JP2001201407A - 波長測定装置 - Google Patents
波長測定装置Info
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- JP2001201407A JP2001201407A JP2000014038A JP2000014038A JP2001201407A JP 2001201407 A JP2001201407 A JP 2001201407A JP 2000014038 A JP2000014038 A JP 2000014038A JP 2000014038 A JP2000014038 A JP 2000014038A JP 2001201407 A JP2001201407 A JP 2001201407A
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光源として光量変動の多いＳＬＤを用いた場
合の波長測定精度を改善する。 【解決手段】光源からの照射光の光ファイバブラッグ回
折格子からの反射光を、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に入射させ、この
アレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用いて
前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、光
源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子の
反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、受
光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格子
の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた波
長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測定
装置に関する。光ファイバブラッグ回折格子の反射スペ
クトルの半値全幅を、目標とする波長測定精度が得られ
るまで大きな値にする。
合の波長測定精度を改善する。 【解決手段】光源からの照射光の光ファイバブラッグ回
折格子からの反射光を、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に入射させ、この
アレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用いて
前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、光
源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子の
反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、受
光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格子
の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた波
長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測定
装置に関する。光ファイバブラッグ回折格子の反射スペ
クトルの半値全幅を、目標とする波長測定精度が得られ
るまで大きな値にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度や歪み（圧
力）等の物理量を、光ファイバブラッグ回折格子（Fibe
r Bragg Grating, 以下、必要に応じてＦＢＧと略称す
る）からの反射波長によって測定するための波長測定装
置に関する。
力）等の物理量を、光ファイバブラッグ回折格子（Fibe
r Bragg Grating, 以下、必要に応じてＦＢＧと略称す
る）からの反射波長によって測定するための波長測定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、従来技術としての、光ファイ
バ上の温度分布を測定する温度分布測定システムの全体
構成図である。図において、１は波長検出部及び演算部
を有する温度分布測定部、１１，１２，１３，１４は測
定光及び反射光が通過する光ファイバ、１５，１６，１
７は測定点に対応する位置に形成されたＦＢＧ、２は光
分岐器、３は接続用光ファイバ、４は広帯域光源であ
る。
バ上の温度分布を測定する温度分布測定システムの全体
構成図である。図において、１は波長検出部及び演算部
を有する温度分布測定部、１１，１２，１３，１４は測
定光及び反射光が通過する光ファイバ、１５，１６，１
７は測定点に対応する位置に形成されたＦＢＧ、２は光
分岐器、３は接続用光ファイバ、４は広帯域光源であ
る。
【０００３】ＦＢＧは、周知のようにコアの屈折率が光
軸に沿って周期的に変化しており、屈折率に応じて特定
波長を中心とした狭帯域の光を反射する。例えば、測定
対象である物理量が温度である場合、図１２のあるＦＢ
Ｇの位置（測定点）で温度変化が生じると、ＦＢＧのコ
アの平均屈折率が変化するため、反射光の波長も変化す
る。従って、広帯域光源４から照射された光の各ＦＢＧ
からの反射波長の変化と温度変化との関係を予め測定し
ておけば、温度分布測定部１により検出される反射光の
波長から各測定点の温度を測定することができ、光ファ
イバの長手方向の温度分布を得ることができる。ここ
で、図１２の各ＦＢＧ１５，１６，１７には、所定の温
度範囲に対応する固有の反射波長範囲が、互いに重複し
ないように予め割り当てられている。
軸に沿って周期的に変化しており、屈折率に応じて特定
波長を中心とした狭帯域の光を反射する。例えば、測定
対象である物理量が温度である場合、図１２のあるＦＢ
Ｇの位置（測定点）で温度変化が生じると、ＦＢＧのコ
アの平均屈折率が変化するため、反射光の波長も変化す
る。従って、広帯域光源４から照射された光の各ＦＢＧ
からの反射波長の変化と温度変化との関係を予め測定し
ておけば、温度分布測定部１により検出される反射光の
波長から各測定点の温度を測定することができ、光ファ
イバの長手方向の温度分布を得ることができる。ここ
で、図１２の各ＦＢＧ１５，１６，１７には、所定の温
度範囲に対応する固有の反射波長範囲が、互いに重複し
ないように予め割り当てられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなシステ
ムにおいて広帯域光源４にスーパールミネッセンスダイ
オード（以下、必要に応じてＳＬＤと略称する）を用い
る場合、このＳＬＤは波長に対する光量変動が大きく、
場合によっては±２０％〜３０％程度あり、これが原因
となって波長測定精度を向上させることができなかっ
た。そこで本発明の解決課題は、ＳＬＤのように光源の
発光スペクトルにリップルが含まれ、光量変動が大きい
場合でも、波長測定精度を改善することができる波長測
定装置を提供することにある。
ムにおいて広帯域光源４にスーパールミネッセンスダイ
オード（以下、必要に応じてＳＬＤと略称する）を用い
る場合、このＳＬＤは波長に対する光量変動が大きく、
場合によっては±２０％〜３０％程度あり、これが原因
となって波長測定精度を向上させることができなかっ
た。そこで本発明の解決課題は、ＳＬＤのように光源の
発光スペクトルにリップルが含まれ、光量変動が大きい
場合でも、波長測定精度を改善することができる波長測
定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、光源からの照射光の光ファ
イバブラッグ回折格子からの反射光を、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に
入射させ、このアレイ導波路回折格子の二つの出力チャ
ンネルにそれぞれ設けられた一対の受光素子の出力の比
