JP2008268542A - 光波長フィルタモジュール及び光ファイバ式温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ型部品で構成した光波長フィルタモジュールを提供することにある。
【解決手段】第１ポートに入射された光を第２ポートから出射すると共に、第２ポートに入射された光を第３ポートから出射する第１光サーキュレータ２Ａ及び第２光サーキュレータ２Ｂと、所定の波長の光を透過すると共に、他の波長の光を反射させるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部６ａ，６ｂが形成された分離用光ファイバ５と、他の波長の光を分波するファイバ型分波器４とを備え、第１光サーキュレータ２Ａの第３ポートと第２光サーキュレータ２Ｂの第１ポートとが接続され、第２光サーキュレータ２Ｂの第２ポートに分離用光ファイバ５が接続され、第２光サーキュレータ２Ｂの第３ポートにファイバ型分波器５が接続されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光波長フィルタモジュール及び光ファイバ中で発生するラマン散乱光を検出し、温度を演算して求める光ファイバ式温度測定装置に関する。

光ファイバに光を入射すると、光ファイバ中で散乱光が発生する。この散乱光の一部は、後方散乱光として再び入射端に戻ってくる。後方散乱光には、図６に示すように、入射光（波長λ０）と同じ波長のレイリー散乱光、その両側に発生するブリルアン散乱光（波長λ０±０．数ｎｍ）、さらにその両側に発生するラマン散乱光（波長λ０±数１０ｎｍ）が含まれる。

光ファイバ中で発生したラマン散乱光のうち、長波長側のラマン散乱光をストークス光（Ｓｔ光）、短波長側のラマン散乱光をアンチストークス光（Ａｓ光）と呼ぶ。Ｓｔ光とＡｓ光の強度比は、光ファイバの温度に依存しており、この強度比がわかれば温度を求めることができる。

このため、光ファイバ温度センサには、図７に示すように、光源７２と光ファイバ（センサファイバ、あるいは測定用光ファイバ）７３間に接続され、光源７２からの光を光ファイバ７３に入射し、光ファイバ７３からの後方散乱光Ｌｂを波長分離してＳｔ光とＡｓ光をそれぞれ抽出するための光波長フィルタモジュール７１が備えられる。

光源７２からのλ０の波長の光Ｌ０は、２個の光フィルタ（例えば、誘電体多層膜フィルタ）７４，７５で反射されて伝搬し、光ファイバ７３に入射される。光ファイバ７３中では、ラマン散乱光の成分であるＡｓ光Ｌａｓ（波長λａｓ）とＳｔ光Ｌｓｔ（波長λｓｔ）および光源波長と同じ波長のレイリー散乱光Ｌｒが発生し、光源７２側に戻ってくる。戻ってきた光のうち、最初の光フィルタ７５でＡｓ光Ｌａｓが、次の光フィルタ７４ではＳｔ光Ｌｓｔが分離される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特許第２５７７１９９号公報

しかしながら、従来の光波長フィルタモジュール７１を用いた光ファイバ式温度測定装置では、光ファイバ７３で発生した後方散乱光を光波長フィルタモジュール７１内で空間伝搬させ、光フィルタ７４，７５で分波していた。この構成では後方散乱光を反射させる光フィルタ７４，７５の位置決め（反射角度の調整）を精度よく行う必要があるため、光波長フィルタモジュール７１の組み立てが複雑となり、光ファイバ式温度測定装置のコスト増の要因となっていた。

