JP2007003440A - 波長モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】 温度が変化しても精度よく波長を求めることができる波長モニタを実現することにある。
【解決手段】 本発明は、被測定光を２分岐して、第１の光ファイバによって一方の分岐光を伝送し、第１の光ファイバよりも光路長の短い第２の光ファイバによって他方の分岐光を伝送し、伝送後の被測定光同士を干渉させ、被測定光の波長を測定する波長モニタに改良を加えたものである。本装置は、温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償する温度補償手段を、前記第１、第２の光ファイバの少なくとも一方に設けたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定光を２分岐して、第１の光ファイバによって一方の分岐光を伝送し、第１の光ファイバよりも光路長の短い第２の光ファイバによって他方の分岐光を伝送し、伝送後の被測定光同士を干渉させ、被測定光の波長を測定する波長モニタに関するものであり、詳しくは、温度が変化しても精度よく波長を求めることができる波長モニタに関するものである。

光通信や光計測の分野で使用されるレーザ光源には様々な種類があり、例えば、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed FeedBack - Laser diode）光源やＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg Reflector - Laser Diode）光源、回折格子を使用した外部共振器型の波長可変光源等がある。

しかし、ＤＦＢ−ＬＤ光源やＤＢＲ−ＬＤ光源は、発振波長が長期的にドリフトする問題があり、外部共振器型の波長可変光源は、外部の影響（例えば、温度変化）によって波長が変化するという問題がある。

従って、光通信や光計測等の分野において、単一モード発振するレーザ光源を用いる場合、レーザ光源の波長を高確度・高精度に測定し、モニタリングする必要がある。

波長を測定する装置としては、回折格子を用いる波長モニタや被測定光を干渉させる波長モニタ等がある。このうち、被測定光の干渉信号を用いた波長モニタは、高確度・高精度に測定を行なうことができる（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

図８は、従来の波長モニタの構成を示した図である（例えば、特許文献１参照）。図８において、入力光ファイバ１は、被測定光を伝送する。分岐用光カプラ２は、被測定光を２分岐する。

第１の光ファイバ３は、ファイバ長Ｌ１で、光カプラ２の一方の分岐光を伝送する。第２の光ファイバ４は、ファイバ長Ｌ２で、光カプラ２の他方の分岐光を伝送する。また、第１の光ファイバ３のファイバ長Ｌ１は、第２の光ファイバ４のファイバ長Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。従って、実際に光が通過する光路長差は、ｎ×（Ｌ１−Ｌ２）になる。ただし、ｎは、光ファイバ３、４の光路の屈折率（コアの実効屈折率）である。

合波用光カプラ５は、第１、第２の光ファイバ３、４によって伝送された被測定光を合波し干渉させる。

受光手段６は、光カプラ５からの被測定光の干渉光を受光する。信号処理手段７は、受光手段６で受光された被測定光の干渉光を計数し、波長（周波数）を演算する。

このような装置の動作を説明する。
入力光ファイバ１が、図示しない光源からの被測定光を分岐用光カプラ２に出力する。そして、分岐用光カプラ２が、被測定光を２分岐し、一方の分岐光を第１の光ファイバ３に出力し、他方の分岐光を第２の光ファイバ４に出力する。さらに、合波用光カプラ５が、第１、第２の光ファイバ３、４からの被測定光を合波し干渉させて受光手段６に出力する。もちろん、第１の光ファイバ３のファイバ長Ｌ１が、第２の光ファイバ４のファイバ長Ｌ２よりも長いので、第１の光ファイバ３によって伝送される被測定光は、光路長差分だけ遅延する。

そして、受光手段６が、干渉光の光強度（光パワーとも呼ばれる）に応じた干渉信号（ビート信号）を信号処理手段７に出力し、信号処理手段７が、干渉パルスをカウントして、被測定光の波長を求める。

