JP5542255B2 - Optical fiber length expansion / contraction measurement and correction method and apparatus - Google Patents
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本発明は、白色干渉法(低コヒーレンス干渉法)およびパルス干渉測長方法を用いた光ファイバー長さの変化計測および補正技術に関する。 The present invention relates to an optical fiber length change measurement and correction technique using a white interference method (low coherence interference method) and a pulse interference length measurement method.
光ファイバーはその温度変化によって伸縮が発生する。長距離の信号伝送では、この伸縮による信号遅延(時間的なずれ)の問題がある。従来の光ファイバー長変化計測では、安定化レーザや電気的なRF源を基準としてサイン型の信号をファイバー中に伝播させ、それらの位相変化を検出することで、ファイバー伸縮を計測するが、相対的な伸縮は計測できても、絶対的な長さは得られない。また、ファイバー長さの補正には、ファイバーストレッチャーが使われるが、ファイバーのヒステリシスにより再現性(繰返し精度)に問題がある。 The optical fiber expands and contracts due to temperature changes. In long-distance signal transmission, there is a problem of signal delay (time shift) due to this expansion and contraction. In the conventional optical fiber length change measurement, the fiber expansion and contraction is measured by propagating a sine-type signal in the fiber with reference to a stabilized laser or an electrical RF source, and detecting the phase change. Even if you can measure the expansion and contraction, you cannot get the absolute length. A fiber stretcher is used to correct the fiber length, but there is a problem in reproducibility (repeatability) due to fiber hysteresis.
特許文献1に記載されているように、白色干渉法を用いた非接触測定器により、長さが1メートル以上あるくびれ形状を持つような細い管内の内面形状をミクロンオーダの高精度で計測する方法がある。 As described in Patent Document 1, the inner surface shape of a narrow tube having a constriction shape with a length of 1 meter or more is measured with high accuracy on the order of microns by a non-contact measuring device using white interference method. There is a way.
白色干渉法は、白色光源からの光をハーフミラー等で参照光と測定光に分光し、参照光を参照鏡で反射させた光と、測定光が対象物に当たって反射した光とを、検出器で検出するが、参照鏡を移動させて測定光と参照光の光路長が一致したときに干渉縞が見られる。尚、干渉縞信号は、物体光と参照光の光路差が光源のコヒーレンス長以内のときに現れ、光路差が0で最大となる。 White interferometry is a method in which light from a white light source is split into reference light and measurement light by a half mirror, and the light reflected from the reference mirror by the reference mirror and the light reflected by the measurement light hitting the object are detected by a detector. However, when the reference mirror is moved and the optical path lengths of the measurement light and the reference light coincide with each other, interference fringes are seen. The interference fringe signal appears when the optical path difference between the object light and the reference light is within the coherence length of the light source, and becomes maximum when the optical path difference is zero.
干渉縞コントラスト最大位置が対象物の表面高さに相当し、ピーク位置決定精度が測定精度となることから、参照光の光路長を精度良く走査し、白色干渉縞位相情報を得ることで、ナノメートル精度の計測も可能となる。 Since the maximum interference fringe contrast position corresponds to the surface height of the object and the peak position determination accuracy becomes the measurement accuracy, the optical path length of the reference light is scanned with high accuracy and the white interference fringe phase information is obtained. Measurement with metric accuracy is also possible.
また、図8は、従来のパルス干渉測長技術(光コム技術)の構成を示す図である。白色干渉法は参照光路長と測定光路長がほぼ同じ場合に応用できるが、参照光路長と測定光路長に大きな差がある場合はパルス干渉法が応用できる。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional pulse interference length measurement technique (optical comb technique). The white light interferometry can be applied when the reference optical path length and the measurement optical path length are substantially the same, but the pulse interferometry can be applied when there is a large difference between the reference optical path length and the measurement optical path length.
