JPH0743243B2 - 干渉計における位相差検出方法 - Google Patents
干渉計における位相差検出方法Info
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- JPH0743243B2 JPH0743243B2 JP60089808A JP8980885A JPH0743243B2 JP H0743243 B2 JPH0743243 B2 JP H0743243B2 JP 60089808 A JP60089808 A JP 60089808A JP 8980885 A JP8980885 A JP 8980885A JP H0743243 B2 JPH0743243 B2 JP H0743243B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学干渉計を用いた物理量測定方法に関し、特
に、光学干渉法による温度，圧力等の物理量の光学干渉
計による測定方法に関するものである。
に、光学干渉法による温度，圧力等の物理量の光学干渉
計による測定方法に関するものである。
光学干渉計を用いた物理量測定装置は、１つの可干渉性
光源から出射する光束を２つ以上の光束に分け、それぞ
れの光束が媒質中を伝搬するとき、被測定物理量に応じ
て２つの光束を干渉させ、これを観測することによって
物理量を測定しようというものである。
光源から出射する光束を２つ以上の光束に分け、それぞ
れの光束が媒質中を伝搬するとき、被測定物理量に応じ
て２つの光束を干渉させ、これを観測することによって
物理量を測定しようというものである。
この干渉現象を利用した測定技術には非接触性，高感度
性等の特徴があり、微少変位の測定，距離測定，光弾性
測定等に利用されている。また、最近の光ファイバやそ
の周辺技術の発達により、この種の測定技術に光ファイ
バが適用されるようになった。これにより光学系のフレ
キシビリティーの増加，防爆性等の耐環境性の特徴をも
有することになり、種々の応用が成されている。
性等の特徴があり、微少変位の測定，距離測定，光弾性
測定等に利用されている。また、最近の光ファイバやそ
の周辺技術の発達により、この種の測定技術に光ファイ
バが適用されるようになった。これにより光学系のフレ
キシビリティーの増加，防爆性等の耐環境性の特徴をも
有することになり、種々の応用が成されている。
次に干渉による測定原理をのべる。強度，波長ならびに
等しい偏光面成分を有し、位相差がφなる２つの可干渉
光束の干渉光の強度Ｉ（φ）は、 Ｉ（φ）＝2I0（１＋cosφ） ・・・・（１） となる。ただしI0は１つの光束の強度を表わす。φが被
測定物理量Ｓに対し既知の関数関係にあれば、Ｉ（φ）
＝Ｉ（Ｓ）と書け、ＩとＳとは一定の関係を持つので、
ΔＳを知りたければΔＩを測定すればよい。
等しい偏光面成分を有し、位相差がφなる２つの可干渉
光束の干渉光の強度Ｉ（φ）は、 Ｉ（φ）＝2I0（１＋cosφ） ・・・・（１） となる。ただしI0は１つの光束の強度を表わす。φが被
測定物理量Ｓに対し既知の関数関係にあれば、Ｉ（φ）
＝Ｉ（Ｓ）と書け、ＩとＳとは一定の関係を持つので、
ΔＳを知りたければΔＩを測定すればよい。
ΔＩの測定方法には、２つの光束をスクリーン上に出射
し、空間的に干渉縞を生じさせ、干渉縞の移動の様子を
観察するものと、このスクリーン上の１点にのみ注目
し、あるいは２つの光を１点に集中させ、この点の光強
度の変化を観測するものとがある。後者の方法は、空間
的な広がりを要しないという特徴があり、光ファイバな
どに応用されている。
し、空間的に干渉縞を生じさせ、干渉縞の移動の様子を
観察するものと、このスクリーン上の１点にのみ注目
し、あるいは２つの光を１点に集中させ、この点の光強
度の変化を観測するものとがある。後者の方法は、空間
的な広がりを要しないという特徴があり、光ファイバな
どに応用されている。
しかしながら、この計測技術の実用化に際しては、干渉
させる２光束の位相差φに対する干渉計出力強度Ｉの応
答が余弦関数に従うため次のような制約を受けていた。
させる２光束の位相差φに対する干渉計出力強度Ｉの応
答が余弦関数に従うため次のような制約を受けていた。
a.位相差φの信号変化の正方向，負方向の判定は干渉計
出力強度Ｉのみでは判断できない。
