干涉測量裝置制造方法

干涉測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種干涉測量裝置，該干涉測量裝置包括具有第一端和第二端的多芯光纖、光源、光接收器、分路單元、耦合單元、測量光路和參照光路，并且測量測量光路上的被測物的物理量。光源和光接收器設置在第一端側，而測量光路和參照光路設置在第二端側。分路單元將來自光源的光分成測量光和參照光，而耦合單元生成已經傳播通過測量光路的測量光與已經傳播通過參照光路的參照光之間的干涉光。光接收器檢測干涉光的強度。
【專利說明】干涉測量裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種干涉測量裝置。

【背景技術】
[0002] 使用光纖的測量裝置為人所知。專利文獻1和2中公開的測量裝置使用具有多個 纖芯的多芯光纖作為傳感器單元并且根據纖芯之間的光耦合的變化來檢測溫度、壓力、張 力等的變化。專利文獻3中公開的測量裝置使從光源輸出的測量光傳播通過多芯光纖中的 纖芯到達被測物、允許從被測物反射的反射光傳播通過另一纖芯到達光接收器、并且根據 光接收器所檢測到的反射光的量來測量被測物的物理量。使用光纖作為傳感器單元的干涉 測量裝置同樣為人所知。
[0003] 引用列表
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本專利No. 2706281
[0006] 專利文獻2 :日本專利申請公開No. 4-307328
[0007] 專利文獻3 :日本專利申請公開No. 2003-229598


【發明內容】

[0008] 本發明要解決的問題
[0009] 發明人研究了諸如上述裝置等常規裝置，結果發現了以下問題。在上述專利文獻 1、2中公開的測量裝置中可測量的物理量的類型限于影響多芯光纖的纖芯之間的光耦合的 類型。在上述專利文獻1、2中公開的測量裝置中，多芯光纖的纖芯之間的光耦合的變化需 要具有通過對各纖芯的輸出光功率的測量而能夠被檢測到的大小。在專利文獻3中公開的 測量裝置中可測量的物理量的類型限于影響被測物的反射光的量的類型。在專利文獻3中 公開的測量裝置中可測量的物理量同樣需要具有使反射光的量的變化能夠被檢測到的大 小。在專利文獻1至3中公開的測量裝置中，可測量的物理量的類型和大小受到限制。 [0010] 在使用光纖作為傳感器單元的干涉測量裝置中，由除被測量物理量以外的物理量 的變化（如果有的話）引起的測量光與參照光之間的相位差的變化會產生測量噪聲。在使 用光纖作為傳感器單元的常規結構（其中，用于傳播測量光的光纖與用于傳播參照光的光 纖彼此不同）中，在測量溫度時，例如，測量光與參照光之間的相位差很容易被諸如壓力和 張力等除溫度以外的干擾改變。這使得需要采取措施來消除由除被測量物理量以外的物理 量的干擾引起的噪聲，這些措施使測量裝置的結構變得復雜。
[0011] 為解決上述問題，本發明的目的是提供一種能夠以簡單的結構測量各種類型的物 理量的干涉測量裝置。
[0012] 問題的解決方案
[0013] 作為第一方面，根據本發明的干涉測量裝置至少包括多芯光纖、光源、光接收器、 測量光路、參照光路、分路單元和耦合單元。多芯光纖具有第一端和與第一端相對的第二 端，并且還具有在第一端與第二端之間延伸的多個纖芯以及覆蓋多個纖芯的共用包層。光 源設置在多芯光纖的第一端側。光接收器同樣設置在多芯光纖的第一端側。測量光路設置 在多芯光纖的第二端側。參照光路同樣設置在多芯光纖的第二端側。分路單元將從光源輸 出的光分成用于傳播通過測量光路的測量光和用于傳播通過參照光路的參照光。耦合單元 通過耦合已經傳播通過測量光路的測量光和已經傳播通過參照光路的參照光來生成測量 光與參照光之間的干涉光，并將如此生成的干涉光輸送到光接收器。這允許光接收器檢測 干涉光的強度。多芯光纖的多個纖芯包括屬于用于將光從第一端傳播到第二端的第一傳輸 路徑的至少一個纖芯（一個或更多個纖芯）和不屬于第一傳輸路徑而屬于用于將光從第二 端傳播到第一端的第二傳輸路徑的至少一個纖芯（一個或更多個纖芯）。
[0014] 作為適用于第一方面的第二方面，優選的是，多芯光纖基本上沒有感測功能（free of a sensing function)。另外，測量光路和參照光路也基本上沒有感測功能。作為適用 于第一方面和第二方面中的至少一個方面的第三方面，分路單元可以設置在多芯光纖的第 二端側。在這種情況下，第三方面中的分路單元在多芯光纖的第二端處將來自于光源且從 屬于第一傳輸路徑的纖芯輸出的光分成測量光和參照光。作為適用于第一方面至第三方面 中的至少一個方面的第四方面，耦合單元可以設置在多芯光纖的第二端側。在這種情況下， 第四方面中的耦合單元從多芯光纖的第二端側將已經傳播通過測量光路的測量光與已經 傳播通過參照光路的參照光之間的干涉光輸送到屬于第二傳輸路徑的纖芯。
[0015] 作為適用于第一方面至第四方面中的至少一個方面的第五方面，分路單元可以設 置在多芯光纖的第一端側。在這種情況下，第五方面中的分路單元將從光源輸出的光中分 出的測量光從多芯光纖的第一端側輸送到屬于第一傳輸路徑的一個纖芯中，并且將從光源 輸出的光中分出的參照光從多芯光纖的第一端側輸送到屬于第一傳輸路徑的另一個纖芯 中。因此，在第五方面中，至少兩個纖芯屬于第一傳輸路徑。作為適用于第一方面至第五方 面中的至少一個方面的第六方面，耦合單元可以設置在多芯光纖的第一端側。在這種情況 下，第六方面中的耦合單元耦合傳播通過彼此不同且均屬于第二傳輸路徑的相應兩個纖芯 之后從多芯光纖的第一端輸出的測量光和參照光，以便生成干涉光，并且將如此生成的干 涉光輸送到光接收器中。因此，在第六方面中，至少兩個纖芯屬于第二傳輸路徑。