パルス干渉測長技術1bは、パルス光源2aからの光15をハーフミラー6a等で参照光15aと測定光15bに分光し、参照光15aを参照鏡10cで反射させた参照光反射光15cの参照光パルス15eと、測定光15bをミラー10bで反射させた測定光反射光15cの測定光パルス15fとを、検出器12cで検出するが、参照鏡10cを移動させて測定光15bの光路長と参照光15aの光路長がある長さで一致した点またはその点から測定光15bの光路長がパルス間隔の整数倍の点で干渉縞14aが見られる。
In the pulse interference
空間軸上にパルス光が等間隔に並び、参照光パルス15eはどの測定光パルス15fとも干渉し、干渉縞14が観測される。尚、測定光パルス15fの間隔は、光速/繰返し周波数である。
Pulse lights are arranged at equal intervals on the spatial axis, the
そこで、本発明は、白色干渉法とパルス干渉測長技術を応用し、ファイバー絶対長さを計測すること、およびマイクロメートルオーダの高精度で温度ドリフト等によるファイバー伸縮を計測する方法、装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method and apparatus for measuring the fiber absolute length by applying the white interference method and the pulse interference length measurement technology, and measuring the fiber expansion and contraction due to temperature drift etc. with high accuracy on the order of micrometers. The purpose is to do.
(1)
光源からの光を参照光と測定光に分割する干渉計部、前記干渉計部で分割された参照光を参照鏡で反射することにより前記干渉計部に返す参照光スキャナ部、前記干渉計部と光ファイバーで接続され前記干渉計部で分割された測定光をミラーで反射することにより前記干渉計部に返す測定部、および前記干渉計部に返った参照光と測定光について高速光検出器で参照光パルスと測定光パルスを検出しコンピュータで参照光パルスと測定光パルスの時間間隔を計測することにより光ファイバー長さを算出する検出部を備えることを特徴とする光ファイバー長さ伸縮計測・補正装置の構成とした。
(2)
光源からの光を参照光と測定光に分割すると共に参照光と測定光とを干渉させる干渉計部、前記干渉計部で分割された参照光を光路長を変化させる参照鏡で反射することにより前記干渉計部に返す参照光スキャナ部、前記干渉計部と光ファイバーで接続され前記干渉計部で分割された測定光を光路長を変化させるファイバー長さ補正機構を介してミラーで反射することにより前記干渉計部に返す測定部、および前記干渉計部で干渉させた参照光と測定光について差動光検出器で干渉信号を検出しながらコンピュータが干渉信号の変化量をファイバー長さの変化量に換算し前記ファイバー長さ補正機構を動作させることで光ファイバー伸縮を補正する検出部を備えることを特徴とする光ファイバー長さ伸縮計測・補正装置の構成とした。
(3)
光源からの光を干渉計部で参照光と測定光に分割し、前記干渉計部で分割された参照光を参照鏡で反射することにより前記干渉計部に返すと共に、前記干渉計部で分割された測定光を光ファイバーを通じてミラーで反射することにより前記干渉計部に返し、前記干渉計部に返った参照光と測定光について高速光検出器で参照光パルスと測定光パルスを検出しコンピュータで参照光パルスと測定光パルスの時間間隔を計測することにより光ファイバー長さを算出することを特徴とする光ファイバー長さ伸縮計測・補正方法の構成とした。
(4)
光源からの光を干渉計部で参照光と測定光に分割し、前記干渉計部で分割された参照光を光路長を変化させる参照鏡で反射することにより前記干渉計部に返すと共に、前記干渉計部で分割された測定光を光ファイバーを通じて且つ光路長を変化させるファイバー長さ補正機構を介してミラーで反射することにより前記干渉計部に返し、前記干渉計部で干渉させた参照光と測定光について差動光検出器で干渉信号を検出しながらコンピュータが干渉信号の変化量をファイバー長さの変化量に換算し前記ファイバー長さ補正機構を動作させることで光ファイバー伸縮を補正することを特徴とする光ファイバー長さ伸縮計測・補正方法の構成とした。
(1)
An interferometer unit that divides light from a light source into reference light and measurement light, a reference light scanner unit that returns the reference light divided by the interferometer unit to a reference mirror by reflecting it with a reference mirror, and the interferometer unit The measurement light that is connected with the optical fiber and divided by the interferometer unit is reflected by a mirror to return to the interferometer unit, and the reference light and measurement light returned to the interferometer unit are detected by a high-speed photodetector. An optical fiber length expansion / contraction measurement / correction device comprising: a detection unit that detects a reference light pulse and a measurement light pulse, and calculates a length of the optical fiber by measuring a time interval between the reference light pulse and the measurement light pulse by a computer. The configuration was as follows.
