JP2004163154A - 波長計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の直線性が改善され、従来よりも測定分解能ならびに検出精度を向上させることができるような波長計測装置を提供する。
【解決手段】ＦＢＧ４からの反射光の波長計測前の準備処理として、あるＦＢＧ４からの反射光に対する計測値、および、モニタ用の光に対するモニタ値を用いて係数を予め求めておき、所定のＦＢＧ４の波長計測処理として、係数を用いて誤差成分を除去した第１，第２の真値を求め、これら第１の真値と第２の真値とによる比の対数に基づいて反射光の波長を測定する波長計測装置とした。
【選択図】 図１
【解決手段】ＦＢＧ４からの反射光の波長計測前の準備処理として、あるＦＢＧ４からの反射光に対する計測値、および、モニタ用の光に対するモニタ値を用いて係数を予め求めておき、所定のＦＢＧ４の波長計測処理として、係数を用いて誤差成分を除去した第１，第２の真値を求め、これら第１の真値と第２の真値とによる比の対数に基づいて反射光の波長を測定する波長計測装置とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定点における温度や歪（圧力）などの物理量を測定するために、測定点に形成された光ファイバのブラッグ回折格子（以下、Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｎｇの頭文字をとりＦＢＧという）からの反射光の波長を計測する波長計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明として、本出願人による特開２０００−１８０２７０号公報に記載された物理量測定システム（以下、従来技術という）が知られている。
上記従来技術は、測定光が入射される光ファイバに一以上のＦＢＧが形成され、各ＦＢＧからの反射光の波長を検出して各ＦＢＧの位置における温度等の物理量を測定するシステムにおいて、各ＦＢＧからの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数波長に分離可能なアレイ導波路回折格子（以下、Ａｒｒｅｙｅｄ Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅの頭文字をとりＡＷＧと略す）に入射させ、このＡＷＧの複数の出力チャンネルにそれぞれ設けられた一対の受光素子による光電流の比の対数に基づいて前記反射光の波長を測定するものである。
【０００３】
この従来技術では、論文「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ： ｐｒｅｃｉｓｅ ｂｕｔ ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ」（Ｊａｎ Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｂｒａａｓｃｈ ｅｔ．ａｌ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １９９５）に記載された波長の決定原理を利用している。
上述した文献によれば、図３のグラフに示したような波長感度の異なる一対のフォトダイオード（電極Ａ１−Ｃ間に形成されるダイオードをダイオードＡ１Ｃ、電極Ａ２−Ｃ間に形成されるダイオードをダイオードＡ２Ｃとする）と高精度ロングアンプからなるセンサに単色光を照射した場合、センサの出力Ｗは数式１によって表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
ここで、Ｉ１，Ｉ２は各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃによる光電流、Ｓ１（λ），Ｓ２（λ）は各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃの波長依存感度、φ（λ）は照射光の波長依存強度分布、Δλは照射光波長の半値全幅である。
すなわち、φ（λ）の波長依存強度分布を持つ照射光がＳ１（λ），Ｓ２（λ）の波長依存感度を持つフォトダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃに入射した場合、光センサの出力Ｗは、各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃについての積φ（λ）Ｓ１（λ），φ（λ）Ｓ２（λ）を半値全幅Δλにわたって積分した値（つまり光電流Ｉ１，Ｉ２）の比のｌｏｇを取ることで求められる。
そして、照射光の出力が所定の範囲内では、照射光の波長ごとに、ｌｏｇ（Ｉ１／Ｉ２）がほぼ一定になり、そのときの照射光波長は数式２で表されることが記載されている。
【０００６】
【数２】
【０００７】
なお、図４は上記原理に基づく波長測定システムの構成図であり、３１はレーザ光源、３２は回転式偏光プリズム、３３はビームスプリッタ、３４は前述の一対のフォトダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃからなるダイオード装置、３５は光出力測定器、３６は上記数式１、数式２を演算する演算器である。
【０００８】
更に、上記文献によれば、各ダイオードの波長感度がほぼ直線的であるような波長範囲（例えば、図３における約６００〜約９００ｎｍ間の３００ｎｍの範囲）では、０．１ｎｍ以下の間隔で波長測定が可能である。つまり、分解能としては１／３０００となる。
【０００９】
従来技術として挙げた前記物理量測定システムでは、前述した数式１、数式２による波長測定原理を基本としたうえ、この測定原理を微小な波長範囲（例えば３ｎｍ以下の範囲）について適用するために、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）を使用している。
このＡＷＧは、論文「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｉＯ２−Ｔａ２０５ Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ （Ｔａｋａｈａｓｉ， ｅｔ．ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．６， １９９４）」等に記載されているように、所定の曲率半径のアレイ導波路と、その入力側、出力側にそれぞれ形成されたスラブ導波路と、これらのスラブ導波路にそれぞれ連続する複数チャンネルの入力導波路及び出力導波路とを有する構造であり、入力光を１ｎｍ以下の分解能で弁別可能な素子である。
【００１０】
従来技術では、図５に示すごとく、光ファイバ３の長手方向に形成された複数のＦＢＧ４に対し、それぞれ重複しないように微小な反射光波長範囲を割り当てておき（一例として、第１のＦＢＧには１５００〜１５０３ｎｍ、第２のＦＢＧには１５０３ｎｍ〜１５０６ｎｍ、第３のＦＢＧには１５０６〜１５０９ｎｍ、・・・等）、光源１から光分岐器２、光コネクタ５を経た出射光のＦＢＧ４からの反射光をＡＷＧ６に入力することにより、中心波長が例えば１ｎｍ以下の間隔の複数の波長に分離する。
そして、ＡＷＧ６の隣接する二つの出力導波路（計測用出力チャンネル）から一対のプリアンプ付きフォトダイオード７に光を入射させることにより、微小な波長範囲について前述した数式１、数式２を適用し、高分解能で波長を検出可能としている。
【００１１】
すなわち、従来技術によれば、各ＦＢＧ４の位置における温度や歪み等の物理量に対応する波長を検出することができ、これによって温度分布や圧力分布を計測することが可能になっている。