[0016] 如上所述，就多芯光纖而言，第三方面至第六方面至少能夠實現分路單元和耦合 單元這兩者均設置在第一端側的第一結構、分路單元和耦合單元這兩者均設置在第二端側 的第二結構、分路單元和耦合單元分別設置在第一端側和第二端側的第三結構、以及分路 單元和耦合單元分別設置在第二端側和第一端側的第四結構。特別是，在分路單元和耦合 單元設置成將多芯光纖保持在它們之間的第三結構和第四結構中，屬于第一傳輸路徑的纖 芯的數量與屬于第二傳輸路徑的纖芯數量的不同。可以將兩個分路單元分別設置在多芯光 纖的第一端側和第二端側。可以將兩個耦合單元分別設置在多芯光纖的第一端側和第二端 側。
[0017] 作為適用于第一方面至第六方面中的至少一個方面的第七方面，多芯光纖可以具 有例如作為多個纖芯的第一纖芯、第二纖芯、第三纖芯和第四纖芯。優選地，特別是在垂直 于多芯光纖的中心軸線（光纖軸線）的橫截面中，第一纖芯和第二纖芯設置在圍繞中心軸 線彼此對稱的位置，同時第三纖芯和第四纖芯也設置在圍繞中心軸線彼此對稱的位置。在 這種情況下，第一纖芯和第三纖芯屬于第一傳輸路徑，而第二纖芯和第四纖芯屬于第二傳 輸路徑。
[0018] 作為適用于第一方面至第七方面中的至少一個方面的第八方面，多芯光纖的多個 纖芯中的每一個均為保偏纖芯（polarization-maintaining core)。在適用于第一方面至 第八方面中的至少一個方面的第九方面，測量光和參照光中的至少一個被消偏振或被偏振 加擾。
[0019] 作為適用于第一方面至第九方面中的至少一個方面的第十方面，干涉測量裝置可 以包括適于用作分路單元和耦合單元的多芯光纖耦合器。多芯光纖耦合器具有內部包含多 個纖芯組的包層和包含在包層中的泄漏減少單元。特別是，多個纖芯組中的每一個纖芯組 構造為將傳播通過一個纖芯的光的一部分岔開到另一纖芯或耦合傳播通過一個纖芯的光 和傳播通過另一纖芯的光。泄漏減少單元設置在多個纖芯組的不同纖芯組之間并且抑制不 同纖芯組之間的串擾。多個纖芯組中的每一個包括構造為因同一纖芯組內的纖芯之間的串 擾而岔開光或耦合光的多個纖芯。
[0020] 作為第^ 方面，根據本發明的多芯光纖f禹合器具有內部包括多個纖芯組的包層 和包括在包層中的泄漏減少單元。特別是，多個纖芯組中的每一個構造為將傳播通過一個 纖芯的光的一部分岔開到另一纖芯或耦合傳播通過一個纖芯的光和傳播通過另一纖芯的 光。泄漏減少單元設置在多個纖芯組的不同纖芯組之間并且抑制不同纖芯組之間的串擾。 多個纖芯組中的每一個包括構造為因同一纖芯組內的纖芯之間的串擾而岔開光或耦合光 的多個纖芯。
[0021] 本發明的有益效果
[0022] 根據各實施例的干涉測量裝置可以以簡單的結構測量各種類型的物理量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是示出根據第一實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0024] 圖2的（a)和（b)是用于說明第一實施例和第六實施例中的每一個實施例的應用 的實例的視圖；
[0025] 圖3是示出根據第二實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0026] 圖4是多芯光纖10的剖視圖；
[0027] 圖5的（a)和（b)是用于說明第二實施例至第六實施例、第七實施例和第八實施 例中的每一個實施例的應用的實例的視圖；
[0028] 圖6是示出根據第三實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0029] 圖7是示出根據第四實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0030] 圖8是示出根據第五實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0031] 圖9的（a)和（b)是示出根據第六實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0032] 圖10的（a)至（c)是根據第六實施例的干涉測量裝置的部件的剖視圖；
[0033] 圖11是示出根據第七實施例的干涉測量裝置的結構的視圖；
[0034] 圖12的（a)和（b)是根據第七實施例的干涉測量裝置的各部件的剖視圖；以及
[0035] 圖13是示出根據第八實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。

【具體實施方式】
[0036] 在下文中，將參照附圖對本發明的實施例進行詳細的說明。在附圖中，相同或等同 的部分將用相同的附圖標記表示，而省略其重復說明。
[0037](第一實施例）
[0038] 圖1是示出根據第一實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。根據第一實施例的干 涉測量裝置1包括多芯光纖10、光源20、光接收器30、分路單元41、耦合單元51、測量光路 60和參照光路70。干涉測量裝置1可以測量測量光路60上的被測物90的物理量。多芯 光纖10、測量光路60和參照光路70基本上沒有感測功能。
