（中国特許出願番号：２００８１０１３６８２０．８）は主に白光光ファイバ干渉計のマルチパス多重において温度が測定に対する干渉及び温度とひずみを同時に測定する問題を解決するためのものであり、出願人が２００８年に公開した簡易型マルチパス多重白光干渉光ファイバセンサ復調装置（中国特許出願番号：２００８１０１３６８２６．５）と調節可能Ｆａｂｒｙ−ｐｅｒｏｔ共振空胴に基づく分散型光ファイバ白光干渉センサアレイ（中国特許出願番号：２００８１０１３６８３３．５）はリング空胴、Ｆ−Ｐ空胴光路長自己相関器を導入し、主にマルチパス多重干渉計の位相構造を簡易化させ、共通光路を構成し、温度安定性を向上させるものであり、出願人が２００８年に公開した二重基準長低コヒーレント光ファイバリングネットワークセンサ復調装置（中国特許出願番号：２００８１０１３６８３３．５）は４×４光ファイバカプラ光路長自己相関器を導入し、多基準長センサの同時測定問題を解決することを目的とする。
【０００７】
しかしながら、上記の空間分割多重に基づく干渉計構造において、光源パワーの減衰が大きく、光源利用率が低く、光源により発せられる光はごくわずかな一部のみセンサアレイに到達し、測探機によって受信され干渉パターンを形成する。前記のＷ．Ｖ．Ｓｏｒｉｎが公開した光路構造では、センサアレイが反射した光信号が光ファイバカプラを通過するとき、半分の光のみがマイケルソン自己相関器に入り、もう半分の光は光源に接続された光路に沿ってロスしてしまう。また、マイケルソン自己相関器に入った光は、反射鏡によって反射された後、カプラ２を経由するときには、半分の光のみが光電測探機に入り、もう半分はカプラにフィードバックされる。したがって、このような構造は最大で１／４の光源パワーのみがセンサ過程に資する。一つだけのセンサアレイを含む場合、カプラのもう一つの出力ポートは使用されず、よって更に１／２の光パワーがロスし、光源の総使用率は最大で１／８となる。また、カプラによってフィードバックされた光は直接光源に入り、使用する光源類型はワイドスペクトラムライトであるが、レーザー光源に比べてフィードバックに対してあまり敏感ではなく、かといって大きすぎるフィードバック信号パワーでフィードバックをすると、特にＳＬＤやＡＳＥなどの自発放射ゲインが比較的大きな光源の場合は、フィードバック光は光源の共振を招いてしまう。
【０００８】
いかなるセンサシステムにおいても、直接センサシステムの多重能力に影響するため、光源の有効利用率は重要なパラメータである。したがって、白光干渉に基づくセンサシステムの光源利用率は、実際応用において、重要な役割を果たしている。光源の利用率を３ｄＢ向上させた場合、同一の光源出力パワーの条件のもとで、センサシステムの多重できるセンサの数量は約倍増する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、多地点のひずみまたは変形などの物理量のオンラインリアルタイムのモニタリングと測定を実現し、複数のセンサが一本の光ファイバにおいて多重する場合に、光源パワーロスが大きく、効率が低く、光路において光源フィードバック光が存在することに起因して、測定精度が悪化するなどの問題を解決するため、システムの安定性を向上させる光ファイバリングに基づくセンサ用マルチ光路自己相関器を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の目的は以下の方法で実現する。
【００１１】
本発明における光ファイバリングに基づくセンサ用マルチ光路自己相関器は、少なくとも一つの光ファイバセンサアレイと、一つのダブルビームまたはマルチビームジェネレータと、少なくとも一つの光ファイバリングと、少なくとも一つの光電測探機とが接続して構成され、
前記光ファイバセンサアレイはいくつかの端面切断が優れているセンサ光ファイバが次々と接続されることにより構成され、隣接する光ファイバの接続端面はオンライン部分の反射鏡を形成し、各部分の反射鏡はリファレンス光とセンサ光の一部を反射し、
前記ダブルビームまたはマルチビームジェネレータは一つの固定アームと一つの調節可能アームとを有し、固定アームと調節可能アームとの間の光路差は調節可能であり、センサアレイの各センサの光路長とマッチし、
前記光ファイバリングはダブルビームまたはマルチビームジェネレータが生成した信号をセンサアレイに結合し、且つセンサアレイから返送された信号を光電測探機に結合し、
前記光電測探機は、干渉信号を検出するために光ファイバリングに接続される。
【００１２】
本発明はいくつかの光ファイバセンサを一つまたは複数のセンサアレイに多重して実現する。隣接する二つのセンサの接続端面は一つの部分の反射鏡を構成する。光源から発せられるワイドスペクトラムライトはマルチビームジェネレータを介して、二パスに別かれ、第１パスは固定光路長を有し、第２パスは光路長が調節可能な遅延線を有する。二パスの光信号は同一の伝送パスに沿って、３ポート光ファイバリングを介して光ファイバセンサアレイに入り、順次光ファイバセンサアレイの各反射鏡によって反射されたあと、再び光ファイバリングを介して光電測探機によって探測される。
