JPS59500013A - レ−ザ・ドツプラ−風力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ・ト９ツプラー風力計 この発明は、レーザから発した所定の方向を有する偏光放射ビームが２つの空間 的に異なる部分ビームに分離され、一方の部分ビームが周波数変位装置を通して 導かれ、それに続いて、その偏光の同じ方向を有する分離された周波数変位部分 ビームが、上記部分ビーム間の干渉によって液体またはガス媒体の流量を測定す るために測定容積知焦束され、それによって、干渉画像が変電受信装置に送られ る種類のレーザ・ドツプラー風力計に関する。

そのようなレーザ・ドツプラー風力計は、液体またはガス媒体の流量の焦接触ノ ン・フィールド分布測定に適用できる。

その測定は、Ｉ１１定容積に焦束された部分ビームの干渉パターンを通して、そ の流れろ媒体によって伝導される粒子の運動の光電検出に依存ずろ、ドツプラー 原理を適用する他の速度測定について、２つの相互に周波数変位されたコヒレン ト・レーザ放射ビームは、流れの方向を検出するのに用いられ。

上記放射ビームは、その上に、その偏光の同じ方向を有し。

それらの位相に対して同期される。

このように、２つの粒子ビームのパスにて測定容積に焦束された部分ビームの偏 光の異なる方向を生じさせ、または相違してそれらの位相に対してそれらのビー ムに影響を与える素子は、提示されない。

レーザ・ドツプラー風力計を適用する流れ測定システムでは、測定容積に直接に 隣接する周波数変位素子及び無定素子と関連した比較的大きなレーザ装置を置く ことが必要であると考えられてきているが、これは応用の可能性を制限している 。

上記の不能率は、この発明に従い改善され、この発明ではレーザ放射ビームを上 記空間的に異なる部分ビームに分離する最初のビームスプリッタ、及び一方の部 分ビームに影響する上記周波数変位装置と共に、レーザは、上記空間的に異なる 部分ビームの偏光の方向を９０°だけ回転するために、上記空間的に異なる部分 ビームの一方のパスに置かれた最初の偏光方向回転装置を更に含む伝送装置のパ ーツを形成し、そして、別のビームスプリッタは９０°だけ相互に変位された偏 光の方向を有する２つの周波数変位部分ビームを空間的に併合し、上記伝送装置 は、９０°だけ変位された上記部分ビームの偏光の上記２方向の各々に調整され た２直交の主軸を有する偏光方向維持光学′シングル・モードファイバーの入口 端と結合され、上記ファイバーの出口端は、上記測定容積に接近して置かれるべ き測定プローブと結合され、９０゜だけ変位された偏光の上記２方向の各々を備 える部分ビームに、ファイバーを通して伝送された部分ビームを空間的に分離す るための付加のビームスジ＋１ツタに適合し、別の偏光回転部材は、他の部分ビ ームと同じ偏光の方向に上記部分ビームの偏光の方向を回転するために、上記部 分ビームの一方に作用する。

レーザ放射の空間的に異なる周波数変位部分ビームのために伝送媒体として関連 した種類の光学“シングル・モードファイノミを用いて、そのファイバーの出口 端と結合されたた測定プローブが小さ−・物理的寸法であるので、測定容積から 比較的長い距離で測定装置の大部分を置くことが可能となる。測定容積で配列さ れた測定プローグと伝送装置との間の元は、上記部分ビームの形式だけで伝送さ れ、それによってケーブルを通して接近できない測定容積に電気的に供給流れ及 び信号を伝送するとき、外乱及びノイズのリスクを排除する。

特に、　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａ、１　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｒｎ　Ｅｌｅｃｔｒ ｏｎｉｃｓ　。

Ｖｏｌ、ＱＥ−１７，Ｉ／ｘ　１　、　１９８１年１月、第１５〜２．０頁の” 光学ファイバーにおける偏光”ＩＶＡ、Ｎ　Ｐ、ＫＡＭ工ＮＯＷ著の論文に関連 した種類の光学”シングル・モードファイノミ−が記述され、そして、それらの 位相に対して上記部分ビーム上への完全に一様な影響を備える異なる偏光方向を 有する２つの部分ビームを伝送する可能性を提供する。

次の記述では、この発明は、添付図面を参照して、より十分に説明されよう。

第１図は、この発明に従いレーザ・ドツプラー風力計の構造の略図であり、及び 、第２〜４図は、第１図の構造の偏光方向維持光学シングル・ファイバーの入口 及び出口での放射コース及び偏向方向を例示する。

第１図に示された測定装置では、第２図に示されたように所定の偏光方向を有す るコヒレント放射ビームは、レーザ。

例えば−Ｈｅ−ＮｅレーザまたはＡｒ　レーザからなる伝送装置Ｓから発射され る。光学ビームスプリッタ２によって、放射ビームＡは、伝送装置ＳＩＣおいて 、２つの空間的に異なる部分ビームＢ及びＣに分離される。部分ビームＢは、ド ツプラー周波数４０ＭＨｚ　だけ部分ビームの周波数を変位する音響光学Ｂｒａ ｇｇセルのような周波数変位装置６を通して導かれる。

伝送装置Ｓでは１部分ビームＣは、この部分ビームの偏光方向を９０°まで回転 するλ／２プレートの形式の最初の偏光方向回転部材４を通して導かれる。周波 数に対して、いま。