[0039] 多芯光纖10在共用包層內具有在第一端10a與第二端10b之間延伸的多個纖芯。 光源20和光接收器30設置在多芯光纖10的第一端10a側，從而構成了第一端側兀件100A。 分路單元41、耦合單元51、測量光路60和參照光路70設置在多芯光纖10的第二端10b側， 從而構成了第二端側元件100B。分路單元41、耦合單元51、測量光路60和參照光路70還 構成馬赫-曾德爾干涉儀。
[0040] 從光源20輸出的光在多芯光纖10的第一端10a進入纖芯（其為屬于適用于將光 從第一端l〇a傳播到第二端10b的第一傳輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第二端10b 從該纖芯出射到分路單元41。已經進入分路單元41的光被分成測量光和參照光。從分路 單元41輸出的測量光通過存在被測物90的測量光路60進入耦合單元51。從分路單元41 輸出的參照光通過參照光路70進入耦合單元51。
[0041] 已經進入耦合單元51的測量光和參照光在耦合時彼此干涉，并且從耦合單元51 射出所得到的干涉光。干涉光在多芯光纖10的第二端i〇b進入另一纖芯（屬于適用于將 光從第二端l〇b傳播到第一端10a的第二傳輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第一端 10a從該纖芯射出，從而被光接收器30接收。此時，由光接收器30檢測干涉光的強度。在 多芯光纖10的多個纖芯中，將光從第一端l〇a傳播到第二端10b的纖芯和將光從第二端 10b傳播到第一端10a的纖芯彼此不同。
[0042] 當已經通過被測物90的測量光的相位變化時，輸送到耦合單元51的測量光與參 照光之間的相位差變化，從而干涉光的強度發生變化。結果，使光的相位變化的被測物90 的變化（如果有的話）可作為干涉光的強度變化而被光接收器30檢測到。干涉測量裝置 1可以以簡單的結構測量各種類型的物理量。
[0043] 可以使用光纖作為被測物90。利用光纖的折射率和長度隨溫度、壓力、張力等而 變化的事實，干涉測量裝置1可以用作溫度傳感器、壓力傳感器或張力傳感器。在本實施例 中，被測物90不限于光纖。當使用折射率根據周圍的化學物質的種類和濃度而變化的材料 作為被測物90時，例如，干涉測量裝置1可以用作化學傳感器。當使用折射率根據周圍的 電磁而變化的材料作為被測物90時，例如，干涉測量裝置1可以用作電磁傳感器（天線）。
[0044] 圖2的（a)和（b)是用于說明第一實施例的應用實例的視圖。圖2的（a)和（b) 所示的結構還適用于第六實施例（將在后文中進行說明）。即，當多芯光纖10具有屬于第 一傳輸路徑的至少一個纖芯和屬于第二傳輸路徑的至少一個纖芯時，可以實現根據圖1所 示的第一實施例的干涉測量裝置1。
[0045] 因此，當多芯光纖10中的纖芯的數量為2的倍數時（具體而言，當纖芯的數量為 2、4、6、8、…時），將第一端側元件100A和第二端側元件100B如圖2的（a)所示的那樣設 置在多芯光纖10的兩端能夠實現分別具有與圖1中的結構相同的結構的多個測量系統1A、 1B、…。如圖2的（b)所示，當多芯光纖10在共用包層內具有六個纖芯11a至16a時，隔 著多芯光纖10的中心軸線彼此相對的纖芯組（一個纖芯屬于第一傳輸路徑，而另一纖芯屬 于第二傳輸路徑）可以實現彼此光學獨立的多個測量系統。具體而言，圖2的（b)的實例 構成了測量系統1A、測量系統1B和測量系統1C，測量系統1A具有作為第一傳輸路徑和第 二傳輸路徑的組的一組纖芯11a、14a，測量系統1B具有作為第一傳輸路徑和第二傳輸路徑 的組的一組纖芯13a、16a，并且測量系統1C具有作為第一傳輸路徑和第二傳輸路徑的組的 一組纖芯12a、15a。
[0046] (第二實施例）
[0047] 圖3是示出根據第二實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。圖4是在本實施例中 采用的多芯光纖10的剖視圖。根據第二實施例的干涉測量裝置2包括多芯光纖10、光源 20、光接收器30、分路單元42、耦合單元52、測量光路60和參照光路70。干涉測量裝置2 可以測量光路60上的被測物90的物理量。多芯光纖10、測量光路60和參照光路70基本 上沒有感測功能。
[0048] 多芯光纖10在共用包層15內具有在第一端10a與第二端10b之間延伸的至少四 個纖芯lib至14b (參見圖4)。光源20、光接收器30、分路單元42和耦合單元52設置在多 芯光纖10的第一端l〇a側，以便構成第一端側兀件200A。測量光路60和參照光路70設置 在多芯光纖10的第二端l〇b側，以便構成第二端側元件200B。分路單元42、耦合單元52、 多芯光纖10、測量光路60和參照光路70同樣構成馬赫-曾德爾干涉儀。
[0049] 從光源20輸出的光被分路單元42分為兩部分，兩部分分別作為測量光和參照光。 從分路單元42輸出的測量光在多芯光纖10的第一端10a進入第一纖芯lib (屬于第一傳 輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第二端l〇b從第一纖芯lib出射到存在有被測物 90的測量光路60。已經通過測量光路60的光在多芯光纖10的第二端10b進入第二纖芯 13b (屬于第二傳輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第一端10a從第二纖芯13b出射到 耦合單元52。