出力強度Ｉのみでは判断できない。
b.位相差φ信号の微少変化に対する応答が乏しい。
従って実際には次のように使用されている。
i.被測定量と位相差φとの関係が一義的に決まり、か
つ、被測定量が変化するとき、その変化率の正負が既知
であるものを扱う。
つ、被測定量が変化するとき、その変化率の正負が既知
であるものを扱う。
ii.φの変化範囲が、 ０≦｜φ｜≦πまたはπ≦｜φ｜≦２π である範囲で使用する。
iii.干渉させる光束のうちのいずれか１つにπ/2〔ra
d〕の位相バイアスをかけ、cos（φ＋π/2）＝sin
（φ）すなわち正弦関数を得て、これと上記（１）式と
から上記a,bの問題点を解決して使用する。
d〕の位相バイアスをかけ、cos（φ＋π/2）＝sin
（φ）すなわち正弦関数を得て、これと上記（１）式と
から上記a,bの問題点を解決して使用する。
iv.被測定量に依存するφが波長依存性をもつとき、あ
る１つの波長でφ０なる位相差を生じる光波とφ０＋π
/2なる位相差を生ぜしめるもう１つの波長の光波を用
い、前者の光波でcosφ0,後者の光波でcos（φ０＋π/
2）＝sinφ０の２信号を得べく２つの光波を切換えて使
用する。
る１つの波長でφ０なる位相差を生じる光波とφ０＋π
/2なる位相差を生ぜしめるもう１つの波長の光波を用
い、前者の光波でcosφ0,後者の光波でcos（φ０＋π/
2）＝sinφ０の２信号を得べく２つの光波を切換えて使
用する。
v.ivと同じくφが波長依存性をもつとき、位相差がφ０
からφ０＋２πとなるべく波長を角周波数ωなるのこぎ
り波で時間的に掃引して、その掃引する周期ωの擬似的
な連続信号cos（ωｔ＋φ０）の位相差φ０を測定する
いわゆる擬似ヘテロダイン法を使用する。
からφ０＋２πとなるべく波長を角周波数ωなるのこぎ
り波で時間的に掃引して、その掃引する周期ωの擬似的
な連続信号cos（ωｔ＋φ０）の位相差φ０を測定する
いわゆる擬似ヘテロダイン法を使用する。
上記のような従来の方法には、それぞれ、次に示すよう
な問題点があった。
な問題点があった。
（ａ）.iの方法では、φの変化をcosφの形で得ている
ため、φの変化の不確かさ，つまりφの変化率の正負が
不明のものについて対処できない。
ため、φの変化の不確かさ，つまりφの変化率の正負が
不明のものについて対処できない。
（ｂ）.iiのφの変化範囲を限定すると、被測定量の測
定レンジがきわめて狭められる。
定レンジがきわめて狭められる。
（ｃ）.iiiの方法では、いずれか１つの光束にπ/2〔ra
d〕の位相要素を挿入するが、２光束の光路が空間的に
も同一で偏波面のみが異なるような場合、すなわち複屈
折ファイバ内を伝搬する２光束の場合には、一旦光をフ
ァイバ外で分離する等の複雑な過程をとらなければらな
い。
d〕の位相要素を挿入するが、２光束の光路が空間的に
も同一で偏波面のみが異なるような場合、すなわち複屈
折ファイバ内を伝搬する２光束の場合には、一旦光をフ
ァイバ外で分離する等の複雑な過程をとらなければらな
い。
（ｄ）.iv,vの方法をとる場合は、複雑な信号処理装置
を必要とする。
を必要とする。
このような問題点を解決するために本発明は、波長が異
なる複数の光（λ1,λ２）を出射し、この光を２つの光
束（a,b）に分離し、一方の光束（ａ）を第１の伝送路
（31）で伝搬させ、他方の光束（ｂ）を第２の伝送路
（32）で伝搬させるとともに、第１の伝送路に被測定物
理量を作用させて光学的変化を与え、第１の伝送路を伝
送する光成分に被測定物理量に応じた位相変化を与え、
第１および第２の伝送路から出射した各光束を結合して
干渉光（ｆ）を発生させ、この干渉光を上記波波長成分
毎に分離した後にそれぞれ電気信号に変換して干渉信号
（h,g）を発生させ、これらの干渉信号を重畳してその
重畳信号から包絡線信号を生成させ、この包絡線信号の
変化状態から上記被測定物理量の変化状態を測定するも
のである。
なる複数の光（λ1,λ２）を出射し、この光を２つの光
束（a,b）に分離し、一方の光束（ａ）を第１の伝送路
（31）で伝搬させ、他方の光束（ｂ）を第２の伝送路
（32）で伝搬させるとともに、第１の伝送路に被測定物
理量を作用させて光学的変化を与え、第１の伝送路を伝
送する光成分に被測定物理量に応じた位相変化を与え、
第１および第２の伝送路から出射した各光束を結合して
