JP2000180299A - Reflection center wavelength measuring method of fiber grating element using disc type variable wavelength filter and measuring device using it - Google Patents

Reflection center wavelength measuring method of fiber grating element using disc type variable wavelength filter and measuring device using it

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JP2000180299A
JP2000180299A JP10354121A JP35412198A JP2000180299A JP 2000180299 A JP2000180299 A JP 2000180299A JP 10354121 A JP10354121 A JP 10354121A JP 35412198 A JP35412198 A JP 35412198A JP 2000180299 A JP2000180299 A JP 2000180299A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measuring accuracy and likelihood by using a disc type variable wavelength filter DTF, admitting Bragg's reflecting light from a fiber grating element FBG, and detecting an anticipated angle based on the intensity of the transmitting light and a fixed mark for computation processing. SOLUTION: The light of the spontaneous emission light ASE light source 1 of an erbium dope fiber amplifier passes through ten pieces of FBG (3-1)-(3-10) of different wavelength in the reflection center, light comformed to Bragg's wavelength of FBG is reflected and passed through DTF 6, and the intesity of the light is detected by a light receiver 12. The DTF 6 is constantly rotated, the detected signal of an angular position detecting mark is synchronized with the transmitter of a control circuit 10, and the anticipated angle of the DTF 6 is detected. A computer 13 decides transmitting wavelength by the detected anticipated angle and the temperature from a temperature sensor 14. From information of the wavelength and the intensity of the obtained reflecting light in this way, the computer 13 computes the number of FBG connected with wavelength of maximum intensity, and decides the wavelength of the reflection center of the FBG.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、1個又は複数個の
ファイバグレーティング(以下FBGと略す)素子の反
射中心波長の測定を広帯域、高精度、高確度、高速に行
うための測定方法及び測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring method and a measuring method for measuring a reflection center wavelength of one or a plurality of fiber grating (hereinafter abbreviated as FBG) elements in a wide band, with high accuracy, high accuracy and high speed. It concerns the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のFBGの反射中心波長の測定シス
テムでは、エッジフィルタや、ピエゾ素子駆動による掃
引型の波長可変エタロンフィルタや、ピエゾ素子駆動に
よるFBGを用いた波長可変フィルタや、角度調整型の
誘電体多層膜や、干渉計を用いたシステム等で波長の弁
別を行う。
2. Description of the Related Art Conventional FBG reflection center wavelength measuring systems include an edge filter, a sweep type wavelength variable etalon filter driven by a piezo element, a wavelength variable filter using an FBG driven by a piezo element, and an angle adjustment type. Discrimination of wavelength is performed by a dielectric multilayer film or a system using an interferometer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これらのFBGの反射
中心波長測定システムでは、それぞれの波長弁別方法に
より以下にあげる問題点がある。エッジフィルタによる
波長の弁別では、機械的な動作部がないため高速な測定
が可能だが測定レンジと測定精度が反比例しているた
め、測定レンジの広帯域化と測定精度の高精度化が両立
しない。ピエゾ素子駆動による掃引型の波長可変エタロ
ンフィルタによる波長の弁別では、測定レンジは広いが
測定精度を向上させるのは、エタロンフィルタのフィネ
スを向上させなければならないため困難である。ピエゾ
素子駆動によるFBGを用いた波長可変フィルタによる
波長の弁別では、高測定精度、高測定確度を実現できる
がFBGを用いた波長可変フィルタの波長可変幅が狭い
ため測定レンジが狭い。角度調整型の誘電体多層膜によ
る波長の弁別では、偏波依存損失により適用帯域に制限
がある。干渉計による波長の弁別では高精度、高確度の
測定を短時間で行えるが測定構成が複雑であり、また長
い光路長を必要とするため小型化が困難である。これら
の測定方法はいずれも一長一短であり、高精度、高確
度、高速測定、小型化の全ての条件を満たした測定の実
現は困難である。そこで本発明ではFBGの中心波長測
定方法の広帯域化、測定精度の向上、測定確度の向上及
び測定時間の短縮を課題としている。
These FBG reflection center wavelength measuring systems have the following problems depending on the wavelength discrimination method. In the wavelength discrimination by the edge filter, high-speed measurement is possible because there is no mechanical operation part. However, since the measurement range and the measurement accuracy are inversely proportional, it is not compatible with a wide measurement range and a high measurement accuracy. In the wavelength discrimination using a sweep-type variable wavelength etalon filter driven by a piezo element, it is difficult to improve the measurement accuracy although the measurement range is wide because the finesse of the etalon filter must be improved. In wavelength discrimination by a wavelength variable filter using an FBG driven by a piezo element, high measurement accuracy and high measurement accuracy can be realized, but the measurement range is narrow because the wavelength variable width of the wavelength variable filter using the FBG is narrow. In the wavelength discrimination by the angle-adjusting dielectric multilayer film, there is a limitation in an applicable band due to a polarization dependent loss. In wavelength discrimination by an interferometer, high-accuracy and high-accuracy measurement can be performed in a short time, but the measurement configuration is complicated, and a long optical path length is required, so that miniaturization is difficult. Each of these measurement methods has advantages and disadvantages, and it is difficult to realize a measurement that satisfies all the conditions of high accuracy, high accuracy, high speed measurement, and miniaturization. Therefore, an object of the present invention is to broaden the center wavelength measurement method of the FBG, improve the measurement accuracy, improve the measurement accuracy, and shorten the measurement time.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題を
解決するためになされたものであって、FBGの反射中
心波長測定における波長の弁別を従来の方法ではなく、
ディスク型波長可変フィルタ(以下DTFと略す)によ
り波長の弁別を広測定範囲、高測定精度、高測定確度、
高速に行うことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and the present invention is not intended to use the conventional method for discriminating the wavelength in the measurement of the reflection center wavelength of the FBG.
Disc type wavelength tunable filter (hereinafter abbreviated as DTF) enables wavelength discrimination over a wide measurement range, high measurement accuracy, high measurement accuracy,
It is characterized by performing at high speed.

