JP2015031595A - 物理量測定システム及び物理量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、トリガー入力対応用の割込み処理を無くす、あるいは簡略化し、演算器への負担を軽減しつつ、トリガー信号を挿入することの可能な物理量測定システム及び物理量測定方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、光源１２からの測定光がＦＢＧライン３０のいずれかのＦＢＧ３１で反射された反射光をあらかじめ波長の定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する波長分離器１５と、反射光の光強度をＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する受光器１６と、各波長チャネルのアナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換するＡＤ変換器１７と、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目に信号処理用のデジタル信号が入力され、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う演算部１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のブラッグ回折格子（以下、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）と記載する。）が縦列に接続されたＦＢＧラインを用いて物理量を測定する物理量測定システム及び物理量測定方法に関する。

測定光が入射される光ファイバに一以上のＦＢＧが形成され、各ＦＢＧからの反射波長を測定して各ＦＢＧの位置における温度や歪み等の物理量を測定する物理量測定システムが提案されている。物理量測定システムでは、各ＦＢＧからの反射光をアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）に入射させ、このＡＷＧで分離された各波長の光強度を、受光器を用いて検出する。これにより、ＦＢＧの反射波長を測定する。

特許文献１の発明は、各受光器の波長感度がほぼ直線的であるような波長範囲を用い、２次関数を用いて波長測定を行う。これにより、ＡＷＧの波長チャネル間隔よりも高い精度でＦＢＧの反射波長を測定することを可能にする。
特許文献２の発明は、隣接する波長チャネルの光強度を用いて、反射波長が長波長側にシフトしたのか短波長側にシフトしたのかを判定する。これにより、特許文献２の発明は、ＦＢＧの反射波長がＡＷＧの波長チャネルの中心波長付近である場合であってもＦＢＧの反射波長を正確に測定することを可能にする。

特開２０００−１８０２７０号公報 特開２００８−１５１５７４号公報

受光器で受光した反射光レベルの情報量が膨大になると、反射光レベルの情報を記憶媒体に随時出力する必要がある。また、異なるＦＢＧラインの反射光が次々に受光器で受光される場合は、どのＦＢＧラインの反射光レベルであるのかを識別する必要がある。そのため、反射光レベルのデータに情報処理用のトリガー信号を挿入することが要求されている。

しかし、反射レベルを処理するプログラムを書き換えることで所望のトリガー信号を挿入しようとすると、情報処理量が増大する。物理量測定システムでは、各波長チャネルの反射光レベルを高速で算出して互いに関連付けして記憶する必要があるため、情報処理量の増大は好ましくない。また、どこにトリガー信号が挿入されたのかの確認が困難である。

そこで、本発明は、トリガー入力対応用の割込み処理を無くす、あるいは簡略化し、演算器への負担を軽減可能な物理量測定システム及び物理量測定方法の提供を目的とする。

本願発明の物理量測定システムは、
複数のＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が縦列に接続されたＦＢＧラインに備わるＦＢＧの少なくともいずれかの反射波長を含む測定光を出射する光源（１２）と、
前記光源からの測定光が前記ＦＢＧラインのいずれかのＦＢＧで反射された反射光をあらかじめ波長の定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する波長分離器（１５）と、
前記波長分離器で分離された反射光の光強度をＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する受光器（１６）と、
前記受光器からの各波長チャネルのアナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換するＡＤ変換器（１７）と、
前記ＡＤ変換器からのＮ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目に信号処理用のデジタル信号が入力され、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う．演算部（１８）と、
を備える。

本願発明の物理量測定システムでは、
前記ＡＤ変換器は、前記受光器からのＮチャネルの入力ポートに加えてＮ＋１チャネル目の入力ポートを有し、入力されたＮ＋１チャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記演算部は、前記ＡＤ変換器からのＮ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う。

本願発明の物理量測定システムでは、
前記波長分離器は、前記ＦＢＧラインに入力された前記波長分離器のＮ＋１チャネル目に対応する波長の光信号をＮ＋１チャネル目に分離し、
前記受光器は、前記波長分離器で分離されたＮ＋１チャネル目の光信号の光強度を検出してアナログ信号を出力し、
前記ＡＤ変換器は、前記受光器からのＮ＋１チャネル目のアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記演算部は、前記ＡＤ変換器からのＮ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う。