[0050] 從分路單兀42輸出的參照光在多芯光纖10的第一端10a進入第三纖芯14b (屬 于第一傳輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第二端l〇b從第三纖芯14b出射到參照光 路70。已經通過參照光路70的光在多芯光纖10的第二端10b進入第四纖芯12b (屬于第 二傳輸路徑的纖芯），并且在多芯光纖10的第一端l〇a從第四纖芯12b出射到耦合單元52。 已經進入耦合單元52的測量光和參照光進行耦合，并且由光接收器30接收所得到的干涉 光。結果，光接收器30對干涉光的強度進行檢測。
[0051] 在本實施例中，不僅光源20和光接收器30設置在多芯光纖10的第一端10a側， 而且分路單元42和耦合單元52也設置在多芯光纖10的第一端10a側。這樣能夠簡化多 芯光纖10的第二端l〇b側的結構，從而能更容易地減小第二端10b側的尺寸，當被測物90 的空間受限時，這種設置尤為有效。
[0052] 在本實施例中，纖芯lib至14b還構成了馬赫-曾德爾干涉儀的臂部的一部分。纖 芯lib至14b設置在同一包層15內，因此不易受到諸如多芯光纖10的溫度變化和施加在 多芯光纖10上的張力的變化等干擾。即，測量光與參照光之間的相位差難以在干擾的影響 下發生改變。
[0053] 如圖4所不，在本實施例中的垂直于多芯光纖10的中心軸線（光纖軸線）的橫截 面中，第一纖芯lib和第二纖芯13b位于圍繞中心軸線彼此對稱的位置，并且第三纖芯14b 和第四纖芯12b也位于圍繞中心軸線彼此對稱的位置。作為屬于第一傳輸路徑的纖芯的第 一纖芯lib將測量光從第一端10a傳播到第二端10b，而作為屬于第二傳輸路徑的纖芯的第 二纖芯13b將測量光從第二端10b傳播到第一端10a。另一方面，作為屬于第一傳輸路徑的 纖芯的第三纖芯14b將參照光從第一端10a傳播到第二端10b，而作為屬于第四傳輸路徑的 纖芯的第四纖芯12b將參照光從第二端10b傳播到第一端10a。這樣的結構不易受到施加 于多芯光纖10上的彎曲的影響，因為來回行進的測量光和參照光抵消了多芯光纖10彎曲 時出現的光路差。
[0054] 在本實施例中，當多芯光纖10中的各纖芯lib至14b為保偏纖芯時或當測量光和 參照光中的至少一個被可設置在稱合器42與多芯光纖10之間的偏振器（或消偏振器）消 偏振或偏振加擾時，干涉光可以因多芯光纖10中的偏振的波動而被限制改變其強度。
[0055] 在圖4所示的橫截面中，用于傳播測量光和參照光的纖芯lib至14b設置在以包 層15的中心軸線為圓心的圓的圓周上，分別用作測量光的前行路徑和返回路徑的纖芯lib 和纖芯13b設置在隔著包層的中心軸線彼此相對的位置，而分別用作參照光的前行路徑和 返回路徑的纖芯14b和12b設置在隔著包層15的中心軸線彼此相對的位置。因此，當多芯 光纖10被彎曲成使得用于測量光的前行路徑的第一纖芯lib位于外側時，用于測量光的返 回路徑的第二纖芯13b位于內側，使得它們彼此抵消，從而使得測量光的光路長度恒定。參 照光的情況同樣如此。
[0056] 雖然在圖4所示的多芯光纖10的橫截面的實例中多芯光纖10中的纖芯的數量為 4 (用于一個被測物），但該數量不是限制性的；例如，纖芯的數量可以為8、12、16、…（4的 倍數）。不限于如圖4所示的所有纖芯設置在同一圓的圓周上的情況，纖芯可以設置在圓心 位于包層15的中心軸線處的多個圓的圓周上。然而，在這種情況下，抵消因多芯光纖的彎 曲而造成的光路差的纖芯也在隔著包層中心彼此相對的位置處設置在同一圓的圓周上。
[0057] 當已經通過被測物90的測量光的相位變化時，進入耦合單元52的測量光與參照 光之間的相位差變化，從而干涉光的強度發生變化。結果，使光的相位變化的被測物90的 變化（如果有的話）可作為干涉光的強度變化而被光接收器30檢測到。干涉測量裝置2 可以以簡單的結構測量各種類型的物理量。
[0058] 可以使用光纖作為被測物90。利用光纖的折射率和長度隨溫度、壓力、張力等而 變化的事實，干涉測量裝置2可以用作溫度傳感器、壓力傳感器或張力傳感器。在本實施例 中，被測物90不限于光纖。當使用折射率根據周圍的化學物質的種類和濃度而變化的材料 作為被測物90時，例如，干涉測量裝置2可以用作化學傳感器。當使用折射率根據周圍的 電磁而變化的材料作為被測物90時，例如，干涉測量裝置2可以用作電磁傳感器（天線）。
[0059] 圖5的（a)和（b)是用于說明第二實施例的應用實例的視圖。圖5的（a)和（b) 所示的結構還適用于第三實施例至第五實施例、第七實施例和第八實施例（將在后文中進 行說明）。即，當多芯光纖10具有屬于第一傳輸路徑的至少兩個纖芯和屬于第二傳輸路徑 的至少兩個纖芯時，可以實現根據圖3所示的第二實施例的干涉測量裝置2。
[0060] 因此，當多芯光纖10中的纖芯的數量為4的倍數時，將第一端側元件200A和第二 端側元件200B如圖5的（a)所示的那樣設置在多芯光纖10的兩端可以實現分別具有與圖 3中的結構相同的結構的多個測量系統3A、3B、…（或三個或更多個系統）。當多芯光纖10 如圖5的（b)所示的那樣在共用包層15內具有八個纖芯11c至18c時，例如，隔著多芯光 纖10的中心軸線彼此相對的兩組纖芯（每組均包括屬于第一傳輸路徑的一個纖芯和屬于 第二傳輸路徑的另一光纖）可以實現彼此光學獨立的多個測量系統。一組纖芯llc、15c (第 一傳輸路徑和第二傳輸路徑的組）和一組纖芯13c、17c (第一傳輸路徑和第二傳輸路徑的 組）構成了如圖5的（b)的實例中的測量系統2A。類似地，一組纖芯12c、16c (第一傳輸路 徑和第二傳輸路徑的組）和一組纖芯14c、18c (第一傳輸路徑和第二傳輸路徑的組）構成 了測量系統2B。
