JP2003254835A - 波長計測方法及びその装置 - Google Patents
波長計測方法及びその装置Info
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- JP2003254835A JP2003254835A JP2002057282A JP2002057282A JP2003254835A JP 2003254835 A JP2003254835 A JP 2003254835A JP 2002057282 A JP2002057282 A JP 2002057282A JP 2002057282 A JP2002057282 A JP 2002057282A JP 2003254835 A JP2003254835 A JP 2003254835A
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- optical fiber
- fiber bragg
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶対波長計測が容易で、波長遮断特性も良好
であり、かつ振動の影響を受けにくい波長計測方法及び
その装置を提供する。 【解決手段】 光源8からの光が空間を伝搬することな
く、全て光ファイバ内を伝搬するので振動に強い。また
電歪素子4で直接ファイッブラッググレーティング10
−3に応力を与えるため、掃引速度を速くすることがで
きる。この結果、電歪素子4の駆動周波数として数十k
Hzまでの掃引が可能となる。さらに、光ファイバブラ
ッググレーティング10−3のスペクトラムは非常に急
峻な遮断特性を有するので、波長遮断特性が良好とな
る。
であり、かつ振動の影響を受けにくい波長計測方法及び
その装置を提供する。 【解決手段】 光源8からの光が空間を伝搬することな
く、全て光ファイバ内を伝搬するので振動に強い。また
電歪素子4で直接ファイッブラッググレーティング10
−3に応力を与えるため、掃引速度を速くすることがで
きる。この結果、電歪素子4の駆動周波数として数十k
Hzまでの掃引が可能となる。さらに、光ファイバブラ
ッググレーティング10−3のスペクトラムは非常に急
峻な遮断特性を有するので、波長遮断特性が良好とな
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長計測方法及び
その装置に関する。
その装置に関する。
【0002】
【従来の技術】波長計測方法及びその装置を実現するた
めの分光技術で従来用いられているものとしては、
(1)ファブリ・ペロー干渉計を利用したもの、(2)
マイケルソン干渉計を利用したもの、(3)ブレーズド
回折格子を利用したもの、の3つが代表的なものであ
る。以下、それぞれについて述べる。
めの分光技術で従来用いられているものとしては、
(1)ファブリ・ペロー干渉計を利用したもの、(2)
マイケルソン干渉計を利用したもの、(3)ブレーズド
回折格子を利用したもの、の3つが代表的なものであ
る。以下、それぞれについて述べる。
【0003】図4はファブリ・ペロー干渉計による波長
計測方法の概念図である。
計測方法の概念図である。
【0004】このファブリ・ペロー干渉計は、主に外力
や温度変化等の物理量が与えられると共に被測定光を出
射する光ファイバ1と、被測定光を検出する光電変換素
子5と、光ファイバ1と光電変換素子5との間に配置さ
れ、共振器を構成する2枚の対向したハーフミラー2
a、2bとで構成されている。尚、3は集光レンズであ
り、4は電歪素子である。
や温度変化等の物理量が与えられると共に被測定光を出
射する光ファイバ1と、被測定光を検出する光電変換素
子5と、光ファイバ1と光電変換素子5との間に配置さ
れ、共振器を構成する2枚の対向したハーフミラー2
a、2bとで構成されている。尚、3は集光レンズであ
り、4は電歪素子である。
【0005】共振器長dと共振器を透過することのでき
る光の波長特性との間には一定の関係があり、共振器長
を微少範囲だけ掃引することにより透過波長を掃引し、
波長の計測を行うことができる。このときの共振器の掃
引距離は被測定光の波長と同程度である。共振器の掃引
にはピエゾ素子等の電歪素子4を用いることにより、比
較的高速で波長計測を行うことができるという利点があ
る。
る光の波長特性との間には一定の関係があり、共振器長
を微少範囲だけ掃引することにより透過波長を掃引し、
波長の計測を行うことができる。このときの共振器の掃
引距離は被測定光の波長と同程度である。共振器の掃引
にはピエゾ素子等の電歪素子4を用いることにより、比
較的高速で波長計測を行うことができるという利点があ
る。
【0006】図5はマイケルソン干渉計を利用した波長
計測方法の概念図である。
計測方法の概念図である。
【0007】このマイケルソン干渉計は、主に外力や温
度変化等の物理量が与えられると共に被測定光を出射す
る光ファイバ1と、光ファイバ1の出射口側の光路L1
の延長線上の光路L4に配置され光ファイバ1に被測定
光を戻すように反射する第1の反射ミラー2−1と、光
ファイバ1と第1の反射ミラー2−1との間の光路L
1、L4に配置され光路L1、L4に対し略45°だけ
傾斜するように配置されたハーフミラー6と、ハーフミ
ラー6の被測定光に対する反射面側の光路L2に配置さ
れた第2の反射ミラー2−2と、ハーフミラー6の第2
の反射ミラー2−2からの反射光の透過光側の光路L3
に配置された光電変換素子5とで構成されている。
度変化等の物理量が与えられると共に被測定光を出射す
る光ファイバ1と、光ファイバ1の出射口側の光路L1
の延長線上の光路L4に配置され光ファイバ1に被測定
光を戻すように反射する第1の反射ミラー2−1と、光
ファイバ1と第1の反射ミラー2−1との間の光路L
1、L4に配置され光路L1、L4に対し略45°だけ
傾斜するように配置されたハーフミラー6と、ハーフミ
ラー6の被測定光に対する反射面側の光路L2に配置さ
れた第2の反射ミラー2−2と、ハーフミラー6の第2
の反射ミラー2−2からの反射光の透過光側の光路L3
に配置された光電変換素子5とで構成されている。
【0008】これら第1の反射ミラー2−1、第2の反
射ミラー2−2及びハーフミラー6で十字形状に分岐さ
れた光路L1〜L4の枝部の光路長さを略同一にし、か
つ一方の光路L2の長さを固定し参照光とする。他方の
光路L4の長さをピエゾ素子などの電歪素子4を用いて
微少変化させ、そのときの干渉した受光強度を検出す
る。このとき、電歪素子4の変調信号に対する受光強度
の時間変化をフーリエ変換することにより、被測定光の
波長を求めることができる。この原理を利用した市販の
計測器には、He−Neレーザ光を安定化した基準光と