また、光波長フィルタモジュール７１内で後方散乱光を空間伝搬する構造であるため、光波長フィルタモジュール７１の小型化は困難であった。

そこで、本発明の目的は、光ファイバ型部品で構成した光波長フィルタモジュール及び光ファイバ式温度測定装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、第１ポートに入射された光を第２ポートから出射すると共に、第２ポートに入射された光を第３ポートから出射する第１光サーキュレータ及び第２光サーキュレータと、
所定の波長の光を透過すると共に、他の波長の光を反射させるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が形成された分離用光ファイバと、
上記他の波長の光を分波する分波するファイバ型分波器と
を備え、
上記第１光サーキュレータの第３ポートと上記第２光サーキュレータの第１ポートとが接続され、上記第２光サーキュレータの第２ポートに上記分離用光ファイバが接続され、上記第２光サーキュレータの第３ポートに上記ファイバ型分波器が接続された光波長フィルタモジュールである。

請求項２の発明は、温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
上記光波長フィルタモジュールは、
上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光サーキュレータと、
上記第１光サーキュレータの上記第３ポートに接続されると共に、上記後方散乱光をレイリー散乱光とラマン散乱光とに分波するレイリー散乱光抽出部と、
上記レイリー散乱光抽出部に接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
を備え、
さらに上記レイリー散乱光抽出部は、
上記Ｓｔ光及びＡｓ光をそれぞれ反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が設けられた分離用光ファイバと、
上記第１光サーキュレータの第３ポートに光ファイバで接続される第１ポート、上記分離用光ファイバに接続される第２ポート、及び上記ラマン散乱光抽出部に光ファイバで接続される第３ポートを有する第２光サーキュレータと
を備え、
上記ＦＢＧ部で反射された上記Ｓｔ光及び上記Ａｓ光とを上記ラマン散乱光抽出部に出射する光ファイバ式温度測定装置である。

請求項３の発明は、温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
上記光波長フィルタモジュールは、
上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光サーキュレータと、
上記第１光サーキュレータの第３ポートに接続される接続用光ファイバ、及び該接続用光ファイバに形成され、レイリー散乱光を反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部を有するレイリー散乱光抽出部と、
上記レイリー散乱光抽出部に光ファイバで接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
を備えた光ファイバ式温度測定装置である。

請求項４の発明は、温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
上記光波長フィルタモジュールは、
上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光カプラと、
上記第１光カプラの上記第３ポートに接続されると共に、上記後方散乱光をレイリー散乱光とラマン散乱光とに分波するレイリー散乱光抽出部と、
上記レイリー散乱光抽出部に接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
を備え、
さらに上記レイリー散乱光抽出部は、
上記Ｓｔ光及びＡｓ光をそれぞれ反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が設けられた分離用光ファイバと、
上記第１光カプラの第３ポートに光ファイバで接続される第１ポート、上記分離用光ファイバに接続される第２ポート、及び上記ラマン散乱光抽出部に光ファイバで接続される第３ポートを有する第２光カプラと
を備え、
上記ＦＢＧ部で反射された上記Ｓｔ光及び上記Ａｓ光とを上記ラマン散乱光抽出部に出射する光ファイバ式温度測定装置である。

請求項５の発明は、上記ラマン散乱光抽出部は、ファイバ型分波器からなる請求項２〜４いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置である。

請求項６の発明は、上記制御回路は、上記レイリー散乱光を検出して上記測定用光ファイバの異常点を検出するＯＴＤＲ機能を有する請求項２〜５いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置である。

請求項７の発明は、金属板上に上記ＦＢＧ部を設け、そのＦＢＧ部を樹脂で覆って上記金属板に固定した請求項２〜６いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置である。

本発明によれば、小型で信頼性の高い光波長フィルタモジュール及び光ファイバ式温度測定装置を提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。まず、本実施形態に係る光波長フィルタモジュールが使用される光ファイバ温度センサを図５で説明する。

図５に示すように、光ファイバ式温度測定装置（光ファイバ温度センサ）５１は、センサ本体５２と、温度測定用の測定用光ファイバ（センサファイバ）５３ｂと、後述するセンサ本体５２内の制御手段を制御し、測定箇所の温度を表示する外部演算処理手段としての表示・制御用パソコン５４とで構成される。