特開平６−３１７４７８号公報 特開２０００−２３４９５９号公報 特開２００２−２１４０４９号公報

光路長が異なる光ファイバ３、４によって伝送された被測定光同士を干渉させ、干渉光を測定することにより高精度・高確度に被測定光の波長を測定することできる。

しかしながら、信号処理手段７は、光ファイバ３、４の光路長差が一定という条件のもとに被測定光の波長を求めるので、温度変化によって誤差が生じるという問題があった。

具体的に、温度が変化した場合を説明する。
光ファイバ３、４の光路の屈折率（コアの実効屈折率）を上述のようにｎ、熱膨張率をα、屈折率ｎの温度変化率をβ、温度変化をΔＴとする。温度変化前の光路長差は、下記の式（１）となる。

ｎ×（Ｌ１−Ｌ２） …（１）

次に、温度変化後の光路長差は、

ｎ×（１＋β×ΔＴ）×（Ｌ１−Ｌ２）×（１＋α×ΔＴ） …（２）

であり、温度変化ΔＴによる光路長差の変化量ΔＬは、α×βを値が十分小さいため無視すると、

ΔＬ＝ｎ×（Ｌ１−Ｌ２）×（α＋β）×ΔＴ …（３）

となる。このように、温度変化ΔＴによって光路長がΔＬ変化するので（温度が上昇すると光路長差が大きくなり、温度が下降すると光路長差が小さくなる）、被測定光の波長を正確に求めることが困難という問題があった。

もちろん、特許文献１に示されるように、光ファイバ３、４を温度調節する方法も考えられるが、光ファイバ３、４を所望の温度に厳密に調整することは困難である。

そこで本発明の目的は、温度が変化しても精度よく波長を求めることができる波長モニタを実現することにある。

請求項１記載の発明は、
被測定光を２分岐して、第１の光ファイバによって一方の分岐光を伝送し、前記第１の光ファイバよりも光路長の短い第２の光ファイバによって他方の分岐光を伝送し、伝送後の被測定光同士を干渉させ、被測定光の波長を測定する波長モニタにおいて、
温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償する温度補償手段を、前記第１、第２の光ファイバの少なくとも一方に設けたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
温度補償手段は、少なくとも２箇所で、張力をかけた前記第２の光ファイバと固定され、前記第１、第２の光ファイバよりも大きな熱膨張率を持つことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
温度補償手段は、少なくとも２箇所で、張力をかけた前記第１の光ファイバと固定され、負の熱膨張率を持つことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記第１、第２の光ファイバは、出射端が並列に配置され、
前記第１、第２の光ファイバの出射端から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる干渉光学素子と、
この干渉光学素子からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
このフォトダイオードアレイの出力から位相が９０°ずれた干渉信号を生成する干渉信号変換手段と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
前記第１、第２の光ファイバの出射端の間隔をファイバ径よりも狭くする光導波路型のピッチ変換素子を設けたことを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、
フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
前記フォトダイオードのそれぞれは、干渉光の干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜６によれば、第１、第２の光ファイバの少なくとも一方に設けられた温度補償手段が、温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償するので、第１、第２の光ファイバの光路長差が一定に保たれる。これにより、温度が変化しても、精度よく被測定光の波長を求めることができる。

請求項２によれば、短い光路長の第２の光ファイバに固定された温度補償手段が、第１、第２の光ファイバよりも大きく伸縮し、温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償するので、第１、第２の光ファイバの光路長差が一定に保たれる。これにより、温度が変化しても、精度よく被測定光の波長を求めることができる。
請求光３によれば、長い光路長の第１の光ファイバに固定された温度補償手段が、第１の光ファイバの固定される部分の距離を温度に反比例して伸縮させ、温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償するので、第１、第２の光ファイバの光路長差が一定に保たれる。これにより、温度が変化しても、精度よく被測定光の波長を求めることができる。
請求項４によれば、干渉光学素子が、第１、第２の光ファイバから出力された２個の出射光を平行光にすると共に、僅かな傾きを持たして干渉させる。そして、干渉光をフォトダイオードアレイで受光する。これにより、合波される光の位相差の増減を容易に判断することができる。さらに、平行光は、フォトダイオードアレイに入射する部分だけなので、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を抑えることができ、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図である。ここで、図８と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、第２の光ファイバ４に温度補償手段８が新たに設けられる。温度補償手段８は、例えば、棒状または板状であり、距離（間隔）Ｌ３となる２箇所で第２の光ファイバ４と固定される。なお、温度補償手段８と固定される際、光ファイバ４に適度な張力をかけた状態で固定（例えば、接着）される。