して同時に入射し、この基準光及び被測定光から相対波
長差を求めることにより、絶対波長計測を高精度で行っ
ているものもある。
射ミラー2−2及びハーフミラー6で十字形状に分岐さ
れた光路L1〜L4の枝部の光路長さを略同一にし、か
つ一方の光路L2の長さを固定し参照光とする。他方の
光路L4の長さをピエゾ素子などの電歪素子4を用いて
微少変化させ、そのときの干渉した受光強度を検出す
る。このとき、電歪素子4の変調信号に対する受光強度
の時間変化をフーリエ変換することにより、被測定光の
波長を求めることができる。この原理を利用した市販の
計測器には、He−Neレーザ光を安定化した基準光と
して同時に入射し、この基準光及び被測定光から相対波
長差を求めることにより、絶対波長計測を高精度で行っ
ているものもある。
【0009】なお、上記干渉計測に関しては、例えば”
Fiber Optic Sensors−An In
troduction for Engineers
and Scientists”、Eric Udd
編、Wiley−Interscienceシリーズ、
John Wiley and Sons,Inc.な
どに詳しく記載されている。
Fiber Optic Sensors−An In
troduction for Engineers
and Scientists”、Eric Udd
編、Wiley−Interscienceシリーズ、
John Wiley and Sons,Inc.な
どに詳しく記載されている。
【0010】図6はブレーズド回折格子を利用した波長
計測方法の概念図である。
計測方法の概念図である。
【0011】ブレーズド回折格子7は、ガラス基板やシ
リコン基板上に長さ1mmあたり数百から数千本の格子
を形成したもの(回折格子)である。
リコン基板上に長さ1mmあたり数百から数千本の格子
を形成したもの(回折格子)である。
【0012】このブレーズド回折格子7に対してある特
定の角度で図示しない光ファイバからの被測定光(入射
波)を入射させると、反射する他(反射波)、一定の波
長の光が決まった方向に回折する(回折波)。その回折
波の回折角度と回折波長との間には一定の関係があるた
め、任意の方向に光電変換素子を配置することにより、
高精度の波長計測を行うことができる。
定の角度で図示しない光ファイバからの被測定光(入射
波)を入射させると、反射する他(反射波)、一定の波
長の光が決まった方向に回折する(回折波)。その回折
波の回折角度と回折波長との間には一定の関係があるた
め、任意の方向に光電変換素子を配置することにより、
高精度の波長計測を行うことができる。
【0013】複数社から市販されている光スペクトラム
アナライザの波長計測原理は、このブレーズド回折格子
を用いたものを応用したものである。波長精度やダイナ
ミックレンジを拡大するため、回折格子で回折した光を
反射ミラーで折り返し、再度回折させるダブルパス方式
等の改良型もある。
アナライザの波長計測原理は、このブレーズド回折格子
を用いたものを応用したものである。波長精度やダイナ
ミックレンジを拡大するため、回折格子で回折した光を
反射ミラーで折り返し、再度回折させるダブルパス方式
等の改良型もある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術には以下のような課題がある。
た従来技術には以下のような課題がある。
【0015】(1)ファブリ・ペロー干渉計を利用した
ものに関しては、急峻な遮断特性を有するものを安定し
て作製することが非常に難しい。
ものに関しては、急峻な遮断特性を有するものを安定し
て作製することが非常に難しい。
【0016】(2)透過スペクトラムの半値全幅の狭い
ものを作製することは容易であるが、例えば中心波長ピ
ーク値から−30dBのスペクトラム拡がりを半値で
0.5nm以下に抑えることは非常に困難である。
ものを作製することは容易であるが、例えば中心波長ピ
ーク値から−30dBのスペクトラム拡がりを半値で
0.5nm以下に抑えることは非常に困難である。
【0017】(3)マイケルソン干渉計を利用したもの
では、フーリエ変換を行って波長を求めるため、計測周
期に限界がある。現状では計測時間は数秒程度までであ
り、それ以下の時間での計測は不可能である。
では、フーリエ変換を行って波長を求めるため、計測周
期に限界がある。現状では計測時間は数秒程度までであ
り、それ以下の時間での計測は不可能である。
【0018】(4)FBG(ファイバブラッググレーテ
ィング)を用いた物理量センサを構築する場合、例えば
加速度計等は数十Hzから数百Hz程度の計測応答性が
要求されるため、1秒以上の計測時間では計測に不適で
ある。また、絶対波長計測を行うために用いられるHe
−Neレーザは高価であり、かつ、寿命も2年程度と短
いため、ランニングコストが高くなる。
ィング)を用いた物理量センサを構築する場合、例えば
加速度計等は数十Hzから数百Hz程度の計測応答性が
要求されるため、1秒以上の計測時間では計測に不適で
ある。また、絶対波長計測を行うために用いられるHe
−Neレーザは高価であり、かつ、寿命も2年程度と短
いため、ランニングコストが高くなる。
【0019】(5)ブレーズド回折格子を用いた物理量
センサは、回折格子をモータ等で回転させる必要がある
ため、数十nm程度の波長を計測する場合、数秒程度の
時間がかかり、FBG物理量センサの計測装置としては
性能不足となる。
センサは、回折格子をモータ等で回転させる必要がある
ため、数十nm程度の波長を計測する場合、数秒程度の
時間がかかり、FBG物理量センサの計測装置としては
性能不足となる。
【0020】(6)全ての従来技術に共通する課題とし
て、バルク素子を用いた可動部が存在することにより、
振動に敏感であり、計測装置の設置環境が制限される。
て、バルク素子を用いた可動部が存在することにより、
振動に敏感であり、計測装置の設置環境が制限される。
【0021】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、絶対波長計測が容易で、波長遮断特性も良好であ
り、かつ振動の影響を受けにくい波長計測方法及びその
装置を提供することにある。
し、絶対波長計測が容易で、波長遮断特性も良好であ
り、かつ振動の影響を受けにくい波長計測方法及びその
装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載の発明は、少なくとも1箇所の被物理
量計測用光ファイバブラッググレーティングが形成され
た光ファイバに光源からの光を入射して得られた光の波
長を計測する波長計測方法であって、波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングに外力あるいは温度変化を