センサ本体５２は、波長λ０のパルス光信号を出射する光源としてのＬＤ（半導体レーザ）モジュール５５と、ＬＤモジュール５５から光波長フィルタモジュール１まで設けられる装置内光ファイバ５３ａと、ＬＤモジュール５５からのパルス光信号を測定用光ファイバ５３ｂに入射させると共に、測定用光ファイバ５３ｂからの後方散乱光を波長分離する光波長フィルタモジュール１と、分波された後方散乱光をそれぞれ受光して電気信号に変換する３個の受光器５６と、制御手段としての信号処理回路５７および制御回路５８とで主に構成される。

装置内光ファイバ５３ａ、測定用光ファイバ５３ｂとしては、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）やマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）を用いる。特に、数ｋｍの短距離で温度測定を行う場合には、接続が簡単なＭＭＦを用いる。

ＬＤモジュール５５は、ＬＤ５９と、そのＬＤ５９を駆動するドライバ６０とからなる。各受光器５６は、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）６１と、ＡＰＤ６１の出力を増幅するプリアンプ６２とからなる。また、各受光器５６と信号処理回路５７間にはＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器６３がそれぞれ接続される。

制御回路５８は、測定用光ファイバ５３ｂで発生するＳｔ光とＡｓ光の光強度比を基に、測定用光ファイバ５３ｂに沿った温度を演算して求める。また、制御回路５８は、測定用光ファイバ５３ｂの故障点、障害点、異常点を検出するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ：光パルス試験器）の機能（例えば、測定用光ファイバ５３ｂの損失、接続損失、側圧状態、曲げ状態、断線などの検出機能）も有する。

信号処理回路５７は、主に制御回路５８に入力される前の信号を高速に演算処理するためのものである。制御回路５８にはメモリなどの記憶手段を備えたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用い、信号処理回路５７にはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いる。

さて、図５の光ファイバ式温度測定装置５１に用いる波長フィルタモジュールを説明する。図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す光波長フィルタモジュールの概略図である。

図１に示すように、光波長フィルタモジュール１は、ＬＤモジュール５５と測定用光ファイバ５３ｂ間に接続される第１光サーキュレータ２Ａと、その第１光サーキュレータ２Ａに接続されるレイリー散乱光抽出部（光分離部）３と、そのレイリー散乱光抽出部３に接続されるラマン散乱光抽出部（波長分波器）４とで構成される。各部材の詳しい構成は、後段にて説明する。

この光波長フィルタモジュール１は、ＬＤモジュール５５と測定用光ファイバ５３ｂの間に、装置内光ファイバ５３ａ（図５参照）を用いて接続され、ＬＤモジュール５５からの光（波長λ０のパルス光信号）Ｌ０を測定用光ファイバ５３ｂに入射し、測定用光ファイバ５３ｂからの後方散乱光Ｌｂを波長分離するためのものである。

第１光サーキュレータ２Ａは、第１ポート（入力端子）ａ１に装置内光ファイバ５３ａが接続され、第２ポート（出力端子）ａ２に測定用光ファイバ５３ｂが接続され、第３ポート（波長分離側端子）ａ３にレイリー散乱光抽出部３が接続される。この第１光サーキュレータ２Ａは、ＬＤモジュール５５からの光Ｌ０を測定用光ファイバ５３ｂに入射すると共に、測定用光ファイバ５３ｂからの後方散乱光Ｌｂを第３ポートａ３に出射する。

レイリー散乱光抽出部３は、後方散乱光Ｌｂのレイリー散乱光Ｌｒを波長分離するものであり、第２光サーキュレータ２Ｂと、その第２光サーキュレータ２Ｂに接続される分離用光ファイバ５と、その分離用光ファイバ５に形成されたＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング、あるいはＦＢＧ部）６ａ（ＦＢＧａ），６ｂ（ＦＢＧｂ）とで構成される。分離用光ファイバ５には、装置内光ファイバ５３ａや測定用光ファイバ５３ｂと同様にＳＭＦやＭＭＦを用いる。