本願発明の物理量測定方法は、
複数のＦＢＧが縦列に接続されたＦＢＧラインを接続した状態で、前記ＦＢＧラインに備わるＦＢＧの少なくともいずれかの反射波長を含む測定光を前記ＦＢＧラインに向けて出力する光出力手順と、
前記測定光が前記ＦＢＧラインのいずれかのＦＢＧで反射された反射光をあらかじめ定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する波長分離手順と、
分離された反射光の光強度をＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する受光手順と、
各波長チャネルのアナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換するＡＤ変換手順と、
Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目に信号処理用のデジタル信号が入力され、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う演算手順と、
を順に有する。

本願発明の物理量測定方法では、
前記ＡＤ変換手順において、Ｎチャネルの入力ポートに加えてＮ＋１チャネル目のアナログ信号が入力され、入力されたＮ＋１チャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記演算手順において、Ｎ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う。

本願発明の物理量測定方法では、
前記波長分離手順において、前記ＦＢＧラインに入力された前記波長分離器のＮ＋１チャネル目に対応する波長の光信号をＮ＋１チャネル目に分離し、
前記受光手順において、分離されたＮ＋１チャネル目の光信号の光強度を検出してアナログ信号を出力し、
前記ＡＤ変換手順において、Ｎ＋１チャネル目のアナログ信号をデジタル信号に変換し、
前記演算手順において、Ｎ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う。

本発明によれば、トリガー信号をＮ＋１チャネル目のデータに挿入するため、チャネル数を増やすだけでプログラムにトリガー信号入力用の割込み機能プログラムを付加する必要はない。このため、本発明は、トリガー信号入力用の割込み処理をすることなく、トリガー信号を挿入することの可能な物理量測定システム及び物理量測定方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る物理量測定システムの第１例を示す。 受光器１６から出力される１波長チャネルあたりの反射光レベルの一例を示す。 波長チャネルｃｈ１〜ｃｈＮ＋１の反射光レベルの一例を示す。 ＦＢＧ３１の反射波長の算出方法の一例を示す。 第１の実施形態に係る物理量測定システムの第２例を示す。 第２の実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。 第３の実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。 ＡＷＧ１５から出力される反射光レベルの一例であり、（ａ）は波長チャネルｃｈ１を示し、（ｂ）は波長チャネルｃｈ２を示し、（ｃ）は波長チャネルｃｈＮを示す。 第４の実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。 第５の実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。 第５の実施形態に係る反射光レベルの一例であり、（ａ）は測定光を示し、（ｂ）は最も光カプラ２４に近いＦＢＧ３１で反射された反射光を示し、（ｃ）は最も光カプラ２４に遠いＦＢＧ３１で反射された反射光を示し、（ｄ）は各ＦＢＧ３１で反射されて入出力ポート２４２＃ｋに入力される反射光の総和スペクトラムの一例を示す。 反射光レベルの総和スペクトラムの一例であり、（ａ）は入出力ポート２４２＃ｋに入力される反射光の総和スペクトラムの一例を示し、（ｂ）は入出力ポート２４２＃ｋ＋１に入力される反射光の総和スペクトラムの一例を示す。 ＡＷＧ１５に入力される反射光レベルの総和スペクトラムの一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。本実施形態に係る物理量測定システムは、白色光源１２と、光サーキュレータ１３と、複数のＦＢＧ３１が縦列に接続されたＦＢＧライン３０と、波長分離器として機能するＡＷＧ１５と、受光器１６と、ＡＤ変換器１７と、演算器１８を備える。本実施形態では、一例として、ＡＷＧ１５の波長チャネルがＮである場合について説明する。

