JP4714882B2 - ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 - Google Patents
ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4714882B2 JP4714882B2 JP2007523340A JP2007523340A JP4714882B2 JP 4714882 B2 JP4714882 B2 JP 4714882B2 JP 2007523340 A JP2007523340 A JP 2007523340A JP 2007523340 A JP2007523340 A JP 2007523340A JP 4714882 B2 JP4714882 B2 JP 4714882B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bragg grating
- superlattice structure
- fbg
- spectrum
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02123—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02171—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes
- G02B6/02176—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations
- G02B6/02185—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations based on treating the fibre, e.g. post-manufacture treatment, thermal aging, annealing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
この発明は,ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法に関する。
超格子構造ファイバブラッググレーティング(以下,超格子構造FBGという)(FBG:Fiber Bragg Grating)は光通信デバイスの一つであり,超高速光通信向けFIR(Finite Impulse Response)フィルタとみなすことができ,さまざまな応用が期待されている。
ファイバブラッググレーティング(以下,FBGという)とは,光ファイバのコア部に周期的な屈折率変調を与えて回折格子を形成したファイバ型のデバイスである。このファイバ内に光を入射すると,
というブラッグ条件を満たす特定の波長の光を強く反射(回折)する。ここでAは屈折率変調の周期,neffはファイバのコア部の有効屈折率である。
超格子構造FBGは,上記の回折格子(以下,サブFBGという)を複数個光ファイバ内に離散的に(すなわち,間隔(ギャップ)をあけて)直列に配置したデバイスである(第2図参照)。超格子構造FBGは第7a図および第7b図に例を示すようにピークがいくつも存在するくし形の反射特性を持つ。この反射特性のピーク形状に大きく影響するのがサブFBGの配置間隔によって生じる反射光波間位相差である。ある波長の反射光波間位相差が0の場合光は強め合い,位相差がπの場合はお互い打消し合う。このため,ある波長の光を強く反射するような特性を持つ超格子構造FBGを得るには反射光波間位相差の制御が重要となる。第7a図と第7b図の反射特性は同じ条件で作製した超格子構造FBGの特性を示すものであるが,このように,同じ条件で作製しても差が生じ,反射特性に大きな影響を与える。反射光波間位相差の制御にはサブFBG間隔にナノメートルオーダの精度の制御が必要となる。
反射光波間位相差の制御は,超格子構造ブラッググレーティング作成時にレーザ干渉計等を用いてサブブラッググレーティング作成位置を高精度に制御することで可能となるが,この種の作成装置は非常に複雑で高価となる。より簡易に反射光波間位相差を制御する方法としては,サブブラッググレーティング間の間隙部に紫外光を照射して屈折率変化により光路長を調整する位相トリミング法(下記文献1参照)や,デバイス使用時に間隙部への熱や応力を印加することにより光路長を調整する方法(下記文献2参照)が用いられるが,いずれも初期位相差がわからなければ場当たり的に調整するしかなく,複雑な超格子構造ブラッググレーティングの作成・制御は困難であった。
文献1 那須悠介,山下真司“DWDM用スーパーストラクチャーファイバブラッググレーティングの新しい作成法”電子情報通信学会技術研究報告,OFT2001−43,2001年10月
文献2 岡村康弘,塙雅典,石川智之,“加温による超格子構造ブラッググレーティングの位相制御”,2004年電子情報通信学会総合大会講演論文集,C−3−29,2004年3月
ファイバブラッググレーティング(以下,FBGという)とは,光ファイバのコア部に周期的な屈折率変調を与えて回折格子を形成したファイバ型のデバイスである。このファイバ内に光を入射すると,
というブラッグ条件を満たす特定の波長の光を強く反射(回折)する。ここでAは屈折率変調の周期,neffはファイバのコア部の有効屈折率である。