第２光サーキュレータ２Ｂは、第１ポート（入力端子）ｂ１に第１光サーキュレータ２Ａが接続され、第２ポート（出力端子）ｂ２に分離用光ファイバ５が接続され、第３ポート（波長分離側端子）ｂ３にラマン散乱光抽出部４が接続される。この第２光サーキュレータ２Ｂは、第１光サーキュレータ２Ａからの後方散乱光Ｌｂを分離用光ファイバ５に入射すると共に、後述する分離用光ファイバ５からのＳｔ光Ｌｓｔ（波長λｓｔ）とＡｓ光Ｌａｓ（波長λａｓ）を第３ポートｂ３に出射する。

分離用光ファイバ５に形成したＦＢＧ６ａは、Ａｓ光Ｌａｓを反射し、レイリー散乱光Ｌｒ（厳密には、ブリルアン散乱光を含む）とＳｔ光Ｌｓｔを透過し、ＦＢＧ６ｂは、Ｓｔ光Ｌｓｔを反射し、レイリー散乱光Ｌｒ（厳密には、ブリルアン散乱光を含む）を透過するように形成される。

第１光サーキュレータ２Ａと第２光サーキュレータ２Ｂには、低挿入損失３ポート光サーキュレータを用いる。この光サーキュレータは、磁気光学効果により偏光を回転するファラデー素子を備える。

ラマン散乱光抽出部４には、ファイバ型分波器が用いられる。本実施形態では、結合特性の波長依存性を利用して、ＦＢＧ６ａ，６ｂで反射されたＡｓ光ＬａｓおよびＳｔ光Ｌｓｔ（他の波長の光）を、波長ごとに異なる光路に伝搬させる分波用ファイバカプラを用いた。また、ファイバ型分波器としては、ＦＢＧを用いてもよい。

ＬＤモジュール５５は、温度により出射する光の波長が変化するという温度特性を有し、例えば、ＬＤの温度が上昇するとＬＤから出射される光の中心波長が長波長側にシフトする。ＬＤから出射される光の中心波長が変化すると、それに伴い測定用光ファイバ５３ｂで発生する後方散乱光の中心波長も変化する。このため、測定用光ファイバ５３ｂで発生する後方散乱光の波長シフトに合わせて、分離用光ファイバ５に形成されたＦＢＧ６ａ，６ｂの反射波長特性を調整する必要がある。

分離用光ファイバ５に形成されたＦＢＧ６ａ，６ｂは、光ファイバの光軸方向に屈折率を周期的に変化させたブラッグ格子からなり、ブラッグ格子の周期に対応した波長の光を反射する反射波長特性を有する。また、ＦＢＧが形成された光ファイバを伸縮させ、ブラッグ格子の周期を変化させることで、ＦＢＧの反射波長特性が変化する。

図２に示すように、金属板２１上にＦＢＧ６ａ，６ｂを設け、これらＦＢＧ６ａ，６ｂを樹脂ｒで覆って金属板２１に一体化させて固定した。これにより、金属板２１が温度変化により伸縮する際、金属板２１に一体化して設けられたＦＢＧ６ａ，６ｂを、金属板２１に合わせて伸縮させることができる。

つまり、上述した構成を利用することで、ＦＢＧ６ａ，６ｂは周囲温度の変化に伴って反射波長を変化させる温度特性を有することができる。

本実施形態では、ＬＤモジュール５５の温度特性（波長変動率が約０．２ｎｍ／℃）と、金属板２１に一体化して設けられたＦＢＧ６ａ，６ｂの温度特性とが等しくなるように、金属板２１を選定し、更にＬＤモジュール５５と、金属板２１に一体化して設けられたＦＢＧ６ａ，６ｂとを同じパッケージ７（図１参照）内に設ける。

