JP6291313B2 - 光周波数領域反射測定方法、光周波数領域反射測定装置およびそれを用いた位置または形状を測定する装置 - Google Patents
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Description
fa=|νa−νr|=S・ta=(2nS/c)La ……(1)
となる。同様にb点およびc点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数は、
fb=|νb−νr|=S・tb=(2nS/c)Lb ……(2)
fc=|νc−νr|=S・tc=(2nS/c)Lc ……(3)
となる。
波長が所定範囲連続的に掃引される波長掃引光から、該波長掃引光と波長掃引特性が同一の測定光と基準光を生成し、前記測定光を、格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有する被測定光ファイバ(37)に出力する段階と、
前記測定光に対する前記被測定光ファイバからの反射光を受け入れ、該反射光と、前記基準光とを合波して受光器に入力し、前記反射光と前記基準光の干渉によって生じるビートを電気信号として出力させる段階と、
前記電気信号をディジタル信号に変換してフーリエ変換処理を行なう段階とを含む光周波数領域反射測定方法において、
前記基準光として、互いに偏波が直交する第1の基準光と第2の基準光とが、前記ファイバブラッグ回折格子を光が往復する時間より短い所定の時間差をもって合波された偏波多重基準光を用い、
前記反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行ない、
前記複数の期間について得られたフーリエ変換結果を距離軸上で合成することで、前記反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得ることを特徴とする。
前記測定光として、互いに偏波が直交する第1の測定光と第2の測定光とを、波長掃引毎に交互に切り替えて前記被測定光ファイバに与え、
前記第1の測定光および前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバから反射された反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記複数の期間に分割して行ない、
前記第1の測定光と前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得ることを特徴とする。
波長が所定範囲連続的に掃引される波長掃引光を出力する波長掃引光源(1)と、
前記波長掃引光を第1光路で受けて分岐する分岐手段(3)と、
前記分岐手段で分岐されて第2光路に出力された第1分岐光を測定光として受け、格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有する被測定光ファイバ(37)に出力すると共に、該測定光に対する前記被測定光ファイバからの反射光を受け入れる方向性結合手段(31)と、
前記分岐手段で分岐されて第3光路に出力された第2分岐光を基準光として受け、該基準光と前記方向性結合手段から出力される前記被測定光ファイバからの反射光とを合波する合波手段(41)と、
前記合波手段の出力光を受けて前記反射光と前記基準光の干渉によって生じるビートを電気信号として出力する受光器(55、57)と、
前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(65)と、
前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を行なう信号処理部(101〜103)とを有する光周波数領域反射測定装置において、
前記第3光路に挿入され、前記第2分岐光を受け、前記波長掃引光と同一の波長掃引特性を有し、互いに偏波が直交する第1の基準光と第2の基準光とが、前記ファイバブラッグ回折格子を光が往復する時間より短い所定の時間差をもって合波された偏波多重基準光を出力させる偏波多重部(10)を有し、
前記信号処理部は、
前記反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られるディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行ない、該複数の期間について得られたフーリエ変換結果を距離軸上で合成することで、前記反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得るように構成されていることを特徴とする。
前記第1光路または第2光路のいずれかに挿入され、前記波長掃引光または前記第1分岐光を受け、前記波長掃引光と同一の波長掃引特性を有し、互いに偏波が直交する第1の測定光と第2の測定光を、波長掃引毎に切り替えて出力する偏波切替手段(15、16)を有し、
前記信号処理部は、
前記第1の測定光および前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られるディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記複数の期間に分割して行ない、
前記第1の測定光と前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得るように構成されていることを特徴とする。
前記被測定光ファイバが、長手方向に複数の領域に分割され、該複数の領域はそれぞれの格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有しており、
