JP3767476B2 - オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長−パワ変換器に関し、特に、オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目前のＤＷＤＭ系統は１００／２００ＧＨｚチャネル間隔を使用しており、系統を長期的に運転させ、及びｃｒｏｓｓｔａｌｋ規格を得るために、ＤＦＢを短時間で正規に運転できるようにしている。しかしながら長時間にわたって使用すると波長シフトの問題があるので、オプチカル・ファイバー・ワイドバンドの増価が重要な課題となる他に、如何にオプチカル・ファイバー・ワイドバンド・ネットワークを安定に運転させるかは一刻ものんびり出来ない課題であり、マーケット上の需要も日増しに高くなっている。
【０００３】
現在既に例えばＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉器や線性オプチカル・ファイバー・グレティング等の干渉器やオプチカル・ファイバー・グレティング感知器を採用している。これらはいずれもＤＦＢレーザにおける波長変動の変化信号を、光強度の変動に変換して波長鑑別器とすることができる。したがって、将来ＷＤＭオプチカル・ネットワークにおいて、波長鑑別器の運用は未来のアスペクトであり、本発明はこの方面に応用され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
目前ＷＤＭ／ＤＷＤＭワイドバンドのオプチカル・ファイバー・ネットワークに応用されている波長検出技術は多種多様であるが、これらの所要な素子は一部が主動、そして他の一部が受動であり、いずれも比較的複雑又は得がたく、もしくはユーザが容易に納得できないので、実用性及び技術の成熟度が高くなく、或いは高価なためにコストの低下が困難であった。
【０００５】
Ｓｈａｎ Ｚｈｏｎｇ，Ｃｈａｕ−Ｈａｎ Ｌｅｅ，Ｘｉａｏ−ＨｕｉＹａｎｇ，Ｙｕｎｇ−Ｊｕｉｃｈｅｎ および Ｄｅｎｎｉｓ Ｓｔｏｎｅ達は１９９９年 Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 第３巻、第３０〜３２ページに発表された論文において、“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｉｎｇ ｐｈａｓｅｄ−ａｒｒａｙ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ”について以下の見解を提出した。
（ａ）２倍のＷＤＭチャネル解析関数α／２角度で完成されたＰＡＷＧ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）により全ウェーブ・バンドのスペクトルで覆う；
（ｂ）中心波長がチャネル間隔の半分のシフトにより両組の判別曲線を生ずることにより盲点の収れんを確認する；及び
（ｃ）３２個検出器アレイ、６４チャネルのＡ／Ｄ変換を備える；
ことにより、０．０７６ｎｍ／ｄＢ解析関数、０．０２ｎｍ精確度、１６チャネル、２００ＧＨｚチャネル間隔のリアル・タイム性を有する全ウェーブ・バンドの観測系統を構成し、リアル・タイム的にＤＷＤＭ系統に応用され、全ウェーブ・バンドの波長観測に使用される。しかれど、この種のＡＷＧを利用して波長を測定する方法は複雑であると共に、製作技術が環境、温度の影響を受け易いので信頼度が高くなく、高価である。
【０００６】
また、Ｂ．Ｖｉｌｌｅｎｅｕｖｅ，Ｈ．Ｂ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｃｒｙ 及び Ｄ．Ｇａｒｉｅｐｙ達が１９９７年 Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ 第１９〜２０ページに発表された論文において、“Ａ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ”について、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ（ＦＰ）Ｆｉｌｔｅｒの周期性透過周波数応答で２個の非常に接近した光ダイオードを配し、２個のスペクトル応答をキャッチした後、２個のスペクトル応答差の値により測定待機中の波長値を推算する簡潔な波長安定化方法を提出し、これをＤＷＤＭ系統波長の観測及び制御として用いることにより自発（ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ）ＤＦＢレーザ発射器の制限を超過した長波長シフトの出力又は表示の機能を解決する云云の見解を提出した。このような概念が独立方式で１素子として存在した時、当該素子の体積が微小であるために、定額外の電気動力を与えることなくそれを既に存在しているレーザ・モジュールに併合させることができる。しかしながら、それの製造技術の難度が高く、部品の組合の難度も高いために、スループットが低く、コストがかさむという欠点がある。また部品の取得が容易でなく保守が困難なために、量産及び実際の応用とはかけ離れている。したがって、市内ネットワーク、オプチカル・ファイバーが家までに至るＷＤＭ／ＤＷＤＭネットワーク系統に比較的適せず、特に一般の専業背景を有しないユーザ・エンドの使用者に対して適合しない。
【０００７】
なお、Ｓａｎ−Ｌｉａｎｇ Ｌｅｅ， Ｃｈｉｎｇ−Ｔａｎｇ Ｐｉｅｎ， Ｙｕ−Ｙｉ Ｈｓｕ達は２０００年の Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第３６巻、第６期に発表された“Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓ ｆｏｒ ＤＷＤＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ“ 論文において、ＤＷＤＭ系統に応用される波長観測技術であって、半導体光増幅器の担体で入射光波長に対して反応する関係、及び波長の計測と波長の追跡として半導体光増幅器の伝送点に対しての検出技術を提出した。したがってレーザ・ダイオードを臨界値下でバイアスとし、又は半導体光増幅器を抗反射の塗膜上に用いることで上記の目的を達成することができる。特に、外部の波長を検出又は波長を安定化するレーザ・ダイオードの方法を不連続又は離れた部品に用いると特に適切である。
【０００８】
このような波長感知器はバイアス又は走査モードを固定する方法によりその操作方面の区分とすることができる。この方法は低価なレーザ・ダイオードを用いて波長の区画用としているので、応用上波長シフトに対して波長を安定する効果がある。しかしながら所用の半導体光増幅器の価格が高価であり、一般的な市内ネットワークにおける波長の検出には余り適しない。
【０００９】
また、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐ， Ｒｏｂｅｒｔ Ｄ達は１９９３年２月２３日に発表された特許ＮＯ．がＵＳ５１８９４８５の“Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｅｒ ｈａｖｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ ｏｐｔｉｃｓ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｉｎｐｕｔｓ”の特許において、多波長レーザが入力された波長カウンタ、及びマルチプレクサとの整合により、一本の単一モードのオプチカル・ファイバーで多台のレーザを遠隔制御することで、その中の一レーザ・ビーム信号を波長計測器に入力させ、予知のレーザ・ビーム波長を参考として利用し、波長計測器もオン・ラインのリアル・タイム方式で計測器の校正を完成することができる機能を改善した、手段を提出した。このことから分かるように、波長計測は実用性を有し、本発明は正に低価でこの技術を得ることができるものである。
【００１０】
なお、Ｖａｒｎｈａｍ，Ｍａｌｃｏｌｍ Ｐ．，Ｓｔｅｖｅｎａｇｅ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍらは１９９１年６月１１日に発表された特許ＮＯ．がＵＳ５０２２７５４の“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ”の文において、放射光波長を決定する方法及び設備を提出した。ここでいう放射光とは肉眼で見られるはっきりしたものをいい、放射光はその中の一種である。放射光は二つ以上の波長に分けられ、波長と波長との間の位相変調は相互に独立してお互いに影響しないと共に、変調のネット効果があり、すなわち、それが予め設定された波長値に等しい時、波長変調がゼロとなり、この種のネット変調効果が決定されることにより、予め設定された参考波長と放射光波長との差を得ることができ、波長検出及び測量の目的を達成することができる。この方法は素晴らしいが、変調技術に熟知しないものに代わって言えば難度の高い方法であり、実用性が低い。