本実施形態に係る物理量測定方法を説明する。本実施形態に係る物理量測定方法は、光出力手順と、波長分離手順と、受光手順と、ＡＤ変換手順と、演算手順と、を順に有する。

光出力手順では、ＦＢＧライン３０を接続した状態で、測定光をＦＢＧライン３０に向けて出力する。このとき、白色光源１２が、ＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧ３１の少なくともいずれかの反射波長を含む測定光を出射する。白色光源１２は、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源で構成される。光サーキュレータ１３は、白色光源１２からの測定光をＦＢＧライン３０に向けて出力する。ここで、ＦＢＧライン３０は、光ファイバに複数のＦＢＧが縦列に接続されている。ＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧの数は任意である。

波長分離手順では、ＡＷＧ１５が、測定光がＦＢＧライン３０のいずれかのＦＢＧ３１で反射された反射光を分離する。このとき、ＡＷＧ１５は、あらかじめ定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する。

受光手順では、受光器１６が、分離された反射光の光強度である反射光レベルをＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する。

ＡＤ変換手順では、ＡＤ変換器１７が、アナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換する。本実施形態では、ＡＤ変換器１７は、受光器１６からのＮチャネルの入力ポートに加えてＮ＋１チャネル目の入力ポートを有する。ＡＤ変換器１７は、入力されたＮ＋１チャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
演算手順では、演算部１８が、デジタル信号の演算処理を行う。

図２に示す反射光レベルを参照しながら、ＡＤ変換器１７及び演算器１８の動作について説明する。図２に示す反射光レベルは、１波長チャネルあたりの反射光レベルである。ＡＤ変換器１７は、受光器１６からのアナログ信号をサンプリングする。このときのサンプリング周期は、例えば０．０２μｓ（＝１／５０ＭＨｚ）である。１波長チャネルあたりの反射光レベルは、末広がりの台形のような形になる。そこで、演算器１８は、白丸で示された末広がりの部分のサンプリングポイントｐ_ｄを廃棄し、それらに挟まれた黒丸で示されたほぼ平坦な部分のサンプリングポイントｐ_ｕを採用する。そして、サンプリングポイントｐ_ｕの平均化処理を行い、反射光レベルを求める。

図３に、演算器１８における平均化処理後の各波長チャネルの反射光レベルの一例を示す。演算部１８へは、ＡＤ変換器１７からのＮ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目にトリガー信号が入力される。トリガー信号は、情報処理用の信号である。そして、演算部１８は、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う。

例えば、図３（ａ）に示すように、トリガー信号の信号レベルが低く、予め定められ閾値を超えない場合は、波長チャネルｃｈ１からｃｈＮを記憶装置（不図示）へ出力しない。一方、図３（ｂ）に示すように、トリガー信号の信号レベルが高く、予め定められ閾値を超える場合は、波長チャネルｃｈ１からｃｈＮを記憶装置（不図示）へ出力する。演算処理は、記憶装置（不図示）への出力に限らず、画面などに処理結果を通知する、ＦＢＧ３１の反射波長の算出の開始又は終了などの任意の処理を行ってもよい。

図４を参照しながら、ＦＢＧ３１の反射波長の算出例を説明する。１つのＦＢＧライン３０に１０個のＦＢＧ３１が接続され、各ＦＢＧ３１の反射波長が受光器１６の受光範囲内である場合、Ｎｃｈの波長チャネルのなかには、極大となる波長チャネルが１０個存在する。それぞれの極大波長チャネルの波長を用いれば、各ＦＢＧライン３０に備わる各ＦＢＧ３１の反射波長を測定することができる。

本実施形態では、検出した反射光の光強度のうちの極大値が得られる波長チャネルを検出し、当該極大値及び当該波長チャネルに隣接する少なくとも２つの波長チャネルの光強度を用いて、ＦＢＧ３１の反射波長を算出する。例えば、波長λ_Ｐに相当する波長チャネルｃｈｐ３に極大波長チャネルが存在し、その反射光レベルがｙ_０であり、これに隣接するチャネルｃｈ（ｐ３−１）及びｃｈ（ｐ３＋１）の反射光レベルがそれぞれｙ_−１及びｙ_＋１であり、波長チャネルの波長間隔がｗ_ｃである場合、次式を用いて反射波長λ_ＦＢＧを求めることができる。