干渉光（ｆ）を発生させ、この干渉光を上記波波長成分
毎に分離した後にそれぞれ電気信号に変換して干渉信号
（h,g）を発生させ、これらの干渉信号を重畳してその
重畳信号から包絡線信号を生成させ、この包絡線信号の
変化状態から上記被測定物理量の変化状態を測定するも
のである。
また、波長が異なる複数の光を光ファイバ（９）内で直
交する第１の主軸偏光面成分と第２の主軸偏光面成分と
に分離して伝送し、この光ファイバに被測定物理量を作
用させて光学的変化を与え、光ファイバを伝送する各成
分に被測定物理量に応じた位相差を与え、光ファイバか
ら出力された第１の主軸偏光面成分と第２の主軸偏光面
成分を結合して干渉光を生成した検光子（10）で検光
し、この干渉光を上記波長成分毎に分離した後にそれぞ
れ電気信号に変換して干渉信号を発生させ、これらの干
渉信号を重畳してその重畳信号から包絡線信号を生成さ
せるようにしたものである。
交する第１の主軸偏光面成分と第２の主軸偏光面成分と
に分離して伝送し、この光ファイバに被測定物理量を作
用させて光学的変化を与え、光ファイバを伝送する各成
分に被測定物理量に応じた位相差を与え、光ファイバか
ら出力された第１の主軸偏光面成分と第２の主軸偏光面
成分を結合して干渉光を生成した検光子（10）で検光
し、この干渉光を上記波長成分毎に分離した後にそれぞ
れ電気信号に変換して干渉信号を発生させ、これらの干
渉信号を重畳してその重畳信号から包絡線信号を生成さ
せるようにしたものである。
本発明においては、位相差の範囲を大幅に拡大しても極
性の正負の判定をすることができる。
性の正負の判定をすることができる。
まず本発明に係る原理について説明する。λｉなる波長
で互いにφｉだけ位相の異なった可干渉光を１つの干渉
計で干渉させた時の出力干渉光強度は、２（１＋cosφ
ｉ）と表わせる。ｉ＝1,2について、この干渉光出力を
光学的あるいは電気的に重畳させ、λ1,λ２のスペクト
ル成分を同時に検出すると、その和ITは、 IT＝２（２＋cosφ１＋cosφ２） ＝４（１＋cosA・cosB） ・・・・（２） ただしＡ＝（φ１＋φ２）/2 Ｂ＝（φ１−φ２）/2 となり、また、その差IDは、 ID＝２（cosφ１−cosφ２） ＝−4sinA・sinB ・・・・（３） となる。
で互いにφｉだけ位相の異なった可干渉光を１つの干渉
計で干渉させた時の出力干渉光強度は、２（１＋cosφ
ｉ）と表わせる。ｉ＝1,2について、この干渉光出力を
光学的あるいは電気的に重畳させ、λ1,λ２のスペクト
ル成分を同時に検出すると、その和ITは、 IT＝２（２＋cosφ１＋cosφ２） ＝４（１＋cosA・cosB） ・・・・（２） ただしＡ＝（φ１＋φ２）/2 Ｂ＝（φ１−φ２）/2 となり、また、その差IDは、 ID＝２（cosφ１−cosφ２） ＝−4sinA・sinB ・・・・（３） となる。
φ１およびφ２が一様に変化したとすると、φ１および
φ２は波長依存性を有するため、ITおよびIDは、いわゆ
る「うなり波形」となる。そこで、このうなり波形の包
絡線をとると、（２）式，（３）式についてのそれぞれ
の包絡線出力IHC,IHSは、 IHCcosB,IHSsinB となる。（１）式におけるような従来の干渉計で一義的
に位相の変化方向を判断するには、たとえば０≦｜φ｜
≦πの範囲でしか判断できない。ところが（２）式を用
いた２波長方式では、同時に包絡線情報をも得るものと
すれば、０≦|B|≦πの範囲で判断できる。つまり従来
の干渉計と本発明に係る干渉計とで同じ程度の位相差を
測定した場合にその位相の変化方向を見るとき、本発明
の場合は|B|によって変化方向の判断ができるので、φ
１−φ２を小さく設定すれば、φ1,φ２の大きさには関
係なく広い範囲で変化方向の判断ができる。
φ２は波長依存性を有するため、ITおよびIDは、いわゆ
る「うなり波形」となる。そこで、このうなり波形の包
絡線をとると、（２）式，（３）式についてのそれぞれ
の包絡線出力IHC,IHSは、 IHCcosB,IHSsinB となる。（１）式におけるような従来の干渉計で一義的
に位相の変化方向を判断するには、たとえば０≦｜φ｜
≦πの範囲でしか判断できない。ところが（２）式を用
いた２波長方式では、同時に包絡線情報をも得るものと
すれば、０≦|B|≦πの範囲で判断できる。つまり従来