与えてその反射光波長及び透過光波長を変化させると共
に、被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
からの反射光を波長計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングに伝搬させて波長を計測するものである。
に請求項1に記載の発明は、少なくとも1箇所の被物理
量計測用光ファイバブラッググレーティングが形成され
た光ファイバに光源からの光を入射して得られた光の波
長を計測する波長計測方法であって、波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングに外力あるいは温度変化を
与えてその反射光波長及び透過光波長を変化させると共
に、被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
からの反射光を波長計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングに伝搬させて波長を計測するものである。
【0023】請求項2に記載の発明は、少なくとも1箇
所の被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
が形成された光ファイバに光源からの光を入射して得ら
れた光の波長を計測する波長計測方法であって、物理量
計測用光ファイバブラッググレーティングからの反射光
を光カプラ若しくは波長選択型の分岐素子を用いて複数
の光路に分岐し、分岐された各光路に波長帯域の異なる
波長計測用光ファイバブラッググレーティングをそれぞ
れ接続し、各波長計測用光ファイバブラッググレーティ
ングに外力あるいは温度変化を与えてその反射光波長及
び透過光波長を変化させると共に、被物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光を各波長計
測用光ファイバブラッググレーティングに伝搬させて波
長を計測するものである。
所の被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
が形成された光ファイバに光源からの光を入射して得ら
れた光の波長を計測する波長計測方法であって、物理量
計測用光ファイバブラッググレーティングからの反射光
を光カプラ若しくは波長選択型の分岐素子を用いて複数
の光路に分岐し、分岐された各光路に波長帯域の異なる
波長計測用光ファイバブラッググレーティングをそれぞ
れ接続し、各波長計測用光ファイバブラッググレーティ
ングに外力あるいは温度変化を与えてその反射光波長及
び透過光波長を変化させると共に、被物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光を各波長計
測用光ファイバブラッググレーティングに伝搬させて波
長を計測するものである。
【0024】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の構成に加え、波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングに電歪素子を用いて外力を与えてもよ
い。
2に記載の構成に加え、波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングに電歪素子を用いて外力を与えてもよ
い。
【0025】請求項4に記載の発明は、請求項1または
2に記載の構成に加え、波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングに電熱ヒータにより温度変化を与えても
よい。
2に記載の構成に加え、波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングに電熱ヒータにより温度変化を与えても
よい。
【0026】請求項5に記載の発明は、少なくとも1箇
所の被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
が形成された光ファイバに光源からの光を入射して得ら
れた伝搬光の波長を計測する波長計測装置であって、光
源と物理量計測用光ファイバブラッググレーティングと
の間に挿入された光源側分岐手段と、光源側分岐手段を
介して物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
からの反射光波長を計測する計測手段とを備えたもので
ある。
所の被物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
が形成された光ファイバに光源からの光を入射して得ら
れた伝搬光の波長を計測する波長計測装置であって、光
源と物理量計測用光ファイバブラッググレーティングと
の間に挿入された光源側分岐手段と、光源側分岐手段を
介して物理量計測用光ファイバブラッググレーティング
からの反射光波長を計測する計測手段とを備えたもので
ある。
【0027】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光が伝搬する波長計測
用光ファイバブラッググレーティングと、波長計測用光
ファイバブラッググレーティングに外力を与える電歪素
子と、分岐手段と波長計測用光ファイバブラッググレー
ティングとの間に挿入された第1の計測側分岐手段と、
第1の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光ファイ
バブラッググレーティング及び波長計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を受光する光電変換
素子とを有してもよい。
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光が伝搬する波長計測
用光ファイバブラッググレーティングと、波長計測用光
ファイバブラッググレーティングに外力を与える電歪素
子と、分岐手段と波長計測用光ファイバブラッググレー
ティングとの間に挿入された第1の計測側分岐手段と、
第1の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光ファイ
バブラッググレーティング及び波長計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を受光する光電変換
素子とを有してもよい。
【0028】請求項7に記載の発明は、請求項5に記載
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光が伝搬する波長計測
