CN104220846A - 干涉测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干涉测量装置，该干涉测量装置包括具有第一端和第二端的多芯光纤、光源、光接收器、分路单元、耦合单元、测量光路和参照光路，并且测量测量光路上的被测物的物理量。光源和光接收器设置在第一端侧，而测量光路和参照光路设置在第二端侧。分路单元将来自光源的光分成测量光和参照光，而耦合单元生成已经传播通过测量光路的测量光与已经传播通过参照光路的参照光之间的干涉光。光接收器检测干涉光的强度。

Description

干涉测量装置

技术领域

本发明涉及一种干涉测量装置。

背景技术

使用光纤的测量装置为人所知。专利文献1和2中公开的测量装置使用具有多个纤芯的多芯光纤作为传感器单元并且根据纤芯之间的光耦合的变化来检测温度、压力、张力等的变化。专利文献3中公开的测量装置使从光源输出的测量光传播通过多芯光纤中的纤芯到达被测物、允许从被测物反射的反射光传播通过另一纤芯到达光接收器、并且根据光接收器所检测到的反射光的量来测量被测物的物理量。使用光纤作为传感器单元的干涉测量装置同样为人所知。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利No.2706281

专利文献2：日本专利申请公开No.4-307328

专利文献3：日本专利申请公开No.2003-229598

发明内容

本发明要解决的问题

发明人研究了诸如上述装置等常规装置，结果发现了以下问题。在上述专利文献1、2中公开的测量装置中可测量的物理量的类型限于影响多芯光纤的纤芯之间的光耦合的类型。在上述专利文献1、2中公开的测量装置中，多芯光纤的纤芯之间的光耦合的变化需要具有通过对各纤芯的输出光功率的测量而能够被检测到的大小。在专利文献3中公开的测量装置中可测量的物理量的类型限于影响被测物的反射光的量的类型。在专利文献3中公开的测量装置中可测量的物理量同样需要具有使反射光的量的变化能够被检测到的大小。在专利文献1至3中公开的测量装置中，可测量的物理量的类型和大小受到限制。

在使用光纤作为传感器单元的干涉测量装置中，由除被测量物理量以外的物理量的变化(如果有的话)引起的测量光与参照光之间的相位差的变化会产生测量噪声。在使用光纤作为传感器单元的常规结构(其中，用于传播测量光的光纤与用于传播参照光的光纤彼此不同)中，在测量温度时，例如，测量光与参照光之间的相位差很容易被诸如压力和张力等除温度以外的干扰改变。这使得需要采取措施来消除由除被测量物理量以外的物理量的干扰引起的噪声，这些措施使测量装置的结构变得复杂。

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够以简单的结构测量各种类型的物理量的干涉测量装置。

问题的解决方案

作为第一方面，根据本发明的干涉测量装置至少包括多芯光纤、光源、光接收器、测量光路、参照光路、分路单元和耦合单元。多芯光纤具有第一端和与第一端相对的第二端，并且还具有在第一端与第二端之间延伸的多个纤芯以及覆盖多个纤芯的共用包层。光源设置在多芯光纤的第一端侧。光接收器同样设置在多芯光纤的第一端侧。测量光路设置在多芯光纤的第二端侧。参照光路同样设置在多芯光纤的第二端侧。分路单元将从光源输出的光分成用于传播通过测量光路的测量光和用于传播通过参照光路的参照光。耦合单元通过耦合已经传播通过测量光路的测量光和已经传播通过参照光路的参照光来生成测量光与参照光之间的干涉光，并将如此生成的干涉光输送到光接收器。这允许光接收器检测干涉光的强度。多芯光纤的多个纤芯包括属于用于将光从第一端传播到第二端的第一传输路径的至少一个纤芯(一个或更多个纤芯)和不属于第一传输路径而属于用于将光从第二端传播到第一端的第二传输路径的至少一个纤芯(一个或更多个纤芯)。

作为适用于第一方面的第二方面，优选的是，多芯光纤基本上没有感测功能(free of a sensing function)。另外，测量光路和参照光路也基本上没有感测功能。作为适用于第一方面和第二方面中的至少一个方面的第三方面，分路单元可以设置在多芯光纤的第二端侧。在这种情况下，第三方面中的分路单元在多芯光纤的第二端处将来自于光源且从属于第一传输路径的纤芯输出的光分成测量光和参照光。作为适用于第一方面至第三方面中的至少一个方面的第四方面，耦合单元可以设置在多芯光纤的第二端侧。在这种情况下，第四方面中的耦合单元从多芯光纤的第二端侧将已经传播通过测量光路的测量光与已经传播通过参照光路的参照光之间的干涉光输送到属于第二传输路径的纤芯。

作为适用于第一方面至第四方面中的至少一个方面的第五方面，分路单元可以设置在多芯光纤的第一端侧。在这种情况下，第五方面中的分路单元将从光源输出的光中分出的测量光从多芯光纤的第一端侧输送到属于第一传输路径的一个纤芯中，并且将从光源输出的光中分出的参照光从多芯光纤的第一端侧输送到属于第一传输路径的另一个纤芯中。因此，在第五方面中，至少两个纤芯属于第一传输路径。作为适用于第一方面至第五方面中的至少一个方面的第六方面，耦合单元可以设置在多芯光纤的第一端侧。在这种情况下，第六方面中的耦合单元耦合传播通过彼此不同且均属于第二传输路径的相应两个纤芯之后从多芯光纤的第一端输出的测量光和参照光，以便生成干涉光，并且将如此生成的干涉光输送到光接收器中。因此，在第六方面中，至少两个纤芯属于第二传输路径。