なお、図５において８は一対のフォトダイオード７の光電流（前述のＩ１，Ｉ２に相当）を除算する割算器、９’は波長検出器、１０は波長計測のための演算を行うマイクロコンピュータである。割算器８からの出力は、数式２のＩ１／Ｉ２に相当する。さらに、マイクロコンピュータ１０で数式２の演算を行って、波長を算出し、その波長からどの位置にあるＦＢＧにおいて物理量が変化したか、つまり物理量の変化位置を測定する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、上記従来技術におけるＦＢＧ４の反射率及びＡＷＧ６の透過率のスペクトルを示す図である。従来技術では、一対のプリアンプ付きフォトダイオード７ごとに割算器８により光電流の比演算を行い、その出力の対数を計算して波長測定出力ρ（λｂｊ）を求めていた。ここで、ｊ＝１，２，３，・・・，Ｎであり、ＮはＦＢＧの数である。
【００１３】
すなわち、各ＦＢＧには前述のごとくその反射波長を測定するためのＡＷＧの出力チャンネル対（プリアンプ付きフォトダイオード７の対）を予め定めてあり、他のＦＢＧの反射帯域の影響を受けないように設計されている。例えば、図６に示すようにＦＢＧｊの反射帯域はＡＷＧのチャンネルｉ及びチャンネル（ｉ＋１）の透過帯域のみにラップしてチャンネル（ｉ＋２）の透過帯域にはラップせず、また、ＦＢＧｊ＋１の反射帯域はＡＷＧのチャンネル（ｉ＋２）及びチャンネル（ｉ＋３）の透過帯域のみにラップしてチャンネル（ｉ＋１）の透過帯域にはラップしないようになっている。
【００１４】
このような条件で、ｊ番目のＦＢＧの波長測定出力ρ（λｂｊ）を以下に求めてみる。光ファイバの光損失及び後方散乱は無視できるものとすると、一対のプリアンプ付きフォトダイオード７のうち一方のフォトダイオードの出力Ｐ（λｂｊ）は、数式３によって表される。
【００１５】
【数３】
【００１６】
また、他方のフォトダイオードの出力Ｐ（λｂｊ）は、数式３におけるｉをｉ＋１に変えた式となる。
従って、これらの式の比の対数をとると、数式４を得る。
【００１７】
【数４】
【００１８】
ただし、数式３，数式４におけるεは、数式５の通りである。
【００１９】
【数５】
【００２０】
また、数式３〜数式５における各値は以下の通りである。このうちの一部は図６にも示してある。
Ｋ：定数
ａ：ＡＷＧのピーク透過率
ｂ：ＦＢＧのピーク反射率
ａ０：ＡＷＧの不要なノイズ光となるバイアス透過率
ｂ０：ＦＢＧの不要なノイズ光となるバイアス反射率
Δλａ：ＡＷＧの半値全幅
Δλｂ：ＦＢＧの半値全幅
Δλｓ：光源の半値全幅
λｂｊ：ＦＢＧの反射中心波長
λｊ：ＡＷＧのチャンネルｉの透過中心波長
λｊ＋１：ＡＷＧのチャンネル（ｉ＋１）の透過中心波長
【００２１】
前述した数式４の特性を図示すると図７のようになる。つまり、ＦＢＧの反射中心波長λｂｊに対する波長測定出力ρ（λｂｊ）の特性が一部非直線状になっていて測定分解能が悪く、波長検出精度を低下させる原因となっていた。
これは、数式４において、ＡＷＧの不要なノイズ光となるバイアス透過ａｏやＦＢＧの不要なノイズ光となるバイアス反射率ｂｏ等により、εがゼロにならず誤差成分として作用するためである。
そこで本発明は、上記誤差成分εに起因する波長測定出力ρ（λｂｊ）の非直線性を改善し、測定分解能及び検出精度を向上させるようにした波長計測装置を提供しようとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明に係る波長計測装置によれば、測定光が入射される光ファイバに一以上のＦＢＧが形成され、各ＦＢＧからの反射光の波長を検出して各ＦＢＧの位置における物理量を測定するシステムであって、ＦＢＧからの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数波長に分離可能なＡＷＧに入射させるとともに、このＡＷＧの複数の計測用出力チャンネルにそれぞれ接続された計測用受光素子を一対ごとにＦＢＧに対応させて、一対の計測用受光素子の計測値を用いて反射光の波長を計測するようにした波長計測装置において、
前記ＡＷＧの複数対の計測用出力チャンネルとは別個に設けられた一対のモニタ用出力チャンネルにそれぞれ接続され、モニタ値を出力する一対のモニタ用受光素子を備え、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
あるＦＢＧからの反射光に対する計測値、および、モニタ用の光に対するモニタ値を用いて係数を予め求めておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
係数を用いて誤差成分を除去した第１，第２の真値を求め、これら第１の真値と第２の真値とによる比の対数に基づいて反射光の波長を測定することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２記載の発明に係る波長計測装置によれば、
請求項１記載の波長計測装置において、
一対の計測用出力チャンネルは第１，第２の計測値を出力するものと、また、一対のモニタ用出力チャンネルは第１，第２のモニタ値を出力値として出力するものとし、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の補正用差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の補正用差分値という。）第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の補正用差分値という。）を求め、
第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第１係数という）、および、
第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第２係数という）を予め登録しておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の差分値という。）、および、第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の差分値という。）を求め、第３の差分値と第１係数との積を、第１の差分値から減じて、第１の真値を求め、
第３の差分値と第２係数との積を、第２の差分値から減じて、第２の真値を求め、
第１（第２）の真値と第２（第１）の真値との比の対数に基づいて反射光の波長を計測することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項３記載の発明に係る波長計測装置によれば、
請求項２記載の波長計測装置において、
光源と、
光源に接続される光分岐器と、
光分岐器に接続され、複数のＦＢＧが設けられた光ファイバと、
光分岐器に接続され、光ファイバからの光のみを入射するＡＷＧと、
ＡＷＧから出力される計測用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力する計測用受光素子と、
ＡＷＧから出力されるモニタ用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力するモニタ用受光素子と、
これら計測用受光素子およびモニタ用受光素子からの光電流信号が入力されるマイクロコンピュータと、
を備え、
前記マイクロコンピュータは、計測用受光素子からの第１，第２の計測値およびモニタ用受光素子からの第１，第２のモニタ値に相当する光電流信号をデジタルデータに変換して入力し、前記ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理、および、所定のＦＢＧの波長計測処理を行って、波長を算出することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の波長測定装置の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施形態を示すシステム構成図あり、図５と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。光源１、光分岐器２、光ファイバ３、ＦＢＧ４、光コネクタ５の構成及び動作と、波長検出器９内のＡＷＧ６、計測用受光素子の一具体例であるプリアンプ付きフォトダイオード７の構成及び動作は図５と同様である。