より詳細には、分離用光ファイバ５の線膨張係数をｋｆ、金属板２１の線膨張係数をｋｍとし、式（１）における印加歪みεを求める。ただし、λ_B ：ＦＢＧの反射波長（ブラッグ波長）、ｎ：導波光に対する平均実効屈折率、Λ：グレーティングの周期、ΔＴ：温度変化、Ｐｅ：実効光弾性係数（≒０．２２）である。

式（１）におけるεは、
ε＝（ｋｍ−ｋｆ）ΔＴ （２）
となる。ＬＤの温度変化に伴う波長特性は１ｎｍ／℃以下、（一般的には、約０．２〜０．４ｎｍ／℃）であるから、式（１）から得られるΔλ_B ／ΔＴをＬＤの波長特性に一致するようにｋｍを選定する。

これにより、パッケージ７内で温度変化があった場合でも、温度変化によるＬＤモジュール５５からの出射光の波長シフトに合わせて、ＦＢＧ６ａ，６ｂでの反射波長を変化させることができる。

この光波長フィルタモジュール１では、内部の各光部品同士の接続に、ＳＭＦやＭＭＦを使用する。

第１の実施形態の作用を光ファイバ温度センサ５１の動作と共に説明する。

ＬＤモジュール５５から出射された波長λ０の光Ｌ０は、第１光サーキュレータ２Ａを介して測定用光ファイバ５３ｂに入射される。測定用光ファイバ５３ｂから戻ってきた後方散乱光Ｌｂは、再度第１光サーキュレータ２Ａを通って、レイリー散乱光抽出部３の第２光サーキュレータ２Ｂに入射された後、分離用光ファイバ５に入射される。

そして、分離用光ファイバ５のＦＢＧ６ａでＡｓ光Ｌａｓが反射され、ＦＢＧ６ｂでＳｔ光Ｌｓｔが反射され、これらＡｓ光ＬａｓとＳｔ光Ｌｓｔが第２光サーキュレータ２Ｂに戻される。レイリー散乱光ＬｒはＦＢＧ６ａ，６ｂを透過することで、Ａｓ光Ｌａｓ、Ｓｔ光Ｌｓｔと波長分離され、１個目の受光器５６で受光される。

Ａｓ光ＬａｓとＳｔ光Ｌｓｔは、再度第２光サーキュレータ２Ｂを通ってラマン散乱光抽出部４に入射され、ラマン散乱光抽出部４でＡｓ光ＬａｓとＳｔ光Ｌｓｔに波長分離され、それぞれ２，３個目の受光器５６で受光される。

各受光器５６で受信された各受信信号は、各Ａ／Ｄ変換器６３、信号処理回路５７を介して制御回路５８に入力される。制御回路５８は、サンプリング時間間隔ごとに、測定用光ファイバ５３ｂ各点からのＳｔ光とＡｓ光の強度比を求め、この強度比から測定箇所の温度を求める。サンプリング時間間隔は距離分解能によって変わる。求めた温度はパソコン５４に表示される。

ただし、Ｓｔ光とＡｓ光は非常に微弱なので、温度測定は繰り返し行い、得られたデータを前回のデータに加算し、加算結果を利用して温度計算し、各点の温度結果を得る。位置情報は、光が測定用光ファイバ５３ｂに入射してから後方散乱光Ｌｂを受信するまでの時間差から求める。

また、制御回路５８は、レイリー散乱光Ｌｒから測定用光ファイバ５３ｂに沿った伝送損失を測定することで、測定用光ファイバ５３ｂの損失、接続損失、側圧状態、曲げ状態、断線、これらの場所（箇所）などを検出する。制御回路５８は、これらの検出に基づき、信号測定用光ファイバ５３ｂの故障点、障害点、異常点がある場合には、警告信号をパソコン５４に送信し、その旨をパソコン５４に表示させる。