如上所述，就多芯光纤而言，第三方面至第六方面至少能够实现分路单元和耦合单元这两者均设置在第一端侧的第一结构、分路单元和耦合单元这两者均设置在第二端侧的第二结构、分路单元和耦合单元分别设置在第一端侧和第二端侧的第三结构、以及分路单元和耦合单元分别设置在第二端侧和第一端侧的第四结构。特别是，在分路单元和耦合单元设置成将多芯光纤保持在它们之间的第三结构和第四结构中，属于第一传输路径的纤芯的数量与属于第二传输路径的纤芯数量的不同。可以将两个分路单元分别设置在多芯光纤的第一端侧和第二端侧。可以将两个耦合单元分别设置在多芯光纤的第一端侧和第二端侧。

作为适用于第一方面至第六方面中的至少一个方面的第七方面，多芯光纤可以具有例如作为多个纤芯的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯和第四纤芯。优选地，特别是在垂直于多芯光纤的中心轴线(光纤轴线)的横截面中，第一纤芯和第二纤芯设置在围绕中心轴线彼此对称的位置，同时第三纤芯和第四纤芯也设置在围绕中心轴线彼此对称的位置。在这种情况下，第一纤芯和第三纤芯属于第一传输路径，而第二纤芯和第四纤芯属于第二传输路径。

作为适用于第一方面至第七方面中的至少一个方面的第八方面，多芯光纤的多个纤芯中的每一个均为保偏纤芯(polarization-maintaining core)。在适用于第一方面至第八方面中的至少一个方面的第九方面，测量光和参照光中的至少一个被消偏振或被偏振加扰。

作为适用于第一方面至第九方面中的至少一个方面的第十方面，干涉测量装置可以包括适于用作分路单元和耦合单元的多芯光纤耦合器。多芯光纤耦合器具有内部包含多个纤芯组的包层和包含在包层中的泄漏减少单元。特别是，多个纤芯组中的每一个纤芯组构造为将传播通过一个纤芯的光的一部分岔开到另一纤芯或耦合传播通过一个纤芯的光和传播通过另一纤芯的光。泄漏减少单元设置在多个纤芯组的不同纤芯组之间并且抑制不同纤芯组之间的串扰。多个纤芯组中的每一个包括构造为因同一纤芯组内的纤芯之间的串扰而岔开光或耦合光的多个纤芯。

作为第十一方面，根据本发明的多芯光纤耦合器具有内部包括多个纤芯组的包层和包括在包层中的泄漏减少单元。特别是，多个纤芯组中的每一个构造为将传播通过一个纤芯的光的一部分岔开到另一纤芯或耦合传播通过一个纤芯的光和传播通过另一纤芯的光。泄漏减少单元设置在多个纤芯组的不同纤芯组之间并且抑制不同纤芯组之间的串扰。多个纤芯组中的每一个包括构造为因同一纤芯组内的纤芯之间的串扰而岔开光或耦合光的多个纤芯。

本发明的有益效果

根据各实施例的干涉测量装置可以以简单的结构测量各种类型的物理量。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图2的(a)和(b)是用于说明第一实施例和第六实施例中的每一个实施例的应用的实例的视图；

图3是示出根据第二实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图4是多芯光纤10的剖视图；

图5的(a)和(b)是用于说明第二实施例至第六实施例、第七实施例和第八实施例中的每一个实施例的应用的实例的视图；

图6是示出根据第三实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图7是示出根据第四实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图8是示出根据第五实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图9的(a)和(b)是示出根据第六实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图10的(a)至(c)是根据第六实施例的干涉测量装置的部件的剖视图；

图11是示出根据第七实施例的干涉测量装置的结构的视图；

图12的(a)和(b)是根据第七实施例的干涉测量装置的各部件的剖视图；以及

图13是示出根据第八实施例的干涉测量装置的结构的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行详细的说明。在附图中，相同或等同的部分将用相同的附图标记表示，而省略其重复说明。

(第一实施例)

图1是示出根据第一实施例的干涉测量装置的结构的视图。根据第一实施例的干涉测量装置1包括多芯光纤10、光源20、光接收器30、分路单元41、耦合单元51、测量光路60和参照光路70。干涉测量装置1可以测量测量光路60上的被测物90的物理量。多芯光纤10、测量光路60和参照光路70基本上没有感测功能。

多芯光纤10在共用包层内具有在第一端10a与第二端10b之间延伸的多个纤芯。光源20和光接收器30设置在多芯光纤10的第一端10a侧，从而构成了第一端侧元件100A。分路单元41、耦合单元51、测量光路60和参照光路70设置在多芯光纤10的第二端10b侧，从而构成了第二端侧元件100B。分路单元41、耦合单元51、测量光路60和参照光路70还构成马赫-曾德尔干涉仪。