波長チャネルｃｈｐ３と同様に、１０本の各ＦＢＧ３１の反射波長λ_ＦＢＧを求める。これにより、１つのＦＢＧライン３０に備わる各ＦＢＧ３１の反射波長λ_ＦＢＧを求めることができる。なお、本実施形態では、隣接する２つの波長チャネルを用いたが、極大波長チャネルの存在する２以上の波長チャネルを用いて反射波長λ_ＦＢＧを求めてもよい。

なお、本実施形態では、ＡＤ変換器１７の入力ポートにトリガー信号を入力する例について説明したが、図５に示すように、ＡＤ変換器１７に入力せずに演算器１８に入力してもよい。

また、本実施形態では、トリガー信号用に、最後のＮ＋１チャネル目を用いたが、これに限定されず、例えば最初の１チャネル目であってもよい。トリガー信号のチャネル数についても、１チャネルのみに限らず、２チャネル以上であってもよい。

以上説明したように、演算部１８は、受光器１６の検出した各波長の反射光レベルを用いて、ＦＢＧ３１の反射波長を算出する。これにより、本実施形態に係る物理量測定システムは、ＦＢＧライン３０を用いて、光ファイバに与えられている歪や温度等の物理量とその位置を測定することができる。

本実施形態に係る物理量測定システムは、ＡＤ変換器１７又は演算器１８に情報処理用の電気信号を入力し、反射光レベルのデータにトリガー信号を埋め込むことができる。このため、反射光レベルの特定チャネルに埋め込まれたトリガー信号を用いて情報処理を行うことができる。このときに、波長変化の演算と同時にトリガーの処理を行うことができるため、システム構成を簡素化することができる。

（第２の実施形態）
図６に、本実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。本実施形態に係る物理量測定システムは、ＦＢＧライン３０の遠端３２からＡＷＧ１５のＮ＋１チャネル目に対応する波長の光信号をトリガー信号として入力する。

ＡＷＧ１５は、Ｎ＋１チャネルの出力ポートを有し、トリガー信号をＮ＋１チャネル目に分離する。受光器１６は、ＡＷＧ１５で分離されたトリガー信号の光強度を検出してアナログ信号をＮ＋１チャネル目の出力ポートから出力する。ＡＤ変換器１７以降の動作は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、ＡＷＧ１５、受光器１６、ＡＤ変換器１７及び演算器１８のチャネル数を増やすだけで反射光レベルのデータにトリガー信号を入力することができる。このため、これらの構成をほとんど変えることなく、情報処理用のデータを反射光レベルのデータに埋め込むことができる。

（第３の実施形態）
図７に、本実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。本実施形態に係る物理量測定システムは、実施形態１で説明した物理量測定システムがさらに光スイッチ２１及びドライバ２２を備え、複数のＦＢＧライン３０に対応したシステムとなっている。本実施形態では、一例として、光スイッチ２１が１×８ポートを有する場合について説明する。

光スイッチ２１は、１ポート側に光サーキュレータ１３が接続され、８ポート側にＦＢＧライン３０が接続され、８ポート側のいずれかのポートを１ポート側と接続する。ＦＢＧライン３０は、光ファイバに複数のＦＢＧが縦列に接続されている。ドライバ２２は、演算器１８からの指示に応じて、光スイッチ２１の１ポート側と接続される８ポート側のポートを順次切り替える。これにより、光スイッチ２１は、入力ポートから入力された測定光を各ＦＢＧライン３０に異なるタイミングで入力する。

白色光源１２からの測定光は、光サーキュレータ１３に入射され、光サーキュレータ１３から光スイッチ２１に入射される。光スイッチ２１は、ドライバ２２からの駆動に従い、各出力ポートから異なるタイミングで順次測定光を出力する。ＦＢＧライン３０に入射された光は、各ＦＢＧで反射される。ＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧの数は任意である。

ＦＢＧライン３０で反射された反射光は、光スイッチ２１の８ポート側に入力され、１ポート側から出力される。光スイッチ２１から出力された反射光は光サーキュレータ１３に入力され、光サーキュレータ１３からＡＷＧ１５に入力される。ＡＷＧ１５以降の構成については、第１の実施形態と同様である。