【００２６】
本実施形態では、ＡＷＧ６にさらにモニタ用出力チャンネル一対を設け、この一対のモニタ用出力チャンネルにモニタ用受光素子の一具体例であるプリアンプ付きフォトダイオード１１が一対接続されている。この一対のプリアンプ付きフォトダイオード１１の出力信号はマイクロコンピュータ１０に入力されている。これらのモニタ用出力チャンネル及びプリアンプ付きフォトダイオード１１は、前述の数式５におけるａ，ｂ，ｃ，ａ０，ｂ０ や半値全幅を検出するためのものである。
【００２７】
続いてマイクロコンピュータ１０による計測処理について説明する。
まず、計測原理について解析的に説明する。
本実施形態では、まずＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を予め行っておき、そのうえで、所定のＦＢＧの波長計測処理を行うものである。
【００２８】
まず、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理について説明する。
一対の計測用出力チャンネルのプリアンプ付きフォトダイオード７は、第１，第２の計測値を出力するものと、また、一対のモニタ用出力チャンネルのプリアンプ付きフォトダイオード１１は、第１，第２のモニタ値を出力値を出力するものとする。
【００２９】
一対の計測用出力チャンネルのうちの一方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード７の第１の計測値Ｐ（λｉ，λｂｊ）から、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード１１の第１のモニタ値Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を差し引いた差分値Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を算出する（以下、第１の補正用差分値という）。
この第１の補正用差分値Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）は詳しくは次の式で表される。
【００３０】
【数６】
【００３１】
ここで、λｍ１は一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルの中心波長、Ｃｉは光分岐器２の透過率、Ｉｓは光源１のピークパワー、ｄはフォトダイオード７，１１の光電変換効率、ΔλｆはＡＷＧ６のフリースペクトルレンジ、λｓは光源１の中心波長、Ｎｒは光源１のフリースペクトルレンジで表されるＡＷＧ６の透過率の繰り返し特性をガウス分布の繰り返し関数で近似した場合の繰り返し回数、ｒはこの繰り返し特性をシグマ記号で表した場合の繰り返しのためのパラメータである。
【００３２】
また、一対の計測用出力チャンネルのうちの他方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード７の第２の計測値Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）から、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルに接続されたプリアンプ付きフォトダイオード１１の第１のモニタ値Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を差し引いた差分値Ｅ（λｉ＋１，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を算出する（以下、第２の補正用差分値という）。この第２の補正用差分値は、上記の数式６のｉに代えてｉ＋１を挿入したものである。
【００３３】
そして、第１のモニタ値と第２のモニタ値との差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）を算出する（以下、第３の補正用差分値という）。この第３の補正用差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）は次の式で示される。
【００３４】
【数７】
【００３５】
ここでλｍ２は、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルの中心波長λｍ１とは別のチャンネルの中心波長である。
【００３６】
続いて、第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比であるＲ（λｉ，λｍ１，λｍ２）を算出する（以下Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）を第１係数という）。
この第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）は次式で示される。
【００３７】
【数８】
【００３８】
そして同様に、第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比であるＲ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）を算出する（以下Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）を第２係数という）。
この第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）は数式８のｉの代わりにｉ＋１を代入した式で示される。
【００３９】
この第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）および第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）はマイクロコンピュータ１０の図示しないメモリ部に登録される。
【００４０】
上記したような、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を予め行っておき、続いて、所定のＦＢＧの波長計測処理の解析的な説明を行う。
計測処理時には、再度数式６の差分値Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）＝Ｅ（λｉ，λｍ１）（以下、第１の差分値という）、および、数式７の差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）（以下、第３の差分値という）が算出される。そして、マイクロコンピュータ１０に登録された数式８の第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）とを用いて次式のような第１の真値が算出される。
【００４１】
【数９】
【００４２】
第２の真数も同様にして求める。
差分値Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）（以下、第２の差分値という）、および、数式７の第３の差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）が算出される。そして、マイクロコンピュータに登録された数式８の第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）とを用いて第２の真値が算出される。