从光源20输出的光在多芯光纤10的第一端10a进入纤芯(其为属于适用于将光从第一端10a传播到第二端10b的第一传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第二端10b从该纤芯出射到分路单元41。已经进入分路单元41的光被分成测量光和参照光。从分路单元41输出的测量光通过存在被测物90的测量光路60进入耦合单元51。从分路单元41输出的参照光通过参照光路70进入耦合单元51。

已经进入耦合单元51的测量光和参照光在耦合时彼此干涉，并且从耦合单元51射出所得到的干涉光。干涉光在多芯光纤10的第二端10b进入另一纤芯(属于适用于将光从第二端10b传播到第一端10a的第二传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第一端10a从该纤芯射出，从而被光接收器30接收。此时，由光接收器30检测干涉光的强度。在多芯光纤10的多个纤芯中，将光从第一端10a传播到第二端10b的纤芯和将光从第二端10b传播到第一端10a的纤芯彼此不同。

当已经通过被测物90的测量光的相位变化时，输送到耦合单元51的测量光与参照光之间的相位差变化，从而干涉光的强度发生变化。结果，使光的相位变化的被测物90的变化(如果有的话)可作为干涉光的强度变化而被光接收器30检测到。干涉测量装置1可以以简单的结构测量各种类型的物理量。

可以使用光纤作为被测物90。利用光纤的折射率和长度随温度、压力、张力等而变化的事实，干涉测量装置1可以用作温度传感器、压力传感器或张力传感器。在本实施例中，被测物90不限于光纤。当使用折射率根据周围的化学物质的种类和浓度而变化的材料作为被测物90时，例如，干涉测量装置1可以用作化学传感器。当使用折射率根据周围的电磁而变化的材料作为被测物90时，例如，干涉测量装置1可以用作电磁传感器(天线)。

图2的(a)和(b)是用于说明第一实施例的应用实例的视图。图2的(a)和(b)所示的结构还适用于第六实施例(将在后文中进行说明)。即，当多芯光纤10具有属于第一传输路径的至少一个纤芯和属于第二传输路径的至少一个纤芯时，可以实现根据图1所示的第一实施例的干涉测量装置1。

因此，当多芯光纤10中的纤芯的数量为2的倍数时(具体而言，当纤芯的数量为2、4、6、8、…时)，将第一端侧元件100A和第二端侧元件100B如图2的(a)所示的那样设置在多芯光纤10的两端能够实现分别具有与图1中的结构相同的结构的多个测量系统1A、1B、…。如图2的(b)所示，当多芯光纤10在共用包层内具有六个纤芯11a至16a时，隔着多芯光纤10的中心轴线彼此相对的纤芯组(一个纤芯属于第一传输路径，而另一纤芯属于第二传输路径)可以实现彼此光学独立的多个测量系统。具体而言，图2的(b)的实例构成了测量系统1A、测量系统1B和测量系统1C，测量系统1A具有作为第一传输路径和第二传输路径的组的一组纤芯11a、14a，测量系统1B具有作为第一传输路径和第二传输路径的组的一组纤芯13a、16a，并且测量系统1C具有作为第一传输路径和第二传输路径的组的一组纤芯12a、15a。

(第二实施例)

图3是示出根据第二实施例的干涉测量装置的结构的视图。图4是在本实施例中采用的多芯光纤10的剖视图。根据第二实施例的干涉测量装置2包括多芯光纤10、光源20、光接收器30、分路单元42、耦合单元52、测量光路60和参照光路70。干涉测量装置2可以测量光路60上的被测物90的物理量。多芯光纤10、测量光路60和参照光路70基本上没有感测功能。

多芯光纤10在共用包层15内具有在第一端10a与第二端10b之间延伸的至少四个纤芯11b至14b(参见图4)。光源20、光接收器30、分路单元42和耦合单元52设置在多芯光纤10的第一端10a侧，以便构成第一端侧元件200A。测量光路60和参照光路70设置在多芯光纤10的第二端10b侧，以便构成第二端侧元件200B。分路单元42、耦合单元52、多芯光纤10、测量光路60和参照光路70同样构成马赫-曾德尔干涉仪。

从光源20输出的光被分路单元42分为两部分，两部分分别作为测量光和参照光。从分路单元42输出的测量光在多芯光纤10的第一端10a进入第一纤芯11b(属于第一传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第二端10b从第一纤芯11b出射到存在有被测物90的测量光路60。已经通过测量光路60的光在多芯光纤10的第二端10b进入第二纤芯13b(属于第二传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第一端10a从第二纤芯13b出射到耦合单元52。

从分路单元42输出的参照光在多芯光纤10的第一端10a进入第三纤芯14b(属于第一传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第二端10b从第三纤芯14b出射到参照光路70。已经通过参照光路70的光在多芯光纤10的第二端10b进入第四纤芯12b(属于第二传输路径的纤芯)，并且在多芯光纤10的第一端10a从第四纤芯12b出射到耦合单元52。已经进入耦合单元52的测量光和参照光进行耦合，并且由光接收器30接收所得到的干涉光。结果，光接收器30对干涉光的强度进行检测。

在本实施例中，不仅光源20和光接收器30设置在多芯光纤10的第一端10a侧，而且分路单元42和耦合单元52也设置在多芯光纤10的第一端10a侧。这样能够简化多芯光纤10的第二端10b侧的结构，从而能更容易地减小第二端10b侧的尺寸，当被测物90的空间受限时，这种设置尤为有效。

在本实施例中，纤芯11b至14b还构成了马赫-曾德尔干涉仪的臂部的一部分。纤芯11b至14b设置在同一包层15内，因此不易受到诸如多芯光纤10的温度变化和施加在多芯光纤10上的张力的变化等干扰。即，测量光与参照光之间的相位差难以在干扰的影响下发生改变。

如图4所示，在本实施例中的垂直于多芯光纤10的中心轴线(光纤轴线)的横截面中，第一纤芯11b和第二纤芯13b位于围绕中心轴线彼此对称的位置，并且第三纤芯14b和第四纤芯12b也位于围绕中心轴线彼此对称的位置。作为属于第一传输路径的纤芯的第一纤芯11b将测量光从第一端10a传播到第二端10b，而作为属于第二传输路径的纤芯的第二纤芯13b将测量光从第二端10b传播到第一端10a。另一方面，作为属于第一传输路径的纤芯的第三纤芯14b将参照光从第一端10a传播到第二端10b，而作为属于第四传输路径的纤芯的第四纤芯12b将参照光从第二端10b传播到第一端10a。这样的结构不易受到施加于多芯光纤10上的弯曲的影响，因为来回行进的测量光和参照光抵消了多芯光纤10弯曲时出现的光路差。

在本实施例中，当多芯光纤10中的各纤芯11b至14b为保偏纤芯时或当测量光和参照光中的至少一个被可设置在耦合器42与多芯光纤10之间的偏振器(或消偏振器)消偏振或偏振加扰时，干涉光可以因多芯光纤10中的偏振的波动而被限制改变其强度。

在图4所示的横截面中，用于传播测量光和参照光的纤芯11b至14b设置在以包层15的中心轴线为圆心的圆的圆周上，分别用作测量光的前行路径和返回路径的纤芯11b和纤芯13b设置在隔着包层的中心轴线彼此相对的位置，而分别用作参照光的前行路径和返回路径的纤芯14b和12b设置在隔着包层15的中心轴线彼此相对的位置。因此，当多芯光纤10被弯曲成使得用于测量光的前行路径的第一纤芯11b位于外侧时，用于测量光的返回路径的第二纤芯13b位于内侧，使得它们彼此抵消，从而使得测量光的光路长度恒定。参照光的情况同样如此。

虽然在图4所示的多芯光纤10的横截面的实例中多芯光纤10中的纤芯的数量为4(用于一个被测物)，但该数量不是限制性的；例如，纤芯的数量可以为8、12、16、…(4的倍数)。不限于如图4所示的所有纤芯设置在同一圆的圆周上的情况，纤芯可以设置在圆心位于包层15的中心轴线处的多个圆的圆周上。然而，在这种情况下，抵消因多芯光纤的弯曲而造成的光路差的纤芯也在隔着包层中心彼此相对的位置处设置在同一圆的圆周上。

当已经通过被测物90的测量光的相位变化时，进入耦合单元52的测量光与参照光之间的相位差变化，从而干涉光的强度发生变化。结果，使光的相位变化的被测物90的变化(如果有的话)可作为干涉光的强度变化而被光接收器30检测到。干涉测量装置2可以以简单的结构测量各种类型的物理量。

可以使用光纤作为被测物90。利用光纤的折射率和长度随温度、压力、张力等而变化的事实，干涉测量装置2可以用作温度传感器、压力传感器或张力传感器。在本实施例中，被测物90不限于光纤。当使用折射率根据周围的化学物质的种类和浓度而变化的材料作为被测物90时，例如，干涉测量装置2可以用作化学传感器。当使用折射率根据周围的电磁而变化的材料作为被测物90时，例如，干涉测量装置2可以用作电磁传感器(天线)。

图5的(a)和(b)是用于说明第二实施例的应用实例的视图。图5的(a)和(b)所示的结构还适用于第三实施例至第五实施例、第七实施例和第八实施例(将在后文中进行说明)。即，当多芯光纤10具有属于第一传输路径的至少两个纤芯和属于第二传输路径的至少两个纤芯时，可以实现根据图3所示的第二实施例的干涉测量装置2。

因此，当多芯光纤10中的纤芯的数量为4的倍数时，将第一端侧元件200A和第二端侧元件200B如图5的(a)所示的那样设置在多芯光纤10的两端可以实现分别具有与图3中的结构相同的结构的多个测量系统3A、3B、…(或三个或更多个系统)。当多芯光纤10如图5的(b)所示的那样在共用包层15内具有八个纤芯11c至18c时，例如，隔着多芯光纤10的中心轴线彼此相对的两组纤芯(每组均包括属于第一传输路径的一个纤芯和属于第二传输路径的另一光纤)可以实现彼此光学独立的多个测量系统。一组纤芯11c、15c(第一传输路径和第二传输路径的组)和一组纤芯13c、17c(第一传输路径和第二传输路径的组)构成了如图5的(b)的实例中的测量系统2A。类似地，一组纤芯12c、16c(第一传输路径和第二传输路径的组)和一组纤芯14c、18c(第一传输路径和第二传输路径的组)构成了测量系统2B。

(第三实施例)

图6是示出根据第三实施例的干涉测量装置的结构的视图。除了包括根据图3所示的第二实施例的干涉测量装置2的结构之外，根据第三实施例的干涉测量装置3还包括移相器80。除此之外，第三实施例的结构与第二实施例的结构相同。移相器80设置在多芯光纤10的第一端10a与耦合单元52之间，对从多芯光纤10的第一端10a输出的测量光和参照光中的至少一个进行相移，并且将该光输送至耦合单元52。

本实施例能够表现出与第二实施例的效果相同的效果。另外，本实施例能够提高对与由被测物90引起的相位变化一起出现的干涉光强度的变化的灵敏度，或者改善与由被测物90引起的相位变化一起出现的干涉光强度的变化的线性(直线性)。控制移相器80所提供的相移量以便抵消由被测物90引起的相移量，使得能够检测由被测物90引起的相移量。

与第二实施例(图5的(a)和(b))一样，通过采用具有数量为4的倍数的纤芯的多芯光纤10，第三实施例同样能够实现各四个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(均具有与图6所示的干涉测量装置3的结构相同的结构)。

(第四实施例)

图7是示出根据第四实施例的干涉测量装置的结构的视图。除了包括根据图6所示的第三实施例的干涉测量装置3的结构之外，根据第四实施例的干涉测量装置4还包括耦合器96、97。除此之外，第四实施例的结构与第三实施例的结构相同。耦合器96、97在多芯光纤10的第二端10b侧设置在测量光路60和参照光路70之间，以便构成多级马赫-曾德尔干涉仪。

本实施例能够表现出与第三实施例的效果相同的效果。另外，本实施例构造为与两个被测物91、92对应的多点干涉仪，当移相器80提供具有与包括被测物的马赫-曾德尔干涉仪的相位差对应的相移量的测量光时，能够选择性地测量被测物91、92。

与第二实施例(图5的(a)和(b))一样，通过采用具有数量为4的倍数的纤芯的多芯光纤10，第四实施例同样能够实现各四个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(均具有与图7所示的干涉测量装置4的结构相同的结构)。

(第五实施例)

图8是示出根据第五实施例的干涉测量装置的结构的视图。在结构方面，根据第五实施例的干涉测量装置5与根据图3所示的第二实施例的干涉测量装置2的不同点在于：根据第五实施例的干涉测量装置5包括光接收器33、34、分路单元43、44、耦合单元53、54和移相器80来代替光接收器30和耦合单元52。除此之外，第五实施例的结构与第二实施例的结构相同。

从多芯光纤10的第一端10a输出的测量光被分路单元43分为分别进入耦合单元53、54的两部分。从多芯光纤10的第一端10a输出的参照光被分路单元44分为两部分，其中一部分进入耦合单元53，而另一部分被移相器80进行相移，随后进入耦合单元54。已经进入耦合单元53的测量光和参照光在耦合时彼此干涉，并且由光接收器33接收所得到的干涉光，从而检测干涉光的强度。已经进入耦合单元54的测量光和参照光在耦合时彼此干涉，并且由光接收器34接收所得到的干涉光，从而检测干涉光的强度。

本实施例能够表现出与第三实施例的效果相同的效果。另外，本实施例可以测量具有相移和不具有相移的两种干涉光强度，并且可以通过对这两种干涉光强度的信号处理实现高精度的测量。在此，移相器80提供具有相移的测量光和具有相移的参照光中的至少一者就足够了。

与第二实施例(图5的(a)和(b))一样，通过采用具有数量为4的倍数的纤芯的多芯光纤10，第五实施例同样能够实现各四个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(均具有与图8所示的干涉测量装置4的结构相同的结构)。

(第六实施例)

图9的(a)和(b)是示出根据第六实施例的干涉测量装置的结构的视图。如图9的(a)所示，具体而言，与根据第一实施例的干涉测量装置1一样，根据第六实施例的干涉测量装置6包括多芯光纤10、光源20、光接收器30、分路单元41、耦合单元51、测量光路60和参照光路70。在根据第六实施例的干涉测量装置6中，分路单元41和耦合单元51由一个多芯光纤耦合器45构造而成，同时分路单元41和耦合单元51中的每一个为多芯光纤耦合器。在根据第六实施例的干涉测量装置6中，在多芯光纤耦合器45与测量光路60和参照光路70之间设置有输入/输出装置100。

图9的(b)是示出从图9的(a)中的箭头D方向观察到的多芯光纤耦合器45的结构的视图。图10的(a)至(c)是根据第六实施例的干涉测量装置6的各部件的剖视图。如图10的(a)所示，多芯光纤10在共用包层内具有在第一端10a与第二端10b之间延伸的两个纤芯11d、12d。如图9的(b)和图10的(b)所示，多芯光纤耦合器45在共用包层450内具有在一端与另一端之间延伸的四个纤芯451至454和设置在一组纤芯451、453与一组纤芯452、454之间的泄漏减少单元455。如图10的(c)所示，输入/输出装置100在共用包层1000内具有在一端与另一端之间延伸的四个纤芯101至104。

多芯光纤10的纤芯11d与多芯光纤耦合器45的纤芯451光耦合(光学连接)。多芯光纤10的纤芯12d与多芯光纤耦合器45的纤芯452光耦合。多芯光纤耦合器45的纤芯451、453在彼此之间产生串扰，从而构成分路单元41。多芯光纤耦合器45的纤芯452、454同样在彼此之间产生串扰，从而构成耦合单元51。由于设置有泄漏减少单元455，因此在多芯光纤耦合器45中的纤芯451、453的组与纤芯452、454的组之间不会发生串扰。

多芯光纤耦合器45的纤芯451与输入/输出装置100的纤芯101光耦合。多芯光纤耦合器45的纤芯452与输入/输出装置100的纤芯102光耦合。多芯光纤耦合器45的纤芯453与输入/输出装置100的纤芯103光耦合。多芯光纤耦合器45的纤芯454与输入/输出装置100的纤芯104光耦合。

从光源20输出的光在多芯光纤10的第一端10a进入纤芯11d，并且在多芯光纤10的第二端10b从纤芯11d出射到多芯光纤耦合器45的纤芯451。已经进入多芯光纤耦合器45的纤芯451的光通过构成分路单元41的纤芯451、453之间的串扰被分成测量光和参照光。

从多芯光纤耦合器45的纤芯451输出的测量光通过输入/输出装置100的纤芯101、存在有被测物90的测量光路60、以及输入/输出装置100的纤芯102进入多芯光纤耦合器45的纤芯452。从多芯光纤耦合器45的纤芯453输出的参照光通过输入/输出装置100的纤芯103、参照光路70、以及输入/输出装置100的纤芯104进入多芯光纤耦合器45的纤芯454。

已经进入多芯光纤耦合器45的纤芯454的参照光的一部分因构成耦合单元51的纤芯452、454之间的串扰而岔开到纤芯452中。在从多芯光纤耦合器45的纤芯452输出之后通过多芯光纤耦合器10的纤芯12被光接收器30接收的光是通过测量光与参照光之间的干涉所产生的干涉光。由光接收器30检测该干涉光的强度。

在日本专利申请公开2011-237782中公开了一种多芯光纤耦合器。在本实施例中，在多芯光纤耦合器45中构造有两个耦合器。即，纤芯451、453构成了耦合器，而纤芯452、454构成了另一耦合器。因此，在构成一个耦合器的纤芯451、453之间发生串扰。同时构成另一耦合器的纤芯452、454产生串扰，一个耦合器(纤芯451、453)与另一耦合器(纤芯452、454)之间的串扰需要尽可能地小。

多芯光纤耦合器45设置有用于减少两个耦合器之间的串扰的泄漏减少单元455。泄漏减少单元455设置在一个耦合器(纤芯451、453)与另一耦合器(纤芯452、454)之间，并且能够减少这两个耦合器之间的光泄漏的影响(串扰)。泄漏减少单元455可以是具有比包层的折射率低的折射率的区域或者是吸收光或散射光的区域。在前一种情况下，泄漏减少单元455可以由掺杂有诸如元素氟(F)等折射率降低剂的石英玻璃构成，或者由多个沿轴向延伸的孔构成，或者由分散有多个空穴的区域构成。

在多芯光纤耦合器45中，一个耦合器(纤芯451、453)的光传播方向与另一耦合器(纤芯452、454)的光传播方向彼此相反。这样的结构在减少一个耦合器(纤芯451、453)与另一耦合器(纤芯452、454)之间的串扰方面同样很有效。

为了将多芯光纤10的各个纤芯光耦合至多芯光纤耦合器45中的对应纤芯，多芯光纤10与多芯光纤耦合器45的相应纤芯结构需要彼此对准。在这种条件下，构造在多芯光纤耦合器45中的耦合器的芯间串扰需要在预定水平或比预定水平更高，同时需减少多芯光纤10中的芯间串扰。作为实现上述要求的手段，可以在多芯光纤10的纤芯之间设置泄漏减少单元，但不在构造在多芯光纤耦合器45中的耦合器的纤芯之间设置泄漏减少单元。可以采用上述那些结构作为泄漏减少单元的结构。

也可以采用下述另一手段。即，在以确保产生多芯光纤10中的芯间串扰的所需水平的间隔作为多芯光纤10、45的纤芯间隔的同时，为了实现在这种条件下由多芯光纤耦合器45构造而成的耦合器所需的芯间串扰，多芯光纤45的一部分可以被熔化和延长，以便缩小纤芯间隔并且减小纤芯尺寸，从而降低被限制在纤芯部分中的光的比率。

根据本实施例的干涉测量装置6像上述第一实施例的干涉测量装置1那样作用及产生效果。另外，本实施例的干涉测量装置6可以通过多芯光纤10、45与输入/输出装置100之间的相互连接来构造，因此具有简单的结构。

通过采用与第一实施例(图2的(a)和(b))一样具有数量为2的倍数的纤芯的多芯光纤10，第六实施例同样能够实现各两个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(每个测量系统具有与图9的(a)和(b)所示的干涉测量装置6的结构相同的结构)。