【００１１】
また、Ｋａｃｈａｎｏｖ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ａ．Ｍｏｓｃｏｗ達は１９９５年５月３０日に発表された特許ＮＯ．ＵＳ５４２０６８７の“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒｉｚｉｎｇ ｆｒｉｎｇｅｒｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｌｉｇｈｔ”の文において、線性化干渉しまの干渉機能を有するマイクロプロセッサによりレーザ光の波長を決定し、干渉しまはＣＣＤアレイにより検出すると同時にコンピュータに伝送して処理してレーザ光の波長を決定する技術を提出した。
【００１２】
以上列挙された特許と論文はいずれも目前分波マルチプレクスの波長の監視及び測量に応用されている主要技術であるが、一部の技術が高価なために実用性が高くない。また、一部の部品の製造が複雑かつ取得が容易でなく、系統の影響因子が複雑かつ安定性が高くないために、制御が容易でない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このように先行技術に欠点が存在していることに鑑がみ、本発明はこれを解決するために鋭意試験と研究とを重ねた結果、ついに「オプチカル・ファイバー巻回式波長-パワ変換器」を案出した。
【００１４】
本発明の主たる目的はオプチカル・ファイバー通信系統における波長とパワとの観測及び保護に適用される波長−パワ変換器を提供することにある。第１の本発明（請求項１に対応）は、
光波長の入力を受入れる入力オプチカル・ファイバー・リーダと、
前記入力オプチカル・ファイバー・リーダと互いに接続する巻回オプチカル・ファイバーと、
前記巻回オプチカル・ファイバーを固定する円柱体と、
前記円柱体上の巻回オプチカル・ファイバーから延出して伸びる出力オプチカル・ファイバー・リーダと、
前記出力オプチカル・ファイバー・リーダと互いに接続して信号を読取りかつ光パワ出力を生ずる光検出器と、
を備えてなり、そして前記巻回オプチカル・ファイバーの湾曲特性により、不同の波長光入力に不同のパワを出力させ、波長とパワの変換を達成する、波長−パワ変換器を提出する、
ことを特徴とする波長−パワ変換器。
【００１５】
第２の本発明（請求項２に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、
前記巻回オプチカル・ファイバーが固定半径の前記円柱体上に固定され、
前記光波長入力が７５０ｎｍないし１３００ｎｍの時、前記円柱体の半径が１０ｍｍよりも小さく、そして前記光波長入力が１３００ｎｍないし１７５０ｎｍの時、該円柱体の半径が１０ｍｍよりも大きい、
ことを特徴とする。
【００１６】
また、第３の本発明（請求項３に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１７５０ｎｍウエイブ・バンドの単色光源であり、
前記光検出器は光動力読取装置である、
ことを特徴とする。
【００１７】
また、第４の本発明（請求項４に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、前記変換器が、
さらに蛍光センシング・ヘッドと、医療センシング系統を構成して医療センサとして使用する光センサとを備えてなり、
さらに調整可能光源と、光センサと分波マルチプレクス（ＷＤＭ）ネットワークの安定周波数系統を構成してネットワークの安定周波数として使用する光パワの帰還制御とを備えてなり、
さらに調整可能光源と、光センサと、分波マルチプレスク（ＷＤＭ）ネットワークの波長検出系統を構成して波長計測ネットワークの観測又は保護として使用される光パワと波長との対応関係処理器とを備えてなり、或いは
さらにＷＤＭマルチプレクサと、光アクセス・マルチプレクサと、ＷＤＭデ・マルチプレクサと、第１の減衰器と、第２の減衰器と、二つのＥＤＦＡ光増幅器とを備えてなり、これにより分波マルチプレクス（ＷＤＭ）ネットワークの減衰器を構成してネットワーク減衰器として使用される、
ことを特徴とする。
【００１８】
さらには、第５の本発明（請求項５に対応）は入力オプチカル・ファイバー・リーダと、巻回オプチカル・ファイバーと、円柱体と、出力オプチカル・ファイバー・リーダと、光検出器とを備えた波長−パワ変換器に適用される波長−パワ変換方法であって、
特定ウエイブ・バンドの単色光源を前記入力オプチカル・ファイバー・リーダに入力するステップと、
前記巻回オプチカル・ファイバーの湾曲損失を計測するステップと、
特定パラメータ及び計算理論曲線を調整するステップと、
前記光検出器を通して信号を読取ると共に、光パワ出力信号を生ずるステップと、
を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
第６の本発明（請求項６に対応）は上記第５の本発明の方法において、
前記特定パラメータが湾曲半径と、巻回回り数と、オプチカル・ファイバー規格とを含んでなり、
前記オプチカル・ファイバー規格がオプチカル・ファイバーの湾曲損失に対する許容程度であり、つまり不同程度の空間を施与し、その損失値を干渉して発生する変化であり、
前記理論曲線の計算が前記特定パラメータ値、系統により反応した実際の出力／入力値、模擬された半経験理論曲線、求め得た数学方程式を調整することにより、不同入力／出力の波長−パワ変換関係を顕現する、
ことを特徴とする。
【００２０】
また、第７の本発明（請求項７に対応）は上記第６の本発明の方法において、前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｗ３＋ζ２Ｗ２＋ζ３ Ｗ＋ζ４、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数であり；そして前記光波長入力が１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍの時、該数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｎｅｘｐ（θＮ＋ζ２ Ｗ−ζ３ Ｒ）、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数、Ｒが該湾曲半径、Ｎが巻回回り数、θＮが巻回角度であることを特徴とする。
【００２１】
また、第８の本発明（請求項８に対応）は上記第６の本発明の方法において、不同入力／出力の波長−パワ変換関係が、
（ａ）前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．１１８×１０−８Ｗ３＋７．６５０４×１０−４Ｗ２−０．０９３６Ｗ＋３９．２８０５
その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長であり；
（ｂ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−４．３１０２×１０−８Ｗ３＋１．４３５６×１０−４Ｗ２−０．１６５３Ｗ＋６４．０３２２
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｃ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−１．９５１１×１０−１０Ｗ３−８．３９０８×１０−７Ｗ２−０．００１４Ｗ＋０．９６９４
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｄ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．３０６９×１０−８Ｗ３＋８．２４１５×１０−５Ｗ２−０．０９９６Ｗ＋４１．１９５２
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｅ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．２５５４×１０−８Ｗ３＋８．１３１６×１０−５Ｗ２−０．０９９３Ｗ＋４１．５３５８
その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力波長信号であり；
（ｆ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が７回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．７３２５×１０−８Ｗ３＋９．６１０１×１０−５Ｗ２−０．１１４２Ｗ＋４６．６０４３