また、温度補償手段８は、光ファイバ３、４よりも大きな熱膨張率を持ち、温度変化により生ずる光ファイバ３、４の光路長差の変化分を補償するものである。

具体的に、温度が変化した場合を説明する。
温度補償手段８の熱膨張率をα’とする。まず、温度変化前の光路長差は、前述の式（１）と同様である。また、光ファイバ４が固定される距離Ｌ３の光路長は、温度変化前が（ｎ×Ｌ３）である。

次に、温度変化後の光路長差を説明する。光ファイバ４が固定される距離Ｌ３は、温度変化によって（Ｌ３×（１＋α’×ΔＴ））に変化する。従って、温度補償手段８に固定される部分の光ファイバ４の光路長は、温度補償手段８が固定されていない場合、

ｎ×（１＋β×ΔＴ）×Ｌ３×（１＋α×ΔＴ） …（４）

になり、温度補償手段８が固定されている場合、

ｎ×（１＋β×ΔＴ）×Ｌ３×（１＋α’×ΔＴ） …（５）

となる。ここで、β×（α’−α）を値が小さいため無視すると、固定部分における温度補償手段８による光路長の変化量は、

ｎ×Ｌ３×（α’−α）×ΔＴ …（６）

と表される。従って、式（３）と式（６）の変化量が等しく、すなわち、

（Ｌ１−Ｌ２）×（α＋β）＝Ｌ３×（α’−α） …（７）

を満たすよう熱膨張率α’、距離Ｌ３の組み合わせを選択する。つまり、温度補償手段８は、温度依存による光路長差の変化分を打ち消すような固定距離Ｌ３と熱膨張率α’の組み合わせが選択される。

このような装置の動作を説明する。
温度が変化（例えば、上昇）すると、光ファイバ３、４の光路長がファイバ長Ｌ１、Ｌ２に基づいて長くなるが、温度補償手段８が、光ファイバ３、４よりも大きく熱膨張し、距離Ｌ３で固定した部分の光ファイバ４の光路長を（ｎ×Ｌ３×（α’−α）×ΔＴ）だけ、より多く変化させる。

逆に温度が下降すると、光ファイバ３、４の光路長が短くなるが、温度補償手段８が、光ファイバ３、４よりも大きな量、収縮し、距離Ｌ３で固定した部分の光ファイバ４の光路長を（ｎ×Ｌ３×（α’−α）×ΔＴ）だけ、より多く変化させる。なお、光ファイバ４に適度な張力を有しているので、光ファイバ３がたるむことなく収縮する。その他の動作は、図８に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、短い光路長の光ファイバ４に固定された温度補償手段８が、光ファイバ３、４よりも大きく伸縮し、温度変化により生ずる光路長差の変化分ΔＬを補償するので、光ファイバ３、４の光路長差が一定に保たれる。これにより、温度が変化しても、精度よく被測定光の波長を求めることができる。また、温調を精密に行なったり、安定化させて行なう必要がない。

［第２の実施例］
図２は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略すると共に図示も省略する。図２において、棒状等の温度補償手段８の代わりに、緩やかな外周を有する、例えば、円柱状部分を有する温度補償手段９が第２の光ファイバ４に設けられる。温度補償手段９は、第２の光ファイバ４が外周に接して巻かれ、距離（間隔）Ｌ３となる２箇所で光ファイバ４と固定される。なお、温度補償手段９と固定される際、光ファイバ４に適度な張力をかけた状態で固定（例えば、接着）される。