前記信号処理部は、前記測定光の波長が1回掃引されたときに得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記測定光に対する前記被測定光ファイバの前記複数の領域からの反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記測定光に対する前記被測定光ファイバの前記複数の領域からの反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行なうことを特徴する。
前記偏波多重部の所定の時間差が、前記被測定光ファイバの前記領域のいずれかを光が往復する時間より短く設定されていることを特徴とする。
前記被測定光ファイバの複数の領域の反射波長範囲の一部が重複するように形成されており、
前記波長掃引光源の波長掃引範囲が、前記被測定光ファイバの前記波長掃引範囲の重複する部分に達していることを特徴とする。
前記被測定光ファイバが、複数M以上のコアを有するマルチコアファイバ(36)であって、
前記測定光を前記マルチコアファイバのコアのうちの複数Mのコアに与え、該複数Mのコアからの反射光と前記偏波多重基準光との干渉で得られるビート信号を得るために、前記方向性結合手段、前記合波手段、前記受光器および前記A/D変換器の組を前記複数M組設けたことを特徴する。
前記被測定光ファイバが、複数M以上のコアを有するマルチコアファイバ(36)であって、
前記測定光を前記マルチコアファイバのコアのうちの複数Mのコアに与え、該測定光に対する前記複数Mのコアからの反射光をそれぞれ受け入れるために前記方向性結合手段が前記複数M組設けられ、
前記複数Mのコアからの反射光を、前記方向性結合手段を介して合波する反射光合波手段(48)と、
前記反射光合波手段において前記複数Mのコアからの反射光が前記コア毎に異なる遅延時間をもって合波されるように遅延時間差を付与する手段(51A〜51D)とを有し、
前記反射光合波手段の出力に対する処理を、1組の前記合波手段、前記受光器および前記A/D変換器で行なうことを特徴する。
前記複数Mが4であることを特徴とする。
前記請求項3〜10のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置を用いて、前記被測定光ファイバが固定された被測定物の位置または形状を測定することを特徴する。
前記被測定物が、医療用カテーテル、医療用検査プローブ、医療用センサ、建築物検査センサ、海底センサ、または地質センサであることを特徴する。
図1は本発明を適用した光周波数領域反射測定装置(以下、単に測定装置と記す)100の構成例を示している。なお、以下の構成例において、前記した従来装置の構成要素と同等の要素には同一符号を付して説明する。
次に、被測定光ファイバ37からの反射光から互いに直交した偏波成分を分離して検出できる原理を説明する。
スペクトルの両方を分離して得ることができる。
Claims (12)
- 波長が所定範囲連続的に掃引される波長掃引光から、該波長掃引光と波長掃引特性が同一の測定光と基準光を生成し、前記測定光を、格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有する被測定光ファイバ(37)に出力する段階と、
前記測定光に対する前記被測定光ファイバからの反射光を受け入れ、該反射光と、前記基準光とを合波して受光器に入力し、前記反射光と前記基準光の干渉によって生じるビートを電気信号として出力させる段階と、
前記電気信号をディジタル信号に変換してフーリエ変換処理を行なう段階とを含む光周波数領域反射測定方法において、
前記基準光として、互いに偏波が直交する第1の基準光と第2の基準光とが、前記ファイバブラッグ回折格子を光が往復する時間より短い所定の時間差をもって合波された偏波多重基準光を用い、
前記反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行ない、
前記複数の期間について得られたフーリエ変換結果を距離軸上で合成することで、前記反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得ることを特徴とする光周波数領域反射測定方法。 - 前記測定光として、互いに偏波が直交する第1の測定光と第2の測定光とを、波長掃引毎に交互に切り替えて前記被測定光ファイバに与え、
前記第1の測定光および前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバから反射された反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記複数の期間に分割して行ない、
前記第1の測定光と前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得ることを特徴とする請求項1記載の光周波数領域反射測定方法。 - 波長が所定範囲連続的に掃引される波長掃引光を出力する波長掃引光源(1)と、
前記波長掃引光を第1光路で受けて分岐する分岐手段(3)と、
前記分岐手段で分岐されて第2光路に出力された第1分岐光を測定光として受け、格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有する被測定光ファイバ(37)に出力すると共に、該測定光に対する前記被測定光ファイバからの反射光を受け入れる方向性結合手段(31)と、
前記分岐手段で分岐されて第3光路に出力された第2分岐光を基準光として受け、該基準光と前記方向性結合手段から出力される前記被測定光ファイバからの反射光とを合波する合波手段(41)と、