これら、第１の真数と第２の真数の比の対数をとれば次式を得る。
【００４３】
【数１０】
【００４４】
第１の差分値だけでは数式６の第１項（誤差要因）が残ってしまうが、数式９の演算を行うことによりλｂｊを含むガウス分布だけとなるので、第１の真数、第２の真数の比の対数演算で数式１０に示すようにλｂｊの１次関数ρ（λｂｊ）を得ることができる。即ちＦＢＧの反射中心波長λｂｊに対する波長測定出力ρ（λｂｊ）は図２に示すように直線性が改善されることになる。
【００４５】
続いて、上記原理に基づくマイクロコンピュータ１０による処理に重点をおいて具体的に説明する。
まず、マイクロコンピュータ１０は、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を行う。この準備処理では、プリアンプ付きフォトダイオード１１から第１のモニタ値（Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）および第２のモニタ値（Ｐ（λｍ２，λｂｊ）に相当）を入力し、また、あるＦＢＧを計測する一対のチャンネルであるプリアンプ付きフォトダイオード７からの第１の計測値（Ｐ（λｉ，λｂｊ）に相当）および第２の計測値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）に相当）を入力する。
【００４６】
そして、マイクロコンピュータ１０は、第１の計測値と第１のモニタ値との差である第１の補正用差分値（Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）、第２の計測値と第１のモニタ値との差である第２の補正用差分値（Ｅ（λｉ＋１，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）、および、第１のモニタ値と第２のモニタ値との差である第３の補正用差分値（Ｅ（λｍ２，λｍ１）＝Ｐ（λｍ２，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）を求める。
【００４７】
そして、第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比である第１係数（Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２））と、第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比である第２係数（Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２））とを予め求め、マイクロコンピュータ１０の図示しないメモリ部等に登録しておく。
【００４８】
続いて、通常のＦＢＧの波長計測処理を行う。この場合、マイクロコンピュータ１０は、第１の計測値から第１のモニタ値を差し引いた第１の差分値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当する。）、第２の計測値から第１のモニタ値を差し引いた第２の差分値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ））に相当する。）、および、第１，第２のモニタ値の第３の差分値（Ｅ（λｍ２，λｍ１）＝Ｐ（λｍ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ））に相当する。）を求める。
【００４９】
そして第３の差分値と前記の第１係数との積を、第１の差分値から減じて第１の真値を求め、また、第３の差分値と前記の第２係数との積を、第２の差分値から減じて第２の真値を求める。
そして、第１の真値と第２の真値との比の対数（数式１０参照）に基づいて反射光の波長を計測する。
【００５０】
マイクロコンピュータ１０が、このような、▲１▼ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理、および、▲２▼所定のＦＢＧの波長計測処理を行って、波長を計測するようにしたため、誤差成分εによる影響が完全に除去され、ＦＢＧの反射中心波長λｂｊ に対する波長測定出力ρ（λｂｊ ）は図２のように直線性が改善されるため、検出能力を高めることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の直線性が改善され、従来よりも測定分解能ならびに検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の特性図である。
【図３】従来技術における波長測定原理の説明図である。
【図４】公知の波長測定システムの構成図である。
【図５】従来技術を示す構成図である。
【図６】従来技術におけるＦＢＧの反射率及びＡＷＧの透過率を示す図である。
【図７】従来技術におけるＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の特性図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光分岐器
３ 光ファイバ
４ ＦＢＧ（ブラッグ回折格子）
５ 光コネクタ
６ ＡＷＧ（アレイ導波路格子）
７，１１ プリアンプ付きフォトダイオード
８ 割算器
９ 波長検出器
１０ マイクロコンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定点における温度や歪（圧力）などの物理量を測定するために、測定点に形成された光ファイバのブラッグ回折格子（以下、Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｎｇの頭文字をとりＦＢＧという）からの反射光の波長を計測する波長計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明として、本出願人による特開２０００−１８０２７０号公報に記載された物理量測定システム（以下、従来技術という）が知られている。
上記従来技術は、測定光が入射される光ファイバに一以上のＦＢＧが形成され、各ＦＢＧからの反射光の波長を検出して各ＦＢＧの位置における温度等の物理量を測定するシステムにおいて、各ＦＢＧからの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数波長に分離可能なアレイ導波路回折格子（以下、Ａｒｒｅｙｅｄ Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅの頭文字をとりＡＷＧと略す）に入射させ、このＡＷＧの複数の出力チャンネルにそれぞれ設けられた一対の受光素子による光電流の比の対数に基づいて前記反射光の波長を測定するものである。
【０００３】
この従来技術では、論文「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ： ｐｒｅｃｉｓｅ ｂｕｔ ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ」（Ｊａｎ Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｂｒａａｓｃｈ ｅｔ．ａｌ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １９９５）に記載された波長の決定原理を利用している。
上述した文献によれば、図３のグラフに示したような波長感度の異なる一対のフォトダイオード（電極Ａ１−Ｃ間に形成されるダイオードをダイオードＡ１Ｃ、電極Ａ２−Ｃ間に形成されるダイオードをダイオードＡ２Ｃとする）と高精度ロングアンプからなるセンサに単色光を照射した場合、センサの出力Ｗは数式１によって表される。
