(57)【要約】  持続する環境における変化をとらえるために一つ以上の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いる方法、およびシステムが開示される。具体的には、圧力、あるいは温度などの測定量、あるいは測定量の変化を測定するためのセンサは、少なくとも一つのコアを備えるファイバ、コア中の単一のファイバ回折格子により形成される少なくとも一つのファイバレーザ空胴共振器を含み、前記レーザはその長さの少なくとも部分に沿って少なくとも二つのモードで動作する。ＤＦＢレーザは非線形形状に曲げられる部分、および前記ファイバレーザ空胴共振器に接続される少なくとも一つのポンプレーザを含む。ＤＦＢレーザが揺らぎ、あるいはモードの間隔を変化させる測定量の変化を生じるとＲＦビートノートの変化が生成される。次いで、このビートノートが測定され、測定慮の変化に関連付けることが出来る。
2014500497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定量を感知するセンサであって、
少なくとも一つのコアを有するファイバと、
前記少なくとも一つのコア内の単一のファイバ回折格子により形成される少なくとも一つのファイバレーザ空胴共振器とを備え、前記ファイバのコアが、その長さの少なくとも一部に沿って少なくとも二つのモードを有する前記ファイバレーザ空胴共振器を備え、前記少なくとも一つのファイバ空胴共振器が非線形形状に曲げられる第一の部分を含み、さらに、
前記ファイバレーザ空胴共振器に接続される少なくとも一つのポンプレーザを備える、センサ。
【請求項２】
前記測定量の変化を前記ファイバレーザ空胴共振器の前記第一の部分の非線形形状の変化に変換する、前記ファイバに接続される構造を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記測定量の変化が前記モードのずれをもたらし、それにより、ＲＦビートノートの変化を生成し、前記センサは、前記ＲＦビートノートを検知する前記ファイバレーザ空胴共振器に接続されるＲＦ検知器を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記単一のファイバ回折格子が分布帰還型レーザである、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記ファイバレーザ空胴共振器が、変化する圧力あるいは振動の結果として前記ファイバ自身が曲がることをもたらす前記ファイバの半径方向に非対称な歪みを生じさせる異方性圧力特性を有するファイバ断面を有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記分布帰還型ファイバレーザに接続される光検知器をさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記ファイバレーザ空胴共振器がその長さの少なくとも一部に沿う複屈折の低速軸と高速軸とを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記測定量が、圧力、あるいは温度、あるいは振動、あるいは化学反応である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記光検知器に接続される周波数復調器をさらに備える、請求項６に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記センサが光ヘテロダインマイクロフォンである、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
測定量を感知するセンサであって、
第一のコアを有数る第一の分布帰還型レーザと第二のコアを有する第二の分布帰還型レーザとを備え、前記第一および第二の分布帰還型レーザの両方が単一のファイバ内に配され、そして、前記第一および第二の分布帰還型レーザの両方が揺らぎにさらされ、
前記第一のコアおよび前記第二のコアのそれぞれが少なくとも一つの相異なるモードに対応し、かつ前記摂動がそれぞれのコアの伝播定数のずれをもたらし、その結果、ＲＦビートノートの変化をもたらし、さらに、
前記生成されたＲＦビートノートを検知する、前記第一のコアおよび前記第二のコアの両方に接続されているＲＦ検知器を備える、センサ。
【請求項１２】
それぞれがコアを備える一つ以上の付加的な分布帰還型レーザからなる、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記第一のコアおよび前記第二のコアのそれぞれが多数の相異なるモードに対応し、かつ前記第一のコアおよび前記第二のコアのそれぞれがそれぞれのＲＦビートノートによって特徴付けられる、請求項１１に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は２０１０年１２月２日に出願された米国仮出願特許番号Ｎｏ．６１／４１９，２４７の利得を請求し、そのすべてが参照のため、ここに引用される。
【０００２】
光ファイバによるブラッグ回折格子は、圧力、および温度などの測定量のセンサとして一般的に使用される。一般にそのようなセンサは、外界の圧力を光ファイバの圧縮、あるいは引っ張り歪みに結合する機械的配列を採用する。したがって、回折格子のブラッグ波長は外部圧力に関連付けることが出来る。温度依存性を除去するために、一般に歪みのない第二の回折格子が同様に包含される。この第二の回折格子は温度に対して敏感であるが、歪に対しては不感である。したがって、二つの回折格子の波長を解析することが圧力、および温度を測定することになる。温度、圧力、応力、および他の外界のゆらぎを感知するための他の公知の方法は、単一周波数のファイバレーザを使用することによる。単一周波数のファイバレーザは、小利得ファイバ、および利得ファイバに刻み込まれる分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）、あるいは位相シフト分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとして作用する一対のブラッグ回折格子で作ることが出来る。外界の揺らぎ（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ：摂動）は、レーザに取り付けられた適当な機械的変換器の使用によってレーザの振動周波数を変化させることが出来るので、波長の変化を正確に測定することにより、この外界の揺らぎの程度を測定することが出来る。
【０００３】
そのようなセンサは、能力を妨げる二つの短所を有する。第一に、それらは、ファイバが信頼性のある方法で張力下に配されるために、高性能の接着、および機械的な固定を必要とする。第二に、それらは、圧力、および温度のデータを得るために、光源、および波長に敏感な読み出し用モジュールを必要とする。
【０００４】
従来技術の第二の欠陥は、測定された結果を抽出するために、波長依存性のある検知器、および／あるいは光源が必要とされることである。高感度が要求される場合には、検知器は高精度でなければならないか、あるいは光源が狭い線幅を備えなければならない。そのような光源、および検知器は高価で、かつ厳しい環境で維持することが困難である。他の難点は、圧力などのいろいろな測定量をファイバの曲げと結びつける方法、一つの回折格子、およびＲＦ検知器を備える強固な方法でファイバの曲げを検知する方法、および音響変動に起因する曲げのように非常に微小なファイバの曲げを測定する方法を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上記の従来技術の制限を克服する新たな、かつ改良された検知方法、および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様により、測定量を検知するためのセンサが提供される。具体的には、温度、あるいは圧力のような測定量、あるいは測定量の変化を測定するためのセンサは、少なくとも一つのコア、コアの中の単一のファイバ回折格子により形成される少なくとも一つのファイバレーザ空胴共振器（ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｃａｖｉｔｙ）を備えるファイバを含み、その場合において、レーザは少なくともその長さの一部に沿う少なくとも二つのモードに作用する。ＤＦＢレーザは、非線形形状に曲げられる部分、およびファイバレーザ空胴共振器に接続される少なくとも一つのポンプレーザを含む。ＤＦＢレーザがゆらぎ、あるいはモードの間隔を変化させる測定量の変化を経験すると、ＲＦビートノート（ｂｅａｔ  ｎｏｔｅ）の変化が生成される。次いで、このビートノートが測定され、測定量の変化に関連付けすることが出来る。
【０００７】
センサは、測定量の変化をファイバレーザ空胴共振器の第一の部分の非線形形状の変化に変換する、ファイバに接続された構造を更に含んでよい。本発明の態様により、測定量の変化がファイバレーザ空胴共振器のモードのずれを生じさせ、それによってＲＦビートノートを変化させる。更に、センサは、生成されたＲＦビートノートを検知するファイバレーザ空胴共振器に接続されるＲＦ検知器からなってもよい。単一ファイバ回折格子は分布帰還型レーザであることが出来る。
【０００８】
本発明の更なる態様により、ファイバレーザ空胴共振器は、ファイバの半径方向に非対称な歪みを生じさせる異方性の圧力特性を有するファイバの断面を備え、それによって圧力、あるいは音響振動などの変化する測定量の結果としてファイバを曲げさせる。その特性はファイバに塗布される一つ以上の被覆、あるいはファイバの適当な中空構造によって与えられる。
【０００９】
センサは、分布帰還型ファイバレーザに接続される光検知器を含むことも出来る。さらに、センサは、光検知器に接続される周波数復調器を含むことも出来る。本発明の一実施例において、ファイバレーザ空胴共振器は、その長さの少なくとも一部に沿う複屈折の低速軸、および高速軸を備える。その測定量は圧力、あるいは温度、あるいは振動、あるいは化学反応であり得る。本発明の更なる実施例により、センサはヘテロダインマイクロフォンの一部である。
【００１０】
対応する方式もまた熟考される。一つの方式により、ファイバレーザ空胴共振器はポンプレーザによって励起される。前記方式はセンサを揺らぎにさらすことを含み、前記センサは少なくとも一つのコア、少なくとも一つのコア内の単一ファイバ回折格子により形成される少なくとも一つのファイバレーザ空胴共振器からなり、前記ファイバコアはその長さの少なくとも一部に沿って伝播する少なくとも二つのモードを備えるファイバレーザ空胴共振器からなり、前記少なくとも一つのファイバ空胴共振器が非線形形状に曲げられる第一の部分、およびファイバレーザ共振器に接続される少なくとも一つのポンプレーザを含む。前記揺らぎはセンサに接続される構造体に加えられる。前記方式は、揺らぎによって生成されるＲＦビートノートを、ファイバレーザ空胴共振器に接続されるＲＦ検知器により検知することを含むことも出来る。
【００１１】
前記方式において、ファイバレーザ空胴共振器は、半径方向に非対称な歪みを生じさせる異方性の圧力特性を有するファイバの断面を備えることが出来、それによって変化する圧力、あるいは振動の結果としてファイバを曲げさせる。また、ファイバレーザ空胴共振器は、その長さの少なくとも一部に沿う複屈折の低速軸、および高速軸を備えることも出来る。
【００１２】
本発明の他の実施例により、センサは、それぞれのコアに分布帰還型レーザを有する二つ以上のコア、例えば、二つのコアを備える少なくとも単一のファイバを含むことが出来る。分布帰還型レーザが揺らぎにさらされて、コアはそれぞれのモードが伝播定数を有するマルチモードで動作し、それによってそれぞれのＤＦＢが独自のビートノートを生成し、揺らぎが伝播定数のずれを生じさせ、それによってコア中に作られるそれぞれのＤＦＢのＲＦビートノートを変化させる。（何らかの揺らぎがないとしてもビートノートは存在するということに注目）。また、センサは、生成されるＲＦビートノートを検出する分布帰還型レーザに接続されるＲＦ検出器を含むことも出来る。本発明の更なる実施例により、多数の分布帰還型レーザが提供される。更に他の実施例により、前記分布帰還型レーザのそれぞれはシングルモードで動作し、レーザの伝播定数の差が検出器により検出されるビートの周波数をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の態様による実験の設定を図解する。
【図２】偏光複屈折率の高速軸、および低速軸を備えるファイバを図解し、かつファイバの曲げ、ｒに対するこれらの軸の方位を示す。
【図３】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図４】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図５】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図６】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図７】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図８】それぞれは、本発明の態様によるＤＦＢファイバレーザ曲げセンサの特性を図解するグラフを提供する。
【図９ａ】本発明の態様による変換器を図解する。
【図９ｂ】本発明の態様による変換器を図解する。
【図１０】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１１】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１２】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１３】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１４】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１５】本発明の一つ以上の態様によるファイバを図解する。
【図１６】本発明の態様による装置を図解する。
【図１７】本発明の態様によるファイバを図解する。
【図１８】本発明の態様によるシステムを図解する。
【図１９】光ヘテロダインマイクロフォンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ファイバレーザは、ファイバレーザ空胴共振器、およびファイバレーザ空胴共振器にレーザ光を放射させるポンプ光源、あるいはポンプレーザなどからなる。ファイバレーザ空胴共振器の一例は分布帰還型レーザ（”ＤＦＢ”）空胴共振器である。この場合、ファイバレーザ空胴共振器は、ファイバのコア中に刻み込まれる単一のファイバブラッグ回折格子によって形成されてよい。ファイバレーザ空胴共振器の他の例は分布型ブラッグ反射（ＤＢＲ）空胴共振器、リング型空胴共振器、およびファイバに結合されるバルクの光学鏡により形成される空胴共振器を含む。
【００１５】
本発明の一つの態様は、圧力、および温度を測定するためのレーザを形成する空胴共振器の少なくとも一部に沿って誘発される複屈折にさらされるＤＦＢファイバレーザなどの導波路レーザ、あるいはＤＦＢプレーナ導波路レーザを用いることである。一般的に言えば、ＤＦＢレーザは、通常は回折格子の長さの数パーセントだけ中心からオフセットされて中間領域に不連続な位相のずれ（名目的にはπ）を有する周期的な回折格子部分を備える。この回折格子はファイバＤＦＢレーザへの適当なＵＶ照射によって、かつＤＦＢプレーナ導波路レーザの場合にはリソグラフィ技術によって刻み込むことが出来る。回折格子の前記領域は、エルビウム、イッテルビウム、エルビウム／イッテルビウム、ツリウムなどの希土類元素など適切な利得媒体でドープされ、したがって利得媒体に適する波長のポンプ光源を用いて活性化すると光増幅（利得）を提供することが出来る。レーザ出力は前方向（ポンプ波の伝播方向）に、あるいは光サーキュレータ、あるいは適当な波長分割多重（ＷＤＭ）結合器を用いて後方に引き出すことが出来る。位相のずれのオフセットの方向がポンプから離れるときは、出力は主として前方向に得られ、その逆もある。本発明の一実施例において、これは曲げられているＤＦＢファイバレーザとして構成することが出来る。ＤＦＢファイバを曲げることは、複屈折を誘発し、それは伝播する光の二つの偏光モード間の伝播定数の差の大きさである。この誘発された複屈折はレーザのレーザ光放射特性を変化させ、圧力、変位、および音響学的な乱れ、あるいは複屈折、あるいはＤＦＢファイバに支えられるモードの伝播定数を変える何らかの揺らぎを含む多くの測定量に関連付け出来る。
【００１６】
本発明の態様により、レーザ光放射の周波数は測定量に関連付けられる。本発明の他の実施例により、レーザは少なくとも二つのモードで動作し、それは二つの偏光モードであってよく、少なくともその一つは測定量に対して敏感である。より一般的な意味で、ファイバに対する何らかの揺らぎ、あるいはレーザ光放射モード（空間的な、あるいは偏光）の伝播定数を変化させる導波路は、レーザのレーザ光放射特性を変えるであろう。基底モード、ＬＰ０１、およびＬＰ１１、ＬＰ０２、ＬＰ２１、および類似の一つ以上の高次モードを支えるために十分大きいコアを備えるＤＦＢファイバは、基底モード、および一つ以上のこれらの高次モードで動作することが出来る。有効屈折率（等価的に伝播定数）はこれらの空間モードに対して異なるので、それらのレーザ光放射の波長は非縮退であろう。少なくとも二つのモードの伝播定数の差がこれらのモード間のビート周波数をもたらし、測定量に関連付けることが出来、それは曲げ、あるいは空胴共振器の揺らぎ状態によって影響を受けるように構成される。更に本発明の他の実施例により、測定量は光学的、およびビート周波数測定の両方に関連付けられる。
【００１７】
強度変調、あるいはビーティングは、異なる光周波数（つまり波長）を有する二つのコヒーレントな光の波が混合されるときに生じ得る。そのような現象は光検出器によって検出できる。その結果として、ゼロでない複屈折を有するＤＦＢレーザのような単一のレーザ空胴共振器の（適当な偏光子、あるいは偏光に依存する損失（ＰＤＬ）を加えることによる）二つの偏光モードによってビーティングを生じさせることが出来る。同様に、ビーティングは、いろいろなファイバモードで振動するように構成される単一のＤＦＢ空胴共振器の中で振動するであろういろいろなファイバモードの間で生じさせることも出来る。ビーティングは、二重コア、あるいは二つ（あるいはそれ以上）のマルチコアファイバを用いて形成されるＤＦＢ、あるいはＤＢＲレーザなど、空間的に、あるいは物理的に分離されるレーザの出力の間で観察することも出来る。
【００１８】
曲げの周波数ΔνはΔν＝ｃＢ／（ｎλ）として表すことが出来、ここでｃは伝播する光の速度であり、Ｂは光の二つの振動するモードの有効屈折率の差であり、ｎは公称有効屈折率であり、λは二つのモードの平均波長である。屈折率プロファイル、コア／クラッドの形、およびファイバの物理的な軸からのコアの距離に依存して、複屈折、および（曲げ、応力、温度変化などの）外部の揺らぎによる影響は大きく変わり得る。例えば、偏光モード間の屈折率差は〜１０−５くらいに低く（ｎｏｎ−ｐｍファイバの残余複屈折）、ステップインデックス型のモード数の少ないファイバ（ｆｅｗ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）の高次モードでは１０−３くらいに高い。このことが、数百ＭＨｚから１００ＧＨｚ、あるいはそれ以上の範囲のビート周波数をもたらすであろう。ＲＦ検出の便宜のために、１００ＧＨｚを超えないビート周波数が好ましい。より高い周波数に対しては、光スペクトル分析器を使う、あるいはレーザ光放射要素の波長を測定するためにファブリ−ペロー干渉計を組み込む光学的方法を用いるとより容易であることがわかるであろう。高屈折率の環状の輪に囲まれる放物線型のプロファイル、あるいはＲＦビートノートの揺らぎの大きさをユーザが測定するために好都合な範囲に保持しながら、適切にバランスした有効屈折率の不整合を提供する同様の特性を備えるステップインデックスコアを有するファイバを使用することも出来る。
【００１９】
本発明の更に別の実施例により、ＤＦＢファイバレーザはねじられ、そのねじれの程度がビートノートから決定され、本発明の更に別の実施例により、それはラジオ周波数（ＲＦ）信号である。本発明の更に別の実施例により、ＤＦＢファイバは横方向の応力にさらされる。このことはＤＦＢファイバを二つの板の間に置くことによって得られるかもしれない。板が同時に押されるとき、関連する複屈折率が変化し、それによってビートノート周波数を変化させる。
【００２０】
本発明の更に別の実施例において、ＤＦＢファイバレーザのポンプは時間とともに変調される。二つ以上のＤＦＢレーザがリンク内にあるならば、それぞれのレーザからのビートノートは、異なる時間帯内で生じるであろう。したがって、ビートノートが類似の周波数を備えるとしても、異なるレーザからのビート信号を分離するために、伝播する信号の時間範囲の解析が使える。本発明の更に別の実施例において、光ファイバはレーザ空胴共振器を構成する二つ以上のコアを有する二つ以上のコアを備える。音響振動、縦方向、あるいは横方向の応力、外部からの圧力にさらされ、あるいはそれとは別に揺らがせられて、ファイバが曲げられる、あるいはねじられると、それぞれの空胴共振器は、揺らぎの状態に依存して異なる周波数で光を生じるであろう。
【００２１】
曲げセンサは、曲げの量を測定するために適合する、あるいは構成されるセンサである。本発明の好ましい実施例において、曲げセンサは二つの偏光で動作するファイバＤＦＢレーザからなるが、本発明の他の実施例において、レーザは横断モード、あるいは多重長手方向モードなどの多数の空間モードで動作する。そのような場合に、モードの伝播定数のわずかな違いがビートノートを生成するであろう。ＤＦＢレーザは遠方のポンプ光源により供給されるポンプ放射によって活性化される。二つの偏光での動作が読み出しモジュールの光検出器でビートノートを生じる。このビートノートは、ＤＦＢ空胴共振器の曲げ、あるいはねじれ、あるいはレーザ空胴共振器の複屈折を変化させるかもしれない他の何らかの揺らぎの状態と関連付けることが出来る。ファイバの曲げ、あるいはねじれの代わりに、あるいはそれに加えて、ファイバは非対称にその断面で歪ませられるかもしれず、本発明の更に別の実施例において、そのような歪ませられたファイバは、測定された領域の空胴共振器内に複屈折を誘発させる非円形、あるいは非対称の形状を備える。
【００２２】
温度を測定するために、本発明の他の実施例はセンサ内に第二のＤＦＢ空同共振器を含む。この第二のレーザからのビートノート、あるいは応答は、外部の揺らぎの影響をずっと受けないように（例えば、どのような変換器にもつけない）構成することが出来、したがって主として周囲の温度に対して敏感に反応するようになる。ビートノートを測定に用いることが出来るが、周囲の環境の温度を決定するために光の波長を用いることも可能である。
【００２３】
本発明の更に他の実施例において、ファイバは、曲げの面に対する複屈折の軸の傾きの角度の固定を確実にするある面内で曲がるように制限されるであろう。曲げセンサの面が複屈折軸（低速、あるいは高速）のいずれかに沿うとき、ビート周波数の変化は最大となる。しかし、曲げセンサの面が複屈折軸に対して４５度に向いているとき、ビート周波数の変化は名目上はゼロであろう。
【００２４】
［実験の設定］
実験は図１に示される実験の設定を用いて実行された。ここで、ポンプレーザ１０２により９７６ｎｍでポンプされた、Ｅｒをドープした分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザ１０１が曲げのセンサとして使用された。Ｙｂ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｃｒ、あるいは類似のものなど、いずれかの利得媒体が使用できる。ＤＦＢレーザは二つの回転可能なファイバホルダ１０３、および１０４を用いて保持され、それらの間の間隔は機械的な並進台を用いて調整可能にした。さらに、二つの波長分割多重装置（ＷＤＭ）１０５、および１０６がポンプ信号から出力信号を分離するための結合器として使用された。ＤＦＢレーザは並進台を用いてファイバのホルダをより近くに移動させることにより単純に曲げられた。この設定は、１）ＤＦＢレーザの何らかのねじれを除去する、あるいは２）一つのホルダを他方のホルダに相対的に回転することによって意図的にねじれを加えることも可能にした。さらに、ねじられていないＤＦＢレーザの曲げの面を、（図１には示されない）狭い板状のガイドを用いてある方向（例えば、水平面）に限定することにより、偏光の軸（低速、あるいは高速）の傾きの角度θｓが曲げ平面に対して変化させられた。ファイバの直交する複屈折軸の曲げの面に対する方向が図２に図解される。
【００２５】
ＤＦＢセンサの温度が、電気的に制御された炉を用いて２５℃−５０℃の範囲にわたって変えられた。レーザの出力（中心点に対する個々の位相のずれの位置のオフセットによって、一端から約９０％、および他端から１０％）が、波長計でモニタすることによってレーザ光放射波長を、かつフォトダイオード、およびＲＦスペクトルアナライザを用いてＲＦビートノートを測定するために使用された。
【００２６】
図３、および４は、異なる傾き角度θｓ、および異なる曲げの量（Ｒ：図１に示される曲げの曲率半径）の元で測定されたＲＦビートノートを図解するグラフ３００、および４００である。ねじれのないレーザは容易に二重に偏光して振動していて、１５４５ｎｍにおいて約２．４ｍＷの出力パワーを生じた。真っ直ぐで、曲げのない位置に構成されるとき、ＤＦＢレーザのビート周波数Δνは、室温で９６４ＭＨｚであるとして測定された。Δν＝ｃＢｏ／（ｎλ）を用いて、ファイバの内部複屈折Ｂ０は約７．２５×１０−６として見積もられた。Ｂ０は二つのモードの平均波長における二つの偏光モードの有効屈折率の間の差によって近似されてよい：Ｂｏ＝ｎｓｌｏｗ−ｎｆａｓｔ。
【００２７】
ＲＦビートノート、およびビートの強度の両方はθＳ＝０で最大になるということが明らかに見られ、それは曲げの面に横たわる低速軸に対応する。さらに、ＲＦビートノートは、曲げの曲率半径が減少するに（よりきつい曲げに対して）したがい増加する。最も強いビート信号を得るために、ＤＦＢレーザを（図５のグラフ５００に示されるように）軸方向のねじれが無いように保持することも重要である。ＤＦＢをねじれが無いように維持することの利点は、ＤＦＢの異なる部分の曲げによる複屈折の変化が追加的になり、したがって曲げによる最大のビート周波数変化を与えるということである。
【００２８】
グラフ６００の図６は、五つの異なる温度において測定されたＲＦビートノートを「周波数」対「１／Ｒ」曲線で示す。ここで、低速軸は曲げの面内に横たわって、ファイバが曲げられるとき、  確実にＲＦビートノートのずれが最大になる。本発明の一実施例において、ビートノート対「１／Ｒ」曲線は、Δν＝Ｃ１＋Ｃ２（１／Ｒ）２で表される放物曲線とよく一致する。ここで、Ｃ１、およびＣ２は、温度、ファイバの複屈折、クラッドの半径、曲げの半径、波長、およびファイバの機械的、および光−機械的特性に依存する二つの定数である。
【００２９】
以下の表は、ＤＦＢファイバレーザの温度の関数として係数Ｃ１および、およびＣ２の値を提供する。これらのパラメータは、利得ファイバの特性が変化することにしたがい、異なる値をとることが出来る。
【表１】
2014500497.tif 000003
【００３０】
図７のグラフ７００は、四つの異なる曲げ条件の下での異なる動作温度におけるＲＦビートノートをプロットしている。温度に対するビートノートの直線依存性が容易に見られる。
【００３１】
図８のグラフ８００は、四つの異なる曲げ条件の下での温度による波長の変化を示す。波長が温度によって変化することが見られるが、それは曲げ半径にはほとんど依存しない。
【００３２】
これらの実験結果から、ビートノートの変化δ（Δν）、波長の変化（δλ）を温度の変化δＴ、および曲げ半径の変化の二つの測定量と関連付けるために、係数行列が以下のように導かれる。
【数１】
2014500497.tif 000004
ここで
【数２】
2014500497.tif 000005
波長、およびＲＦビートノートは、以下の式によって温度、および曲げ半径と関連付けることも出来る。
Δν  ＝  ９６９．８  −  ０．２１４Ｔ  ＋  ５９１．４＊（１／Ｒ）２
λ  ＝  １５４５．６  ＋  ９．１１＊１０−３Ｔ
これらの式は、δν、およびλを測定することによる温度Ｔ、および曲げ半径の決定をも可能にする。
【００３３】