超格子構造FBGは,上記の回折格子(以下,サブFBGという)を複数個光ファイバ内に離散的に(すなわち,間隔(ギャップ)をあけて)直列に配置したデバイスである(第2図参照)。超格子構造FBGは第7a図および第7b図に例を示すようにピークがいくつも存在するくし形の反射特性を持つ。この反射特性のピーク形状に大きく影響するのがサブFBGの配置間隔によって生じる反射光波間位相差である。ある波長の反射光波間位相差が0の場合光は強め合い,位相差がπの場合はお互い打消し合う。このため,ある波長の光を強く反射するような特性を持つ超格子構造FBGを得るには反射光波間位相差の制御が重要となる。第7a図と第7b図の反射特性は同じ条件で作製した超格子構造FBGの特性を示すものであるが,このように,同じ条件で作製しても差が生じ,反射特性に大きな影響を与える。反射光波間位相差の制御にはサブFBG間隔にナノメートルオーダの精度の制御が必要となる。
反射光波間位相差の制御は,超格子構造ブラッググレーティング作成時にレーザ干渉計等を用いてサブブラッググレーティング作成位置を高精度に制御することで可能となるが,この種の作成装置は非常に複雑で高価となる。より簡易に反射光波間位相差を制御する方法としては,サブブラッググレーティング間の間隙部に紫外光を照射して屈折率変化により光路長を調整する位相トリミング法(下記文献1参照)や,デバイス使用時に間隙部への熱や応力を印加することにより光路長を調整する方法(下記文献2参照)が用いられるが,いずれも初期位相差がわからなければ場当たり的に調整するしかなく,複雑な超格子構造ブラッググレーティングの作成・制御は困難であった。
文献1 那須悠介,山下真司“DWDM用スーパーストラクチャーファイバブラッググレーティングの新しい作成法”電子情報通信学会技術研究報告,OFT2001−43,2001年10月
文献2 岡村康弘,塙雅典,石川智之,“加温による超格子構造ブラッググレーティングの位相制御”,2004年電子情報通信学会総合大会講演論文集,C−3−29,2004年3月
この発明は,ブラッググレーティングの構造を同定する方法および装置を提供するものである。これによってブラッググレーティングの現在の状態や作製上の指針を得ることができる。
この発明はまた,上記の同定方法または装置を利用して所望の特性または構造をもつ超格子構造ブラッググレーティングを作成する方法を提供するものである。
この発明によるブラッググレーティングの構造の同定方法は,所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生し,前記光を光サーキュレータによってブラッググレーティングへ導き,この光サーキュレータから出力されるブラッググレーティングの反射光の実測スペクトルを光スペクトル分析装置から得,あらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルと実測スペクトルの比較により,これらの両スペクトルの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定するものである。
この発明によるブラッググレーティングの構造の同定装置は,所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生する光源,上記光源からの光をブラッググレーテイングに導き,かつブラッググレーティングの反射光を出力する光サーキュレータ,前記光サーキュレータから出射する光の実測スペクトルを測定する光スペクトル分析装置,およびあらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルのデータと上記光スペクトル分析装置から出力される実測スペクトルのデータとを比較し,両スペクトルデータの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定するパラメータ演算処理手段を備えているものである。
上記光は一実施態様では白光色であり,他の実施態様では可変波長の光源(発光ダイオード,半導体レーザ,その他の発光波長が可変の光源)から時間軸上で波長が走査されて出力する光等がある。光スペクトル分析装置は最も一般的には光スペクトルアナライザであるが,上記の可変波長光源を用いる場合には,分析装置として可変波長光源の波長走査と同期可能な光パワーメータを用いることができる。
この発明は,光ファイバのコアにブラッググレーティングを形成したファイバブラッググレーティング(以下,FBGという)や平面型光導波路にブラッググレーティングを形成したデバイスなどに適用することが可能であるが,以下ではFBG,特に超格子構造FBGの構造の同定を例にして説明する。この発明によれば,超格子構造FBGの構造を表わすパラメータが特定できるため,作製した超格子構造FBGが所望の特性を持つように微調整することが容易となる。
この発明による超格子構造ブラッググレーティングの作成方法は,ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成したブラッググレーティングの構造を上記の同定方法または装置により同定し,同定した構造(同定した構造から得られる特性)と,所望の構造(所望の特性)とを比較して,その差を少なくするようにブラッググレーティングの構造(物理定数またはパラメータ)を調整するものである。
すなわち,この発明は,光導波路内に間隙部をあけて複数のサブブラッググレーティングを配置した超格子構造ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造を上記の同定方法または装置により同定し,同定した構造における反射光波間位相差を求め,求めた反射光波間位相差が所望の値となるように上記間隙部の物理定数を調整するものである。
超格子構造ブラッググレーティングの間隙部の調整すべき物理定数には,有効屈折率,光路長等があり,調整方法には紫外光照射,加熱,応力印加などさまざまな方法がある。