【0005】請求項1の発明は、1個以上のFBG素子
に広帯域光源からの光を入射する工程と、該1個以上の
FBG素子で所定の波長の光をブラッグ反射させる工程
と、特定の波長の光のみ透過させるフィルタの働きを有
し、角度位置検出用のマークを具備し、該角度位置検出
用のマークを基準とする見込角により透過光の波長が変
化するDTFに、該DTFを回転させながら、該1個以
上のFBG素子からの反射光または透過光を入射する工
程と、該見込角を検出する工程と、該DTFを透過した
光を受光素子で受光する工程と、該受光素子で受光され
た反射光または透過光の情報を検出された該見込角と対
応づけて演算処理する工程とを有することを特徴とする
DTFを用いたFBG素子の反射中心波長測定方法であ
る。
According to a first aspect of the present invention, a step of causing light from a broadband light source to enter at least one FBG element, a step of Bragg-reflecting light of a predetermined wavelength by the at least one FBG element, and It has a function of a filter that transmits only light of a wavelength, and has a mark for detecting an angular position, and the DTF is changed to a DTF in which the wavelength of transmitted light changes according to an expected angle with respect to the mark for detecting the angular position. Rotating the reflected light or transmitted light from the one or more FBG elements while rotating, detecting the expected angle, receiving the light transmitted through the DTF by a light receiving element, A step of calculating information on reflected light or transmitted light received by the element in association with the detected expected angle, and measuring the reflection center wavelength of the FBG element using the DTF.

【0006】請求項2の発明は、上記演算処理する工程
で、DTFの熱膨張補正を行うことを特徴とするもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, the thermal expansion correction of the DTF is performed in the operation processing step.

【0007】請求項3の発明は、複数のFBG素子が、
光スイッチにより選択制御され、時系列的にそれぞれの
FBG素子の反射中心波長が測定されることを特徴とす
るものである。
According to a third aspect of the present invention, the plurality of FBG elements include:
The optical switch is selectively controlled, and the reflection center wavelength of each FBG element is measured in time series.

【0008】請求項4の発明は、ファイバグレーティン
グ素子を含む複数の光学系が、広帯域光源から分岐され
たスターカプラの他端にそれぞれ接続され、複数のFB
G素子からの反射光又は透過光が、それぞれ個別の受光
素子により検出され、並列演算処理が行われることを特
徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of optical systems including a fiber grating element are connected to the other end of a star coupler branched from a broadband light source, respectively.
The reflected light or the transmitted light from the G element is detected by each individual light receiving element, and parallel processing is performed.

【0009】請求項5の発明は、見込角検出工程が、磁
気ヘッドを用いて行われることを特徴とするものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, the expected angle detecting step is performed using a magnetic head.

【0010】請求項6の発明は、見込角検出工程が、光
ピックアップを用いて行われることを特徴とするもので
ある。
According to a sixth aspect of the present invention, the expected angle detecting step is performed using an optical pickup.

【0011】請求項7の発明は、広帯域光源と該広帯域
光源から入射される光のうち、所定の波長の光をブラッ
グ反射する1個以上のFBG素子と、該1個以上のFB
G素子からの反射光または透過光から入射される光のう
ち、特定の波長の光のみ透過させるフィルタの働きを有
し、角度位置検出用のマークを具備し、該角度位置検出
用のマークを基準とする見込角により透過光の波長が変
化するDTFと、該DTFを回転させる回転機構と、該
DTFの回転制御機構と、該DTFの該見込角を検出す
る角度位置検出機構と、該DTFを透過した光を受光す
る受光素子と、該受光素子の受光情報を該角度位置検出
機構の検出情報と対応づけて演算処理する演算部とを具
備することを特徴とするDTFを用いたFBG素子の反
射中心波長測定装置である。請求項1の方法を用いた装
置の発明である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a broadband light source, one or more FBG elements for Bragg-reflecting light of a predetermined wavelength among the light incident from the broadband light source, and the one or more FB devices.
Among the light incident from the reflected light or transmitted light from the G element, the filter has a function of transmitting only light of a specific wavelength, and includes a mark for detecting an angular position. A DTF in which the wavelength of transmitted light changes according to a reference expected angle, a rotation mechanism for rotating the DTF, a rotation control mechanism for the DTF, an angular position detection mechanism for detecting the expected angle of the DTF, and the DTF An FBG element using a DTF, comprising: a light receiving element that receives light transmitted through the light receiving element; and an arithmetic unit that performs arithmetic processing by associating light receiving information of the light receiving element with detection information of the angular position detecting mechanism. Is a reflection center wavelength measuring device. It is an invention of an apparatus using the method of claim 1.

【0012】本発明によるFBGの中心波長の測定系
は、広帯域光源と、FBGを含む光学系とFBGから反
射または透過する光の中心波長を弁別するための角度位
置検出用のマークを具備するDTFと、弁別した光を受
光する受光素子と、光源とFBG及びDTFを接続する
ためのファイバカプラとコリメータレンズ系と、DTF
を回転させるためのモータと、モータを制御する制御器
と、DTFのマークを基準とする角度(以下見込角と略
す)を検出する角度位置検出素子と、温度センサと、D
TFの見込角の信号と受光素子からの光の強度信号によ
りFBGの反射中心波長等を算出する演算器とで構成し
たものである。
A system for measuring the center wavelength of an FBG according to the present invention is a DTF having a broadband light source, an optical system including the FBG, and a mark for detecting an angular position for discriminating the center wavelength of light reflected or transmitted from the FBG. A light receiving element for receiving the discriminated light, a fiber coupler and a collimator lens system for connecting the light source to the FBG and the DTF, and a DTF.
A motor for rotating the motor, a controller for controlling the motor, an angle position detecting element for detecting an angle (hereinafter abbreviated as an expected angle) with reference to a DTF mark, a temperature sensor,
An arithmetic unit for calculating a reflection center wavelength of the FBG and the like based on a signal of an expected angle of the TF and an intensity signal of light from the light receiving element.

