JPH11295153A

JPH11295153A - 波長検出装置

Info

Publication number: JPH11295153A
Application number: JP10110598A
Authority: JP
Inventors: Noritomo Hirayama; 紀友平山
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JP3663903B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的な可動部を伴うことなく、波長を精度
よく検出する。【解決手段】参照用光ファイバブラッググレーティン
グセンサ６の反射光と、光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ４ａ〜４ｅの反射光を干渉させることによ
り、波長変化を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長検出装置に関
し、特に、光ヘテロダイン検波による波長検出に適用し
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の波長検出装置として、光ファイバ
ブラッググレーティングセンサシステムがある。この光
ファイバブラッググレーティングセンサシステムは、光
ファイバブラッググレーティングによる後方散乱光の波
長変化特性を利用することにより、温度計測などを行う
ことができる。ここで、光ファイバブラッググレーティ
ングとは、光ファイバのコア内に生成された周期的屈折
率変化のことである。

【０００３】図６は、従来の光ファイバブラッググレー
ティングの生成方法を説明する図である。図６におい
て、エキシマレーザなどで発生させた２つの紫外線光を
フェーズマスク等で干渉させて干渉縞を作り、その干渉
させた紫外線光を感光性ファイバ３１のクラッド３２内
のコア３３に照射する。この結果、干渉縞のＵＶ光強度
分布に対応した周期的屈折率変化が感光性ファイバ３１
のコア３３内に生成される。

【０００４】図７は、従来の光ファイバーグレーティン
グセンサの動作を説明する図である。図７において、光
ファイバ４１のクラッド内のコア４２に周期的屈折率変
化が生成されている状態で、光ファイバ４１のコア４２
に入射光が入射されると、この入射光が光ファイバ４１
を伝送中にコア４２の周期的屈折率変化の部分で部分反
射され、複数の後進波が発生する（ブラッグ回折）。

【０００５】ここで、後進波の波長λ_Bは、光ファイバ
４１のコア４２の屈折率をｎ、コア４２の屈折率変化の
周期をΛとすると、以下の式で示される。 λ_B＝２ｎΛ ・・・（１）なお、この後進波の波長λ_Bはブラッグ波長と呼ばれ
る。また、この反射波長は非常に狭帯域で、その半値全
幅は０．２ｎｍ程度まで狭くすることが可能である。

【０００６】この結果、複数の後進波よりなる波長λ_B
の反射光が光ファイバ４１の入射端から出射される。一
方、ファイバ４１の出射端からは、波長λ_Bの部分の強
度が減衰した透過光が出射される。

【０００７】光ファイバブラッググレーティングセンサ
システムでは、歪みが光ファイバ４１に加わったり、光
ファイバ４１の温度が変化したりして、光ファイバ４１
が伸縮したり、曲がったりすることにより、コア４１内
の屈折率変化の周期Λが変化する。このため、後進波の
ブラッグ波長が変化し、光ファイバ４１から出射される
後進波の波長λ_Bを計測することにより、光ファイバ４
１の歪みや温度などを検出することができる。また、ブ
ラッグ波長の異なっている光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサを直列に接続することにより、多点計測が
できる。

【０００８】図８は、従来の光ファイバブラッググレー
ティングセンサシステムの構成を示す図である。図８に
おいて、２１はスーパルミネセンスダイオードや発光ダ
イオードなどの広帯域光源、２２ａ〜２２ｅはシングル
モードファイバ、２３は入射光を２つに分岐する２×２
カプラ、２４ａ〜２４ｃは光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ、２５は２枚のハーフミラーで構成される
ファブリペロー干渉計などの光チューナブルフィルタ、
２６は光チューナブルフィルタ２５を駆動する光チュー
ナブルフィルタ駆動回路であり、ファブリペロー干渉計
の２枚のハーフミラーの間隔を圧電素子等を用いて変化
させることにより、ファブリペロー干渉計の透過波長特
性を制御するもの、２７はフォトダイオードなどの光検
出器、２８は光検出器２７の出力を光チューナブルフィ
ルタ駆動回路２６の動作と同期させて処理する信号処理
回路である。

【０００９】ここで、光ファイバブラッググレーティン
グセンサ２４ａ〜２４ｃのブラッグ波長は、それぞれλ
_B1、λ_B2、λ_B3に設定されている。このブラッグ波長λ
_B1、λ_B2、λ_B3は、例えば、光ファイバブラッググレー
ティングセンサシステムを温度センサとして機能させる
場合、温度計測範囲と温度に対する波長変化０．０１ｎ
ｍ／℃を考慮し、それぞれの室温でのブラッグ波長
λ_B1、λ_B2、λ_B3が重ならないように設定される。

【００１０】広帯域光源２１と２×２カプラ２３はシン
グルモードファイバ２２ａにより接続され、２×２カプ
ラ２３と光ファイバブラッググレーティングセンサ２４
ａはシングルモードファイバ２２ｂにより接続され、光
ファイバブラッググレーティングセンサ２４ａと光ファ
イバブラッググレーティングセンサ２４ｂはシングルモ
ードファイバ２２ｃにより接続され、光ファイバブラッ
ググレーティングセンサ２４ｂと光ファイバブラッググ
レーティングセンサ２４ｃはシングルモードファイバ２
２ｄにより接続され、２×２カプラ２３とチューナブル
フィルタ２５はシングルモードファイバ２２ｅにより接
続され、、チューナブルフィルタ２５とと検出器２７と
はシングルモードファイバ２２ｆにより接続されてい
る。