このような装置は、温度変化に伴って、温度補償手段９の外周が膨張または収縮し、光ファイバ４の光路長を変化させ、温度変化により生ずる光路長差の変化分ΔＬを補償する以外の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

［第３の実施例］
図３は、本発明の第３の実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図３において、温度補償手段８の代わりに、温度補償手段１０が第１の光ファイバ３に設けられる。温度補償手段１０は、ベース１０ａ、２個のＬ字部材１０ｂ、１０ｃを有し、負の熱膨張率を持ち、温度変化により生ずる光ファイバ３、４の光路長差の変化分を補償するものである。また、温度補償手段１０は、距離（間隔）Ｌ３となる２箇所で第１の光ファイバ３と固定される。なお、温度補償手段１０と固定される際、光ファイバ３に適度な張力をかけた状態で固定（例えば、接着）される。

ベース１０ａは、棒状または板状の部材であり、一端にＬ字部材１０ｂが固定され、他端にＬ字部材１０ｃが固定される。Ｌ字部材１０ｂ、１０ｃは、他端（ベース１０ａと固定されない側）が第１の光ファイバ３と固定される。また、ベース１０ａは、Ｌ字部材１０ａ、１０ｂよりも熱膨張率が小さい。

このような装置の動作を説明する。
温度が変化（例えば、上昇）すると、ベース１０ａの熱膨張率よりも、Ｌ字部材１０ｂ、１０ｃの熱膨張率が大きいので、温度の上昇によって、距離Ｌ３が短くなる。逆に、温度が下降すると、距離Ｌ３が長くなる。つまり、温度補償手段１０は、負の熱膨張率となる。

そして、温度が上昇すると、光ファイバ３、４の光路長がファイバ長Ｌ１、Ｌ２に基づいて長くなるが、温度補償手段１０が、距離Ｌ３で固定した部分の光ファイバ３の距離Ｌ３を短くし、温度の変化前後の光路長差を一定に保つ。なお、光ファイバ３に適度な張力を有しているので、光ファイバ３がたるむことなく収縮する。

逆に温度が下降すると、光ファイバ３、４の光路長が短くなるが、温度補償手段１０が、距離Ｌ３で固定した部分の光ファイバ３の距離Ｌ３を長くし、温度の変化前後の光路長差を一定に保つ。

このように、長い光路長の光ファイバ３に固定された温度補償手段１０が、距離Ｌ３を温度に反比例して伸縮させ、温度変化により生ずる光路長差の変化分ΔＬを補償するので、光ファイバ３、４の光路長差が一定に保たれる。これにより、温度が変化しても、精度よく被測定光の波長を求めることができる。

［第４の実施例］
図４は、本発明の第４の実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１〜図３は、マッハ・ツェンダ型の干渉計を用いる構成を示したが、図４は、マイケルソン型の干渉計に本発明を適用した例である。

図４において、分岐用光カプラ２の代わりに、２入力２出力の分岐・合波用光カプラ１１が設けられる。分岐・合波用光カプラ１１は、一方の入力ポートが入力光ファイバ１に接続され、他方の入力ポートが受光手段６と接続され、一方の出力ポートが光ファイバ３の一端と接続され、他方の出力ポートが光ファイバ４の一端と接続される。

合波用光カプラ５の代わりに、光ファイバ３、４の他端それぞれに反射器１２、１３が設けられる。

このような装置の動作を説明する。
入力光ファイバ１が、図示しない光源からの被測定光を光カプラ１１に出力する。そして、光カプラ１１が、被測定光を２分岐し、一方の分岐光を第１の光ファイバ３に出力し、他方の分岐光を第２の光ファイバ４に出力する。さらに、反射器１２、１３が、光ファイバ３、４によって伝送された被測定光を反射し、再度光ファイバ３、４によって光カプラ１１に伝送させる。

そして、光カプラ１１が、第１、第２の光ファイバ３、４からの反射光の被測定光を合波し干渉させ、他方の入力ポートから受光手段６に出力する。そして、受光手段６が、干渉光の光強度（光パワーとも呼ばれる）に応じた干渉信号（ビート信号）を信号処理手段７に出力し、信号処理手段７が、干渉パルスをカウントして、被測定光の波長を求める。

また、温度の変化に対しては、図１に示す装置と同様に、短い光路長の光ファイバ４に固定された温度補償手段８が、距離Ｌ３を温度に比例して伸縮させ、温度変化により生ずる光路長差の変化分ΔＬを補償し、光ファイバ３、４の光路長差を一定に保つ。

［第５の実施例］
図５は、本発明の第５の実施例を示した構成図である。図１〜図４は、単一の干渉信号から被測定光の波長を求める構成を示したが、図５は、９０°位相の異なる干渉信号（いわゆるＡ相とＢ相）から被測定光の波長を求める例である。ここで、図１と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。

図５において、光ファイバ３、４の出射端を機械的に固定するＶ溝基板１４が新たに設けられる。Ｖ溝基板１４は、光ファイバ３、４の出射端を並列に配置するように固定し、光ファイバ３、４から空間に出射される互いの分岐光の光軸を平行する。

合波用光カプラ５の代わりにレンズ１５が設けられ、受光手段６の代わりにフォトダイオードアレイ１６が設けられる。レンズ１５は、干渉光学素子であり、第１、第２の光ファイバ３、４の出射端から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる。なお、光ファイバ３、４の出射端の間隔はＤである。また、各出射端とレンズ１５間の距離は、レンズ１５の焦点距離ｆと同じである。

フォトダイオードアレイ１６と信号処理手段７の間に、干渉信号変換手段１７が新たに設けられる。ここで、図６は、フォトダイオードアレイ１６、干渉信号変換手段１７を詳細に示した図である。

フォトダイオードアレイ１６は、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する。フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）のそれぞれは、レンズ１５によって形成される干渉光の干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光する。もちろん、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞が形成される方向（光ファイバ３、４の出射端が並ぶ方向）に沿って、ずらして並べられる。言い換えると、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞の周期で位相を９０°ずらして配置されている。

ここで、図６中の光強度分布１００は、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光面上に形成される干渉縞の光強度を模式的に示したものである。

光強度がこのような干渉縞になるのは、上述したように、レンズ１５が、ファイバ３の出射端からの出射光と、ファイバ４の出射端からの出射光の波面を傾けて合波することにより、干渉光ビーム面内に図６に示す光強度分布１００が発生するからである。

なお、図６中において、左側のフォトダイオードＰ（１）から１番目、２番目、３番目、４番目とする。また、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光部分は、干渉縞の空間的な１周期を４等分した幅となるように、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）間の非受光部分を小さくするとよい。

また、干渉縞の周期は、被測定光の波長によって異なるので、例えば、波長測定範囲の中心波長において、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）全体の幅と、干渉縞の周期が一致するようにするとよい。

具体的には、光ファイバ３、４の出射端からの被測定光の波面の傾ける角度を大きくすると干渉縞の間隔が狭くなり、反対に傾ける角度を小さくすると干渉縞の間隔が広がる。そして、最終的に波面の傾ける角度が無くなる（平行になる）と、均一な光強度となる。従って、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光幅や間隔、干渉縞の間隔などを考慮し、光ファイバ３、４の出射端距離Ｄ、レンズ１５の焦点距離ｆを調整し、所望の波長で干渉縞の周期と一致させる。

干渉信号変換手段１７は、２個の減算回路Ａ１，Ａ２を有し、フォトダイオードアレイ１６の出力から位相のずれた第１、第２の干渉信号（Ａ相とＢ相）を生成し、信号処理手段７に出力する。減算回路Ａ１は、１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力と３番目のフォトダイオードＰ（３）の出力とを減算した結果を第１の干渉信号として信号処理手段７に出力する。

減算回路Ａ２は、２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力と４番目のフォトダイオードＰ（４）の出力とを減算した結果を第２の干渉信号として信号処理手段７に出力する。