用光ファイバブラッググレーティングと、波長計測用光
ファイバブラッググレーティングに温度変化を与える電
熱ヒータと、分岐手段と波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングとの間に挿入された第1の計測側分岐手
段と、第1の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光
ファイバブラッググレーティング及び波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光を受光する光
電変換素子とを有してもよい。
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光が伝搬する波長計測
用光ファイバブラッググレーティングと、波長計測用光
ファイバブラッググレーティングに温度変化を与える電
熱ヒータと、分岐手段と波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングとの間に挿入された第1の計測側分岐手
段と、第1の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光
ファイバブラッググレーティング及び波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光を受光する光
電変換素子とを有してもよい。
【0029】請求項8に記載の発明は、請求項5に記載
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を分岐する複数入力
複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計測側分岐
手段を介して物理量計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングからの反射光が伝搬する複数の波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングと、各波長計測用光ファイ
バブラッググレーティングに外力を与える電歪素子と、
各電歪素子に所定時間毎に遅延して印加させる遅延手段
と、第2の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティング及び各波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光を受光する光
電変換素子と、光電変換素子からの電流を電圧に変換す
る電流/電圧変換手段と、電流/電圧変換手段、電歪素
子及び遅延手段に接続され、いずれの波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光かを識別して
反射光波長を演算する演算部とを有してもよい。
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を分岐する複数入力
複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計測側分岐
手段を介して物理量計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングからの反射光が伝搬する複数の波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングと、各波長計測用光ファイ
バブラッググレーティングに外力を与える電歪素子と、
各電歪素子に所定時間毎に遅延して印加させる遅延手段
と、第2の計測側分岐手段に接続され物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティング及び各波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光を受光する光
電変換素子と、光電変換素子からの電流を電圧に変換す
る電流/電圧変換手段と、電流/電圧変換手段、電歪素
子及び遅延手段に接続され、いずれの波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングからの反射光かを識別して
反射光波長を演算する演算部とを有してもよい。
【0030】請求項9に記載の発明は、請求項5に記載
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を分岐する複数入力
複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計測側分岐
手段を介して物理量計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングからの反射光が伝搬する複数の波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングと、各波長計測用光ファイ
バブラッググレーティングに外力を与える電熱ヒータ
と、各電熱ヒータに所定時間毎に遅延して印加させる遅
延手段と、第2の計測側分岐手段に接続され物理量計測
用光ファイバブラッググレーティング及び各波長計測用
光ファイバブラッググレーティングからの反射光を受光
する光電変換素子と、光電変換素子からの電流を電圧に
変換する電流/電圧変換手段と、電流/電圧変換手段、
電熱ヒータ及び遅延手段に接続され、いずれの波長計測
用光ファイバブラッググレーティングからの反射光かを
識別して反射光波長を演算する演算部とを有してもよ
い。
の構成に加え、計測手段は、物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を分岐する複数入力
複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計測側分岐
手段を介して物理量計測用光ファイバブラッググレーテ
ィングからの反射光が伝搬する複数の波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングと、各波長計測用光ファイ
バブラッググレーティングに外力を与える電熱ヒータ
と、各電熱ヒータに所定時間毎に遅延して印加させる遅
延手段と、第2の計測側分岐手段に接続され物理量計測
用光ファイバブラッググレーティング及び各波長計測用
光ファイバブラッググレーティングからの反射光を受光
する光電変換素子と、光電変換素子からの電流を電圧に
変換する電流/電圧変換手段と、電流/電圧変換手段、
電熱ヒータ及び遅延手段に接続され、いずれの波長計測
用光ファイバブラッググレーティングからの反射光かを