図８は、ＡＷＧ１５から出力される反射光レベルの一例であり、（ａ）は波長チャネルｃｈ１を示し、（ｂ）は波長チャネルｃｈ２を示し、（ｃ）は波長チャネルｃｈＮを示す。光スイッチ２１が各ＦＢＧライン３０へ測定光を異なるタイミングで出力するため、ＡＷＧ１５からは各ＦＢＧライン３０からの反射光が異なるタイミングで出力される。例えば、ＡＷＧ１５は、時刻ｔ_１にＦＢＧライン３０＃１からの反射光を出力し、時刻ｔ_２にＦＢＧライン３０＃２からの反射光を出力し、・・・時刻ｔ_８にＦＢＧライン３０＃８からの反射光を出力する。

演算器１８は、時刻ｔ_１における各波長チャネルｃｈ１〜ｃｈＮの光強度を解析することで、ＦＢＧライン３０＃１に備わる各ＦＢＧの反射波長を測定することができる。ＦＢＧライン３０＃２〜３０＃８についても、ＦＢＧライン３０＃１と同様に、時刻ｔ_２〜ｔ_８における各波長チャネルｃｈ１〜ｃｈＮの光強度を解析することで、ＦＢＧライン３０＃２〜３０＃８に備わる各ＦＢＧの反射波長を測定することができる。

本実施形態では、異なるＦＢＧライン３０の反射光レベルが受光器１６で次々と受光される。このときに、特定のＦＢＧライン３０の反射光レベルのデータにトリガー信号を埋め込むことができる。このため、反射光レベルのデータを読み出すだけでＦＢＧライン３０の識別が可能になり、反射光レベルのデータの管理が容易になる。

（第４の実施形態）
図９に、本実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。本実施形態に係る物理量測定システムは、光サーキュレータ１３が、光スイッチ２１とＦＢＧライン３０の間に挿入されている。本実施形態では、光サーキュレータ１３は、光スイッチ２１の出力ポートごとに備わる。

白色光源１２から出力された測定光は光スイッチ２１に入力される。光スイッチ２１は、 ８ポート側の各ポートから順次測定光を出力する。各光サーキュレータ１３は、光スイッチ２１から出力された測定光をＦＢＧライン３０に出力する。

ＦＢＧライン３０からの反射光は、光サーキュレータ１３に入力され、光サーキュレータ１３から光カプラ２３に入力される。本実施形態では、１×８の光スイッチ２１を用いているため、８×１の光カプラ２３を用いる。光カプラ２３は、いずれかの光サーキュレータ１３から出力された反射光をＡＷＧ１５に出力する。ＡＷＧ１５以降の動作は、第１の実施形態で説明したとおりである。

なお、光スイッチ２１によっては、偏波依存性を有する場合がある。特に前述のニオブ酸リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）光導波路型光スイッチではそれが多い。例えば、Ｐ偏光にのみ光スイッチとして機能するが、Ｓ偏光に対しては単なる光カプラとして機能する場合がある。ＳＬＤ１２の偏波消光比が十分にあり、その出力用ファイバが偏波保持ファイバであれば、光スイッチ１３の共通ポートに入射する光の偏波は常にＰ偏光とすることができるが、ＦＢＧライン３０から反射された光の偏波は不確定である。従って、ＦＢＧライン３０から反射された光をそのまま光スイッチ１３に入射させた場合には、光スイッチ１３が光スイッチとして機能する保証はない。しかしながら、本実施形態では光スイッチ２１を介さずに反射光をＡＷＧ１５に導くため、反射光は光スイッチ２１の偏波依存性の影響を受けない。このため、光スイッチ２１が偏波依存性を有する場合であっても、ＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧの反射波長を正確に検出することができる。

（第５の実施形態）
図１０に、本実施形態に係る物理量測定システムの一例を示す。本実施形態に係る物理量測定システムは、光サーキュレータ１３とＦＢＧライン３０の間に光カプラ２４及び光遅延器２５を備え、複数のＦＢＧライン３０に対応したシステムとなっている。本実施形態では、一例として、光カプラ２４が１×Ｍポートを有する場合について説明する。