このように、光波長フィルタモジュール１および光ファイバ式温度測定装置５１は、光ファイバと接続損失が小さい光ファイバ型部品として、第１光サーキュレータ２Ａ、レイリー散乱光抽出部３、ラマン散乱光抽出部４で構成しているため、従来の光波長フィルタモジュール７１に比べ、小型かつ低損失であり、高信頼性である。

特に、第１光サーキュレータ２Ａと第２光サーキュレータ２Ｂは、温度変化による損失特性の変動が小さく、波長依存性も小さい。この点からも、光波長フィルタモジュール１は低損失で高信頼性である。

また、光波長フィルタモジュール１は、レイリー散乱光抽出部３を第２光サーキュレータ２Ｂ、ＦＢＧ６ａ，６ｂで構成することで、ＦＢＧを用いた分光により、後方散乱光Ｌｂからレイリー散乱光Ｌｒのみを簡単に波長分離できる。

この光波長フィルタモジュール１を用いて光ファイバ温度センサ５１を構成し、レイリー散乱光Ｌｒを測定することで、入射光Ｌ０をモニタできるため、光ファイバ温度センサ５１に、測定用光ファイバ５３ｂの故障点、障害点、異常点を検出するＯＴＤＲの機能を簡単に追加できる。

光波長フィルタモジュール１は、ＬＤモジュール５５の温度特性による出射光の波長シフト量と、金属板２１上に設けられるＦＢＧ６ａ，６ｂの温度特性による反射波長の波長シフト量とが等しくなるように構成することで、ＬＤモジュール５５とＦＢＧ６ａ，６ｂを同一のパッケージ７内に収納すれば、周囲温度が変化しても、それぞれの波長シフト量を略等しくすることができる。

従って、ＬＤモジュール５５の温度を一定にするために、ＬＤモジュール５５に温度制御器などを備える必要がなく、光ファイバ式温度測定装置５１を小型かつ安価に構成することができる。

次に、第２の実施形態を説明する。

図３に示すように、光波長フィルタモジュール３１は、レイリー散乱光抽出部３３を除き、図１の光波長フィルタモジュール１と同じ構成である。

レイリー散乱光抽出部３３は、第１光サーキュレータ２Ａとラマン散乱光抽出部４を接続する接続用光ファイバ３４と、その接続用光ファイバ３４に形成され、レイリー散乱光Ｌｒを分離するＦＢＧ３６と、そのＦＢＧ３６が形成された部分の接続用光ファイバ３４に光結合され、レイリー散乱光Ｌｒを伝送する分離用光ファイバ５とで構成される。

ＦＢＧ３６は、接続用光ファイバ３４に形成するブラッグ格子の屈折率の周期的分布を、レイリー散乱光Ｌｒを反射し、Ｓｔ光ＬｓｔとＡｓ光Ｌａｓを透過するように、接続用光ファイバ３４の長手方向に対して４５°傾斜して形成したものである。

ＦＢＧ３６で反射されたレイリー散乱光Ｌｒは、図示しないレンズにより集光され、ＭＭＦである分離用光ファイバ５に光結合され、１個目の受光器で受光される。また、ＦＢＧ３６で反射されたレイリー散乱光Ｌｒを受光器で直接受光してもよい。

光波長フィルタモジュール３１の動作は、基本的には光波長フィルタモジュール１と同様である。ただし、第１光サーキュレータ２Ａから出射した後方散乱光Ｌｂは、ＦＢＧ３６に入射されると、レイリー散乱光Ｌｒが波長分離されて反射され、分離用光ファイバ５に入射される。また、ラマン散乱光であるＳｔ光とＡｓ光は、ＦＢＧ３６を透過し、ラマン散乱光抽出部４に入射される。

これにより、光波長フィルタモジュール３１も光波長フィルタモジュール１と同じ作用効果が得られる。この波長フィルタモジュール３１では、波長フィルタモジュール１と比べ、光サーキュレータを１つ省くことができるため、安価に構成できる。