(2)
By dividing the light from the light source into reference light and measurement light and interfering the reference light and measurement light with each other, and by reflecting the reference light divided by the interferometer part with a reference mirror that changes the optical path length A reference light scanner unit that returns to the interferometer unit, and the measurement light that is connected to the interferometer unit with an optical fiber and is divided by the interferometer unit is reflected by a mirror via a fiber length correction mechanism that changes the optical path length. The measuring unit returning to the interferometer unit, and the computer detects the change amount of the interference signal while detecting the interference signal with the differential photodetector with respect to the reference light and the measurement light interfered with the interferometer unit. An optical fiber length expansion / contraction measurement / correction device is provided that includes a detection unit that corrects optical fiber expansion / contraction by operating the fiber length correction mechanism.
(3)
The light from the light source is divided into reference light and measurement light by the interferometer unit, the reference light divided by the interferometer unit is returned to the interferometer unit by being reflected by a reference mirror, and is divided by the interferometer unit. The reflected measurement light is reflected by a mirror through an optical fiber and returned to the interferometer unit. The reference light and measurement light pulse returned to the interferometer unit are detected by a high-speed photodetector with respect to the reference light and measurement light. The length of the optical fiber is calculated by measuring the time interval between the reference light pulse and the measurement light pulse.
(4)
Dividing the light from the light source into measurement light and reference light by an interferometer unit, together with the return a reference light split by the interferometer unit to the interferometer unit by reflecting the reference mirror for changing the optical path length, wherein The measurement light divided by the interferometer unit is reflected by a mirror through an optical fiber and through a fiber length correction mechanism that changes the optical path length, and then returned to the interferometer unit, and the reference light interfered by the interferometer unit While detecting the interference signal with the differential optical detector for the measurement light, the computer converts the change amount of the interference signal into the change amount of the fiber length, and corrects the optical fiber expansion and contraction by operating the fiber length correction mechanism. The optical fiber length expansion / contraction measurement / correction method is characteristic.
本発明を用いることにより、高精度・高繰返しで安定なファイバー長補正を実施しながら、時間的なずれを最小限度に抑えた正確な信号送受信が可能となる。 By using the present invention, it is possible to perform accurate signal transmission / reception with minimal time deviation while performing highly accurate, high repetition and stable fiber length correction.
以下、図面を参照して本願発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る光ファイバー長さ計測装置の構成を示す図である。光ファイバー長さ計測装置1は、光源2、干渉計部6、参照光スキャナ部7、測定部9、および検出部12を備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical fiber length measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. The optical fiber length measurement device 1 includes a light source 2, an
光源2と干渉計部6のファイバーカプラ11とは光ファイバー3で繋がれるが、光源2とファイバーカプラ11の間にファイバーサーキュレータ5を介すため、光ファイバー3同士をファイバーコネクタ4、4aで接続する。また、干渉計部6と参照光スキャナ部7とは光ファイバー3で繋がれる。
The light source 2 and the
干渉計部6のファイバーカプラ11と測定部9のファイバーカプラ11aとは光ファイバー3で繋がれるが、ファイバーカプラ11とファイバーカプラ11aの間にファイバー長さ補正機構8を介す。
The
干渉計部6のファイバーカプラ11と検出部12のファイバーカプラ11bとは光ファイバー3で繋がれるが、双方から出た光ファイバー3同士をファイバーコネクタ4bで接続する。
The
光源2は、白色光を供給する装置であり、ある程度のスペクトル幅を持つCW(Continuous wave)、自然放出光(ASE(Amplified Spontaneous Emission))又はパルス光源、スーパールミネッセントダイオード(SLD)、フェムト秒レーザ等である。 The light source 2 is a device that supplies white light, and has CW (Continuous wave), spontaneous emission light (ASE (Amplified Spontaneous Emission)) or pulse light source, super luminescent diode (SLD), femto having a certain spectral width. A second laser.