【０００４】
【数１】
ここで、Ｉ１，Ｉ２は各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃによる光電流、Ｓ１（λ），Ｓ２（λ）は各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃの波長依存感度、φ（λ）は照射光の波長依存強度分布、Δλは照射光波長の半値全幅である。
すなわち、φ（λ）の波長依存強度分布を持つ照射光がＳ１（λ），Ｓ２（λ）の波長依存感度を持つフォトダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃに入射した場合、光センサの出力Ｗは、各ダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃについての積φ（λ）Ｓ１（λ），φ（λ）Ｓ２（λ）を半値全幅Δλにわたって積分した値（つまり光電流Ｉ１，Ｉ２）の比のｌｏｇを取ることで求められる。
そして、照射光の出力が所定の範囲内では、照射光の波長ごとに、ｌｏｇ（Ｉ１／Ｉ２）がほぼ一定になり、そのときの照射光波長は数式２で表されることが記載されている。
【０００６】
【数２】
なお、図４は上記原理に基づく波長測定システムの構成図であり、３１はレーザ光源、３２は回転式偏光プリズム、３３はビームスプリッタ、３４は前述の一対のフォトダイオードＡ１Ｃ，Ａ２Ｃからなるダイオード装置、３５は光出力測定器、３６は上記数式１、数式２を演算する演算器である。
【０００８】
更に、上記文献によれば、各ダイオードの波長感度がほぼ直線的であるような波長範囲（例えば、図３における約６００〜約９００ｎｍ間の３００ｎｍの範囲）では、０．１ｎｍ以下の間隔で波長測定が可能である。つまり、分解能としては１／３０００となる。
【０００９】
従来技術として挙げた前記物理量測定システムでは、前述した数式１、数式２による波長測定原理を基本としたうえ、この測定原理を微小な波長範囲（例えば３ｎｍ以下の範囲）について適用するために、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）を使用している。
このＡＷＧは、論文「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｉＯ２−Ｔａ２０５ Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ （Ｔａｋａｈａｓｉ， ｅｔ．ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．６， １９９４）」等に記載されているように、所定の曲率半径のアレイ導波路と、その入力側、出力側にそれぞれ形成されたスラブ導波路と、これらのスラブ導波路にそれぞれ連続する複数チャンネルの入力導波路及び出力導波路とを有する構造であり、入力光を１ｎｍ以下の分解能で弁別可能な素子である。
【００１０】
従来技術では、図５に示すごとく、光ファイバ３の長手方向に形成された複数のＦＢＧ４に対し、それぞれ重複しないように微小な反射光波長範囲を割り当てておき（一例として、第１のＦＢＧには１５００〜１５０３ｎｍ、第２のＦＢＧには１５０３ｎｍ〜１５０６ｎｍ、第３のＦＢＧには１５０６〜１５０９ｎｍ、・・・等）、光源１から光分岐器２、光コネクタ５を経た出射光のＦＢＧ４からの反射光をＡＷＧ６に入力することにより、中心波長が例えば１ｎｍ以下の間隔の複数の波長に分離する。
そして、ＡＷＧ６の隣接する二つの出力導波路（計測用出力チャンネル）から一対のプリアンプ付きフォトダイオード７に光を入射させることにより、微小な波長範囲について前述した数式１、数式２を適用し、高分解能で波長を検出可能としている。
【００１１】
すなわち、従来技術によれば、各ＦＢＧ４の位置における温度や歪み等の物理量に対応する波長を検出することができ、これによって温度分布や圧力分布を計測することが可能になっている。
なお、図５において８は一対のフォトダイオード７の光電流（前述のＩ１，Ｉ２に相当）を除算する割算器、９’は波長検出器、１０は波長計測のための演算を行うマイクロコンピュータである。割算器８からの出力は、数式２のＩ１／Ｉ２に相当する。さらに、マイクロコンピュータ１０で数式２の演算を行って、波長を算出し、その波長からどの位置にあるＦＢＧにおいて物理量が変化したか、つまり物理量の変化位置を測定する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、上記従来技術におけるＦＢＧ４の反射率及びＡＷＧ６の透過率のスペクトルを示す図である。従来技術では、一対のプリアンプ付きフォトダイオード７ごとに割算器８により光電流の比演算を行い、その出力の対数を計算して波長測定出力ρ（λｂｊ）を求めていた。ここで、ｊ＝１，２，３，・・・，Ｎであり、ＮはＦＢＧの数である。
【００１３】
すなわち、各ＦＢＧには前述のごとくその反射波長を測定するためのＡＷＧの出力チャンネル対（プリアンプ付きフォトダイオード７の対）を予め定めてあり、他のＦＢＧの反射帯域の影響を受けないように設計されている。例えば、図６に示すようにＦＢＧｊの反射帯域はＡＷＧのチャンネルｉ及びチャンネル（ｉ＋１）の透過帯域のみにラップしてチャンネル（ｉ＋２）の透過帯域にはラップせず、また、ＦＢＧｊ＋１の反射帯域はＡＷＧのチャンネル（ｉ＋２）及びチャンネル（ｉ＋３）の透過帯域のみにラップしてチャンネル（ｉ＋１）の透過帯域にはラップしないようになっている。
【００１４】
このような条件で、ｊ番目のＦＢＧの波長測定出力ρ（λｂｊ）を以下に求めてみる。光ファイバの光損失及び後方散乱は無視できるものとすると、一対のプリアンプ付きフォトダイオード７のうち一方のフォトダイオードの出力Ｐ（λｂｊ）は、数式３によって表される。
【００１５】
【数３】
また、他方のフォトダイオードの出力Ｐ（λｂｊ）は、数式３におけるｉをｉ＋１に変えた式となる。
従って、これらの式の比の対数をとると、数式４を得る。
【００１７】
【数４】
ただし、数式３，数式４におけるεは、数式５の通りである。
【００１９】
【数５】
また、数式３〜数式５における各値は以下の通りである。このうちの一部は図６にも示してある。
Ｋ：定数
ａ：ＡＷＧのピーク透過率
ｂ：ＦＢＧのピーク反射率
ａ０：ＡＷＧの不要なノイズ光となるバイアス透過率
ｂ０：ＦＢＧの不要なノイズ光となるバイアス反射率
Δλａ：ＡＷＧの半値全幅
Δλｂ：ＦＢＧの半値全幅
Δλｓ：光源の半値全幅
λｂｊ：ＦＢＧの反射中心波長
λｊ：ＡＷＧのチャンネルｉの透過中心波長
λｊ＋１：ＡＷＧのチャンネル（ｉ＋１）の透過中心波長
【００２１】
前述した数式４の特性を図示すると図７のようになる。つまり、ＦＢＧの反射中心波長λｂｊに対する波長測定出力ρ（λｂｊ）の特性が一部非直線状になっていて測定分解能が悪く、波長検出精度を低下させる原因となっていた。
これは、数式４において、ＡＷＧの不要なノイズ光となるバイアス透過ａｏやＦＢＧの不要なノイズ光となるバイアス反射率ｂｏ等により、εがゼロにならず誤差成分として作用するためである。
そこで本発明は、上記誤差成分εに起因する波長測定出力ρ（λｂｊ）の非直線性を改善し、測定分解能及び検出精度を向上させるようにした波長計測装置を提供しようとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明に係る波長計測装置によれば、測定光が入射される光ファイバに一以上のＦＢＧが形成され、各ＦＢＧからの反射光の波長を検出して各ＦＢＧの位置における物理量を測定するシステムであって、ＦＢＧからの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数波長に分離可能なＡＷＧに入射させるとともに、このＡＷＧの複数の計測用出力チャンネルにそれぞれ接続された計測用受光素子を一対ごとにＦＢＧに対応させて、一対の計測用受光素子の計測値を用いて反射光の波長を計測するようにした波長計測装置において、