相互に変位され９０°だけ変位された偏光方向を有する部分ビームに、偏光スジ １１ツタ５によって伝送装置Ｓで空間的に併合され、上記論文に開示された種類 の偏光方回維持九学１シングル・モードファイバー８の伝送装置８と結合された 入口端にて、いわゆる”　５ｅｌｆｏｃ”レンズの形式のレンズ系６及び焦束光 学ファイバー７によって焦束されろ。

第６図に最も良く表現されるように、ファイ・之−８に、２つの直交の主＠Ｘ及 びＹ、及び、伝送装置Ｓとの接続にて。

上記軸Ｘ及びＹが偏光ビームスブリック５からの併合された放射ビームＢ及びＣ ′の偏光方向の各々に調整きれるような方位を有する。

その出口端にて、ファイバー８は測定容積１０に隣接して置かれた測定プローグ と結合され、そこで、ファイバーを通して伝送された放射ビームＢ及びＣ′は、 第４図に図解されたように、それぞれの偏光方向を有する２つの平行部分ビーム Ｂ及びＣ′を形成するために、伝送された周波数変位部分ビームＢ及びＣ′を空 間的に分離する偏光方向分離ビームスプ１）ツク９上σ）伝送装置Ｓの焦束光学 ファイバー７と同じ種類の焦束光￥ファイバー７′によって焦束されろ。測定プ ロ−ブＭでは１部分ビームＣ′は、上記部分ビームの偏光方向を９０°だけ元に 回転するλ／２プレートの形式にて、別の偏光方向回転部材４′を通して導かれ るので、再度、他の部分ビームＢの偏光方向と一致する。それから生起する空間 的に異なる部分ビームＢ及び引工、レンズ系６′によって測足容墳１Ｄに焦束さ れろ。

測定容積１０に焦束された周波数変位サブビームＢとＣとの間の干渉によって発 生された画１象は、干渉フィルタ１２及び光検出器１ろを含む受信装置Ｒに導く 普通のオプチカル・ファイバー１１の入口端にて、レンズ系６′によって焦束さ れる。

光導体としてファイバー８及び１１を使用して、測定容積１０にて配列されるべ き測定プローブＭは、焦束光学ファイバー７′、偏光ビームスプ１）ツタ９．λ ／２プレート４′。

及び焦束レンズ系６′だけを含むように、小さい物理的寸法で投射され、他方、 装置の大部分、特にレーザ１及びその関連の部材２〜７を収容する伝送装置Ｓ及 び受信装置Ｒは、上記測定容積から所定の距離にて配置されてもよい。その許容 できる距離は、伝送品質、ノイズ、及び温度状態のための要求及びレーザの種類 に依存する。何らの困難さもなく、距離は５０ｍまで許容できる。

９００だけ変位された偏光方向を備える２つの空間的に分離された部分ビームが 伝送装置にて発生され、同じ偏光方向を有する２つの用波数変位部分ビームが測 定プローブにて発生されるという条件で、偏光方向回転部材４及び４／−すなワ チ、λ／２プレートは、空間的て異なる部分ビームの・ξスに任意に置かれても よい。

ｈσ３ ん／６．４ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ（１１から発した偏光の所定の方向を有する放射ビーム（Ａ）は、２つの 空間的に異なる部分ビーム（Ｂ、Ｃ）に分離され一方の空間的に異なる部分ビー ムは１周波数変位装置（３）を通して導かれ、それに続いて、その偏光の同じ方 向を有する分離された周波数変位部分ビーム（Ｂ、Ｃ’）は、上記の部分ビーム 間の干渉によって液体またはガス媒体の流量を測定するために測定容積００）罠 焦束され、それによって、干渉画像が光電受信装置（１２，１３）Ｋ送られる種 類のレーザ・ドツプラー風力計に於て、レーザ放射ビーム囚を上記空間的に異な る部分ビーム（Ｂ、Ｃ）に分離する最初のビームスジ１１ツタ（２）及び一方の 部分ビーム（Ｂ）に影響を与える上記周波数変位装置（３）と共にレーザ（１） は、上記空間的に異なる部分ビーム（Ｃ）の偏光の方向を９０°だけ回転するた めに、上記空間的に異なる部分ビーム（Ｂ、Ｃ）の一方のノスに置かれた最初の 偏光方向回転装置（４）を更に含む伝送装置（Ｓ）のパーツを形成し、別のビー ムスプリッタ（５）は、９０°だけ互いに変位した偏光の方向を有する上記２つ の周波数変位部分ビーム（Ｂ、Ｃ’）を空間的に併合し、上記伝送装置（Ｓｌは 、９０°だけ変位された上記部分ビーム（Ｂ、Ｃ’）の偏光の上記の２つの方向 の各々に調整された２直交の主軸（Ｚ、Ｙ）　’＆有する偏光・方向・維持光学 １シグナル・モードファイバー（８）の入口端と結合され、上記ファイバー（８ ）の出口端は上記測定容積０（１）に接近して置かれるべき測定プローブ（財） と結合され、ファイバー（８）を通して伝送された部分ビーム（Ｂ、Ｃ’）を９ ０°だけ変位された偏光の上記２つの方向の各々を備える部分ビームに空間的に 分離する付加のビームスプリッタ（９）に適合させ、別の偏光回転部材（４′） は、他方の部分ビーム（Ｂｌと同じ偏光の方向に上記部分ビームの偏光の方向を 回転するために、上記部分ビーム（Ｃ′）の一方に作用することを特徴とするレ ーザ・ドツプラー風力計