の対数を用いて前記反射光の波長を測定する波長測定装
置であって、光源の発光スペクトルと、光ファイバブラ
ッグ回折格子の反射スペクトルと、光ファイバの透過ス
ペクトルと、受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ
導波路回折格子の二つの出力チャンネルの透過スペクト
ルとを用いた波長決定関数に基づいて前記反射波長を測
定する波長測定装置において、光ファイバブラッグ回折
格子の反射スペクトルの半値全幅を、目標とする波長測
定精度が得られるまで大きな値にするものである。
め、請求項１記載の発明は、光源からの照射光の光ファ
イバブラッグ回折格子からの反射光を、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に
入射させ、このアレイ導波路回折格子の二つの出力チャ
ンネルにそれぞれ設けられた一対の受光素子の出力の比
の対数を用いて前記反射光の波長を測定する波長測定装
置であって、光源の発光スペクトルと、光ファイバブラ
ッグ回折格子の反射スペクトルと、光ファイバの透過ス
ペクトルと、受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ
導波路回折格子の二つの出力チャンネルの透過スペクト
ルとを用いた波長決定関数に基づいて前記反射波長を測
定する波長測定装置において、光ファイバブラッグ回折
格子の反射スペクトルの半値全幅を、目標とする波長測
定精度が得られるまで大きな値にするものである。
【０００６】請求項２記載の発明は、アレイ導波路回折
格子の透過スペクトルの半値全幅を、目標とする波長測
定精度が得られるまで大きな値にするものである。
格子の透過スペクトルの半値全幅を、目標とする波長測
定精度が得られるまで大きな値にするものである。
【０００７】請求項３記載の発明は、光源の発光スペク
トルの半値全幅を、目標とする波長測定精度が得られる
まで大きな値にするものである。
トルの半値全幅を、目標とする波長測定精度が得られる
まで大きな値にするものである。
【０００８】請求項４記載の発明は、光源としてのスー
パールミネッセンスダイオードの光増幅部の活性領域の
長さを、目標とする波長測定精度が得られるまで大きな
値にするものである。
パールミネッセンスダイオードの光増幅部の活性領域の
長さを、目標とする波長測定精度が得られるまで大きな
値にするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず始めに、本発明では、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（Arrayed Wave Guide, 以下、必
要に応じてＡＷＧと略称する）に入射させ、このＡＷＧ
の隣接する二つ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反射
光波長を測定する原理を用いる。なお、このような波長
測定原理は、例えば論文「Wavelength determination o
f semiconductor lasers: precise but inexpensive」
(Jan Christian Braasch et.al, Optical Engineering
1995)等に記載されている。
態を説明する。まず始めに、本発明では、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（Arrayed Wave Guide, 以下、必
要に応じてＡＷＧと略称する）に入射させ、このＡＷＧ
の隣接する二つ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反射
光波長を測定する原理を用いる。なお、このような波長
測定原理は、例えば論文「Wavelength determination o
f semiconductor lasers: precise but inexpensive」
(Jan Christian Braasch et.al, Optical Engineering
1995)等に記載されている。
【００１０】上記文献によれば、図１３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間に形成されるフォトダイオードをダイオードＡ
1Ｃ、電極Ａ2−Ｃ間に形成されるフォトダイオードをダ
イオードＡ2Ｃとする）と高性能ログアンプからなるセ
ンサに単色光を照射した場合、数式１に示すように、セ
ンサの出力Ｗは各ダイオードＡ1Ｃ，Ａ2Ｃによる光電流
Ｉ1，Ｉ2の比のlogによって表されることが知られてい
る。
波長感度の異なる一対のフォトダイオード（電極Ａ1−
Ｃ間に形成されるフォトダイオードをダイオードＡ
1Ｃ、電極Ａ2−Ｃ間に形成されるフォトダイオードをダ
イオードＡ2Ｃとする）と高性能ログアンプからなるセ
ンサに単色光を照射した場合、数式１に示すように、セ
ンサの出力Ｗは各ダイオードＡ1Ｃ，Ａ2Ｃによる光電流
Ｉ1，Ｉ2の比のlogによって表されることが知られてい
る。
【００１１】
【数１】Ｗ＝log（Ｉ1／Ｉ2）
【００１２】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によって表されるこ
とが記載されている。
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によって表されるこ
とが記載されている。
【００１３】
【数２】λ＝ａ0log（Ｉ1／Ｉ2）＋ａ1 （ａ0，ａ1は
定数〔ｎｍ〕）
定数〔ｎｍ〕）
【００１４】なお、図１４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。
システムの構成図であり、３１は光源、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。
【００１５】更に、上記文献によれば、各フォトダイオ
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１３における約６００〜約９００〔ｎｍ〕間の
３００〔ｎｍ〕の範囲）では、０．１〔ｎｍ〕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。
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１３における約６００〜約９００〔ｎｍ〕間の
３００〔ｎｍ〕の範囲）では、０．１〔ｎｍ〕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。
【００１６】従って、本発明では、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３〔ｎｍ〕以下の範囲）に
ついて適用するためにＡＷＧを使用する。このＡＷＧ
は、論文「Wavelength Multiplexer Based on SiO2-Ta2
O5 Arrayed-Waveguide Grating (Takahashi, et.al, Jo
urnal 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１〔ｎｍ〕以下の分解能で弁別可
能な素子である。
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３〔ｎｍ〕以下の範囲）に
ついて適用するためにＡＷＧを使用する。このＡＷＧ
は、論文「Wavelength Multiplexer Based on SiO2-Ta2
O5 Arrayed-Waveguide Grating (Takahashi, et.al, Jo
urnal 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１〔ｎｍ〕以下の分解能で弁別可
能な素子である。
【００１７】本実施形態では、以下に述べる図１に示す
ごとく、光ファイバの長さ方向に形成された複数のＦＢ