前記ＡＷＧの複数対の計測用出力チャンネルとは別個に設けられた一対のモニタ用出力チャンネルにそれぞれ接続され、モニタ値を出力する一対のモニタ用受光素子を備え、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
あるＦＢＧからの反射光に対する計測値、および、モニタ用の光に対するモニタ値を用いて係数を予め求めておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
係数を用いて誤差成分を除去した第１，第２の真値を求め、これら第１の真値と第２の真値とによる比の対数に基づいて反射光の波長を測定することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２記載の発明に係る波長計測装置によれば、
請求項１記載の波長計測装置において、
一対の計測用出力チャンネルは第１，第２の計測値を出力するものと、また、一対のモニタ用出力チャンネルは第１，第２のモニタ値を出力値として出力するものとし、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の補正用差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の補正用差分値という。）第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の補正用差分値という。）を求め、
第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第１係数という）、および、
第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第２係数という）を予め登録しておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の差分値という。）、および、第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の差分値という。）を求め、第３の差分値と第１係数との積を、第１の差分値から減じて、第１の真値を求め、
第３の差分値と第２係数との積を、第２の差分値から減じて、第２の真値を求め、
第１（第２）の真値と第２（第１）の真値との比の対数に基づいて反射光の波長を計測することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項３記載の発明に係る波長計測装置によれば、
請求項２記載の波長計測装置において、
光源と、
光源に接続される光分岐器と、
光分岐器に接続され、複数のＦＢＧが設けられた光ファイバと、
光分岐器に接続され、光ファイバからの光のみを入射するＡＷＧと、
ＡＷＧから出力される計測用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力する計測用受光素子と、
ＡＷＧから出力されるモニタ用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力するモニタ用受光素子と、
これら計測用受光素子およびモニタ用受光素子からの光電流信号が入力されるマイクロコンピュータと、
を備え、
前記マイクロコンピュータは、計測用受光素子からの第１，第２の計測値およびモニタ用受光素子からの第１，第２のモニタ値に相当する光電流信号をデジタルデータに変換して入力し、前記ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理、および、所定のＦＢＧの波長計測処理を行って、波長を算出することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の波長測定装置の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施形態を示すシステム構成図あり、図５と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。光源１、光分岐器２、光ファイバ３、ＦＢＧ４、光コネクタ５の構成及び動作と、波長検出器９内のＡＷＧ６、計測用受光素子の一具体例であるプリアンプ付きフォトダイオード７の構成及び動作は図５と同様である。
【００２６】
本実施形態では、ＡＷＧ６にさらにモニタ用出力チャンネル一対を設け、この一対のモニタ用出力チャンネルにモニタ用受光素子の一具体例であるプリアンプ付きフォトダイオード１１が一対接続されている。この一対のプリアンプ付きフォトダイオード１１の出力信号はマイクロコンピュータ１０に入力されている。これらのモニタ用出力チャンネル及びプリアンプ付きフォトダイオード１１は、前述の数式５におけるａ，ｂ，ｃ，ａ０，ｂ０ や半値全幅を検出するためのものである。
【００２７】
続いてマイクロコンピュータ１０による計測処理について説明する。
まず、計測原理について解析的に説明する。
本実施形態では、まずＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を予め行っておき、そのうえで、所定のＦＢＧの波長計測処理を行うものである。
【００２８】
まず、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理について説明する。
一対の計測用出力チャンネルのプリアンプ付きフォトダイオード７は、第１，第２の計測値を出力するものと、また、一対のモニタ用出力チャンネルのプリアンプ付きフォトダイオード１１は、第１，第２のモニタ値を出力値を出力するものとする。
【００２９】
一対の計測用出力チャンネルのうちの一方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード７の第１の計測値Ｐ（λｉ，λｂｊ）から、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード１１の第１のモニタ値Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を差し引いた差分値Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を算出する（以下、第１の補正用差分値という）。
この第１の補正用差分値Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）は詳しくは次の式で表される。
【００３０】
【数６】
ここで、λｍ１は一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルの中心波長、Ｃｉは光分岐器２の透過率、Ｉｓは光源１のピークパワー、ｄはフォトダイオード７，１１の光電変換効率、ΔλｆはＡＷＧ６のフリースペクトルレンジ、λｓは光源１の中心波長、Ｎｒは光源１のフリースペクトルレンジで表されるＡＷＧ６の透過率の繰り返し特性をガウス分布の繰り返し関数で近似した場合の繰り返し回数、ｒはこの繰り返し特性をシグマ記号で表した場合の繰り返しのためのパラメータである。
【００３２】