【0013】DTFは見込角に対してリニアで連続的に
透過中心波長が広帯域に渡り変化する構造になっており
容易に測定波長の広帯域化を可能としている。DTFは
モータにより一定回転数で回転している。またDTF上
のマークを角度位置検出素子により検出し、モータの制
御器に同期させて回転させることによりDTFの見込角
を一回転毎に高精度に検出し高精度な波長の弁別を行
う。また予め温度と気圧をパラメータに絶対波長基準を
用いて見込角と透過波長を対応させて演算器に記憶させ
ておくことにより、外部の基準光源等を用いずに容易な
測定系の構成で高確度な波長弁別を行う。またDTFの
回転速度を上げるだけで容易に測定時間を短縮すること
ができる。以上のような手段により、FBGの反射中心
波長の測定を広測定範囲、高測定精度、高測定確度、高
速に行うことを実現する。
The DTF has a structure in which the transmission center wavelength changes linearly with respect to the expected angle and continuously changes over a wide band, so that the measurement wavelength can be broadened easily. The DTF is rotated at a constant speed by a motor. Further, a mark on the DTF is detected by an angular position detecting element, and by rotating the motor in synchronization with a controller of the motor, an expected angle of the DTF is detected with high accuracy for each rotation, and highly accurate wavelength discrimination is performed. In addition, by storing in an arithmetic unit in advance the correspondence between the expected angle and the transmission wavelength using the absolute wavelength reference with temperature and atmospheric pressure as parameters, a simple measurement system configuration without using an external reference light source or the like is achieved. Perform accurate wavelength discrimination. Further, the measurement time can be easily reduced only by increasing the rotation speed of the DTF. By the means as described above, the measurement of the reflection center wavelength of the FBG is realized in a wide measurement range, high measurement accuracy, high measurement accuracy, and high speed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【実施例1】図1は本発明の第1の実施例を説明する図
であって、本発明による高精度な歪みの測定方法を示
す。本歪み測定系は発振波長が1530nmから163
0nmまでのエルビウムドープファイバアンプの自然放
出光(以下ASEと略す)光源1、ファイバカプラ2、
FBG3−1〜3−10、コリメートレンズ4、4’、
ミラー5、5’、DTF6、スピンドル7、DCサーボ
モータ8、フォトカプラからなる角度位置検出素子9、
位相同期ループによる制御回路10、シングルモード光
ファイバ11、フォトダイオードからなる受光素子1
2、マイクロコンピュータからなる演算器13、赤外線
放射温度計からなる温度センサ14から構成される。
Embodiment 1 FIG. 1 is a view for explaining a first embodiment of the present invention, and shows a method for measuring distortion with high accuracy according to the present invention. This strain measurement system has an oscillation wavelength from 1530 nm to 163
A spontaneous emission (hereinafter abbreviated as ASE) light source 1 of an erbium-doped fiber amplifier up to 0 nm, a fiber coupler 2,
FBG3-1 to 3-10, collimating lenses 4, 4 ',
Mirror 5, 5 ', DTF 6, spindle 7, DC servo motor 8, angular position detecting element 9 composed of photocoupler,
Control circuit 10 by phase locked loop, single mode optical fiber 11, light receiving element 1 composed of photodiode
2. It comprises an arithmetic unit 13 composed of a microcomputer and a temperature sensor 14 composed of an infrared radiation thermometer.

【0015】本実施例では光源1としてASE光源の例
を説明するが、光源としては広帯域のLED(ライトエ
ミッションダイオード)又はスーパルミネッセンスダイ
オード等の広帯域光源でも、本実施例と同様な効果が得
られる。また角度位置検出素子9としてはフォトカプラ
に限るものではなく、磁気ディスクで用いられている公
知の磁気ヘッドを用いることができる。磁気ヘッドは非
接触で高精度な角度位置検出を行うことができる。同様
にコンパクトディスクで用いられている公知の光ピック
アップを用いることにより非接触でさらに高い精度で角
度位置検出を行うことができる。また演算器13として
はマイクロコンピュータだけではなくパーソナルコンピ
ュータを用いることもできる。また温度センサ14とし
ては、赤外線放射温度計からなる温度センサに限るもの
ではなく、サーミスタや熱電対等公知のものを使用する
ことができる。
In this embodiment, an example of an ASE light source will be described as the light source 1. However, the same effect as in this embodiment can be obtained by using a broadband light source such as a broadband LED (light emission diode) or a superluminescent diode as the light source. . Further, the angle position detecting element 9 is not limited to a photocoupler, and a known magnetic head used for a magnetic disk can be used. The magnetic head can perform highly accurate angular position detection without contact. Similarly, by using a known optical pickup used for a compact disc, it is possible to perform angular position detection with higher accuracy without contact. Further, as the arithmetic unit 13, not only a microcomputer but also a personal computer can be used. Further, the temperature sensor 14 is not limited to a temperature sensor including an infrared radiation thermometer, but may be a known sensor such as a thermistor or a thermocouple.

【0016】図2はDTF7の構造を示す図である。D
TF7はガラス基板15上に高反射膜16、見込角によ
り膜厚が変化する誘電体多層膜17、高反射膜16’を
堆積することにより構成されている。またガラス基板裏
には反射防止膜18が施されている。また基板上面には
高精度に角度位置検出用マーク19が描画されている。
波長可変幅は1530nmから1630nmの100n
mである。また半値幅は約0.8nmである。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of DTF7. D
The TF 7 is formed by depositing a high-reflection film 16, a dielectric multilayer film 17 whose film thickness changes according to an expected angle, and a high-reflection film 16 'on a glass substrate 15. An antireflection film 18 is provided on the back of the glass substrate. An angle position detection mark 19 is drawn on the upper surface of the substrate with high accuracy.
Wavelength variable width is 100n from 1530nm to 1630nm
m. The half width is about 0.8 nm.