[0061](第三實施例）
[0062] 圖6是示出根據第三實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。除了包括根據圖3所 示的第二實施例的干涉測量裝置2的結構之外，根據第三實施例的干涉測量裝置3還包括 移相器80。除此之外，第三實施例的結構與第二實施例的結構相同。移相器80設置在多芯 光纖10的第一端l〇a與稱合單兀52之間，對從多芯光纖10的第一端10a輸出的測量光和 參照光中的至少一個進行相移，并且將該光輸送至耦合單元52。
[0063] 本實施例能夠表現出與第二實施例的效果相同的效果。另外，本實施例能夠提高 對與由被測物90引起的相位變化一起出現的干涉光強度的變化的靈敏度，或者改善與由 被測物90引起的相位變化一起出現的干涉光強度的變化的線性（直線性）。控制移相器 80所提供的相移量以便抵消由被測物90引起的相移量，使得能夠檢測由被測物90引起的 相移量。
[0064] 與第二實施例（圖5的（a)和（b)) -樣，通過采用具有數量為4的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第三實施例同樣能夠實現各四個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（均 具有與圖6所示的干涉測量裝置3的結構相同的結構）。
[0065] (第四實施例）
[0066] 圖7是示出根據第四實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。除了包括根據圖6所 示的第三實施例的干涉測量裝置3的結構之外，根據第四實施例的干涉測量裝置4還包括 耦合器96、97。除此之外，第四實施例的結構與第三實施例的結構相同。耦合器96、97在多 芯光纖10的第二端l〇b側設置在測量光路60和參照光路70之間，以便構成多級馬赫-曾 德爾干涉儀。
[0067] 本實施例能夠表現出與第三實施例的效果相同的效果。另外，本實施例構造為與 兩個被測物91、92對應的多點干涉儀，當移相器80提供具有與包括被測物的馬赫-曾德爾 干涉儀的相位差對應的相移量的測量光時，能夠選擇性地測量被測物91、92。
[0068] 與第二實施例（圖5的（a)和（b)) -樣，通過采用具有數量為4的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第四實施例同樣能夠實現各四個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（均 具有與圖7所示的干涉測量裝置4的結構相同的結構）。
[0069](第五實施例）
[0070] 圖8是示出根據第五實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。在結構方面，根據第 五實施例的干涉測量裝置5與根據圖3所示的第二實施例的干涉測量裝置2的不同點在 于：根據第五實施例的干涉測量裝置5包括光接收器33、34、分路單元43、44、耦合單元53、 54和移相器80來代替光接收器30和稱合單兀52。除此之外，第五實施例的結構與第二實 施例的結構相同。
[0071] 從多芯光纖10的第一端10a輸出的測量光被分路單元43分為分別進入耦合單元 53、54的兩部分。從多芯光纖10的第一端10a輸出的參照光被分路單兀44分為兩部分，其 中一部分進入耦合單元53,而另一部分被移相器80進行相移，隨后進入耦合單元54。已經 進入耦合單元53的測量光和參照光在耦合時彼此干涉，并且由光接收器33接收所得到的 干涉光，從而檢測干涉光的強度。已經進入耦合單元54的測量光和參照光在耦合時彼此干 涉，并且由光接收器34接收所得到的干涉光，從而檢測干涉光的強度。
[0072] 本實施例能夠表現出與第三實施例的效果相同的效果。另外，本實施例可以測量 具有相移和不具有相移的兩種干涉光強度，并且可以通過對這兩種干涉光強度的信號處理 實現高精度的測量。在此，移相器80提供具有相移的測量光和具有相移的參照光中的至少 一者就足夠了。
[0073] 與第二實施例（圖5的（a)和（b)) -樣，通過采用具有數量為4的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第五實施例同樣能夠實現各四個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（均 具有與圖8所示的干涉測量裝置4的結構相同的結構）。
[0074] (第六實施例）
[0075] 圖9的（a)和（b)是示出根據第六實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。如圖9 的（a)所示，具體而言，與根據第一實施例的干涉測量裝置1 一樣，根據第六實施例的干涉 測量裝置6包括多芯光纖10、光源20、光接收器30、分路單元41、耦合單元51、測量光路60 和參照光路70。在根據第六實施例的干涉測量裝置6中，分路單元41和耦合單元51由一 個多芯光纖稱合器45構造而成，同時分路單兀41和稱合單兀51中的每一個為多芯光纖奉禹 合器。在根據第六實施例的干涉測量裝置6中，在多芯光纖耦合器45與測量光路60和參 照光路70之間設置有輸入/輸出裝置100。