第３の実施形態を説明する。

図４に示すように、光波長フィルタモジュール４１は、図１の光波長フィルタモジュール１の第１光サーキュレータ２Ａを第１光カプラ４２Ａに置き換え、第２光サーキュレータ２Ｂを第２光カプラ４２Ｂに置き換えたものである。すなわち、レイリー散乱光抽出部４３は、第２光カプラ４２Ｂと、分離用光ファイバ５と、ＦＢＧ６ａ，６ｂとで構成される。

第１光カプラ４２Ａと第２光カプラ４２Ｂには、４ポート指向性光カプラを用いる。例えば、第１光カプラ４２Ａの場合、４ポート指向性光カプラの第１ポートａ１に装置内光ファイバ５３ａ（図５参照）を接続し、第２ポートａ２に測定用光ファイバ５３ｂを接続し、第３ポートａ３に第２光カプラ４２Ｂを接続し、第４ポートを不使用とする。

光波長フィルタモジュール４１によっても、光波長フィルタモジュール１と同じ作用効果が得られる。

上記実施形態では、図１で２個の光サーキュレータを用いた例、図４で２個の光カプラを使用した例を説明したが、一方を光カプラや光サーキュレータに置き換えてもよい。また、図１〜図３の実施形態を種々に組み合わせてもよい。

さらに、上記実施形態で後方散乱光Ｌｂから波長分離したレイリー散乱光Ｌｒは、厳密には、波長λ０から約１０ＧＨｚ周波数シフトしたブリルアン散乱光を含む。そこで、図１〜図３の各レイリー散乱光抽出部の後段（下流側）に、ブリルアン散乱光を波長分離するＦＢＧを用いたブルリアン散乱光抽出部を設け、図５のセンサ本体５２内に４個目の受光器５６、Ａ／Ｄ変換器６３を設ければ、測定用光ファイバ５３ｂに発生したひずみも測定できる。

上記実施形態では、主に光ファイバ式温度測定装置に用いる光波長フィルタモジュールの例で説明したが、例えば、図１の波長フィルタモジュール１を、後方散乱光ではなく、第１光サーキュレータ２Ａの第２ポートａ２に戻ってくる戻り光を波長分離する目的（例えば、分光機器など）で使用してもよい。

本発明の好適な第１の実施形態を示す光ファイバ式温度測定装置の主要部の概略図である。 レイリー散乱光抽出部の拡大概略図である。 本発明の第２の実施形態を示す光ファイバ式温度測定装置の主要部の概略図である。 本発明の第３の実施形態を示す光ファイバ式温度測定装置の主要部の概略図である。 光ファイバ温度センサの全体概略図である。 光ファイバの後方散乱光の強度スペクトルを示す図である。 従来の光波長フィルタモジュールの概略図である。

符号の説明

１ 光波長フィルタモジュール
２Ａ 第１光サーキュレータ
２Ｂ 第２光サーキュレータ
３ レイリー散乱光抽出部（光分離部）
４ ラマン散乱光抽出部（波長分波器）
５ 分離用光ファイバ
６ａ，６ｂ ＦＢＧ（ＦＢＧ部）
４３ａ 装置内光ファイバ
４３ｂ 測定用光ファイバ
４５ ＬＤモジュール（光源）
Ｌ０ 入射光
Ｌｂ 後方散乱光
Ｌｒ レイリー散乱光
Ｌｓｔ Ｓｔ光（ストークス光）
Ｌａｓ Ａｓ光（アンチストークス光）

Claims (7)