の干渉計と本発明に係る干渉計とで同じ程度の位相差を
測定した場合にその位相の変化方向を見るとき、本発明
の場合は|B|によって変化方向の判断ができるので、φ
１−φ２を小さく設定すれば、φ1,φ２の大きさには関
係なく広い範囲で変化方向の判断ができる。
さらに（２）式と（３）式とを同時に用いれば、Ｂおよ
びＡ成分に対する強度が正弦と余弦の関係にあるので、
（２）式，（３）式で示される強度を監視することによ
りφ1,φ２の変化方向がわかる。
びＡ成分に対する強度が正弦と余弦の関係にあるので、
（２）式，（３）式で示される強度を監視することによ
りφ1,φ２の変化方向がわかる。
またさらに（２）式，（３）式のそれぞれの包絡線強度
を同時に監視していれば、位相変化の検知幅は２倍に広
がる。すなわち、位相の変化方向は０≦Ｂ≦２πの範囲
で判断できる。
を同時に監視していれば、位相変化の検知幅は２倍に広
がる。すなわち、位相の変化方向は０≦Ｂ≦２πの範囲
で判断できる。
次に本発明に係わる干渉計における位相差検出方法の一
実施例を説明するための系統を第１図に示す。第１図に
おいて、１は光源、２は２光束分離手段、３は伝送手
段、４は光合流手段、５は光・電気変換手段、６は制御
・信号変換手段である。光源１は互いに異なる波長λ1,
λ２で発振する２つのレーザ光源11,12およびそれらの
光束を合流させる合流器13、２光束分離手段２はハーフ
ミラー21,ミラー22およびレンズ23,24、伝送手段３はセ
ンシングファイバ31およびリファレンスファイバ32、２
光束分離手段２と対称構造になっており,2光束を結合さ
せる光合流手段４はハーフミラー41,ミラー42およびレ
ンズ43,44、光・電気変換手段５はレンズ51,波長分離要
素としての回折格子52,光検出器53,54およびローパスフ
ィルタ55,56、制御・信号変換手段６は制御手段6aおよ
び信号変換手段6bから構成され、制御手段6aは積分回路
61,62、信号変換手段6bはアナログ演算器63,64,クリッ
プ増幅器65,66から構成される。レーザ光源11,12は外部
からの制御信号m,nでそれぞれ強度を変化させられるよ
うになっている。
実施例を説明するための系統を第１図に示す。第１図に
おいて、１は光源、２は２光束分離手段、３は伝送手
段、４は光合流手段、５は光・電気変換手段、６は制御
・信号変換手段である。光源１は互いに異なる波長λ1,
λ２で発振する２つのレーザ光源11,12およびそれらの
光束を合流させる合流器13、２光束分離手段２はハーフ
ミラー21,ミラー22およびレンズ23,24、伝送手段３はセ
ンシングファイバ31およびリファレンスファイバ32、２
光束分離手段２と対称構造になっており,2光束を結合さ
せる光合流手段４はハーフミラー41,ミラー42およびレ
ンズ43,44、光・電気変換手段５はレンズ51,波長分離要
素としての回折格子52,光検出器53,54およびローパスフ
ィルタ55,56、制御・信号変換手段６は制御手段6aおよ
び信号変換手段6bから構成され、制御手段6aは積分回路
61,62、信号変換手段6bはアナログ演算器63,64,クリッ
プ増幅器65,66から構成される。レーザ光源11,12は外部
からの制御信号m,nでそれぞれ強度を変化させられるよ
うになっている。
次にこのように構成された装置の動作について説明す
る。光源１から出射された光ａの電界強度Eaは（４）式
のように表される。
る。光源１から出射された光ａの電界強度Eaは（４）式
のように表される。
Ea＝E1・exp（ｊ・ω１・ｔ） ＋E2・exp（ｊ・ω２・ｔ） ・・・・（４） ただしE1,E2はレーザ光源11,12のそれぞれの電界強度，
ω1,ω２はレーザの発振角周波数である。２光束分離手
段２から出射される光b,cの電界強度は、 Eb＝Ec＝Ea/2 ・・・・（５） となる。
ω1,ω２はレーザの発振角周波数である。２光束分離手
段２から出射される光b,cの電界強度は、 Eb＝Ec＝Ea/2 ・・・・（５） となる。
センシングファイバ31は被測定量としての物理量を外部
ストレスとして受け、このときセンシングファイバ31は
歪光学効果や電気光学効果，磁気光学効果，熱膨張効果
などにより屈折率変化、すなわち、伝搬定数の変化を被
り、ここを伝搬する光に対し被測定量に応じた位相変化