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｇ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．２９×１０−８Ｗ３＋８．１７０５×１０−５Ｗ２−０．０９８９Ｗ＋４１．１２９４
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｈ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−１．６３９３×１０−８Ｗ３＋６．２４４３×１０−５Ｗ２−０．０８０３Ｗ＋３５．２６９３
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号である、
ことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施例を挙げて添付図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る波長−パワ変換器系統ブロック図である。図において、波長−パワ変換器１０は巻回したオプチカル・ファイバー１２と、外部からの光波長入力信号１６を受信する入力オプチカル・ファイバー・リーダ１３と、入力オプチカル・ファイバー・リーダ１３と接続する巻回オプチカル・ファイバー１２と、この巻回オプチカル・ファイバー１２を固定するための円柱体１１と、巻回オプチカル・ファイバー１２が円柱体１１を巻回して延出した出力オプチカル・ファイバー・リーダ１４と、出力オプチカル・ファイバー・リーダ１４と接続して信号を読取ると共に光パワ出力信号１７を生ずる光検出器１５とを備えてなる。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは、オプチカル・ファイバーが既に湾曲損失に対して反応し、及びこれに加えて不同波長の光信号が入力した時に対応して変化した出力値の特性を利用することにより組み合わせることができる。これにより新型のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換系統となる。
【００２３】
図２は本発明に係る波長−パワ変換原理見取図である。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは湾曲半径、巻回回り数、オプチカル・ファイバー規格等を含む。オプチカル・ファイバー規格とはオプチカル・ファイバーが湾曲損失に対する許容程度、即ち、不同程度の空間を施与しその損失値を干渉して発生する変化を言う。湾曲半径は１０ｍｍ以下にする必要があり、このようにしてこそ発生した湾曲損失が始めて波長−パワ変換を顕著な比例に変化させることができる。即ち、波長−パワ変換は正比例を現わす。巻回回り数においては、回り数が多ければ多い程、湾曲損失が益益顕著となる。短波長の波長入力信号に対して、該波長−パワ変換も益益敏感になり、巻回回り数とパワが反比例を現わす。したがって、図１に基づいて不同ウエイブ・バンドの波長を入力すれば、センサを通しての適当パラメータ調整の組合せ及び本発明により演釈された波長−パワ変換数学方程式により、対応する波長−パワ関係を得ることができる（図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５を参照）。その中、光波長入力は７５０ｎｍ〜１３００ｎｍ、数学方程式はＬ（Ｗ）＝ζ１Ｗ３＋ζ２Ｗ２＋ζ３ Ｗ＋ζ４である。またＬ（Ｗ）は損失値、Ｗは入力の波長、ζが特定係数である。
【００２４】
次に図３は本発明に係る波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図である。本発明に用いられた新型オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の実作と理論との契合性及び応用上の信頼度を確認するために、実際の儀器を用いて計測及びデータ収集を行い、不同パラメータの変調組合下で発生した波長と損失との関係曲線を分析したところ、本ワイド・バンド化巻回式オプチカル・ファイバー湾曲センサは応用上確に信頼度が高いことが確認された。先ず、調整可能な単色光源３１の入力波長信号を波長−パワ変換器３２中に入力し、スペクトル分析儀３３を信号読取装置としてそれを読取る。
【００２５】
また、図４は本発明において巻回回り数＝０の損失と光源波長関係曲線を示す図である。巻回回り数＝０の状況下では、オプチカル・ファイバーの損失は主としてオプチカル・ファイバーの吸収損失によりもたらしたものであるので、一対一でない対応関係のオプチカル・ファイバー特性曲線を得ることができる。さらに、不同パラメータ、例えば巻回回り数、湾曲半径、オプチカル・ファイバー規格等の変調を経過すると、一対一で対応する不同の波長−パワ変換関係曲線を得ることができる。
【００２６】
図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５は本発明において波長−パワ変換器を通して、それぞれ不同の巻回回り数、不同の湾曲半径で実験テストした後、得られた損失と光源波長が比例変化した関係曲線図である。
【００２７】
図１６は本発明に係る波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）である。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは、オプチカル・ファイバーが既に湾曲損失に対して反応し、及びこれに加えて不同波長の光信号１６１、１６２、１６３が入力した時に対応して変化した出力値１６１４の特性を利用することにより組み合わせることができる。これにより新型のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換系統となる。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは湾曲半径１６１１、巻回回り数１６１０、オプチカル・ファイバー規格等を含む。オプチカル・ファイバー規格とはオプチカル・ファイバーが湾曲損失に対する許容程度、即ち不同程度の空間を施与しその損失を干渉して発生する変化を言う。湾曲半径１６１１は１０ｍｍ以上にする必要があり、このようにしてこそ発生した湾曲損失が始めて波長−パワ変換を顕著な比例に変化させることができる。巻回回り数１６１０においては、回り数が多ければ多い程、湾曲損失が益益顕著となる。長波長の波長入力信号に対して、該波長−パワ変換も益益敏感になり、巻回回り数１６１０とパワが反比例を現わす。したがって、不同ウエイブ・バンドの波長入力信号１６１、１６２、１６３を入力すれば、センサを通しての適当パラメータ調整により波長−パワ対応関係を得ることができる。
【００２８】
そして前記対応関係の応用に至っては以下のアスペクトを含む。
１．図１８は本発明に係るオプチカル・ファイバー巻回式医療センサ見取図である。当該対応関係は医療センサ系統に応用され、医療センサとして使用できる。先ず、波長−パワ変換器１８３が蛍光センシング・ヘッド１８１からの入力信号を受信する。そして光検出器１８４の処理を経た後、出力信号を生じ、パソコン１８５に出力してデータの読取り用とする。
２．図１９はオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換安定周波数系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの安定周波数系統に応用され、ネットワークの安定周波数として使用できる。先ず、波長−パワ変換器１９２が調整可能光源入力１９１を受入れる。そして光検出器１９３の処理を経た後、安定周波数の作用を生ずる。
３．図２０は本発明に係るオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換波長計測系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの波長検出系統に応用され、波長計測及びネットワークの観測又は保護として使用できる。先ず、波長−パワ変換器２０２が調整可能入力２０１を受入れた後、光検出器２０３及び光パワと波長対応関係処理器２０４を通して処理して出力信号信号を生じ、これを表示器２０５上に表示する。
４．図２１は本発明に係るＷＤＭワイドバンド・ネットワーク系統のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換減衰系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの減衰器に応用され、ＷＤＭマルチプレクサ２１１と、光アクセス／マルチプレクサ２１２と、ＷＤＭデ・マルチプレクサ２１３と、第１の減衰器２１４と、第２の減衰器２１５と、二つのＥＤＦＡ光増幅器２１６とを備えている。