[0076] 圖9的（b)是示出從圖9的（a)中的箭頭D方向觀察到的多芯光纖耦合器45的 結構的視圖。圖10的（a)至（c)是根據第六實施例的干涉測量裝置6的各部件的剖視圖。 如圖10的（a)所示，多芯光纖10在共用包層內具有在第一端10a與第二端10b之間延伸 的兩個纖芯lld、12d。如圖9的（b)和圖10的（b)所示，多芯光纖耦合器45在共用包層 450內具有在一端與另一端之間延伸的四個纖芯451至454和設置在一組纖芯451、453與 一組纖芯452、454之間的泄漏減少單元455。如圖10的（c)所示，輸入/輸出裝置100在 共用包層1000內具有在一端與另一端之間延伸的四個纖芯101至104。
[0077] 多芯光纖10的纖芯lid與多芯光纖耦合器45的纖芯451光耦合（光學連接）。 多芯光纖10的纖芯12d與多芯光纖稱合器45的纖芯452光稱合。多芯光纖稱合器45的纖 芯451、453在彼此之間產生串擾，從而構成分路單元41。多芯光纖耦合器45的纖芯452、 454同樣在彼此之間產生串擾，從而構成耦合單元51。由于設置有泄漏減少單元455,因此 在多芯光纖耦合器45中的纖芯451、453的組與纖芯452、454的組之間不會發生串擾。
[0078] 多芯光纖稱合器45的纖芯451與輸入/輸出裝置100的纖芯101光稱合。多芯 光纖稱合器45的纖芯452與輸入/輸出裝置100的纖芯102光稱合。多芯光纖稱合器45 的纖芯453與輸入/輸出裝置100的纖芯103光稱合。多芯光纖稱合器45的纖芯454與 輸入/輸出裝置1〇〇的纖芯104光f禹合。
[0079] 從光源20輸出的光在多芯光纖10的第一端10a進入纖芯lid,并且在多芯光纖 10的第二端l〇b從纖芯lid出射到多芯光纖耦合器45的纖芯451。已經進入多芯光纖耦 合器45的纖芯451的光通過構成分路單兀41的纖芯451、453之間的串擾被分成測量光和 參照光。
[0080] 從多芯光纖耦合器45的纖芯451輸出的測量光通過輸入/輸出裝置100的纖芯 101、存在有被測物90的測量光路60、以及輸入/輸出裝置100的纖芯102進入多芯光纖耦 合器45的纖芯452。從多芯光纖f禹合器45的纖芯453輸出的參照光通過輸入/輸出裝置 100的纖芯103、參照光路70、以及輸入/輸出裝置100的纖芯104進入多芯光纖耦合器45 的纖芯454。
[0081] 已經進入多芯光纖耦合器45的纖芯454的參照光的一部分因構成耦合單元51的 纖芯452、454之間的串擾而岔開到纖芯452中。在從多芯光纖f禹合器45的纖芯452輸出 之后通過多芯光纖耦合器10的纖芯12被光接收器30接收的光是通過測量光與參照光之 間的干涉所產生的干涉光。由光接收器30檢測該干涉光的強度。
[0082] 在日本專利申請公開2011-237782中公開了一種多芯光纖耦合器。在本實施例 中，在多芯光纖f禹合器45中構造有兩個f禹合器。S卩，纖芯451、453構成了f禹合器，而纖芯 452、454構成了另一f禹合器。因此，在構成一個f禹合器的纖芯451、453之間發生串擾。同時 構成另一f禹合器的纖芯452、454產生串擾，一個f禹合器（纖芯451、453)與另一f禹合器（纖 芯452、454)之間的串擾需要盡可能地小。
[0083] 多芯光纖耦合器45設置有用于減少兩個耦合器之間的串擾的泄漏減少單元455。 泄漏減少單兀455設置在一個f禹合器（纖芯451、453)與另一f禹合器（纖芯452、454)之間， 并且能夠減少這兩個耦合器之間的光泄漏的影響（串擾）。泄漏減少單元455可以是具有 比包層的折射率低的折射率的區域或者是吸收光或散射光的區域。在前一種情況下，泄漏 減少單元455可以由摻雜有諸如元素氟（F)等折射率降低劑的石英玻璃構成，或者由多個 沿軸向延伸的孔構成，或者由分散有多個空穴的區域構成。
[0084] 在多芯光纖f禹合器45中，一個f禹合器（纖芯451、453)的光傳播方向與另一f禹合 器（纖芯452、454)的光傳播方向彼此相反。這樣的結構在減少一個f禹合器（纖芯451、453) 與另一f禹合器（纖芯452、454)之間的串擾方面同樣很有效。
[0085] 為了將多芯光纖10的各個纖芯光耦合至多芯光纖耦合器45中的對應纖芯，多芯 光纖10與多芯光纖耦合器45的相應纖芯結構需要彼此對準。在這種條件下，構造在多芯光 纖耦合器45中的耦合器的芯間串擾需要在預定水平或比預定水平更高，同時需減少多芯 光纖10中的芯間串擾。作為實現上述要求的手段，可以在多芯光纖10的纖芯之間設置泄 漏減少單元，但不在構造在多芯光纖耦合器45中的耦合器的纖芯之間設置泄漏減少單元。 可以采用上述那些結構作為泄漏減少單元的結構。
[0086] 也可以采用下述另一手段。即，在以確保產生多芯光纖10中的芯間串擾的所需水 平的間隔作為多芯光纖1〇、45的纖芯間隔的同時，為了實現在這種條件下由多芯光纖耦合 器45構造而成的f禹合器所需的芯間串擾，多芯光纖45的一部分可以被烙化和延長，以便縮 小纖芯間隔并且減小纖芯尺寸，從而降低被限制在纖芯部分中的光的比率。
