JP2001511895A

JP2001511895A - 光波長測定装置

Info

Publication number: JP2001511895A
Application number: JP53561998A
Authority: JP
Inventors: クリングレボトン，ヨーン・トマス; ティングベ，ダー; ナクスター，ヒルデ
Original assignee: オプトプラン・アクティーゼルスカブ
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 2001-08-14
Also published as: ATE286243T1; EP0960321B1; NO970674D0; AU6230798A; EP0960321A1; NO970674L; DE69828385D1; US6097487A; WO1998036252A1; NO307357B1; AU723404B2

Abstract

(57)【要約】呼掛け信号広帯域光源（１）と同調光学フィルタ（２）とを含む、光波長の正確かつ再現可能な測定装置。光の第１の部分は、どちらの順序においても、フィルタ（２）を透過し、そして絶対的な波長基準を与える既知のブラッグ波長をもつ少なくとも一つのファイバブラッググレーティング（５）から反射し、または透過し、そして第１の検波器（７）に向かう。光の第２の部分は、どちらの順序においても、フィルタを透過し、そして固定されかつ既知のフリースペクトルレンジを有するファブリ・ペローフィルタ（８）を透過しまたは反射し、正確な周波数／波長目盛りを与えるために呼掛け信号原始スペクトルをサンプリングして櫛型スペクトルを形成する。光の前記第２の部分は、第２の検波器（１０）に向かい、そこでは正確かつ再現可能な波長測定を行うために、検波器（７、１０）からの電気的な出力信号を、信号処理ユニット（１１）で同時にサンプリングし、比較しそして処理する。

Description

【発明の詳細な説明】光波長測定装置この発明は、請求項１の前提部分に従う光波長の正確かつ再現可能な測定装置に関する。背景ファイバブラッググレーティング（Fibre Bragg Grating、ＦＢＧ）は、光ファイバのコアの屈折率の恒久的な、光誘起性の周期的な変調であり、そのコアはブラッグ波長を中心とする狭い帯域幅内で光を反射させる。ＦＢＧｓが、ブラッグ波長の測定を通して、（ＦＢＧｓの位置での）温度または歪のような、あらゆるゆらぎを検出するために用いることができることは公知であり、それはＦＢＧに沿って伝播する光が経験する屈折率変調および／または有効屈折率の物理的な周期、そしてゆえにブラッグ波長、を変化させる。ＦＢＧセンサーの重要な特徴は、適切な較正を用いると、ＦＢＧ変換素子から反射されたブラッグ波長がＦＢＧでのゆらぎの大きさの絶対的な尺度となることである。しかしながら、例えば温度および歪を測定するセンサー応用においては、ブラッグ波長は、解像度、再現性および代表的にＦＢＧ反射帯域幅のわずか０．３〜１％に相当する約１pmの精度、をもって測定する必要がある。代表的な１．５５μmのブラッグ波長に関して言えば、１pmのブラッグ波長の移動は、歪および温度のそれぞれおよそ１ms trainおよび０．１℃の変化に対応している。ＦＢＧセンサーのもう一つの非常に重要な特徴は、数ミリメートルから何十キロメートルまで離れた任意の位置に置かれたＦＢＧ変換素子を伴なう準分散センシングを実施するために、センサー操作のもとで重なり合わない異なる波長でＦＢＧｓを書き込むことにより、多くのＦＢＧセンサーが、１またはいくつかのファイバに沿って多重化され（multiplexed）得ることである。広帯域源、例えば端発光ダイオード（ＥＬＥＤ）または超蛍光ファイバ源(sup erfluorescent fibre source：ＳＦＳ)、を同調光学フィルタ、例えば圧電変換器(piezoelectric transducer：ＰＺＴ)同調ファイバファブリ・ペローフィルタ（Fabry-Perot filter）[カージー、A．D.、バーコフ、T．A．およびMorey、W． W.、“ファイバファブリ・ペロー波長フィルタを有する多重化ファイバブラッググレーティング歪みセンサーシステム”、Optics会報、第18巻、pp．1370-137 2、1993]、または代わりに波長可変レーザ光源、例えば外部同調ＦＢＧ反射体を有する外部空孔半導体レーザ[米国特許第5,401,956号明細書(１９９５年３月２８日)]、と組合せて使用することにより、原始スペクトルが可能なすべてのＦＢＧセンサー波長をカバーする条件のもとで、１またはいくつかの反射ＦＢＧセンサー波長を測定することができることは公知である。