光ファイバー3は、透過率の高い石英ガラス又はプラスチックで出来た光の伝送路であり、光源2からの光15および参照光15a、測定光15b等を各パーツに伝播させる。芯部のコアと、その外側のクラッドとからなり、クラッドよりもコアの屈折率を高くすることで光をコアにだけ伝搬させる。
The optical fiber 3 is a light transmission path made of quartz glass or plastic with high transmittance, and propagates the
ファイバーコネクタ4、4a、4bは、光ファイバー3同士を接続し、光伝播をさせる接続部材である。ファイバーコネクタ4は、光源2からの光ファイバー3と、ファイバーサーキュレータ5の光源2側の光ファイバー3とを接続する。ファイバーコネクタ4aは、ファイバーカプラ11の光源2側の光ファイバー3と、ファイバーサーキュレータ5のファイバーカプラ11側の光ファイバー3とを接続する。ファイバーコネクタ4bは、ファイバーカプラ11の検出部12側の光ファイバー3と、検出部12からの光ファイバー3とを接続する。
The
ファイバーサーキュレータ5は、入力された光と出力された光、戻り光をそれぞれ別な経路に伝播・循環させる装置である。光源2からの光15は干渉計部6へ送り、干渉計部6からの参照光反射光15cおよび測定光反射光15dは検出部12へ送る。
The fiber circulator 5 is a device that propagates and circulates input light, output light, and return light through different paths. The light 15 from the light source 2 is sent to the
干渉計部6は、参照光15aと測定光15bを干渉させる手段であり、ファイバーカプラ11を用いる。光源2からの光15をファイバーカプラ11で参照光15aと測定光15bに分け、参照光15aは参照光スキャナ部7に、測定光15bは測定部9に送り、参照光スキャナ部7から返ってきた参照光反射光15cと測定光反射光15dを干渉させ、検出部12に送る。
The
参照光スキャナ部7は、干渉計部6から来た参照光15aの光路長を変化させ、その変化量を読み取る手段である。参照光スキャナ部7において反射した参照光15aは、参照光反射光15cとして干渉計部6に返される。
The reference
測定部9は、干渉計部6からの測定光15bを、ファイバー長さ補正機構8を介してファイバーカプラ11aに送り、ファイバーカプラ11aで伝送信号15gを分けた上で測定光15bをファイバーコリメータ9aからミラー10に出射する。
The
尚、伝送信号15gは、検出部12のファイバーカプラ11bから入力され、干渉計部6に送られた際に、測定光15bと共に測定部9に送られるので、ファイバーカプラ11aにおいて伝送信号15gを分けて出力する。
When the
ファイバー長さ補正機構8は、光ファイバー3の長さが変化した量に対応して、測定光15b側の光路長を変化させる機能を有する装置である。
The fiber length correction mechanism 8 is a device having a function of changing the optical path length on the
ファイバーコリメータ9aは、レンズとファイバーホルダーで構成され、光ファイバー3から出射した発散光を平行光にする機能を有する部材である。測定光15bをミラー10で反射させ、測定光反射光15dを入射させるために用いる。
The
ミラー10は、入射した光を反射させる光学素子である。CCP(コーナーキューブプリズム)を使用しても良い。測定光15bを測定対象物に当て、反射した測定光反射光15dを検出できれば良いので、測定対象物として光学素子等を用いる。
The
ファイバーカプラ11、11a、11bは、ビームスプリッターの役割を果たす装置である。ファイバーカプラ11は、光源2からの光15を参照光15aと測定光15bに分割する。ファイバーカプラ11aは、測定光15bと共に送られてきた伝送信号15gを分けて出力する。ファイバーカプラ11bは、干渉計部6から検出部12へ送られる参照光反射光15cおよび測定光反射光15dの流れと、干渉計部6に送る伝送信号15gの流れを分ける。
The
検出部12は、干渉計部6で干渉した参照光反射光15cおよび測定光反射光15dがファイバーサーキュレータ5とファイバーカプラ11bに送られるので、ファイバーサーキュレータ5とファイバーカプラ11bのそれぞれから参照光反射光15cおよび測定光反射光15dを高速光検出器12aで検出し、アナログデジタル変換器13を介してコンピュータ14で処理する。
Since the reference light reflected light 15c and the measurement light reflected light 15d interfered by the
高速光検出器12aは、参照光反射光15cまたは測定光反射光15dを高速で検出する装置である。尚、参照光反射光15cおよび測定光反射光15dはアナログ信号なので、アナログデジタル変換器13でデジタル化してからコンピュータ14に入力する。
The high-
アナログデジタル変換器13は、アナログ信号をデジタル信号に変換する電気回路である。コンピュータ14は、各種信号の処理を行うと共に、参照光スキャナ部7やファイバー長さ補正機構8の制御を行う処理装置である。