Ｇ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、これらのＦＢＧからの反射光を
ＡＷＧに入力することにより、中心波長が例えば１〔ｎ
ｍ〕以下の間隔の複数の波長に分離する。そして、ＡＷ
Ｇの隣接する二つの出力導波路（出力チャンネル）から
一対のフォトダイオードに光を入射させることにより、
微小な範囲について高分解能で波長を検出するようにし
た。
ごとく、光ファイバの長さ方向に形成された複数のＦＢ
Ｇ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、これらのＦＢＧからの反射光を
ＡＷＧに入力することにより、中心波長が例えば１〔ｎ
ｍ〕以下の間隔の複数の波長に分離する。そして、ＡＷ
Ｇの隣接する二つの出力導波路（出力チャンネル）から
一対のフォトダイオードに光を入射させることにより、
微小な範囲について高分解能で波長を検出するようにし
た。
【００１８】（１）波長測定装置の構成及び測定原理 以下、図１に従って本実施形態の波長測定装置の構成及
び測定原理を説明する。図１は波長測定装置の全体構成
を示すものであり、２１は広帯域光源としてのＳＬＤ、
２２は光分岐器、２３は長さ方向に複数のＦＢＧ（ＦＢ
Ｇ１，ＦＢＧ２，……，ＦＢＧｉ，……）が形成された
光ファイバ、２４は各ＦＢＧからの反射光をＡＷＧに導
くための光ファイバである。なお、複数のＦＢＧは反射
波長が重複することなくそれぞれ異なっている。
び測定原理を説明する。図１は波長測定装置の全体構成
を示すものであり、２１は広帯域光源としてのＳＬＤ、
２２は光分岐器、２３は長さ方向に複数のＦＢＧ（ＦＢ
Ｇ１，ＦＢＧ２，……，ＦＢＧｉ，……）が形成された
光ファイバ、２４は各ＦＢＧからの反射光をＡＷＧに導
くための光ファイバである。なお、複数のＦＢＧは反射
波長が重複することなくそれぞれ異なっている。
【００１９】ＳＬＤ２１から照射された光は光分岐器２
２を介して光ファイバ２３の各ＦＢＧにより反射され、
分岐器２２及び光ファイバ２４を通ってＡＷＧ２５に入
射する。ＡＷＧ２５は、各波長を分波し出力する。ＡＷ
Ｇ２５には光ファイバからなる出力導波路（出力チャン
ネル）Ｃｈ１−１，Ｃｈ１−２，……，Ｃｈｉ−１，Ｃ
ｈｉ−２，……が設けられている。そして、例えば図２
に示すように、ＦＢＧｉの反射波長はその測定範囲にお
いて互いに隣接するチャンネルＣｈｉ−１，Ｃｈｉ−２
の中間の帯域になるように設計されている。なお、図２
において、λaはチャンネルＣｈｉ−１の透過光（出力
光）の中心波長、λbはＦＢＧｉの反射光の中心波長、
λcはチャンネルＣｈｉ−２の透過光の中心波長であ
る。
２を介して光ファイバ２３の各ＦＢＧにより反射され、
分岐器２２及び光ファイバ２４を通ってＡＷＧ２５に入
射する。ＡＷＧ２５は、各波長を分波し出力する。ＡＷ
Ｇ２５には光ファイバからなる出力導波路（出力チャン
ネル）Ｃｈ１−１，Ｃｈ１−２，……，Ｃｈｉ−１，Ｃ
ｈｉ−２，……が設けられている。そして、例えば図２
に示すように、ＦＢＧｉの反射波長はその測定範囲にお
いて互いに隣接するチャンネルＣｈｉ−１，Ｃｈｉ−２
の中間の帯域になるように設計されている。なお、図２
において、λaはチャンネルＣｈｉ−１の透過光（出力
光）の中心波長、λbはＦＢＧｉの反射光の中心波長、
λcはチャンネルＣｈｉ−２の透過光の中心波長であ
る。
【００２０】ＡＷＧ２５のチャンネルＣｈ１−１，Ｃｈ
１−２，……，Ｃｈｉ−１，Ｃｈｉ−２，……にはそれ
ぞれフォトダイオード２６及びプリアンプ２７が設けら
れており、プリアンプ２７の出力側には波長測定演算を
行うマイクロコンピュータ２８が接続されている。
１−２，……，Ｃｈｉ−１，Ｃｈｉ−２，……にはそれ
ぞれフォトダイオード２６及びプリアンプ２７が設けら
れており、プリアンプ２７の出力側には波長測定演算を
行うマイクロコンピュータ２８が接続されている。
【００２１】上記構成において、ＦＢＧｉの反射波長が
長波長側になればＡＷＧ２５のチャンネルＣｈ−ｉ２の
透過光量が増し、チャンネルＣｈ−ｉ１の透過光量が減
る。逆に、ＦＢＧｉの反射波長が短波長側になればＡＷ
Ｇ２５のチャンネルＣｈ−ｉ１の透過光量が増し、チャ
ンネルＣｈ−ｉ２の透過光量が減る。このため、両チャ
ンネルＣｈｉ−１，Ｃｈｉ−２の出力の比をとれば、Ｆ
ＢＧｉの反射波長を測定することができる。ＡＷＧ２５
は多チャンネルであるから、同様な方法によって各隣接
チャンネルの光出力の比から複数のＦＢＧの反射波長を
測定することができる。このようにして複数のフォトダ
イオード２６がＡＷＧ２５の各チャンネルの出力を同時
に計測し、プリアンプ２７を介してマイクロコンピュー
タ２８に入力することにより、各ＦＢＧの反射波長を測
定することが可能である。
長波長側になればＡＷＧ２５のチャンネルＣｈ−ｉ２の
透過光量が増し、チャンネルＣｈ−ｉ１の透過光量が減
る。逆に、ＦＢＧｉの反射波長が短波長側になればＡＷ
Ｇ２５のチャンネルＣｈ−ｉ１の透過光量が増し、チャ
ンネルＣｈ−ｉ２の透過光量が減る。このため、両チャ
ンネルＣｈｉ−１，Ｃｈｉ−２の出力の比をとれば、Ｆ
ＢＧｉの反射波長を測定することができる。ＡＷＧ２５
は多チャンネルであるから、同様な方法によって各隣接
チャンネルの光出力の比から複数のＦＢＧの反射波長を
測定することができる。このようにして複数のフォトダ
イオード２６がＡＷＧ２５の各チャンネルの出力を同時
に計測し、プリアンプ２７を介してマイクロコンピュー
タ２８に入力することにより、各ＦＢＧの反射波長を測
定することが可能である。
【００２２】従来の波長測定方法として、一対のハーフ
ミラー間のギャップ長が入射光波長に対して一定の関係
にある場合に入射光が強められ、または弱められて出射
することを利用し、圧電素子により前記ギャップ長を調
整可能としたものが知られているが、本発明の実施形態
によれば、可動部なしで複数のＦＢＧの反射波長を測定
できる特徴がある。
ミラー間のギャップ長が入射光波長に対して一定の関係
にある場合に入射光が強められ、または弱められて出射
することを利用し、圧電素子により前記ギャップ長を調
整可能としたものが知られているが、本発明の実施形態
によれば、可動部なしで複数のＦＢＧの反射波長を測定
できる特徴がある。
【００２３】（２）各光学要素のスペクトル特性のモデ
ル 本実施形態の波長測定理論を明らかにするために、ま
ず、この波長測定装置を構成する光学要素のスペクトル
特性を明確にする必要がある。以下では、各光学要素の
スペクトル特性について説明する。（２−１）光源の発
光スペクトル 光源としてＳＬＤを使用した場合、発光スペクトルは図
３に示すようにリップルを含んでいる。この発光スペク
トルＳ（λ）は、近似的にピーク値で規格化すると数式
３で表される。
ル 本実施形態の波長測定理論を明らかにするために、ま
ず、この波長測定装置を構成する光学要素のスペクトル
特性を明確にする必要がある。以下では、各光学要素の
スペクトル特性について説明する。（２−１）光源の発
光スペクトル 光源としてＳＬＤを使用した場合、発光スペクトルは図
３に示すようにリップルを含んでいる。この発光スペク
トルＳ（λ）は、近似的にピーク値で規格化すると数式
３で表される。
【００２４】
【数３】
【００２５】数式３において、λsはＳＬＤの発光中心
波長、ｌ，ｎinはそれぞれＳＬＤの媒質の活性領域の長
さ及び屈折率、ｍはスペクトル変調度（光源が通常の発
光ダイオードの場合、ｍ＝０）である。数式３における
ｓは、ＳＬＤの発光スペクトルの半値全幅ＦＷＨＭをλ
sfwhmとしたとき、数式４で示される。
波長、ｌ，ｎinはそれぞれＳＬＤの媒質の活性領域の長
さ及び屈折率、ｍはスペクトル変調度（光源が通常の発
光ダイオードの場合、ｍ＝０）である。数式３における
ｓは、ＳＬＤの発光スペクトルの半値全幅ＦＷＨＭをλ
sfwhmとしたとき、数式４で示される。
【００２６】
【数４】ｓ＝λsfwhm／（２√ln２）
【００２７】更に、使用波長帯域は光ファイバの損失の
少ない波長λ＝１５５０〔ｎｍ〕近傍の狭い範囲である