(第七实施例)

图11是示出根据第七实施例的干涉测量装置7的结构的视图。与根据第二实施例的干涉测量装置2一样，根据第七实施例的干涉测量装置7包括多芯光纤10、光源20、光接收器30、分路单元42、耦合单元52、测量光路60和参照光路70。在根据第七实施例的干涉测量装置7中，分路单元42和耦合单元52由一个多芯光纤耦合器45构造而成，同时分路单元42和耦合单元52中的每一个为多芯光纤耦合器。可以在多芯光纤10的第二端10b设置输入/输出装置。在这种情况下，可以像第六实施例那样构造输入/输出装置。

图12的(a)和(b)是根据第七实施例的干涉测量装置7的各部件的剖视图。如图12的(a)所示，多芯光纤耦合器45在共用包层450内具有在一端与另一端之间延伸的四个纤芯451至454和设置在一组纤芯451、453与一组纤芯452、454之间的泄漏减少单元455。多芯光纤耦合器45的纤芯451、453在彼此之间产生串扰，从而构成分路单元42。多芯光纤耦合器45的纤芯452、454同样在彼此之间产生串扰，从而构成耦合单元52。由于设置有泄漏减少单元455，因此在多芯光纤耦合器45中的纤芯451、453的组与纤芯452、454的组之间不会发生串扰。

如图12的(b)所示，多芯光纤10在共用包层15内具有在第一端10a与第二端10b之间延伸的四个纤芯11e至14e。在包层内的纤芯11e周围设置有围绕着纤芯11e的泄漏减少单元111e。在包层内的纤芯12e周围设置有围绕着纤芯12e的泄漏减少单元121e。在包层内的纤芯13e周围设置有围绕着纤芯13e的泄漏减少单元131e。在包层内的纤芯14e周围设置有围绕着纤芯14e的泄漏减少单元141e。泄漏减少单元111e至141e设置在使光基本上不会有功率传播通过纤芯的区域中。与泄漏减少单元455一样，泄漏减少单元111e至141e可以是具有比包层15的折射率低的折射率的区域或者是吸收光或散射光的区域。

从光源20输出的光进入多芯光纤耦合器45的纤芯451，并且通过构成分路单元42的纤芯451、453之间的串扰被分成测量光和参照光。从多芯光纤耦合器45的纤芯451输出的测量光在第一端10a进入多芯光纤10的第一纤芯11e，并且在第二端10b从第一纤芯11e出射到存在有被测物90的测量光路60。已经通过测量光路60的光在第二端10b进入多芯光纤10的第二纤芯13e，并且在第一端10a从第二纤芯13e出射到构成耦合单元52的纤芯452。

从多芯光纤耦合器45的纤芯453输出的参照光在第一端10a进入多芯光纤10的第三纤芯12e，并且在第二端10b从第三纤芯12e出射到参照光路70。已经通过参照光路70的光在第二端10b进入多芯光纤10的第四纤芯14e，并且在第一端10a从第四纤芯14e出射到构成耦合单元52的纤芯454。已经进入耦合单元52的测量光和参照光在耦合时彼此干涉，并且由光接收器30接收所得到的干涉光，从而检测该干涉光的强度。

根据本实施例的干涉测量装置7像上述第二实施例的干涉测量装置2那样作用及产生效果。另外，本实施例的干涉测量装置7可以通过多芯光纤10、多芯光纤耦合器45与输入/输出装置之间的相互连接来构造，因此其具有简单的结构。

通过采用与第二实施例(图5的(a)和(b))一样具有数量为4的倍数的纤芯的多芯光纤10，第七实施例同样能够实现各四个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(每个测量系统具有与图11所示的干涉测量装置7的结构相同的结构)。

(第八实施例)

图13是示出根据第八实施例的干涉测量装置的结构的视图。除了根据第七实施例的干涉测量装置7的结构之外，根据第八实施例的干涉测量装置8还包括输入/输出装置100、110和移相器80。输入/输出装置100设置在多芯光纤耦合器45的多芯光纤10侧。除此之外，第八实施例的结构与第七实施例的结构相同。输入/输出装置110设置在多芯光纤10的第一端10a。移相器80夹设在输入/输出装置100的一个纤芯与输入/输出装置110的一个纤芯之间。输入/输出装置也可以设置在多芯光纤10的第二端10b。在这种情况下，可以像第六实施例那样构造输入/输出装置。

根据本实施例的干涉测量装置8像上述第三实施例的干涉测量装置3那样作用及产生效果。另外，本实施例的干涉测量装置8可以通过多芯光纤10、45与输入/输出装置100、110之间的相互连接来构造，因此其具有简单的结构。

与第二实施例(图5的(a)和(b))一样，通过采用具有数量为4的倍数的纤芯的多芯光纤10，第八实施例同样能够实现各四个纤芯的组彼此光学独立的多个测量系统(均具有与图6所示的干涉测量装置3的结构相同的结构)。