識別して反射光波長を演算する演算部とを有してもよ
い。
【0031】本発明によれば、光源からの光が空間を伝
搬することなく、全て光ファイバ内を伝搬するので振動
に強い。また電歪素子で直接ファイッブラッググレーテ
ィングに応力を与えるため、掃引速度を速くすることが
できる。この結果、電歪素子の駆動周波数として数十k
Hzまでの掃引が可能となる。さらに、光ファイバブラ
ッググレーティングのスペクトラムは非常に急峻な遮断
特性を有するので、波長遮断特性が良好となる。
搬することなく、全て光ファイバ内を伝搬するので振動
に強い。また電歪素子で直接ファイッブラッググレーテ
ィングに応力を与えるため、掃引速度を速くすることが
できる。この結果、電歪素子の駆動周波数として数十k
Hzまでの掃引が可能となる。さらに、光ファイバブラ
ッググレーティングのスペクトラムは非常に急峻な遮断
特性を有するので、波長遮断特性が良好となる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【0033】図1は本発明の波長計測方法を適用した波
長計測装置の一実施の形態を示すブロック図である。
長計測装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【0034】本波長計測装置は、2箇所(図では2箇所
であるが限定されない。)の被物理量計測用光ファイバ
ブラッググレーティング(以下「FBG」という。)1
0−1、10−2が形成された光ファイバ10に、広帯
域光源8からの光を入射し、得られた伝搬光の波長を計
測する波長計測装置であって、広帯域光源8と、広帯域
光源8からの光が入射されると共に外力あるいは温度変
化が与えられると反射波長及び透過波長が変化する物理
量計測用FBG10−1、10−2と、広帯域光源8と
光ファイバ10との間に挿入された光源側分岐手段(例
えばカプラ)9と、光源側分岐手段9を介して物理量計
測用FBG10−1、10−2からの反射光波長の変化
を計測する計測手段100とで構成されたものである。
であるが限定されない。)の被物理量計測用光ファイバ
ブラッググレーティング(以下「FBG」という。)1
0−1、10−2が形成された光ファイバ10に、広帯
域光源8からの光を入射し、得られた伝搬光の波長を計
測する波長計測装置であって、広帯域光源8と、広帯域
光源8からの光が入射されると共に外力あるいは温度変
化が与えられると反射波長及び透過波長が変化する物理
量計測用FBG10−1、10−2と、広帯域光源8と
光ファイバ10との間に挿入された光源側分岐手段(例
えばカプラ)9と、光源側分岐手段9を介して物理量計
測用FBG10−1、10−2からの反射光波長の変化
を計測する計測手段100とで構成されたものである。
【0035】計測手段100は、物理量計測用FBG1
0−1、10−2からの反射光が伝搬する波長計測用導
波路型FBG10−3と、波長計測用導波路型FBG1
0−3に外力を与える電歪素子4と、光源側分岐手段9
と波長計測用導波路型FBG10−3との間に挿入され
た第1の計測側分岐手段9と、第1の計測側分岐手段9
に接続され物理量計測用FBG10−1、10−2及び
波長計測用導波路型FBG10−3からの反射光を受光
する光電変換素子5とを有する。
0−1、10−2からの反射光が伝搬する波長計測用導
波路型FBG10−3と、波長計測用導波路型FBG1
0−3に外力を与える電歪素子4と、光源側分岐手段9
と波長計測用導波路型FBG10−3との間に挿入され
た第1の計測側分岐手段9と、第1の計測側分岐手段9
に接続され物理量計測用FBG10−1、10−2及び
波長計測用導波路型FBG10−3からの反射光を受光
する光電変換素子5とを有する。
【0036】尚、11はFBG固定治具であり、12は
無反射処理部である。
無反射処理部である。
【0037】図3は図1に示した波長計測装置による波
長計測を説明するための波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングのスペクトラムである。図3において、
横軸は波長を示し、縦軸は反射特性を示している。
長計測を説明するための波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングのスペクトラムである。図3において、
横軸は波長を示し、縦軸は反射特性を示している。
【0038】図1に示した波長計測装置が作動すると、
広帯域光源8から出射した光は、カプラを介して被物理
量計測用FBG10−1、10−2に導かれる。両FB
G10−1、10−2からの反射光は、カプラ9で波長
計測用導波路型FBG10−3に導かれる。波長計測用
導波路型FBG10−3は、図3に示すように被物理量
計測用FBG10−1、10−2の反射波長帯域を網羅
するようにFBG固定治具11と電歪素子4とによって
引っ張り応力が与えられ、反射波長を掃引する。波長計
測用導波路型FBG10−3の遠端部はフレネル反射を
防止するための無反射処理が施されている。波長計測用
導波路型FBG10−3の反射波長と被物理量計測用F
BG10−1、10−2の反射波長とが一致したとき、
光電変換素子5に反射光が検出される。波長計測用導波
路型FBG10−3の反射スペクトラム半値幅を被物理
量計測用FBG10−1、10−2が同程度かその半分
程度まで狭くすることにより、数pmの精度及びpm以
下の分解能で波長計測することができる。さらに、FB
G10−1〜10−3の反射波長は一定温度の一定歪み
の下では常に不変であるため、絶対波長計測が可能とな
る。また、FBGスペクトラムは非常に急峻な遮断特性
を有し、その値は例えば0.2nm半幅で−30dB程
度が可能である。
広帯域光源8から出射した光は、カプラを介して被物理
量計測用FBG10−1、10−2に導かれる。両FB
G10−1、10−2からの反射光は、カプラ9で波長
計測用導波路型FBG10−3に導かれる。波長計測用
導波路型FBG10−3は、図3に示すように被物理量
計測用FBG10−1、10−2の反射波長帯域を網羅
するようにFBG固定治具11と電歪素子4とによって
引っ張り応力が与えられ、反射波長を掃引する。波長計
測用導波路型FBG10−3の遠端部はフレネル反射を
防止するための無反射処理が施されている。波長計測用
導波路型FBG10−3の反射波長と被物理量計測用F
BG10−1、10−2の反射波長とが一致したとき、
光電変換素子5に反射光が検出される。波長計測用導波
路型FBG10−3の反射スペクトラム半値幅を被物理
量計測用FBG10−1、10−2が同程度かその半分
程度まで狭くすることにより、数pmの精度及びpm以
下の分解能で波長計測することができる。さらに、FB
G10−1〜10−3の反射波長は一定温度の一定歪み