ことと、ＳＬＤの媒質の活性層長さｌは数百〔μｍ〕、
屈折率ｎinは３．５程度であることを考慮して、上記波
長帯域で直線近似を行うと、ｒを初期位相とした場合、
前記数式３は数式５のようになる。
少ない波長λ＝１５５０〔ｎｍ〕近傍の狭い範囲である
ことと、ＳＬＤの媒質の活性層長さｌは数百〔μｍ〕、
屈折率ｎinは３．５程度であることを考慮して、上記波
長帯域で直線近似を行うと、ｒを初期位相とした場合、
前記数式３は数式５のようになる。
【００２８】
【数５】
【００２９】但し、数式５における周期ｑは、数式６に
よって求められる。
よって求められる。
【００３０】
【数６】ｑ＝４πｎinｌ／１５５０2
【００３１】（２−２）ＦＢＧの反射スペクトル ＦＢＧの伝播特性は進行波と反射波とのモード結合方程
式を解くことにより得られ、Ｆマトリックスの積として
表現される。Ｆマトリックスは、図１７に示すように、
光軸方向（Ｚ軸方向）に対して導波部の屈折率が略周期
構造を持つ光導波路の入出力特性は進行波と後退波の電
界をＥA（Ｚ），ＥB（Ｚ）とし、略周期構造の開始位置
の座標をＺ＝０、周期構造の長さをＺ＝Ｌとしたとき、
数式７で表される。（Makoto Yamada, Kyohei Sakuda "
APPLIED OPTICS" Vol.26, No.16,15 August 1987, p347
4〜3478参照）
式を解くことにより得られ、Ｆマトリックスの積として
表現される。Ｆマトリックスは、図１７に示すように、
光軸方向（Ｚ軸方向）に対して導波部の屈折率が略周期
構造を持つ光導波路の入出力特性は進行波と後退波の電
界をＥA（Ｚ），ＥB（Ｚ）とし、略周期構造の開始位置
の座標をＺ＝０、周期構造の長さをＺ＝Ｌとしたとき、
数式７で表される。（Makoto Yamada, Kyohei Sakuda "
APPLIED OPTICS" Vol.26, No.16,15 August 1987, p347
4〜3478参照）
【００３２】
【数７】
【００３３】反射率と波長の関係が図１５に示す関係と
なる通常のＦＢＧと異なり、図１６のようになる側波帯
抑圧ＦＢＧ（apodized FBG）の場合はこの特性表現を解
析的に行った例はなく、計算機による数値計算での特性
表現となるため全体の見通しを得にくい。側波帯抑圧Ｆ
ＢＧの反射スペクトルＢ（λb）は、ピークがフラット
な矩形特性を示す場合と、上に凸のスペクトル形状を示
す場合に分けられるが、これらを解析的に取り扱うため
に本実施形態ではガウス関数の合成により側波帯抑圧特
性を近似する。すなわち、側波帯抑圧ＦＢＧの反射スペ
クトルＢ（λb）を数式８によって表す。
なる通常のＦＢＧと異なり、図１６のようになる側波帯
抑圧ＦＢＧ（apodized FBG）の場合はこの特性表現を解
析的に行った例はなく、計算機による数値計算での特性
表現となるため全体の見通しを得にくい。側波帯抑圧Ｆ
ＢＧの反射スペクトルＢ（λb）は、ピークがフラット
な矩形特性を示す場合と、上に凸のスペクトル形状を示
す場合に分けられるが、これらを解析的に取り扱うため
に本実施形態ではガウス関数の合成により側波帯抑圧特
性を近似する。すなわち、側波帯抑圧ＦＢＧの反射スペ
クトルＢ（λb）を数式８によって表す。
【００３４】
【数８】
【００３５】数式８において、ｋは近似のための合成に
用いる仮想ＦＢＧの数である。λbj，ｋbjはそれぞれ仮
想ＦＢＧの中心波長及び重み係数であり、ｂp，ｂnは実
際のＦＢＧのピーク反射率、阻止域における反射率であ
る。数式８におけるｂjは、合成に用いた各ガウス関数
に対応する仮想ＦＢＧの反射スペクトルの半値全幅をλ
bjfとしたとき、数式９によって表される。
用いる仮想ＦＢＧの数である。λbj，ｋbjはそれぞれ仮
想ＦＢＧの中心波長及び重み係数であり、ｂp，ｂnは実
際のＦＢＧのピーク反射率、阻止域における反射率であ
る。数式８におけるｂjは、合成に用いた各ガウス関数
に対応する仮想ＦＢＧの反射スペクトルの半値全幅をλ
bjfとしたとき、数式９によって表される。
【００３６】
【数９】ｂj＝λbjf／｛２√（ln２）｝
【００３７】また、同一形状のガウス関数をｋ個用いた
場合、λbj＜λb,j+1とすれば、ＦＢＧの反射中心波長
λbは、数式１０によって表される。
場合、λbj＜λb,j+1とすれば、ＦＢＧの反射中心波長
λbは、数式１０によって表される。
【００３８】
【数１０】λb＝（λbl＋λbk）／２
【００３９】更に、ＦＢＧの半値全幅λbfは数式１１と
なる。
なる。
【００４０】
【数１１】λbf＝｜λb1−λbk｜＋ｂ1
【００４１】図４、図５、図６は、実際に計算機シミュ
レーションにより設計した側波帯抑圧ＦＢＧのスペクト
ル特性（―：設計値として示す）と、これを数式８によ
りガウス近似した特性（□：ガウス近似として示す）と
を併せて示したものである。図４、５は側波帯抑圧ＦＢ
Ｇのスペクトル特性のピークが上に凸になっている場
合、図６はピークがフラットな矩形の場合である。図４
は、設計した側波帯抑圧ＦＢＧの特性を１つのガウス関
数で近似した例であり、図５は近似精度を上げるために
図４と同一の側波帯抑圧ＦＢＧの特性を２つのガウス関
数で近似したものである。また、図６はより矩形に近い
側波帯抑圧ＦＢＧの特性を４つのガウス関数で近似し
た。これらの図から、反射率が−３５〔ｄＢ〕以上の範
囲でガウス近似と設計値との相関係数はそれぞれ０．９
９１，０．９９６，０．９９９であり、極めて良く一致
している。
レーションにより設計した側波帯抑圧ＦＢＧのスペクト
ル特性（―：設計値として示す）と、これを数式８によ
りガウス近似した特性（□：ガウス近似として示す）と
を併せて示したものである。図４、５は側波帯抑圧ＦＢ
Ｇのスペクトル特性のピークが上に凸になっている場
合、図６はピークがフラットな矩形の場合である。図４
は、設計した側波帯抑圧ＦＢＧの特性を１つのガウス関
数で近似した例であり、図５は近似精度を上げるために
図４と同一の側波帯抑圧ＦＢＧの特性を２つのガウス関
数で近似したものである。また、図６はより矩形に近い
側波帯抑圧ＦＢＧの特性を４つのガウス関数で近似し
た。これらの図から、反射率が−３５〔ｄＢ〕以上の範
囲でガウス近似と設計値との相関係数はそれぞれ０．９
９１，０．９９６，０．９９９であり、極めて良く一致
している。
【００４２】（２−３）ＡＷＧの透過スペクトル フラットトップタイプあるいはガウスタイプなど、各種
のＡＷＧが報告されている。ここでは、最も基本的な、
透過率特性がガウス関数で示されるＡＷＧを用いる。阻
止域では理論上、６０〔ｄＢ〕以上の損失が得られる
が、ＡＷＧ導波路部の屈折率等の揺らぎのために阻止域
での損失は実際は３０〔ｄＢ〕程度である。前述のよう
に、ＦＢＧの波長決定にはＡＷＧの２つの出力チャンネ
ルを使用する。これらのチャンネルの中心波長をλa、
λc、中心波長における透過率をａp、阻止域の透過率を
ａnとすると、これら２チャンネルの透過スペクトルは
数式１２、数式１３で示される。
のＡＷＧが報告されている。ここでは、最も基本的な、
透過率特性がガウス関数で示されるＡＷＧを用いる。阻
止域では理論上、６０〔ｄＢ〕以上の損失が得られる
が、ＡＷＧ導波路部の屈折率等の揺らぎのために阻止域
での損失は実際は３０〔ｄＢ〕程度である。前述のよう
に、ＦＢＧの波長決定にはＡＷＧの２つの出力チャンネ
ルを使用する。これらのチャンネルの中心波長をλa、
λc、中心波長における透過率をａp、阻止域の透過率を
ａnとすると、これら２チャンネルの透過スペクトルは
数式１２、数式１３で示される。
【００４３】
【数１２】
【００４４】
【数１３】
【００４５】これらの数式において、ａはＡＷＧの半値
全幅をλafとしたときに数式１４で示される値である。
全幅をλafとしたときに数式１４で示される値である。
【００４６】
【数１４】ａ＝λaf／｛２√（ln２）｝
【００４７】（２−４）光ファイバの透過スペクトル 使用する波長帯域は１５５０〔ｎｍ〕帯という光ファイ
バ損失の谷にあたる範囲であって、使用する１００〔ｎ
ｍ〕程度の波長帯域内では、光ファイバの透過スペクト
ルＦ（λ）はほぼ平坦であると考えられる。