【００１１】広帯域光源２１から出射された光波Ｖは、
シングルモードファイバ２２ａを介して２×２カプラ２
３に入射し、２×２カプラ２３で分岐され、一方はシン
グルモードファイバ２２ｂ〜２２ｄを介して伝送され
る。広帯域光源２１から出射された光波Ｖがシングルモ
ードファイバ２２ｂ〜２２ｄにより伝送されると、シン
グルモードファイバ２２ｂ〜２２に設けられている光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ２４ａ〜２４ｃに
より後方散乱光Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃが生成される。この結
果、シングルモードファイバ２２ｂ〜２２ｄを通過した
光波は、波長λ_B1、λ_B2、λ_B3の部分が減衰したものと
なる。

【００１２】光ファイバブラッググレーティングセンサ
２４ａ〜２４ｃにより生成された後方散乱光Ｖａ、Ｖ
ｂ、Ｖｃは、シングルモードファイバ２２ｂ〜２２ｄを
逆行して、２×２カプラに入射し、シングルモードファ
イバ２２ｅを介してチューナブルフィルタ２５に伝送さ
れる。チューナブルフィルタ１０３は、ファブリペロー
干渉計などで構成され、２枚のハーフミラーの間隔を光
チューナブルフィルタ駆動回路２６で制御することによ
り、透過波長特性を決定することができる。

【００１３】すなわち、チューナブルフィルタ２５とし
て用いられるファブリペロー干渉計は、２枚のハーフミ
ラーを圧電素子等で駆動することにより、可変フィルタ
としての性能を持つようになる。この結果、ファブリペ
ロー干渉計のハーフミラーの間隔と検出器２７の出力を
信号処理回路２８で同期させることにより、光スペクト
ラムを計測することができる。そして、この光スペクト
ラムから波長変化を計算することにより、各センサでの
温度を計測することができる。

【００１４】ここで、光ファイバブラッググレーティン
グセンサ２４ａ〜２４ｃの温度に対する感度は、ファイ
バの線膨張係数と屈折率変化により決定され、通常は
０．０１ｎｍ／℃程度である。

【００１５】この感度は、ファイバの材料を変えること
により向上させることができるが、光ファイバブラッグ
グレーティングは、感光性ファイバにしか製造できない
ことから、ファイバの材料を自由に変えることは困難で
ある。

【００１６】このため、光ファイバブラッググレーティ
ングセンサシステムにおける温度分解能を向上させるに
は、チューナブルフィルタ２５として用いられるファブ
リペロー干渉計の波長分解能を向上させることが必要に
なる。例えば、熱電対などの温度分解能０．１℃と同レ
ベルの性能を光ファイバブラッググレーティングセンサ
システムで実現するには、ファブリペロー干渉計の波長
分解能は、０．００１ｎｍ＝１ｐｍが必要となる。

【００１７】ファブリペロー干渉計の波長分解能は、以
下の式で与えられる。ＦＷＨＭ＝ＦＳＲ／Ｆ・・・（２）ここで、図９に示すように、ＦＷＨＭは透過する光の半
値全幅、ＦＳＲはフリースペクトルレンジで隣接する透
過ピークの周波数間隔、Ｆは透過ピークのコントラスト
を表すパラメータでフィネスである。なお、フィネスＦ
は、通常、２０程度である。

【００１８】また、周波数間隔ＦＳＲは、入射波長を
λ、ミラー間の屈折率をｎ、ミラー面の間隔をｄとする
と、以下の式で与えられる。ＦＳＲ＝λ²／（２ｎｄ）・・・（３）（２）及び（３）式から明らかなように、例えば、ミラ
ー間に空気が存在し、入射波長λが１５５０ｎｍの条件
で、１ｐｍの分解能を得ようとすると、ミラー間隔ｄを
７７．５ｎｍの分解能で制御することが必要となる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバブラッググレーティングセンサシステムで
は、ファブリペロー干渉計の２枚のミラーに対する高精
度の平行度が要求されることから、平行度を保ちつつミ
ラーを７７．５ｎｍの分解能で可動させることは非常に
困難であるという問題があった。

【００２０】また、ファブリペロー干渉計のミラーの可
動位置は、透過波長の絶対値を示すことから、ファブリ
ペロー干渉計のミラー間隔を高精度に計測しなければな
らないという問題があった。

【００２１】さらに、波長分解能を向上させるために信
号処理で平均化を行う必要があり、応答速度が下がると
いう問題があった。また、機械的な可動部があるので、
そのヒステリシス、温度特性及び経時変化等の考慮が必
要であるという問題があった。。

【００２２】そこで、本発明は、機械的な可動部を伴う
ことなく、波長を精度よく検出することが可能な波長検
出装置を提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明によれば、第１の波長変化特性を有する
光ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光
を、第２の波長変化特性を有する参照光と干渉させるこ
とにより、波長検出を行うようにしている。

【００２４】このことにより、光ファイバブラッググレ
ーティングセンサからの反射光の波長変化を、反射光と
参照光との波長差に対応したビート信号として検出する
ことが可能となり、このビート信号の周波数は、光の周
波数に比べて遙かに小さく、ビート信号の周波数を電気
的に直接測定することが可能であることから、このビー
ト信号の周波数を電気的に直接測定することにより、フ
ァブリペロー干渉計などの機械的な精度の要求される光
学装置を用いることなく、光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサからの反射光の波長変化を高精度に測定す
ることが可能となる。

【００２５】また、本発明の一態様によれば、前記第２
の波長変化特性を有する参照光は、参照用光ファイバブ
ラッググレーティングセンサからの反射光である。この
ことにより、第１の波長変化特性を有する反射光と第２
の波長変化特性を有する参照光を単一の光源から生成す
ることが可能となり、単一の光源を用いただけで、光フ
ァイバブラッググレーティングセンサからの反射光を参
照光と干渉させることが可能となることから、波長検出
装置を簡略化して構成することが可能となる。

【００２６】また、本発明の一態様によれば、複数の光
ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光を
切り換える光スイッチを備えている。このことにより、
単一の光源及び単一の参照用光ファイバブラッググレー
ティングセンサを用いただけで、複数の箇所における波
長変化を高精度に測定することが可能となる。

【００２７】また、本発明の一態様によれば、ブラッグ
波長の異なる複数の光ファイバブラッググレーティング
センサが直列に接続されている。このことにより、光フ
ァイバブラッググレーティングセンサの数に対応した光
ファイバを敷設することなく、複数の箇所における波長
変化を高精度に測定することが可能となる。

【００２８】また、本発明の一態様によれば、Ｎ個の光
ファイバブラッググレーティングセンサのそれぞれに対
応させてＮ個の参照用光ファイバブラッググレーティン
グセンサを設け、これらのセンサからの反射光を波長選
択素子を用いてブラッグ波長ごとに選択するようにして
いる。

【００２９】このことにより、１本の光ファイバ上にお
ける波長変化の測定個所の個数を容易に増加させること
が可能となるとともに、複数の点における波長変化を同
時に測定することが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係わる
波長検出装置について図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明の第１実施例に係わる波長検出装置の構成
を示す図である。図１において、１はスーパールミネセ
ンスダイオードや発光ダイオードなどの広帯域光源、２
ａ〜２ｉはシングルモードファイバ、３は入射光を２つ
に分岐する２×２カプラ、４ａ〜４ｅは光ファイバブラ
ッググレーティングセンサ、５は１×Ｎ光スイッチ、６
は温度に対するブラッグ波長変化を抑えた参照用光ファ
イバブラッググレーティングセンサ、７は光ファイバブ
ラッググレーティングセンサ４ａ〜４ｅの反射光の波長
を測定可能な波長感度を有するフォトダイオードなどの
光検出器、８は１×Ｎ光スイッチを切り換えたり、光検
出器７の出力を処理したりする信号処理回路である。

【００３１】ここで、直列接続されている光ファイバブ
ラッググレーティングセンサ４ａ、４ｃのブラッグ波長
は互いに異なるように設定されるとともに、直列接続さ
れている光ファイバブラッググレーティングセンサ４
ｄ、４ｄのブラッグ波長は互いに異なるように設定され
る。なお、異なるシングルモードファイバ２ｅ、２ｆ、
２ｈに接続されている光ファイバブラッググレーティン
グセンサ４ａ、４ｂ、４ｄのブラッグ波長は互いに異な
るように設定してもよいが、同一のブラッグ波長に設定
するようにしてもよい。

【００３２】光検出器７は、波長帯域が１０００〜１６
００ｎｍ程度で、周波数応答特性が３ＧＨｚ程度以上あ
るものが望ましく、長距離光ファイバ通信システム用受
光素子などを用いることができる。

【００３３】参照用光ファイバブラッググレーティング
センサ６は、例えば、ＩＮＤＸ社のＵｌｔｒａｓｔａ
ｂｌｅＩｎ−ＦｉｂｒｅＧｒａｔｉｎｇＦｉｌｔ
ｅｒなどを用いることができる。

【００３４】図２は、ＩＮＤＸ社のＵｌｔｒａｓｔａ
ｂｌｅＩｎ−ＦｉｂｒｅＧｒａｔｉｎｇＦｉｌｔ
ｅｒの温度に対するブラッグ波長変化を示す図である。
図２に示すように、温度補償がされていない通常の光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ４ａ〜４ｅの温度
に対する感度が９．６ｐｍ／℃であるのに対し、Ｕｌｔ
ｒａｓｔａｂｌｅＩｎ−ＦｉｂｒｅＧｒａｔｉｎ
ｇＦｉｌｔｅｒの温度に対する感度は０．１ｐｍ／℃
である。従って、このＵｌｔｒａｓｔａｂｌｅＩｎ
−ＦｉｂｒｅＧｒａｔｉｎｇＦｉｌｔｅｒは周囲温
度に対して非常に安定した波長変化特性を持っており、
参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ６とし
て使用することが可能である。

【００３５】広帯域光源１と２×２カプラ３はシングル
モードファイバ２ａにより接続され、２×２カプラ３と
１×Ｎ光スイッチ５はシングルモードファイバ２ｂによ
り接続され、光ファイバブラッググレーティングセンサ
４ａと１×Ｎ光スイッチ５はシングルモードファイバ２
ｅにより接続され、光ファイバブラッググレーティング
センサ４ｂと１×Ｎ光スイッチ５はシングルモードファ
イバ２ｆにより接続され、光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ４ｂと光ファイバブラッググレーティング
センサ４ｃはシングルモードファイバ２ｇにより接続さ
れ、光ファイバブラッググレーティングセンサ４ｄと１
×Ｎ光スイッチ５はシングルモードファイバ２ｈにより
接続され、光ファイバブラッググレーティングセンサ４
ｄと光ファイバブラッググレーティングセンサ４ｅはシ
ングルモードファイバ２ｉにより接続され、参照用光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ６と２×２カプラ
３はシングルモードファイバ２ｄにより接続され、２×
２カプラ３と光検出器７とはシングルモードファイバ２
ｃにより接続され、１×Ｎ光スイッチ５及び光検出器７
は信号処理回路８と接続されている。

【００３６】広帯域光源１から出射された光波Ｖは、シ
ングルモードファイバ２ａを介して２×２カプラ３に入
射し、２×２カプラ３で分岐され、一方はシングルモー
ドファイバ２ｂを介して１×Ｎ光スイッチ５に伝送さ
れ、他方はシングルモードファイバ２ｄを介して参照用
光ファイバブラッググレーティングセンサ６に伝送され
る。

【００３７】２×２カプラ３から出射された光が１×Ｎ
光スイッチ５に伝送されると、１×Ｎ光スイッチ５で切
り換えられたシングルモードファイバ２ｅ、２ｆ、２ｈ
に伝送され、シングルモードファイバ２ｅ〜２ｉに設け
られている光ファイバブラッググレーティングセンサ４
ａ〜４ｅにより後方散乱光が生成される。光ファイバブ
ラッググレーティングセンサ４ａ〜４ｅにより生成され
た後方散乱光は、シングルモードファイバ２ｅ〜２ｉを
逆行して、１×Ｎ光スイッチ５に入射し、シングルモー
ドファイバ２ｂを介して２×２カプラ３に入射する。

【００３８】例えば、１×Ｎ光スイッチ５がシングルモ
ードファイバ２ｈに切り換えられている場合は、光ファ
イバブラッググレーティングセンサ４ｄにより後方散乱
光Ｖ ₁が生成されるとともに、光ファイバブラッググレ
ーティングセンサ４ｅにより後方散乱光Ｖ₃が生成さ
れ、これらの後方散乱光Ｖ₁、Ｖ₃が２×２カプラ３に
入射する。、一方、２×２カプラ３から出射された光が
参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ６に伝
送されると、参照用光ファイバブラッググレーティング
センサ６により後方散乱光Ｖ₂が生成される。参照用光
ファイバブラッググレーティングセンサ６により生成さ
れた後方散乱光Ｖ₂は、シングルモードファイバ２ｄを
逆行し、２×２カプラ３に入射する。

【００３９】光ファイバブラッググレーティングセンサ
４ｄ、４ｅにより生成された後方散乱光Ｖ₁、Ｖ₃及び
参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ６によ
り生成された後方散乱光Ｖ₂が２×２カプラ３に入射す
ると、後方散乱光Ｖ₁、Ｖ₃及び後方散乱光Ｖ₂が干渉
して、干渉光Ｖ₁＋Ｖ₂及び干渉光Ｖ₁＋Ｖ₃が生成さ
れる。これらの干渉光Ｖ₁＋Ｖ₂及び干渉光Ｖ₁＋Ｖ₃
は、シングルモードファイバ２ｃを介して光検出器７に
入射する。光検出器７は、干渉光Ｖ₁＋Ｖ₂のビート信
号及び干渉光Ｖ₁＋Ｖ₃のビート信号をそれぞれ検出
し、信号処理回路８がこれらのビート信号をそれぞれ別
々に処理することにより、複数箇所の温度計測が行われ
る。

【００４０】図３は、本発明の一実施例に係わる波長検
出装置のヘテロダイン干渉を説明する図である。図３に
おいて、光ファイバブラッググレーティングセンサ４ｄ
の後方散乱光Ｖ ₁及び参照用光ファイバブラッググレー
ティングセンサ６の後方散乱光Ｖ₂は非常に狭帯域であ
ることから、レーザ光線などのように非常に単色性の良
い光とみなすことができ、電波と同様に電場の正弦波波
動と考えることができる。

【００４１】そして、伝搬する２つのわずかに周波数の
異なる光波を重ね合わせると、２つの周波数差のゆっく
りした波動（ビート）が合成波のエネルギー密度に現れ
る。この現象は、光ヘテロダイン検波で用いられる考え
方と同様に扱うことができる。すなわち、わずかの周波
数偏移Δωがある２つの光波Ｖ₁（ｘｔ）、Ｖ₂（ｘ
ｔ）は、以下の式で示される。

【００４２】Ｖ₁（ｘｔ）＝ａ₁（ｘ）・ｅｘｐｉ｛ωｔ＋φ₁（ｘ）｝・・・（４）Ｖ₂（ｘｔ）＝ａ₂（ｘ）・ｅｘｐｉ｛（ωｔ＋Δω）ｔ＋φ₂（ｘ）｝・・・（５）ここで、ａ₁（ｘ）、ａ₂（ｘ）はそれぞれ光波Ｖ
₁（ｘｔ）、Ｖ₂（ｘｔ）の振幅、φ₁（ｘ）、φ
₂（ｘ）はそれぞれ光波Ｖ₁（ｘｔ）、Ｖ₂（ｘｔ）の
位相、ωは参照用光ファイバブラッググレーティングセ
ンサ６の後方散乱光Ｖ₂の角周波数である。

【００４３】これらの２つの光波Ｖ₁（ｘｔ）、Ｖ
₂（ｘｔ）の合成波Ｖ₁（ｘｔ）＋Ｖ₂（ｘｔ）は、干
渉した結果として光検出器７に入射するが、光の周波数
１０¹⁴Ｈｚは周波数が高すぎて応答することができな
い。このため、以下の式で示す強度Ｉのビート信号が光
検出器７で検出される。

【００４４】Ｉ＝｜Ｖ₁＋Ｖ₂｜² ＝ａ₁ ²（ｘ）＋ａ₂ ²（ｘ）＋２ａ₁ａ₂ｃｏｓ（Δωｔ＋φ₁（ｘ）＋φ₂（ｘ）｝・・・（６）（６）式により、ビート信号の周波数は、Δωの角周波
数差のビートにより決定され、図３（ｃ）に示すよう
に、ビート信号の周波数は光の周波数より低くなる。

【００４５】ここで、このビート信号の周波数は、フォ
トダイオードなどで直接測定可能な範囲にあり、このビ
ート信号の周波数をフォトダイオードなどで直接測定す
ることにより、光波Ｖ₂（ｘｔ）の波長を基準として光
波Ｖ₁（ｘｔ）の波長を計算で求めることが可能とな
る。この結果、光波Ｖ₁（ｘｔ）の波長を求めるため
に、ファブリペロー干渉系などの光学機器を用いて光波
Ｖ₁（ｘｔ）の波長を直接測定する必要がなくなり、波
長測定装置を簡易なものにすることができる。

【００４６】なお、光速をｃ、波長をλ、周波数をｆと
すると、これらの関係は以下の式で示される。ｃ＝ｆλ ・・・（７） ω＝２πｆ・・・（８）例えば、参照用光ファイバブラッググレーティングセン
サ６のブラッグ波長が１５００ｎｍに設定され、光ファ
イバブラッググレーティングセンサ４ａのブラッグ波長
が２０℃で１５００ｎｍを示すように設定され、光ファ
イバブラッググレーティングセンサ４ａの温度に対する
感度が０．０１ｎｍ／℃であるものとし、参照用光ファ
イバブラッググレーティングセンサ６の感度は温度に対
して安定化されているものとする。

【００４７】この場合、光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ４ａの温度が２０．１℃になると、光ファイ
バブラッググレーティングセンサ４ａのブラッグ波長は
１５００．００１ｎｍとなる。一方、参照用光ファイバ
ブラッググレーティングセンサ６は、温度が２０．１℃
になっても、ブラッグ波長はほとんど変化しない。

【００４８】このため、温度が０．１℃だけ上昇する
と、これらの反射光について１ｐｍの波長差が発生し、
光ファイバブラッググレーティングセンサ４ｄにより生
成された１５００．００１ｎｍの波長の反射光と、参照
用光ファイバブラッググレーティングセンサ６により生
成された１５００ｎｍの波長の反射光とが、２×２カプ
ラ３を介して光検出器７に入射すると、これらの反射光
が干渉した結果、１ｐｍの波長差に対応する１３３ＭＨ
ｚの周波数の電気信号が計測される。

【００４９】この１３３ＭＨｚの周波数はスペクトラム
アナライザで十分に計測できる範囲にあり、スペクトラ
ムアナライザの周波数分解能を上げることにより、温度
分解能を向上できる。

【００５０】このように、参照用光ファイバブラッググ
レーティングセンサ６の反射光と光ファイバブラッググ
レーティングセンサ４ａ〜４ｅの反射光を干渉させて波
長変化を検出することにより、機械的な可動部を必要と
することなく、高精度な波長変化の計測することが可能
となるとともに、光ファイバ自体が耐環境性に優れてい
ることから、ヒステリシスや温度特性等の補正を行わず
に容易に波長検出を行うことが可能となる。

【００５１】また、１×Ｎ光スイッチ５で２×２カプラ
３に入射する反射光を切り換えることにより、光ファイ
バブラッググレーティングセンサ４ａ、４ｂ、４ｄから
の反射光をそれぞれ別々にして、参照用光ファイバブラ
ッググレーティングセンサ６からの反射光と干渉させる
ことが可能となり、光ファイバブラッググレーティング
センサ４ａ、４ｂ、４ｄのブラッグ波長を同一に設定す
ることが可能となることから、波長計測箇所の個数を容
易に増加させることが可能となるとともに、広帯域光源
１、２×２カプラ３及び参照用光ファイバブラッググレ
ーティングセンサ６を共用することが可能となり、装置
を簡略化することが可能となる。

【００５２】また、ブラッグ波長の異なる光ファイバブ
ラッググレーティングセンサ４ｂと光ファイバブラッグ
グレーティングセンサ４ｃとを直列に接続するととも
に、ブラッグ波長の異なる光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ４ｄと光ファイバブラッググレーティング
センサ４ｅとを直列に接続し、光スイッチ５の各出力に
対して複数の光ファイバブラッググレーティングセンサ
を割り当ることにより、周波数検出回路で計測可能な範
囲において、１本の光ファイバを用いただけで複数箇所
の測定が可能となる。

【００５３】なお、図１の実施例では、２×２カプラ３
を用いて光を結合するようにしているが、サーキュレー
タを用いるようにしてもよく、光ファイバから一旦光を
出射させ、コリメータレンズを用いて平行光にし、光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ４ａ〜４ｅからの
光と参照用光ファイバブラッググレーティング６からの
光をハーフミラー等で干渉させてから、光検出器７で計
測するようにしてもよい。

【００５４】次に、本発明の第２実施例に係わる波長検
出装置について説明する。図４は、本発明の第２実施例
に係わる波長検出装置の構成を示す図である。図４にお
いて、１１はスーパールミネセンスダイオードや発光ダ
イオードなどの広帯域光源、１２ａ〜２ｈはシングルモ
ードファイバ、１３は入射光を２つに分岐する２×２カ
プラ、１４ａ〜１４ｃは光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ、１５ａ〜１５ｃは温度に対するブラッグ波
長変化を抑えた参照用光ファイバブラッググレーティン
グセンサ、１６は光ファイバから出射した光をコリメー
トするレンズ、１７ａ〜１７ｃは多層膜フィルタなどの
特定波長域の光を取り出す波長選択素子、１８ａ〜１８
ｃは光ファイバブラッググレーティングセンサ１４ａ〜
１４ｃからの反射光の波長を測定可能な波長感度を有す
るフォトダイオードなどの光検出器、１９は光検出器１
８ａ〜１８ｃの出力を処理する信号処理回路である。

【００５５】なお、光検出器１８ａ〜１８ｃは、波長帯
域が１０００〜１６００ｎｍ程度で、周波数応答特性が
３ＧＨｚ程度以上あるものが望ましく、長距離光ファイ
バ通信システム用受光素子などを用いることができる。

【００５６】ここで、直列接続されている光ファイバブ
ラッググレーティングセンサ１４ａ〜１４ｃのブラッグ
波長は互いに異なるように設定されるとともに、参照用
光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ａ〜１５
ｃのブラッグ波長は、光ファイバブラッググレーティン
グセンサ１４ａ〜１４ｃのブラッグ波長の近傍にそれぞ
れ設定される。

【００５７】また、波長選択素子１７ａの波長選択範囲
は、光ファイバブラッググレーティングセンサ１４ａか
らの反射光及び参照用光ファイバブラッググレーティン
グセンサ１５ａからの反射光を選択可能な範囲に設定さ
れ、波長選択素子１７ｂの波長選択範囲は、光ファイバ
ブラッググレーティングセンサ１４ｂからの反射光及び
参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ｂ
からの反射光を選択可能な範囲に設定され、波長選択素
子１７ｃの波長選択範囲は、光ファイバブラッググレー
ティングセンサ１４ｃからの反射光及び参照用光ファイ
バブラッググレーティングセンサ１５ｃからの反射光を
選択可能な範囲に設定される。

【００５８】図５は、本発明の第２実施例に係わる光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ１４ａ、１４ｂ及
び参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５
ａ、１５ｂの反射光の波長設定方法を示す図である。

【００５９】図５において、光ファイバブラッググレー
ティングセンサ１４ａのブラッグ波長と光ファイバブラ
ッググレーティングセンサ１４ｂのブラッグ波長は互い
に異なるように設定され、光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ１４ａの温度測定範囲におけるブラッグ波
長の変化領域と光ファイバブラッググレーティングセン
サ１４ｂの温度測定範囲におけるブラッグ波長の変化領
域とが互いに重ならないようにされる。

【００６０】また、参照用光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ１５ａのブラッグ波長は、光ファイバブラ
ッググレーティングセンサ１４ａのブラッグ波長の近傍
に設定され、参照用光ファイバブラッググレーティング
センサ１５ｂのブラッグ波長は、光ファイバブラッググ
レーティングセンサ１４ｂのブラッグ波長の近傍に設定
される。

【００６１】さらに、波長選択素子１７ａの反射領域
は、光ファイバブラッググレーティングセンサ１４ａの
温度変化によるブラッグ波長の変化領域及び参照用光フ
ァイバブラッググレーティングセンサ１５ａのブラッグ
波長を含む範囲に設定され、波長選択素子１７ｂの反射
領域は、光ファイバブラッググレーティングセンサ１４
ｂの温度変化によるブラッグ波長の変化領域及び参照用
光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ｂのブラ
ッグ波長を含む範囲に設定される。

【００６２】図４において、広帯域光源１１と２×２カ
プラ１３はシングルモードファイバ１２ａにより接続さ
れ、２×２カプラ１３と光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ１４ａはシングルモードファイバ１２ｂによ
り接続され、光ファイバブラッググレーティングセンサ
１４ａと光ファイバブラッググレーティングセンサ１４
ｂはシングルモードファイバ１２ｃにより接続され、光
ファイバブラッググレーティングセンサ１４ｂと光ファ
イバブラッググレーティングセンサ１４ｃはシングルモ
ードファイバ１２ｄにより接続され、２×２カプラ１３
と参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５
ａはシングルモードファイバ１２ｆにより接続され、参
照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ａと
参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ｂ
はシングルモードファイバ１２ｇにより接続され、参照
用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ｂと参
照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５ｃは
シングルモードファイバ１２ｈにより接続され、２×２
カプラ１３とレンズ１６はシングルモードファイバ１２
ｅにより接続されている。

【００６３】また、レンズ１６から出射する光線の光路
には波長選択素子１７ａ〜１７ｃが設置され、波長選択
素子１７ａの反射光の光路には光検出器１８ａが設置さ
れ、波長選択素子１７ｂの反射光の光路には光検出器１
８ｂが設置され、波長選択素子１７ｃの反射光の光路に
は光検出器１８ｃが設置され、光検出器１８ａ〜１８ｃ
はそれぞれ信号処理回路１９に接続されている。

【００６４】広帯域光源１１から出射された光波Ｖは、
シングルモードファイバ１２ａを介して２×２カプラ１
３に入射し、２×２カプラ１３で分岐され、一方はシン
グルモードファイバ１２ｂ〜１２ｄを介して光ファイバ
ブラッググレーティングセンサ１４ａ〜１４ｃに伝送さ
れ、他方はシングルモードファイバ１２ｆ〜１２ｈを介
して参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１
５ａ〜１５ｃに伝送される。

【００６５】２×２カプラ１３で分岐された光がシング
ルモードファイバ１２ｂ〜１２ｄに伝送されると、シン
グルモードファイバ１２ｂ〜１２ｄに設けられている光
ファイバブラッググレーティングセンサ１４ａ〜１４ｃ
により後方散乱光Ｖ_1a〜Ｖ_1cが生成される。光ファイバ
ブラッググレーティングセンサ１４ａ〜１４ｃにより生
成された後方散乱光Ｖ_1a〜Ｖ_1cは、シングルモードファ
イバ１２ｂ〜１２ｄを逆行して、２×２カプラ１３に入
射する。

【００６６】一方、２×２カプラ１３で分岐された光が
シングルモードファイバ１２ｆ〜１２ｈに伝送される
と、シングルモードファイバ１２ｆ〜１２ｈに設けられ
ている参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ
１５ａ〜１５ｃにより後方散乱光Ｖ_2a〜Ｖ_2bが生成され
る。参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１
５ａ〜１５ｃにより生成された後方散乱光Ｖ_2a〜Ｖ
_2bは、シングルモードファイバ１２ｆ〜１２ｈを逆行
し、２×２カプラ１３に入射する。

【００６７】光ファイバブラッググレーティングセンサ
１４ａ〜１４ｃにより生成された後方散乱光Ｖ_1a〜Ｖ_1c
及び参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１
５ａ〜１５ｃにより生成された後方散乱光Ｖ_2a〜Ｖ_2bが
２×２カプラ１３に入射すると、後方散乱光Ｖ_1a〜Ｖ_1c
及び後方散乱光Ｖ_2a〜Ｖ_2bがそれぞれ干渉して、干渉光
Ｖ_1a＋Ｖ_2a、干渉光Ｖ_1b＋Ｖ_2b及び干渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cが
生成される。これらの干渉光Ｖ_1a＋Ｖ_2a、干渉光Ｖ_1b＋
Ｖ_2b及び干渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cは、シングルモードファイバ
１２ｅを介してレンズ１６に入射し、このレンズ１６に
よりコリメートされて出射される。

【００６８】レンズ１６から出射された干渉光Ｖ_1a＋Ｖ
_2a、干渉光Ｖ_1b＋Ｖ_2b及び干渉光Ｖ _1c＋Ｖ_2cのうち、干
渉光Ｖ_1a＋Ｖ_2aは波長選択素子１７ａで反射され、光検
出器１８ａに入射する。一方、干渉光Ｖ_1b＋Ｖ_2b及び干
渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cは波長選択素子１７ａを透過し、波長選
択素子１７ｂに入射する。波長選択素子１７ｂに入射し
た干渉光Ｖ_1b＋Ｖ_2b及び干渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cのうち、干渉
光Ｖ_1b＋Ｖ_2bは波長選択素子１７ｂで反射され、光検出
器１８ｂに入射する。一方、干渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cは波長選
択素子１７ｂを透過し、波長選択素子１７ｃに入射す
る。波長選択素子１７ｃに入射した干渉光Ｖ_1c＋Ｖ_2cは
波長選択素子１７ｃで反射され、光検出器１８ｃに入射
する。

【００６９】光検出器１８ａは干渉光Ｖ_1a＋Ｖ_2aのビー
ト信号を検出し、光検出器１８ｂは干渉光Ｖ_1b＋Ｖ_2bの
ビート信号を検出し、光検出器１８ｃは干渉光Ｖ_1c＋Ｖ
_2cのビート信号を検出する。そして、信号処理回路１９
がこれらのビート信号を処理することにより、複数箇所
の温度計測が同時に実現される。

【００７０】このように、光ファイバブラッググレーテ
ィングセンサ１４ａ〜１４ｃの各ブラッグ波長に対応し
た参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ１５
ａ〜１５ｃを設けることにより、多数の光ファイバブラ
ッググレーティングセンサ１４ａ〜１４ｃを直列に接続
することが可能となり、光ファイバブラッググレーティ
ングセンサ１４ａ〜１４ｃの数に応じた光ファイバを敷
設することなく、１本の光ファイバによる多数箇所の温
度計測を高精度かつ同時に行うことが可能となる。

【００７１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上述した実施例に限定されることなく、本
発明の技術的思想の範囲内で他の様々の変更が可能であ
る。例えば、上述した実施例では、光ファイバブラッグ
グレーティングセンサの反射光を参照用光ファイバブラ
ッググレーティングセンサの反射光と干渉させる場合に
ついて説明したが、光ファイバブラッググレーティング
センサの反射光をレーザー光線などのコヒーレンス性の
よい光と干渉させるようにしてもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光
を参照光と干渉させることにより、光ファイバブラッグ
グレーティングセンサからの反射光の波長変化を、反射
光と参照光での波長差に対応したビート信号として検出
することが可能となり、ビート信号の周波数を電気的に
直接測定することにより、ファブリペロー干渉計などの
機械的な精度の要求される光学装置を用いることなく、
光ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光
の波長変化を高精度に測定することが可能となる。

【００７３】また、本発明の一態様によれば、光ファイ
バブラッググレーティングセンサからの反射光を参照用
光ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光
と干渉させることにより、単一の光源を用いただけで、
光ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光
を参照光と干渉させることが可能となり、装置を簡略化
することが可能となる。

【００７４】また、本発明の一態様によれば、複数の光
ファイバブラッググレーティングセンサからの反射光を
切り換えて干渉させることにより、単一の光源及び単一
の参照用光ファイバブラッググレーティングセンサを用
いただけで、複数の箇所における波長変化を高精度に測
定することが可能となる。

【００７５】また、本発明の一態様によれば、ブラッグ
波長の異なる複数の光ファイバブラッググレーティング
センサを直列に接続することにより、１本の光ファイバ
を敷設するだけで、複数の箇所における波長変化を高精
度に測定することが可能となる。

【００７６】また、本発明の一態様によれば、Ｎ個の光
ファイバブラッググレーティングセンサのそれぞれに対
応させてＮ個の参照用光ファイバブラッググレーティン
グセンサを設けることにより、１本の光ファイバ上にお
ける波長変化の測定個所を容易に増加させることが可能
となるとともに、複数の点における波長変化を同時に測
定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる波長検出装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例に係わる参照用光ファイバブ
ラッググレーティングセンサについての温度に対するブ
ラッグ波長変化を示す図である。

【図３】本発明の一実施例に係わる波長検出装置のヘテ
ロダイン干渉を説明する図である。

【図４】本発明の第２実施例に係わる波長検出装置の構
成を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例に係わる光ファイバブラッ
ググレーティングセンサ及び参照用光ファイバブラッグ
グレーティングセンサの反射光の波長設定方法を示す図
である。

【図６】従来の光ファイバーグレーティングの生成方法
を説明する図である。

【図７】従来の光ファイバーグレーティングセンサの動
作を説明する図である。

【図８】従来の光ファイバーグレーティングセンサシス
テムの構成を示す図である。

【図９】従来のファブリペロー干渉計の最小分解能を説
明する図である。

【符号の説明】１、１１広帯域光源２ａ〜２ｉ、１２ａ〜１２ｈシングルモードファイバ
ー３、１３２×２カプラ４ａ〜４ｅ、１４ａ〜１４ｃ光ファイバブラッググレ
ーティングセンサ５１×Ｎ光スイッチ６、１５ａ〜１５ｃ参照用光ファイバブラッググレー
ティングセンサ７、１８ａ〜１８ｃ検出器８、１９信号処理回路１６コリメータレンズ１７ａ〜１７ｃ波長選択素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の波長変化特性を有する光ファイバ
ブラッググレーティングセンサからの反射光を、第２の
波長変化特性を有する参照光と干渉させることにより、
波長検出を行うことを特徴とする波長検出装置。
【請求項２】前記第２の波長変化特性を有する参照光
は、参照用光ファイバブラッググレーティングセンサか
らの反射光であることを特徴とする請求項１に記載の波
長検出装置。
【請求項３】複数の光ファイバブラッググレーティン
グセンサからの反射光を切り換える光スイッチと、前記光スイッチからの出力光と前記参照用光ファイバブ
ラッググレーティングセンサからの反射光とを入力する
光結合器とを備えることを特徴とする請求項２に記載の
波長検出装置。
【請求項４】ブラッグ波長の異なる複数の光ファイバ
ブラッググレーティングセンサが直列に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の波長検出装置。
【請求項５】ブラッグ波長の異なるＮ個の光ファイバ
ブラッググレーティングセンサと、前記Ｎ個の光ファイバブラッググレーティングセンサの
それぞれに対応して設けられているＮ個の参照用光ファ
イバブラッググレーティングセンサと、前記光ファイバブラッググレーティングセンサの反射光
と前記参照用光ファイバブラッググレーティングセンサ
の反射光とを干渉させる干渉手段と、前記干渉手段による干渉光を前記ブラッグ波長ごとに選
択するＮ個の波長選択素子と、前記波長選択素子により選択された干渉光に基づいて波
長検出を行う検出手段とを備えることを特徴とする波長
検出装置。