1. 第１ポートに入射された光を第２ポートから出射すると共に、第２ポートに入射された光を第３ポートから出射する第１光サーキュレータ及び第２光サーキュレータと、
   所定の波長の光を透過すると共に、他の波長の光を反射させるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が形成された分離用光ファイバと、
   上記他の波長の光を分波するファイバ型分波器と
   を備え、
   上記第１光サーキュレータの第３ポートと上記第２光サーキュレータの第１ポートとが接続され、上記第２光サーキュレータの第２ポートに上記分離用光ファイバが接続され、上記第２光サーキュレータの第３ポートに上記ファイバ型分波器が接続されたことを特徴とする光波長フィルタモジュール。
2. 温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
   上記光波長フィルタモジュールは、
   上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光サーキュレータと、
   上記第１光サーキュレータの上記第３ポートに接続されると共に、上記後方散乱光をレイリー散乱光とラマン散乱光とに分波するレイリー散乱光抽出部と、
   上記レイリー散乱光抽出部に接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
   を備え、
   さらに上記レイリー散乱光抽出部は、
   上記Ｓｔ光及びＡｓ光をそれぞれ反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が設けられた分離用光ファイバと、
   上記第１光サーキュレータの第３ポートに光ファイバで接続される第１ポート、上記分離用光ファイバに接続される第２ポート、及び上記ラマン散乱光抽出部に光ファイバで接続される第３ポートを有する第２光サーキュレータと
   を備え、
   上記ＦＢＧ部で反射された上記Ｓｔ光及び上記Ａｓ光とを上記ラマン散乱光抽出部に出射することを特徴とする光ファイバ式温度測定装置。
3. 温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
   上記光波長フィルタモジュールは、
   上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光サーキュレータと、
   上記第１光サーキュレータの第３ポートに接続される接続用光ファイバ、及び該接続用光ファイバに形成され、レイリー散乱光を反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部を有するレイリー散乱光抽出部と、
   上記レイリー散乱光抽出部に光ファイバで接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
   を備えたことを特徴とする光ファイバ式温度測定装置。
4. 温度を測定するためのパルス光信号を生成する光源と、上記パルス光信号を伝搬し後方散乱光を発生する測定用光ファイバと、上記後方散乱光を分波する光波長フィルタモジュールと、上記分波された後方散乱光を受光して電気信号に変換する複数の受光器と、上記電気信号から上記測定用光ファイバに沿った温度分布を求める制御回路とを備えた光ファイバ式温度測定装置において、
   上記光波長フィルタモジュールは、
   上記光源からの上記パルス光信号が入力される第１ポート、上記測定用光ファイバに接続されると共に上記パルス光信号を上記測定用光ファイバに入射する第２ポート、及び上記測定用光ファイバからの上記後方散乱光を出射する第３ポートを有する第１光カプラと、
   上記第１光カプラの上記第３ポートに接続されると共に、上記後方散乱光をレイリー散乱光とラマン散乱光とに分波するレイリー散乱光抽出部と、
   上記レイリー散乱光抽出部に接続されると共に、上記レイリー散乱光抽出部からの上記ラマン散乱光をストークス（Ｓｔ）光とアンチストークス（Ａｓ）光とに分波するラマン散乱光抽出部と
   を備え、
   さらに上記レイリー散乱光抽出部は、
   上記Ｓｔ光及びＡｓ光をそれぞれ反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）部が設けられた分離用光ファイバと、
   上記第１光カプラの第３ポートに光ファイバで接続される第１ポート、上記分離用光ファイバに接続される第２ポート、及び上記ラマン散乱光抽出部に光ファイバで接続される第３ポートを有する第２光カプラと
   を備え、
   上記ＦＢＧ部で反射された上記Ｓｔ光及び上記Ａｓ光とを上記ラマン散乱光抽出部に出射することを特徴とする光ファイバ式温度測定装置。
5. 上記ラマン散乱光抽出部は、ファイバ型分波器からなる請求項２〜４いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置。
6. 上記制御回路は、上記レイリー散乱光を検出して上記測定用光ファイバの異常点を検出するＯＴＤＲ機能を有する請求項２〜５いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置。
7. 金属板上に上記ＦＢＧ部を設け、そのＦＢＧ部を樹脂で覆って上記金属板に固定した請求項２〜６いずれかに記載の光ファイバ式温度測定装置。

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