バ損失の谷にあたる範囲であって、使用する１００〔ｎ
ｍ〕程度の波長帯域内では、光ファイバの透過スペクト
ルＦ（λ）はほぼ平坦であると考えられる。
【００４８】（２−５）受光素子の受光感度スペクトル 受光感度スペクトルは、短波長ほどエネルギーギャップ
が大きいため感度が低下する。この受光感度スペクトル
Ｄ（λ）は、ｋdを比例定数とすると通常、数式１５で
示される。
が大きいため感度が低下する。この受光感度スペクトル
Ｄ（λ）は、ｋdを比例定数とすると通常、数式１５で
示される。
【００４９】
【数１５】Ｄ（λ）＝ｋdλ
【００５０】（３）波長決定の方法 （３−１）波長決定関数 前述のように、ＡＷＧ２５の隣接した２つのチャンネル
から出力される光出力の比は、ＦＢＧからの反射波長が
変化すると一方のチャンネルの透過率は上昇し他方のチ
ャンネルの透過率は減少するため、波長に対応した値と
なる。従って、ＡＷＧ２５の隣接した２つのチャンネル
の光出力の比に基づいてＦＢＧの反射波長を求めること
ができる。ここでは、波長検出特性の直線性を良くする
ために、光出力の比の対数をとる。ＦＢＧの反射波長を
決定する波長決定関数Ｒ（λb）は、次の数式１６に前
項で述べた各光学要素のスペクトル特性Ｓ（λ），Ｂ
（λ），Ｆ（λ），Ａa（λ），Ａc（λ），Ｄ（λ）を
代入することにより定義される。
から出力される光出力の比は、ＦＢＧからの反射波長が
変化すると一方のチャンネルの透過率は上昇し他方のチ
ャンネルの透過率は減少するため、波長に対応した値と
なる。従って、ＡＷＧ２５の隣接した２つのチャンネル
の光出力の比に基づいてＦＢＧの反射波長を求めること
ができる。ここでは、波長検出特性の直線性を良くする
ために、光出力の比の対数をとる。ＦＢＧの反射波長を
決定する波長決定関数Ｒ（λb）は、次の数式１６に前
項で述べた各光学要素のスペクトル特性Ｓ（λ），Ｂ
（λ），Ｆ（λ），Ａa（λ），Ａc（λ），Ｄ（λ）を
代入することにより定義される。
【００５１】
【数１６】
【００５２】（３−２）波長決定関数Ｒ（λb）の数式
表現 各光学要素のスペクトル特性を数式１６に代入し、これ
をそのまま数値計算すればＲ（λb）とＦＢＧからの反
射波長λbとの関係を求めることはできるが、数式表現
によりその関係が与えられるわけではないため、各光学
要素の波長検出特性に対する振る舞いを把握し難い。ま
た、数式１６のＲ（λb）についての具体的な数式表現
の報告は見当たらない。ここでは、以下に実際に定積分
を求めて得たＲ（λb）の数式表現を示す。まず、Ｂ
（λb）を、基本となる単一のガウス特性すなわち数式
８におけるｋ＝１として、数式１６の定積分を求める。
数式１６の分子をｉn1（λb1）、分母をｉ d1（λb1）と
すると、分子のｉn1（λb1）はラプラスの積分を行って
数式１７のように求めることができる。
表現 各光学要素のスペクトル特性を数式１６に代入し、これ
をそのまま数値計算すればＲ（λb）とＦＢＧからの反
射波長λbとの関係を求めることはできるが、数式表現
によりその関係が与えられるわけではないため、各光学
要素の波長検出特性に対する振る舞いを把握し難い。ま
た、数式１６のＲ（λb）についての具体的な数式表現
の報告は見当たらない。ここでは、以下に実際に定積分
を求めて得たＲ（λb）の数式表現を示す。まず、Ｂ
（λb）を、基本となる単一のガウス特性すなわち数式
８におけるｋ＝１として、数式１６の定積分を求める。
数式１６の分子をｉn1（λb1）、分母をｉ d1（λb1）と
すると、分子のｉn1（λb1）はラプラスの積分を行って
数式１７のように求めることができる。
【００５３】
【数１７】
【００５４】同様に、分母のｉd1（λb1）は数式１８に
よって示される。
よって示される。
【００５５】
【数１８】
【００５６】ここで、［ｎ］はｎを超えない整数であっ
て［］はガウスの記号とし、数式１９のようにｄj，
ｅj，ｆj，ｇjをおいたときに数式１８のａpj，ｂp1j，
ａnj，ｂn1jは数式２０のようになる。
て［］はガウスの記号とし、数式１９のようにｄj，
ｅj，ｆj，ｇjをおいたときに数式１８のａpj，ｂp1j，
ａnj，ｂn1jは数式２０のようになる。
【００５７】
【数１９】
【００５８】
【数２０】ａpj＝ｄjａp， ｂp1j＝ｅjｂp1， ａnj＝
ｆjａn， ｂn1j＝ｇjｂn1
ｆjａn， ｂn1j＝ｇjｂn1
【００５９】また、数式１７，数式１８のＪj，Ｋj，Ｌ
j，Ｍj，Ｎjは、数式２１〜数式２５によって表され
る。
j，Ｍj，Ｎjは、数式２１〜数式２５によって表され
る。
【００６０】
【数２１】
【００６１】
【数２２】
【００６２】
【数２３】
【００６３】
【数２４】
【００６４】
【数２５】
【００６５】数式１７，数式１８を用いて、波長決定関
数Ｒ（λb1）は数式２６で表される。
数Ｒ（λb1）は数式２６で表される。
【００６６】
【数２６】 Ｒ（λb1）＝log10（ｉn1（λb1）／ｉd1（λb1））
【００６７】（３−３）ガウス関数の合成により側波帯
抑圧特性を近似した場合のＲ（λb） ｉn1（λb1），ｉd1（λb1）と同様にして、数式８の構
成要素となる各ガウス関数に対応して、それぞれｉ
nj（λbj），ｉdj（λbj）を数式１７，数式１８によっ
て求めれば、波長決定関数Ｒ（λb）は数式１０で定義
されるλbを使って数式２７のようになる。
抑圧特性を近似した場合のＲ（λb） ｉn1（λb1），ｉd1（λb1）と同様にして、数式８の構
成要素となる各ガウス関数に対応して、それぞれｉ
nj（λbj），ｉdj（λbj）を数式１７，数式１８によっ
て求めれば、波長決定関数Ｒ（λb）は数式１０で定義
されるλbを使って数式２７のようになる。
【００６８】
【数２７】
【００６９】数式２７の計算結果の一例を、図７に示
す。詳細は次の（３−３）項で述べるが、この図に示す
ように、特性のピークとピークとの間が略直線になるよ
うに設計することにより、この略直線部分を複数のＦＢ
Ｇの波長変化範囲に割り当てれば、Ｒ（λb）を測定
（つまりＡＷＧ２５の隣接する二つのチャンネルの光出
力の比の対数を演算）することにより、ＦＢＧからの反
射波長を高分解能で求めることが可能になる。
す。詳細は次の（３−３）項で述べるが、この図に示す
ように、特性のピークとピークとの間が略直線になるよ
うに設計することにより、この略直線部分を複数のＦＢ
Ｇの波長変化範囲に割り当てれば、Ｒ（λb）を測定
（つまりＡＷＧ２５の隣接する二つのチャンネルの光出
力の比の対数を演算）することにより、ＦＢＧからの反
射波長を高分解能で求めることが可能になる。
【００７０】（３−４）光源のスペクトル変動が測定精
度に与える影響とその低減方法 ＳＬＤのスペクトルは前述の数式５で示されるが、図３
から分かるように、場合によってはＳＬＤの発光強度が
±２０％程度変動するため、この変動が測定精度に与え
る影響は非常に大きい。数式５におけるスペクトル変調
度ｍ、周期ｑ、初期位相ｒが常時一定ならば問題はない
が、例えば初期位相ｒの変動により数式１５を介してＲ
（λb）に変動が生ずる。この変動は、ＳＬＤの温度変
化や、故障によってＳＬＤを取り替えた場合に発生す
る。ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）はスペ
クトル変動は少ないが高価であり、実用的には安価なＳ
ＬＤが適している。ここでは、ＳＬＤのスペクトル変動
（スペクトル変調）が測定精度に与える影響を低減する
方法について述べる。
度に与える影響とその低減方法 ＳＬＤのスペクトルは前述の数式５で示されるが、図３
から分かるように、場合によってはＳＬＤの発光強度が
±２０％程度変動するため、この変動が測定精度に与え
る影響は非常に大きい。数式５におけるスペクトル変調
度ｍ、周期ｑ、初期位相ｒが常時一定ならば問題はない
が、例えば初期位相ｒの変動により数式１５を介してＲ
（λb）に変動が生ずる。この変動は、ＳＬＤの温度変
化や、故障によってＳＬＤを取り替えた場合に発生す
る。ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）はスペ