【0017】ASE光源1から出射した光はファイバカ
プラ2を通り、各々反射中心波長が1530nmから1
630nmの間で異なる10個のFBG3−1〜3−1
0を通過する。各FBG3−1〜3−10を通過すると
きに、各FBG3−1〜3−10のブラッグ波長と一致
する光は反射され、再びファイバカプラ2を通過しコリ
メートレンズ4から平行光として出射され、ミラー5に
より光の方向を90度変えられ、DTF6を通過し、ミ
ラー5’により光の方向を90度変えられ、再びコリメ
ートレンズ4’に入射しシングルモード光ファイバ11
を通過し受光器12により光の強度が検出される。DT
F6はスピンドル7に固定されていてDCサーボモータ
8により6000rpm以上の回転数で一定回転させ
た。DTF6上の高精度に描画された角度位置検出用の
マーク19をフォトカプラによる角度位置検出素子9で
検出してロータリーエンコード信号を得、その信号を位
相同期ループによる制御回路10の内部の発信器に同期
させDCサーボモータ8を回転させることにより時間軸
上でのDTF6の見込角を一回転毎に精密に検出する方
法を用いた。
Light emitted from the ASE light source 1 passes through the fiber coupler 2 and has a reflection center wavelength of 1530 nm to 1
10 FBGs 3-1 to 3-1 differing between 630 nm
Pass through zero. When passing through each of the FBGs 3-1 to 3-10, light matching the Bragg wavelength of each of the FBGs 3-1 to 3-10 is reflected, passes through the fiber coupler 2 again, and is emitted from the collimating lens 4 as parallel light, The direction of light is changed by 90 degrees by the mirror 5, passes through the DTF 6, changes the direction of light by 90 degrees by the mirror 5 ′, enters the collimating lens 4 ′ again, and enters the single mode optical fiber 11.
And the light intensity is detected by the light receiver 12. DT
F6 is fixed to the spindle 7 and is rotated at a constant rotation speed of 6000 rpm or more by the DC servo motor 8. A rotary encoding signal is obtained by detecting an angular position detecting mark 19 drawn on the DTF 6 with high accuracy by an angular position detecting element 9 using a photocoupler, and the signal is transmitted to a transmitter inside a control circuit 10 by a phase locked loop. A method is used in which the expected angle of the DTF 6 on the time axis is precisely detected every rotation by rotating the DC servo motor 8 in synchronization with.

【0018】DTF6の近傍には赤外線放射温度計から
なる温度センサ14を配置しDTF6の温度を測定し
た。DTF6はマーク位置からの見込角に対して予め温
度をパラメータとして絶対波長基準を用いて、見込角と
透過絶対波長を対応させて演算器13に記憶させてい
る。そのため検出した見込角と温度センサ14からの温
度信号によりそのときの透過波長を決定した。これによ
り演算器がDTF6の熱膨張補正を行うことができる。
一方、位相同期ループによる制御回路10の発信器に同
期させてフォトダイオード12により検出された光の強
度をマイクロコンピュータによる演算器13に取り込む
ことにより反射光の波長と強度の情報を取得した。演算
器13に取り込んだ反射光の波長と強度の情報から強度
が最大の波長を接続したFBG3−1〜3−10の個数
分算出することによりFBG3−1〜3−10の反射中
心波長を決定した。以上に上げた測定方法により、FB
G3−1〜3−10の反射中心波長の測定を約100n
mの測定範囲、1pm以下の精度、±3pm以下の確
度、100Hz以上の測定速度で実現した。
A temperature sensor 14 composed of an infrared radiation thermometer was arranged near the DTF 6, and the temperature of the DTF 6 was measured. The DTF 6 is stored in the arithmetic unit 13 in association with the expected angle and the transmission absolute wavelength using the absolute wavelength reference with the temperature as a parameter in advance for the expected angle from the mark position. Therefore, the transmission wavelength at that time is determined based on the detected expected angle and the temperature signal from the temperature sensor 14. As a result, the arithmetic unit can correct the thermal expansion of the DTF 6.
On the other hand, the intensity of the light detected by the photodiode 12 was taken into the arithmetic unit 13 by the microcomputer in synchronization with the oscillator of the control circuit 10 by the phase-locked loop, thereby obtaining the information on the wavelength and the intensity of the reflected light. The reflection center wavelengths of the FBGs 3-1 to 3-10 are determined by calculating the number of the FBGs 3-1 to 3-10 connected to the wavelengths having the maximum intensity from the information on the wavelength and the intensity of the reflected light taken into the arithmetic unit 13. did. By the above measurement method, FB
Measurement of the reflection center wavelength of G3-1 to 3-10 is about 100n.
It was realized with a measurement range of m, an accuracy of 1 pm or less, an accuracy of ± 3 pm or less, and a measurement speed of 100 Hz or more.

【0019】FBGはファイバのコア部の屈折率が、フ
ァイバの長手方向に周期的に変化している。ブラッグ波
長と呼ばれるグレーティングの周期に比例した所定の波
長のみが、FBGで反射される。このことにより、FB
Gにグレーティングの周期を変化させる歪み、温度等の
外力を与えるとブラッグ波長が変化する。
In the FBG, the refractive index of the fiber core changes periodically in the longitudinal direction of the fiber. Only a predetermined wavelength, called the Bragg wavelength, which is proportional to the period of the grating, is reflected by the FBG. This allows FB
When an external force such as a strain or a temperature that changes the period of the grating is applied to G, the Bragg wavelength changes.