これらの技術は、多様なＦＢＧセンサーの同時波長非多重化（demultiplexing）および復調（波長決定）を可能としている。同調フィルタ（またはレーザ光源）の透過波長は、通常、センサーの完全波長値域にわたって走査され、そこでは、検出仕事率の最大値に対応する同調素子に対する制御電圧、または走査時間、がセンサーブラッグ波長の尺度となる。制御電圧、または走査時間、と同調波長との関係、すなわちフィルタ応答、は実際の同調素子では線形ではなく、そして、フィルタ応答のドリフトおよびヒステリシスの問題を拘えている。これはＰＺＴ−駆動同調素子について特にあてはまる。このことは、ブラッグ波長を高い精度かつ再現性をもって測定するために、ある種の基準体系が必要であることを意味している。広帯域源および同調フィルタをＦＢＧセンサーの波長復調に使用するときのもう一つの問題は、フィルタを通過した原始スペクトル（すなわち実際の原始スペクトルおよび／またはフィルタ透過スペクトル）の勾配（gradient）および脈動（ripples）の影響である。これは、ＦＢＧセンサーの真のブラッグ波長に対する測定ピーク波長の小さな波長移動を生じさせ、それはフィルタを通過した原始スペクトルに対するブラッグ反射スペクトルの位置の変化に伴なって変化し、そして測定ブラッグ波長を信頼性のないものにする。いくつかの間隔が密なレーザ透過波長を使用する波長分割多重化(ＷＤＭ)は、光ファイバ伝送によりもたらされる巨大な帯域幅を利用するため、そして情報伝送容量を高めるために、ファイバ光学遠距離通信においてますます重要になってきている。このような応用では、高い精度と再現性を伴なって伝送器の波長を調整し制御することが基本である。このことはまた、構成要素特性、分光器使用技術および検出応用において多くの応用を有する波長可変レーザのレーザ波長に関して、しばしば見うけられる。最後に、間隔が密なブラッグ波長をもつＦＢＧセンサーからの反射波長を測定する場合、または同調フィルタに基づく機器を用い、伝送器波長およびＳＮ比に基づき間隔が密集したＷＤＭシステムにおいて種々の波長チャネルを分析する場合、フィルタ透過スペクトルの側波帯によって生じる種々のセンサー／チャンネル間のクロストーク（crosstalk）が起こり得る。目的本発明の主要な目的は、広帯域源を同調フィルタまたは代わりに波長可変レーザ光源と組合せて使用することに基づいて、波長多重化ファイバブラッググレーティング(ＦＢＧ)センサーからの反射ブラッグ波長を測定する、再現性があり、正確かつ解像度が高い実用的な装置を提供することにある。その目的は読み出しシステムを提供することであり、それは、同調フィルタ応答、代わりに波長可変レーザ応答、における非線形性、ドリフトおよびヒステリシスの影響を排除することにより、１pmよりも優れた解像度、精度および長期間の再現性をもって、ブラッグ波長を測定することができるものである。第２の目的は、間隔が密なブラッグ波長を有するＦＢＧセンサーからの反射波長を測定するとき、または間隔が密集したＷＤＭシステムの多様な波長チャネルを分析するときに、同調フィルタ透過ピークの側波帯により生ずるクロストークを排除し／減らすことである。第３の目的は、広帯域原始スペクトル、例えば光ファイバ増幅器から増幅された自然放出、を測定する、またはレーザ光源の波長と振幅を測定する、スペクトル分析器としての修正波長測定装置の使用を可能とすることである。最後に、第４の目的は、レーザの同調範囲内でプログラム可能なレーザ波長を与える波長可変レーザの制御システム、またはＷＤＭ応用のための多波長レーザアレイの波長および振幅の制御システム、を提供することである。発明この発明の目的は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を有する装置により達成される。さらなる特徴は、従属クレイムに記載されている。この発明の主要な部分は、広帯域源および同調フィルタ、代わりに波長可変レーザ、を新規な基準体系と組合せて使用することを含む。同調フィルタは、例えば同調ファブリ・ペローフィルタ、同調音響光学フィルタ、または同調干渉フィルタである。その体系は、１）温度安定化ＦＢＧ、または既知の温度およびブラッグ波長と温度との間の既知の関係をもつＦＢＧ、により与えられる正確な基準波長、および、２)固定鏡間隔およびゆえに固定フリースペクトルレンジをもつ２つの平行な鏡からなる固定ファブリ・ペロー（Ｆ−Ｐ）フィルタ、の使用を組合わせるものであり、後者は、同調フィルタ応答の線形性およびゆえにシステムに正確な周波数目盛りを与えるため、周波数等距離の狭いピークからなり、そしてフィルタを通過した原始スペクトルを同時にサンプリングする、透過スペクトルを有している。