いずれにしてもこの発明によると,一旦作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造が同定されるから,所望の特性が得られるように物理定数を調整する指針が得られ,所望の特性をもつ超格子構造ブラッググレーティングを容易に作成できるようになる。
この発明はまた,上記の同定方法または装置を利用して所望の特性または構造をもつ超格子構造ブラッググレーティングを作成する方法を提供するものである。
この発明によるブラッググレーティングの構造の同定方法は,所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生し,前記光を光サーキュレータによってブラッググレーティングへ導き,この光サーキュレータから出力されるブラッググレーティングの反射光の実測スペクトルを光スペクトル分析装置から得,あらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルと実測スペクトルの比較により,これらの両スペクトルの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定するものである。
この発明によるブラッググレーティングの構造の同定装置は,所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生する光源,上記光源からの光をブラッググレーテイングに導き,かつブラッググレーティングの反射光を出力する光サーキュレータ,前記光サーキュレータから出射する光の実測スペクトルを測定する光スペクトル分析装置,およびあらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルのデータと上記光スペクトル分析装置から出力される実測スペクトルのデータとを比較し,両スペクトルデータの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定するパラメータ演算処理手段を備えているものである。
上記光は一実施態様では白光色であり,他の実施態様では可変波長の光源(発光ダイオード,半導体レーザ,その他の発光波長が可変の光源)から時間軸上で波長が走査されて出力する光等がある。光スペクトル分析装置は最も一般的には光スペクトルアナライザであるが,上記の可変波長光源を用いる場合には,分析装置として可変波長光源の波長走査と同期可能な光パワーメータを用いることができる。
この発明は,光ファイバのコアにブラッググレーティングを形成したファイバブラッググレーティング(以下,FBGという)や平面型光導波路にブラッググレーティングを形成したデバイスなどに適用することが可能であるが,以下ではFBG,特に超格子構造FBGの構造の同定を例にして説明する。この発明によれば,超格子構造FBGの構造を表わすパラメータが特定できるため,作製した超格子構造FBGが所望の特性を持つように微調整することが容易となる。
この発明による超格子構造ブラッググレーティングの作成方法は,ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成したブラッググレーティングの構造を上記の同定方法または装置により同定し,同定した構造(同定した構造から得られる特性)と,所望の構造(所望の特性)とを比較して,その差を少なくするようにブラッググレーティングの構造(物理定数またはパラメータ)を調整するものである。
すなわち,この発明は,光導波路内に間隙部をあけて複数のサブブラッググレーティングを配置した超格子構造ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造を上記の同定方法または装置により同定し,同定した構造における反射光波間位相差を求め,求めた反射光波間位相差が所望の値となるように上記間隙部の物理定数を調整するものである。
超格子構造ブラッググレーティングの間隙部の調整すべき物理定数には,有効屈折率,光路長等があり,調整方法には紫外光照射,加熱,応力印加などさまざまな方法がある。
いずれにしてもこの発明によると,一旦作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造が同定されるから,所望の特性が得られるように物理定数を調整する指針が得られ,所望の特性をもつ超格子構造ブラッググレーティングを容易に作成できるようになる。
第1図は,超格子構造FBGの構造の同定装置の全体的構成を示すブロック図である。
第2図は,超格子構造FBGのフーリエ解析モデルを示す。
第3図は,構造同定実験の結果を示す。
第4図は,構造同定実験によって同定された構造を示す。
第5図は,一旦作成した超格子構造FBGの構造を示す。
第6a図は第5図に示す超格子構造FBGの反射スペクトルを,第6b図は位相トリミング後の反射スペクトルを,第6c図は所望の特性をそれぞれ示すものである。
第7a図および第7b図は,それぞれ超格子構造FBGの反射特性の例を示す。
第2図は,超格子構造FBGのフーリエ解析モデルを示す。
第3図は,構造同定実験の結果を示す。
第4図は,構造同定実験によって同定された構造を示す。
第5図は,一旦作成した超格子構造FBGの構造を示す。
第6a図は第5図に示す超格子構造FBGの反射スペクトルを,第6b図は位相トリミング後の反射スペクトルを,第6c図は所望の特性をそれぞれ示すものである。
第7a図および第7b図は,それぞれ超格子構造FBGの反射特性の例を示す。
第1図は超格子構造FBGの構造を同定する装置の全体的構成を示すものである。
この同定装置は,測定装置1と,処理装置2と,光源3とから構成される。