【0020】ここで、ブラッグ波長を変化させる外力と
して歪みをFBGに与えたとすると、上記の測定系で高
精度な歪み測定が可能となる。上記の測定系において、
FBGに歪みを加えるとFBGのグレーティングの周期
が変化しブラッグ波長も変化し、それに比例して検出さ
れる反射中心波長が変化する。この波長の変化量より、
与えられた歪みを演算器13により算出測定した。1.
2pmの波長の変化量は1μストレインの歪みの変化量
に対応するので上記に示した測定構成では、±3μスト
レイン以下の確度で1μストレイン以下の精度の歪み測
定を100Hz以上の測定速度で実現する。また弁別可
能な波長の範囲が広帯域なことから反射中心波長が異な
る複数個のFBGを直列接続することが可能であり、こ
れにより多点における歪みの測定を実現する。
Here, assuming that a strain is applied to the FBG as an external force that changes the Bragg wavelength, a highly accurate strain measurement can be performed by the above-described measurement system. In the above measurement system,
When distortion is applied to the FBG, the period of the grating of the FBG changes, the Bragg wavelength also changes, and the detected reflection center wavelength changes in proportion thereto. From this wavelength change,
The applied distortion was calculated and measured by the calculator 13. 1.
Since the amount of change in the wavelength of 2 pm corresponds to the amount of change in the strain of 1 μ strain, the above-described measurement configuration realizes the strain measurement with an accuracy of ± 3 μ strain or less and an accuracy of 1 μ strain or less at a measurement speed of 100 Hz or more. . Further, since the range of wavelengths that can be distinguished is wide, a plurality of FBGs having different reflection center wavelengths can be connected in series, thereby realizing distortion measurement at multiple points.

【0021】本実施例ではDTF6の校正を温度のみで
行ったが、さらに気圧センサを用い測定確度を向上させ
ることもできる。そのときには温度だけでなく気圧もパ
ラメータとして絶対波長基準を用いて見込角と透過絶対
波長を対応させて演算器に記憶させる。
In this embodiment, the calibration of the DTF 6 is performed only with the temperature, but the accuracy of measurement can be further improved by using a pressure sensor. At that time, not only the temperature but also the atmospheric pressure are stored in the computing unit in correspondence with the expected angle and the transmission absolute wavelength using the absolute wavelength reference as a parameter.

【0022】[0022]

【実施例2】図3は本発明の第2の実施例を説明する図
であって、光スイッチを用いてFBG3を並列接続した
測定方法を示す図である。図1と同様の構成部分には同
一の符号を用いた(以下の実施例に対して同様であ
る)。ASE光源1から出射した光はファイバカプラ2
を通り光スイッチ20を通る。光スイッチ20には8本
の出力ファイバがあり各ファイバには一個又は複数個の
FBG3−1〜3−8が接続されている。DTF6の一
回転と同期させて光スイッチ20を切り替えることによ
り時系列的に各出力ファイバに接続されたFBG3−1
〜3−8の反射中心波長を測定する。上記の様な測定構
成により、同じ光スイッチ20に連なるが、異なる出力
ファイバ間で同じ反射中心波長のFBGが使えるため光
源及びDTF6の波長の帯域を広げずに測定可能なFB
Gの本数を増やすことが可能である。しかしこの構成で
は、光スイッチ20の切り替え速度に同期させ測定を行
うため測定速度が光スイッチの出力ファイバの本数に逆
比例して低下する。従って測定速度を必要としないが大
量のFBGを測定に用いるのに有用な測定系である。本
実施例では切り替え時間が10msの1×8の光スイッ
チを使用した。このことにより測定速度は約10Hzで
あった。
Embodiment 2 FIG. 3 is a view for explaining a second embodiment of the present invention, and is a view showing a measuring method in which FBGs 3 are connected in parallel using an optical switch. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (the same applies to the following embodiments). The light emitted from the ASE light source 1 is a fiber coupler 2
Through the optical switch 20. The optical switch 20 has eight output fibers, and one or a plurality of FBGs 3-1 to 3-8 are connected to each fiber. The FBG 3-1 connected to each output fiber in time series by switching the optical switch 20 in synchronization with one rotation of the DTF 6
The reflection center wavelength of 3-8 is measured. With the above-described measurement configuration, the FB can be connected to the same optical switch 20 but can be measured without expanding the wavelength band of the light source and the DTF 6 because the FBG having the same reflection center wavelength can be used between different output fibers.
It is possible to increase the number of G. However, in this configuration, since the measurement is performed in synchronization with the switching speed of the optical switch 20, the measurement speed decreases in inverse proportion to the number of output fibers of the optical switch. Therefore, it is a measurement system that does not require measurement speed but is useful for using a large amount of FBG for measurement. In this embodiment, a 1 × 8 optical switch having a switching time of 10 ms was used. This resulted in a measurement speed of about 10 Hz.

【0023】[0023]

【実施例3】図4は本発明の第3の実施例を説明する図
であって、光学系を複数組用意することによりFBGを
並列接続した測定方法を示す図である。ASE光源1か
ら出射した光を1×8のスターカプラ21により8分割
し、ファイバカプラ2−1、2−2・・・、FBG3−
1、3−2・・・、コリメートレンズ4−1、4−2・
・・、4’−1、4’−2・・・、ミラー5−1、5−
2・・・、5’−1、5’−2・・・、光ファイバ11
−1、11−2・・・、受光素子12−1、12−2・
・・、からなる8組の光学系に入射させる。8個の光学
系はDTF6の円周上に設置しDTF6を共有してい
る。また演算器13はそれぞれの光学系について並列演
算処理を行うことができる。それぞれの光学系は独立な
ため、光学系を設置できる限り、測定時間を増加させる
ことなくFBGの本数を増やすことができる。
Embodiment 3 FIG. 4 is a view for explaining a third embodiment of the present invention, and is a view showing a measuring method in which FBGs are connected in parallel by preparing a plurality of sets of optical systems. The light emitted from the ASE light source 1 is divided into eight by a 1 × 8 star coupler 21, and fiber couplers 2-1, 2-2.
1, 3, 2 ..., collimating lens 4-1, 4-2
.., 4'-1, 4'-2 ..., mirrors 5-1 and 5-
2 ..., 5'-1, 5'-2 ..., optical fiber 11
-1, 11-2..., Light receiving elements 12-1, 12-2.
・ ・ Inject the light into 8 sets of optical systems consisting of The eight optical systems are installed on the circumference of the DTF 6 and share the DTF 6. The arithmetic unit 13 can perform parallel arithmetic processing on each optical system. Since each optical system is independent, the number of FBGs can be increased without increasing the measurement time as long as the optical system can be installed.