好適な実施例においては、同調フィルタ、または代わりに波長可変レーザ光源、によりフィルタを通過した広帯域源を備えた同調光源は、２つに分離され、主要部分は基準ＦＢＧおよびＦＢＧ変換素子へ伝送され、そして反射信号は検波器に進み、一方、より小さな第２の部分は固定Ｆ−Ｐフィルタを通り第２の検波器に伝送される。２つの検波器信号を同時にサンプリングし、そして１つの検波器でのセンサーＦＢＧピークおよび基準ＦＢＧピークを、第２の検波器での周波数等距離ピークをもつ櫛状スペクトルと結合させることにより、同調フィルタ応答のドリフトおよびヒステリシスの影響が除かれ、そしてセンサーＦＢＧ波長は高い再現性をもって測定することができる。ＦＢＧ基準波長および絶対波長基準に対する櫛状スペクトルの周波数分割を適切に較正することにより、絶対ブラッグ波長もまた測定することができる。透過ＦＢＧブラッグ波長を測定するシステムを再構築することもまた可能となる。この発明の第２の態様においては、同じ基本構成、すなわち、同調フィルタ、固定Ｆ−Ｐフィルタおよび基準波長ＦＢＧ、が高精度な波長をもつスペクトル分析器、または高い再現性と代表的には１pm未満の精度をもつ波長可変レーザの波長／レーザアレイの波長を制御し調整することができる波長可変レーザ若しくは多波長レーザの制御システム、のいずれかを組立てるために用いられる。この発明の最後の態様においては、間隔が密なブラッグ波長をもつＦＢＧセンサーからの反射波長を測定するとき、または間隔が密集したＷＤＭシステムの種々の波長チャンネルを分析するとき、同調フィルタの透過ピークの側波帯によって生じるクロストークが、光を同調フィルタに２回通すことにより、または同調フィルタをＦＢＧセンサーからの反射波長の測定に使用される可変狭帯域ファイバリングレーザの一部とすることにより、著しく減少される。実施例以下に、この発明は、実施例を用いてそして図面を参照して説明される；ここで、図１は、いくつかのＦＢＧセンサ波長の非多重化および復調用の波長測定装置を示し；図２は、１つの基準ＦＢＧおよび２つのセンサＦＢＧｓをもつ出力されたＦＢＧスペクトル、およびＳＦＳ原始スペクトルが固定ファイバＦ−Ｐフィルタを通過するとき発生する基準櫛状スペクトルを示し；図３は、１６時間にわたって測定された一定温度でのＦＢＧの測定ブラッグ波長を示し；図４は、ＦＢＧセンサアレイ当たり１つの検波器チャンネルをもち、いくつかのファイバにおいて空間的に多重化されたＦＢＧセンサアレイの波長非多重化および復調用の波長測定装置を示し；図５は、各アレイが２つの広帯域呼掛け信号源により制限された分離波長帯域に属する、２つの波長多重化ＦＢＧセンサアレイ波長の非多重化および復調用の波長測定装置を示し；図６ａは、広帯域源スペクトル測定用の修正波長測定装置を示し；図６ｂは、２つの検波器のみを必要とする広帯域源スペクトル測定用の代替の修正波長測定装置を示し；図７ａは、１またはいくつかのレーザ光源の波長、振幅およびＳＮ比の測定用、または代わりに波長可変レーザの波長制御用、の修正波長測定装置を示し；図７ｂは、２つの検波器のみを必要とする１またはいくつかのレーザ光源の波長、振幅およびＳＮ比の測定用、または代わりに波長可変レーザの波長制御用、の代替の修正波長測定装置を示し；図７ｃは、２つの検波器のみを必要とする１またはいくつかのレーザ光源の波長、振幅およびＳＮ比の測定用、または代わりに波長可変レーザの波長制御用、のもう一つの代替の修正波長測定装置を示し；図８は、光が同調フィルタを２回通過する、いくつかのＦＢＧセンサ波長の非多重化および復調用の修正波長測定装置を示し；図９は、２つの検波器のみを必要とし、およびレーザ光源は同調フィルタを２回通過する、１またはいくつかのレーザ光源の波長、振幅およびＳＮ比の測定用の修正波長測定装置を示し；図１０は、同調フィルタが、可変の狭帯域ファイバリングレーザを供給するファイバ利得媒体を併せもつ、ファイバリングの内側に置かれるいくつかのＦＢＧセンサ波長の非多重化および復調用の修正波長測定装置を示す。図１は、いくつかの波長多重化ＦＢＧｓ、代表的にはＦＢＧ歪みまたは温度センサ、のブラッグ波長測定に使用される波長測定装置の好適な実施例を示す。広帯域源１からの光は、係わりのあるブラッグ波長をカバーする波長走査モードで操作される圧電同調Ｆ−Ｐフィルタ２を通過する。