クトル変動は少ないが高価であり、実用的には安価なＳ
ＬＤが適している。ここでは、ＳＬＤのスペクトル変動
（スペクトル変調）が測定精度に与える影響を低減する
方法について述べる。
【００７１】ＳＬＤのスペクトル変調が測定精度に与え
る影響は、数式１７，数式１８の正弦関数によって発生
する。これらの数式から分かるように、スペクトル変調
の影響を低減するには以下の方法が考えられる。 （ａ）正弦関数の振幅を抑圧する方法 数式１７，数式１８において正弦関数にかかっている指
数関数値、すなわち、ｅｘｐ（−ｑ2／４Ｊj）を数式２
８で決まる係数ｋrとして新たに定義し、このｋrを小さ
くするようにパラメータｓ，ａ，ｂ1，ｑを選ぶ。
る影響は、数式１７，数式１８の正弦関数によって発生
する。これらの数式から分かるように、スペクトル変調
の影響を低減するには以下の方法が考えられる。 （ａ）正弦関数の振幅を抑圧する方法 数式１７，数式１８において正弦関数にかかっている指
数関数値、すなわち、ｅｘｐ（−ｑ2／４Ｊj）を数式２
８で決まる係数ｋrとして新たに定義し、このｋrを小さ
くするようにパラメータｓ，ａ，ｂ1，ｑを選ぶ。
【００７２】
【数２８】
【００７３】（ｂ）波長決定関数Ｒ（λb）の分母、分
子の比演算により正弦関数を相殺する方法 ＡＷＧの阻止域の透過率ａn，ＦＢＧの阻止域の反射率
ｂnjが十分小さく無視できる場合、数式１７，数式１８
はｊ＝４の場合のみを考えればよく、ＦＢＧの半値全幅
を小さくすれば、正弦関数の影響は相殺される。これ
は、ＦＢＧからの反射スペクトルが線スペクトルであれ
ば、ＳＬＤのスペクトル変調の影響を受けないことを意
味する。
子の比演算により正弦関数を相殺する方法 ＡＷＧの阻止域の透過率ａn，ＦＢＧの阻止域の反射率
ｂnjが十分小さく無視できる場合、数式１７，数式１８
はｊ＝４の場合のみを考えればよく、ＦＢＧの半値全幅
を小さくすれば、正弦関数の影響は相殺される。これ
は、ＦＢＧからの反射スペクトルが線スペクトルであれ
ば、ＳＬＤのスペクトル変調の影響を受けないことを意
味する。
【００７４】次に、本発明の実施例を説明する。先ず、
請求項１に記載した発明の実施例では、側波帯抑圧ＦＢ
Ｇの特性を図４，５のような上に凸の場合と、図６のよ
うな矩形の場合との２種類に分け、ＳＬＤのスペクトル
変調の測定精度に与える影響を評価した。評価のための
パラメータ△Ｒ（λb）normを、新たに次のように定義
する。すなわち、△Ｒ（λb）normはＡＷＧのチャンネ
ル間隔内におけるスペクトル変調によるＲ（λb）の変
動の最大値△Ｒ（λb）maxを、Ｒ（λb）の最大値Ｒ
（λb）maxと最小値Ｒ（λb）minとの差で規格化したパ
ラメータである。ここで、最大値△Ｒ（λb）maxは、ス
ペクトル変調の初期位相ｒ＝０の場合とｒ＝πの場合と
から求められる。前記パラメータ△Ｒ（λb）normは数
式２９によって示される。
請求項１に記載した発明の実施例では、側波帯抑圧ＦＢ
Ｇの特性を図４，５のような上に凸の場合と、図６のよ
うな矩形の場合との２種類に分け、ＳＬＤのスペクトル
変調の測定精度に与える影響を評価した。評価のための
パラメータ△Ｒ（λb）normを、新たに次のように定義
する。すなわち、△Ｒ（λb）normはＡＷＧのチャンネ
ル間隔内におけるスペクトル変調によるＲ（λb）の変
動の最大値△Ｒ（λb）maxを、Ｒ（λb）の最大値Ｒ
（λb）maxと最小値Ｒ（λb）minとの差で規格化したパ
ラメータである。ここで、最大値△Ｒ（λb）maxは、ス
ペクトル変調の初期位相ｒ＝０の場合とｒ＝πの場合と
から求められる。前記パラメータ△Ｒ（λb）normは数
式２９によって示される。
【００７５】
【数２９】
【００７６】このパラメータ△Ｒ（λb）normは、数式
２７で示される波長検出信号（波長決定関数）Ｒ
（λb）の光源スペクトルのリップルに対するＳＮ比を
示している。図１に示したＡＷＧ２５としては、チャン
ネル間隔を３．２〔ｎｍ〕、半値全幅を１．６〔ｎｍ〕
とし、ＦＢＧは図４，５のようにスペクトル特性が上に
凸の場合は仮想ＦＢＧを１個としてＦＢＧの特性を近似
し、また、スペクトル特性が矩形の場合は単位仮想ＦＢ
Ｇの反射スペクトルの半値全幅を０．０４９９５〔ｎ
ｍ〕とし、これを繰り返し用いてＦＢＧの特性を近似し
た。
２７で示される波長検出信号（波長決定関数）Ｒ
（λb）の光源スペクトルのリップルに対するＳＮ比を
示している。図１に示したＡＷＧ２５としては、チャン
ネル間隔を３．２〔ｎｍ〕、半値全幅を１．６〔ｎｍ〕
とし、ＦＢＧは図４，５のようにスペクトル特性が上に
凸の場合は仮想ＦＢＧを１個としてＦＢＧの特性を近似
し、また、スペクトル特性が矩形の場合は単位仮想ＦＢ
Ｇの反射スペクトルの半値全幅を０．０４９９５〔ｎ
ｍ〕とし、これを繰り返し用いてＦＢＧの特性を近似し
た。
【００７７】ＦＢＧの反射スペクトルの半値全幅と△Ｒ
（λb）normとの関係を計算した結果を、図８及び図９
に示す。これらの図において、横軸はＦＢＧの半値全
幅、縦軸は△Ｒ（λb）normである。図８、図９におい
て、現実的な値はＡＷＧの阻止域透過率ａn，ＦＢＧの
阻止域反射率ｂnはいずれも０．０００１程度であるこ
とを考慮すれば、ＦＢＧの半値全幅が大きければ大きい
ほど△Ｒ（λb）normは小さくなり、波長測定精度が向
上する。なお、同図に記載の「ＩＥ−０３」は１０ -3，
「ＩＥ−０４」は１０-4をそれぞれ意味する。
（λb）normとの関係を計算した結果を、図８及び図９
に示す。これらの図において、横軸はＦＢＧの半値全
幅、縦軸は△Ｒ（λb）normである。図８、図９におい
て、現実的な値はＡＷＧの阻止域透過率ａn，ＦＢＧの
阻止域反射率ｂnはいずれも０．０００１程度であるこ
とを考慮すれば、ＦＢＧの半値全幅が大きければ大きい
ほど△Ｒ（λb）normは小さくなり、波長測定精度が向
上する。なお、同図に記載の「ＩＥ−０３」は１０ -3，
「ＩＥ−０４」は１０-4をそれぞれ意味する。
【００７８】次に、請求項２に記載した発明の実施例を
説明する。この実施例は、ＡＷＧの透過スペクトルの半
値全幅を大きくすることにより、△Ｒ（λb）normを小
さくするものである。ＡＷＧの透過スペクトルの半値全
幅を大きくすることによって△Ｒ（λb）normを小さく
することは、数式２８においてａを大きくする場合に相
当する。本実施例の実験結果を図１０に示す。ＦＢＧの
反射スペクトルの半値全幅を０．２〔ｎｍ〕としたまま
ＡＷＧの透過スペクトルの半値全幅を０．８〔ｎｍ〕か
ら１．６〔ｎｍ〕と２倍にすることにより、ＳＬＤの所
定の温度範囲において△Ｒ（λb）normが約３倍、改善
されていることが分かる。
説明する。この実施例は、ＡＷＧの透過スペクトルの半
値全幅を大きくすることにより、△Ｒ（λb）normを小
さくするものである。ＡＷＧの透過スペクトルの半値全
幅を大きくすることによって△Ｒ（λb）normを小さく
することは、数式２８においてａを大きくする場合に相
当する。本実施例の実験結果を図１０に示す。ＦＢＧの
反射スペクトルの半値全幅を０．２〔ｎｍ〕としたまま
ＡＷＧの透過スペクトルの半値全幅を０．８〔ｎｍ〕か
ら１．６〔ｎｍ〕と２倍にすることにより、ＳＬＤの所
定の温度範囲において△Ｒ（λb）normが約３倍、改善
されていることが分かる。
【００７９】なお、請求項３に記載した発明の実施例と
しては、先の二つの実施例を合わせた方式になり、光源
の発光スペクトルの半値全幅を大きくした場合にも請求
項１，２の発明と同様の効果を得ることができる。
しては、先の二つの実施例を合わせた方式になり、光源
の発光スペクトルの半値全幅を大きくした場合にも請求
項１，２の発明と同様の効果を得ることができる。
【００８０】また、請求項４記載の発明の実施例とし
て、ＳＬＤの活性領域の長さを変えた例を図１１に示
す。図１１の横軸、縦軸は図９と同じであり、それぞれ
ＦＢＧの半値全幅と△Ｒ（λb）normである。計算条件
を図９の場合と比べると、ＳＬＤのリップル周期（ＳＬ
Ｄの活性領域の長さに相当）だけ異なっており、図９の
場合は周期ｑ＝７．８４７０６／〔ｎｍ〕、図１１の場