【0024】また上記の測定系を各光学系毎に別の測定
系として用いると考えたときにはDTF6を複数の測定
系で共有することにより、1測定系当たりのコストを押
さえることができる。
When it is considered that the above-mentioned measuring system is used as another measuring system for each optical system, the cost per measuring system can be reduced by sharing the DTF 6 among a plurality of measuring systems.

【0025】[0025]

【実施例4】図5は本発明の第4の実施例を説明する図
であって、受光光学系を簡略化することにより測定系を
小型化した測定方法を示す図である。ASE光源1から
出射した光はファイバカプラ2を通りFBG3−1〜3
−10を通過する。FBG3−1〜3−10を通過する
ときに、FBG3−1〜3−10のブラッグ波長と一致
する光は反射され、再びファイバカプラ2を通過しコリ
メートレンズ4から平行光として出射されDTF6を通
過し、DTF6の直下にある受光器12により光の強度
が検出される。上記の測定系により受光素子側のミラ
ー、コリメートレンズ、光ファイバを省略することがで
き小型化できると共に測定系の経済化をはかることがで
きる。
Embodiment 4 FIG. 5 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention, and is a diagram showing a measuring method in which the measuring system is downsized by simplifying the light receiving optical system. Light emitted from the ASE light source 1 passes through the fiber coupler 2 and FBGs 3-1 to 3
Pass through -10. When passing through the FBGs 3-1 to 3-10, light that matches the Bragg wavelength of the FBGs 3-1 to 3-10 is reflected, passes through the fiber coupler 2 again, is emitted from the collimator lens 4 as parallel light, and passes through the DTF 6. Then, the light intensity is detected by the light receiver 12 immediately below the DTF 6. With the above measuring system, the mirror, collimating lens and optical fiber on the light receiving element side can be omitted, the size can be reduced, and the measuring system can be made more economical.

【0026】[0026]

【実施例5】図6は本発明の第5の実施例を説明する図
であって、FBGの透過光から反射中心波長を測定する
ことにより測定系を簡易に構成する方法を示す図であ
る。ASE光源1から出射した光はFBG3−1〜3−
10を通過する。FBG3−1〜3−10を通過すると
きに、FBG3−1〜3−10のブラッグ波長と一致す
る光以外は透過しファイバカプラ2を通過しコリメート
レンズ4から平行光として出射され、ミラー5により光
の方向を90度変えられ、DTF6を通過し、ミラー
5’により光の方向を90度変えられ、再びコリメート
レンズ4’に入射し光ファイバ11を通過し受光器12
により光の強度が検出される。この透過光をDTF6に
より弁別し演算器13により強度が最小の波長を算出し
FBG3−1〜3−10の反射中心波長を決定する。上
記のような方法で測定することにより、コストを押さえ
小型で高精度なFBGの反射中心波長の測定を実現でき
る。
[Embodiment 5] FIG. 6 is a view for explaining a fifth embodiment of the present invention, and is a view showing a method of simply configuring a measurement system by measuring a reflection center wavelength from transmitted light of an FBG. . The light emitted from the ASE light source 1 is FBG3-1 to 3-
Pass 10 When passing through the FBGs 3-1 to 3-10, light other than light that matches the Bragg wavelength of the FBGs 3-1 to 3-10 is transmitted, passes through the fiber coupler 2, is emitted from the collimating lens 4 as parallel light, and is reflected by the mirror 5. The direction of the light is changed by 90 degrees, passes through the DTF 6, is changed by 90 degrees by the mirror 5 ', enters the collimating lens 4' again, passes through the optical fiber 11, passes through the optical receiver 12,
Detects the light intensity. The transmitted light is discriminated by the DTF 6, the wavelength having the minimum intensity is calculated by the calculator 13, and the reflection center wavelength of the FBGs 3-1 to 3-10 is determined. By performing the measurement using the method described above, it is possible to reduce the cost and to measure the FBG reflection center wavelength with small size and high accuracy.

【0027】[0027]

【実施例6】図7は本発明の第6の実施例を説明する図
であって、本発明を落石管理システムに応用した構成を
示す。歪み量の測定原理は実施例1と同様である。FB
G3を落石ワイヤネット22のワイヤーロープの表面に
取り付け歪みセンサとして用いている。ワイヤーロープ
は落石のおそれのある岩盤等に落石防止のため張り付け
られる。岩盤が崩れそうになると、ワイヤーロープに歪
みが加わり、ワイヤーロープの表面に取り付けられてい
るFBG3にも歪み加わる。その結果、FBG3のブラ
ッグ波長が変化し検出される反射波長も変化する。この
変化量より落石ワイヤネット22に加わった歪みの変化
量を検出することが可能となる。この歪みが予測される
岩盤の崩壊のしきい値を越えそうかどうかを演算器13
により監視させることにより、落石の安全管理を行う。
Sixth Embodiment FIG. 7 is a diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention, and shows a configuration in which the present invention is applied to a rockfall management system. The principle of measuring the amount of distortion is the same as in the first embodiment. FB
G3 is attached to the surface of the wire rope of the falling rock wire net 22 and used as a strain sensor. The wire rope is attached to rocks where rocks may fall to prevent rocks from falling. When the bedrock is about to collapse, the wire rope is distorted, and the FBG 3 attached to the surface of the wire rope is also distorted. As a result, the Bragg wavelength of the FBG 3 changes, and the detected reflection wavelength also changes. The amount of change in the strain applied to the falling rock wire net 22 can be detected from the amount of change. The arithmetic unit 13 determines whether this distortion is likely to exceed the predicted rock collapse threshold.
To monitor the falling rocks.