附图标记列表

1～8…干涉测量装置；10…多芯光纤；10a…第一端；10b…第二端；11a～16a、11b～14b、11c～18c、11d、12d、11e～14e…纤芯；15…包层；20…光源；30、33、34…光接收器；41～44…分路单元；45…多芯光纤耦合器；51～54…耦合单元；60…测量光路；70…参照光路；80…移相器；90～92…被测物；96、97…耦合器；100、110…输入/输出装置；以及420…偏振器(或消偏振器)。

Claims (11)

1.一种干涉测量装置，包括：

多芯光纤，其具有第一端和与所述第一端相对的第二端，所述多芯光纤具有在所述第一端与所述第二端之间延伸的多个纤芯，以及覆盖所述多个纤芯的共用包层；

光源，其设置在所述多芯光纤的第一端侧；

光接收器，其设置在所述多芯光纤的第一端侧；

测量光路，其设置在所述多芯光纤的第二端侧；

参照光路，其设置在所述多芯光纤的第二端侧；

分路单元，其构造为将从所述光源输出的光分成用于传播通过所述测量光路的测量光和用于传播通过所述参照光路的参照光；以及

耦合单元，其构造为通过耦合已经传播通过所述测量光路的所述测量光和已经传播通过所述参照光路的所述参照光来生成所述测量光与所述参照光之间的干涉光，并将如此生成的干涉光输送到所述光接收器，

其中，所述多芯光纤的所述多个纤芯包括属于第一传输路径的至少一个纤芯和不属于所述第一传输路径而属于第二传输路径的至少一个纤芯，所述第一传输路径将光从所述第一端传播到所述第二端，所述第二传输路径将光从所述第二端传播到所述第一端。

2.根据权利要求1所述的干涉测量装置，其中，所述多芯光纤基本上没有感测功能。

3.根据权利要求1或2所述的干涉测量装置，其中，所述分路单元设置在所述多芯光纤的所述第二端侧，并且在所述多芯光纤的所述第二端处将来自于所述光源且从属于所述第一传输路径的纤芯输出的光分成所述测量光和所述参照光。

4.根据权利要求3所述的干涉测量装置，其中，所述耦合单元设置在所述多芯光纤的所述第二端侧，并且从所述多芯光纤的所述第二端侧将已经传播通过所述测量光路的所述测量光与已经传播通过所述参照光路的所述参照光之间的干涉光输送到属于所述第二传输路径的纤芯。

5.根据权利要求1或2所述的干涉测量装置，其中，所述分路单元设置在所述多芯光纤的所述第一端侧，将从所述光源输出的光中分出的所述测量光从所述多芯光纤的所述第一端侧输送到属于所述第一传输路径的一个纤芯中，并且将从所述光源输出的光中分出的所述参照光从所述多芯光纤的所述第一端侧输送到属于所述第一传输路径的另一个纤芯中。

6.根据权利要求5所述的干涉测量装置，其中，所述耦合单元设置在所述多芯光纤的所述第一端侧，耦合传播通过彼此不同且均属于所述第二传输路径的相应两个纤芯之后从所述多芯光纤的所述第一端输出的所述测量光和所述参照光以生成所述干涉光，并且将如此生成的干涉光输送到所述光接收器中。

7.根据权利要求6所述的干涉测量装置，其中，所述多芯光纤具有作为所述多个纤芯的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯和第四纤芯；

在垂直于所述多芯光纤的中心轴线的横截面中，所述第一纤芯和所述第二纤芯设置在围绕所述中心轴线彼此对称的位置，同时所述第三纤芯和所述第四纤芯也设置在围绕所述中心轴线彼此对称的位置；并且

所述第一纤芯和所述第三纤芯属于所述第一传输路径，而所述第二纤芯和所述第四纤芯属于所述第二传输路径。

8.根据权利要求5所述的干涉测量装置，其中，所述多芯光纤的所述多个纤芯中的每一个纤芯均为保偏纤芯。

9.根据权利要求5所述的干涉测量装置，其中，所述测量光和所述参照光中的至少一个被消偏振或被偏振加扰。

10.根据权利要求1所述的干涉测量装置，包括适于用作所述分路单元和所述耦合单元的多芯光纤耦合器；

其中，所述多芯光纤耦合器具有：

包层，其内部包含多个纤芯组，所述多个纤芯组中的每一个纤芯组构造为将传播通过一个纤芯的光的一部分岔开到另一纤芯或耦合传播通过一个纤芯的光和传播通过另一纤芯的光；以及

泄漏减少单元，其包含在所述包层中，并且设置在所述多个纤芯组的不同纤芯组之间，以抑制所述不同纤芯组之间的串扰，

所述多个纤芯组中的每一个包括适于因同一纤芯组内的纤芯之间的串扰而岔开光或耦合光的多个纤芯。

11.一种多芯光纤耦合器，包括：

包层，其内部包含多个纤芯组，所述多个纤芯组中的每一个构造为将传播通过一个纤芯的光的一部分岔开到另一纤芯或耦合传播通过一个纤芯的光和传播通过另一纤芯的光；以及

泄漏减少单元，其包括在所述包层中，并且设置在所述多个纤芯组的不同纤芯组之间，以抑制所述不同纤芯组之间的串扰，

其中，所述多个纤芯组中的每一个包括构造为因同一纤芯组内的纤芯之间的串扰而岔开光或耦合光的多个纤芯。