同調Ｆ−Ｐフィルタは、ＦＢＧｓにより占められた波長値域を超えるフリースペクトルレンジ、およびＦＢＧ反射スペクトルの帯域幅に類似した帯域幅を有している。透過した狭帯域光はファイバ光学方向性結合器３で２つに分離される。光の主部分は、別の方向性結合器４を経由して、既知の波長をもつ少なくとも一つのＦＢＧ５を含むＦＢＧｓ６を通過し、正確な波長基準を提供する。狭帯域フィルタを通過した原始光の波長がＦＢＧｓのブラッグ波長と一致するときに生じるＦＢＧｓからの反射光は、方向性結合器４を通り、図示したように光信号を、１つのパルスがλ_refで表わされるＦＢＧｓの個々のブラッグ波長を各パルスが表示する、電気パルストレインに変換する検波器７に進む。分離した光のより小さな部分は、固定および既知のフリースペクトルレンジをもつファイバＦ−Ｐフィルタ８を透過し、それは、正確な周波数／波長目盛りを与えるため、フリースペクトルレンジに等しい一定で既知の周波数分割を有するピークの基準櫛状スペクトルを出力で発生させる。広帯域源１のスペクトルが同調Ｆ−Ｐフィルタ２のフリースペクトルレンジよりも広いときは、このフリースペクトルレンジより狭い通過帯域をもつ光学帯域通過フィルタ９をファイバＦ−Ｐフィルタ８と組合わせることが必要である。基準櫛状スペクトルは第２の検波器１０を通過し、図示したように櫛状スペクトルを表わす基準電気パルストレインを発生する。検波器７および１０からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１で、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、同調Ｆ−Ｐフィルタ２の走査時間および／または信号処理ユニット１１の処理時間により制限される時間解像度をもった、正確かつ再現可能なＦＢＧｓのブラッグ波長に関する情報を提供する。図２は、同調ファイバＦ−Ｐフィルタのフリースペクトルレンジよりも狭いスペクトルを有する、広帯域呼掛け信号源としての超蛍光エルビウムドープファイバ光源を用いて、図１に示される装置からの測定波長スペクトルの出力を、計算から求めた絶対波長目盛りとともに示す。図１の１つの検波器７からの出力は３つのピークを有し、ピーク１２は既知の波長をもつ基準ＦＢＧからの反射スペクトルであり、一方、ピーク１３ａ、１３ｂは、２つのＦＢＧセンサーの反射スペクトルである。他の検波器（図１の１０）からの出力１４は、固定ファイバＦ− Ｐフィルタの出力での基準櫛状スペクトルである。図３は、図１の波長測定装置を使用したＦＢＧの測定ブラッグ波長１５を示す。図２で測定スペクトル１３ｂを有するＦＢＧは、０．１℃未満の温度変動を有する一定温度のオーブンの中に置かれている。測定は１６時間にわたって行われ、およそ０．１℃の温度変化に相当するわずか１pmの測定波長のドリフト/変化を示し、測定装置が高度な再現性を与えることを示している。波長解像度はここでは、主として装置のデジタル化ノイズにより制限されるおよそ＋０．１pmである。図４は、いくつかのファイバに沿った一連のＦＢＧｓのブラッグ波長を、各シリーズに分離した検波器に非多重化および復調する、図１の装置を基礎とする装置を示す。広帯域源１からの光は、同調フィルタ２を透過し、方向性結合器３で分離され、そこで、主部分は、代表的に各シリーズ中の一つのＦＢＧ５が既知のブラッグ波長を有しているＦＢＧｓ６を伴なう個々のＦＢＧシリーズに光を分離するファイバ光学分波器１６を通り、ＦＢＧ変換素子に進む。ＦＢＧｓからの反射光は、４つのＦＢＧシリーズのいずれか個々の方向性結合器４を通り、個々の検波器７に進む。方向性結合器３で分離した光のより小さな部分は、固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８、随意的に帯域通過フィルタ９を通り、検波器１０に伝送される。検波器１０および７からの検出信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１で、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能なＦＢＧｓのブラッグ波長に関する情報を提供する。図５は、全有効波長帯域を増加させるため、１つの同調Ｆ−Ｐフィルタのみを用いて、異なる波長帯域、代表的には１．３および１．５５μm波長帯域、にブラッグ波長をもつ２グループの波長多重化されたＦＢＧｓのブラッグ波長を非多重化および復調する、図１の装置を基礎とする装置を示す。各々１．３および１．