光源3は,所定の波長範囲(構造を同定すべき超格子構造FBGを使用する光の波長の範囲が好ましい)において,ほぼ一定の強度レベルの連続光を発生するものである。
測定装置1は,光スペクトルアナライザ11を含む。構造を同定すべき超格子構造FBG10の一端(入射端)に光源3からの出力光が入射する。超格子構造FBG10の入射端からは超格子構造FBGで反射した光が出射し,この出射光が光スペクトルアナライザ11に入力し,その光スペクトルが測定される。すなわち,光源3と超格子構造FBG10との間に光サーキュレータ12を配置し,光源3からの光を光サーキュレータ12によって超格子構造FBG10の入射端に導き,かつ超格子構造FBG10の入射端からの出力光(反射光)を光サーキュレータ12を経て光スペクトルアナライザ11に導く。光スペクトルアナライザ11が測定した光スペクトルを実測スペクトル|D(ω)|2とする。この実測スペクトルを表わすデータは処理装置2に入力する。実測スペクトルデータはオンラインで処理装置2に入力しても,光ディスク等の記録媒体を介して入力しても,マニュアルで入力してもよい。
処理装置2は好ましくはコンピュータシステム(パーソナルコンピュータ)により実現される。処理装置2の機能をいくつかに分けて表わすと,フーリエ解析算出機能(フーリエ解析算出部または手段)21,誤差算出機能(誤差算出部または手段)22,誤差勾配算出機能(誤差勾配算出部または手段)23およぴパラメータ更新機能(パラメータ更新部または手段)24からなる。
超格子構造FBGのフーリエ解析モデルを第2図に示す。超格子構造FBGは,複数個のサブFBGを光ファイバ内に離散的に配置したものである。各サブFBGの屈折率プロファイルをhi(t)とすると,インパルス応答は式(2)で与えられる。
ここで各屈折率プロファイルを矩形と仮定してフーリエ変換を行うと以下の解析スペクトルH(ω)を得る。
cは光速である。
超格子構造FBGの構造を表わすパラメータとしては,サブFBG長Li,サブFBGのブラッグ波長λb (i),FBG間隔Ii,サブFBGの反射率Aiがある。ここでNfbgはサブFBG数で,i=0,1,・,Nfbg−1である。
フーリエ解析算出部21は,与えられる初期値に応じて,式(4)で表わされる解析スペクトルH(ω)を算出する。
処理装置2は,光スペクトルアナライザ11で測定した実測スペクトルD(ω)と,フーリエ解析算出部21が算出した解析スペクトルH(ω)とで表わされる次の誤差関係εが最小となるように,最小自乗法(LMS)アルゴリズムにより,上記のパラメータを逐次更新するものである。
ここでMはスペクトルのサンプル数である。
まず,誤差算出部22は光スペクトルアナライザ11から与えられる実測スペクトルデータD(ω)とフーリエ解析算出部21が算出した解析スペクトルデータH(ω)とを用いて,式(9)で与えられる誤差関数を算出する。
次に誤差勾配算出部23は,算出した誤差関数の勾配を算出し,パラメータ更新部24は算出した勾配を用いて上述したパラメータを最急降下法により逐次更新していく。
更新が終了(誤差が許容値以内になる)すれば,超格子構造FBGの構造が同定できたことになる。すなわち,|H(ω)|2と|D(ω)|2がよく一致しているなら同定後の解析モデルから作製した超格子構造FBGの反射光波間位相差を求めることができる。
以下に構造同定実験結果を示す。
サブFBG数4個,サブFBG長L≒0.42mm,サブFBGのブラッグ波長λb≒1553.5nm,サブFBG間隔I≒2.0mm,サブFBGの正規化反射率[A0,A1,A2,A3]=[0.5,1.0,1.0,0.5]の超格子構造FBGを作製し,そのサブFBGの構造同定を行った。サブFBG間隔1と反射率Aのみを同定対象とした。上で示したパラメータをフーリエ解析モデルの初期値として与え,LMSアルゴリズムによる構造同定の結果を第3図に示す。第3図の点線は実測スペクトル,実線は同定したパラメータを用いた解析スペクトルである。両スペクトルは良く一致しており,誤差も十分に小さくなっていることが分かる。最終誤差は90で,無視できる許容値とした。
同定によって得られた超格子構造FBGの構造を第4図に示す。図中に示すパラメータは,同定を行ったFBG間隔によって求められる反射光波間位相差と正規化反射率である。反射光波間位相差は式(10)で表されるため,サブFBG間隔を数十ナノメートルオーダの精度で同定ができた。
この結果によりこの発明の手法を用いることによって超格子構造FBGの構造同定が可能である事を確認できた。
次に上記の同定方法または装置を利用した超格子構造FBGの作成方法について説明する。
超格子構造FBGの作成方法は次の手順による。
ステップ1
まずおよそ所望の構造を持つ超格子構造FBGを一旦作製する。
ステップ2
上記の同定方法または同定装置により,一旦作製した超格子構造FBGの構造同定を行い,全てのサブFBG間の間隙部による反射光波間位相差を求める。
ステップ3
これにより間隙部に照射するUV光照射量を算出して位置トリミングを行い,所望の位相差を有する超格子構造FBGを作成する。
一旦作製した超格子構造FBGの構造のステップ3における微調整は同定した構造を利用してたとえば次のようにして行うことができる。
紫外光照射により位相トリミングを行う場合には,紫外光パルスの照射回数と位相変化量との関係をあらかじめ求めておく。同定した超格子構造FBGの構造と所望の構造との位相差を求め,求めた位相差の変化が得られるように紫外光パルスの照射回数を決定し,この照射回数の紫外光パルスを照射する。
このようにして,上記の作成方法によると,超格子構造FBGにおける多数の間隙部をバッチ処理で位相調整できるため工程が大幅に簡素化されると共に,超格子構造FBG作成系への精度要求も大幅に緩和される等の利点がある。