【0028】FBGは歪みだけでなく温度変化に対して
もそのブラッグ波長を変化させる。そのため歪みセンサ
であるFBGに歪みが加わらなくても、温度変化により
検出する反射波長が変化してしまう。そのため、温度補
償用ファイバグレーティング(以下温度補償用FBGと
略す)23を歪みセンサ用のFBG3の直近に設置す
る。この温度補償用FBG23はワイヤーロープの表面
に固定せず温度のみに対してブラッグ波長が変化するよ
うにしてある。従って温度補償用FBG23からの反射
波長の変化を歪みセンサ用のFBG3からの反射波長か
ら差し引くことにより温度補償を実現する。
FBG changes its Bragg wavelength not only with strain but also with temperature changes. Therefore, even if no distortion is applied to the FBG, which is a distortion sensor, the detected reflection wavelength changes due to a temperature change. Therefore, a temperature compensating fiber grating (hereinafter, abbreviated as temperature compensating FBG) 23 is provided immediately adjacent to the strain sensor FBG 3. The temperature compensating FBG 23 is not fixed to the surface of the wire rope, and the Bragg wavelength changes only with respect to the temperature. Therefore, the temperature compensation is realized by subtracting the change in the reflection wavelength from the temperature compensation FBG 23 from the reflection wavelength from the strain sensor FBG 3.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下のような効果を奏する。DTFを波長の弁
別に用いてFBGの中心波長測定を行うことにより、測
定範囲の広帯域化、測定精度の向上、測定確度の向上及
び測定時間の短縮を実現する。また上記の測定系を歪み
や温度の測定に用いることにより高精度な測定を実現す
る。また上記の歪み測定系を落石管理システムに応用す
ることにより高精度な落石管理システムを構築すること
が可能である。
The present invention is embodied in the form described above and has the following effects. By measuring the center wavelength of the FBG using the DTF for discrimination of the wavelength, it is possible to widen the measurement range, improve the measurement accuracy, improve the measurement accuracy, and shorten the measurement time. In addition, high-precision measurement is realized by using the above-described measurement system for measuring strain and temperature. In addition, a high-precision rockfall management system can be constructed by applying the above-described strain measurement system to a rockfall management system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による高精度な歪み測定方法の実施例を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a highly accurate strain measuring method according to the present invention.

【図2】ディスク型波長可変フィルタの構造を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a disk-type wavelength tunable filter.

【図3】光スイッチを用いてFBGを並列接続した測定
方法の実施例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a measuring method in which FBGs are connected in parallel using an optical switch.

【図4】光学系を複数用意することによりFBGを並列
接続した測定方法の実施例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a measurement method in which FBGs are connected in parallel by preparing a plurality of optical systems.

【図5】受光光学系を簡略化することにより測定系を小
型化した測定方法の実施例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a measuring method in which the measuring system is downsized by simplifying the light receiving optical system.

【図6】FBGの透過中心波長を測定することにより測
定系を簡易に構成した測定方法の実施例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a measurement method in which a measurement system is simply configured by measuring a transmission center wavelength of an FBG.

【図7】本発明を落石管理システムに応用した実施例を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a rockfall management system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ASE光源 2、2−1、2−2・・・ ファイバカプラ 3、3−1、3−2・・・ ファイバグレーティング 4、4−1、4−2・・・、4’、4’−1、4’−2
・・・ コリメートレンズ 5、5−1、5−2・・・、5’、5’−1、5’−2
・・・ ミラー 6 ディスク型波長可変フィルタ 7 スピンドル 8 DCサーボモータ 9 角度位置検出素子 10 制御器 11、11−1、11−2・・・ シングルモード光フ
ァイバ 12、12−1、12−2・・・ 受光器 13 演算器 14 温度センサ 15 ガラス基板 16、16’ 高反射膜 17 誘電体多層膜 18 反射防止膜 19 角度位置検出用マーク 20 光スイッチ 21 スターカプラ 22 落石防止ワイヤネット 23 温度補償用ファイバグレーティング
1 ASE light source 2, 2-1, 2-2 ... Fiber coupler 3, 3-1, 3-2 ... Fiber grating 4, 4-1, 4-2 ..., 4 ', 4'- 1, 4'-2
... Collimating lens 5, 5-1, 5-2 ... 5 ', 5'-1, 5'-2
... Mirror 6 Disk type wavelength tunable filter 7 Spindle 8 DC servo motor 9 Angular position detecting element 10 Controller 11, 11-1, 11-2 ... Single mode optical fiber 12, 12-1, 12-2 .. Receiver 13 Computing unit 14 Temperature sensor 15 Glass substrate 16, 16 'High reflection film 17 Dielectric multilayer film 18 Antireflection film 19 Angle position detection mark 20 Optical switch 21 Star coupler 22 Rockfall prevention wire net 23 For temperature compensation Fiber grating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 照屋 英雄 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 菅井 栄一 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 片桐 祥雅 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 謙一 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2G020 AA03 CA05 CB27 CB42 CC07 CC31 CC55 CC65 CD24 2G086 EE05 EE06 EE12 KK07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hideo Teruya 1-3-1 Gotenyama, Musashino-shi, Tokyo NTT Advanced Technology Co., Ltd. (72) Inventor Eiichi Sugai Gotenyama, Musashino-shi, Tokyo 1-3-1 NTT Advanced Technology Corporation (72) Inventor Shoga Katagiri 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Suzuki Kenichi Fukui term (reference) in Nippon Telegraph and Telephone Corporation, 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 2G020 AA03 CA05 CB27 CB42 CC07 CC31 CC55 CC65 CD24 2G086 EE05 EE06 EE12 KK07