の下では常に不変であるため、絶対波長計測が可能とな
る。また、FBGスペクトラムは非常に急峻な遮断特性
を有し、その値は例えば0.2nm半幅で−30dB程
度が可能である。
【0039】波長計測用導波路型FBG10−3に用い
られる光ファイバは0.2%程度の引っ張り強度を有す
るので、波長計測用導波路型FBG10−3での引っ張
り応力による波長掃引は2.4nm程度が可能である。
また、波長計測用導波路型FBG10−3を基板等に貼
り合わせることにより、圧縮応力を与えることもでき
る。このとき、圧縮、引っ張りを合計して波長で5nm
程度の波長掃引が可能となる。
られる光ファイバは0.2%程度の引っ張り強度を有す
るので、波長計測用導波路型FBG10−3での引っ張
り応力による波長掃引は2.4nm程度が可能である。
また、波長計測用導波路型FBG10−3を基板等に貼
り合わせることにより、圧縮応力を与えることもでき
る。このとき、圧縮、引っ張りを合計して波長で5nm
程度の波長掃引が可能となる。
【0040】本波長計測装置は、広帯域光源8から光電
変換素子5までの光路が全て光ファイバやカプラ9で構
成されているため、振動に強く、また、電歪素子4で直
接波長計測用導波路型FBG10−3に応力を与えるた
め、掃引速度を速くすることができる。電歪素子4の駆
動周波数として数十kHzまでの掃引が可能となる。
変換素子5までの光路が全て光ファイバやカプラ9で構
成されているため、振動に強く、また、電歪素子4で直
接波長計測用導波路型FBG10−3に応力を与えるた
め、掃引速度を速くすることができる。電歪素子4の駆
動周波数として数十kHzまでの掃引が可能となる。
【0041】また、波長計測用導波路型FBG10−3
及びFBG固定治具11を含む全体を設置する基板と、
FBG固定治具11を設置する基板の部材の線膨張係数
とを適当なものに選定することにより、波長計測用導波
路型FBG10−3の光ファイバの温度変化による屈折
率の変化及び光ファイバの若干の線膨張をキャンセルし
た、温度無依存の計測部を構成することが可能となる。
及びFBG固定治具11を含む全体を設置する基板と、
FBG固定治具11を設置する基板の部材の線膨張係数
とを適当なものに選定することにより、波長計測用導波
路型FBG10−3の光ファイバの温度変化による屈折
率の変化及び光ファイバの若干の線膨張をキャンセルし
た、温度無依存の計測部を構成することが可能となる。
【0042】図2は本発明の波長計測方法を適用した波
長計測装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
長計測装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【0043】図1に示した波長計測装置との相違点は、
波長帯域、すなわち掃引帯域の異なる波長計測用FBG
を複数用いて掃引帯域を広げた点である。
波長帯域、すなわち掃引帯域の異なる波長計測用FBG
を複数用いて掃引帯域を広げた点である。
【0044】図2に示す波長計測装置は、光源側分岐手
段9を介して被物理量計測用FBG10−1、10−2
からの反射光波長の変化を計測する計測手段101とを
備えた波長計測装置であって、計測手段101は、物理
量計測用光ファイバブラッググレーティング10−1、
10−2からの反射光を分岐する複数入力複数出力(図
では2入力3出力)の第2の計測側分岐手段としての3
分岐カプラ9−1と、カプラ9−2を介して被物理量計
測用FBG10−1、10−2からの反射光が伝搬する
複数の波長計測用導波路型FBG10−3a〜10−3
cと、各波長計測用FBG10−3a〜10−3cに外
力を与える電歪素子4a〜4cと、各電歪素子4a〜4
cに所定時間毎に遅延して印加させる遅延手段15a、
15bと、3分岐カプラ9−1に接続され物理量計測用
FBG10−1、10−2及び各波長計測用導波路型F
BG10−3a〜10−3cからの反射光を受光する光
電変換素子5と、光電変換素子5からの電流を電圧に変
換する電流/電圧変換手段13と、電流/電圧変換手段
13、電歪素子4a〜4c及び遅延手段15a、15b
に接続され、いずれの波長計測用導波路型FBG10−
3a〜10−3cからの反射光かを識別して反射光波長
を演算する演算部14とで構成されている。
段9を介して被物理量計測用FBG10−1、10−2
からの反射光波長の変化を計測する計測手段101とを
備えた波長計測装置であって、計測手段101は、物理
量計測用光ファイバブラッググレーティング10−1、
10−2からの反射光を分岐する複数入力複数出力(図
では2入力3出力)の第2の計測側分岐手段としての3
分岐カプラ9−1と、カプラ9−2を介して被物理量計
測用FBG10−1、10−2からの反射光が伝搬する
複数の波長計測用導波路型FBG10−3a〜10−3
cと、各波長計測用FBG10−3a〜10−3cに外
力を与える電歪素子4a〜4cと、各電歪素子4a〜4
cに所定時間毎に遅延して印加させる遅延手段15a、
15bと、3分岐カプラ9−1に接続され物理量計測用
FBG10−1、10−2及び各波長計測用導波路型F
BG10−3a〜10−3cからの反射光を受光する光
電変換素子5と、光電変換素子5からの電流を電圧に変
換する電流/電圧変換手段13と、電流/電圧変換手段
13、電歪素子4a〜4c及び遅延手段15a、15b
に接続され、いずれの波長計測用導波路型FBG10−
3a〜10−3cからの反射光かを識別して反射光波長
を演算する演算部14とで構成されている。
【0045】この波長計測装置が作動すると、広帯域光
源8から出射した光は、カプラ9を介して被物理量計測
用FBG10−1、10−2に導かれる。各FBG10
−1、10−2からの反射光はカプラ9で後段の3分岐
カプラ9−1によって3分岐される。3分岐カプラ9−
1の後段には掃引帯域(波長帯域)の異なった波長計測
用導波路型FBG10−3がそれぞれ設けられる。各掃
引帯域が5nmとすると、全体で15nm相当の計測帯
域を確保できる。また、各波長計測用導波路型FBG1
0−3を駆動させる電歪素子4a〜4cは、演算部14
からの信号により数十Hzから数十kHz、デューティ
比1/3で駆動される(波長計測用FBGの数がn個の
場合は1/nとなる。)。このとき、遅延回路15によ
り、三つの波長計測部は駆動周期が異なることなく駆動
し、光電変換素子5で受光される反射光がどの波長計測
用導波路型FBG10−3a〜10−3cからの反射光
であるかを識別することができる。
源8から出射した光は、カプラ9を介して被物理量計測
用FBG10−1、10−2に導かれる。各FBG10
−1、10−2からの反射光はカプラ9で後段の3分岐
