(57)【要約】【課題】  隣接したＦＢＧ反射光の波長検出が可能な波長検出装置を提供する。【解決手段】  光ファイバブラッググレーティング素子からの反射光の波長を計測する波長検出装置１において、必要な波長のみが選択透過できる狭帯域フィルタ部１０１と、狭帯域フィルタ部１０１からの光信号を電気信号に変換、増幅し外部からの信号により利得が変化する利得可変型光検出処理部１０２と、利得可変型光検出処理部１０２からの電気信号を波長または波長のシフト量のいずれかに変換する波長計算処理部１０３と、狭帯域フィルタ部１０１を透過する信号の波長を制御する波長走査制御部１０４と、波長計算処理部１０３の波長信号から利得可変型光検出処理部１０２に利得を可変させる利得制御信号を発生する利得調整部１０８とを備えた波長検出装置１である。【選択図】  図１
2006023111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバブラッググレーティング素子からの反射光の波長を計測する波長検出装置において、必要な波長のみが選択透過できる狭帯域フィルタ部と、該狭帯域フィルタ部からの光信号を電気信号に変換、増幅し外部からの信号により利得が変化する利得可変型光検出処理部と、該利得可変型光検出処理部からの電気信号を波長または波長のシフト量のいずれかを表す波長信号に変換する波長計算処理部と、上記狭帯域フィルタ部を透過する波長区間を一定波長間隔で波長走査制御するための制御信号を発する波長走査制御部と、上記波長計算処理部の上記波長信号から上記利得可変型光検出処理部に利得を可変させる利得制御信号を出力する利得調整部とを備えたことを特徴とする波長検出装置。
【請求項２】
上記波長計算処理部は、上記利得可変型光検出処理部からの電気信号の最大値を検出するための平滑化微分フィルタ部と、上記平滑化微分フィルタ部から出力される信号から演算に必要なデータ部分を設定する演算区間設定部と、該演算区間設定部から出力される信号から波長または波長のシフト量のいずれかに演算処理する計算処理部とを備えた請求項１記載の波長検出装置。
【請求項３】
上記利得調整部は、上記利得調整部の入力信号がゼロクロスレベル点を発生した場合に、上記利得可変型光検出処理部に利得を下げるための制御信号を一定時間送出する請求項１または２記載の波長検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバブラッググレーティング素子（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）を用いて波長を計測する波長検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＦＢＧ反射波長計測システムについて、図４により説明する。
【０００３】
ＦＢＧ反射波長計測システム４１は、光を発光する光源３０１と、通過する光を所定の方向に出力する光サーキュレータ３０２と、光ファイバに一定間隔で回折格子が設けられたＦＢＧ３０３と、ＦＢＧ３０３で反射した光の波長を測定する波長計測装置３０４から構成される。
【０００４】
光源３０１は、ＦＢＧ３０３の反射波長をカバーするスペクトル幅の広い発光素子が用いられ、光源３０１からの出射光は光サーキュレータ３０２を経由してＦＢＧ３０３に伝送され、ＦＢＧ３０３に到達した光信号はＦＢＧ３０３に設けられた回折格子に対応した波長の光のみを反射する。反射した波長の光は、光サーキュレータ３０２を通り波長計測装置３０４に伝送される。波長計測装置３０４では、到達した光信号を電気信号に変換して、この変換後の電気信号の信号処理を行い、到達した光信号の波長を算出する。
【０００５】
ここでＦＢＧ３０３は、図に示すように光ファイバに複数箇所設けられ、各々のＦＢＧ３０３において反射する光の波長が異なるように回折格子を形成してある。
【０００６】
波長計測装置３０４の一構成例について、図５を用いて説明する。
【０００７】
図示したように波長計測装置３０４は、必要な波長のみが選択透過できる狭帯域フィルタ部４０１と、狭帯域フィルタ部４０１からの光信号を電気信号に変換、増幅する光検出処理部４０２と、光検出処理部４０２からの電気信号を波長または波長のシフト量のいずれかに変換する波長計算処理部４０３と、狭帯域フィルタ部４０１を透過する波長区間を一定波長間隔で波長走査制御するための制御信号を発する波長走査制御部４０４とから構成されている。
【０００８】
また、波長計算処理部４０３は、信号の最大値を検出するための平滑化微分フィルタ部４０５と、平滑化微分フィルタ部４０５から出力される信号に演算に必要なデータ区間部分を設定する演算区間設定部４０６と、演算区間設定部４０６から出力される信号から波長または波長のシフト量のいずれかに演算処理する計算処理部４０７とが含まれた構成となっている。
【０００９】
ＦＢＧ３０３（図４参照）で反射したＦＢＧ反射光は、狭帯域フィルタ部４０１に入射し、狭帯域フィルタ部４０１では必要な波長の光のみが選択透過する。狭帯域フィルタ部４０１は、バンドパスフィルタとも呼ばれており、機能的には干渉型の波長フィルタである。
【００１０】
波長走査制御部４０４は、ＦＢＧ３０３からの反射光に対して適切な波長区間を一定波長間隔で波長走査制御させるように狭帯域フィルタ部４０１に信号を発し、狭帯域フィルタ部４０１における透過波長を制御するためのものである。
【００１１】
狭帯域フィルタ部４０１を通過したＦＢＧ反射光は、図示しない光電変換器や光電変換器で変換された電気信号を増幅する増幅器などが内包された光検出処理部４０２に入射され、入射されたＦＢＧ反射光は電気信号に変換、増幅され、ＦＢＧ反射光の光強度に対応した強度値のデータとして平滑化微分フィルタ部４０５に出力される。