光カプラ２４は、入出力ポート２４１に光サーキュレータ１３が接続され、入出力ポート２４２に光遅延器２５が接続される。各光遅延器２５に、ＦＢＧライン３０が接続される。

白色光源１２は、パルス光を測定光として光サーキュレータ１３へ出力する。光サーキュレータ１３は、測定光を光カプラ２４へ出力する。光カプラ２４は、入力された測定光を分岐して、各入出力ポート２４２に出力する。これにより、各光遅延器２５に測定光が入力される。光遅延器２５は、あらかじめ定められた時間にわたって、測定光を遅延させる。

光遅延器２５を通過した測定光は、ＦＢＧライン３０に入力され、各ＦＢＧ３１で反射される。その反射光が光遅延器２５を通過し、光カプラ２４の入出力ポート２４２に入力される。光カプラ２４は、各入出力ポート２４２から入力された反射光を合波して入出力ポート２４１から出力する。光サーキュレータ１３は、光カプラ２４の入出力ポート２４１から出力された反射光をＡＷＧ１５へ出力する。ＡＷＧ１５以降の動作は、第１の実施形態で説明したとおりである。

図１１に、本実施形態に係る反射光レベルの一例を示す。 図１１（ａ）は白色光源１２から出力される測定光を示す。図１１（ｂ）は、ｋ番目のＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧ３１のうちの最も光カプラ２４に近いＦＢＧ３１で反射された反射光のスペクトラムの一例を示す。図１１（ｃ）は、ｋ番目のＦＢＧライン３０に備わるＦＢＧ３１のうちの最も光カプラ２４に遠いＦＢＧ３１で反射された反射光のスペクトラムの一例を示す。図１１（ｄ）は、ｋ番目のＦＢＧライン３０に備わる各ＦＢＧ３１で反射されて入出力ポート２４２＃ｋに入力される反射光の総和スペクトラムの一例を示す。

ｋ番目の入出力ポート２４２に接続された全てのＦＢＧ３１からのｋ番目の総和スペクトラムは、図１１（ｄ）に示すように、階段状になり、ｋ番目の入出力ポート２４２に接続された全てのＦＢＧからの反射光のスペクトラムが同時に分光器に入射できるのは時間領域Ｂとなる。

ｋ番目の入出力ポート２４２に接続されたすべてのＦＢＧ３１からの反射光のスペクトラムをＴ秒間測定するためには、
（数２）
Ｂ＞Ｔ 式（２）
である必要がある。

したがって、

を満たす必要がある。ここで、ｎは光ファイバの屈折率、ｃは光速である。

整理すると、

となる。

この式から、パルス幅ｗ_ｐと測定時間Ｔが決まっている場合、ＭＡＸ_ｋは上限があることがわかる。この上限、つまり接続可能なＦＢＧライン３０の最大ファイバ長をＥ（Ｅ＞ＭＡＸ_ｋ）とする。また、ＦＢＧ３１を光ポートの直後に接続できれば、ＭＩＮ_ｋ＝０となり、

となる。

図１２は、反射光レベルの総和スペクトラムの一例を示す。図１２（ａ）は反射光Ｐｒ＃ｋの反射光レベルを示し、図１２（ｂ）は反射光Ｐｒ＃ｋ＋１の反射光レベルを示す。それぞれを時間軸上で分離して測定するためには、

を満たす必要がある。

この式を整理すると、

となる。

また、２つの総和スペクトラムが分光器に到達する時間の差は

となる。

式（５）及び式（７）より、

の関係が導出せる。

パルス幅ｗ_ｐを１μｓ、測定時間Ｔを０．４μｓとすれば、
Ｅ＜６０［ｍ］
Ｌ_ｋ＋１−Ｌ_ｋ＞１００［ｍ］
となる。ただし、光ファイバの屈折率ｎは１．５であり、光速ｃは３×１０^８［ｍ／ｓ］とした。