【００２９】
要するに、本発明は簡単な部品の組合を通して、オプチカル・ファイバーの巻回湾曲により損失を発生させ、かつ、不同波長の光源に対応の損失出力を発生させ、さらに適当にパラメータを調整することにより入射単色光の波長−パワの信号変換機能に達するようにしている。そして、使用される部品装置が簡単であるので安価である他に、取得、操作組合及び変調が容易かつ応用可能なウエイブ・バンドが７５０〜１７５０ｎｍに介していることから、市内ワイドバンド化光ファイバー・ネットワークへの応用に極めて適している。また、「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の波長測定又は保護系統「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の安定周波数の制御使用、及び「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の減衰器使用に応用されえるので、効果的に先行技術の欠点を改善することができる。
【００３０】
上記発明の概要、実施例は本発明の技術的手段をよく理解するために説明したもので、当然本発明の技術的思想はこれに限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者による単純なる設計変更、置換、付加はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器系統のブロック図である。
【図２】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換原理見取図である。
【図３】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図である。
【図４】巻回回り数＝０の損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図５】巻回回り数＝３、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図６】巻回回り数＝５、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図７】巻回回り数＝１０、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図８】巻回回り数＝３、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図９】巻回回り数＝５、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１０】巻回回り数＝７、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１１】巻回回り数＝１０、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１２】巻回回り数＝１３、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１３】巻回回り数＝１５、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１４】巻回回り数＝１８、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１５】巻回回り数＝２０、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１６】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量統計見取図（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）である。
【図１７】巻回回り数がそれぞれ４、８、１２、湾曲半径が１２．５ｍｍ、湾曲損失と光源波長（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）の実験及び簡化公式の計算結果図である。
【図１８】オプチカル・ファイバー巻回式医療センサ見取図である。
【図１９】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換安定周波数系統見取図である。
【図２０】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換波長計測系統見取図である。
【図２１】ＷＤＭワイドバンド・ネットワーク系統のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換減衰系統見取図である。
【符号の説明】
１０ 波長−パワ変換器 １１ 円柱体
１２ 巻回オプチカル・ファイバー
１３ 入力オプチカル・ファイバー引込線
１４ 出力オプチカル・ファイバー・リーダ
１５ 光検出器 １６ 光波長入力
１７ 光パワ出力 ３１ 調整可能単色光源
３２ オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器
３３ スペクトル分析器 １６１ １．３１μｍレーザ光源
１６２ １．５５μｍレーザ光源
１６３ 調整可能波長光源（１．３１μｍ〜１．７５μｍ）
１６４ 光スイッチ １６５ オプチカル・ファイバー
１６６ 光動力計 １６７ スペクトル分析器
１６７ 光スイッチ １６９ 円柱体
１６１０ 湾曲巻回回り数 １６１１ 湾曲半径
１６１２ 湾曲オプチカル・ファイバー
１６１３ 入力パワ １６１４ 出力パワ
１８１ 蛍光型センシング・ヘッド １８２ オプチカル・ファイバー
１８３ 巻回式オプチカル・ファイバー湾曲センサ
１８４ 光検出器 １８５ パソコンデータ読取り
１９１ 調整可能光源入力 １９２ 波長−パワ変換器
１９３ 光検出器 １９４ 光動力の帰還制御
１９５ 波長 １９６ パワ
２０１ 調整可能光源入力 ２０２ 波長−パワ変換器
２０３ 光検出器 ２０４ 光動力と波長対応関係処理器
２０５ 表示器 ２１１ ＷＤＭマルチプレクサ
２１２ 光アクセス・マルチプレクサ ２１３ ＷＤＭデ・マルチプレクサ
２１４ 減衰器１ ２１５ 減衰器２
２１６ ＥＤＦＡ光増幅器
【発明の属する技術分野】
本発明は波長−パワ変換器に関し、特に、オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目前のＤＷＤＭ系統は１００／２００ＧＨｚチャネル間隔を使用しており、系統を長期的に運転させ、及びｃｒｏｓｓｔａｌｋ規格を得るために、ＤＦＢを短時間で正規に運転できるようにしている。しかしながら長時間にわたって使用すると波長シフトの問題があるので、オプチカル・ファイバー・ワイドバンドの増価が重要な課題となる他に、如何にオプチカル・ファイバー・ワイドバンド・ネットワークを安定に運転させるかは一刻ものんびり出来ない課題であり、マーケット上の需要も日増しに高くなっている。
【０００３】
現在既に例えばＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉器や線性オプチカル・ファイバー・グレティング等の干渉器やオプチカル・ファイバー・グレティング感知器を採用している。これらはいずれもＤＦＢレーザにおける波長変動の変化信号を、光強度の変動に変換して波長鑑別器とすることができる。したがって、将来ＷＤＭオプチカル・ネットワークにおいて、波長鑑別器の運用は未来のアスペクトであり、本発明はこの方面に応用され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
目前ＷＤＭ／ＤＷＤＭワイドバンドのオプチカル・ファイバー・ネットワークに応用されている波長検出技術は多種多様であるが、これらの所要な素子は一部が主動、そして他の一部が受動であり、いずれも比較的複雑又は得がたく、もしくはユーザが容易に納得できないので、実用性及び技術の成熟度が高くなく、或いは高価なためにコストの低下が困難であった。
【０００５】
Ｓｈａｎ Ｚｈｏｎｇ，Ｃｈａｕ−Ｈａｎ Ｌｅｅ，Ｘｉａｏ−ＨｕｉＹａｎｇ，Ｙｕｎｇ−Ｊｕｉｃｈｅｎ および Ｄｅｎｎｉｓ Ｓｔｏｎｅ達は１９９９年 Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 第３巻、第３０〜３２ページに発表された論文において、“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｉｎｇ ｐｈａｓｅｄ−ａｒｒａｙ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ”について以下の見解を提出した。
（ａ）２倍のＷＤＭチャネル解析関数α／２角度で完成されたＰＡＷＧ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）により全ウェーブ・バンドのスペクトルで覆う；