【００１３】
本発明のもっとも基本的な構成は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）または自然放射増幅光（ＡＳＥ）でもよい一つのワイドスペクトラム光源と、リファレンス信号とセンサ信号との間に各センサのゲージ長とマッチされた調節可能遅延を発生させるための位置が調節可能なスキャン反射鏡を有する調節可能マルチビームジェネレータと、光源出力光パワーの有効利用率を向上させることにより、センサシステムの多重能力を向上させるための一つまたは複数の光ファイバリングと、長さが数キロメートルに至り、または更に長くてもよい、リモートセンシング測定に用いられる入力／出力光ファイバと、いくつかの端面切断が優れ、一定の反射率を有する光ファイバが次々と接続されることにより構成され、隣接する二つの光ファイバの接続端面には一つの部分の反射鏡が形成される一つまたは複数の光ファイバセンサアレイと、干渉信号を検出するための一つまたは複数の光電測探機とを有する。
【００１４】
実際の応用では、マルチビームジェネレータの遅延線光路長とセンサアレイの一つのセンサの光路長がマッチした場合、光電測探機は干渉信号を検出する。スキャン反射鏡の位置はセンサのゲージ長と関係する。スキャン反射鏡の位置を調節することによって、遅延線の光路長を変化させ、遅延線を各センサの光路長とそれぞれマッチさせることができる。光ファイバセンサの長さが互いに少し異なる場合は、各干渉縞の位置は唯一の光ファイバセンサに対応する。
【００１５】
従来技術と比べ、本発明の特徴は主に以下のように現される。
１．光ファイバリングを導入することにより、光源出力パワーの有効利用率を向上させ、これによりセンサシステムの多重能力を向上させる。
２．一方向伝送の光路構造を構成し、ビームが光源にフィードバックすることを防止し、測定システムの安定性と信頼性を向上させる。
３．完全共通光路構造を構成し、マルチスケール準分散式完全共通光路の光路長マッチを実現し、光路がシステム探測に対する影響を減少させる。
【００１６】
本発明は多地点ひずみまたは変形などの物理量のオンラインアルタイムのモニタリングまたは測定を実現し、複数のセンサが一本の光ファイバにおいて多重する場合に、光源パワーロスが大きく、効率が低く、光路において光源フィードバック光が存在し、測定精度が悪化するなどの問題を解決し、システムの安定性を向上させる。光路差が調節可能なダブルビームまたはマルチビームジェネレータを採用すれば、リファレンス光路とセンサ光路との間に取り入れた光路遅延により、二つまたは複数の光路差が調節可能なクエリービーム（Ｑｕｅｒｙ  Ｂｅａｍ）を生成する。これらの異なるクエリービームの光路差がいずれかの光ファイバセンサの前後二つの端面間の光路長が同一であるとき、低コヒーレント光の干渉を実現することができ、光ファイバセンサアレイまたはネットワークの分散式白光干渉ひずみセンサシステムの構成に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光ファイバリングに基づく自己相関器の装置構造模式図であり、少なくとも一つの光学遅延線を生成するための一つの光ファイバリング共振空胴を有する。
【図２】本発明の一つの光ファイバリングに基づく自己相関器の干渉信号の模式図であり、前記自己相関器のセンサアレイは六つの光ファイバセンサを有する。
【図３】本発明の光ファイバリングに基づく自己相関器のもう一つの装置構造模式図であり、一つの光学遅延線を生成するための一つの光ファイバフィゾー干渉計を有する。
【図４】本発明の光ファイバリングに基づく自己相関器のもう一つの装置構造模式図であり、マッハ・ツェンダ干渉計を用いて一つの光路差遅延線を生成し、固定光路長を有する信号のパスと調節可能光路長の信号パスとを有する。マッハ・ツェンダ干渉計における第二の光ファイバカプラは光路長遅延を二パスに分け、各パスは一つの光ファイバセンサアレイに接続される。
【図５（ａ−ｄ）】本発明の光ファイバリングに基づく自己相関器のもう一つの装置構造模式図であり、一つのマイケルソン干渉計を用いて一つの光路差遅延線を生成し、固定光路長を有する信号のパスと調節可能光路長の信号パスとを有する。図５（ａ）は一つの光ファイバセンサアレイのみ有し、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す装置の改良であり、二つの３ポート光ファイバリングを追加して、二つの光ファイバセンサアレイを構成することによって装置の多重能力を高め、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示す装置の一つの変形であり、図５（ｂ）の二つの３ポート光ファイバリングに替えて、一つの４ポート光ファイバリングを使用し、図５（ｄ）は図５（ｂ）に示す装置の拡張であり、二つの１×Ｎ光ファイバスターカプラと、いくつかの光ファイバリングと、光電測探機とによって一つの準分散式測定のための光ファイバセンサマトリックスを構成する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面と共に、例を用いて本発明を更に詳しく説明する。
【００１９】
本発明の具体的な実施例は、光ファイバリングに基づき、建築構造の材料と幾何特性の分散式リアルタイムモニタリングと測定に用いられ、一つのダブルビームまたはマルチビームジェネレータと少なくとも一つの光ファイバセンサアレイを有する。マルチビームジェネレータは、固定光路長を有するセンサ信号と調節可能遅延線を有するリファレンス信号を発生させるために用いられる。マルチビームジェネレータは異なる構造を有してもよいが、少なくとも一つの光路長固定アームと一つの光路長調節可能アームと、を有していなければならず、光路長調節可能アームは光ファイバ端に接続された屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズと一つのリニア変位台に取り付けられたスキャン反射鏡によって構成する。スキャン反射鏡は光路長固定アームと光路長調節可能アームとの間の光路差を調節するために用いられ、各光ファイバセンサの光路長とマッチさせる。
【００２０】
本発明に記載する装置において、各光ファイバセンサは実質的には一つの端面切断が優れている光ファイバである。各センサアレイはいくつかの光ファイバが次々と接続されることにより構成され、隣接する二つの光ファイバの間の接続端には一つの部分の反射鏡が形成され、これにより光ファイバに沿って一連の相互に平行なオンライン反射鏡が構成される。センサアレイにおいて伝送される信号の減衰が速くなるのを防止するため、反射鏡の反射率はとても小さい。リファレンス信号、センサ信号は共にセンサアレイに沿って伝送され、且つ各反射鏡で一部の信号が反射される。反射された信号は同じパスに沿って後戻りし、光ファイバリングを介して光電測探機に到達する。センサアレイのいずれかのセンサの近端の反射鏡が反射したリファレンス信号の光路長と同一のセンサの遠端の反射鏡が反射したセンサ信号の光路長が等しいとき、測探機端で干渉信号が生じる。スキャン反射鏡の位置を用いて干渉縞の位置を示し、光ファイバのゲージ長に対応する。したがって、干渉縞をモニタリングすることで、いかなる光ファイバセンサの光路長を変化させる物理量も測定することができる。
【００２１】
注意すべきことは、センサアレイにおいて、すべての光ファイバセンサの長さはほぼ同一だが、相互に微差がある。更に注意すべきことは、本発明に記載する装置において、光ファイバ方向性カプラに替えて、光ファイバリングを使用することは、光源出力光パワーの有効利用率を大きく改善することができ、センサシステムの多重能力を向上させる。
【００２２】
具体的な実施例１
【００２３】
図１を用いて本実施例を説明する。調節可能マルチビームジェネレータ１１０は、光ファイバリング共振空胴構造に基づいており、２×２光ファイバ方向性カプラ１１６と、３ポート光ファイバリング１１１と、ＧＲＩＮレンズ１１３と、スキャン反射鏡１１５とからなる。光ファイバカプラ１１６の二つのポート１１６ｃと１１６ｄはそれぞれリング１１１の二つのポート１１１ａと１１１ｃに接続される。リングの第３のポート１１１ｂはＧＲＩＮレンズ１１３に接続される。スキャン反射鏡１１５が一つのリニア変位台に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ１１３の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ１１３とスキャン反射鏡１１５との間に調節可能マッチ距離１１４が得られる。光ファイバカプラ１１６のポート１１６ｂはもう一つの３ポート光ファイバリング１２０のポート１２０ａに接続され、リング１２０のもう一つのポート１２０ｂは入力/出力光ファイバ１３０を通じて光ファイバセンサアレイ１４０に接続される。入力/出力光ファイバ１３０は数キロメートルに至り、または更に長くてもよく、リモートセンシング測定に用いられる。光ファイバセンサアレイ１４０は、Ｎ個の光ファイバセンサＳ１―Ｓｎが次々と直列に接続されることにより構成され、隣接するセンサが接続される接続端にオンライン部分の反射鏡Ｒ０―Ｒｎが形成される。センサアレイにおいて伝送される信号の減衰が速すぎないようにするため、反射鏡Ｒ０―Ｒｎの反射率はとても小さい。すべての光ファイバセンサＳ１―Ｓｎの長さはほぼ同一だが、相互に微差がある。光電測探機１５０は、光ファイバセンサアレイ１４０からのセンサ光信号とリファレンス光信号を探測し、これらの光信号を電気信号に変換するため、光ファイバリング１２０の第３のポート１２０ｃに接続される。
【００２４】
実際の応用において、光源１００（一般的にはＳＬＤ）が発するワイドスペクトラムライトがマルチビームジェネレータ１１０に入った後、光ファイバ方向性カプラ１１６によって二ビームに分けられ、一ビームはセンサ光として直接光ファイバリング１２０を通じて光ファイバセンサアレイ１４０に入り、マルチビームジェネレータ１１０を通過する伝送パスは１１６ａ−１１６ｂであり、もう一つのビームはリファレンス光として、光ファイバリング１１１を通過した後、スキャン反射鏡１１５によって反射され、反射された光は再び光ファイバリング１１１を介して光ファイバカプラ１１６の入力端に戻り、これにより光ファイバリング共振空胴に基づく遅延線が形成される。遅延したリファレンス信号は再び光ファイバカプラ１１６によって二ビームに分けられ、一ビームはポート１１６ｃを通じて光ファイバリング１２０に入り、もう一つのビームはポート１１６ｃを通じてリング１１１に入り、反射されるプロセスを繰り返す。反射鏡１１５によって一回反射されたリファレンス光の伝送パスは１１６ａ−１１６ｃ−１１１ａ−１１１ｂ−１１５−１１１ｂ−１１１ｃ−１１６ｄ−１１６ｂであり、反射鏡１１５によって二回反射されたリファレンス光の伝送パスは１１６ａ−１１６ｃ−１１１ａ−１１１ｂ−１１５−１１１ｂ−１１１ｃ−１１６ｄ−１１６ｃ−１１１ａ−１１１ｂ−１１５−１１１ｂ−１１１ｃ−１１６ｄ−１１６ｂであり、同じように類推していく。以上から、マルチビームジェネレータ１１０が発した隣接する二ビームの光信号の光路遅延は１１６ｃ−１１１ａ−１１１ｂ−１１５−１１１ｂ−１１１ｃ−１１６ｄであることが分かる。センサアレイ１４０において伝送されるセンサ光とリファレンス光は各センサＳ１―Ｓｎの両端の部分の反射鏡Ｒ０―Ｒｎに反射され、反射光は同一の光路に沿って光ファイバリング１２０を介して光電測探機１５０に入る。
【００２５】
説明の便宜のため、光ファイバセンサＳ１の光路長をＬ１とし、光ファイバセンサＳ２の光路長をＬ２とし、同じように類推して、センサＳｎの光路長をＬｎとする。センサＳｊを例にとると、一部分のリファレンス光はＳｊの近端にある反射鏡Ｒｊ−１によって反射された後、光電測探機１５０に入り、一部分のセンサ光もＳｊの遠端にある反射鏡Ｒｊによって反射された後、光電測探機に入る。測探機に到達したリファレンス光とセンサ光の間の光路差が光源１００のコヒーレンス長より小さい場合、即ちマルチビームジェネレータ１１０の光路遅延１１６ｃ−１１１ａ−１１１ｂ−１１５−１１１ｂ−１１１ｃ−１１６ｄとセンサＳｊの光路長Ｌｊとの差が光源１００のコヒーレンス長より小さい場合、この二つのパスの光信号は干渉が発生する。同じく、マルチビームジェネレータ１１０の光路長遅延がもう一つのセンサＳｊ＋ｋの光路長Ｌｊ＋ｋと等しくなるようにスキャン反射鏡１１５の位置を調整した場合、測探機１１５でもう一つの干渉パターンが得られる。干渉縞の中央縞の振幅が最大であり、リファレンス光とセンサ光との間の光路長の絶対的同一に対応する。したがって、干渉縞の位置と光ファイバセンサゲージ長の間に直接な対応関係を築くことができる。センサアレイ１４０における各センサのゲージ長が互いに異なる場合、各センサは唯一の干渉パターンに対応し、これにより異なるセンサからの信号を区別することができる。
【００２６】
図２は本発明の一つの光ファイバリングに基づく自己相関器の干渉信号である。前記の自己相関器のセンサアレイは六つの光ファイバセンサを有し、センサのゲージ長はＬ１＜Ｌ２＜・・・＜Ｌ６を満たす。
【００２７】
注意すべきことは、マルチビームジェネレータ１１０において、調節可能なリファレンス光路の固定長さは各光ファイバセンサゲージ長の最小値よりやや小さく、且つスキャン反射鏡１１５の調節可能範囲はセンサの最大ゲージ長と最小ゲージ長の差よりやや大きい。更に注意すべきことは、異なるセンサに対応する干渉縞が重ならないようにするため、光ファイバセンサゲージ長の間の最小長さの差はこの二つのセンサの最大変形量に光源１００のコヒーレンス長の二倍を加えたものより大きい。
【００２８】
具体的な実施例２
【００２９】
図３を用いて、建築構造の材料と幾何特性の変化を測定するための本実施例を説明する。調節可能マルチビームジェネレータ２１０は、光ファイバフィゾー干渉計構造に基づいており、一つのＧＲＩＮレンズ２１３と、一つのスキャン反射鏡２１５とを有する。４ポート光ファイバリング２２０の各ポートの接続方法は以下のとおりであり、即ちポート２２０ａは光源２００に接続され、ポート２２０ｂはマルチビームジェネレータ２１０におけるＧＲＩＮレンズ２１３に接続され、ポート２２０ｃはインポート/アウトポート光ファイバ２３０を通じて光ファイバセンサアレイ２４０に接続され、ポート２２０ｄは光電測探機２５０に接続される。前記ＧＲＩＮレンズ２１３の上表面は一定の反射率と透過率を有し、且つ反射率と透過率は需要に基づき選択することができる。スキャン反射鏡２１３は一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ２１３の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ２１３とスキャン反射鏡２１５との間に一つの調節可能なマッチ距離２１４が得られる。光ファイバセンサアレイ２４０はＮ個の光ファイバセンサＳ１−Ｓｎが次々と直列に接続されることにより構成され、隣接するセンサが接続される接続端でオンライン部分の反射鏡Ｒ０−Ｒｎが形成される。センサアレイにおいて伝送される信号の減衰が速すぎないようにするため、反射鏡Ｒ０―Ｒｎの反射率はとても小さい。前記の光ファイバセンサＳ１−Ｓｎはいくつかの端面切断が優れ、一定の反射率を有する光ファイバであり、各光ファイバの長さは互いに異なるが、ほとんど同一である。
【００３０】
実際の応用において、光源２００（一般的にはＳＬＤ）が発するワイドスペクトラムライトは、リング２２０のポート２２０ａと２２０ｂを通じてマルチビームジェネレータ２１０に入り、ＧＲＩＮレンズ２１３によって二ビームに分けられ、一ビームはセンサ信号として、ＧＲＩＮレンズの上表面に反射され、リング２２０のポート２２０ｂと２２０ｃを介してインポート/アウトポート光ファイバ２３０に入り、もう一つのビームはリファレンス信号として、ＧＲＩＮレンズ２１３を通り抜けてスキャン反射鏡２１５に反射された後、ＧＲＩＮレンズ２１３に戻り、且つＧＲＩＮレンズ２１３の上面でまた二ビームに分けられ、そのうちの一ビームはＧＲＩＮレンズ２１３を通り抜けてリング２２０のポート２２０ａと２２０ｂを介してインポート/アウトポート光ファイバ２３０に入り、もう一つの部分の光はＧＲＩＮレンズ２１３の上表面に反射された後、再びスキャン反射鏡２１５に到着し、もう一度反射された後、ＧＲＩＮレンズ２１３に到着し、同じように類推していき、一連の同じ光路差を有する信号が発生する。スキャン反射鏡２１５に一回反射された光と直接ＧＲＩＮレンズ２１３に反射された光との間の光路差は２Ｘ（Ｘは調節可能間隔２１４の光路差）であり、スキャン反射鏡２１５に二回反射された光と一回反射された光との間の光路差も２Ｘであり、同じように類推していき、スキャン反射鏡２１５にｋ＋１回反射された光とｋ回反射された光との間の光路差も２Ｘである。光路差２Ｘの大きさはスキャン反射鏡２１５の位置を調節することによって変化させることができる。
【００３１】
図１に記載する説明と同じように、光ファイバセンサＳ１の光路長をＬ１とし、光ファイバセンサＳ２の光路長をＬ２とし、同じように類推して、センサＳｎの光路長をＬｎとする。同じようにセンサＳｊを例にとると、一部分のリファレンス光はＳｊの近端にある反射鏡Ｒｊ−１によって反射された後、光電測探機２５０に入り、一部分のセンサ光もＳｊの遠端にある反射鏡Ｒｊによって反射された後、光電測探機２５０に入る。測探機２５０に到着するリファレンス光とセンサ光との間の光路差が光源２００のコヒーレンス長より小さい場合、即ちマルチビームジェネレータ２１０において調節可能光路長ＸとＬｊとの差が光源２００のコヒーレンス長より小さいとき、当該二つのパスの光信号は干渉が発生する。同じく、マルチビームジェネレータ２１０の光路長Ｘがもう一つのセンサＳｊ＋ｋの光路差Ｌｊ＋ｋと等しくなるようにスキャン反射鏡２１５の位置を調整した場合、測探機２５０でもう一つの干渉パターンが得られる。干渉縞の中央縞の振幅が最大であることは、リファレンス光とセンサ光との間の光路長の絶対的同一に相当する。したがって、干渉縞の位置と光ファイバセンサゲージ長の間に直接な対応関係を築くことができる。センサアレイ２４０における各センサのゲージ長が互いに異なる場合、各センサは唯一の干渉パターンに対応する。
【００３２】
具体的な実施例３
【００３３】
図４を用いて本実施例を説明する。本発明に記載する装置の多重能力を向上させるため、調節可能ダブルビームジェネレータ３１０は光ファイバマッハ・ツェンダ干渉計構造に基づくものであり、一つの１×２光ファイバ方向性カプラ３１１と、一つの２×２光ファイバ方向性カプラ３１７と、一つの３ポート光ファイバリング３１２と、一つのＧＲＩＮレンズ３１３と、一つのスキャン反射鏡３１５とを有する。光ファイバカプラ３１１の一つの出力ポートｈは直接光ファイバカプラ３１７の一つの入力ポートｉに接続され、一つの光路長固定アーム３１６を構成してセンサ光路の一部分となり、光ファイバカプラ３１１のもう一つの出力ポートｂと光ファイバカプラ３１７の第２の入力ポートｆはそれぞれ光ファイバリング３１２の二つのポートｃとｅと接続されてリファレンス光路の一部分となる。リング３１２の第３のポートｄはＧＲＩＮレンズ３１３に接続され、スキャン反射鏡３１５が反射してきた光信号を受信する。スキャン反射鏡３１５が一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ３１３の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ３１３とスキャン反射鏡３１５との間に一つの調節可能なマッチ距離３１４が得られる。
【００３４】
光ファイバカプラ３１７の二つの出力ポートｇとｊはそれぞれ光ファイバリング３２１と３２２の入力ポート３２１ａと３２２ａに接続され、ポート３２１ｂと３２２ｂはそれぞれインポート/アウトポート光ファイバ３３１と３３２を通じてセンサアレイ３４１と３４２に接続される。センサアレイ３４１は、Ｎ個の光ファイバセンサＳ１１―Ｓ１ｎが次々と直列に接続され、隣接するセンサの接続端にオンライン部分の反射鏡Ｒ１０―Ｒ１ｎが形成される。同じように、光ファイバセンサアレイ３４２は、Ｍ個（Ｎと等しくてもよい）の光ファイバセンサＳ２１―Ｓ２ｍが次々と直列に接続され、隣接するセンサの接続端にオンライン部分の反射鏡Ｒ２１―Ｒ２ｍが形成される。センサアレイにおいて伝送される信号の減衰が速くなるのを防止するため、すべての反射鏡の反射率はとても小さい。すべての光ファイバセンサの長さはほぼ同一だが、相互に微差がある。光電測探機３５１と３５２は、光ファイバセンサアレイ３４１と３４２からのセンサ光信号とリファレンス光信号を受信し、これらの光信号を電気信号に変換するため、それぞれポート３２１ｃと３２２ｃに接続される。
【００３５】
注意すべきことは、図４に記載するマッハ・ツェンダ干渉計に基づく自己相関器は、前記装置における各素子本来のロスと接続点の挿入ロスを考慮しなければ、光源出力光パワーの有効利用率はほぼ１００％に達することができ、したがって、前記装置の多重能力は大幅に向上する。
【００３６】
実際の応用において、光源３００（一般的にはＡＳＥ）が発するワイドスペクトラムライトは光ファイバカプラ３１１に入った後、二つのパスに分けられ、一つのパスの光はセンサ光としてポートｂとｉに沿って直接光ファイバカプラ３１７を通過し、再び二つのパスに分けられ、それぞれ光ファイバリング３２１と３２２を介して光ファイバセンサアレイ３４１と３４２に入り、もう一つの光はリファレンス光として光ファイバリング３１２のポートｃとｄを通過した後、スキャン反射鏡３１５によって反射され、反射してきた光は光ファイバリング３１２のポートｄとｅを介して光ファイバカプラ３１７に到達し、カプラ３１７によって二つのパスに分けられ、同じようにそれぞれ光ファイバリング３２１と３２２を介して光ファイバセンサアレイ３４１と３４２に入る。センサアレイ３４１に入ったリファレンス光とセンサ光は一部の反射面Ｒ１０−Ｒ１ｎに反射された後、リング３２１を介して光電測探機３５１に入る。同じように、センサアレイ３４２に入ったリファレンス光とセンサ光は、一部の反射面Ｒ２０−Ｒ２ｍに反射された後、リング３２２を介して光電測探機３５２に入る。
【００３７】
説明の便宜のため、光ファイバセンサＳ１１の光路長をＬ１１とし、光ファイバセンサＳ１２の光路長をＬ１２とし、同じように類推する。センサＳ１１を例にとると、一部分のリファレンス光はＳ１１の近端にある反射鏡Ｒ１０によって反射された後、光電測探機３５１に入り、一部分のセンサ光もＳ１１遠端にある反射鏡Ｒ１１によって反射された後、光電測探機３５１に入る。マッハ・ツェンダ干渉計の二つのアームの間の光路差とＬ１１との差が光源３００のコヒーレンス長より小さいとき、当該二つのパスの光信号は干渉が発生する。同じく、マッハ・ツェンダ干渉計の二つのアームの間の光路差がＬ１２と等しくなるようにスキャン反射鏡３１５の位置を調整した場合、測探機３１５でもう一つの干渉パターンが得られる。干渉縞の中央縞の振幅が最大であることは、リファレンス光とセンサ光との間の光路長の絶対的同一に相当する。したがって、干渉縞の位置と光ファイバセンサゲージ長の間に直接な対応関係を築くことができる。センサアレイ３４１と３４２のそれぞれにおける各センサのゲージ長が互いに異なる場合、各センサは唯一の干渉パターンに対応する。
【００３８】
具体的な実施例４
【００３９】
本発明のもう一つの具体的な実施例は、図５（ａ）に示すように、建築構造の材料と幾何特性の変化を測定するために用いられる。図５（ａ）に示す装置の調節可能ダブルビームジェネレータ４１０は、光ファイバマイケルソン干渉計構造に基づいており、一つの２×２光ファイバ方向性カプラ４１１と、一つの固定反射鏡４１２と、一つのＧＲＩＮレンズ４１３と、一つのスキャン反射鏡４１５とを有する。カプラ４１１の一つのポート４１１ｃの端面に反射鏡４１２を貼り付け、固定光路長を有するセンサアームの一部とする。反射鏡４１２を得る方法は光ファイバアーム４１１ｃの端面に金属膜をめっきしてもよい。リファレンスアームの一部分として、光ファイバカプラ４１１のもう一つのポート４１１ｄの端面にスキャン反射鏡４１５が反射する光信号を受信するためのＧＲＩＮレンズ４１３を接続する。スキャン反射鏡４１５は一つのリニア変位台の上に取り付けられ、且つその反射面をＧＲＩＮレンズ４１３の光軸と垂直にさせることにより、ＧＲＩＮレンズ４１３とスキャン反射鏡４１５との間に調節可能マッチ距離４１４が得られる。
【００４０】
光ファイバカプラ４１１のポート４１１ｂはリング４２０の一つのポート４２０ａに接続され、リング４２０のもう一つのポート４２０ｂはインポート/アウトポート光ファイバ４３０を通じてセンサアレイ４４０に接続され、入力ポート/出力ポート光ファイバ４３０は数キロメートルに至り、または更に長くてもよく、リモートセンシング測定に用いられる。光ファイバセンサアレイ４４０は、Ｎ個の光ファイバセンサＳ１―Ｓｎが次々と直列に接続されることにより構成され、隣接するセンサが接続される接続端にオンライン部分の反射鏡Ｒ０―Ｒｎが形成される。センサアレイにおいて伝送される信号の減衰が速すぎないようにするため、反射鏡Ｒ０―Ｒｎの反射率はとても小さい。光ファイバセンサＳ１―Ｓｎの長さはほぼ同一だが、相互に微差がある。光電測探機４５０は、光ファイバセンサアレイ４４０からのセンサ光信号とリファレンス光信号を受信し、これらの光信号を電気信号に変換するため、光ファイバリング４２０のポート４２０ｃに接続される。