を与える。センシングファイバ31を伝搬した光の電界強
度Ed,リファレンスファイバ32を伝搬した光の電界強度E
eは、それぞれ（６）式のようになる。
ストレスとして受け、このときセンシングファイバ31は
歪光学効果や電気光学効果，磁気光学効果，熱膨張効果
などにより屈折率変化、すなわち、伝搬定数の変化を被
り、ここを伝搬する光に対し被測定量に応じた位相変化
を与える。センシングファイバ31を伝搬した光の電界強
度Ed,リファレンスファイバ32を伝搬した光の電界強度E
eは、それぞれ（６）式のようになる。
ただしφij＝ni・２π・l/λｊ ni:ファイバの実行屈折率 l:ファイバ長 ２光束d,eは光合流手段４で合流されて出射光ｆとなり
光・電気変換手段５に入る。次に屈折格子52により光束
をλ1,λ２成分の２光束に分離した後に光検出器53,54
でそれぞれ電気信号に変換される。ローパスフィルタ55
の出力信号であるλ１成分信号ｇの出力値V1,ローパス
フィルタ56の出力信号であるλ２成分信号ｈの出力値V2
についてそれぞれ（７）式のようになる。
光・電気変換手段５に入る。次に屈折格子52により光束
をλ1,λ２成分の２光束に分離した後に光検出器53,54
でそれぞれ電気信号に変換される。ローパスフィルタ55
の出力信号であるλ１成分信号ｇの出力値V1,ローパス
フィルタ56の出力信号であるλ２成分信号ｈの出力値V2
についてそれぞれ（７）式のようになる。
V1＝１＋cos（φ11−φ21） V2＝１＋cos（φ12−φ22） ・・・・（７） 信号g,信号ｈはアナログ加算演算器63で加算された後に
（８）式のようなビート信号となる。
（８）式のようなビート信号となる。
V63＝２＋cosΔＢ・cosΔＡ ・・・・（８） ここでΔＡ＝（Δφ１＋Δφ２）/2 ΔＢ＝（Δφ１＋Δφ２）/2 Δφ１＝φ11−φ21 Δφ２＝φ12−φ22 アナログ加算演算器63から出力されたビート信号は、ク
リップ増幅器65,66により、余弦信号の振幅のみが取り
出され、 |cosΔＢ・cosΔA| なる信号ｌとなってアナログ加算演算器64から出力され
る。
リップ増幅器65,66により、余弦信号の振幅のみが取り
出され、 |cosΔＢ・cosΔA| なる信号ｌとなってアナログ加算演算器64から出力され
る。
積分回路61,62はλ１成分，λ２成分の光強度を監視す
るためのものであり、両成分の強度が常に等しくなるよ
うに光源１にフィードバックしている。
るためのものであり、両成分の強度が常に等しくなるよ
うに光源１にフィードバックしている。
次に第１図に示す系の動作を、第１図，第２図を用い
て、物理量を温度変化とした場合の測定について説明す
る。シングルモードファイバに温度を印加したとき、各
波長成分毎の２光束位相差の温度変化に対する感度は、 Δ（φ11−φ21）／ΔT,Δ（φ12−φ22）／ΔＴ で表され、ほぼ一定である。
て、物理量を温度変化とした場合の測定について説明す
る。シングルモードファイバに温度を印加したとき、各
波長成分毎の２光束位相差の温度変化に対する感度は、 Δ（φ11−φ21）／ΔT,Δ（φ12−φ22）／ΔＴ で表され、ほぼ一定である。
第２図（ａ）は干渉計に外部ストレスとしてかかる温度
変化の波形、第２図（ｂ）はλ１成分による干渉信号ｇ
の波形、第２図（ｃ）はλ２成分による干渉信号ｈの波
形、第２図（ｄ）は信号ｇと信号ｈとの加算信号（アナ
ログ加算演算器63の出力）、第２図（ｅ）は包絡線をと
るための変換信号ｌの波形、第２図（ｆ）はその包絡線
をプロットしてその間を補間したものである。
変化の波形、第２図（ｂ）はλ１成分による干渉信号ｇ
の波形、第２図（ｃ）はλ２成分による干渉信号ｈの波
形、第２図（ｄ）は信号ｇと信号ｈとの加算信号（アナ
ログ加算演算器63の出力）、第２図（ｅ）は包絡線をと
るための変換信号ｌの波形、第２図（ｆ）はその包絡線
をプロットしてその間を補間したものである。
このようにして、第２図（ａ）のTA,TB間の温度範囲の
任意の温度もしくは温度変化率は、第２図（ｆ）の包絡
線の傾きにより、その変化率の極性を知ることができ
る。すなわち、（ｆ）の包絡線信号ではTAからTBの範囲
で温度変化を正確に測定できる。これは（ｂ），（ｃ）
の干渉信号の1/2周期に比してはるかに広い範囲が測定
できることになる。また信号g,hを観測することによ