（ｂ）中心波長がチャネル間隔の半分のシフトにより両組の判別曲線を生ずることにより盲点の収れんを確認する；及び
（ｃ）３２個検出器アレイ、６４チャネルのＡ／Ｄ変換を備える；
ことにより、０．０７６ｎｍ／ｄＢ解析関数、０．０２ｎｍ精確度、１６チャネル、２００ＧＨｚチャネル間隔のリアル・タイム性を有する全ウェーブ・バンドの観測系統を構成し、リアル・タイム的にＤＷＤＭ系統に応用され、全ウェーブ・バンドの波長観測に使用される。しかれど、この種のＡＷＧを利用して波長を測定する方法は複雑であると共に、製作技術が環境、温度の影響を受け易いので信頼度が高くなく、高価である。
【０００６】
また、Ｂ．Ｖｉｌｌｅｎｅｕｖｅ，Ｈ．Ｂ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｃｒｙ 及び Ｄ．Ｇａｒｉｅｐｙ達が１９９７年 Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ 第１９〜２０ページに発表された論文において、“Ａ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ”について、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ（ＦＰ）Ｆｉｌｔｅｒの周期性透過周波数応答で２個の非常に接近した光ダイオードを配し、２個のスペクトル応答をキャッチした後、２個のスペクトル応答差の値により測定待機中の波長値を推算する簡潔な波長安定化方法を提出し、これをＤＷＤＭ系統波長の観測及び制御として用いることにより自発（ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ）ＤＦＢレーザ発射器の制限を超過した長波長シフトの出力又は表示の機能を解決する云云の見解を提出した。このような概念が独立方式で１素子として存在した時、当該素子の体積が微小であるために、定額外の電気動力を与えることなくそれを既に存在しているレーザ・モジュールに併合させることができる。しかしながら、それの製造技術の難度が高く、部品の組合の難度も高いために、スループットが低く、コストがかさむという欠点がある。また部品の取得が容易でなく保守が困難なために、量産及び実際の応用とはかけ離れている。したがって、市内ネットワーク、オプチカル・ファイバーが家までに至るＷＤＭ／ＤＷＤＭネットワーク系統に比較的適せず、特に一般の専業背景を有しないユーザ・エンドの使用者に対して適合しない。
【０００７】
なお、Ｓａｎ−Ｌｉａｎｇ Ｌｅｅ， Ｃｈｉｎｇ−Ｔａｎｇ Ｐｉｅｎ， Ｙｕ−Ｙｉ Ｈｓｕ達は２０００年の Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第３６巻、第６期に発表された“Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓ ｆｏｒ ＤＷＤＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ“ 論文において、ＤＷＤＭ系統に応用される波長観測技術であって、半導体光増幅器の担体で入射光波長に対して反応する関係、及び波長の計測と波長の追跡として半導体光増幅器の伝送点に対しての検出技術を提出した。したがってレーザ・ダイオードを臨界値下でバイアスとし、又は半導体光増幅器を抗反射の塗膜上に用いることで上記の目的を達成することができる。特に、外部の波長を検出又は波長を安定化するレーザ・ダイオードの方法を不連続又は離れた部品に用いると特に適切である。
【０００８】
このような波長感知器はバイアス又は走査モードを固定する方法によりその操作方面の区分とすることができる。この方法は低価なレーザ・ダイオードを用いて波長の区画用としているので、応用上波長シフトに対して波長を安定する効果がある。しかしながら所用の半導体光増幅器の価格が高価であり、一般的な市内ネットワークにおける波長の検出には余り適しない。
【０００９】
また、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐ， Ｒｏｂｅｒｔ Ｄ達は１９９３年２月２３日に発表された特許ＮＯ．がＵＳ５１８９４８５の“Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｅｒ ｈａｖｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ ｏｐｔｉｃｓ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｉｎｐｕｔｓ”の特許において、多波長レーザが入力された波長カウンタ、及びマルチプレクサとの整合により、一本の単一モードのオプチカル・ファイバーで多台のレーザを遠隔制御することで、その中の一レーザ・ビーム信号を波長計測器に入力させ、予知のレーザ・ビーム波長を参考として利用し、波長計測器もオン・ラインのリアル・タイム方式で計測器の校正を完成することができる機能を改善した、手段を提出した。このことから分かるように、波長計測は実用性を有し、本発明は正に低価でこの技術を得ることができるものである。
【００１０】
なお、Ｖａｒｎｈａｍ，Ｍａｌｃｏｌｍ Ｐ．，Ｓｔｅｖｅｎａｇｅ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍらは１９９１年６月１１日に発表された特許ＮＯ．がＵＳ５０２２７５４の“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ”の文において、放射光波長を決定する方法及び設備を提出した。ここでいう放射光とは肉眼で見られるはっきりしたものをいい、放射光はその中の一種である。放射光は二つ以上の波長に分けられ、波長と波長との間の位相変調は相互に独立してお互いに影響しないと共に、変調のネット効果があり、すなわち、それが予め設定された波長値に等しい時、波長変調がゼロとなり、この種のネット変調効果が決定されることにより、予め設定された参考波長と放射光波長との差を得ることができ、波長検出及び測量の目的を達成することができる。この方法は素晴らしいが、変調技術に熟知しないものに代わって言えば難度の高い方法であり、実用性が低い。
【００１１】
また、Ｋａｃｈａｎｏｖ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ａ．Ｍｏｓｃｏｗ達は１９９５年５月３０日に発表された特許ＮＯ．ＵＳ５４２０６８７の“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒｉｚｉｎｇ ｆｒｉｎｇｅｒｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｌｉｇｈｔ”の文において、線性化干渉しまの干渉機能を有するマイクロプロセッサによりレーザ光の波長を決定し、干渉しまはＣＣＤアレイにより検出すると同時にコンピュータに伝送して処理してレーザ光の波長を決定する技術を提出した。
【００１２】
以上列挙された特許と論文はいずれも目前分波マルチプレクスの波長の監視及び測量に応用されている主要技術であるが、一部の技術が高価なために実用性が高くない。また、一部の部品の製造が複雑かつ取得が容易でなく、系統の影響因子が複雑かつ安定性が高くないために、制御が容易でない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このように先行技術に欠点が存在していることに鑑がみ、本発明はこれを解決するために鋭意試験と研究とを重ねた結果、ついに「オプチカル・ファイバー巻回式波長-パワ変換器」を案出した。
【００１４】
本発明の主たる目的はオプチカル・ファイバー通信系統における波長とパワとの観測及び保護に適用される波長−パワ変換器を提供することにある。第１の本発明（請求項１に対応）は、
光波長の入力を受入れる入力オプチカル・ファイバー・リーダと、
前記入力オプチカル・ファイバー・リーダと互いに接続する巻回オプチカル・ファイバーと、
前記巻回オプチカル・ファイバーを固定する円柱体と、
前記円柱体上の巻回オプチカル・ファイバーから延出して伸びる出力オプチカル・ファイバー・リーダと、
前記出力オプチカル・ファイバー・リーダと互いに接続して信号を読取りかつ光パワ出力を生ずる光検出器と、
を備えてなり、そして前記巻回オプチカル・ファイバーの湾曲特性により、不同の波長光入力に不同のパワを出力させ、波長とパワの変換を達成する、波長−パワ変換器を提出する、
ことを特徴とする波長−パワ変換器。
【００１５】
第２の本発明（請求項２に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、