上記超格子構造FBGの作成方法の有効性を確認するために,第5図に示す構造を有するサブFBG数が8の超格子構造FBGの作成を行った。各サブFBGの設計正規化反射率は[0.10,0.48,1.0,0.62,0.62,1.00,0.48,0.10]である。またFBG#4とFBG#5の間の間隙部のみ反射光波間位相差がπで,それ以外は全て0とした。
第6a図から第6c図に実験結果を示す。第6a図はステップ1において得られた超格子構造FBGの反射スペクトルを示し,第6b図はステップ3の一括位相トリミングを行った後の反射スペクトルを示す。第6c図は所望の反射特性を示すものである。ステップ1で得られた第6a図に示す反射スペクトルは所望の特性とは異なるものになっているにもかかわらず,第6b図に示すステップ3の位相トリミング後の反射スペクトルは,第6c図に示す所望の特性とほぼ一致していることが分かる。このことから,上記の作成方法によって所望の反射特性を持つ超格子構造FBGが簡単に作成できることが確認された。
この同定装置は,測定装置1と,処理装置2と,光源3とから構成される。
光源3は,所定の波長範囲(構造を同定すべき超格子構造FBGを使用する光の波長の範囲が好ましい)において,ほぼ一定の強度レベルの連続光を発生するものである。
測定装置1は,光スペクトルアナライザ11を含む。構造を同定すべき超格子構造FBG10の一端(入射端)に光源3からの出力光が入射する。超格子構造FBG10の入射端からは超格子構造FBGで反射した光が出射し,この出射光が光スペクトルアナライザ11に入力し,その光スペクトルが測定される。すなわち,光源3と超格子構造FBG10との間に光サーキュレータ12を配置し,光源3からの光を光サーキュレータ12によって超格子構造FBG10の入射端に導き,かつ超格子構造FBG10の入射端からの出力光(反射光)を光サーキュレータ12を経て光スペクトルアナライザ11に導く。光スペクトルアナライザ11が測定した光スペクトルを実測スペクトル|D(ω)|2とする。この実測スペクトルを表わすデータは処理装置2に入力する。実測スペクトルデータはオンラインで処理装置2に入力しても,光ディスク等の記録媒体を介して入力しても,マニュアルで入力してもよい。
処理装置2は好ましくはコンピュータシステム(パーソナルコンピュータ)により実現される。処理装置2の機能をいくつかに分けて表わすと,フーリエ解析算出機能(フーリエ解析算出部または手段)21,誤差算出機能(誤差算出部または手段)22,誤差勾配算出機能(誤差勾配算出部または手段)23およぴパラメータ更新機能(パラメータ更新部または手段)24からなる。
超格子構造FBGのフーリエ解析モデルを第2図に示す。超格子構造FBGは,複数個のサブFBGを光ファイバ内に離散的に配置したものである。各サブFBGの屈折率プロファイルをhi(t)とすると,インパルス応答は式(2)で与えられる。
ここで各屈折率プロファイルを矩形と仮定してフーリエ変換を行うと以下の解析スペクトルH(ω)を得る。
cは光速である。
超格子構造FBGの構造を表わすパラメータとしては,サブFBG長Li,サブFBGのブラッグ波長λb (i),FBG間隔Ii,サブFBGの反射率Aiがある。ここでNfbgはサブFBG数で,i=0,1,・,Nfbg−1である。
フーリエ解析算出部21は,与えられる初期値に応じて,式(4)で表わされる解析スペクトルH(ω)を算出する。
処理装置2は,光スペクトルアナライザ11で測定した実測スペクトルD(ω)と,フーリエ解析算出部21が算出した解析スペクトルH(ω)とで表わされる次の誤差関係εが最小となるように,最小自乗法(LMS)アルゴリズムにより,上記のパラメータを逐次更新するものである。
ここでMはスペクトルのサンプル数である。
まず,誤差算出部22は光スペクトルアナライザ11から与えられる実測スペクトルデータD(ω)とフーリエ解析算出部21が算出した解析スペクトルデータH(ω)とを用いて,式(9)で与えられる誤差関数を算出する。
次に誤差勾配算出部23は,算出した誤差関数の勾配を算出し,パラメータ更新部24は算出した勾配を用いて上述したパラメータを最急降下法により逐次更新していく。
更新が終了(誤差が許容値以内になる)すれば,超格子構造FBGの構造が同定できたことになる。すなわち,|H(ω)|2と|D(ω)|2がよく一致しているなら同定後の解析モデルから作製した超格子構造FBGの反射光波間位相差を求めることができる。
以下に構造同定実験結果を示す。
サブFBG数4個,サブFBG長L≒0.42mm,サブFBGのブラッグ波長λb≒1553.5nm,サブFBG間隔I≒2.0mm,サブFBGの正規化反射率[A0,A1,A2,A3]=[0.5,1.0,1.0,0.5]の超格子構造FBGを作製し,そのサブFBGの構造同定を行った。サブFBG間隔1と反射率Aのみを同定対象とした。上で示したパラメータをフーリエ解析モデルの初期値として与え,LMSアルゴリズムによる構造同定の結果を第3図に示す。第3図の点線は実測スペクトル,実線は同定したパラメータを用いた解析スペクトルである。両スペクトルは良く一致しており,誤差も十分に小さくなっていることが分かる。最終誤差は90で,無視できる許容値とした。
同定によって得られた超格子構造FBGの構造を第4図に示す。図中に示すパラメータは,同定を行ったFBG間隔によって求められる反射光波間位相差と正規化反射率である。反射光波間位相差は式(10)で表されるため,サブFBG間隔を数十ナノメートルオーダの精度で同定ができた。
この結果によりこの発明の手法を用いることによって超格子構造FBGの構造同定が可能である事を確認できた。
次に上記の同定方法または装置を利用した超格子構造FBGの作成方法について説明する。