り、従来と同じ精度で第２図（ｇ）に示すφの変化を検
出することもできる。
任意の温度もしくは温度変化率は、第２図（ｆ）の包絡
線の傾きにより、その変化率の極性を知ることができ
る。すなわち、（ｆ）の包絡線信号ではTAからTBの範囲
で温度変化を正確に測定できる。これは（ｂ），（ｃ）
の干渉信号の1/2周期に比してはるかに広い範囲が測定
できることになる。また信号g,hを観測することによ
り、従来と同じ精度で第２図（ｇ）に示すφの変化を検
出することもできる。
第１図においては、光・電気変換手段5,制御・信号変換
手段６で２波長それぞれの干渉波の重畳を電気的に行っ
ているが、第３図のように光学的に重畳させてもよい。
第３図において、5aは光・電気変換手段であり、57は光
検出器、58はローパスフィルタである。第３図において
第１図と同一部分又は相当部分には同一符号が付してあ
る。ここでは透過光を利用して光波光学的重畳を行って
いる。ローパスフィルタ58から出力される信号ｐは第２
図（ｄ）に示す信号と同じものである。
手段６で２波長それぞれの干渉波の重畳を電気的に行っ
ているが、第３図のように光学的に重畳させてもよい。
第３図において、5aは光・電気変換手段であり、57は光
検出器、58はローパスフィルタである。第３図において
第１図と同一部分又は相当部分には同一符号が付してあ
る。ここでは透過光を利用して光波光学的重畳を行って
いる。ローパスフィルタ58から出力される信号ｐは第２
図（ｄ）に示す信号と同じものである。
第４図は他の実施例を示したものであって、複屈折効果
を用いた定偏波ファイバを用いた偏波モード干渉型セン
サの例を示したものである。第４図において、７は第１
図の光源１と同じ光源、８は光学的結合手段、９は伝送
手段、10は検光子である。第４図において第１図と同一
部分又は相当部分には同一符号が付してある。
を用いた定偏波ファイバを用いた偏波モード干渉型セン
サの例を示したものである。第４図において、７は第１
図の光源１と同じ光源、８は光学的結合手段、９は伝送
手段、10は検光子である。第４図において第１図と同一
部分又は相当部分には同一符号が付してある。
第４図の場合、ビート信号は（８）式のようになる。
すなわち、 Ｖ∝２＋cosΔＢ・cosΔＡ ΔＢ＝（Δφ１−Δφ２）/2 ΔＡ＝（Δφ１＋Δφ２）/2 ここでΔφ１はλ１に対する伝送手段９の２つの主軸の
沿う光波間の位相差、すなわち、直交する第１の主軸偏
光面成分と第２の主軸偏光面成分とをそれぞれの軸に45
度方位の検光子を通した後に同一の偏光成分として干渉
させたときの第１の主軸成分と第２の主軸成分間の位相
差である。同じくΔφ２はλ２に対する伝送手段９の２
つの主軸に沿う光波間の位相差である。
沿う光波間の位相差、すなわち、直交する第１の主軸偏
光面成分と第２の主軸偏光面成分とをそれぞれの軸に45
度方位の検光子を通した後に同一の偏光成分として干渉
させたときの第１の主軸成分と第２の主軸成分間の位相
差である。同じくΔφ２はλ２に対する伝送手段９の２
つの主軸に沿う光波間の位相差である。
従来の測定系において、λ＝830〔nm〕で測定したと
き、その温度対位相感度は３〔rad/K・ｍ〕であった。
ここで（１）式したがって、位相変化φの変化率の極性
をcosφの1/2周期を利用して検知しようとすると、φの
検知範囲は０≦｜φ｜≦πとなり、温度変化率の極性検
知範囲は、最大で、 Ｔmax＝π〔rad〕/3〔rad/k・ｍ〕 ＝1.04〔ｋ・ｍ〕である。
き、その温度対位相感度は３〔rad/K・ｍ〕であった。
ここで（１）式したがって、位相変化φの変化率の極性
をcosφの1/2周期を利用して検知しようとすると、φの
検知範囲は０≦｜φ｜≦πとなり、温度変化率の極性検
知範囲は、最大で、 Ｔmax＝π〔rad〕/3〔rad/k・ｍ〕 ＝1.04〔ｋ・ｍ〕である。
これに対し本発明による場合の一例について述べると、 Δφ1/ΔＴ＝3.0,Δφ2/ΔＴ＝3.3 ここでλ１＝780〔nm〕，λ２＝830〔nm〕である。した
がって、（８）式の包絡線成分から得られる検知範囲は ｜（Δφ１−Δφ２）/2|＜π/2 ΔＴ＜π／（3.3−3.0）＝π/0.3＝10.4 となり、温度の測定範囲は約10倍程度に拡大されたこと
がわかる。