前記合波手段の出力光を受けて前記反射光と前記基準光の干渉によって生じるビートを電気信号として出力する受光器(55、57)と、
前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(65)と、
前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を行なう信号処理部(101〜103)とを有する光周波数領域反射測定装置において、
前記第3光路に挿入され、前記第2分岐光を受け、前記波長掃引光と同一の波長掃引特性を有し、互いに偏波が直交する第1の基準光と第2の基準光とが、前記ファイバブラッグ回折格子を光が往復する時間より短い所定の時間差をもって合波された偏波多重基準光を出力させる偏波多重部(10)を有し、
前記信号処理部は、
前記反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られるディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行ない、該複数の期間について得られたフーリエ変換結果を距離軸上で合成することで、前記反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得るように構成されていることを特徴とする光周波数領域反射測定装置。 - 前記第1光路または第2光路のいずれかに挿入され、前記波長掃引光または前記第1分岐光を受け、前記波長掃引光と同一の波長掃引特性を有し、互いに偏波が直交する第1の測定光と第2の測定光を、波長掃引毎に切り替えて出力する偏波切替手段(15、16)を有し、
前記信号処理部は、
前記第1の測定光および前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光と前記偏波多重基準光との合波によって得られるディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記複数の期間に分割して行ない、
前記第1の測定光と前記第2の測定光に対してそれぞれ前記被測定光ファイバからの反射光の互いに直交した2つの偏波成分の測定結果を得るように構成されていることを特徴とする請求項3記載の光周波数領域反射測定装置。 - 前記被測定光ファイバが、長手方向に複数の領域に分割され、該複数の領域はそれぞれの格子間隔がチャープしたファイバブラッグ回折格子を有しており、
前記信号処理部は、前記測定光の波長が1回掃引されたときに得られる前記ディジタル信号に対するフーリエ変換処理を、前記測定光に対する前記被測定光ファイバの前記複数の領域からの反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第1の基準光との干渉によって生じるビート周波数と、前記測定光に対する前記被測定光ファイバの前記複数の領域からの反射光と前記偏波多重基準光に含まれる前記第2の基準光との干渉によって生じるビート周波数とが重ならない複数の期間に分割して行なうことを特徴する請求項3または請求項4記載の光周波数領域反射測定装置。 - 前記偏波多重部の所定の時間差が、前記被測定光ファイバの前記領域のいずれかを光が往復する時間より短く設定されていることを特徴とする請求項5に記載の光周波数領域反射測定装置。
- 前記被測定光ファイバの複数の領域の反射波長範囲の一部が重複するように形成されており、
前記波長掃引光源の波長掃引範囲が、前記被測定光ファイバの前記波長掃引範囲の重複する部分に達していることを特徴とする請求項5または請求項6記載の光周波数領域反射測定装置。 - 前記被測定光ファイバが、複数M以上のコアを有するマルチコアファイバ(36)であって、
前記測定光を前記マルチコアファイバのコアのうちの複数Mのコアに与え、該複数Mのコアからの反射光と前記偏波多重基準光との干渉で得られるビート信号を得るために、前記方向性結合手段、前記合波手段、前記受光器および前記A/D変換器の組を前記複数M組設けたことを特徴する請求項3〜7のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。 - 前記被測定光ファイバが、複数M以上のコアを有するマルチコアファイバ(36)であって、
前記測定光を前記マルチコアファイバのコアのうちの複数Mのコアに与え、該測定光に対する前記複数Mのコアからの反射光をそれぞれ受け入れるために前記方向性結合手段が前記複数M組設けられ、
前記複数Mのコアからの反射光を、前記方向性結合手段を介して合波する反射光合波手段(48)と、
前記反射光合波手段において前記複数Mのコアからの反射光が前記コア毎に異なる遅延時間をもって合波されるように遅延時間差を付与する手段(51A〜51D)とを有し、
前記反射光合波手段の出力に対する処理を、1組の前記合波手段、前記受光器および前記A/D変換器で行なうことを特徴する請求項3〜7のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。 - 前記複数Mが4であることを特徴とする請求項8または請求項9記載の光周波数領域反射測定装置。
- 前記請求項3〜10のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置を用いて、前記被測定光ファイバが固定された被測定物の位置または形状を測定することを特徴する位置または形状を測定する装置。
- 前記被測定物が、医療用カテーテル、医療用検査プローブ、医療用センサ、建築物検査センサ、海底センサ、または地質センサであることを特徴する請求項11記載の位置または形状を測定する装置。
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