また、一対の計測用出力チャンネルのうちの他方に接続されたプリアンプ付きフォトダイオード７の第２の計測値Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）から、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルに接続されたプリアンプ付きフォトダイオード１１の第１のモニタ値Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を差し引いた差分値Ｅ（λｉ＋１，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）を算出する（以下、第２の補正用差分値という）。この第２の補正用差分値は、上記の数式６のｉに代えてｉ＋１を挿入したものである。
【００３３】
そして、第１のモニタ値と第２のモニタ値との差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）を算出する（以下、第３の補正用差分値という）。この第３の補正用差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）は次の式で示される。
【００３４】
【数７】
ここでλｍ２は、一対のモニタ用出力チャンネルのうちの一方のチャンネルの中心波長λｍ１とは別のチャンネルの中心波長である。
【００３６】
続いて、第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比であるＲ（λｉ，λｍ１，λｍ２）を算出する（以下Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）を第１係数という）。
この第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）は次式で示される。
【００３７】
【数８】
そして同様に、第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比であるＲ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）を算出する（以下Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）を第２係数という）。
この第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）は数式８のｉの代わりにｉ＋１を代入した式で示される。
【００３９】
この第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）および第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）はマイクロコンピュータ１０の図示しないメモリ部に登録される。
【００４０】
上記したような、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を予め行っておき、続いて、所定のＦＢＧの波長計測処理の解析的な説明を行う。
計測処理時には、再度数式６の差分値Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）＝Ｅ（λｉ，λｍ１）（以下、第１の差分値という）、および、数式７の差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）（以下、第３の差分値という）が算出される。そして、マイクロコンピュータ１０に登録された数式８の第１係数Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２）とを用いて次式のような第１の真値が算出される。
【００４１】
【数９】
第２の真数も同様にして求める。
差分値Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）（以下、第２の差分値という）、および、数式７の第３の差分値Ｅ（λｍ２，λｍ１）が算出される。そして、マイクロコンピュータに登録された数式８の第２係数Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２）とを用いて第２の真値が算出される。
これら、第１の真数と第２の真数の比の対数をとれば次式を得る。
【００４３】
【数１０】
第１の差分値だけでは数式６の第１項（誤差要因）が残ってしまうが、数式９の演算を行うことによりλｂｊを含むガウス分布だけとなるので、第１の真数、第２の真数の比の対数演算で数式１０に示すようにλｂｊの１次関数ρ（λｂｊ）を得ることができる。即ちＦＢＧの反射中心波長λｂｊに対する波長測定出力ρ（λｂｊ）は図２に示すように直線性が改善されることになる。
【００４５】
続いて、上記原理に基づくマイクロコンピュータ１０による処理に重点をおいて具体的に説明する。
まず、マイクロコンピュータ１０は、ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理を行う。この準備処理では、プリアンプ付きフォトダイオード１１から第１のモニタ値（Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）および第２のモニタ値（Ｐ（λｍ２，λｂｊ）に相当）を入力し、また、あるＦＢＧを計測する一対のチャンネルであるプリアンプ付きフォトダイオード７からの第１の計測値（Ｐ（λｉ，λｂｊ）に相当）および第２の計測値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）に相当）を入力する。
【００４６】
そして、マイクロコンピュータ１０は、第１の計測値と第１のモニタ値との差である第１の補正用差分値（Ｅ（λｉ，λｍ１）＝Ｐ（λｉ，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）、第２の計測値と第１のモニタ値との差である第２の補正用差分値（Ｅ（λｉ＋１，λｍ１）＝Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）、および、第１のモニタ値と第２のモニタ値との差である第３の補正用差分値（Ｅ（λｍ２，λｍ１）＝Ｐ（λｍ２，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当）を求める。
【００４７】
そして、第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比である第１係数（Ｒ（λｉ，λｍ１，λｍ２））と、第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比である第２係数（Ｒ（λｉ＋１，λｍ１，λｍ２））とを予め求め、マイクロコンピュータ１０の図示しないメモリ部等に登録しておく。
【００４８】
続いて、通常のＦＢＧの波長計測処理を行う。この場合、マイクロコンピュータ１０は、第１の計測値から第１のモニタ値を差し引いた第１の差分値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ）に相当する。）、第２の計測値から第１のモニタ値を差し引いた第２の差分値（Ｐ（λｉ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ））に相当する。）、および、第１，第２のモニタ値の第３の差分値（Ｅ（λｍ２，λｍ１）＝Ｐ（λｍ＋１，λｂｊ）−Ｐ（λｍ１，λｂｊ））に相当する。）を求める。
【００４９】
そして第３の差分値と前記の第１係数との積を、第１の差分値から減じて第１の真値を求め、また、第３の差分値と前記の第２係数との積を、第２の差分値から減じて第２の真値を求める。
そして、第１の真値と第２の真値との比の対数（数式１０参照）に基づいて反射光の波長を計測する。
【００５０】