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1個以上のファイバグレーティング素子に
広帯域光源からの光を入射する工程と、該1個以上のフ
ァイバグレーティング素子で所定の波長の光をブラッグ
反射させる工程と、特定の波長の光のみ透過させるフィ
ルタの働きを有し、角度位置検出用のマークを具備し、
該角度位置検出用のマークを基準とする見込角により透
過光の波長が変化するディスク型波長可変フィルタに、
該ディスク型波長可変フィルタを回転させながら、該1
個以上のファイバグレーティング素子からの反射光また
は透過光を入射する工程と、該見込角を検出する工程
と、該ディスク型波長可変フィルタを透過した光を受光
素子で受光する工程と、該受光素子で受光された反射光
または透過光の情報を検出された該見込角と対応づけて
演算処理する工程とを有することを特徴とするディスク
型波長可変フィルタを用いたファイバグレーティング素
子の反射中心波長測定方法。
A step of injecting light from a broadband light source into one or more fiber grating elements; a step of Bragg-reflecting light of a predetermined wavelength by the one or more fiber grating elements; It has the function of a filter that allows only transmission, and has a mark for angular position detection,
A disk-type wavelength tunable filter in which the wavelength of transmitted light changes according to an expected angle based on the mark for detecting the angular position,
While rotating the disk-type tunable filter,
Receiving reflected light or transmitted light from at least one fiber grating element, detecting the expected angle, receiving light transmitted through the disk-type wavelength tunable filter with a light receiving element, Measuring the reflection center wavelength of the fiber grating element using the disk-type wavelength tunable filter, wherein the information processing means performs an arithmetic process in which information on the reflected light or the transmitted light received in the step is associated with the detected expected angle. Method.
【請求項2】前記演算処理する工程で、前記ディスク型
波長可変フィルタの熱膨張補正を行うことを特徴とする
請求項1記載のディスク型波長可変フィルタを用いたフ
ァイバグレーティング素子の反射中心波長測定方法。
2. The reflection center wavelength measurement of a fiber grating element using a disk-type wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the step of performing the arithmetic processing corrects the thermal expansion of the disk-type wavelength tunable filter. Method.
【請求項3】前記1個以上のファイバグレーティング素
子に広帯域光源からの光を入射する工程において、複数
の前記ファイバグレーティング素子が、光スイッチによ
り時系列的に選択制御され、その後の工程も時系列的に
処理することにより、それぞれのファイバグレーティン
グ素子の反射中心波長が時系列的に測定されることを特
徴とする請求項1又は請求項2に記載のディスク型波長
可変フィルタを用いたファイバグレーティング素子の反
射中心波長測定方法。
3. A step of injecting light from a broadband light source into the one or more fiber grating elements, wherein a plurality of the fiber grating elements are selectively controlled in a time series by an optical switch, and the subsequent steps are also performed in a time series manner. 3. The fiber grating element using a disk-type wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the central processing is performed to measure the reflection center wavelength of each fiber grating element in time series. Of measuring the reflection center wavelength.
【請求項4】前記1個以上のファイバグレーティング素
子を含む複数の光学系が、前記広帯域光源から分岐され
たスターカプラの他端にそれぞれ接続され、各光学系に
おける前記1個以上のファイバグレーティング素子から
の反射光又は透過光が、前記受光する工程で各光学系毎
に設けられた前記受光素子により受光され、前記演算処
理する工程で複数の前記受光素子で受光された反射光ま
たは透過光の情報に基づいて並列演算処理を行うことを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載のディスク型波
長可変フィルタを用いたファイバグレーティング素子の
反射中心波長測定方法。
4. A plurality of optical systems including the one or more fiber grating elements are respectively connected to the other ends of star couplers branched from the broadband light source, and the one or more fiber grating elements in each optical system are provided. The reflected light or transmitted light from is received by the light receiving elements provided for each optical system in the receiving step, and the reflected light or transmitted light received by the plurality of light receiving elements in the arithmetic processing step 3. The method of measuring a reflection center wavelength of a fiber grating element using a disk-type wavelength tunable filter according to claim 1, wherein parallel operation processing is performed based on the information.
【請求項5】前記該見込角を検出する工程が、磁気ヘッ
ドを用いて行うことを特徴とする請求項1から請求項4
に記載のディスク型波長可変フィルタを用いたファイバ
グレーティング素子の反射中心波長測定方法。
5. The method according to claim 1, wherein the step of detecting the expected angle is performed using a magnetic head.
3. A method for measuring a reflection center wavelength of a fiber grating element using the disk-type wavelength tunable filter described in 1. above.
【請求項6】前記該見込角を検出する工程が、光ピック
アップを用いて行うことを特徴とする請求項1から請求
項4に記載のディスク型波長可変フィルタを用いたファ
イバグレーティング素子の反射中心波長測定方法。
6. The reflection center of a fiber grating element using a disk-type wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the step of detecting the expected angle is performed using an optical pickup. Wavelength measurement method.
【請求項7】広帯域光源と該広帯域光源から入射される
光のうち、所定の波長の光をブラッグ反射する1個以上
のファイバグレーティング素子と、該1個以上のファイ
バグレーティング素子からの反射光または透過光から入
射される光のうち、特定の波長の光のみ透過させるフィ
ルタの働きを有し、角度位置検出用のマークを具備し、
該角度位置検出用のマークを基準とする見込角により透
過光の波長が変化するディスク型可変波長フィルタと、
該ディスク型可変波長フィルタを回転させる回転機構
と、該ディスク型可変波長フィルタの回転制御機構と、
該ディスク型可変波長フィルタの該見込角を検出する角
度位置検出機構と、該ディスク型可変波長フィルタを透
過した光を受光する受光素子と、該受光素子の受光情報
を該角度位置検出機構の検出情報と対応づけて演算処理
する演算部とを具備することを特徴とするディスク型波
長可変フィルタを用いたファイバグレーティング素子の
反射中心波長測定装置。
7. A broadband light source, at least one fiber grating element for Bragg-reflecting light of a predetermined wavelength among light incident from the broadband light source, and light reflected from the one or more fiber grating elements or Of the light incident from the transmitted light, it has the function of a filter that transmits only light of a specific wavelength, and includes a mark for angular position detection,
A disk-type variable wavelength filter in which the wavelength of transmitted light changes according to an expected angle based on the mark for detecting the angular position,
A rotation mechanism for rotating the disk-type variable wavelength filter, a rotation control mechanism for the disk-type variable wavelength filter,
An angular position detecting mechanism for detecting the expected angle of the disk-type variable wavelength filter, a light receiving element for receiving light transmitted through the disk-type variable wavelength filter, and detecting the light receiving information of the light receiving element by the angular position detecting mechanism An apparatus for measuring the reflection center wavelength of a fiber grating element using a disk-type wavelength tunable filter, comprising: a calculation unit for performing a calculation process in association with information.
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