二つのＤＦＢレーザがあって、一方のレーザが真っ直ぐに、あるいは一定の曲げ位置のいずれかに保持されているならば、ＲＦだけの測定からＲ、およびＴを決定することも可能である。本発明の一実施例において、ＤＦＢファイバレーザの曲げセンサ、および参照用のＤＦＢが提供される。本発明の他の実施例において、参照用のＤＦＢレーザは真っ直ぐなＤＦＢレーザであって、第二のＤＦＢレーザは曲げにさらされる。この参照用からのビートノートは外部の揺らぎに関わりなく保持されるように（例えば、いずれの変換器にも取りつけない）構成することが出来、したがって主として周囲の温度に対して敏感に反応するようになる。第二のレーザ、および参照用レーザのビートノートは、それぞれΔν１＝Ｃ０１＋Ｃ０２．Ｔ＋Ｃ０３／Ｒ２、およびΔν２＝Ｃ０１＋Ｃ０２．Ｔによって表すことが出来る。Δν１、およびΔν２から、測定量Ｔ、およびＲが決定出来る。これらの式において、圧力はＤＦＢレーザを完全に円形に曲げさせると仮定される。完全な円形からのずれがあるときは、δν、およびＲの依存性を表す、あるいは近似するために多項式による表現が使える。本発明の一実施例において、δνは予想される曲げの形状によってＣ０１＋Ｃ０２．Ｔ＋Ｃ０３／Ｒ２＋Ｃ０４／Ｒ＋Ｃ０５／Ｒ３で表す、あるいは近似される。所与の環境における所与の変換器に対して、レーザのファイバは一定の形に変形してもよく、この場合、この係数は予め校正することが出来る。本発明の他の実施例において、ΔνをＲ、およびＴの関数、つまりΔν＝ｆ（Ｒ，Ｔ）として関連付けるルックアップテーブルが使われる。
【００３４】
周囲を取り囲む媒体の圧力を測定するために、ファイバＤＦＢレーザは、変位が圧力に比例する変換器に接続されてよい。一般に、この変位はＤＦＢレーザの変化する曲げと関連するであろう。
【００３５】
一つのそのような変換器が図９ａに図解される。変換器９００ａは少なくとも一つの回折格子９１２を備えるＤＦＢファイバ９１０を含む。変換器はファイバ９１０の端部を保持する可動のホルダ９１８を備える。ホルダ９１８はレール、あるいはガイド９２０に移動可能に取り付けられる。ホルダ９１８は物理的な変化の結果としてガイド９２０に沿って移動する。そのような物理的な変化は、温度、圧力、加速度、あるいは変位に変換可能な何らかの他の物理的な作用の変化であってよい。ファイバ９１０は、変換器に固定されている、開管のようなガイド９１４を通して導かれる。ホルダ９１８を動かすことにより、回折格子９１２は曲げの変化を経験する。この曲げを容易にするために、ファイバ９１０は支持体、あるいは滑車９２４にぶら下げて置かれてよい。ホルダ９１８がガイド９２０の左に置かれるときは、回折格子９１２はほとんど真っ直ぐで、したがって何ら著しい曲げを経験しない。ホルダ９１８の移動は、滑車９２４の真上の位置と、さらにその右側の回折格子９１２を滑車の上に位置させる点の間に制限される。変化する物理的な作用、あるいは揺らぎによってホルダ９１８が右に移動するにしたがい、ファイバ９１０は曲げ位置に強制的に移動させられ、ホルダ９１８がガイド９２０に沿ってさらに右に移動するにしたがって増加する。この曲げの作用は、例えば、上に述べられたビート信号を用いて測定が可能である。さらに、ファイバ９１０は真っ直ぐな回折格子９２２を付与されてもよく、それはファイバに対する温度の影響を補正するために使われてよい。構造体の一部の推移をＤＦＢファイバレーザの曲げ半径の変化に変換する他の構造的な配列は本発明の範囲内に収まるものである。
【００３６】
圧力を測定するためのファイバ変換器の別の実施例が図９ｂに示される。この図解例において、装置に加えられる圧力に応じてＤＦＢファイバレーザの曲げを与える装置９００ｂが提供される。図９ｂに示されるように、ＤＦＢファイバレーザ９０１はファイバホルダ９０５、およびファイバホルダ９０６の間に配される。ファイバホルダ９０５、９０６は、例えば板であってもよく、本発明の態様により、ファイばレーザ９０１の少なくとも一つ以上の直線部分を所定の位置に保持してよい。別の構成において、ファイバレーザ９０１は、捩じられることなく少なくとも一つ、あるいは両方のホルダ９０５、９０６に沿って自由にスライドすることが可能である。捩じれは曲げがＤＦＢレーザの複屈折へどのように影響するかを変化させることが出来、したがって測定の精度に影響を及ぼし得る。したがってこの場合、どのような不要な捩じれであっても避けることが好ましい。
【００３７】
ひとつの実施例において、ホルダ９０５は、例えば、音響信号などの装置９００ｂによって経験される外部圧力の増加、あるいは減少によって移動する圧力板、あるいは膜である。図９ｂにおいて、この圧力は機械的なバネ９０２に抗してホルダ９０５のダイアフラムを変位させる。そのような圧力はバネを変位させ、ファイバＤＦＢレーザ９０１の曲げ半径を変化させる。バネ９０２はホルダ９０５、およびファイバレーザ９０１をあらかじめ校正された中立点に位置させる付勢装置として機能する。次いで、バネ９０２、およびホルダ９０５の変位はＤＦＢレーザ９０１の曲げの変化に結合される。圧力の増加が生じるとき、ホルダ９０５、および９０６は共により近づくように移動してバネ９０２を圧縮し、レーザ９０１の曲げ半径を減少させて、それにより関連する複屈折、およびビートノートを変化させ、次いでそれは圧力の変化をとらえるために利用される。多くの他のバネ、あるいは付勢配列が可能であり、かつ図９ｂの構成９００ｂは単なる図解例であることに注目のこと。他のバネ配列、および付勢構成が可能であり、すべて本発明の範囲に収まるものであると意図される。例えば、ホルダ９０５は金属板であることが出来、要素部品９０２は板を中立点に引っ張る磁石である。
【００３８】
したがって、図９ａ、および９ｂの両方は、例えば、温度、あるいは圧力などの物理的測定量の変化をとらえる、あるいは較正するためにＤＦＢファイバレーザの非線形形状の変化を利用する変換器を図解する。この非線形形状は円形、あるいは例えば、ＤＦＢファイバレーザの円形、あるいはほぼ円形の半径によって特徴付けられる円形、あるいはほぼ円形であり得る。また、非線形形状は放物線、あるいは一つ以上のパラメータによって表すことが出来る何らかの他の円錐部分であってもよい。本発明の態様により、ＤＦＢファイバの非線形形状を決定するパラメータの値は、測定量の値が変化するときにファイバ形状を変化させる変換器による測定量の値と関連付けることが出来る。
【００３９】
これらの変換器は、測定量の値が繰り返し可能な方法で（ビートノートによって測定可能な）ＤＦＢファイバの測定可能な変化に変換されるように、繰り消し可能な方法で動作することが出来る。変換器、および例えば、較正されたルックアップテーブルを用いることによってビートノートが直接的に測定量の値と関連付けられるような方法でビートノートに対する（ファイバ半径のような）結果として得られる形状パラメータを較正することが出来る。
【００４０】
曲がったＤＦＢファイバレーザ９０１に加えて、真っ直ぐなＤＦＢレーザ９０３が図９ｂに示される。このレーザ９０３は曲げられない、あるいは歪み、あるいは応力の下に置かれないであろうから、温度のような異なる測定量に対する変化を測定するために使うことが出来る。ＤＦＢレーザ９０３は圧力がかからないような方法で取り付けられるので、ビートノートのいずれの変化も何らかの温度変化のみによる。曲げられたＤＦＢレーザ９０１は、温度、および圧力の両方から影響を受ける。二つのＤＦＢのビート周波数の変化の性質を比較することにより、温度と圧力とを識別することが可能である。曲げられたＤＦＢレーザ９０１の温度依存性を調整するために、このプロセスが本発明の一実施例に適用される。一般に、多くの測定量ｎは、それぞれが測定量の影響に対して異なる応答をするようにｎ個のＤＦＢレーザを構成することによって測定されてよい。
【００４１】
例として、ファイバレーザ９０１、および９０３のビート周波数、および圧力、温度、あるいは両方の測定量によるビート周波数の変化を検知するための検知器９０４も図９ｂに示される。９０１（かつ、９０３も）の二つの偏光モードが、レーザを検知器に接続するファイバを通して伝播した後、レシーバで完全に直交となるときは、ビートノートが検知器９０４に存在するであろうことを確実にするために、偏波ダイバーシティ検知を用いることが必要かもしれない。そのような検知は二つの偏光射出のパワーを測定し、したがって、第一の射出がビートノートを示さないのであれば、第二の射出が示すであろうことを確定的にする。これは、偏光子の入力において二つの偏光状態の相対的な方向性に依存するために、一つの射出の出力はゼロに近いことがあり得るので、ビートノート信号は検知が困難であろうということである。本発明の更に別の実施例において、図９ｂの検知器９０４は光スペクトル測定を伴う。曲がった、および真っ直ぐなＤＦＢレーザに特徴的なビートノートを示す典型的な出力スペクトルが図９ｂに示される。そのような場合、ＲＦ、および光スペクトルの測定の両方が変換器装置９００ｂの曲げ、および温度状態（あるいは、圧力、および温度状態）を得るために用いられてよい。
【００４２】
本発明の他の好ましい実施例において、ファイバは、ＤＦＢレーザの間の部分、およびこれらをＷＤＭ、および光検知器に接続する部分を含むシステム全体を通して複屈折ファイバである。検知器９０４のような検知器で強いビートノートを確かなものとするために、複屈折ファイバの二つの軸に対して４５度に向けられた偏光子が検知器への経路に導入される。本発明の更に他の実施例において、多くのＤＦＢファイバレーザがあり、それぞれのＤＦＢの複屈折性は異なるＲＦ周波数でＲＦビートノートを与えるように調整される。上記偏光ビートノートの議論から明らかなように、ファイバの複屈折性がＲＦオフセットを制御する。したがって、同一のファイバ上の多くのＤＦＢセンサが結合されたレーザ出力のＲＦスペクトルの測定で読まれてよい。
【００４３】
本発明の一実施例において、ビート周波数が（半径などの）曲げの変数の関数として決定されるＤＦＢ曲げセンサは、ガス井、あるいは油井などの井戸で圧力センサとして使われる。
【００４４】
本発明の更に別の実施例において、ＤＦＢレーザの回折格子が異なる圧縮性の材料に埋め込まれる。したがって、圧力変化が生じるとき、埋め込み材料が変形し、それによって回折格子を曲げる。図１０はこの実施例を断面図１０００に示していて、それは高圧縮性の材料１００１と、通常の条件下で、つまり、例えば周囲圧力などの既知の圧力環境におかれるときに低圧縮性の材料１００３との間に配される真っ直ぐな構成の回折格子１００２を備えるファイバを示す。この圧力の変化が図１００５に示される。一例として、図１０に示される構成は一条のファイバ内の一つ以上の回折格子に塗布される二重被覆を用いて達成することが出来、その場合において、一つの被覆は高圧縮性の材料であり、第二の被覆は低圧縮性を備えるように選択される材料である。曲げに敏感な回折格子に塗布されるとき、そのような構成はファイバ圧力センサとして機能出来る。
【００４５】
本発明の態様により、図１０は、少なくとも第一の被覆１００１を有する一部と、第二の被覆１００３を有する第二の部分に封入された、ＤＦＢファイバなどの回折格子１００２を有するファイバを示すとして記述出来よう。これらの二つの被覆１００１、および１００３は全体としての異なる変形係数を備え、したがって、温度、あるいは圧力などの変化する測定量に対応して互いに異なって変形する。被覆もまた環境中の材料との化学反応の故に変形するかもしれない。それぞれの被覆はこの反応に応じて異なる変形をするかもしれない。この実施例の他の態様は、測定量の影響の下に変形する一つの被覆と、その影響下で変形しない他の被覆を含む。本発明の更なる態様として、ＤＦＢファイバレーザ、あるいはレーザ材料からなる回折格子が、リボン形状などの、あるいは少なくとも円でない実質的に直角である断面形状を備える導光路、あるいはセンサに埋め込まれる。そのようなリボン形状はリボンの異なる側面で異なる被覆の影響を強める。
【００４６】
本発明の他の実施例において、被覆１００１、および１００３は同一の材料であるが、それぞれは互いに異なる厚みを備える。本発明の更なる実施例において、被覆１００１、１００３のいずれか、あるいは両方は複数の被覆からなる、つまり、一層より多くの被覆が回折格子１００２の一側面、あるいは両側面に全体としての被覆を生成するために塗布される。本発明のまた更なる実施例において、ＤＦＢファイバレーザは、ＤＦＢファイバレーザの一側面に付けられる、被覆１００１、あるいは１００３のいずれかなど、一つだけの被覆を備える。
【００４７】
ファイバ、あるいはリボンの異なる側面に塗布されたそれぞれの被覆の変形係数の違いにより、ファイバ、あるいはリボンの形状が変形を受けて、ファイバ、あるいはリボンが最大量の変形で被覆の形状にしたがい、ファイバ、あるいはリボンが変形する結果となる。上に説明されるように、この曲げはファイバ、あるいはリボンの曲げの量に依存するビート周波数で信号に変換することが出来る。
【００４８】
本発明の更なる実施例により、ＤＦＢファイバレーザが、変化する測定量によって形状が変化する表面に取り付けられる。例として、ＤＦＢファイバレーザは、例えば、弾性ポリマ、バルーンなどの柔軟性のある材料に取り付けることが出来る。圧力がバルーンの内側で変化するにしたがい、バルーンは膨張、あるいは収縮してＤＦＢファイバレーザの曲がりを変化させる。例えば、（合金、およびポリマなどの形状記憶材料で作られるものなど）温度変化によって形状を変化させる物体の他の表面が曲げのパラメータに基づくＤＦＢセンサのための担体、あるいは変換器として使われてもよい。
【００４９】
本発明の更なる実施例において、初期位置におけるセンサがすでに曲げられている。測定量の増加、あるいは減少がセンサの曲げの量を変化させ、それはＤＦＢファイバレーザに由来するビート信号によって検出することが出来る。
【００５０】
本発明の更に他の実施例において、ＤＦＢファイバは複数のコアを有するファイバに置き換えられる。この実施例において、ＤＦＢ回折格子が二つ以上のコアに刻み込まれる。したがって、曲げは一つ、あるいはそれ以上のコアで応力状態に変化を生じさせるであろう。光学的に、あるいはＲＦビートノートの測定のいずれかによるレーザ周波数の測定が曲げの状態を与え、最終的に測定量の変化を計算するために使うことが出来る。ビートノートは、多重モードで動作するそれぞれのコア内のＤＦＢレーザから、あるいはビートノートを生成するためのそれぞれのＤＦＢレーザからの応答を用いることによって発生することが出来る。
【００５１】
本発明の更に他の実施例において、偏光に依存する損失（ＰＤＬ）を有する要素がＤＦＢファイバレーザと検知器との間の経路に含まれる。ＰＤＬは偏光子の損失と同じくらいの大きさ、あるいはより小さい。それはバルク、あるいは分布型であってもよい。それは、このＰＤＬの方向がＤＦＢの二つの偏光の固有状態に関して常に揃っていることがないように、製造中にその方向が調整されてよい回折格子に十分に密接して配されてもよい。例えば、ＤＦＢは直線０、および９０度方向へレーザ光を放射してよく、ＰＤＬ要素は二つのモードがビートすることを確かなものとするために４５度方向に向けられてよい。あるいは、偏光ダイバーシティ光学素子が検知器の前に置かれてよい。例えば、それは一つのアームに０度偏光子、および他のアームに４５度偏光子が続くスプリッタを含んでよい。次いで、これらの二つのＲＦ信号が、例えば加算増幅器を用いて加えられる。ＲＦ、あるいは光領域の位相のずれは、偏光の入力状態にかかわらずＲＦビートノートを確実なものとするために加えることが出来るであろう。あるいは、検知器は、多重偏光状態への入力信号の出射を測定する偏光（計の）光ヘッドに置き換えることが出来るであろう。これらの信号はＲＦ領域で加算増幅器に加えられる。ＲＦ、あるいは光領域の位相のずれは偏光の入力状態にかかわらずＲＦビートノートを確実なものとするために加えることが出来るであろう。