マイクロコンピュータ１０が、このような、▲１▼ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理、および、▲２▼所定のＦＢＧの波長計測処理を行って、波長を計測するようにしたため、誤差成分εによる影響が完全に除去され、ＦＢＧの反射中心波長λｂｊ に対する波長測定出力ρ（λｂｊ ）は図２のように直線性が改善されるため、検出能力を高めることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の直線性が改善され、従来よりも測定分解能ならびに検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の特性図である。
【図３】従来技術における波長測定原理の説明図である。
【図４】公知の波長測定システムの構成図である。
【図５】従来技術を示す構成図である。
【図６】従来技術におけるＦＢＧの反射率及びＡＷＧの透過率を示す図である。
【図７】従来技術におけるＦＢＧの反射中心波長に対する波長測定出力の特性図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光分岐器
３ 光ファイバ
４ ＦＢＧ（ブラッグ回折格子）
５ 光コネクタ
６ ＡＷＧ（アレイ導波路格子）
７，１１ プリアンプ付きフォトダイオード
８ 割算器
９ 波長検出器
１０ マイクロコンピュータ
Claims (3)
- 測定光が入射される光ファイバに一以上のブラッグ回折格子（以下、ＦＢＧという）が形成され、各ＦＢＧからの反射光の波長を検出して各ＦＢＧの位置における物理量を測定するシステムであって、ＦＢＧからの反射光を、中心波長が微小な間隔の複数波長に分離可能なアレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという）に入射させるとともに、このＡＷＧの複数の計測用出力チャンネルにそれぞれ接続された計測用受光素子を一対ごとにＦＢＧに対応させ、一対の計測用受光素子の計測値を用いて反射光の波長を計測するようにした波長計測装置において、
前記ＡＷＧの複数対の計測用出力チャンネルとは別個に設けられた一対のモニタ用出力チャンネルにそれぞれ接続され、モニタ値を出力する一対のモニタ用受光素子を備え、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
あるＦＢＧからの反射光に対する計測値、および、モニタ用の光に対するモニタ値を用いて係数を予め求めておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
係数を用いて誤差成分を除去した第１，第２の真値を求め、これら第１の真値と第２の真値とによる比の対数に基づいて反射光の波長を測定することを特徴とする波長計測装置。 - 請求項１記載の波長計測装置において、
一対の計測用出力チャンネルは第１，第２の計測値を出力するものと、また、一対のモニタ用出力チャンネルは第１，第２のモニタ値を出力値として出力するものとし、
ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の補正用差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の補正用差分値という。）第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の補正用差分値という。）を求め、
第１の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第１係数という）、および、
第２の補正用差分値を第３の補正用差分値で除した比（以下、単に第２係数という）を予め登録しておき、
所定のＦＢＧの波長計測処理として、
第１の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第１の差分値という。）、第２の計測値と第１のモニタ値との差分値（以下、第２の差分値という。）、および、第１，第２のモニタ値の差分値（以下、第３の差分値という。）を求め、第３の差分値と第１係数との積を、第１の差分値から減じて、第１の真値を求め、
第３の差分値と第２係数との積を、第２の差分値から減じて、第２の真値を求め、
第１（第２）の真値と第２（第１）の真値との比の対数に基づいて反射光の波長を計測することを特徴とする波長計測装置。 - 請求項２記載の波長計測装置において、
光源と、
光源に接続される光分岐器と、
光分岐器に接続され、複数のＦＢＧが設けられた光ファイバと、
光分岐器に接続され、光ファイバからの光のみを入射するＡＷＧと、
ＡＷＧから出力される計測用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力する計測用受光素子と、
ＡＷＧから出力されるモニタ用出力チャンネルからの光を光電流信号に変換して出力するモニタ用受光素子と、
これら計測用受光素子およびモニタ用受光素子からの光電流信号が入力されるマイクロコンピュータと、
を備え、
前記マイクロコンピュータは、計測用受光素子からの第１，第２の計測値およびモニタ用受光素子からの第１，第２のモニタ値に相当する光電流信号をデジタルデータに変換して入力し、前記ＦＢＧからの反射光の波長計測前の準備処理、および、所定のＦＢＧの波長計測処理を行って波長を算出することを特徴とする波長計測装置。
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103271724A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-09-04 | 天津工业大学 | 一种用于智能服装中的阵列波导光栅解调***温度补偿方法 |
| CN103604527A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-02-26 | 上海交通大学 | 使用布拉格光栅阵列测量温度的方法 |
| US9846081B2 (en) | 2013-03-12 | 2017-12-19 | Osaka University | Light wavelength measurement method and light wavelength measurement apparatus |
-
2002
- 2002-11-11 JP JP2002326859A patent/JP2004163154A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9846081B2 (en) | 2013-03-12 | 2017-12-19 | Osaka University | Light wavelength measurement method and light wavelength measurement apparatus |
| US10481004B2 (en) | 2013-03-12 | 2019-11-19 | Osaka University | Light wavelength measurement method and light wavelength measurement apparatus |
| CN103271724A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-09-04 | 天津工业大学 | 一种用于智能服装中的阵列波导光栅解调***温度补偿方法 |
| CN103604527A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-02-26 | 上海交通大学 | 使用布拉格光栅阵列测量温度的方法 |
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