The analog-
コンピュータ14を用いて、参照光15a側と測定光15b側のファイバー長さの違いによって生じる、参照光パルス15eと測定光パルス15fの検出時刻の違い(ΔT)を読み取る。
The
この時間と、既知のファイバー屈折率(n)からファイバー長さ(L)を求めると、真空中の光の速さをcとして、L=c×ΔT/nとなる。 When the fiber length (L) is obtained from this time and the known fiber refractive index (n), the speed of light in vacuum is c, and L = c × ΔT / n.
図2は、本発明の実施例1に係る光ファイバー伸縮計測・補正装置の構成を示す図である。光ファイバー伸縮計測・補正装置1aも、光源2、干渉計部6、参照光スキャナ部7、測定部9、および検出部12を備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical fiber expansion / contraction measurement / correction apparatus according to the first embodiment of the present invention. The optical fiber expansion / contraction measurement / correction device 1a also includes a light source 2, an
光ファイバー伸縮計測・補正装置1aでは、検出部12の高速光検出器12aを差動光検出器12bに替え、コンピュータ14が測定部9のファイバー長さ補正機構8を制御する。尚、差動光検出器12bは、光干渉信号を電気信号に変換する装置である。
In the optical fiber expansion / contraction measurement / correction apparatus 1a, the high-
コンピュータ14を用いて、干渉縞14aのピーク検出時の参照光スキャナ部7の位置を読み取る。そのピーク位置変動をモニタし、ファイバー伸縮として計測する。計測した伸縮量は、初期位置からのずれであり、それをファイバー長さ補正機構8で補正する。
Using the
図3は、本発明の実施例1に係る光ファイバー長さ伸縮計測・補正装置の干渉計部の構造を示す図である。干渉計部6は、光分割手段と、参照光送受手段と、測定光送受手段と、光干渉手段とを備える。
FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of the interferometer unit of the optical fiber length expansion / contraction measurement / correction apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
光分割手段は、光源2からの光15を参照光15aと測定光15bに分割する手段であり、ファイバーカプラ11にビームスプリッターの機能を有するハーフミラー等を備えたものである。
The light splitting means is means for splitting the light 15 from the light source 2 into the
ファイバーカプラ11の入力端子と光源2とを光ファイバー3で接続することにより、光15がファイバーカプラ11内に入射され、光15が参照光15aと測定光15bに分割される。
By connecting the input terminal of the
参照光送受手段は、参照光15aを参照光スキャナ部7に送り参照光反射光15cを受ける手段であり、ファイバーカプラ11の参照光出入力端子と参照光スキャナ部7とを光ファイバー3で接続し、参照光15aおよび参照光反射光15cを通す。
The reference light transmission / reception means is means for sending the
測定光送受手段は、測定光15bを測定部9に送り測定光反射光15dを受ける手段であり、ファイバーカプラ11の測定光出入力端子と測定部9とを光ファイバー3で接続し、測定光15bおよび測定光反射光15dを通す。
The measurement light transmission / reception means is means for sending the
光干渉手段は、干渉した参照光反射光15cおよび測定光反射光15dを検出部12に送る手段であり、ファイバーカプラ11の出力端子と検出部12とを光ファイバー3で接続し、ハーフミラー等で参照光反射光15cと測定光反射光15dとを干渉させ、検出部12に出射する。
The optical interference means is means for sending the interfered reference light reflected light 15c and measurement light reflected light 15d to the