【００５２】
本発明の他の実施例において、ＲＦ周波数は位相固定ループ（ＰＬＬ）回路によって測定される。次いで、位相固定ループからの読み出しがＲＦ信号を与える。
【００５３】
温度、および圧力を決定するための二つのＤＦＢレーザ（曲げられたＤＦＢレーザ、および真っ直ぐなＤＦＢレーザ）の要求は、適切に設計された二重コアＤＦＢファイバレーザによって満たされ、その場合、二つの分離されたＤＦＢファイバレーザが単一のファイバ内に配置される。例えば、図１１に図解されるような互いに垂直、あるいは実質的に垂直な低速軸を備えるコア（コアＡ、およびコアＢ）を有する二重コアＰＭファイバ内にＤＦＢ空胴共振器を作ることにより、式ΔνＡ＝Ｃ０Ａ＋Ｃ１Ａ．Ｔ＋Ｃ２Ａ／Ｒ２、およびΔνＢ＝Ｃ０Ｂ＋Ｃ１Ｂ．Ｔ−Ｃ２Ｂ／Ｒ２にしたがう二つのＤＦＢレーザのビートノートを得る。そのような二重コアの曲げられたＤＦＢレーザのビートノートを測定することにより、Ｔ（温度）、およびＲ（曲げ半径）を決定出来る。ここで、実質的に垂直ということは二つの低速軸の間の角度が最大でも９０度から１０度異なるということを意味する。
【００５４】
あるいは、図１２に図解されるように、示される方向にレーザが曲げられるとき、コアＢのＤＦＢレーザのビート周波数が変化しないために、一つのコアの低速軸は、他のコアに関して４５度、あるいは実質的に４５度にすることが出来る。ここで、実質的に４５度ということは、角度が４５度から５度以上異ならないということを意味する。コアＡ、およびＢに対応するＤＦＢレーザそれぞれのビートノートはそれぞれΔνＡ＝Ｃ０Ａ＋Ｃ１Ａ．Ｔ＋Ｃ２Ａ／Ｒ２、およびΔνＢ＝Ｃ０Ｂ＋Ｃ１Ｂ．Ｔとして書くことが出来る。ΔνＡ、およびΔνＢの測定によりＴ、およびＲを決定することが出来る。
【００５５】
さらに、二重コアの中にポンプ光を出射すること、およびコアから信号を取り出すことは図１３に１３０１で示されるようにファイバの短い部分を先細にすることによって行うことが出来、したがって光（ポンプ、および／あるいは信号）は一つのコアから他へ結合出来る。図１３において、（灰色の領域で示される）回折格子部分から実質的に離れて位置する二重コアの一つ以上の部分が先細にされ、それによって二つのコアが互いにより近くに寄せられる。この先細にすることがコアのいずれかに加えられるポンプを両方のレーザを励起するために二つに分割できる。また、同様の先細化は、適切に設計されるとき、ポンプ信号、およびレーザ出力の両方が先細領域１３０１で混合し、両方が二つのコアのいずれかで検知可能になるであろう。ファイバの反対側の端部を先細にすることは、ポンプがいずれかの端部から加えられることを可能にし、同様にレーザ出力は他の端部から引き出すことが出来る。このことが単一の信号出力ポートを用いる両方のＤＦＢレーザから光を引き出すことを可能にする。同様の機能は、３ｄＢ融接ファイバカプラなどのよく知られたファイバカプラを用いて実行されてよい。
【００５６】
本発明のさらに別の実施例において、コアＡ、およびＢのそれぞれの回折格子は、他方に対してそれぞれわずかに異なる中心波長で書かれ、したがって結合された出力は光フィルタを用いて分離することが出来、それぞれのレーザからのＲＦビートノートは容易に検知できる。
【００５７】
本発明の他の実施例において、ファイバは、ファイバに沿って長手方向に延びる中空の空胴、あるいは密閉された空隙を有して提供され、それは図１４に図解されるように、コアＡなどのコアに関して非対称に配される。図１４の例示的実施例において、密閉された空隙内部の圧力、ＰＩＮ、は雰囲気レベルである。中空の空胴とファイバの外側（Ｐｏｕｔ）との間に圧力差があるとき、ファイバはコアの二つの偏光軸に関して非対称な方法で変形し、曲がる、あるいは複屈折をもたらす傾向があろう。したがって、何ら機械的な付属品を必要とせず直接的にファイバによって経験される圧力差を測定することが可能となる。
【００５８】
本発明の更に他の実施例において、コアの両側に中空構造を備えるファイバが圧力センサの要素として使われる。図１５に示されるように、圧力センサ要素は、少なくとも、ＤＦＢレーザコア１５０１、および、少なくとも、二つの空胴、あるいは空隙１５０２、および１５０３を含み、それぞれは他方に対して同一の内部圧力を備える。図１４と同様に、ファイバ１５００の周辺圧力が空胴１５０２、および１５０３の内側の圧力に対して変化するとき、ファイバ上の歪みは半径方向に非対称であって、図１５に図解されるように、複屈折、およびビートノートの変化を生じさせるであろう。例えば、圧力が１５０４、および１５０５における変形の外側でより高いとき、この差分が１５０６、および１５０７方向に外側の変形を生じさせ、それによってコア１５０１内の歪み、したがって複屈折の変化を生じさせる。
【００５９】
図１０、図１４、および図１５それぞれは、変化する圧力の結果としてファイバを曲げさせる、ファイバの半径方向に非対称な歪みを生じさせる、断面における異方性の圧力特性を備える分布型レーザファイバ構成を示す。上に説明されたように、曲げはビート周波数の変化として測定が可能な複屈折の変化を生じさせる。したがって、外部の圧力を変化させることによってファイバを異なる曲げ状態にさせるためのファイバホルダは必要ない。しかしながら、半径方向に異方性の圧力に敏感に反応するファイバを所定の位置に保持するために、少なくとも一つのファイバホルダが使われてよい。
【００６０】
図９ａ、および９ｂに図解されるバネ配列は音響振動に敏感であると述べられた。したがって、音波が装置に当たるとき、バネの動きが曲げられたＤＦＢファイバレーザを振動させるであろう。バネを使うことが出来るが、バネを備えることは必ずしも必要ではない。音響に対する敏感さ、すなわち、音響振動がＤＦＢファイバの曲げの変化に変換されることを備えることだけが必要である。したがって、ＤＦＢレーザの動きはＤＦＢＲＦビートノートに周波数変調を起こさせるであろう。本発明の他の実施例において、ヘテロダイン復調の仕組みが、元の音響波を再生するベースバンド信号を生成するためにこの信号を復調する。一つのそのようなヘテロダインの仕組みは位相固定ループを取り入れる。したがって、電圧を制御されたＲＦを制御する電圧が音の信号を含むであろう。したがって、曲げられたＤＦＢレーザはヘテロダイン検知による全光マイクロフォンとして作用する。圧力の変化によるファイバの曲げ変化を生じさせる代わりに、図１６に示されるように、低速、および高速軸の方向のいずれかのファイバに応力を加えることが出来る。このことが複屈折の変化を生じさせ、ビートノートを生成する。それ故に、そのような構造で作られたＤＦＢレーザのビートノートの測定が、加えられた応力による圧力、および複屈折の変化による温度の測定を可能にするであろう。
【００６１】