がって、（８）式の包絡線成分から得られる検知範囲は ｜（Δφ１−Δφ２）/2|＜π/2 ΔＴ＜π／（3.3−3.0）＝π/0.3＝10.4 となり、温度の測定範囲は約10倍程度に拡大されたこと
がわかる。
以上説明したように本発明は、複数の既知の波長成分か
らなる光を出射し，この光を干渉計によって干渉させて
干渉光を生じさせ，この干渉光の干渉信号を上記既知の
波長成分毎に分離し，これらの干渉信号のうち少なくと
も２波長についての信号を重畳させ，この重畳信号の包
絡線信号を得ることにより、従来においては１波長の光
の２光束干渉信号強度の位相差に対して1/2周期内での
測定でしかその極性が判断できなかったものが、位相差
の範囲を大幅に拡大でき、構成もそれほど大がかりにな
らずに精度を下げることもなく極性情報をも測定できる
という効果を成すものである。
らなる光を出射し，この光を干渉計によって干渉させて
干渉光を生じさせ，この干渉光の干渉信号を上記既知の
波長成分毎に分離し，これらの干渉信号のうち少なくと
も２波長についての信号を重畳させ，この重畳信号の包
絡線信号を得ることにより、従来においては１波長の光
の２光束干渉信号強度の位相差に対して1/2周期内での
測定でしかその極性が判断できなかったものが、位相差
の範囲を大幅に拡大でき、構成もそれほど大がかりにな
らずに精度を下げることもなく極性情報をも測定できる
という効果を成すものである。
第１図は本発明に係わる干渉計における位相差検出方法
の一実施例を説明するための系統図、第２図はその系統
における信号の波形図、第３図は他の実施例を示す系統
図、第４図はさらに他の実施例を示す構成図である。 １……光源、２……２光束分離手段、３・・・伝送手
段、４……光合流手段、５……光・電気変換手段、６…
…制御・信号変換手段、6a……制御手段、6b……信号変
換手段、11,12……レーザ光源、13……合流器、21,41…
…ハーフミラー、22,42……ミラー、23,24,43,44,51…
…レンズ、31……センシングファイバ、32……リファレ
ンスファイバ、52……回折格子、53,54……光検出器、5
5,56……ローパスフィルタ、61,62……積分回路、63,64
……アナログ加算演算器、65,66……クリップ増幅器。
の一実施例を説明するための系統図、第２図はその系統
における信号の波形図、第３図は他の実施例を示す系統
図、第４図はさらに他の実施例を示す構成図である。 １……光源、２……２光束分離手段、３・・・伝送手
段、４……光合流手段、５……光・電気変換手段、６…
…制御・信号変換手段、6a……制御手段、6b……信号変
換手段、11,12……レーザ光源、13……合流器、21,41…
…ハーフミラー、22,42……ミラー、23,24,43,44,51…
…レンズ、31……センシングファイバ、32……リファレ
ンスファイバ、52……回折格子、53,54……光検出器、5
5,56……ローパスフィルタ、61,62……積分回路、63,64
……アナログ加算演算器、65,66……クリップ増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 聰 茨城県新治郡桜村梅園一丁目１番４号 工 業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 田川 雅文 埼玉県浦和市針ヶ谷４丁目７番25号 株式 会社住田光学硝子製造所浦和工場内 (72)発明者 山崎 洋 東京都大田区西六郷４丁目28番１号 山武 ハネウエル株式会社蒲田工場内 審判の合議体 審判長 三谷 浩 審判官 師田 忍 審判官 江成 克己 (56)参考文献 特開 昭58−169004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−306（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】波長が異なる複数の光を出射し、 この光を２つの光束に分離し、 一方の光束を第１の伝送路で伝搬させ、他方の光束を第
２の伝送路で伝搬させるとともに、第１の伝送路に被測
定物理量を作用させて光学的変化を与え、第１の伝送路
を伝送する光成分に被測定物理量に応じた位相変化を与
え、 第１および第２の伝送路から出射した各光束を結合して
干渉光を発生させ、 この干渉光を上記波波長成分毎に分離した後にそれぞれ