合は活性領域を長くしてｑ＝１５．６９４１２／〔ｎ
ｍ〕としてある。なお、同図において、「ＩＥ−０３」
は１０-3を意味する。図１１によれば、図９の場合と比
べて△Ｒ（λb）normが小さくなっていることが分か
る。
て、ＳＬＤの活性領域の長さを変えた例を図１１に示
す。図１１の横軸、縦軸は図９と同じであり、それぞれ
ＦＢＧの半値全幅と△Ｒ（λb）normである。計算条件
を図９の場合と比べると、ＳＬＤのリップル周期（ＳＬ
Ｄの活性領域の長さに相当）だけ異なっており、図９の
場合は周期ｑ＝７．８４７０６／〔ｎｍ〕、図１１の場
合は活性領域を長くしてｑ＝１５．６９４１２／〔ｎ
ｍ〕としてある。なお、同図において、「ＩＥ−０３」
は１０-3を意味する。図１１によれば、図９の場合と比
べて△Ｒ（λb）normが小さくなっていることが分か
る。
【００８１】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、ＦＢＧの
反射スペクトルやＡＷＧの透過スペクトルまたは光源の
発光スペクトルの半値全幅が大きいほど、あるいは、光
源としてのＳＬＤの活性領域が長いほど、光源の発光ス
ペクトルのリップルに対するＳＮ比としてのパラメータ
△Ｒ（λb）normは小さくなり、ＳＮ比が向上して波長
測定精度が従来よりも向上するという効果が得られる。
反射スペクトルやＡＷＧの透過スペクトルまたは光源の
発光スペクトルの半値全幅が大きいほど、あるいは、光
源としてのＳＬＤの活性領域が長いほど、光源の発光ス
ペクトルのリップルに対するＳＮ比としてのパラメータ
△Ｒ（λb）normは小さくなり、ＳＮ比が向上して波長
測定精度が従来よりも向上するという効果が得られる。
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】ＡＷＧの透過率及びＦＢＧの反射率の波長特性
を示す図である。
を示す図である。
【図３】ＳＬＤの発光スペクトルを示す図である。
【図４】側波帯抑圧ＦＢＧの反射率設計値とガウス近似
を示す図である。
を示す図である。
【図５】側波帯抑圧ＦＢＧの反射率設計値とガウス近似
を示す図である。
を示す図である。
【図６】側波帯抑圧ＦＢＧの反射率設計値とガウス近似
を示す図である。
を示す図である。
【図７】ＡＷＧによる波長検出特性を示す図である。
【図８】ＦＢＧの半値全幅と△Ｒ（λb）normとの関係
（ＦＢＧの反射スペクトル特性が矩形の場合）を示す図
である。
（ＦＢＧの反射スペクトル特性が矩形の場合）を示す図
である。
【図９】ＦＢＧの半値全幅と△Ｒ（λb）normとの関係
（ＦＢＧの反射スペクトル特性がガウス形状の場合）を
示す図である。
（ＦＢＧの反射スペクトル特性がガウス形状の場合）を
示す図である。
【図１０】ＡＷＧの半値全幅を大きくすることによるＳ
ＬＤのリップルの影響低減を示す図である。
ＬＤのリップルの影響低減を示す図である。
【図１１】ＳＬＤの活性領域を長くすることによるＳＬ
Ｄのリップルの影響低減を示す図である。
Ｄのリップルの影響低減を示す図である。
【図１２】従来技術としての温度分布測定システムの全
体構成図である。
体構成図である。
【図１３】本発明に適用される波長測定原理の説明図で
ある。
ある。
【図１４】公知の波長測定システムの構成図である。
【図１５】通常のＦＢＧの反射率と波長の関係を示す図
である。
である。
【図１６】側波帯抑圧ＦＢＧの反射率と波長の関係を示
す図である。
す図である。
【図１７】光軸方向に対する導波路部の屈折率を示す図
である。
である。
２１ ＳＬＤ ２２ 光分岐器 ２３，２４ 光ファイバ ２５ ＡＷＧ ２６ フォトダイオード ２７ プリアンプ ２８ マイクロコンピュータ Ｃｈ１−１，Ｃｈ１−２，Ｃｈｉ−１，Ｃｈｉ−２ チ
ャンネル
ャンネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F056 VF02 VF11 VF16 2F103 BA10 BA28 BA37 CA06 EB01 EB11 EB36 EC08 ED06 ED18 FA15 2G020 AA03 AA04 CB23 CB27 CB42 CB43 CC02 CC06 CC47 CD05 CD12 CD24 CD36
Claims (4)
- 【請求項１】 光源からの照射光の光ファイバブラッグ
回折格子からの反射光を、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に入射させ、こ
のアレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用い
て前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、
光源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子
の反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、
受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格
子の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた
波長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測
定装置において、 光ファイバブラッグ回折格子の反射スペクトルの半値全
幅を、目標とする波長測定精度が得られるまで大きな値
にすることを特徴とした波長測定装置。 - 【請求項２】 光源からの照射光の光ファイバブラッグ
回折格子からの反射光を、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に入射させ、こ
のアレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用い
て前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、
光源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子
の反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、
受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格
子の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた
波長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測
定装置において、 アレイ導波路回折格子の透過スペクトルの半値全幅を、
目標とする波長測定精度が得られるまで大きな値にする
ことを特徴とした波長測定装置。 - 【請求項３】 光源からの照射光の光ファイバブラッグ
回折格子からの反射光を、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に入射させ、こ
のアレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用い
て前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、
光源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子
の反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、
受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格
子の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた
波長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測