本発明の更なる実施例において、数多くのセンサが図１７に示すように並べてつながれる。これが共通のポンプ放射によって一端からポンプされ、それぞれのＤＦＢセンサ要素からの（好ましくは異なる中心波長を備え、それによってそれらが互いに干渉しない）光が一端から出力され、個々の要素のビートノートから情報を抽出するために問い合わせることが出来る。
【００６２】
本発明の実施例により、ファイバＤＦＢレーザにより生成されるこれらのような信号、および関連するデータは図１８に示されるようなシステムによって処理することが出来る。システムはファイバＤＦＢレーザから得られるデータを提供され、データ、あるいは保存用記憶媒体１８０１、記憶媒体１８０２に保存される一組の実行可能な命令、およびプロセッサ１８０３からなる。データは、センサから受け取られるデータ１８０６などの多重入力から提供されてよい。データ、例えば測定量のデータは入力装置１８０５によって提供されてよく、一実施例においてそれは位相固定ループ（ＰＰＬ）回路である。例えば、そのようなデータは  連続的に提供されてよい。本発明の方法を実行するための、少なくとも、一組の命令からなるプログラムは、記憶装置１８０２に保存され、プロセッサ１８０３に提供されて、データ１８０１を処理するために１８０２の命令を実行する。温度、半径、あるいは音響信号、あるいはプロセッサからの他の信号などのデータは出力装置１８０４に出力され、それは、例えば、音響信号を提供するための表示装置、あるいは拡声器であってよい。プロセッサは通信装置から他のデータを受け取り、外部の装置にデータを伝送するために通信経路１８０７を備えてよい。プロセッサは専用のハードウエアであることが出来る。しかしながら、プロセッサ１８０３はＣＰＵ、あるいは１８０２の命令を実行出来る何か他の計算装置であってもよい。それ故に、図１８に図解されるようなシステムは、センサ、およびここに提供されるような装置から得られるデータ処理のためのシステムを提供し、かつ本発明の態様としてここに提供されるような方法のステップを実行することが可能である。
【００６３】
図１９は本発明の態様による、マイクロフォンなどの音響センサを図解する。音響／光変換器１９０１は、図９ａ、および９ｂに図解されるようなＤＦＢレーザに類似して配される曲げられたファイバＤＦＢレーザにより形成される。本発明の一つの実施例における中立の位置にあるファイバの形状は、すでに円形に曲げられた形状である。本発明の更に他の実施例において、曲げられたファイバの形状は円錐曲線の一つであり、少なくとも部分的に円、楕円、放物線、あるいは双曲線のような形状である。本発明の更に他の実施例において、曲げられたファイバの形状は、円錐曲線により近似できる滑らかな弧、あるいは曲線内にある。際立って滑らかな形状を備えるＤＦＢレーザにより生成されて得られるビートノートは、その現在の形、あるいは形状パラメータ、およびゆがみ、あるいは現在の形、あるいは形状パラメータへの変化によって特徴付けることが出来る。その形状パラメータとして円形の形状、およびその半径を用いることは、ファイバＤＦＢレーザの形状に依存する複屈折のまさに一つの実例である。
【００６４】
図１９に戻って、音響信号が変換器１９０１に受け取られる。音響信号がファイバの形状変化を生じさせる。図１９には示されないが、１９０１のファイバＤＦＢレーザはポンプレーザ信号を提供され、ポンプレーザをファイバに結合し、生成されるレーザ光を切り離すためのコネクタを備えると仮定される。音響信号は、曲げ半径、あるいは他の形状パラメータの変化であるかもしれない形状変化を生じさせ、それが持続する信号から光ビートノートを生成させる。持続する信号は、光受信機、あるいは検知器１９０２にビートノート信号を生成し、電気ラジオ周波数（ＲＦ）信号を生成するために混合される。生成された電気信号はフィルタする、かつ／あるいは増幅、あるいは別に信号調整器１９０３により調整することが出来る。ＲＦ信号はヘテロダイン混合器１９０４によって混合され、周波数が下げられて、ベースバンド信号と呼ばれてよい復調された信号を生成するためにＰＬＬ復調器１９０５によって復調することが出来る。
【００６５】
ビート信号の周波数は、音響信号などの信号によって変化するファイバＤＦＢレーザの形状の変化によって変化する。したがって、ビート信号の周波数は音響信号によって変化し、生成されたビート信号は周波数変調された音響信号を表す。本発明の一実施例において、ファイバは１５ｃｍより小さい半径の円形形状を備える。更なる実施例において、ファイバは１０ｃｍよりも小さい半径の円形形状を備える。更なる実施例において、ファイバは５ｃｍよりも小さい半径の円形形状を備える。
【００６６】
変調された信号の復調のために、ビート信号は、周波数変調された信号をより低い周波数帯、例えばＰＬＬ、あるいはＦＭ変調器が動作する周波数帯に低く周波数変換するヘテロダイン受信器、あるいは混合器１９０４に提供されてよい。
【００６７】
次いで、電気信号はＦＭ復調器１９０５に提供される。これは位相固定ループ（ＰＬＬ）回路として導入することが出来る。ＦＭ復調器１９０５の出力は、ビートノート周波数、すなわち外部の揺らぎの大きさに比例する。
【００６８】
本発明の基本的なこれまでにない特徴がその好ましい実施例に適用されるとして示され、記述され、かつ目を向けられているが、図解されている前記方法、およびシステムの形、および詳細、およびその運用におけるいろいろな省略、および置換、および変更が本発明の精神から逸脱することなく当業者により行われることが理解されるであろう。それ故に、ここに添付される請求の範囲によって示されることのみに限定されるものであると意図されている。
【符号の説明】
【００６９】
１０１              分布帰還型（ＤＦＢ）ファイバレーザ
１０２              ポンプレーザ
１０３、１０４      回転可能なファイバホルダ
１０５、１０６      波長分割多重装置（ＷＤＭ）
９００ａ            変換器
９００ｂ            装置
９０１              ＤＦＢファイバレーザ
９０２              バネ
９０３              真っ直ぐなＤＦＢレーザ
９０４              検知器
９０５、９０６      ファイバホルダ
９１０              ＤＦＢファイバ
９１２、１００２    回折格子
９１４              開管型のガイド
９１８              可動のホルダ
９２０              ガイド
９２２              真っ直ぐな回折格子
９２４              滑車
１０００            断面図
１００１            高圧縮性の材料
１００３            低圧縮性の材料
１５００            ファイバ
１５０１            ＤＦＢレーザコア
１５０２、１５０３  空胴、空隙
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１】
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【図２】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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