【００４１】
実際の応用において、光源４００（一般的にはＡＳＥ光源）は光ファイバアイソレータ４０１を通じて光ファイバカプラ４１１に接続される。光源４００から発するワイドスペクトラムライトは光ファイバカプラ４１１によって二つに分けられ、一つはセンサ光として光ファイバアーム４１１ｃを介した後、反射鏡４１２に反射され、もう一つの光はリファレンス光として光ファイバアーム４１１ｄとＧＲＩＮレンズ４１３を介した後、スキャン反射鏡４１５によって反射される。反射されてきたセンサ信号とリファレンス信号は再びカプラ４１１によって二つに分けられ、一つの光はポート４１１ａに沿ってアイソレータ４０１に入り、減衰され、もう一つの光はポート４１１ｂに沿って光ファイバリング４２０に入り、そしてインポート/アウトポート光ファイバ４３０を介して光ファイバアレイ４４０に入り、一部の反射面Ｒ０−Ｒｎに反射された後、同じパスに沿って後戻りし、光ファイバリング４２０を介して光電測探機４５０に入る。
【００４２】
同じように、光ファイバセンサＳ１の光路長をＬ１とし、光ファイバセンサＳ２の光路長をＬ２とし、同じように類推して、センサＳｎの光路長をＬｎとする。同じようにセンサＳｊを例にとると、一部分のリファレンス光はＳｊの近端にある反射鏡Ｒｊ−１によって反射された後、光電測探機４５０に入り、一部分のセンサ光もＳｊの遠端にある反射鏡Ｒｊによって反射された後、光電測探機４５０に入る。マイケルソン干渉計４１０の二つのアームの光路差ＯＰＤがＬｊと等しい場合、測探機４５０で干渉縞が得られる。マイケルソン干渉計４１０の二つのアームの光路差ＯＰＤをもう一つのセンサＳｊ＋ｋの光路差Ｌ２と等しくなるようにスキャン反射鏡４１５の位置を調整した場合、測探機４５０でもう一つの干渉パターンが得られる。干渉縞の中央縞の振幅が最大であることは、リファレンス光とセンサ光との間の光路長の絶対的同一に相当する。したがって、干渉縞の位置と光ファイバセンサゲージ長の間に直接な対応関係を築くことができる。センサアレイ４４０における各センサのゲージ長が互いに異なる場合、各センサは唯一の干渉パターンに対応する。
【００４３】
注意すべきことは、図５（ａ）に示す装置において、光ファイバ方向性カプラではなく光ファイバリング４２０を利用し、前記装置の結合効率を約３ｄＢ向上させたことにより、前記装置のＳＮ比が３ｄＢ向上したことになり、これにより前記装置のセンサに対する多重能力が大幅に改善される。
【００４４】
図５（ａ）に示す装置は光源の利用率とシステムの多重能力を向上させることができるが、依然として光ファイバカプラ４１１で約３ｄＢのロスが存在する。これは、反射鏡４１５と４１２が反射した信号が光ファイバカプラ４１１を通過するとき、半分のパワーのみがカプラ４１１のポート４１１ｂに沿って光ファイバリング４２０を通じて光ファイバセンサアレイ４４０に入り、もう半分のポート４１１ａを通じてアイソレータ４０１に入る信号はロスしてセンサシステムに資しないからである。
【００４５】
前記装置の光源出力パワーの有効利用率を更に向上させるため、マイケルソン干渉計に基づくもう一つの実施例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示す装置において、ダブルビームジェネレータ５１０の構造は図５（ａ）におけるジェネレータ４１０と同じである。図５（ａ）に示す装置における光ファイバアイソレータ４０１に替えて、図５（ｂ）に示す装置は３ポート光ファイバリング５２０である点で異なる。また、リング５２０の一つのポート５２０ａは光源５００に接続され、もう一つのポート５２０ｂはダブルビームジェネレータ５１０の入力ポート５１１ａに接続され、第３のポート５２０ｃはもう一つの３ポート光ファイバリング５２２の一つのポート５２２ａに接続される。リング５２２のもう一つのポート５２２ｂはインポート／アウトポート光ファイバ５３２を通じてもう一つの光ファイバセンサアレイ５４２に接続され、ポート５２２ｃは光電測探機５５２に接続される。反射鏡５１２と５１５が反射した光信号は、一部分は光ファイバカプラ３０１の入力ポート３０１ａを通じてリング５２０と５５２を介してセンサアレイ５４２に入り、センサアレイ５３２の反射面の一部によって反射された後、同じパスに沿って後戻りし、再びリング５２２を介して光電測探機５２２によって検出される。ダブルビームジェネレータ５１０のもう一つのポート５１１ｂの接続方法は図５（ａ）と同じであり、リング５２１とインポート／アウトポート光ファイバ５３１を通じてセンサアレイ５４１に接続され、センサアレイ５４１の反射面によって反射された後、同じパスに沿って後戻りし、リング５２１のポート５２１ｃを介して光電測探機５５１に入る。