カプラ9−1によって3分岐される。3分岐カプラ9−
1の後段には掃引帯域(波長帯域)の異なった波長計測
用導波路型FBG10−3がそれぞれ設けられる。各掃
引帯域が5nmとすると、全体で15nm相当の計測帯
域を確保できる。また、各波長計測用導波路型FBG1
0−3を駆動させる電歪素子4a〜4cは、演算部14
からの信号により数十Hzから数十kHz、デューティ
比1/3で駆動される(波長計測用FBGの数がn個の
場合は1/nとなる。)。このとき、遅延回路15によ
り、三つの波長計測部は駆動周期が異なることなく駆動
し、光電変換素子5で受光される反射光がどの波長計測
用導波路型FBG10−3a〜10−3cからの反射光
であるかを識別することができる。
【0046】尚、図2に示した実施の形態は3分岐カプ
ラを用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定され
ず掃引帯域、すなわち計測帯域を拡大してもよく、その
場合には分岐数を増加させればよい。
ラを用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定され
ず掃引帯域、すなわち計測帯域を拡大してもよく、その
場合には分岐数を増加させればよい。
【0047】分岐数を増加させた場合、1分岐あたりの
光量が減少し、計測ダイナミックレンジが減少する。こ
の減少を防止するため、後段の分岐カプラを単なるカプ
ラではなく、波長依存型のカプラ(WDMカプラ)を用
いることにより、ダイナミックレンジの減少を回避する
ことができる。
光量が減少し、計測ダイナミックレンジが減少する。こ
の減少を防止するため、後段の分岐カプラを単なるカプ
ラではなく、波長依存型のカプラ(WDMカプラ)を用
いることにより、ダイナミックレンジの減少を回避する
ことができる。
【0048】また、本実施の形態ではいずれの場合も波
長計測用FBG10−3、10−3a〜10−3cでの
反射光を受光する構成となっているが、逆に波長計測用
導波路型FBG10−3、10−3a〜10−3cの透
過光を計測するように構成してもよい。
長計測用FBG10−3、10−3a〜10−3cでの
反射光を受光する構成となっているが、逆に波長計測用
導波路型FBG10−3、10−3a〜10−3cの透
過光を計測するように構成してもよい。
【0049】以上において、本発明の波長計測方法及び
その装置を用いることにより、絶対波長計測が容易とな
り、波長遮断特性も良好となり、かつ振動にも耐えられ
る。
その装置を用いることにより、絶対波長計測が容易とな
り、波長遮断特性も良好となり、かつ振動にも耐えられ
る。
【0050】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、絶対波長
計測が容易で、波長遮断特性も良好であり、かつ振動の
影響を受けにくい波長計測方法及びその装置の提供を実
現することができる。
計測が容易で、波長遮断特性も良好であり、かつ振動の
影響を受けにくい波長計測方法及びその装置の提供を実
現することができる。
【図1】本発明の波長計測方法を適用した波長計測装置
の一実施の形態を示すブロック図である。
の一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】本発明の波長計測方法を適用した波長計測装置
の他の実施の形態を示すブロック図である。
の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図3】図1に示した波長計測装置による波長計測を説
明するための波長計測用光ファイバブラッググレーティ
ングのスペクトラムである。
明するための波長計測用光ファイバブラッググレーティ
ングのスペクトラムである。
【図4】ファブリ・ペロー干渉計による波長計測方法の
概念図である。
概念図である。
【図5】マイケルソン干渉計を利用した波長計測方法の
概念図である。
概念図である。
【図6】ブレーズド回折格子を利用した波長計測方法の
概念図である。
概念図である。
4 電歪素子
5 光電変換素子
8 広帯域光源
9 カプラ
10 光ファイバ
10−1、10−2 被物理量計測用光ファイバブラッ
ググレーティング 10−3 波長計測用光導波路型ファイバブラッググレ
ーティング 100 計測手段
ググレーティング 10−3 波長計測用光導波路型ファイバブラッググレ
ーティング 100 計測手段
Claims (9)
- 【請求項1】 少なくとも1箇所の被物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングが形成された光ファイバ
に光源からの光を入射して得られた光の波長を計測する
波長計測方法であって、波長計測用光ファイバブラッグ
グレーティングに外力あるいは温度変化を与えてその反
射光波長及び透過光波長を変化させると共に、上記被物
理量計測用光ファイバブラッググレーティングからの反
射光を上記波長計測用光ファイバブラッググレーティン
グに伝搬させて波長を計測することを特徴とする波長計
測方法。 - 【請求項2】 少なくとも1箇所の被物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングが形成された光ファイバ
に光源からの光を入射して得られた光の波長を計測する
波長計測方法であって、上記物理量計測用光ファイバブ
ラッググレーティングからの反射光を光カプラ若しくは
波長選択型の分岐素子を用いて複数の光路に分岐し、分
岐された各光路に波長帯域の異なる波長計測用光ファイ
バブラッググレーティングをそれぞれ接続し、各波長計
測用光ファイバブラッググレーティングに外力あるいは
温度変化を与えてその反射光波長及び透過光波長を変化
させると共に、被物理量計測用光ファイバブラッググレ
ーティングからの反射光を各波長計測用光ファイバブラ
ッググレーティングに伝搬させて波長を計測することを
特徴とする波長計測方法。 - 【請求項3】 上記波長計測用光ファイバブラッググレ
ーティングに電歪素子を用いて外力を与える請求項1ま
たは2に記載の波長計測方法。 - 【請求項4】 上記波長計測用光ファイバブラッググレ
ーティングに電熱ヒータにより温度変化を与える請求項
1または2に記載の波長計測方法。 - 【請求項5】 少なくとも1箇所の被物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングが形成された光ファイバ
に光源からの光を入射して得られた伝搬光の波長を計測
する波長計測装置であって、上記光源と上記物理量計測
用光ファイバブラッググレーティングとの間に挿入され
た光源側分岐手段と、該光源側分岐手段を介して上記物
理量計測用光ファイバブラッググレーティングからの反