従って、第１の干渉信号（Ａ相）と第２の干渉信号（Ｂ相）は位相がずれており所定の波長（例えば、測定波長範囲の中心波長）で９０°位相がずれる。信号処理手段７は、干渉信号変換手段１７から第１、第２の干渉信号が入力される。

このような装置の動作を説明する。
光カプラ２が、図示しない光源からの被測定光を、光路長が異なる２つの光ファイバ３、４に分岐し、２つの光ファイバ３、４の出射端面から２つの光ビームを出射する。

そして、Ｖ溝基板１４で保持される光ファイバ３、４の出射光軸上に配置されたレンズ１５が、２つの出射光を平行光に変換し合波し、干渉させる。

フォトダイオードアレイ１６の各フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）が、レンズ１５からの合波された干渉光を受光し、受光した干渉光の光パワーに応じた電気信号を干渉信号変換手段１７に出力する。

そして、干渉信号変換手段１７の減算回路Ａ１が、（１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力）−（３番目のフォトダイオードＰ（３）の出力）を行ない、減算結果を第１の干渉信号として信号処理手段７に出力する。

また、干渉信号変換手段１７の減算回路Ａ２が、（２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力）−（４番目のフォトダイオードＰ（４）の出力）を行い、減算結果を第２の干渉信号として信号処理手段７に出力する。もちろん、第１、第２の干渉信号共にオフセット分も除去されている。

つまり、干渉信号変換手段１７が、フォトダイオードアレイ１６の０°と１８０°の干渉信号出力を差動増幅すると共に、９０°と２７０°の干渉信号出力を差動増幅することで、零点を中心とした位相が９０°（π／２）ずれた２つの信号（Ａ相とＢ相）を出力する。

このような位相が９０°ずれた第１、第２の干渉信号（Ａ相とＢ相）から、干渉信号処理手段７が、計数処理して位相を求め、求めた位相から被測定光の波長λを求める。

なお、温度補償手段８が、温度変化により生ずる光ファイバ３、４の光路長差の変化分ΔＬを補償する動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、レンズ１５が、出力された２個の出射光を平行光にすると共に、僅かな傾きを持たして干渉させる。そして、干渉光をフォトダイオードアレイ１６で受光する。これにより、合波される光の位相差の増減を容易に判断することができる。さらに、平行光は、フォトダイオードアレイ１６に入射する部分だけなので、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を抑えることができ、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

［第６の実施例］
図７は、本発明の第６の実施例を示した構成図である。ここで、図５と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図６において、光ファイバ３、４とレンズ１５の間に、ピッチ変換素子１８が新たに設けられる。また、Ｖ溝基板１４が取り外される。

ピッチ変換素子１８は、光導波路１８ａ、１８ｂが設けられた平面光回路基板であり、互いの分岐光の光軸を平行にして、並列に配置された出射端１８ｃ、１８ｄから被測定光を出射する。なお、光ファイバ３、４とピッチ変換素子１８は、被測定光の光路上に空間的な隙間を生じないように接続され、出射端１８ｃとレンズ１５間の距離および出射端１８ｄとレンズ１５間の距離は、距離ｆである。また、出射端間距離Ｄは、図５に示す装置よりも狭く、例えば、ファイバ径以下にするとよい。

このような装置の動作を説明する。
ピッチ変換素子１８が、光ファイバ、３、４からの被測定光を、光導波路１８ａ、１８ｂによって伝送して出射端１８ｃ、１８ｄ面から２つの光ビームを出射する。