超格子構造FBGの作成方法は次の手順による。
ステップ1
まずおよそ所望の構造を持つ超格子構造FBGを一旦作製する。
ステップ2
上記の同定方法または同定装置により,一旦作製した超格子構造FBGの構造同定を行い,全てのサブFBG間の間隙部による反射光波間位相差を求める。
ステップ3
これにより間隙部に照射するUV光照射量を算出して位置トリミングを行い,所望の位相差を有する超格子構造FBGを作成する。
一旦作製した超格子構造FBGの構造のステップ3における微調整は同定した構造を利用してたとえば次のようにして行うことができる。
紫外光照射により位相トリミングを行う場合には,紫外光パルスの照射回数と位相変化量との関係をあらかじめ求めておく。同定した超格子構造FBGの構造と所望の構造との位相差を求め,求めた位相差の変化が得られるように紫外光パルスの照射回数を決定し,この照射回数の紫外光パルスを照射する。
このようにして,上記の作成方法によると,超格子構造FBGにおける多数の間隙部をバッチ処理で位相調整できるため工程が大幅に簡素化されると共に,超格子構造FBG作成系への精度要求も大幅に緩和される等の利点がある。
上記超格子構造FBGの作成方法の有効性を確認するために,第5図に示す構造を有するサブFBG数が8の超格子構造FBGの作成を行った。各サブFBGの設計正規化反射率は[0.10,0.48,1.0,0.62,0.62,1.00,0.48,0.10]である。またFBG#4とFBG#5の間の間隙部のみ反射光波間位相差がπで,それ以外は全て0とした。
第6a図から第6c図に実験結果を示す。第6a図はステップ1において得られた超格子構造FBGの反射スペクトルを示し,第6b図はステップ3の一括位相トリミングを行った後の反射スペクトルを示す。第6c図は所望の反射特性を示すものである。ステップ1で得られた第6a図に示す反射スペクトルは所望の特性とは異なるものになっているにもかかわらず,第6b図に示すステップ3の位相トリミング後の反射スペクトルは,第6c図に示す所望の特性とほぼ一致していることが分かる。このことから,上記の作成方法によって所望の反射特性を持つ超格子構造FBGが簡単に作成できることが確認された。
Claims (4)
- ブラッググレーティングの構造の同定方法であって,
所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生し,前記光を光サーキュレータによってブラッググレーティングに導き,
この光サーキュレータから出力されるブラッググレーティングの反射光の実測スペクトルを光スペクトル分析装置から得,
あらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルと実測スペクトルの比較により,これらの両スペクトルの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定する,
ブラッググレーティングの構造の同定方法。 - 光導波路内に間隙部をあけて複数のサブブラッググレーティングを配置した超格子構造ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造を請求項1に記載の方法により同定し,同定した構造における反射光波間位相差を求め,求めた反射光波間位相差が所望の値となるように上記間隙部の物理定数を調整する,超格子構造ブラッググレーティングの作成方法。
- ブラッググレーティングの構造の同定装置であって,
所定の波長範囲にわたってほぼ強度が一定の光を発生する光源,
上記光源からの光をブラッググレーティングに導き,かつブラッググレーティングの反射光を出力する光サーキュレータ,
前記光サーキュレータから出射する光の実測スペクトルを測定する光スペクトル分析装置,および
あらかじめ作製したフーリエ解析モデルの解析スペクトルのデータと上記光スペクトル分析装置から出力される実測スペクトルのデータとを比較し,両スペクトル・データの差が最小になるようにフーリエ解析モデルのパラメータを特定するパラメータ演算処理手段,
を備えたブラッググレーティングの構造の同定装置。 - 光導波路内に間隙部をあけて複数のサブブラッググレーティングを配置した超格子構造ブラッググレーティングを一旦作成し,この作成した超格子構造ブラッググレーティングの構造を請求項3に記載の装置により同定し,同定した構造における反射光波間位相差を求め,求めた反射光波間位相差が所望の値となるように上記間隙部の物理定数を調整する,超格子構造ブラッググレーティングの作成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007523340A JP4714882B2 (ja) | 2005-07-01 | 2006-02-14 | ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 |
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005194118 | 2005-07-01 | ||
JP2005194118 | 2005-07-01 | ||
JP2005257777 | 2005-09-06 | ||
JP2005257777 | 2005-09-06 | ||
JP2007523340A JP4714882B2 (ja) | 2005-07-01 | 2006-02-14 | ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 |