射光波長を計測する計測手段とを備えたことを特徴とす
る波長計測装置。 - 【請求項6】 上記計測手段は、上記物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光が伝搬する
波長計測用光ファイバブラッググレーティングと、該波
長計測用光ファイバブラッググレーティングに外力を与
える電歪素子と、上記分岐手段と上記波長計測用光ファ
イバブラッググレーティングとの間に挿入された第1の
計測側分岐手段と、第1の計測側分岐手段に接続され上
記物理量計測用光ファイバブラッググレーティング及び
上記波長計測用光ファイバブラッググレーティングから
の反射光を受光する光電変換素子とを有する請求項5に
記載の波長計測装置。 - 【請求項7】 上記計測手段は、上記物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光が伝搬する
波長計測用光ファイバブラッググレーティングと、該波
長計測用光ファイバブラッググレーティングに温度変化
を与える電熱ヒータと、上記分岐手段と上記波長計測用
光ファイバブラッググレーティングとの間に挿入された
第1の計測側分岐手段と、第1の計測側分岐手段に接続
され上記物理量計測用光ファイバブラッググレーティン
グ及び上記波長計測用光ファイバブラッググレーティン
グからの反射光を受光する光電変換素子とを有する請求
項5に記載の波長計測装置。 - 【請求項8】 上記計測手段は、上記物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光を分岐する
複数入力複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計
測側分岐手段を介して上記物理量計測用光ファイバブラ
ッググレーティングからの反射光が伝搬する複数の波長
計測用光ファイバブラッググレーティングと、各波長計
測用光ファイバブラッググレーティングに外力を与える
電歪素子と、各電歪素子に所定時間毎に遅延して印加さ
せる遅延手段と、第2の計測側分岐手段に接続され上記
物理量計測用光ファイバブラッググレーティング及び各
波長計測用光ファイバブラッググレーティングからの反
射光を受光する光電変換素子と、該光電変換素子からの
電流を電圧に変換する電流/電圧変換手段と、該電流/
電圧変換手段、上記電歪素子及び上記遅延手段に接続さ
れ、いずれの波長計測用光ファイバブラッググレーティ
ングからの反射光かを識別して反射光波長を演算する演
算部とを有する請求項5に記載の波長計測装置。 - 【請求項9】 上記計測手段は、上記物理量計測用光フ
ァイバブラッググレーティングからの反射光を分岐する
複数入力複数出力の第2の計測側分岐手段と、第2の計
測側分岐手段を介して上記物理量計測用光ファイバブラ
ッググレーティングからの反射光が伝搬する複数の波長
計測用光ファイバブラッググレーティングと、各波長計
測用光ファイバブラッググレーティングに外力を与える
電熱ヒータと、各電熱ヒータに所定時間毎に遅延して印
加させる遅延手段と、第2の計測側分岐手段に接続され
上記物理量計測用光ファイバブラッググレーティング及
び各波長計測用光ファイバブラッググレーティングから
の反射光を受光する光電変換素子と、該光電変換素子か
らの電流を電圧に変換する電流/電圧変換手段と、該電
流/電圧変換手段、上記電熱ヒータ及び上記遅延手段に
接続され、いずれの波長計測用光ファイバブラッググレ
ーティングからの反射光かを識別して反射光波長を演算
する演算部とを有する請求項5に記載の波長計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002057282A JP2003254835A (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 波長計測方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002057282A JP2003254835A (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 波長計測方法及びその装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003254835A true JP2003254835A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28667590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002057282A Pending JP2003254835A (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 波長計測方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003254835A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005315635A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Toshiba Corp | ファイバブラッググレーティング物理量計測装置 |
KR20190048045A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 한국광기술원 | 반사광 검출장치 및 방법 |
-
2002
- 2002-03-04 JP JP2002057282A patent/JP2003254835A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005315635A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Toshiba Corp | ファイバブラッググレーティング物理量計測装置 |
JP4660113B2 (ja) * | 2004-04-27 | 2011-03-30 | 株式会社東芝 | ファイバブラッググレーティング物理量計測装置 |
KR20190048045A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 한국광기술원 | 반사광 검출장치 및 방법 |
KR102041252B1 (ko) * | 2017-10-30 | 2019-11-07 | 한국광기술원 | 반사광 검출장치 및 방법 |
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