電気信号に変換して干渉信号を発生させ、 これらの干渉信号を重畳してその重畳信号から包絡線信
号を生成させ、 この包絡線信号の変化状態から上記被測定物理量の変化
状態を測定する ことを特徴とする干渉計における位相差検出方法。 - 【請求項２】波長が異なる複数の光を出射し、 この光を光ファイバ内で直交する第１の主軸偏光面成分
と第２の主軸偏光面成分とに分離して伝送し、この光フ
ァイバに被測定物理量を作用させて光学的変化を与え、
光ファイバを伝送する各成分に被測定物理量に応じた位
相差を与え、 光ファイバから出力された第１の主軸偏光面成分と第２
の主軸偏光面成分を結合して干渉光を生成した後に検光
子で検光し、 この干渉光を上記波長成分毎に分離した後にそれぞれ電
気信号に変換して干渉信号を発生させ、 これらの干渉信号を重畳してその重畳信号から包絡線信
号を生成させ、 この包絡線信号の変化状態から上記被測定物理量の変化
状態を測定する ことを特徴とする干渉計における位相差検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60089808A JPH0743243B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 干渉計における位相差検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60089808A JPH0743243B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 干渉計における位相差検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61247901A JPS61247901A (ja) | 1986-11-05 |
| JPH0743243B2 true JPH0743243B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=13981018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60089808A Expired - Lifetime JPH0743243B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 干渉計における位相差検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743243B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005015149A1 (ja) * | 2003-08-12 | 2005-02-17 | Bussan Nanotech Research Institute, Inc. | 検出装置、光路長測定装置、測定用器具、光学部材評価方法、温度変化検出方法 |
| CN109459412A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-12 | 南京吉隆光纤通信股份有限公司 | 测量光纤折射率分布装置及采集光纤参数方法和判断一致性方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58169004A (ja) * | 1982-03-31 | 1983-10-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 大気中での高精度干渉測長法 |
| JPS60306A (ja) * | 1983-06-16 | 1985-01-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 合成波長法による測距方法 |
-
1985
- 1985-04-25 JP JP60089808A patent/JPH0743243B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61247901A (ja) | 1986-11-05 |
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