PCT/JP2006/302909 WO2007004339A1 (ja) | 2005-07-01 | 2006-02-14 | ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2007004339A1 JPWO2007004339A1 (ja) | 2009-01-22 |
JP4714882B2 true JP4714882B2 (ja) | 2011-06-29 |
Family
ID=37604215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007523340A Active JP4714882B2 (ja) | 2005-07-01 | 2006-02-14 | ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4714882B2 (ja) |
WO (1) | WO2007004339A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102829958A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 精确测量光纤光栅反射率的方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6066876B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2017-01-25 | オーエフエス ファイテル,エルエルシー | 表面ナノスケール・アキシャル・フォトニックデバイスを製造する方法 |
CN104536081B (zh) * | 2014-12-03 | 2017-10-31 | 北京神州普惠科技股份有限公司 | 一种制作高精度多波长弱反射率光纤光栅阵列装置及方法 |
EP3650806A1 (en) | 2018-11-08 | 2020-05-13 | Koninklijke Philips N.V. | Optical fiber sensor, optical system and method of optically interrogating an optical fiber sensor |
CN113358239A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-07 | 长春工业大学 | 一种基于fbg的波长特征识别方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001011401A1 (en) * | 1999-08-05 | 2001-02-15 | Daniel Levner | Synthesis of supergratings by fourier methods |
JP2001066442A (ja) * | 1999-06-22 | 2001-03-16 | Mitsubishi Electric Corp | グレーティング加工装置 |
JP2002519709A (ja) * | 1998-06-22 | 2002-07-02 | ザ・ユニバーシティ・オブ・シドニー | 改良されたグレーティング記入システム |
JP2003014585A (ja) * | 2001-06-07 | 2003-01-15 | Agilent Technol Inc | 光デバイスの特性の判定 |
JP2003035630A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光学素子、その評価装置、評価方法および製造方法 |
JP2003528326A (ja) * | 2000-03-23 | 2003-09-24 | ディフェンス・サイエンス・アンド・テクノロジー・オーガニゼイション | ファイバブラッグ格子中の色分散を評価する方法および装置 |
-
2006
- 2006-02-14 JP JP2007523340A patent/JP4714882B2/ja active Active
- 2006-02-14 WO PCT/JP2006/302909 patent/WO2007004339A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002519709A (ja) * | 1998-06-22 | 2002-07-02 | ザ・ユニバーシティ・オブ・シドニー | 改良されたグレーティング記入システム |
JP2001066442A (ja) * | 1999-06-22 | 2001-03-16 | Mitsubishi Electric Corp | グレーティング加工装置 |
WO2001011401A1 (en) * | 1999-08-05 | 2001-02-15 | Daniel Levner | Synthesis of supergratings by fourier methods |
US6415081B1 (en) * | 1999-08-05 | 2002-07-02 | Daniel Levner | Synthesis of supergratings by fourier methods |
JP2003528326A (ja) * | 2000-03-23 | 2003-09-24 | ディフェンス・サイエンス・アンド・テクノロジー・オーガニゼイション | ファイバブラッグ格子中の色分散を評価する方法および装置 |
JP2003014585A (ja) * | 2001-06-07 | 2003-01-15 | Agilent Technol Inc | 光デバイスの特性の判定 |