定装置において、 光源の発光スペクトルの半値全幅を、目標とする波長測
定精度が得られるまで大きな値にすることを特徴とした
波長測定装置。 - 【請求項４】 光源からの照射光の光ファイバブラッグ
回折格子からの反射光を、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に入射させ、こ
のアレイ導波路回折格子の二つ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の出力の比の対数を用い
て前記反射光の波長を測定する波長測定装置であって、
光源の発光スペクトルと、光ファイバブラッグ回折格子
の反射スペクトルと、光ファイバの透過スペクトルと、
受光素子の受光感度スペクトルと、アレイ導波路回折格
子の二つの出力チャンネルの透過スペクトルとを用いた
波長決定関数に基づいて前記反射波長を測定する波長測
定装置において、 光源としてのスーパールミネッセンスダイオードの光増
幅部の活性領域の長さを、目標とする波長測定精度が得
られるまで大きな値にすることを特徴とした波長測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014038A JP2001201407A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 波長測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014038A JP2001201407A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 波長測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001201407A true JP2001201407A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18541556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000014038A Pending JP2001201407A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 波長測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001201407A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004170313A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toshiba Corp | 光ファイバグレーティング物理量計測システム |
| KR100470911B1 (ko) * | 2002-06-05 | 2005-02-21 | 주식회사 아이세스 | 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템 |
| JP2008151574A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Hitachi Cable Ltd | 物理量測定システム |
| CN100445697C (zh) * | 2006-03-21 | 2008-12-24 | 大连理工大学 | 一种光纤f-p传感器的腔长解调算法 |
| JP2011117871A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Anritsu Corp | 光スペクトラムアナライザおよびその波長校正方法 |
| CN102435214A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 华北电力大学（保定） | 光纤光栅谱峰高精度快速寻峰方法 |
| CN103698063A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-04-02 | 成都阜特科技股份有限公司 | 一种风力发电机组叶片载荷测量装置及其测量方法 |
| CN103759826A (zh) * | 2010-04-19 | 2014-04-30 | 台湾超微光学股份有限公司 | 具有杂散光滤除构造的微型光谱仪 |
| CN104111082A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-10-22 | 中南大学 | 一种高精度fbg传感信号寻峰方法 |
| JP2014225584A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置 |
| CN113916733A (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-11 | 北京智感度衡科技有限公司 | 一种传感器和颗粒物检测装置 |
-
2000
- 2000-01-19 JP JP2000014038A patent/JP2001201407A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470911B1 (ko) * | 2002-06-05 | 2005-02-21 | 주식회사 아이세스 | 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템 |
| JP2004170313A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toshiba Corp | 光ファイバグレーティング物理量計測システム |
| CN100445697C (zh) * | 2006-03-21 | 2008-12-24 | 大连理工大学 | 一种光纤f-p传感器的腔长解调算法 |
| JP2008151574A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Hitachi Cable Ltd | 物理量測定システム |
| JP2011117871A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Anritsu Corp | 光スペクトラムアナライザおよびその波長校正方法 |
| CN103759826A (zh) * | 2010-04-19 | 2014-04-30 | 台湾超微光学股份有限公司 | 具有杂散光滤除构造的微型光谱仪 |
| CN102435214A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 华北电力大学（保定） | 光纤光栅谱峰高精度快速寻峰方法 |
| JP2014225584A (ja) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置 |
| CN103698063A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-04-02 | 成都阜特科技股份有限公司 | 一种风力发电机组叶片载荷测量装置及其测量方法 |
| CN103698063B (zh) * | 2013-12-02 | 2016-01-06 | 成都阜特科技股份有限公司 | 一种风力发电机组叶片载荷测量装置及其测量方法 |
| CN104111082A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-10-22 | 中南大学 | 一种高精度fbg传感信号寻峰方法 |
| CN113916733A (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-11 | 北京智感度衡科技有限公司 | 一种传感器和颗粒物检测装置 |
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