５５μmを中心とする２つの広帯域ＥＬＥＤ光源１ａおよび１ｂからの光は、ＷＤＭ結合器１７で１つのファイバに多重化され、図に示すように異なるフィルタ共振順序で２つの波長帯域を通って同調Ｆ−Ｐフィルタ２を透過し、そして方向性結合器３で分離され、そこで、主部分は、方向性結合器４を通り、各々１．３および１．５５μmの波長帯域に属する２グループのＦＢＧｓ６ｂおよび６ａ並びに２つの基準ＦＢＧｓ５ａおよび５ｂに対応するＦＢＧ変換素子に進む。ＦＢＧｓからの反射光は、方向性結合器４を通って進み、ＷＤＭ結合器１８で非多重化され、２つの波長帯域の別個の検波器７ａおよび７ｂに向かう。方向性結合器３で分離した光のより小さな部分は、固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８および唯一の波長帯域を通過させる帯域通過フィルタ９を通り検波器１０に伝送される。検波器１０、７ｂおよび７ａからの検出信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１で、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能なＦＢＧｓのブラッグ波長情報を提供する。図６ａは、広帯域源、代表的には超蛍光ファイバ源、のスペクトル測定に使用される図１の装置を基礎とする装置を示す。広帯域源１からの光は、原始スペクトル幅よりも広いフリースペクトルレンジを有していなければならない同調Ｆ− Ｐフィルタ２を通過し、方向性結合器３で分離される。主部分は、もう一つの方向性結合器１９で分離され、そこで、一部は既知の波長を有する基準ＦＢＧ５に向かい、一方、他の部分は検波器２０に伝送される。基準ＦＢＧ５からの反射光は、方向性結合器１９を通って進み、第２の検波器７に伝送される。方向性結合器３で分離された光のより小さな部分は、固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８を通り、検波器１０に伝送される。検波器１０、７および２０からの検出信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ａで、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能な広帯域源のスペクトル情報を提供する。図６ｂは、２つの検波器のみを必要とする、広帯域源のスペクトル測定に使用される、図６ａの装置の代替の構成を示す。広帯域源ＥＬＥＤ１からの光は、同調Ｆ−Ｐフィルタ２を透過し、方向性結合器２１で分離される。一部は、検波器２０に直接伝送され、一方、他の部分は、固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８’から反射され、その結果フィルタ共振で反射スペクトルにディップ（dips）を生じ、方向性結合器２１に進み、透過に際してディップを発生させる既知の波長をもつ基準ＦＢＧ５’を通り第２の検波器１０’に伝送される。固定Ｆ−Ｐフィルタの共振波長に対する基準ブラッグ波長の位置は、ＦＢＧスペクトルのディップが固定Ｆ−Ｐフィルタからの反射スペクトルのディップと常に確実に重なり合わないように制御する必要がある。検波器１０’および２０からの検出信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ｂで、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能な広帯域源のスペクトル情報を提供する。図７ａは、１またはいくつかのレーザの波長、振幅およびＳＮ比の測定に使用される、そして代わりに１またはいくつかのレーザ波長を調整し制御するための制御ユニットとして使用される、図１の装置を基礎とする装置を示す。広帯域源１からの光は、方向性結合器２２、同調ファイバＦ−Ｐフィルタ２、方向性結合器２３、光学断路器２４を通過し、方向性結合器３で分離される。一部は、方向性結合器４に向かい、基準ＦＢＧ５で反射し、結合器４を通って検波器７に進む。結合器３で分離された光の他の部分は、固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８、光学帯域通過フィルタ９を通り、第２の検波器１０に伝送される。同調レーザまたは多波長レーザアレイ２５からの光は、光学断路器２６を透過し、方向性結合器２３で分離される。主部分は、レーザ出力２７である。より小さな部分は、広帯域源からの光と反対方向に同調フィルタ２を透過し、方向性結合器２２を通り第３の検波器２８に進む。