【００４６】
注意すべきことは、図５（ｂ）に示す装置において、光源５００とダブルビームジェネレータ５１０との間に光ファイバリング５２０を挿入し、且つもう一つの光ファイバセンサアレイ５４１をリング５２０に接続するため、前記装置の光源利用率を図５（ａ）に示す装置より更に倍増させる。したがって、同一の光パワー出力の場合において、センサシステムの多重能力を更に向上させることができる。
【００４７】
図５（ｂ）に示す装置における二つの３ポート光ファイバリング５２０、５２２に替えて、一つの４ポート光ファイバリング６２０を用いることにより、更に図５（ｂ）に示す装置を簡易化することができる。簡易化された装置の構造模式図は図５（ｃ）に示すとおりであり、そのセンサ原理は図５（ｂ）に示す装置のセンサ原理と基本的に同じである。唯一異なる点は、図５（ｂ）に示す装置における二つの３ポート光ファイバリング５２０、５２２を一つの４ポート光ファイバリング６２０に替えるところである。４ポートリング６２０の役割は、光源６００が発したワイドスペクトラムライトをダブルビームジェネレータ６１０に結合することと、スキャン反射鏡６１５と反射鏡６１２が反射した一部分の光を光ファイバセンサアレイ６４２に結合することと、センサアレイ６４２が変調した反射信号を光電測探機６５２に結合することと、を同時に実現することである。
【００４８】
４ポート光ファイバリング６２０のメリットは、図５（ｂ）に示す装置の複雑性を減らし、前記装置の信頼性を向上させることである。３ポート光ファイバリング５５０、５５２に替えて、４ポート光ファイバリング６２０を用いれば、更に前記装置の挿入ロスを低減させることもできる。
【００４９】
マイケルソン干渉計のセンサシステムの多重能力を更に向上させるために、二つの光ファイバスターカプラ７２１と７２２を用いてＭ×Ｎセンサマトリックスを形成し、前記装置の構造模式図は図５（ｄ）に示すとおりである。ダブルビームジェネレータ７１０の構造は図５（ａ）に示すダブルビームジェネレータ４１０と同じである。光ファイバ方向性カプラ７１１の一つのポート７１１ｂは１×Ｎスターカプラ７２１の入力ポートに接続され、カプラ７１１のもう一つのポート７１１ａは一つの３ポート光ファイバリング７２０を通じて１×Ｍスターカプラ７２２に接続される。リングの第３のポート７２０ａは光源７００に接続される。スターカプラ７２１と７２２のそれぞれの出力アームは一つの光ファイバリングＣｉｊと入力／出力光ファイバＬｉｊを通じて一つの光フィアバセンサアレイＡｉｊに接続される。各センサアレイはいくつかの光ファイバセンサが次々と直列に接続されることにより構成され、隣接するセンサが接続される接続端にオンライン部分の反射鏡が形成される。センサアレイＡｉｊにおいて伝送される信号の減衰が速すぎないようにするため、反射鏡Ｒ０―Ｒｎの反射率はとても小さい。すべての光ファイバセンサＳ１―Ｓｎの長さはほぼ同一だが、相互に微差がある。各光電測探機ＰＤｉｊは、光ファイバセンサアレイＡｉｊからのセンサ光信号とリファレンス光信号を探測し、これらの光信号を電気信号に変換するため、一つの光ファイバリングＣｉｊに接続される。
【００５０】
実際の応用において、光源７００（一般的にはＡＳＥ光源）が発するワイドスペクトラムライトは光ファイバ方向性カプラ７１７に二つに分けられ、一つの光はセンサ光としてポート７１１ｃを介した後、固定反射鏡７１２によって反射され、もう一つの光はリファレンス光としてポート７１１ｄとＧＲＩＮレンズ７１３を介した後、スキャン反射鏡７１５によって反射される。反射されたセンサ信号とリファレンス信号はいずれも再び光ファイバカプラ７１７に二つに分けられ、一部分の光はポート７１１Ｂに沿って光ファイバスターカプラ７２１に直接入り、Ｎ本のパスに分けられ、いずれの光も一つの光ファイバリングＣ１ｊを通じて一つのセンサアレイＡ１ｊに入り、センサアレイＡ１ｊによって変調された後、反射信号は再び光ファイバリングＣ１ｊを介して光電測探機ＰＤ１ｊに入り、もう一部分の光はポート７１１ａに沿って伝送され、光ファイバリング７２１を介した後、スターカプラ７２２に入り、Ｍ本のパスに分けられ、いずれの光も一つの光ファイバリングＣ２ｊを通じて一つのセンサアレイＡ２ｊに入り、センサアレイＡ２ｊによって変調された後、反射信号は再び光ファイバリングＣ２ｊを介して光電測探機ＰＤ２ｊに入る。
【００５１】
注意すべきことは、図５（ｄ）に示すようなマイケルソン干渉計に基づくセンサマトリックスは、前記装置における各素子本来のロスと接続挿入ロスを考慮しなければ、光源出力光パワーの有効利用率はほぼ１００％に達することができる。更に注意すべきことは、１×Ｎ光ファイバスターカプラを使用することにより、前記装置の多重能力を大幅に向上させ、これにより網状測定のための分散式センサマトリックスを構成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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