たとえば、１０％の余裕があるようにＬ_ｋ＋１−Ｌ_ｋ＝１１０［ｍ］とする。この場合、分岐数Ｎが８の光カプラ２４の入出力ポート２４２に接続される光遅延器２５の各長さは、Ｌ_１＝０ｍ、Ｌ_２＝１１０ｍ、Ｌ_３＝２２０ｍ、Ｌ_４＝３３０ｍ、Ｌ_５＝４４０ｍ、Ｌ_６＝５５０ｍ、Ｌ_７＝６６０ｍ、Ｌ_８＝７７０ｍ、となる。この場合、図１３に示すように、１．１μｓごとに反射光がＡＷＧ１５に入力される。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１２：白色光源
１３：光サーキュレータ
１５：ＡＷＧ
１６：受光器
１７：ＡＤ変換器
１８：演算器
２１：光スイッチ
２２：ドライバ
２３、２４：光カプラ
２５：遅延器
３０：ＦＢＧライン
３１：ＦＢＧ
３２：ＦＢＧラインの遠端
２４１、２４２：入出力ポート

Claims (6)

1. 複数のＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が縦列に接続されたＦＢＧラインに備わるＦＢＧの少なくともいずれかの反射波長を含む測定光を出射する光源（１２）と、
   前記光源からの測定光が前記ＦＢＧラインのいずれかのＦＢＧで反射された反射光をあらかじめ波長の定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する波長分離器（１５）と、
   前記波長分離器で分離された反射光の光強度をＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する受光器（１６）と、
   前記受光器からの各波長チャネルのアナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換するＡＤ変換器（１７）と、
   前記ＡＤ変換器からのＮ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目に信号処理用のデジタル信号が入力され、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う．演算部（１８）と、
   を備える物理量測定システム。
2. 前記ＡＤ変換器は、前記受光器からのＮチャネルの入力ポートに加えてＮ＋１チャネル目の入力ポートを有し、入力されたＮ＋１チャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   前記演算部は、前記ＡＤ変換器からのＮ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う請求項１に記載の物理量測定システム。
3. 前記波長分離器は、前記ＦＢＧラインに入力された前記波長分離器のＮ＋１チャネル目に対応する波長の光信号をＮ＋１チャネル目に分離し、
   前記受光器は、前記波長分離器で分離されたＮ＋１チャネル目の光信号の光強度を検出してアナログ信号を出力し、
   前記ＡＤ変換器は、前記受光器からのＮ＋１チャネル目のアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   前記演算部は、前記ＡＤ変換器からのＮ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う請求項１に記載の物理量測定システム。
4. 複数のＦＢＧが縦列に接続されたＦＢＧラインを接続した状態で、前記ＦＢＧラインに備わるＦＢＧの少なくともいずれかの反射波長を含む測定光を前記ＦＢＧラインに向けて出力する光出力手順と、
   前記測定光が前記ＦＢＧラインのいずれかのＦＢＧで反射された反射光をあらかじめ定められたＮ個の波長チャネルごとに分離する波長分離手順と、
   分離された反射光の光強度をＮ個の波長チャネルごとに検出してアナログ信号を出力する受光手順と、
   各波長チャネルのアナログ信号を波長チャネルごとにデジタル信号に変換するＡＤ変換手順と、
   Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号とともにＮ＋１チャネル目に信号処理用のデジタル信号が入力され、Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号の信号強度に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う演算手順と、
   を順に有する物理量測定方法。
5. 前記ＡＤ変換手順において、Ｎチャネルの入力ポートに加えてＮ＋１チャネル目のアナログ信号が入力され、入力されたＮ＋１チャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   前記演算手順において、Ｎ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う、
   請求項４に記載の物理量測定方法。
6. 前記波長分離手順において、前記ＦＢＧラインに入力された前記波長分離器のＮ＋１チャネル目に対応する波長の光信号をＮ＋１チャネル目に分離し、
   前記受光手順において、分離されたＮ＋１チャネル目の光信号の光強度を検出してアナログ信号を出力し、
   前記ＡＤ変換手順において、Ｎ＋１チャネル目のアナログ信号をデジタル信号に変換し、
   前記演算手順において、Ｎ＋１チャネルのデジタル信号のうちの前記Ｎ＋１チャネル目のデジタル信号に基づいて、Ｎ個の波長チャネルのデジタル信号の演算処理を行う、
   請求項４に記載の物理量測定方法。

Images