検波器２８、１０および７からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ｃで、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能なレーザ波長情報を提供し、これはレーザ２５に対するフィードバック制御信号２９を通してレーザ波長を調整し制御するために用いられる。図７ｂは、１またはいくつかのレーザの波長、振幅およびＳＮ比の測定に使用される、そして代わりに１またはいくつかのレーザ波長を調整し制御するための制御ユニットとして使用される、２つの検波器のみを必要とする、図７ａの装置の代替の構成を示す。広帯域源１からの光は、方向性結合器２２、無視しうる後方反射に設けられる同調ファイバＦ−Ｐフィルタ２、方向性結合器２３、光学断路器２４、そして方向性結合器２１’およびその前方の光学帯域通過フィルタ９ ’を通過し、そして固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８’から反射され、その結果フィルタ共振で反射スペクトルにディップを生じる。反射光は、結合器２１’およびブラッグ波長で透過ディップを伴なう基準ＦＢＧ５’に向かい、検波器１０ ’に進む。同調レーザまたは多波長レーザアレイ２５からの光は、光学断路器２６に伝送され、方向性結合器２３で分離される。主部分は、レーザ出力２７である。より小さな部分は、広帯域源からの光と反対方向に同調フィルタ２を透過し、方向性結合器２２を通り、第２の検波器２８に進む。検波器２８および１０’ からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ｄで、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能なレーザ波長情報を提供し、これはレーザ２５に対するフィードバック制御信号２９を通して、レーザ波長の調整および制御に用いることができる。図７ｃは、１またはいくつかのレーザの波長、振幅およびＳＮ比の測定に使用され、そして代わりに１またはいくつかのレーザ波長を調整し制御する制御ユニットとして使用される、２つの検波器のみを必要とする、図７ａの装置のもう一つの代替の構成を示す。広帯域源１からの光は、方向性結合器２２および無視しうる後方反射に設けられる同調ファイバＦ−Ｐフィルタ２を通過し、方向性結合器２３で分離され、そこで、一部は光学断路器２４、光学帯域通過フィルタ９、および固定ファイバＦ−Ｐフィルタ８を通り、そして検波器１０に伝送され、一方、第２の部分は、特性を求める原始スペクトルの波長帯域の外側に既知の波長をもつ基準ＦＢＧ５で反射され、同調フィルタ２を逆方向に通過し、結合器２２により第２の検波器２８に進む。レーザまたは多波長レーザアレイ２５からの光は、光学断路器２６を透過し、基準ＦＢＧ５を通り、方向性結合器２３で分離される。主部分は、レーザ出力２７である。より小さな部分は、広帯域源からの光と反対方向に同調フィルタ２を透過し、方向性結合器２２を通り第２の検波器２８に進む。検波器２８および１０からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ｅで、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確かつ再現可能なレーザ波長情報を提供し、これは、レーザ２５に対するフィードバック制御信号２９を通して、レーザ波長の調整および制御に使用することができる。図８は、光が同調フィルタを２回通過する、いくつかのＦＢＧセンサ波長の非多重化および復調用の、修正波長測定装置を示す。広帯域源１からの光は、方向性結合器４’を通過し、次いで係わりのあるブラッグ波長をカバーする波長走査モードで操作される同調Ｆ−Ｐフィルタ２を通過する。透過した狭帯域光は、ファイバ光学方向性結合器３で２つに分離される。光の主部分は、既知の波長をもつ少なくとも１つのＦＢＧ５を含むＦＢＧｓ６を通過し、正確な波長基準を提供する。ＦＢＧｓからの反射光は、方向性結合器３で結合され、無視しうる後方反射に設けられる同調フィルタ２を逆に通過し、検波器７’に向かう前に方向性結合器４’により二重の通過路が与えられる。二重の通過路は、波長間隔が密なＦＢＧセンサ間の同調フィルタにより誘起されるクロストークを減少する。方向性結合器３で分離された光のより小さな部分は、第２の検波器１０を通過する前に、光学断路器２４、光学帯域通過フィルタ９、および固定され既知のフリースペクトルレンジを有するファイバＦ−Ｐフィルタ８を透過し、検波器７’および１０からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１で、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較され、正確なブラッグ波長測定を提供する。図９は、１またはいくつかのレーザ光源の波長、振幅およびＳＮ比を測定する、２つの検波器のみを必要とし、およびレーザ光線が同調フィルタを２回通過する、修正波長測定装置を示す。分析するレーザ光源２５からの光は、光学断路器２６および交互に遮断／通過する光学スイッチ３０を通過し、そして方向性結合器２３’を通り波長走査同調フィルタ２を通過する。光の一部は、方向性結合器３’に進み、その後広帯域鏡３１で反射され、結合器３’を通り、同調フィルタ２を再度通過し、方向性結合器２３’および２２を経由して検波器に進む。スイッチ３０で位相がオン／オフする少なくとも一つの呼掛け信号広帯域源１’から放出された光は、方向性結合器２２および２３’、そして同調フィルタ２を透過し、方向性結合器３’で分離される。分離した光の第１の部分は、鏡３１で反射し、結合器３’を通り、同調フィルタ２を２回目に逆に通過し、その後方向性結合器２３’および２２を経由して、特性を求めるレーザ光源の波長範囲の外側に既知の基準ブラッグ波長をもつ少なくとも一つのファイバブラッググレーティング５’を通り、少なくとも１つの基準ブラッグ波長において透過スペクトルに少なくとも１つのディップを発生させて、検波器２８に進む。分離した光の第２の部分は、光学断路器２４を経由して、随意の光学帯域通過フィルタ８および固定のかつ既知のフリースペクトルレンジを有するファブリ・ペローフィルタ９を通り、第２の検波器１０に進む。検波器２８および１０からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１ｆで、分析するレーザ光源からの光を交互にオン／オフ切替および広帯域源のオン／オフ変調を伴なう位相で、交互にサンプリングされ、処理され、比較され、正確かつ再現可能なレーザ波長、振幅およびＳＮ比に関する情報を提供する。図１０は、いくつかのＦＢＧセンサー波長の非多重化および復調用の修正波長測定装置を示し、そこでは、同調フィルタは、ＦＢＧｓの波長呼掛け信号のための可変狭帯域ファイバリングレーザを供給するファイバ利得媒体を併せもつファイバリングの内側に置かれている。ファイバリングレーザは、方向性結合器３２に近接している。高出力半導体ポンプレーザ３３からの光は、利得を与える波長分割マルチプレクサ３５を通して、エルビウムをドープした光ファイバ３４の長さを励起し、それは、結合器３２を経由するフィードバックとともにエルビウム利得帯域幅内でレーザ発振を可能にする。レーザ光線の帯域幅は、狭い線幅で一方向性レーザを発振させるために、２つの光学断路器３６および３７の間に置かれた波長走査同調ファブリ・ペローフィルタ２’により制限される。走査される狭帯域レーザ光線は、結合器３２を経由して結合され、方向性結合器３で分離される。光の主部分は、もう一つの方向性結合器４を経由して、既知の波長を有する少なくとも１つのＦＢＧ５を含むＦＢＧｓ６を通過し、正確な波長基準を提供する。ＦＢＧｓからの反射光は、方向性結合器４を通って検波器７に進む。分離した光のより小さな部分は、固定のおよび既知のフリースペクトルレンジをもつファイバＦ−Ｐフィルタ８、および光学帯域通過フィルタ９を透過し、第２の検波器１０に伝送される。検波器７および１０からの信号は、信号処理およびデータ表示ユニット１１で、同時にサンプリングされ、処理され、そして比較される。この発明が、例示的な実施態様の点から記載され図示されてきたが、その発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者により、この発明の考え方および範囲から離れることなく、上述のおよび種々の置換、削除、付加がなし得ることを認識すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）のブラッグ波長であることができる光波長の正確かつ再現可能な測定装置であって、少なくとも１つの呼掛け信号広帯域光源と、波長基準として作動する少なくとも１つのＦＢＧの既知の波長を含む係わりのあるすべての波長をカバーする波長走査モードで操作される、同調光学フィルタとを含み、少なくとも１つの呼掛け信号広帯域光源から放出される光の第１、どちらの順序であっても、の部分は、波長走査同調フィルタを透過し、測定するブラッグ波長をもつ少なくとも１つのＦＢＧおよび既知の基準ブラッグ波長をもつ前記少なくとも１つのファイバブラッググレーティング、から反射し、またはそれを透過し、そして少なくとも１つの検波器に向かうこと、一方、少なくとも１つの呼掛け信号広帯域光源から放出される光の第２、どちらの順序であっても、の部分は、波長走査同調フィルタを透過し、随意的に波長値域を制限する光学帯域通過フィルタを組合わせて、固定されおよび既知のフリースペクトルレンジをもつファブリ・ペローフィルタを透過し、またはそれから反射し、呼掛け信号原始スペクトルの勾配または同調フィルタ透過の波長依存変数によって生じる波長測定の誤差を補償する手段と同様に、周波数等距離ピークをもつ呼掛け信号原始スペクトルをサンプリングする櫛状スペクトルまたは既知のフリースペクトルレンジに等しい周波数分割を伴なうディップを形成して、同調フィルタの波長同調応答において非線形性、ドリフトおよびヒステリシスの影響を受けない正確かつ再現可能な周波数／波長目盛りを与え、そして、少なくとも１つの検波器に向かい、そこでは検波器からの電気出力信号が信号処理ユニットで同時にサンプリングされ、比較されおよび処理され、正確かつ再現可能な測定を行うこと、を特徴とする正確かつ再現可能な光波長測定装置。２．前記広帯域源および前記同調フィルタが、波長可変レーザ光源に置換えられることを特徴とする、請求項１記載の装置。３．前記装置が、この光源が装置の呼掛け信号源である広帯域光源の波長スペクトルを測定するために使用される装置であることを特徴とする、請求項１記載の装置。４．前記装置が、前記広帯域呼掛け信号源ではなく、波長可変レーザ光源または多波長レーザアレイであることができる、少なくとも１つの光源のスペクトルを測定するために使用される装置であることを特徴とする、請求項１記載の装置。５．前記装置で与えられるレーザ波長に関する正確な情報が、波長可変レーザのレーザ波長または多波長レーザアレイのレーザ波長を調整し制御するためのフィードバック構成に使用されることを特徴とする、少なくとも１つのレーザ光源の波長測定に使用される請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。６．前記正確な波長基準が、測定されるいずれかのスペクトルと異なる反射および透過スペクトルを有することにより、同調フィルタの波長走査と独立していつでも識別することができる、較正され既知のブラッグ波長をもつ少なくとも１つのＦＢＧ、またはこれらの組合わせにより与えられることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の光波長測定装置。７．前記装置が、異なる波長帯域をカバーする少なくとも２つの広帯域源を含み、１つは前記同調フィルターであり、それは組合わせた光源の波長帯域をカバーする単一の透過ピークフィルタか、またはいくつかの透過ピークのいずれかを有することができ、各々は１つの光源の波長帯域をカバーし、そして他は波長帯域に従って信号を別個の検波器に分割する波長分割マルチプレクサであり、両者は、前記基準ブラッグ波長、そして必要ならば前記櫛状スペクトル基準波長、を含む反射ブラッグ波長であることを特徴とする、１またはいくつかの光ファイバに沿ういくつかのＦＢＧｓからの反射光のブラッグ波長を測定するための、請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。８．前記波長走査同調フィルタを透過し、そして測定するブラッグ波長をもつ前記少なくとも１つのＦＢＧおよび既知の基準ブラッグ波長をもつ前記少なくとも１つのファイバブラッググレーティングから反射される、前記少なくとも１つの呼掛け信号広帯域源から放出される光の部分が、検波器に進む前に前記同調フィルタを２回通過することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。９．分析する光源からの光が、広帯域鏡で光を反射させることにより、および分析する前記光源からの光および前記広帯域光源からの光を、２つの検波器で同期して交互に検出信号をサンプリングして、前記同調フィルターに交互に結合させることにより、前記波長走査同調フィルタを２回通過させることを特徴とする、請求項４記載の装置。１０.波長可変レーザが、波長分割マルチプレクサ、および前記波長走査同調フィルタを経由した半導体レーザにより励起されたエルビウム−ドープファイバの長さとなることができる、少なくとも利得媒体を含むファイバ光学リングレーザであることを特徴とする、請求項２記載の装置。