前記巻回オプチカル・ファイバーが固定半径の前記円柱体上に固定され、
前記光波長入力が７５０ｎｍないし１３００ｎｍの時、前記円柱体の半径が１０ｍｍよりも小さく、そして前記光波長入力が１３００ｎｍないし１７５０ｎｍの時、該円柱体の半径が１０ｍｍよりも大きい、
ことを特徴とする。
【００１６】
また、第３の本発明（請求項３に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１７５０ｎｍウエイブ・バンドの単色光源であり、
前記光検出器は光動力読取装置である、
ことを特徴とする。
【００１７】
また、第４の本発明（請求項４に対応）は上記第１の本発明の波長−パワ変換器において、前記変換器が、
さらに蛍光センシング・ヘッドと、医療センシング系統を構成して医療センサとして使用する光センサとを備えてなり、
さらに調整可能光源と、光センサと分波マルチプレクス（ＷＤＭ）ネットワークの安定周波数系統を構成してネットワークの安定周波数として使用する光パワの帰還制御とを備えてなり、
さらに調整可能光源と、光センサと、分波マルチプレスク（ＷＤＭ）ネットワークの波長検出系統を構成して波長計測ネットワークの観測又は保護として使用される光パワと波長との対応関係処理器とを備えてなり、或いは
さらにＷＤＭマルチプレクサと、光アクセス・マルチプレクサと、ＷＤＭデ・マルチプレクサと、第１の減衰器と、第２の減衰器と、二つのＥＤＦＡ光増幅器とを備えてなり、これにより分波マルチプレクス（ＷＤＭ）ネットワークの減衰器を構成してネットワーク減衰器として使用される、
ことを特徴とする。
【００１８】
さらには、第５の本発明（請求項５に対応）は入力オプチカル・ファイバー・リーダと、巻回オプチカル・ファイバーと、円柱体と、出力オプチカル・ファイバー・リーダと、光検出器とを備えた波長−パワ変換器に適用される波長−パワ変換方法であって、
特定ウエイブ・バンドの単色光源を前記入力オプチカル・ファイバー・リーダに入力するステップと、
前記巻回オプチカル・ファイバーの湾曲損失を計測するステップと、
特定パラメータ及び計算理論曲線を調整するステップと、
前記光検出器を通して信号を読取ると共に、光パワ出力信号を生ずるステップと、
を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
第６の本発明（請求項６に対応）は上記第５の本発明の方法において、
前記特定パラメータが湾曲半径と、巻回回り数と、オプチカル・ファイバー規格とを含んでなり、
前記オプチカル・ファイバー規格がオプチカル・ファイバーの湾曲損失に対する許容程度であり、つまり不同程度の空間を施与し、その損失値を干渉して発生する変化であり、
前記理論曲線の計算が前記特定パラメータ値、系統により反応した実際の出力／入力値、模擬された半経験理論曲線、求め得た数学方程式を調整することにより、不同入力／出力の波長−パワ変換関係を顕現する、
ことを特徴とする。
【００２０】
また、第７の本発明（請求項７に対応）は上記第６の本発明の方法において、前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｗ３＋ζ２Ｗ２＋ζ３ Ｗ＋ζ４、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数であり；そして前記光波長入力が１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍの時、該数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｎｅｘｐ（θＮ＋ζ２ Ｗ−ζ３ Ｒ）、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数、Ｒが該湾曲半径、Ｎが巻回回り数、θＮが巻回角度であることを特徴とする。
【００２１】
また、第８の本発明（請求項８に対応）は上記第６の本発明の方法において、不同入力／出力の波長−パワ変換関係が、
（ａ）前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．１１８×１０−８Ｗ３＋７．６５０４×１０−４Ｗ２−０．０９３６Ｗ＋３９．２８０５
その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長であり；
（ｂ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−４．３１０２×１０−８Ｗ３＋１．４３５６×１０−４Ｗ２−０．１６５３Ｗ＋６４．０３２２
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｃ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−１．９５１１×１０−１０Ｗ３−８．３９０８×１０−７Ｗ２−０．００１４Ｗ＋０．９６９４
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｄ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．３０６９×１０−８Ｗ３＋８．２４１５×１０−５Ｗ２−０．０９９６Ｗ＋４１．１９５２
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｅ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．２５５４×１０−８Ｗ３＋８．１３１６×１０−５Ｗ２−０．０９９３Ｗ＋４１．５３５８
その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力波長信号であり；
（ｆ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が７回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．７３２５×１０−８Ｗ３＋９．６１０１×１０−５Ｗ２−０．１１４２Ｗ＋４６．６０４３
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｇ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−２．２９×１０−８Ｗ３＋８．１７０５×１０−５Ｗ２−０．０９８９Ｗ＋４１．１２９４
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｈ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式が
Ｌ（Ｗ）＝−１．６３９３×１０−８Ｗ３＋６．２４４３×１０−５Ｗ２−０．０８０３Ｗ＋３５．２６９３
その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号である、
ことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施例を挙げて添付図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る波長−パワ変換器系統ブロック図である。図において、波長−パワ変換器１０は巻回したオプチカル・ファイバー１２と、外部からの光波長入力信号１６を受信する入力オプチカル・ファイバー・リーダ１３と、入力オプチカル・ファイバー・リーダ１３と接続する巻回オプチカル・ファイバー１２と、この巻回オプチカル・ファイバー１２を固定するための円柱体１１と、巻回オプチカル・ファイバー１２が円柱体１１を巻回して延出した出力オプチカル・ファイバー・リーダ１４と、出力オプチカル・ファイバー・リーダ１４と接続して信号を読取ると共に光パワ出力信号１７を生ずる光検出器１５とを備えてなる。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは、オプチカル・ファイバーが既に湾曲損失に対して反応し、及びこれに加えて不同波長の光信号が入力した時に対応して変化した出力値の特性を利用することにより組み合わせることができる。これにより新型のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換系統となる。
【００２３】