JP2003035630A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光学素子、その評価装置、評価方法および製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102829958A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-12-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 精确测量光纤光栅反射率的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007004339A1 (ja) | 2007-01-11 |
JPWO2007004339A1 (ja) | 2009-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5388173A (en) | Method and apparatus for forming aperiodic gratings in optical fibers | |
US6753118B2 (en) | Optical grating fabrication process | |
JP4714882B2 (ja) | ブラッググレーティングの構造の同定方法および装置ならびにその作成方法 | |
US5956442A (en) | Bragg reflection gratings in optical fibres | |
KR100334799B1 (ko) | 광섬유격자 제작 장치 및 방법 | |
US6591039B2 (en) | Method and equipment for writing a Bragg grating in a waveguide | |
CA2420521A1 (en) | Improved phase mask and method for fabrication of fbgs | |
US5708739A (en) | Method and apparatus for photobleaching patterns in irradiated optical waveguides | |
US6553163B2 (en) | Method and apparatus for writing a Bragg grating in a waveguide | |
US8023179B2 (en) | Enhanced continuum generation in nonlinear bulk optic materials | |
Konnov et al. | Inscription of superimposed tilted fiber Bragg gratings | |
US6519389B1 (en) | Method of making diffraction grating device, diffraction grating device, and apparatus for making the same | |
CN108919427B (zh) | 基于电极放电和石墨烯涂覆光纤光栅的波长开关*** | |
Osuch et al. | Quasi-uniform fiber Bragg gratings | |
Lefebvre et al. | Automated manufacturing of fiber Bragg grating arrays | |
JP7113799B2 (ja) | 組み立て済みレーザーモジュール内にファイバブラッググレーティングを形成する方法 | |
Novikova et al. | Experimental investigation and simulation of phase-shifted fiber Bragg gratings | |
EP1139123A1 (en) | Method and apparatus for writing a Bragg grating in a waveguide | |
JP4543128B2 (ja) | 光導波路ブラッググレーティングの製造方法および製造装置 | |
Abdullina et al. | Smoothing of the spectrum of fibre Bragg gratings in the Lloyd-interferometer recording scheme | |
EP1207410A1 (en) | Method and equipment for writing a bragg grating in a waveguide | |
Kalizhanova et al. | Development of mathematical and computer models of fiber-optic sensors, based on periodic Bragg structures | |
JP2006099011A5 (ja) | ||
JP3941168B2 (ja) | 光導波路型グレーティングの作製方法 | |
Voloshina et al. | Inscription study of superimposed chirped fiber Bragg gratings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110113 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110301 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |