特表 2025-505815 光ファイバ干渉計及び光ファイバ干渉計に基づいて磁界又は電流を測定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-28

(54)【発明の名称】光ファイバ干渉計及び光ファイバ干渉計に基づいて磁界又は電流を測定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20250220BHJP

   G01R 15/24 20060101ALI20250220BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

G01R15/24 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024548720

(86)(22)【出願日】2023-02-21

(85)【翻訳文提出日】2024-08-19

(86)【国際出願番号】 EP2023054324

(87)【国際公開番号】W WO2023156682

(87)【国際公開日】2023-08-24

(31)【優先権主張番号】2201526

(32)【優先日】2022-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508013962

【氏名又は名称】エグゼル

(74)【代理人】

【識別番号】100074734

【弁理士】

【氏名又は名称】中里 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100086265

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100076451

【弁理士】

【氏名又は名称】三嶋 景治

(72)【発明者】

【氏名】ムリュソン セドリック

(72)【発明者】

【氏名】ヴィルディユ トマ

【テーマコード（参考）】

2G017

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AD12

2G017AD15

2G017BA05

2G017BA15

2G025AB10

2G025AC09

(57)【要約】

本発明は、光源（２０）と、差動位相変調器（１６）と、信号処理システム（９００）と、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有する検出光ファイバ（７３）とを備える、光ファイバ干渉計であって、干渉計が、閉じた光路に沿って光ファイバ（７３）を同時に進む２つの偏光波（１１１、１１２）の間の干渉によって形成された干渉ビーム（３００）の位相差を検出することができ、位相差をスケーリング係数で除することによって、磁界の値、又は導体（１２０）を流れる電流の値をそこから導く、光ファイバ干渉計に関する。本発明によれば、信号処理システム（９００）は、干渉ビームの一部分のパワーコントラストの変動を測定し、コントラストの変動からスケーリング係数の変動の測定値を導くのに適する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソースビーム（１００）を発生させることができる光源（２０）と、差動位相変調器（１６）と、光ファイバデバイス（４００）と、検出システム（１８）と、信号処理システム（９００）とを備える、光ファイバ干渉計であって、前記光ファイバデバイス（４００）が、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有する検出光ファイバ（７３）を備え、前記検出光ファイバ（７３）が、磁界に配置され、又は導体（１２０）の周りに少なくとも１巻きを形成し、前記光ファイバ干渉計が、閉じた光路に沿って前記検出光ファイバ（７３）を同時に進む２つの偏光波（１１１、１１２）の間の干渉によって形成された干渉ビーム（３００）の位相差を検出することができ、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が、前記差動位相変調器によって、前記位相差をスケーリング係数で除することによって、前記閉じた光路に沿って積分された前記磁界の値、又は前記導体（１２０）を流れる電流の値をそこから導くように変調され、前記スケーリング係数が、前記光ファイバ（７３）の前記ベルデ定数に比例する、光ファイバ干渉計において、前記信号処理システム（９００）が、前記差動位相変調器によって変調された前記干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し前記コントラストの変動から前記スケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成されることを特徴とする、光ファイバ干渉計。

【請求項2】

前記信号処理システム（９００）が、前記検出された変調干渉ビームの前記部分の最小パワー及び／又は前記検出された変調干渉ビームの前記部分の最大パワーと最小パワーとの間の差分を測定するように適合され、構成される、請求項１に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項3】

前記信号処理システム（９００）が、前記スケーリング係数の変動の前記測定値の関数として、前記スケーリング係数をリアルタイムで補正するように適合され、構成される、請求項１又は２に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項4】

前記検出光ファイバ（７３）が円偏光保持型であり、前記光ファイバデバイス（４００）が光位相リターダ（４２）と反射体（２６）とを備え、前記光位相リターダ（４２）が前記検出光ファイバ（７３）の一方の端部に配置され、前記反射体（２６）が前記検出光ファイバ（７３）の他方の端部に配置され、前記干渉計が、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が前記検出光ファイバ（７３）を往復し、２つの直交状態の円偏光を有し、前記反射体（２６）上の反射によって反転するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項5】

前記差動位相変調器（１６）が、２つの直交する軸に沿って直線偏光の２つの直交状態を案内することができる単一の導波体を備える電気光学複屈折変調器であり、前記干渉計が、前記光源（２０）と前記電気光学複屈折変調器（１６）との間に配置された偏光子（２４）であって、前記偏光子が、前記電気光学複屈折変調器（１６）の軸に対して４５度に向けられ、前記電気光学複屈折変調器の一方の端部が前記光ファイバデバイス（４００）に接続される、偏光子（２４）を備える、請求項４に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項6】

前記光源（２０）と前記差動位相変調器（１６）との間に配置されたＹ字接合分離器であって、前記差動位相変調器（１６）が、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、それぞれが位相変調器を有し、前記光ファイバデバイス（４００）が、偏光保持光ファイバセクション（７１）と、他方の偏光保持光ファイバセクション（７２）とを備え、前記光ファイバセクション（７１）と、それに対応する前記他方の光ファイバセクション（７２）とがそれぞれ、一方では、前記差動位相変調器（１６）の前記２つの導波体の一方に、他方では、偏光カプラ／スプリッタ（２７）に接続され、前記他方の光ファイバセクション（７２）が直線偏光を９０度回転させるように向けられる、Ｙ字接合分離器を備える、請求項４に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項7】

前記検出光ファイバ（７３）が円偏光保持型であり、前記光ファイバデバイス（４００）が、前記光源（２０）と前記差動位相変調器（１６）との間に配置されたＹ字接合分離器を備え、前記差動位相変調器（１６）が、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、前記光ファイバデバイス（４００）が、偏光保持光ファイバセクション（７１）と、光位相リターダ（３２）と、他方の偏光保持光ファイバセクション（７２）と、他方の光位相リターダ（３３）とを備え、前記光ファイバセクション（７１）及び対応する前記他方の光ファイバセクション（７２）が、それぞれ、一方では、前記差動位相変調器（１６）の前記２つの導波体の一方に接続され、他方では、前記光位相リターダ（３２）、及び対応する前記他方の光位相リターダ（３３）に接続され、前記光位相リターダ（３２）が、前記検出光ファイバ（７３）の一方の端部に配置され、前記他方の光位相リターダ（３３）が、前記検出光ファイバ（７３）の他方の端部に配置され、前記干渉計が、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が、同じ円偏光の状態で、反対方向に前記検出光ファイバ（７３）を進むように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項8】

前記光位相リターダ（４２、３２）、及び／又は対応する前記他方の光位相リターダ（３３）が、それぞれ前記ソースビーム（１００）の波長において四分の一波長板を形成する、請求項４～７のいずれか一項に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項9】

前記光位相リターダ（４２、３２）及び／又は対応する前記他方の光位相リターダ（３３）が欠陥を導入するようにオフセットされ、前記信号処理システム（９００）が、前記システムの前記スケーリング係数の変動の測定値を前記検出された干渉信号から抽出し、そこから前記光位相リターダ（４２、３２）及び対応する前記他方の光位相リターダ（３３）の温度の変動を導くように適合される、請求項８に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の光ファイバ干渉計に基づいて磁界又は電流を測定する方法であって、前記方法が、
光源（２０）からソースビーム（１００）を放出するステップと、
前記ソースビームを２つの偏光波に分割するステップと、
前記２つの偏光波を差動位相変調するステップと、
前記２つの偏光波（１１１、１１２）が閉じた光路に沿って検出光ファイバ（７３）を通って同時に進むように、前記検出光ファイバ（７３）を備える光ファイバデバイスに前記２つの偏光波を伝送するステップであって、前記検出光ファイバ（７３）が、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有し、前記検出光ファイバ（７３）が、磁界に配置されるか、又は導体（１２０）の周りに少なくとも１巻きを形成する、ステップと、
前記光ファイバデバイス（４００）の出力において２つの偏光波（１１１、１１２）を再結合して、干渉ビーム（３００）を形成するステップと、
前記干渉ビーム（３００）を検出するステップと、
前記検出された信号を処理して前記干渉ビーム（３００）の位相差の測定値を抽出し、前記位相差をスケーリング係数で除することによって、前記閉じた光路に沿って積分された前記磁界の値又は前記導体（１２０）を流れる電流の値を導くステップと
を含む、方法において、
前記信号処理が、前記差動位相変調器によって変調された前記干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し、前記コントラストの変動から前記スケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成されることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、光ファイバ干渉計に基づくセンサの分野に関する。より詳細には、本発明は、光ファイバにおける閉じた光路に沿って磁界を積分するために磁気光学ファラデー効果を用いるセンサに関する。

【0002】

このようなセンサは、特に、光ファイバが導体を囲む光ファイバ電流センサ（すなわちＦＯＣＳ）として適用される、又は磁界センサとしても適用される。

【0003】

より詳細には、本発明は、スケーリング係数に影響する誤差を補正した、高精度な電流測定のためのセンサ及び方法に関する。

【背景技術】

【0004】

上記の分野において、文献「Ｊ．Ｂｌａｋｅ ｅｔ ａｌ．“Ｉｎ－Ｌｉｎｅ Ｓａｇｎａｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，Ｖｏｌ．１１，ｎ°１，ｐａｇｅｓ １１６－１２１，１９９６」は、誘導された磁界を介して電流センサとして使用される反射（又はインライン）光ファイバ干渉計を記載している。

【0005】

文献「“Ｈｉｇｈｌｙ ａｃｃｕｒａｔｅ ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ＤＣ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｗｉｎｎｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ”，Ｋ．Ｂｏｈｎｅｒｔ，Ｈ．Ｂｒａｎｄｌｅ，Ｍ．Ｂｒｕｎｚｅｌ，Ｐ．Ｇａｂｕｓ ａｎｄ Ｐ．Ｇｕｇｇｅｎｂａｃｈ，ＩＥＥＥ，ＰＣＩＣ－２００５－１４，ｐｐ．１２１－１２８」もまた、検出光ファイバにおいて誘導されたファラデー効果を測定する光ファイバ干渉計に基づく電流センサを記載している。同文献によれば、電流センサは、サニャック光ファイバ干渉計又は反射光ファイバ干渉計の構成に基づき得る。検出光ファイバは、電流の流れる電気ケーブルの周辺の周りに少なくとも１巻きを形成するように配置され、電流の強度が測定される。検出ファイバは、一般に、円偏光保持型のものである。サニャック干渉計の場合では、同じ円偏光の状態を有し、且つ互いに反対方向に検出光ファイバを通って進む２つの波の間の位相差が測定される。反射光ファイバ干渉計の場合では、互いに直交する円偏光状態を有する検出光ファイバを通って一緒に往復する２つの波の間の位相差が測定される。但し、これらの円偏光状態は鏡で反射されて往路と復路とで反転する。静止時、すなわち、ここでは電流又は磁界が存在しない場合、２つの波が進む光路は、反対方向における波の伝播の相反性に起因して完全に同一である。また、２つの光路は完全に相反であると言われる。

【0006】

電流が導体を通って流れることにより、磁界が誘導される。この磁界は、検出光ファイバにおいて、ファラデー効果、すなわち非相反共線磁気光学効果を発生させる。より正確には、ファラデー効果は、磁界によって生じる光学偏光の回転効果である。したがって、磁界Ｂに配置された材料（例えば、シリカ）を通過し、磁界Ｂに平行に伝播する直線偏光ビームの偏光面は、磁界Ｂの検出光ファイバの材料のベルデ定数（Ｖと記す）と、通過した材料における光路の長さｄとに依存する回転角βだけ回転する。偏光の回転角βは、検出光ファイバに沿った磁界Ｂの循環に比例する。偏光の回転角度は、磁界の方向及び光の伝播方向に依存する（“Ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ”，ｓｅｃｏｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｈｅｒｖｅ Ｌｅｆｅｖｒｅ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，ｆｉｇｕｒｅ ７．１－ａ，ｐａｇｅ １０７も参照）。このように直線偏光が角度βだけ回転することは、円複屈折として解釈される。実際、直線偏光は、２つの反対（右回り及び左回り）の円偏光に分解され得る。ファラデー効果によって、同じ方向に伝播するこれら２つの円偏光には位相差がもたらされ、位相差は、これら２つの共伝播する円偏光の結合である直線偏光の回転によって観測される。

【0007】

サニャック干渉計に基づく電流センサの場合では、２つの波は、反対方向に、同じ円偏光で伝播する。この円偏光はファラデー効果によって変化しないが、反対方向に伝播する２つの波の間に位相差が生じる（“Ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ”，ｓｅｃｏｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｈｅｒｖｅ Ｌｅｆｅｖｒｅ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，ｆｉｇｕｒｅ ７．１－ｂ，ｐａｇｅ １０７も参照）。この位相差ΔΦ_Ｓは、干渉計の出力において２つの波の再結合後に測定され、以下のようになる。
ΔΦ_Ｓ＝２ＶＮＩ

【0008】

上式で、Ｖは、検出光ファイバのコア材料のベルデ定数を表し、Ｎは、導体の周りに巻かれた光ファイバの巻数を整数で表し、Ｉは、導体を流れる電流の強度を表す。

【0009】

反射光ファイバ干渉計に基づく電流センサの場合では、測定された位相差ΔΦ_Ｒは、以下のようになる。
ΔΦ_Ｒ＝４ＶＮＩ

【0010】

反射光ファイバ干渉計の場合では、偏光波がそれぞれ検出光ファイバを往復することに起因して、スケーリング係数はサニャック干渉計に比べて２倍（２ＶＮＩではなく４ＶＮＩ）になる。更に、反射光ファイバ干渉計は、ループ干渉計よりも干渉計の回転速度、振動、及び熱的効果の影響を受けにくい。

【0011】

このような光ファイバセンサには多くの利点がある。このような光ファイバセンサによって、１％のオーダーの精度で磁界又は電流を非接触で測定することが可能になる。このような光ファイバセンサによって、幅広いダイナミックレンジにわたって、例えば、数マイクロアンペアのオーダーの検出可能な電流の最小値と、数千アンペアのオーダーの検出可能な電流の最大値との間にわたって電流を測定することが可能になる。最後に、このような光ファイバセンサは、多くの環境要因の影響を受けにくい。

【0012】

しかしながら、光ファイバ干渉計に基づくセンサの精度を、また特にスケーリング係数を向上させることが望ましく、スケーリング係数は、センサ応答の線形性を、検出された信号の関数として、すなわち測定された位相差の関数として定義する。０．１％、又は更には０．０１％を上回る測定精度が望ましい。

【0013】

しかしながら、これらの光ファイバ干渉計は、他の望ましくない効果の影響を受ける。これらの望ましくない欠陥は、スケーリング係数に影響を与えやすい。

【0014】

一方では、光ファイバ干渉計のスケーリング係数は、光学構成要素のミスアライメントなどに起因する構成の欠陥を有することがある。特に、直線偏光波を円偏光波に変換するために四分の一波長板が使用される場合、この四分の一波長板は、四分の一波長板のπ／２の理論的位相差とは異なる位相差を実際にはもたらすことがある、及び／又は、入射直線偏光に対する固有軸のミスアライメントを示すことがある。

【0015】

他方では、光ファイバ干渉計のスケーリング係数は、時間とともに変化することがある。特に、ファイバのベルデ定数は、温度及びビームの波長に依存することが知られている。スケーリング係数は、例えばセンサの検知部品における温度変化によって誘導される光ファイバのベルデ定数の変動に起因する変動を示し得る。スケーリング係数はまた、光学差動位相変調器における温度変動に起因して変化し得る。

【0016】

最後に、例えばソースの光パワーの変動など、他の外乱が干渉計測に影響を与えることもある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明の目的の１つは、スケーリング係数の変動又は欠陥の原因が何であれ、その変動又は欠陥をリアルタイムで測定することを可能にする、光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサを提案することである。本発明の別の目的は、このようなセンサにおけるこのスケーリング係数の誤差をリアルタイムで補正することを可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

従来技術における上記の欠点を改善するために、本開示は、ソースビームを発生させるように適合された光源と、差動位相変調器と、光ファイバデバイスと、検出システムと、信号処理システムとを備える、光ファイバ干渉計であって、光ファイバシステムが、非相反磁気光学効果ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有する検出光ファイバを備え、検出光ファイバが、磁界に配置され、又は導体の周りに少なくとも１巻きを形成し、光ファイバ干渉計が、閉じた光路に沿って検出光ファイバを同時に進む２つの偏光波の間の干渉によって形成された干渉ビームの位相差を検出することができ、２つの偏光波が、差動位相変調器によって変調され、光ファイバ干渉計が、位相差をスケーリング係数で除することによって、閉じた光路に沿って積分された磁界の値、又は導体を流れる電流の値をそこから導くことができ、スケーリング係数が、光ファイバのベルデ定数に比例する、光ファイバ干渉計を提案する。

【0019】

本発明によれば、信号処理システムは、差動位相変調器によって変調された干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し、コントラストの変動からスケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成される。

【0020】

特定の態様によれば、信号処理システムは、検出された変調干渉ビームの部分の最小パワー及び／又は検出された変調干渉ビームの部分の最大パワーと最小パワーとの間の差分を測定するように適合され、構成される。

【0021】

別の特定の有利な態様によれば、信号処理システムは、このスケーリング係数の変動の測定値の関数として、スケーリング係数をリアルタイムで補正するように適合され、構成される。

【0022】

第１及び第２の実施形態では、検出光ファイバが円偏光保持型のものであり、光ファイバデバイスが光位相リターダと反射体とを備え、光位相リターダが検出光ファイバの一方の端部に配置され、反射体が検出光ファイバの他方の端部に配置され、干渉計が、２つの偏光波が検出光ファイバを往復し、２つの直交状態の円偏光を有し、反射体での反射によって反転するように構成される。

【0023】

第１の実施形態の一態様によれば、差動位相変調器は、２つの直交する軸に沿って直線偏光の２つの直交状態を案内することができる単一の導波体を備える電気光学複屈折変調器であり、複屈折変調器が、２つの直交する直線偏光の位相を差動変調する。干渉計はまた、光源と電気光学複屈折変調器との間に配置された偏光子であって、偏光子が、電気光学複屈折変調器の軸に対して４５度に向けられ、電気光学複屈折変調器の一方の端部が光ファイバデバイスに接続される、偏光子を備える。

【0024】

第２の実施形態の一態様によれば、干渉計は、光源と、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、それぞれが好ましくはプッシュプル構成、すなわち反対符号で接続された位相変調器を備える差動位相変調器との間に配置されたＹ字接合分離器を備える。光ファイバデバイスは、偏光保持光ファイバセクションと、他方の偏光保持光ファイバセクションとを備え、光ファイバセクションと、それに対応する他方の光ファイバセクションとがそれぞれ、一方では、差動位相変調器の２つの導波体の一方に、他方では、偏光カプラ／スプリッタにそれぞれ接続され、他方の光ファイバセクションが直線偏光を９０度回転させるように向けられる。

【0025】

第３の実施形態によれば、検出光ファイバは、円偏光保持型のものであり、光ファイバデバイスが、光源と、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、それぞれが好ましくはプッシュプル構成、すなわち反対符号で接続された位相変調器を備える差動位相変調器との間に配置されたＹ字接合分離器を備える。光ファイバデバイスは、偏光保持光ファイバセクションと、光位相リターダと、他方の偏光保持光ファイバセクションと、他方の光位相リターダとを備え、光ファイバセクション及び対応する他方の光ファイバセクションは、それぞれ、一方では、差動位相変調器の２つの導波体の一方に接続され、他方では、光位相リターダ、及び対応する他方の光位相リターダに接続され、光位相リターダが、検出光ファイバの一方の端部に配置され、他方の光位相リターダが、検出光ファイバの他方の端部に配置され、干渉計が、２つの偏光波が、同じ円偏光の状態で、反対方向に検出光ファイバを進むように構成される。

【0026】

これらの実施形態のいずれか１つの特定の有利な態様によれば、光位相リターダ、及び／又は対応する他方の光位相リターダが、それぞれソースビームの波長において四分の一波長板を形成する。

【0027】

有利には、光位相リターダ及び／又は対応する他方の光位相リターダが、欠陥を導入するようにオフセットされ、信号処理システムが、システムのスケーリング係数の変動の測定値を検出された干渉信号から抽出し、これにより、そこから光位相リターダ及び対応する他方の光位相リターダの温度の変動を導くように適合される。

【0028】

本発明はまた、記載された実施形態のうちの１つによる、光ファイバ干渉計に基づいて磁界又は電流を測定する方法に関し、本方法が、光源からソースビームを放出するステップと、ソースビームを２つの偏光波に分割するステップと、２つの偏光波を差動位相変調するステップと、２つの偏光波が閉じた光路に沿って光ファイバを通って同時に進むように、光ファイバを備える光ファイバデバイスに２つの偏光波を伝送するステップであって、光ファイバが、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有し、検出光ファイバが、磁界に配置される、又は導体の周囲で少なくとも１巻きを形成する、ステップと、光ファイバデバイスの出力において２つの偏光波を再結合して、干渉ビームを形成するステップと、干渉ビームを検出するステップと、検出された信号を処理して干渉ビームの位相差の測定値を抽出し、位相差をスケーリング係数で除することによって、閉じた光路に沿って積分された磁界の値、又は導体を流れる電流の値をそこから導くステップとを含む。

【0029】

本開示によれば、信号処理は、差動位相変調器によって変調された干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し、コントラストの変動からスケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成される。

【0030】

当然のことながら、本発明の異なる特徴、代替形態、及び実施形態は、互いに両立しなかったり排他的であったりしない限り、様々な組み合わせにより互いに関連付けられ得る。

【0031】

更に、本発明の様々な他の特徴は、本発明の非限定的な実施形態を示す図面を参照してなされる添付の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】反射光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサの第１の実施形態を示す。

【図2】反射光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサの第２の実施形態を示す。

【図3】サニャック光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサの第３の実施形態を示す。

【図4】欠陥がない場合に、測定される信号によって、又は差動位相変調器を使用して付加される変調によって導入される位相差の関数として、検出された干渉信号の理論的なパワー応答曲線を示す。

【図5】光ファイバ干渉計にスケーリング係数の欠陥がある場合に、測定される信号によって、又は変調器を使用して付加される変調によって導入される位相差の関数として、検出された干渉信号の一部分のパワー応答曲線を示す。

【図6】光ファイバ干渉計にスケーリング係数の欠陥がある場合に、測定される信号によって導入される位相差の関数として、検出された干渉信号の他の部分のパワー応答曲線を示す。

【図7】光ファイバ干渉計にスケーリング係数の欠陥がある場合に、図５及び図６に示す、変調器を使用して付加される変調によって導入される位相差の関数として、検出された干渉信号の和から得られるパワー応答曲線を示す。

【図8】ファラデー効果が存在しない場合に、磁界センサ又は電流センサに適用する場合の光ファイバ干渉計において伝播する異なるビームのフェーザの形式による概略図である。

【図9】ファラデー効果が存在する場合に、同じ光ファイバ干渉計において伝播する異なるビームのフェーザの形式による概略図である。

【図10】８レベル１２レベル変調の一例の概略表現である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

これらの図面において、異なる代替形態に共通する構造的及び／又は機能的要素は、同じ参照番号を有し得ることに留意されたい。

【0034】

ここで、図１～図３に関連して、光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサの主な要素を説明する。以下、図１に示す第１の実施形態と、図２に示す第２の実施形態と、図３に示す第３の実施形態との差異を詳述する。

【0035】

一般に、光ファイバ干渉計に基づく電流センサは、ソース／検出器ブロック２００と、偏光子２４と、電気光学差動位相変調器１６と、導体１２０を囲む閉じた光路を形成する光ファイバデバイス４００と、信号処理システム９００と、インターフェースのシステム（図示せず）とを備える。以降、本明細書では、電気光学差動位相変調器１６は、光学差動位相変調器、差動位相変調器、又は光学変調器とも呼ばれる。

【0036】

ソース／検出器ブロック２００は、光源２０と、検出システム１８と、受光器スプリッタと呼ばれるソース受光器スプリッタ２２とを備える。アナログかデジタルかを問わず、すべての電気構成要素及び電子構成要素がケーシングに収められ得る。

【0037】

偏光子２４及び光学変調器１６は、ソース／検出器ブロック２００と光ファイバデバイス４００との間に直列に配置される。

【0038】

光ファイバデバイス４００は、導体１２０の周りに少なくとも１巻きを形成することができる検出光ファイバ７３を備える。検出光ファイバ７３は、光磁気効果を検知するファイバとして使用される。その目的ために、検出光ファイバ７３は、ベルデ定数Ｖを有するように選択される。例えば、検出光ファイバ７３は、シリカコアを有し、シリカコアは、１５５０ｎｍの波長において約０．６ｒａｄＴ^－１ｍ^－１のオーダーのシリカのベルデ定数を有する。有利には、検出光ファイバ７３は、線引き時に撚られた偏光保持ファイバであり、スパンファイバとも呼ばれる。このようなスパンファイバにより、光の円偏光を保持することが可能になる。代替的に、検出光ファイバ７３は直線偏光保持型のものである。しかしながら、このような構成の効率は極めて悪い。

【0039】

光源２０は光ビーム１００を発生させる。ソース受光器スプリッタ２２は、例えば光ファイバセクション２３を介して、ソースビーム１００を偏光子２４に伝送する。偏光子２４は、ソースビームを受光し、直線偏光ソースビーム１１０を光学変調器１６に伝送する。

【0040】

図１は、第１の実施形態による、光ファイバ干渉計に基づく電流センサを概略的に示している。偏光子２４及び電気光学差動位相変調器１６は、直線偏光ソースビーム１１０を受光し、これを２つの直交する偏光状態に沿って直線偏光された２つの波１０１、１０２に分割するように配置され、構成される。より正確には、電気光学差動位相変調器１６の固有軸から４５度に偏光子２４の固有軸を向けることによって、偏光スプリッタが形成される。電気光学差動位相変調器１６は、例えば、ニオブ酸リチウム基板上に集積され、例えばチタンの拡散によって形成された電気光学変調器から構成される。光集積回路３４は、例えばニオブ酸リチウム基板におけるチタンの拡散によって形成された単一の導波体を備える。導波体により、有利なことに、２つの直交する直線偏光状態を案内することが可能になる。位相変調器１６の電極は、導波体の側面に沿って配置される。光集積回路３４の導波体は複屈折のものである。このようにして、偏光子２４と電気光学差動位相変調器１６との組み合わせにより、直線偏光ソースビーム１１０を、第１の偏光シングルモード波１０１と第２の直交偏光波１０２とに偏光分離することが可能になり、第１の偏光シングルモード波１０１及び第２の直交偏光波１０２は、電気光学差動位相変調器１６の同じシングルモード導波体上を伝播する。例えば、以下では、第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波１０１及び第２の直線ＴＭ偏光シングルモード波１０２である。

【0041】

偏光に応じて異なる効率を有する電気光学差動位相変調器１６は、２つの波の位相差を発生させ、位相を変調することを可能にする。ここで、電気光学差動位相変調器１６の端部は、光ファイバデバイス４００に直接接続される。

【0042】

ここでの光ファイバデバイス４００は、直線偏光保持光ファイバのセクション７４と、光位相リターダ４２（以下、光リターダ）と、反射体２６とを備える。光ファイバセクション７４と検出光ファイバ７３とは、直列に配置され、光リターダ４２によって互いに接続される。反射体２６は、検出光ファイバ７３の他方の端部、すなわち遠位端部に配置される。光ファイバデバイス４００は、主にソース／受光器ブロック２００のケーシングの外側に留まる。

【0043】

順方向では、第１のＴＥ偏光シングルモード波１０１及び第２のＴＭ偏光波１０２は、直線偏光保持光ファイバのセクション７４の近位端部において入射される。光リターダ４２は、直線偏光保持光ファイバのセクション７４の遠位端部と検出光ファイバ７３の近位端部との間に配置される。光リターダ４２は、例えば四分の一波長板である。代替的に、光リターダ４２は、楕円形のコアを有する光ファイバから構成され、その長さ及び向きは、１／４波長の位相差を誘導するように決定される。

【0044】

第１のＴＥ偏光シングルモード波１０１及び第２のＴＭ偏光シングルモード波１０２は、直線偏光保持光ファイバのセクション７４に入射される。有利には、偏光保持光ファイバ７４の固有軸は、ＴＥ偏光軸及びＴＭ偏光軸にアライメントされる。偏光保持光ファイバのセクション７４は、第１の偏光シングルモード波１０１及び第２の偏光シングルモード波１０２を、これらの波のそれぞれの直線偏光を保持しながら搬送する。偏光保持光ファイバのこのセクション７４は、ソース／検出器ブロック２００のケーシングに対して、光ファイバ７３から構成されるセンサの検知部分をオフセットするために使用される。偏光保持光ファイバのセクション７４は、１ｍ～１０ｋｍの長さ、例えば約４００ｍの長さを有する。偏光保持光ファイバのセクション７４は任意選択である。

【0045】

光リターダ４２は、第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波（１０１と記す）を受光し、第１の右円偏光シングルモード波１１１を形成する。同様に、光リターダ４２は、第２の直線ＴＭ偏光シングルモード波（１０２と記す）を受光し、第２の左円偏光シングルモード波１１２を形成する。２つの円偏光波１１１及び１１２は、検出光ファイバ７３に同時に入射される。検出光ファイバ７３は、回転光磁気効果を検知するファイバとして使用される。有利には、検出光ファイバ７３は、線引き時に撚られた偏光保持ファイバであり、スパンファイバとも呼ばれる。このようなファイバにより、光の円偏光を保持することが可能になる。このようにして、第１の右円偏光シングルモード波１１１は、検出光ファイバ７３において、検出光ファイバ７３に沿って反射体２６までずっと右円偏光を保持しながら伝播する。同様に、第２の左円偏光シングルモード波１１２は、検出光ファイバ７３において、ファイバ７３に沿って反射体２６までずっと左円偏光を保持しながら伝播する。

【0046】

反射体２６は、例えば自由空間にある鏡である。代替的に、検出光ファイバ７３の遠位端部が、反射体２６を形成するようにメタライズされる。

【0047】

まず検出光ファイバ７３を通過した後、２つの直交する円偏光シングルモード波１１１、１１２は鏡２６で反射する。鏡２６で反射すると、２つのシングルモード波の偏光状態は反転する。第１の右円偏光シングルモード波１１１は、反射体２６で反射すると、伝播方向及び偏光が変化して、第１の左円偏光波１１１を形成する。そして反対に、第２の左円偏光シングルモード波１１２は、反射体２６で反射すると、伝播方向及び偏光が変化して、第２の右円偏光波１１２を形成する。２つの円偏光反射波１１１、１１２は、それぞれの円偏光を保持したままで、検出光ファイバ７３において戻り方向に伝播する。戻り方向では、光リターダ４２は、第１の左円偏光波１１１を受光し、これを第１の直線ＴＭ偏光波に変換する。同様に、戻り方向では、光リターダ４２は、第２の右円偏光波１１２を受光し、これを第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波に変換する。

【0048】

戻り方向では、第１の直線ＴＭ偏光シングルモード波及び第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波は、電気光学差動位相変調器１６に直接伝送され、次に偏光子２４に伝送される。

【0049】

戻り方向では、差動位相変調器及び偏光子が、第１の直線ＴＭ偏光シングルモード波と第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波とを再結合して、直線偏光干渉ビーム３００を形成する。

【0050】

いずれの実施形態においても、ソース受光器スプリッタ２２は、干渉ビーム３００を光検出器１８に向けて案内する。検出器１８は、干渉ビームを受光し、検出された信号８０を生成する。

【0051】

図２に示す第２の実施形態では、偏光スプリッタは、例えばＴＥタイプの直線偏光ソースビーム１１０並びに第１のＴＥ偏光シングルモード波１０１及び第２のＴＥ偏光シングルモード波１０３を分離する、例えばＹ字接合部（１５と記す）から構成される空間スプリッタを備える。偏光子２４は、有利には、Ｙ字接合部（１５と記す）の共通分岐によって形成された導波体偏光子である。この場合、第１のＴＥ偏光シングルモード波１０１及び第２のＴＥ偏光シングルモード波１０３はそれぞれ、例えば光集積回路上のニオブ酸リチウムで作られた、電気光学差動位相変調器１６とは異なるシングルモード導波体上を伝播する。有利には、Ｙ字接合部及び電気光学差動位相変調器１６は、同じ光集積回路１４上に作られる。この場合、導波体は、好ましくは、Ｙ字接合部の共通分岐上で単一の偏光状態を導くために、プロトン交換によって形成される。

【0052】

第２の実施形態では、光ファイバデバイス４００は、光ファイバセクション７１と他方の光ファイバセクション７２とを更に備え、それぞれが、一方では電気光学差動位相変調器１６の出力導波体に接続され、他方では、偏光カプラ／スプリッタ２７に接続される。

【0053】

順方向では、電気光学差動位相変調器１６の出力において、第１のシングルモード波１０１は、偏光保持光ファイバのセクション７１において伝播する。第２のシングルモード波１０３は、偏光保持光ファイバの他方のセクション７２において伝播する。他方の光ファイバセクション７２は、第２のシングルモード波１０３の直線偏光を９０度回転させるように向けられ、これにより、第２のシングルモード波１０３は、第１のシングルモード波１０１に直交する偏光を有する第２の直線偏光シングルモード波１０２となる。偏光カプラ／スプリッタ２７は、直交直線偏光の第１のシングルモード波１０１と第２のシングルモード波１０２とを同じシングルモード導波体上で再結合する。偏光カプラ／スプリッタ２７は、直線偏光保持光ファイバのセクション７４の近位端部に接続される。

【0054】

光リターダ４２、検出光ファイバ７３、及び反射体２６での反射を経て往復する第１のシングルモード波１０１及び第２のシングルモード波１０２の伝播は、第１の実施形態との関係で説明したものと同様である。

【0055】

戻り方向では、反射体で反射され、検出光ファイバ７３、光リターダ４２、及びファイバセクション７４を介して伝送された後、第１の直線ＴＭ偏光シングルモード波は、第１のシングルモード波の直線偏光を９０度回転させる他方の光ファイバセクション７２を介して伝送され、これにより、第１のシングルモード波は、第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波となる。第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波は、偏光保持光ファイバのセクション７１によって伝送される。Ｙ字接合部１５は、第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波と第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波とを再結合して、ここではＴＥタイプの直線偏光干渉ビーム３００を形成する。

【0056】

よって、第１及び第２の実施形態では、第１の偏光状態にしたがって直線偏光された第１のシングルモード波１０１と、第１の偏光状態に直交する第２の偏光状態にしたがって直線偏光された第２のシングルモード波１０２とが、単一の同じ導波体上を、電気光学差動位相変調器１６の出力、又は偏光カプラ／スプリッタ２７の出力のいずれかにおいて直接伝播することになる。

【0057】

第１及び第２の実施形態では、電気光学差動位相変調器１６は、第２の直線ＴＭ偏光シングルモード波１０２の位相に対して第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波１０１の偏光位相を変調する。その目的のために、電気光学差動位相変調器１６は、変調周期Ｔで周期的に変調された位相差Φｍ（ｔ）を印加する。

【0058】

図３は、第３の実施形態による、サニャック光ファイバ干渉計に基づく電流センサ又は磁界センサを示している。最初の２つの実施形態に共通する要素、すなわち、ソースビーム１００を発生させる光源２０と、導体１２０を囲む閉じた光路を形成する光ファイバデバイス４００と、検出システム１８と、信号処理システム９００とが存在する。この第３の実施形態では、いわゆるループサニャック干渉計が、概して光ファイバコイル７３の両端部間にある閉じた光路を使用する。例えばＹ字接合部（１５と記す）から構成される光学構成要素が、ソースビーム１００を、互いに反対方向に閉じた光路を通って進む２つの異なる波に分割し、同じ光学構成要素が光ファイバコイルの出力において２つの波を再結合する。ループ光ファイバ干渉計では、分割された２つの波が閉じた光路で同じ偏光状態を用いる。静止時、２つの波が進む光路は完全に相反である。偏光子２４、Ｙ字接合部１５、及び差動位相変調器１６は、図２に関連して説明したのと同じ要素と同様に配置され、動作する。

【0059】

第３の実施形態では、光ファイバデバイス４００は、その両端部において光位相リターダ（それぞれ３２及び３３と記す）に接続された検出光ファイバ７３を備える。光ファイバデバイス４００は、偏光保持光ファイバのセクション７１と、偏光保持光ファイバの他方のセクション７２とを更に備える。光ファイバセクション７１は、一方では、光学差動位相変調器１６の出力導波体に接続され、他方では、光リターダ３２に接続される。他方の光ファイバセクション７２は、一方では、光学差動位相変調器１６の他方の出力導波体に接続され、他方では、光リターダ３３に接続される。電流センサに適用する場合、検出光ファイバ７３は、導体１２０の周りに少なくとも１巻きを形成するように巻かれる。

【0060】

光位相リターダ３２、及び対応する３３は、例えば四分の一波長板である。

【0061】

第３の実施形態では、順方向では、光学差動位相変調器１６の出力において、第１のシングルモード波１０１は、偏光保持光ファイバのセクション７１において伝播し、第２のシングルモード波１０２は、偏光保持光ファイバの他方のセクション７２において伝播する。第１のシングルモード波１０１及び第２のシングルモード波１０２は平行直線偏光であり、例えばここではＴＥタイプである。光リターダ３２、及び対応する３３は、第１のシングルモード波１０１、及び対応する第２のシングルモード波１０２を受光し、これを第１の右円偏光シングルモード波１１１、及び対応する第２の右円偏光シングルモード波１１２に変換する。第１の右円偏光シングルモード波１１１、及び対応する第２の右円偏光シングルモード波１１２は、互いに反対方向に検出光ファイバ７３を通って進む。検出光ファイバ７３の出力において、光リターダ３２、及び対応する３３は、第２の右円偏光シングルモード波１１２、及び対応する第１の右円偏光シングルモード波１１１を受光し、これを第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波、及び対応する第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波に変換する。第２の実施形態と同様に、光学差動位相変調器１６及びＹ字接合部１５が、第１の直線ＴＥ偏光シングルモード波と第２の直線ＴＥ偏光シングルモード波とを再結合して、直線偏光干渉ビーム３００を形成する。

【0062】

戻り方向では、上述の３つの実施形態において、移動時間Δτの後、光学差動位相変調器１６は、第１の直線偏光シングルモード波及び第２の直線偏光シングルモード波を受光する。光学差動位相変調器１６は、第２の偏光シングルモード波の位相に対して第１の偏光波の偏光位相を変調する。したがって、光学差動位相変調器１６は、変調された位相差ΔΦｍ（ｔ）＝Φｍ（ｔ）－Φｍ（ｔ－Δτ）を有する第１の出力波、及び対応する第２の出力波を形成する。ここで、Δτは、光ファイバデバイス４００における各波の往復移動時間を表す。

【0063】

第１の実施形態では、位相変調のΔΦｍ（ｔ）に考慮される移動時間Δτは、偏光保持ファイバのセクション７４及び検出光ファイバ７３を往復するための第１の波又は第２の波の移動時間である。

【0064】

第２の実施形態では、位相変調のΔΦｍ（ｔ）に考慮される移動時間Δτは、光ファイバセクション７１及び７２を進むため、並びに偏光保持ファイバセクション７４及び検出光ファイバ７３を往復するための第１の波又は第２の波の移動時間である。

【0065】

第３の実施形態では、位相変調のΔΦｍ（ｔ）に考慮される移動時間Δτは、光ファイバセクション７１及び光ファイバセクション７２を進むため、並びに検出光ファイバ７３において片道を進むための第１の波又は第２の波の移動時間である。

【0066】

図１～図３に示す各例では、デジタル信号処理システムが使用される。代替的に、信号処理システムは完全にアナログのものであってもよい。

【0067】

図１～図３において、信号処理システム９００は、例えば、アナログデジタル変換器１９と、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）型のものなどのデジタルプロセッサ３０と、デジタルアナログ変換器３１とを備える。デジタルプロセッサ３０により、測定されるパラメータ９０、例えば磁界又は電流の強度からの信号をデジタル出力で抽出することが可能になる。デジタルアナログ変換器３１により、光学差動位相変調器１６の電極に変調電圧６０を印加することが可能になる。測定されたパラメータ９０の結果は、例えば、ヒューマンマシンインターフェースに表示される。

【0068】

信号処理システム９００は、位相差測定値を抽出する既知の変調復調方式のいずれか１つを適用し、その後、位相差測定値は電流の強度に変換される。位相差変調Φｍ（ｔ）は、差動位相変調器１６の電極に変調電圧６０Ｖｍ（ｔ）を印加することにより取得される。デジタル変調の場合、変調電圧はＭ個の変調状態を含み、Ｍは、例えば４、６、８、又は１２に等しい整数である。しかしながら、当業者によって容易に適合されるアナログ変調／復調方式も存在する。

【0069】

位相差変調Φｍ（ｔ）は、Ｔ／２＝１／（２．Ｆｐ）＝Δτなどの変調周期Ｔで周期的であり、ここでＦｐは光ファイバデバイス４００の固有周波数を表す。検出システム１８は、干渉計出力において、干渉ビームのパワーをＭ個の変調状態で取得する。信号処理システムは、検出された干渉ビームをデジタル化し、検出された信号を復調する。

【0070】

電流センサに適用する場合、検出光ファイバ７３は、強度Ｉの電流を循環させる導体１２０の周りにコイルを形成するように巻かれる。検出光ファイバ７３のコイル軸は、導体１２０の長手方向軸と一致する。導体１２０の周りにおける検出光ファイバ７３の閉じた巻き数をＮと記す。導体は、導体１２０の周囲の周りに円形の力線に沿って磁界Ｂを誘導した。

【0071】

本明細書で上述したように、反射干渉計における往復後に検出ファイバ７３の出力において２つの円偏光波の間に磁気光学ファラデー効果によって導入される干渉位相差Δφは、干渉計システムが完全である場合に、Ｖが検出光ファイバ７３のベルデ定数を表す以下の式によって電流の強度Ｉに関連付けられることが知られている。
［式１］
Δφ＝４ＶＮＩ

【0072】

この場合、スケーリング係数は４ＶＮに等しい。シリカのベルデ定数は、１５５０ｎｍの波長においいて約０．６ｒａｄＴ^－１ｍ^－１に等しい。Ｎは、検知光ファイバの巻き数を表し、Ｎは、１～１００，０００であり、一般に２０，０００未満である。

【0073】

本明細書で上述したように、サニャック干渉計の場合では、スケーリング係数は２ＶＮに等しい。

【0074】

よって、検出光ファイバ７３を備えるインライン又はループ光ファイバ干渉計により、磁界又は電流を測定することが可能になる。

【0075】

図４は、干渉計が完全である場合に、差動位相変調器１６によって導入された位相差Δφ（ｔ）の関数として測定されたパワーに関する干渉計の応答を示している。理論的には、位相差は、最大値（Ｐ０と記す）と、ゼロに等しい最小値（Ｐｍｉｎと記す）との間で完全に変調される。

【0076】

しかしながら、このような干渉計の応答は、誤差に影響されることがある。

【0077】

例えば、第１の実施形態において、偏光子２４と光学差動位相変調器１６との間の角度をθと記す。一般に、本明細書で示すように、θは約４５度に調整される。第２の実施形態では、角度θは、例えば、２つの分岐間でソース波を５０対５０に分割しないＹ字接合部１５の２つの分岐間の不均衡を表す。

【0078】

検出されたパワーの変調振幅（Ｐｍｏｄｕｌａｔｉｏｎと記す）は、最大パワー（Ｐｍａｘと記す）と最小パワー（Ｐｍｉｎと記す）との間の差分として表現される。

【0079】

干渉計が完全である場合、図４に示すように、次式を得る。
［式２］

【数1】

【0080】

しかしながら、干渉計システムは、欠陥、例えば、ファイバ７３及び７４の固有軸間のミスアライメント、使用される波長において正確に四分の一波長板でない光リターダ４２の欠陥、又は残留複屈折を有し得る。この場合、ＶＮＩが小さいと仮定すると、測定された位相差はΔφ＝４ＶＮＩ／ｃｏｓ（２γ）となり、ここで、γは、例えばファイバ７４のミスアライメント又は四分の一波長板４２の欠陥に起因する、考慮される欠陥の角度を表す。ここで、ある角度が約０．１ｒａｄ未満である場合、その角度は小さいと見なされる。

【0081】

図５は、２つの主な波の間の干渉と、欠陥γによって二重に結合された２つの波の間の干渉とに対応する検出された干渉信号の一部を表す。これらの欠陥γによって二重に結合された２つの波は、電流又は磁界の測定値に応じて変調された位相差Δφ（ｔ）の関数として、又は変調器のおかげで変調によって導入された位相差の関数として、欠陥γの存在下で、干渉計を通って進んだものである。ソースのパワーをＰ_０と記す。最大値Ｐ_０に到達する代わりに、検出された信号のこの部分の最大パワーは、値Ｐ_０．ｃｏｓ^２（γ）に制限される。

【0082】

しかしながら、欠陥γはまた、検出された信号の他の部分に寄与する、他の単純に結合される寄生波間の干渉も誘導する。図６に示すように、測定される信号に起因する位相差Δφ（ｔ）の関数としての干渉信号のこの他の部分の振幅は、Ｐ_０．ｓｉｎ^２（γ）に等しい最大パワーを有することが分かる。変調器による位相変調は、図５の主な信号及び二重信号から切り離されている限り、これらの信号に影響を与えない。

【0083】

より正確には、干渉計が不完全である場合、図７に示すように、Ｐ_０．ｓｉｎ^２（γ）に等しい値Ｐｍｉｎと最大値Ｐｍａｘとの間で変調された検出された干渉信号に対応するこれら２つの干渉信号の和が得られる。より正確には、図７は、位相変調に適用される変調の関数としてパワーを表す。
［式３］

【数2】

【0084】

観測によれば、干渉計のコントラストがもはや完全でなくなり、最小パワーＰｍｉｎがゼロでなくなり、変調振幅が減少し、その結果、干渉計システムのスケーリング係数が劣化する。

【0085】

サニャック干渉計の場合では、スケーリング係数の劣化というこの技術的問題は、例えば、検出光ファイバ７３の両端部にある各四分の一波長板３２、３３に欠陥が存在する場合にも発生する。この場合、Ｐｍｉｎはゼロに近いままであり、Ｐｍａｘの値が低下していることが観測される。その結果、振幅Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎは、完全な構成要素を使用するサニャック干渉計に比べて減少する。

【0086】

これらの望ましくない影響は、光ファイバ干渉計における寄生結合に起因し得る。その原因は、光リターダ４２の、又は対応する光リターダ３２及び３３のそれぞれの向き又は光学遅延欠陥という事実に起因する検出光ファイバ７３における熱的不安定性であり得る。

【0087】

図８及び図９に関連して、このスケーリング係数の劣化に関連する位相差の測定誤差のグラフ表現を示す。次に、インライン光ファイバ干渉計における偏光波の伝播を、図８との関連で、位相ベクトルの観点から、すなわち、干渉計が不完全であるが、磁気光学ファラデー効果が存在しない静止時の場合について、詳細に説明する。

【0088】

戻り方向での光学差動位相変調器１６の出力における第１の偏光シングルモード波、すなわち、順方向で光学差動位相変調器１６においてＴＥ偏光（すなわち「１」）、順方向で差動位相変調器７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（「２」）で進む主な波を、Ａ_１１２２とする。戻り方向での光学差動位相変調器１６の出力における第２の偏光シングルモード波、すなわち、順方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（すなわち「２」）、順方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（「１」）で進む主な波を、Ａ_２２１１とする。

【0089】

第１の波Ａ_１１２２と第２の波Ａ_２２１１との再結合が主な干渉信号を形成する。

【0090】

しかしながら、干渉計のミスアライメントの場合では、６つの他の寄生波、すなわち、二重結合に起因する２つの波（第３の波及び第４の波）と、単純結合に起因する４つの他の波（第５の波から第８の波）が存在する。

【0091】

第３の波Ａ_１２１２は、順方向で光学差動位相変調器１６においてＴＥ偏光（「１」）、順方向で差動位相変調器７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で差動位相変調器７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（「２」）で進む波である。

【0092】

第４の波Ａ_２１２１は、順方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（すなわち「２」）、順方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＥ偏光（「１」）で進む波である。

【0093】

第３の波Ａ_１２１２及び第４の波Ａ_２１２１は、第１の波Ａ_１１２２及び第２の波Ａ_２２１１とコヒーレントであり、それは、それらが全く同じ位相差を経るためである。更に、第３の波Ａ_１２１２及び第４の波Ａ_２１２１は、主な信号と同様に変調され、これらはスケーリング係数の問題を引き起こす２つの波である。

【0094】

また、第５の波（Ａ_１２１１と記す）も存在し、第５の波Ａ_１２１１は、順方向で変調器においてＴＥ偏光（すなわち「１」）、順方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＥ偏光（「１」）で進む波である。

【0095】

第６の波（Ａ_２１２２と記す）は、順方向で変調器においてＴＭ偏光（すなわち「２」）、順方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（「２」）で進む波である。

【0096】

第７の波（Ａ_１１２１と記す）は、順方向で変調器においてＴＥ偏光（すなわち「１」）、順方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＰＥ偏光（「１」）で進む波である。

【0097】

第８の波（Ａ_２２１２と記す）は、順方向で変調器においてＴＭ偏光（すなわち「２」）、順方向で検出光ファイバ７３において左円偏光（「２」）、戻り方向で検出光ファイバ７３において右円偏光（「１」）、戻り方向で光学差動位相変調器１６においてＴＭ偏光（「２」）で進む波である。

【0098】

第５の波Ａ_１２１１と第７の波Ａ_１１２１とは互いにコヒーレントである。また、第６の波Ａ_２１２２と第８の波Ａ_２２１２とは互いにコヒーレントである。一方で、第６の波及び第８の波は、第５の波及び第７の波とはコヒーレントではない。実際、ここでは、広帯域ソース、すなわち、コヒーレンス長に制限のあるソースが使用される。光路１及び２は、ソースのコヒーレンス長よりも長い光路長の差分を有する。

【0099】

第５の波から第８の波までは、いかなるスケーリング係数問題も生まない。一方、これらの波から、スケーリング係数問題を引き起こす波の割合に関して知ることができる。実際、エネルギーの保存によって、それらは測定に使われる波と相補的である。

【0100】

図８は、磁気光学ファラデー効果がない場合の第１の波から第４の波を位相ベクトル又はフェーザの形式で示している。第１の波Ａ_１１２２と第２の波Ａ_２２１１とは全く同じ振幅を有する。第３の波Ａ_１２１２と第４の波Ａ_２１２１とは全く同じ振幅を有するが、第３の波Ａ_１２１２及び第４の波Ａ_２１２１が干渉計の欠陥又は寄生結合に起因するため、第３の波Ａ_１２１２及び第４の波Ａ_２１２１の振幅は、第１の波及び第２の波の振幅よりもはるかに小さい。したがって、第１の波Ａ_１１２２と第３の波Ａ_１２１２との結合の結果１３１は、第１の波の振幅に対して振幅が減少しており、この第１の波と平行である。第２の波Ａ_２２１１と第４の波Ａ_２１２１との結合の結果１２４は、第２の波の振幅に対して振幅が減少しており、この第２の波と平行である。

【0101】

図９は、磁気光学ファラデー効果が存在する場合の第１の波から第４の波をフェーザの形式で示している。磁気光学ファラデー効果は、第１の波Ａ_１１２２にΔΦ_Ｆ／２に等しい位相差を誘導し、第２の波Ａ_２２１１に－ΔΦ_Ｆ／２に等しい位相差を誘導する。同時に、磁気光学ファラデー効果はまた、第３の波Ａ_１２１２にΔΦ_Ｆ／２に等しい位相差を誘導し、第４の波Ａ_２１２１に－ΔΦ_Ｆ／２に等しい位相差を誘導する。第１の波Ａ_１１２２と第３の波Ａ_１２１２との再結合の結果１３１は、第１の波Ａ_１１２２に対して変更された振幅及び位相角を有する。同様に、第２の波Ａ_２２１１と第４の波Ａ_２１２１との結合の結果１２４は、第２の波Ａ_２２１１に対して変更された振幅及び位相角を有する。図９は、磁気光学位相差測定値に第３の波及び第４の波によって導入された誤差を概略的に示している。また、結果として生じる波の振幅は、主な波の振幅に対して減少していることも観測される。

【0102】

この磁気光学位相差測定値誤差は、スケーリング係数の欠陥を誘導する。本明細書で上述したように、完全な反射干渉計の場合では、スケーリング係数は４ＶＮに等しい。欠陥のある反射干渉計では、スケーリング係数は修正され、４ＶＮ／ｃｏｓ（２γ）となる。サニャック干渉計では、スケーリング係数は同様に修正され、２ＶＮ／ｃｏｓ（２γ）となる。

【0103】

本開示によれば、検出された干渉ビームのパワー変調振幅、換言すれば、Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎ又はＰｍｏｄｕｌａｔｅｄは、ｃｏｓ^２（２γ）に比例し、ここで、γは、スケーリング係数に影響する欠陥の角度を表し、検出された干渉ビームの最小パワーＰｍｉｎは、ｓｉｎ^２（２γ）に比例する。

【0104】

スケーリング係数に影響を与える欠陥の角度の測定値は、検出された干渉ビームのパワー変調振幅の測定値及び／又は検出された干渉ビームの最小パワーの測定値から導かれる。

【0105】

特に、反射干渉計では、最小パワーＰｍｉｎがゼロでないことを検出することにより、スケーリング係数欠陥を強調することが可能になる。例えば、光検出器に到達するパワーは、最大パワーでＰ＝３０μＷ程度である。ｃｏｓ（２γ）＝９９．５％であるような欠陥が存在する場合、最小パワーはＰｍｉｎ＝Ｐ＊ｓｉｎ^２（２γ）、すなわち、Ｐの１％、すなわち約０．３μＷに等しい。そうすると、パワー変調振幅Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎは、Ｐの９９％、すなわち２９．７μＷに等しくなる。ループ干渉計（第３の実施形態）では、最小値の変動はないが、振幅Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎの変動のみがある。

【0106】

より一般的には、検出された干渉ビームの最小パワーの変動の測定値又は検出された干渉ビームの振幅パワー変調変動の測定値により、インライン光ファイバ干渉計の時間の関数としてのスケーリング係数の変動を測定することが可能になる。

【0107】

実際には、最小パワーＰｍｉｎ及び検出された干渉ビームのパワー変調振幅を測定する様々な仕方が存在する。

【0108】

次に、干渉計のミスアライメント（このミスアライメントはスケーリング係数を劣化させる可能性がある）を表す信号を測定するために適合された、検出された信号の位相変調及び復調の例を用いる干渉計システムを詳細に説明する。

【0109】

インライン光ファイバ干渉計システムの分野では、様々な変調及び復調技法が知られている。この変調は、差動位相変調器１６の電極間に変調電圧Ｖｍ（ｔ）を印加して、測定された干渉信号の位相差ΔΦｍ（ｔ）を変調することによって得られる。この変調は、特に振幅の小さい磁界又は電流の測定において、干渉計システムの感度を高めるバイアスを提供する。

【0110】

特に、光ファイバデバイス４００の固有周波数Ｆｐにおいて、バイアス位相差と呼ばれる、例えばΔΦｂ（Ｔ）＝±π／２の２つのレベルの位相差の変調を生じさせるために、２つのステップ値の間で変調電圧Ｖｍを方形変調することによって、いわゆる２状態変調を適用することが知られている。固有周波数Ｆｐは、Ｔ／２＝１／（２．Ｆｐ）＝Δτとなるように定義され、ここでＴは方形変調の周期を表す。したがって、半変調周期Ｔ／２は、光ファイバデバイス４００における各シングルモード波の移動時間Δτに対応する。信号処理システムは、検出された干渉ビームをデジタル化し、各変調周期の２つのパワー測定値をサンプリングし、負信号を第１のレベルに、正信号を次のレベルに割り当てることにより、検出された信号の固有周波数Ｆｐで復調する。

【0111】

干渉計システムの応答ダイナミクスを拡張し、線形化するために、反作用信号を印加することも知られている。

【0112】

以下、本明細書では、レベル（又は変調レベル）とは、各変調ステップの変調位相差ΔΦ_ｍの異なる値の漸近値を意味する。変調状態とは、各変調周期で互いに続く変調レベルに対応する異なる測定パワー値Ｐを意味する。変調期間にわたって、いくつかの状態が同じ変調レベルを使用し得る。

【0113】

本開示の枠組みの中で、一方では磁気光学ファラデー位相差を測定し、他方では最小パワー及び／又はパワー変調振幅（Ｐ_ｍａｘ－Ｐ_ｍｉｎ）を測定することを可能にするために、少なくとも４状態デジタル変調の場合を考える。

【0114】

上述の分野において、仏国特許出願公開第２６５４８２７Ａ１号明細書は、２Δτに等しい各変調周期Ｔに４つの連続したレベルの変調を発生させる、いわゆる４状態変調電圧を印加し、各変調周期の４つのパワー測定値をサンプリングすることを提案している。４状態変調では、２Ｆｐで変調されたＶπ又はＶ_Ｐｉと呼ばれる信号を抽出することも可能である。信号Ｖπは、差動位相変調器の伝達関数、すなわち変調器に印加される電圧Ｖｍと誘導される位相差Φｍとの比を表し、Ｖπ／π＝Ｖｍ／Φｍである。すなわち、この信号Ｖπは環境、例えば差動位相変調器１６の温度によって変動する。

【0115】

光ファイバ干渉計システムの分野では、欧州特許第２００５１１３Ｂ１号明細書は、４レベルのバイアス位相差に基づく、いわゆる６状態変調を記載している。この６状態変調は、固有周波数Ｆｐにおける±π／２の位相差Φｍ（ｔ）の第１の変調と、３＊Ｆｐにおける±α／２の位相差Φｍ（ｔ）の第２の変調との重ね合わせに分解され得る。各変調周期において６つのパワー測定値がサンプリングされる。

【0116】

欧州特許第２００５１１３Ｂ１号明細書はまた、４Δτに等しい全期間Ｔにわたって８状態８レベル変調を使用することを記載している。この従来の８状態変調によれば、まず、±（α＋β）に対応する４つのハイ状態で変調が行われ、次に、±（α－β）に対応する他の４つのロー状態で変調が行われる。出力パワーＰは、変調周期ごとに８つの状態ｉ＝１，．．．，８に対応する８つの測定値Ｐｉにサンプリングされる。

【0117】

最後に、仏国特許出願公開第３０９５０５３Ａ１号明細書は、変調期間Ｔ当たり少なくとも８つの変調レベルを含む変調と、変調期間当たり検出された干渉ビームの少なくとも１２のパワー測定値の取得とに基づくシステムを記載している。信号処理は、測定される量を表す信号を抽出する。測定される量は、変調期間当たりで取得される干渉ビームパワー測定値の和に等しく、各測定値には＋１又は－１の符号が割り当てられる。

【0118】

有利には、干渉計は、差動位相変調器の伝達関数信号及び／又は検出システムの伝達関数信号に基づいて、測定される量を表す信号の測定を制御するように適合されたフィードバックシステムを備える。

【0119】

ここで詳しく説明する例は、仏国特許出願公開第３０９５０５３号明細書に基づく８レベル１２状態の変調／復調方式を使用する。変調方式を図１０に示す。固有周波数Ｆｐにあることから、電圧及び位相変調は相似であることに留意されたい。より正確には、ΔΦｍ（ｔ）が８レベル、対応する検出パワーＰ（ｔ）が１２状態の変調を用いる。

【0120】

変調は以下の表１で定義され、表１では、α（アルファとも表記）はπからの従来の変調を表し、β（ベータとも表記）は８レベルにわたって変調するために加えられた過変調を表す。

【0121】

【表1】

【0122】

特定の有利な態様によれば、１２状態の復調は以下の表２で定義される。表２は、１２のパワー状態のそれぞれの測定値に適用される符号又は係数を示し、そこから異なる信号を導く。より正確には、表２の１行目に示すように、磁気光学ファラデー位相差に対応する磁界信号又は電流信号を表す信号が計算される。表２の２行目に示すように、信号Ｖπ（又はＶｐｉ）を表す信号、すなわち、光学差動位相変調器の伝達関数を表す信号が任意選択で計算される。表２の３行目に示すように、本開示の一態様によれば、変調パワーを表す信号が計算される。任意選択で、表２の４行目に示すように、平均パワーを表す信号が計算される。平均パワー測定により、ソースのパワー変動のスケーリング係数の欠陥又は変動を区別することが可能になる。

【0123】

【表2】

【0124】

このようにして、各変調周期において、電流又は磁界の測定値と変調パワーの測定値とを同時に測定するように完全に適合された変調復調方法が得られる。任意選択で、平均パワーの測定値及び／又は差動位相変調器の伝達関数を表す信号Ｖπ（又はＶｐｉ）の測定値が更に計算される。

【0125】

まず、例えば、図１に示す理想的な、すなわち故障のない場合の干渉計応答が計算される。次に、スケーリング係数の欠陥γが、異なる開ループ、及び対応する閉ループの測定値にどのような影響を与えるかを示す。

【0126】

光源２０は無偏光ソースビーム１００を放出することが仮定される。ソースビーム１００は、総パワーＰ_０＝Ａ_０ ^２を有し、Ａ_０はソース波の振幅である。入出力偏光子２４は、例えば、ＰＺファイバとも呼ばれる偏光ファイバであり、その軸が、光集積回路３４の入出力２５における光学変調器１６の複屈折軸から４５度に完全にアライメントされる。直線偏光保持光ファイバ７４は完全である、すなわち、直交偏光モード間の結合欠陥がないことが仮定される。直線偏光保持光ファイバ７４はオフセットファイバとも呼ばれる。四分の一波長板４２は完全であり、直線偏光保持光ファイバ７４の固有軸に対して４５度に向けられることが仮定される。線引き時に撚られた偏光保持検出光ファイバ７３は、スパンファイバとも呼ばれ、又は磁界センサ若しくは電流センサの検知部分であることからセンサファイバとも呼ばれる。センサファイバ（スパン）７３は、右円偏光、及び対応する左円偏光を完全に保持することが仮定される。磁気光学位相差磁界によって導入された位相差をφ_Ｓと記す。

【0127】

偏光子２４（ＰＺファイバ）の出力において、光源２０が偏光されないため、光ビームのパワーは半分に減少する。

【0128】

よって、偏光ファイバ２４の出力におけるパワーＰ_１は、以下のようになる。
［式４］

【数3】

【0129】

よって、偏光子２４の出力（差動位相変調器の入力）における波の振幅は、ＰＺファイバ７４の偏光軸に沿ってＡ_０／√２であり、他の軸に沿ってゼロであり、これは、ここでは完全な偏光子２４が想定されているためである。

【0130】

ＰＺファイバ２４の偏光軸と差動位相変調器１６のＴＥ軸との間の角度をθと記す。ここで、直線偏光ビームは、差動位相変調器１６のＴＥ軸及びＴＭ軸に投影され得る。以下の振幅が得られる。
［式５］

【数4】

【0131】

各偏光波は、差動位相変調器１６と直線偏光保持ファイバ７４との間の結合部を除き、干渉計内を完全な仕方で伝播する。差動位相変調器１６のＴＥ軸とＰＭファイバ７４の速軸又はＴＥ軸との間の角度をγと記す。

【0132】

閉ループ復調の結果
いずれにせよ、復調状態は標準的なサニャックループ光ファイバ干渉計と同様であるため、電圧Ｖｐｉは標準的な復調によって実質的に制御されることが仮定される。ノイズだけがサニャックループ光ファイバ干渉計とは異なる。

【0133】

計算は、表２の１行目に示す適切な符号で各変調状態（例えば、状態１から１２）に直接適用される。磁気光学位相差φ_Ｓは小さく、変調周期１／Ｆｐにわたって一定であると考えられる。

【0134】

したがって、変調／復調された電流のパワーは次のように表される（欠陥γがない場合）。
［式６］

【数5】

【0135】

閉ループでは、制御は、以下のようになされる。
［式７］

【数6】

ここで、φ_ｒは変調器によって提供されるフィードバックを表す。

【0136】

スケーリング係数に影響する欠陥γが存在する場合、干渉計の応答は変更される。例えば、差動位相変調器１６の出力におけるＰＭファイバ７４の角度γのミスアライメントが考えられる。この場合、閉ループ制御はφ_ｒとφ_ｓとの間における以下の関係にしたがって行われる。
［式８］

【数7】

【0137】

φ_ｓが小さく、φ_ｒが小さい（すなわち、２Ｐｉの数パーセントのオーダーである）場合、上記の式は次のように修正される。
［式９］

【数8】

【0138】

電流閉ループにおける変調パワーの復調の結果
計算は、表２の３行目に示す適切な符号で１２変調状態のそれぞれに直接適用される。

【0139】

欠陥γが存在しない場合、電流閉ループ変調／復調パワーは以下のように記述される。
［式１０］

【数9】

【0140】

スケーリング係数に影響する欠陥γが存在する場合、電流閉ループ変調／復調パワーは修正されて、以下のように記述される。
［式１１］

【数10】

【0141】

したがって、変調振幅Ｐｍｏｄｕｌａｔｅｄ＝Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎは、欠陥がない場合の変調振幅にｃｏｓ^２（２γ）を乗じたものに等しい。

【0142】

γが小さく、θが４５度に近く、またφ_ｓが小さく、φ_ｒが小さい（すなわち、２Ｐｉの数パーセントのオーダーである）場合、そこから次のように導かれる。

【数11】

これから、４＊φ_ｓ、すなわちφｒ＊ｃｏｓ（２γ）であることを導くことができる。

【0143】

変調及び復調方法により、変調パワーを通して欠陥γを測定することが可能になる。実際、スケーリング係数（ＦＥ）はγにのみ依存する。変調パワーは、β、α、Ａ_０、θ、及びγに依存する。ここで、β及びαは、電圧Ｖｐｉを制御することによって制御される。一方、Ａ_０及びθは、計算され得る総パワーに関係する。

【0144】

したがって、係数γを正確にリアルタイムで測定することができる。この測定によって、各測定期間において、スケーリング係数の誤差をリアルタイムで補償することが可能になる。

【0145】

特に有利には、スケーリング係数の欠陥のリアルタイムの測定値に基づいて、干渉計システムは、時間の関数として、またリアルタイムで、スケーリング係数の変動を補償又は補正するように適合される。

【0146】

スケーリング係数の変動は、例えば、温度で変化し得るファイバ及び四分の一波長板のミスアライメントに起因する。

【0147】

電流閉ループにおけるＶｐｉの復調の結果
計算は、Ｖｐｉの誤差を作ることによって、表２の２行目に示す適切な符号を用いて、１２の変調状態のそれぞれについて直接適用される。例えば、状態１では、π－αはεが小さい状態で（π－α）（１＋ε）となり、他の状態のそれぞれについても同様である。

【0148】

欠陥γが存在しない場合、復調パワーＶπは以下のように記述される。
［式１２］

【数12】

【0149】

スケーリング係数に影響する欠陥γが存在し、φ_ｓが小さく、φ_ｒが小さい（すなわち、２Ｐｉの数パーセントのオーダーである）場合、上記の式は修正され、以下のように記述される。
［式１３］

【数13】

【0150】

干渉計が電圧Ｖｐｉによって閉ループ制御される場合、電圧Ｖｐｉは、Ｐ_{Ｖｐｉ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｄ}がゼロになるように、したがってεもゼロになるように調整される。電圧Ｖｐｉのパワーが各変調周期において１／Ｆｐごとにリアルタイムで計算されるため、パラメータα及びβは、このパラメータによって制御される。ここで、Ｖｐｉを制御することにより、α及びβの値を正確に知ることができる。

【0151】

閉ループにおける平均パワー（＋＋＋＋）の復調の結果
平均パワーは、表２の４行目に示す適切な符号を１２個の変調状態に適用することによって復調される。

【0152】

欠陥γが存在しない場合、復調平均パワーは以下のように表現される。
［式１４］

【数14】

【0153】

スケーリング係数に影響する欠陥γが存在する場合、平均パワーの表現は修正されて、以下のように記述される。
［式１５］

【数15】

【0154】

ここで、欠陥γは、「電流閉ループにおける変調パワーの復調の結果」の段落において示したように、変調パワーの変調から決定されていることが仮定される。平均パワーを復調することにより、例えば、時間及びθの関数として、ソースＡ_０のパワーの変動を決定することが可能になる。

【0155】

上記の計算は、電流センサに欠陥がない場合と、差動位相変調器にオフセットＰＭファイバの結合欠陥がある場合との１２状態変調に適用される。四分の一波長板の欠陥、複屈折の欠陥、又は他の干渉計の欠陥にも同様の計算を適用できることが当業者には理解されよう。

【0156】

上述の方法はまた、光リターダ４２、例えば四分の一波長板の温度の測定値を導出するために使用され得る。

【0157】

実際、電圧Ｖｐｉは、光集積回路３４における温度の測定に適しており、よって、これにより光集積回路３４及び電気ケーシング３５の温度を制御することが可能になる。

【0158】

その目的のために、四分の一波長板は、０．１％～数％、例えば５％の、重要であるが小さい欠陥γを作るために自発的にオフセットする。四分の一波長板における温度の変動は、γの変動を引き起こす。特に有利には、四分の一波長板は、温度変動の関数として単調且つ直線的な変化をするのに十分にオフセットされ、そのため容易に測定され得る。

【0159】

γの変動の測定値により、四分の一波長板における温度に関する情報が得られる。したがって、把握しキャリブレーションすることによって、検出光ファイバ７３のベルデ定数における欠陥及び変動さえも補償することが可能になる。

【0160】

当然のことながら、添付の特許請求の範囲内で様々な他の修正を本発明に行うことが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソースビーム（１００）を発生させることができる光源（２０）と、差動位相変調器（１６）と、光ファイバデバイス（４００）と、検出システム（１８）と、信号処理システム（９００）とを備える、光ファイバ干渉計であって、前記光ファイバデバイス（４００）が、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有する検出光ファイバ（７３）を備え、前記検出光ファイバ（７３）が、磁界に配置され、又は導体（１２０）の周りに少なくとも１巻きを形成し、前記光ファイバ干渉計が、閉じた光路に沿って前記検出光ファイバ（７３）を同時に進む２つの偏光波（１１１、１１２）の間の干渉によって形成された干渉ビーム（３００）の位相差を検出することができ、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が、前記差動位相変調器によって、前記位相差をスケーリング係数で除することによって、前記閉じた光路に沿って積分された前記磁界の値、又は前記導体（１２０）を流れる電流の値をそこから導くように変調され、前記スケーリング係数が、前記光ファイバ（７３）の前記ベルデ定数に比例する、光ファイバ干渉計において、前記信号処理システム（９００）が、前記差動位相変調器によって変調された前記干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し前記コントラストの変動から前記スケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成されることを特徴とする、光ファイバ干渉計。

【請求項2】

前記信号処理システム（９００）が、前記検出された変調干渉ビームの前記部分の最小パワー及び／又は前記検出された変調干渉ビームの前記部分の最大パワーと最小パワーとの間の差分を測定するように適合され、構成される、請求項１に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項3】

前記信号処理システム（９００）が、前記スケーリング係数の変動の前記測定値の関数として、前記スケーリング係数をリアルタイムで補正するように適合され、構成される、請求項１又は２に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項4】

前記検出光ファイバ（７３）が円偏光保持型であり、前記光ファイバデバイス（４００）が光位相リターダ（４２）と反射体（２６）とを備え、前記光位相リターダ（４２）が前記検出光ファイバ（７３）の一方の端部に配置され、前記反射体（２６）が前記検出光ファイバ（７３）の他方の端部に配置され、前記干渉計が、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が前記検出光ファイバ（７３）を往復し、２つの直交状態の円偏光を有し、前記反射体（２６）上の反射によって反転するように構成される、請求項１に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項5】

前記差動位相変調器（１６）が、２つの直交する軸に沿って直線偏光の２つの直交状態を案内することができる単一の導波体を備える電気光学複屈折変調器であり、前記干渉計が、前記光源（２０）と前記電気光学複屈折変調器（１６）との間に配置された偏光子（２４）であって、前記偏光子が、前記電気光学複屈折変調器（１６）の軸に対して４５度に向けられ、前記電気光学複屈折変調器の一方の端部が前記光ファイバデバイス（４００）に接続される、偏光子（２４）を備える、請求項４に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項6】

前記光源（２０）と前記差動位相変調器（１６）との間に配置されたＹ字接合分離器であって、前記差動位相変調器（１６）が、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、それぞれが位相変調器を有し、前記光ファイバデバイス（４００）が、偏光保持光ファイバセクション（７１）と、他方の偏光保持光ファイバセクション（７２）とを備え、前記光ファイバセクション（７１）と、それに対応する前記他方の光ファイバセクション（７２）とがそれぞれ、一方では、前記差動位相変調器（１６）の前記２つの導波体の一方に、他方では、偏光カプラ／スプリッタ（２７）に接続され、前記他方の光ファイバセクション（７２）が直線偏光を９０度回転させるように向けられる、Ｙ字接合分離器を備える、請求項４に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項7】

前記検出光ファイバ（７３）が円偏光保持型であり、前記光ファイバデバイス（４００）が、前記光源（２０）と前記差動位相変調器（１６）との間に配置されたＹ字接合分離器を備え、前記差動位相変調器（１６）が、同じ直線偏光の２つのビームを案内することができる２つの導波体を備え、前記光ファイバデバイス（４００）が、偏光保持光ファイバセクション（７１）と、光位相リターダ（３２）と、他方の偏光保持光ファイバセクション（７２）と、他方の光位相リターダ（３３）とを備え、前記光ファイバセクション（７１）及び対応する前記他方の光ファイバセクション（７２）が、それぞれ、一方では、前記差動位相変調器（１６）の前記２つの導波体の一方に接続され、他方では、前記光位相リターダ（３２）、及び対応する前記他方の光位相リターダ（３３）に接続され、前記光位相リターダ（３２）が、前記検出光ファイバ（７３）の一方の端部に配置され、前記他方の光位相リターダ（３３）が、前記検出光ファイバ（７３）の他方の端部に配置され、前記干渉計が、前記２つの偏光波（１１１、１１２）が、同じ円偏光の状態で、反対方向に前記検出光ファイバ（７３）を進むように構成される、請求項１に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項8】

前記光位相リターダ（４２、３２）、及び／又は対応する前記他方の光位相リターダ（３３）が、それぞれ前記ソースビーム（１００）の波長において四分の一波長板を形成する、請求項４に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項9】

前記光位相リターダ（４２、３２）及び／又は対応する前記他方の光位相リターダ（３３）が欠陥を導入するようにオフセットされ、前記信号処理システム（９００）が、前記システムの前記スケーリング係数の変動の測定値を前記検出された干渉信号から抽出し、そこから前記光位相リターダ（４２、３２）及び対応する前記他方の光位相リターダ（３３）の温度の変動を導くように適合される、請求項８に記載の光ファイバ干渉計。

【請求項10】

請求項１に記載の光ファイバ干渉計に基づいて磁界又は電流を測定する方法であって、前記方法が、
光源（２０）からソースビーム（１００）を放出するステップと、
前記ソースビームを２つの偏光波に分割するステップと、
前記２つの偏光波を差動位相変調するステップと、
前記２つの偏光波（１１１、１１２）が閉じた光路に沿って検出光ファイバ（７３）を通って同時に進むように、前記検出光ファイバ（７３）を備える光ファイバデバイスに前記２つの偏光波を伝送するステップであって、前記検出光ファイバ（７３）が、非相反磁気光学ファラデー効果を誘導することができるベルデ定数を有し、前記検出光ファイバ（７３）が、磁界に配置されるか、又は導体（１２０）の周りに少なくとも１巻きを形成する、ステップと、
前記光ファイバデバイス（４００）の出力において２つの偏光波（１１１、１１２）を再結合して、干渉ビーム（３００）を形成するステップと、
前記干渉ビーム（３００）を検出するステップと、
前記検出された信号を処理して前記干渉ビーム（３００）の位相差の測定値を抽出し、前記位相差をスケーリング係数で除することによって、前記閉じた光路に沿って積分された前記磁界の値又は前記導体（１２０）を流れる電流の値を導くステップと
を含む、方法において、
前記信号処理が、前記差動位相変調器によって変調された前記干渉ビームの部分のパワーコントラストの変動を測定し、前記コントラストの変動から前記スケーリング係数の変動の測定値を導くように適合され、構成されることを特徴とする、方法。

【国際調査報告】