図4は、本発明の実施例1に係る光ファイバー長さ伸縮計測・補正装置の参照光スキャナ部の構造を示す図である。参照光スキャナ部7は、ステージテーブル7a、ファイバーコリメータ9b、参照鏡10a、直動ステージ16、反射光学素子17、リニアスケール18、スケールヘッド19、および恒温圧槽20等からなる。
FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of the reference light scanner unit of the optical fiber length expansion / contraction measurement / correction apparatus according to the first embodiment of the present invention. The reference
ステージテーブル7a上に、直動ステージ16とリニアスケール18とが設置され、ステージテーブル7aは恒温圧槽20に収められる。直動ステージ16には、反射光学素子17とスケールヘッド19とが載せられ、直動ステージ16はリニアスケール18に沿って前後移動が可能である。
A
ファイバーコリメータ9bには、干渉計部6からの光ファイバー3が接続され、参照光15aが参照光スキャナ部7内に入射されると共に、参照光反射光15cが干渉計部6へ向けて出射される。
The optical fiber 3 from the
入射した参照光15aは、反射光学素子17により向きが変えられ、参照鏡10aに向けて照射される。参照鏡10aで反射した参照光反射光15cは同じ経路を通り反射光学素子17からファイバーコリメータ9bに至る。
The direction of the
直動ステージ16により、ステージテーブル7a上の反射光学素子17を往復移動させることで、参照光15aの光路長を変化させることができる。反射光学素子17は、参照光15aの進行方向を変えるもので、直角プリズムミラーまたはCCP(コーナーキューブプリズム)などを用いる。
By reciprocating the reflective
リニアスケール18は、ステージテーブル7a上に位置を与えるもので、スケールヘッド19が、リニアスケール18からステージテーブル7a上の反射光学素子17の位置を読み取る。恒温圧槽20は、参照光スキャナ部7の温度と圧力を一定に保持するもので、大気ゆらぎによる光路長変動を抑制する。
The
図5は、本発明の実施例1に係る光ファイバー長さ伸縮計測・補正装置のファイバー長さ補正機構の構造を示す図である。ファイバー長さ補正機構8は、ステージテーブル8a、ファイバーコリメータ9c、ファイバーコリメータ9d、直動ステージ16a、リニアスケール18a、スケールヘッド19a、恒温圧槽20a等からなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of the fiber length correction mechanism of the optical fiber length expansion / contraction measurement / correction device according to the first embodiment of the present invention. The fiber length correction mechanism 8 includes a stage table 8a, a
ステージテーブル8a上に、直動ステージ16aが設置され、ステージテーブル8aは恒温圧槽20aに収められる。直動ステージ16aには、ファイバーコリメータ9cとスケールヘッド19aとが載せられ、直動ステージ16aはリニアスケール18aに沿って前後移動が可能である。
The
ファイバーコリメータ9cには、干渉計部6からの光ファイバー3が接続され、測定光15bがファイバー長さ補正機構8内に入射されると共に、測定光反射光15dが干渉計部6へ向けて出射される。
The optical fiber 3 from the
ファイバーコリメータ9dには、測定部9への光ファイバー3が接続され、測定光15bが測定部9へ出射されると共に、測定光反射光15dがファイバー長さ補正機構8内に入射される。
The
入射した測定光15bは、ファイバーコリメータ9cからファイバーコリメータ9dに向けて照射される。また、入射した測定光反射光15dは、ファイバーコリメータ9dからファイバーコリメータ9cに向けて照射される。直動ステージ16aにより、ステージテーブル8a上のファイバーコリメータ9cを往復移動させることで、測定光15cの光路長を変化させることができる。
The
リニアスケール18aは、ステージテーブル8a上に位置を与えるもので、スケールヘッド19aが、リニアスケール18aからステージテーブル8a上のファイバーコリメータ9cの位置を読み取る。恒温圧槽20aは、ファイバー長さ補正機構8の温度と圧力を一定に保持するもので、大気ゆらぎによる光路長変動を抑制する。
The
コンピュータ14で計測したファイバー伸縮量(初期位置からのずれ)に相当する量を、直動ステージ16aの移動によって調整し、干渉信号ピークが初期位置に戻るように補正する。
An amount corresponding to the fiber expansion / contraction amount (deviation from the initial position) measured by the
図6は、本発明の実施例2に係る光ファイバー長さ計測方法の流れを示す図である。光ファイバー長さ計測方法21は、白色光源照射22、参照光路長固定23、パルス検出24、時間間隔計測25、およびファイバー長さ算出26の工程からなる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a flow of the optical fiber length measurement method according to the second embodiment of the present invention. The optical fiber
光源照射22は、光源2から光15を照射し、光15を光ファイバー3を通じて干渉計部6に送り、干渉計部6で光15を参照光15aと測定光15bに分割した上で、参照光15aを参照光スキャナ部7に、測定光15bを測定部9に送る。
The light source irradiation 22 irradiates the light 15 from the light source 2, sends the light 15 to the
参照光路長固定23は、参照光スキャナ部7においては、参照光15aの光路長を固定しておく。
The reference optical path length fixing 23 fixes the optical path length of the reference light 15 a in the reference
パルス検出24は、参照光スキャナ部7から干渉計部6に返った参照光反射光15cと、測定部9から干渉計部6に戻った測定光反射光15dを検出部12に送り、参照光パルス15eおよび測定光パルス15fを検出する。
The
時間間隔計測25は、検出部12の高速光検出器12aにより、参照光15a側と測定光15b側のファイバー長さの違いによって生じる、参照光パルス15eと測定光パルス15fの検出時刻の違いを読み取る。
The
ファイバー長さ算出26は、参照光パルス15eと測定光パルス15fの検出時刻の違いと、既知のファイバー屈折率から、ファイバー長さを求める。
The
図7は、本発明の実施例2に係る光ファイバー伸縮計測・補正方法の流れを示す図である。光ファイバー伸縮計測・補正方法21aは、白色光源照射22、参照光路長スキャン27、干渉信号検出28、干渉信号ピーク位置変化量確認29、ファイバー長さ変化量換算30、ファイバー長さ変化量調整31、ファイバー長さ補正機構ステージ移動32、および干渉信号ピーク位置確認33の工程からなる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a flow of the optical fiber expansion / contraction measurement / correction method according to the second embodiment of the present invention. Optical fiber expansion / contraction measurement / correction method 21a includes white light source irradiation 22, reference optical
参照光路長スキャン27は、参照光スキャナ部7において、直動ステージ16を移動させて、参照光15aが反射光学素子17を経由して参照鏡10aで反射して参照光反射光15cとして戻る往復の光路長を読み取る。
In the reference light
干渉信号検出28は、参照光スキャナ部7から干渉計部6に返った参照光反射光15cと、測定部9から干渉計部6に戻った測定光反射光15dを検出部12に送り、参照光15aと測定光15bの干渉縞14aが現れる位置を初期位置として検出する。
The
干渉信号ピーク位置変化量確認29は、干渉縞14aのピーク検出時の参照光スキャナ部7における位置を読み取り、検出部12の差動光検出器12bにより干渉信号ピーク位置の変化量をモニタする。
The interference signal peak
ファイバー長さ変化量換算30は、差動光検出器12bが干渉信号ピーク位置の変動を検知したら、干渉信号ピーク位置の変化量に応じて、補正すべきファイバー長さの変化量を求める。
The fiber length
ファイバー長さ変化量調整31は、換算した変化量に応じて、検出部12のコンピュータ14が、ファイバー長さ補正機構8に対して、調整量を指示して動作をするように命令を出す。
In the fiber
ファイバー長さ補正機構ステージ移動32は、測定部9に設けたファイバー長さ補正機構8の直動ステージ16aを移動させて、光ファイバー3の伸縮に伴う初期位置からのずれを補正する。
The fiber length correction
干渉信号ピーク位置確認33は、干渉信号ピーク位置が初期位置に戻ったことを確認する。干渉信号ピーク位置変化量確認29に戻り繰り返すことにより、伸縮が生じればその都度補正を行う。
The interference signal
1 光ファイバー長さ計測装置
1a 光ファイバー伸縮計測・補正装置
1b パルス干渉測長技術
2 光源
2a パルス光源
3 光ファイバー
4 ファイバーコネクタ
4a ファイバーコネクタ
4b ファイバーコネクタ
5 ファイバーサーキュレータ
6 干渉計部
6a ハーフミラー
7 参照光スキャナ部
7a ステージテーブル
8 ファイバー長さ補正機構
8a ステージテーブル
9 測定部
9a ファイバーコリメータ
9b ファイバーコリメータ
9c ファイバーコリメータ
9d ファイバーコリメータ
10 ミラー
10a 参照鏡
10b ミラー
10c 参照鏡
11 ファイバーカプラ
11a ファイバーカプラ
11b ファイバーカプラ
12 検出部
12a 高速光検出器
12b 差動光検出器
12c 検出器
13 アナログデジタル変換器
14 コンピュータ
14a 干渉縞
15 光
15a 参照光
15b 測定光
15c 参照光反射光
15d 測定光反射光
15e 参照光パルス
15f 測定光パルス
15g 伝送信号
16 直動ステージ
16a 直動ステージ
17 反射光学素子
18 リニアスケール
18a リニアスケール
19 スケールヘッド
19a スケールヘッド
20 恒温圧槽
20a 恒温圧槽
21 光ファイバー長さ計測方法
21a 光ファイバー伸縮計測・補正方法
22 光源照射
23 参照光路長固定
24 パルス検出
25 時間間隔計測
26 ファイバー長さ算出
27 参照光路長スキャン
28 干渉信号検出
29 干渉信号ピーク位置変化量確認
30 ファイバー長さ変化量換算
31 ファイバー長さ変化量調整
32 ファイバー長さ補正機構ステージ移動
33 干渉信号ピーク位置確認
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber length measurement apparatus 1a Optical fiber expansion-contraction measurement and correction apparatus 1b Pulse interference measurement technique 2 Light source 2a Pulse light source 3 Optical fiber 4 Fiber connector 4a Fiber connector 4b Fiber connector 5 Fiber circulator 6 Interferometer section 6a Half mirror 7 Reference light scanner section 7a stage table 8 fiber length correction mechanism 8a stage table 9 measurement unit 9a fiber collimator 9b fiber collimator 9c fiber collimator 9d fiber collimator 10 mirror 10a reference mirror 10b mirror 10c reference mirror 11 fiber coupler 11a fiber coupler 11b fiber coupler 12 detection unit 12a High-speed photodetector 12b Differential photodetector 12c Detector 13 Analog to digital converter 14 14a Interference fringe 15 light 15a reference light 15b measurement light 15c reference light reflected light 15d measurement light reflected light 15e reference light pulse 15f measurement light pulse 15g transmission signal 16 linear motion stage 16a linear motion stage 17 reflective optical element 18 linear scale 18a linear Scale 19 Scale head 19a Scale head 20 Constant temperature pressure tank 20a Constant temperature pressure tank 21 Optical fiber length measurement method 21a Optical fiber expansion / contraction measurement / correction method 22 Light source irradiation 23 Reference optical path length fixing 24 Pulse detection 25 Time interval measurement 26 Fiber length calculation 27 Reference Optical path length scan 28 Interference signal detection 29 Interference signal peak position change confirmation 30 Fiber length change conversion 31 Fiber length change adjustment 32 Fiber length correction mechanism stage movement 33 Interference signal peak position confirmation
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