図２は本発明に係る波長−パワ変換原理見取図である。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは湾曲半径、巻回回り数、オプチカル・ファイバー規格等を含む。オプチカル・ファイバー規格とはオプチカル・ファイバーが湾曲損失に対する許容程度、即ち、不同程度の空間を施与しその損失値を干渉して発生する変化を言う。湾曲半径は１０ｍｍ以下にする必要があり、このようにしてこそ発生した湾曲損失が始めて波長−パワ変換を顕著な比例に変化させることができる。即ち、波長−パワ変換は正比例を現わす。巻回回り数においては、回り数が多ければ多い程、湾曲損失が益益顕著となる。短波長の波長入力信号に対して、該波長−パワ変換も益益敏感になり、巻回回り数とパワが反比例を現わす。したがって、図１に基づいて不同ウエイブ・バンドの波長を入力すれば、センサを通しての適当パラメータ調整の組合せ及び本発明により演釈された波長−パワ変換数学方程式により、対応する波長−パワ関係を得ることができる（図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５を参照）。その中、光波長入力は７５０ｎｍ〜１３００ｎｍ、数学方程式はＬ（Ｗ）＝ζ１Ｗ３＋ζ２Ｗ２＋ζ３ Ｗ＋ζ４である。またＬ（Ｗ）は損失値、Ｗは入力の波長、ζが特定係数である。
【００２４】
次に図３は本発明に係る波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図である。本発明に用いられた新型オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の実作と理論との契合性及び応用上の信頼度を確認するために、実際の儀器を用いて計測及びデータ収集を行い、不同パラメータの変調組合下で発生した波長と損失との関係曲線を分析したところ、本ワイド・バンド化巻回式オプチカル・ファイバー湾曲センサは応用上確に信頼度が高いことが確認された。先ず、調整可能な単色光源３１の入力波長信号を波長−パワ変換器３２中に入力し、スペクトル分析儀３３を信号読取装置としてそれを読取る。
【００２５】
また、図４は本発明において巻回回り数＝０の損失と光源波長関係曲線を示す図である。巻回回り数＝０の状況下では、オプチカル・ファイバーの損失は主としてオプチカル・ファイバーの吸収損失によりもたらしたものであるので、一対一でない対応関係のオプチカル・ファイバー特性曲線を得ることができる。さらに、不同パラメータ、例えば巻回回り数、湾曲半径、オプチカル・ファイバー規格等の変調を経過すると、一対一で対応する不同の波長−パワ変換関係曲線を得ることができる。
【００２６】
図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５は本発明において波長−パワ変換器を通して、それぞれ不同の巻回回り数、不同の湾曲半径で実験テストした後、得られた損失と光源波長が比例変化した関係曲線図である。
【００２７】
図１６は本発明に係る波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）である。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは、オプチカル・ファイバーが既に湾曲損失に対して反応し、及びこれに加えて不同波長の光信号１６１、１６２、１６３が入力した時に対応して変化した出力値１６１４の特性を利用することにより組み合わせることができる。これにより新型のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換系統となる。センサを通しての適当パラメータ調整の組合せは湾曲半径１６１１、巻回回り数１６１０、オプチカル・ファイバー規格等を含む。オプチカル・ファイバー規格とはオプチカル・ファイバーが湾曲損失に対する許容程度、即ち不同程度の空間を施与しその損失を干渉して発生する変化を言う。湾曲半径１６１１は１０ｍｍ以上にする必要があり、このようにしてこそ発生した湾曲損失が始めて波長−パワ変換を顕著な比例に変化させることができる。巻回回り数１６１０においては、回り数が多ければ多い程、湾曲損失が益益顕著となる。長波長の波長入力信号に対して、該波長−パワ変換も益益敏感になり、巻回回り数１６１０とパワが反比例を現わす。したがって、不同ウエイブ・バンドの波長入力信号１６１、１６２、１６３を入力すれば、センサを通しての適当パラメータ調整により波長−パワ対応関係を得ることができる。
【００２８】
そして前記対応関係の応用に至っては以下のアスペクトを含む。
１．図１８は本発明に係るオプチカル・ファイバー巻回式医療センサ見取図である。当該対応関係は医療センサ系統に応用され、医療センサとして使用できる。先ず、波長−パワ変換器１８３が蛍光センシング・ヘッド１８１からの入力信号を受信する。そして光検出器１８４の処理を経た後、出力信号を生じ、パソコン１８５に出力してデータの読取り用とする。
２．図１９はオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換安定周波数系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの安定周波数系統に応用され、ネットワークの安定周波数として使用できる。先ず、波長−パワ変換器１９２が調整可能光源入力１９１を受入れる。そして光検出器１９３の処理を経た後、安定周波数の作用を生ずる。
３．図２０は本発明に係るオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換波長計測系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの波長検出系統に応用され、波長計測及びネットワークの観測又は保護として使用できる。先ず、波長−パワ変換器２０２が調整可能入力２０１を受入れた後、光検出器２０３及び光パワと波長対応関係処理器２０４を通して処理して出力信号信号を生じ、これを表示器２０５上に表示する。
４．図２１は本発明に係るＷＤＭワイドバンド・ネットワーク系統のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換減衰系統見取図である。当該対応関係はＷＤＭネットワークの減衰器に応用され、ＷＤＭマルチプレクサ２１１と、光アクセス／マルチプレクサ２１２と、ＷＤＭデ・マルチプレクサ２１３と、第１の減衰器２１４と、第２の減衰器２１５と、二つのＥＤＦＡ光増幅器２１６とを備えている。
【００２９】
要するに、本発明は簡単な部品の組合を通して、オプチカル・ファイバーの巻回湾曲により損失を発生させ、かつ、不同波長の光源に対応の損失出力を発生させ、さらに適当にパラメータを調整することにより入射単色光の波長−パワの信号変換機能に達するようにしている。そして、使用される部品装置が簡単であるので安価である他に、取得、操作組合及び変調が容易かつ応用可能なウエイブ・バンドが７５０〜１７５０ｎｍに介していることから、市内ワイドバンド化光ファイバー・ネットワークへの応用に極めて適している。また、「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の波長測定又は保護系統「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の安定周波数の制御使用、及び「マルチ・ウエーブバンド、マルチアレイ、マルチチャネル・ネットワーク」の減衰器使用に応用されえるので、効果的に先行技術の欠点を改善することができる。
【００３０】
上記発明の概要、実施例は本発明の技術的手段をよく理解するために説明したもので、当然本発明の技術的思想はこれに限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者による単純なる設計変更、置換、付加はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器系統のブロック図である。
【図２】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換原理見取図である。
【図３】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量系統見取図である。
【図４】巻回回り数＝０の損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図５】巻回回り数＝３、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図６】巻回回り数＝５、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図７】巻回回り数＝１０、湾曲半径＝１２．５ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図８】巻回回り数＝３、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図９】巻回回り数＝５、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１０】巻回回り数＝７、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１１】巻回回り数＝１０、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１２】巻回回り数＝１３、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１３】巻回回り数＝１５、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１４】巻回回り数＝１８、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１５】巻回回り数＝２０、湾曲半径＝６．８ｍｍの損失と光源波長関係曲線を示す図である。