[0087] 根據本實施例的干涉測量裝置6像上述第一實施例的干涉測量裝置1那樣作用及 產生效果。另外，本實施例的干涉測量裝置6可以通過多芯光纖10、45與輸入/輸出裝置 100之間的相互連接來構造，因此具有簡單的結構。
[0088] 通過采用與第一實施例（圖2的（a)和（b)) -樣具有數量為2的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第六實施例同樣能夠實現各兩個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（每 個測量系統具有與圖9的（a)和（b)所示的干涉測量裝置6的結構相同的結構）。
[0089](第七實施例）
[0090] 圖11是示出根據第七實施例的干涉測量裝置7的結構的視圖。與根據第二實施 例的干涉測量裝置2 -樣，根據第七實施例的干涉測量裝置7包括多芯光纖10、光源20、光 接收器30、分路單元42、耦合單元52、測量光路60和參照光路70。在根據第七實施例的干 涉測量裝置7中，分路單元42和耦合單元52由一個多芯光纖耦合器45構造而成，同時分 路單兀42和稱合單兀52中的每一個為多芯光纖稱合器。可以在多芯光纖10的第二端10b 設置輸入/輸出裝置。在這種情況下，可以像第六實施例那樣構造輸入/輸出裝置。
[0091] 圖12的（a)和（b)是根據第七實施例的干涉測量裝置7的各部件的剖視圖。如 圖12的（a)所示，多芯光纖耦合器45在共用包層450內具有在一端與另一端之間延伸的 四個纖芯451至454和設置在一組纖芯451、453與一組纖芯452、454之間的泄漏減少單元 455。多芯光纖耦合器45的纖芯451、453在彼此之間產生串擾，從而構成分路單元42。多 芯光纖f禹合器45的纖芯452、454同樣在彼此之間產生串擾，從而構成f禹合單兀52。由于設 置有泄漏減少單元455,因此在多芯光纖耦合器45中的纖芯451、453的組與纖芯452、454 的組之間不會發生串擾。
[0092] 如圖12的（b)所示，多芯光纖10在共用包層15內具有在第一端10a與第二端10b 之間延伸的四個纖芯lie至14e。在包層內的纖芯lie周圍設置有圍繞著纖芯lie的泄漏 減少單元llle。在包層內的纖芯12e周圍設置有圍繞著纖芯12e的泄漏減少單元121e。在 包層內的纖芯13e周圍設置有圍繞著纖芯13e的泄漏減少單元131e。在包層內的纖芯14e 周圍設置有圍繞著纖芯14e的泄漏減少單元141e。泄漏減少單元llle至141e設置在使光 基本上不會有功率傳播通過纖芯的區域中。與泄漏減少單元455 -樣，泄漏減少單元llle 至141e可以是具有比包層15的折射率低的折射率的區域或者是吸收光或散射光的區域。
[0093] 從光源20輸出的光進入多芯光纖耦合器45的纖芯451，并且通過構成分路單元 42的纖芯451、453之間的串擾被分成測量光和參照光。從多芯光纖稱合器45的纖芯451 輸出的測量光在第一端l〇a進入多芯光纖10的第一纖芯lie，并且在第二端10b從第一纖 芯lie出射到存在有被測物90的測量光路60。已經通過測量光路60的光在第二端10b進 入多芯光纖10的第二纖芯13e，并且在第一端10a從第二纖芯13e出射到構成耦合單元52 的纖芯452。
[0094] 從多芯光纖稱合器45的纖芯453輸出的參照光在第一端10a進入多芯光纖10的 第三纖芯12e，并且在第二端10b從第三纖芯12e出射到參照光路70。已經通過參照光路 70的光在第二端10b進入多芯光纖10的第四纖芯14e，并且在第一端10a從第四纖芯14e 出射到構成耦合單元52的纖芯454。已經進入耦合單元52的測量光和參照光在耦合時彼 此干涉，并且由光接收器30接收所得到的干涉光，從而檢測該干涉光的強度。
[0095] 根據本實施例的干涉測量裝置7像上述第二實施例的干涉測量裝置2那樣作用及 產生效果。另外，本實施例的干涉測量裝置7可以通過多芯光纖10、多芯光纖耦合器45與 輸入/輸出裝置之間的相互連接來構造，因此其具有簡單的結構。
[0096] 通過采用與第二實施例（圖5的（a)和（b)) -樣具有數量為4的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第七實施例同樣能夠實現各四個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（每 個測量系統具有與圖11所示的干涉測量裝置7的結構相同的結構）。
[0097](第八實施例）
[0098] 圖13是示出根據第八實施例的干涉測量裝置的結構的視圖。除了根據第七實施 例的干涉測量裝置7的結構之外，根據第八實施例的干涉測量裝置8還包括輸入/輸出裝 置100、110和移相器80。輸入/輸出裝置100設置在多芯光纖稱合器45的多芯光纖10 偵k除此之外，第八實施例的結構與第七實施例的結構相同。輸入/輸出裝置110設置在 多芯光纖10的第一端l〇a。移相器80夾設在輸入/輸出裝置100的一個纖芯與輸入/輸 出裝置110的一個纖芯之間。輸入/輸出裝置也可以設置在多芯光纖10的第二端l〇b。在 這種情況下，可以像第六實施例那樣構造輸入/輸出裝置。
[0099] 根據本實施例的干涉測量裝置8像上述第三實施例的干涉測量裝置3那樣作用及 產生效果。另外，本實施例的干涉測量裝置8可以通過多芯光纖10、45與輸入/輸出裝置 100、110之間的相互連接來構造，因此其具有簡單的結構。