そして、ピッチ変換素子１８の出射光軸上に配置されたレンズ１５が、２つの出射光を平行光に変換する。その他の動作は、図５に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、平面光回路基板のピッチ変換素子１８が、出射端間距離Ｄを所望の間隔に変換するので、図５に示すような光ファイバ３、４の出射端より、出射端４８ｃ、４８ｄの間隔Ｄや出射端位置の調整が容易になる。また、２本の光ファイバ３、４では、ファイバ径以下に出射端間距離Ｄを狭くすることは物理的に困難であるが、ピッチ変換素子１８では、出射端間距離Ｄをファイバ径以下にすることも容易である。これにより、レンズ１５の焦点距離を短くすることができる。従って、光モジュールの寸法を小さくすることができると共に、フォトダイオードアレイ１６に入射する光強度を大きくすることができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図１〜図５、図７に示す装置において、温度補償手段８〜１０の固定点を２箇所にする構成を示したが、２箇所よりも多くてもよい。

図１〜図５、図７に示す装置において、片方の光ファイバ３、４にのみ温度補償手段８〜１０を設ける構成を示したが、両方の光ファイバ３、４に設けてもよい。

図５、図７に示す装置において、干渉光学素子としてレンズ１５を用いる構成を示したが、凹面反射鏡でもよく、要は、光ファイバ３、４の出射光を、波面を傾けて合波させ干渉させるものであればよい。

図５、図７に示す装置において、フォトダイオードアレイ１６は、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する構成を示したが、何個でもよく、例えば、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個、有していればよく、フォトダイオードのそれぞれは、干渉縞の空間的な１周期を４等分（つまり、干渉縞の周期に対して９０°ずれて設置）して受光する。

また、干渉信号変換手段１７は、（４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、（４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力するとよい。ただし、ｎ、ｉは自然数である。

つまり、干渉信号変換手段１７は、１、５、９、…番目のフォトダイオードの出力と３、７、１１、…番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、２、６、１０、…番目のフォトダイオードの出力と４、８、１２、…番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力する。

図７に示す装置において、ピッチ変換素子１８に平面光回路基板を設ける構成を示したが、その他の光導波路型の素子を用いてよい。例えば、光カプラの製造で用いられるように、ファイバ溶融延伸によってファイバの出射端間距離Ｄをファイバ径以下にしたものを用いてもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 本発明の第４の実施例を示した構成図である。 本発明の第５の実施例を示した構成図である。 図５に示す装置の要部を示した図である。 本発明の第６の実施例を示した構成図である。 従来の波長モニタのその他の構成を示した図である。

符号の説明

３ 第１の光ファイバ
４ 第２の光ファイバ
８〜１０ 温度補償手段
１５ レンズ
１６ フォトダイオードアレイ
１７ 干渉信号変換手段
１８ ピッチ変換素子
Ｐ（１）〜Ｐ（４） フォトダイオード

Claims (6)

1. 被測定光を２分岐して、第１の光ファイバによって一方の分岐光を伝送し、前記第１の光ファイバよりも光路長の短い第２の光ファイバによって他方の分岐光を伝送し、伝送後の被測定光同士を干渉させ、被測定光の波長を測定する波長モニタにおいて、
   温度変化により生ずる光路長差の変化分を補償する温度補償手段を、前記第１、第２の光ファイバの少なくとも一方に設けたことを特徴とする波長モニタ。
2. 温度補償手段は、少なくとも２箇所で、張力をかけた前記第２の光ファイバと固定され、前記第１、第２の光ファイバよりも大きな熱膨張率を持つことを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
3. 温度補償手段は、少なくとも２箇所で、張力をかけた前記第１の光ファイバと固定され、負の熱膨張率を持つことを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
4. 前記第１、第２の光ファイバは、出射端が並列に配置され、
   前記第１、第２の光ファイバの出射端から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる干渉光学素子と、
   この干渉光学素子からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
   このフォトダイオードアレイの出力から位相が９０°ずれた干渉信号を生成する干渉信号変換手段と
   を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長モニタ。
5. 前記第１、第２の光ファイバの出射端の間隔をファイバ径よりも狭くする光導波路型のピッチ変換素子を設けたことを特徴とする請求項４記載の波長モニタ。
6. フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
   前記フォトダイオードのそれぞれは、干渉光の干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とする請求項４または５記載の波長モニタ。
   

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