【図１６】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器の波長−パワ変換曲線校正測量統計見取図（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）である。
【図１７】巻回回り数がそれぞれ４、８、１２、湾曲半径が１２．５ｍｍ、湾曲損失と光源波長（１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ）の実験及び簡化公式の計算結果図である。
【図１８】オプチカル・ファイバー巻回式医療センサ見取図である。
【図１９】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換安定周波数系統見取図である。
【図２０】オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換波長計測系統見取図である。
【図２１】ＷＤＭワイドバンド・ネットワーク系統のオプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換減衰系統見取図である。
【符号の説明】
１０ 波長−パワ変換器 １１ 円柱体
１２ 巻回オプチカル・ファイバー
１３ 入力オプチカル・ファイバー引込線
１４ 出力オプチカル・ファイバー・リーダ
１５ 光検出器 １６ 光波長入力
１７ 光パワ出力 ３１ 調整可能単色光源
３２ オプチカル・ファイバー巻回式波長−パワ変換器
３３ スペクトル分析器 １６１ １．３１μｍレーザ光源
１６２ １．５５μｍレーザ光源
１６３ 調整可能波長光源（１．３１μｍ〜１．７５μｍ）
１６４ 光スイッチ １６５ オプチカル・ファイバー
１６６ 光動力計 １６７ スペクトル分析器
１６７ 光スイッチ １６９ 円柱体
１６１０ 湾曲巻回回り数 １６１１ 湾曲半径
１６１２ 湾曲オプチカル・ファイバー
１６１３ 入力パワ １６１４ 出力パワ
１８１ 蛍光型センシング・ヘッド １８２ オプチカル・ファイバー
１８３ 巻回式オプチカル・ファイバー湾曲センサ
１８４ 光検出器 １８５ パソコンデータ読取り
１９１ 調整可能光源入力 １９２ 波長−パワ変換器
１９３ 光検出器 １９４ 光動力の帰還制御
１９５ 波長 １９６ パワ
２０１ 調整可能光源入力 ２０２ 波長−パワ変換器
２０３ 光検出器 ２０４ 光動力と波長対応関係処理器
２０５ 表示器 ２１１ ＷＤＭマルチプレクサ
２１２ 光アクセス・マルチプレクサ ２１３ ＷＤＭデ・マルチプレクサ
２１４ 減衰器１ ２１５ 減衰器２
２１６ ＥＤＦＡ光増幅器
Claims (1)
- 入力オプチカル・ファイバー・リーダと、巻回オプチカル・ファイバーと、円柱体と、出力オプチカル・ファイバー・リーダと、光検出器とを備えた波長−パワ変換器に適用される波長−パワ変換方法であって、特定波長帯域の単色光源を前記入力オプチカル・ファイバー・リーダに入力するステップと、前記巻回オプチカル・ファイバーの湾曲損失を計測するステップと、特定パラメータ及び計算理論曲線を調整するステップと、前記光検出器を通して信号を読取ると共に、光パワ出力信号を生ずるステップと、
を備えてなることを特徴とする波長−パワ変換方法であって、
前記特定パラメータは湾曲半径と、巻回回り数と、オプチカル・ファイバー規格とを含んでなり、前記オプチカル・ファイバー規格はオプチカル・ファイバーの湾曲による伝送損失に対する許容程度であり、つまり不同程度のファイバーの湾曲を施与し、その損失値に発生する変化であり、前記理論曲線の計算は前記特定パラメータ、パワ波長変換器により反応した実際の出力／入力値、模擬された半経験理論曲線、求め得た数学方程式を調整することにより、不同入力／出力の波長−パワ変換関係を顕現し、
前記不同入力／出力の波長−パワ変換関係の光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｗ３＋ζ２Ｗ２＋ζ３ Ｗ＋ζ４、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数であり；そして前記光波長入力が１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍの時、該数学方程式の通式がＬ（Ｗ）＝ζ１Ｎｅｘｐ（θＮ＋ζ２ Ｗ−ζ３ Ｒ）、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長、ζが特定係数、Ｒが該湾曲半径、Ｎが巻回回り数、θＮが巻回角度であり、
また
前記不同入力／出力の波長−パワ変換関係は、
（ａ）前記光波長入力が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−２．１１８×１０−８Ｗ３＋７．６５０４×１０−４Ｗ２−０．０９３６Ｗ＋３９．２８０５であり、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長であり；
（ｂ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線がＬ（Ｗ）＝４．３１０２×１０−８Ｗ３＋１．４３５６×１０−４Ｗ２−０．１６５３Ｗ＋６４．０３２２であり、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｃ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が１２．５ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−１．９５１×１０−１０Ｗ３−８．３９０８×１０−７Ｗ２−０．００１４Ｗ＋０．９６９４であり、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｄ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−２．３０６９×１０−８Ｗ３＋８．２４１５×１０−５Ｗ２−０．０９９６Ｗ＋４１．１９５２であり、その中、Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力波長信号であり；
（ｅ）前記波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が５回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−２．２５５４×１０−８Ｗ３＋８．１３１６×１０−５Ｗ２−０．０９９３Ｗ＋４１．５３５８であり、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｆ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が７回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−２．７３２５×１０−８Ｗ３＋９．６１０１×１０−５Ｗ２−０．１１４２Ｗ＋４６．６０４３であり、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｇ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１０回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−２．２９×１０−８Ｗ３−８．１７０５×１０−５Ｗ２−０．０９８９Ｗ＋４１．１２９４であり、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号であり；
（ｈ）前記光波長入力信号が７５０ｎｍ〜１３００ｎｍの時、前記巻回回り数が１３回り、前記湾曲半径が６．８ｍｍ、前記損失と光源波長関係曲線の数学方程式がＬ（Ｗ）＝−１．６３９３×１０−８Ｗ３＋６．２４４３×１０−５Ｗ２−０．０８０３Ｗ＋３５．２６９３であり、その中Ｌ（Ｗ）が損失値、Ｗが入力の波長信号である、
ことを特徴とする前記波長−パワ変換方法。
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