[0100] 與第二實施例（圖5的（a)和（b)) -樣，通過采用具有數量為4的倍數的纖芯的 多芯光纖10,第八實施例同樣能夠實現各四個纖芯的組彼此光學獨立的多個測量系統（均 具有與圖6所示的干涉測量裝置3的結構相同的結構）。
[0101] 附圖標記列表
[0102] 1?8…干涉測量裝置；10…多芯光纖；10a…第一端；10b…第二端；11a?16a、 lib ?14b、llc ?18c、lld、12d、lle ?14e…纖芯；15...包層；20…光源；30、33、34…光接 收器；41?44…分路單兀；45···多芯光纖稱合器；51?54…稱合單兀；60···測量光路；70··· 參照光路；80···移相器；90?92…被測物；96、97…稱合器；100、110…輸入/輸出裝置；以 及420···偏振器（或消偏振器）。
【權利要求】
1. 一種干涉測量裝置，包括： 多芯光纖，其具有第一端和與所述第一端相對的第二端，所述多芯光纖具有在所述第 一端與所述第二端之間延伸的多個纖芯，以及覆蓋所述多個纖芯的共用包層； 光源，其設置在所述多芯光纖的第一端側； 光接收器，其設置在所述多芯光纖的第一端側； 測量光路，其設置在所述多芯光纖的第二端側； 參照光路，其設置在所述多芯光纖的第二端側； 分路單元，其構造為將從所述光源輸出的光分成用于傳播通過所述測量光路的測量光 和用于傳播通過所述參照光路的參照光；以及 耦合單元，其構造為通過耦合已經傳播通過所述測量光路的所述測量光和已經傳播通 過所述參照光路的所述參照光來生成所述測量光與所述參照光之間的干涉光，并將如此生 成的干涉光輸送到所述光接收器， 其中，所述多芯光纖的所述多個纖芯包括屬于第一傳輸路徑的至少一個纖芯和不屬于 所述第一傳輸路徑而屬于第二傳輸路徑的至少一個纖芯，所述第一傳輸路徑將光從所述第 一端傳播到所述第二端，所述第二傳輸路徑將光從所述第二端傳播到所述第一端。
2. 根據權利要求1所述的干涉測量裝置，其中，所述多芯光纖基本上沒有感測功能。
3. 根據權利要求1或2所述的干涉測量裝置，其中，所述分路單元設置在所述多芯光纖 的所述第二端側，并且在所述多芯光纖的所述第二端處將來自于所述光源且從屬于所述第 一傳輸路徑的纖芯輸出的光分成所述測量光和所述參照光。
4. 根據權利要求3所述的干涉測量裝置，其中，所述耦合單元設置在所述多芯光纖的 所述第二端側，并且從所述多芯光纖的所述第二端側將已經傳播通過所述測量光路的所述 測量光與已經傳播通過所述參照光路的所述參照光之間的干涉光輸送到屬于所述第二傳 輸路徑的纖芯。
5. 根據權利要求1或2所述的干涉測量裝置，其中，所述分路單元設置在所述多芯光纖 的所述第一端側，將從所述光源輸出的光中分出的所述測量光從所述多芯光纖的所述第一 端側輸送到屬于所述第一傳輸路徑的一個纖芯中，并且將從所述光源輸出的光中分出的所 述參照光從所述多芯光纖的所述第一端側輸送到屬于所述第一傳輸路徑的另一個纖芯中。
6. 根據權利要求5所述的干涉測量裝置，其中，所述耦合單元設置在所述多芯光纖的 所述第一端側，耦合傳播通過彼此不同且均屬于所述第二傳輸路徑的相應兩個纖芯之后從 所述多芯光纖的所述第一端輸出的所述測量光和所述參照光以生成所述干涉光，并且將如 此生成的干涉光輸送到所述光接收器中。
7. 根據權利要求6所述的干涉測量裝置，其中，所述多芯光纖具有作為所述多個纖芯 的第一纖芯、第二纖芯、第三纖芯和第四纖芯； 在垂直于所述多芯光纖的中心軸線的橫截面中，所述第一纖芯和所述第二纖芯設置在 圍繞所述中心軸線彼此對稱的位置，同時所述第三纖芯和所述第四纖芯也設置在圍繞所述 中心軸線彼此對稱的位置；并且 所述第一纖芯和所述第三纖芯屬于所述第一傳輸路徑，而所述第二纖芯和所述第四纖 芯屬于所述第二傳輸路徑。
8. 根據權利要求5所述的干涉測量裝置，其中，所述多芯光纖的所述多個纖芯中的每 一個纖芯均為保偏纖芯。
9. 根據權利要求5所述的干涉測量裝置，其中，所述測量光和所述參照光中的至少一 個被消偏振或被偏振加擾。
10. 根據權利要求1所述的干涉測量裝置，包括適于用作所述分路單元和所述耦合單 元的多芯光纖耦合器； 其中，所述多芯光纖耦合器具有： 包層，其內部包含多個纖芯組，所述多個纖芯組中的每一個纖芯組構造為將傳播通過 一個纖芯的光的一部分岔開到另一纖芯或耦合傳播通過一個纖芯的光和傳播通過另一纖 芯的光；以及 泄漏減少單元，其包含在所述包層中，并且設置在所述多個纖芯組的不同纖芯組之間， 以抑制所述不同纖芯組之間的串擾， 所述多個纖芯組中的每一個包括適于因同一纖芯組內的纖芯之間的串擾而岔開光或 耦合光的多個纖芯。
11. 一種多芯光纖稱合器，包括： 包層，其內部包含多個纖芯組，所述多個纖芯組中的每一個構造為將傳播通過一個纖 芯的光的一部分岔開到另一纖芯或耦合傳播通過一個纖芯的光和傳播通過另一纖芯的光； 以及 泄漏減少單元，其包括在所述包層中，并且設置在所述多個纖芯組的不同纖芯組之間， 以抑制所述不同纖芯組之間的串擾， 其中，所述多個纖芯組中的每一個包括構造為因同一纖芯組內的纖芯之間的串擾而岔 開光或耦合光的多個纖芯。
【文檔編號】G01D5/26GK104220846SQ201380016041
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月13日 優先權日:2012年3月23日
【發明者】屜岡英資 申請人:住友電氣工業株式會社