【００１２】
平滑化微分フィルタ部４０５に出力される強度値のデータをプロットしてみると、ＦＢＧ反射光の波長のスペクトラムに近似した形状をしており、これらの強度値のデータを平滑化微分フィルタ部４０５を通して波長により平滑化微分すると、ＦＢＧ反射光の光強度データに対する微係数値データが得られる。
【００１３】
この微係数値データに対して演算区間設定部４０６では、予め設定した閾値内の領域を探索し、計算処理部４０７では、演算区間設定部４０６で決定した適切な演算区間内から光強度値と走査波長値のデータとを抽出する。
【００１４】
そして、これら光強度値と波長値のデータの加重平均計算をして反射光の中心波長を求めるか、或いはこれら走査波長値のデータの加重平均計算をして波長シフト量を求めるものである。
【００１５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−２５４８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、ＦＢＧ反射光の波長スペクトルは、０．１〜１．０ｎｍの波長帯域幅を持つ。そのため、反射波長の異なる複数のＦＢＧ３０３からの反射光を計測する場合、使用するＦＢＧ３０３は波長帯域幅以上の波長間隔を設ける必要がある。この現象について、図５、６を用いて説明する。
【００１８】
ＦＢＧ反射光のスペクトルの隣接間隔が狭くなると、図６（ａ）に示すようにこの隣接した反射波長を有する２つの信号波形Ｗ３、Ｗ４が重なる。これらの重なったＦＢＧ反射光の信号波形Ｗ３、Ｗ４を受けた光検出処理部４０２は、図６（ｂ）に示すような信号を出力する。これらの重なった信号波形Ｗ３、Ｗ４を次に平滑化微分フィルタ部４０５で処理すると、時間的に早く到達したＦＢＧ３０３からの反射による信号波形Ｗ３のオフセットが発生するため、計測時間が遅いＦＢＧ３０３からの反射による信号波形Ｗ４において、図６（ｃ）に示すようにゼロクロスレベル点が領域Ｚ６に発生しない。
【００１９】
このため、演算区間設定部４０６において、領域Ｚ４、Ｚ５ではゼロクロスレベル点が生じることにより演算を行う区間を設定でき波長検出を行うための演算ができるのに対して、領域Ｚ６ではゼロクロスレベル点が生じないことにより演算を行う区間を設定できないため、波長検出を行うための演算ができないという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、隣接したＦＢＧ反射光の波長検出が可能な波長検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、光ファイバブラッググレーティング素子からの反射光の波長を計測する波長検出装置において、必要な波長のみが選択透過できる狭帯域フィルタ部と、該狭帯域フィルタ部からの光信号を電気信号に変換、増幅し外部からの信号により利得が変化する利得可変型光検出処理部と、該利得可変型光検出処理部からの電気信号を波長または波長のシフト量のいずれかに変換する波長計算処理部と、上記狭帯域フィルタ部の透過信号の波長を制御する波長走査制御部と、上記波長計算処理部の波長信号から上記利得可変型光検出処理部に利得を可変させる信号を発生する利得調整部とを備えた波長検出装置である。
【００２２】
第２の発明は、上記波長計算処理部は、信号の最大値を検出するための平滑化微分フィルタ部と、上記平滑化微分フィルタ部から出力される信号から演算に必要なデータ部分を設定する演算区間設定部と、該演算区間設定部から出力される信号から波長または波長のシフト量のいずれかに演算処理する計算処理部とを備えたものである。
【００２３】
第３の発明は、上記利得調整部は、上記利得調整部の入力信号がゼロクロスレベル点を発生した場合に、上記利得可変型光検出処理部に利得を下げるための制御信号を一定時間送出するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、隣接したＦＢＧ反射光の波長検出が可能な波長検出装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２６】
本発明の好適実施の形態を示す波長検出装置の一構成例について、図１を用いて説明する。
【００２７】
図示したように波長検出装置１は、必要な波長のみが選択透過できる狭帯域フィルタ部１０１と、狭帯域フィルタ部１０１からの光信号を電気信号に変換して電力増幅する利得可変型光検出処理部１０２と、利得可変型光検出処理部１０２からの電気信号を波長または波長のシフト量のいずれかに変換する波長計算処理部１０３と、狭帯域フィルタ部１０１に対して適切な波長区間を一定波長間隔で波長走査制御するための制御信号を発する波長走査制御部１０４と、利得可変型光検出処理部１０２に利得を可変させる利得制御信号を出力する利得調整部１０８とから構成されている。
【００２８】
波長計算処理部１０３は、信号の最大値を検出するための平滑化微分フィルタ部１０５と、平滑化微分フィルタ部１０５から出力される信号に演算に必要なデータ区間部分を設定する演算区間設定部１０６と、演算区間設定部１０６から出力される信号から波長または波長のシフト量のいずれかに演算処理する計算処理部１０７とを備えて構成される。
【００２９】
このような構成からなる波長検出装置１は、次のように接続されている。
【００３０】
狭帯域フィルタ部１０１の出力端は、利得可変型光検出処理部１０２の入力端に接続され、利得可変型光検出処理部１０２の出力端は、波長計算処理部１０３の平滑化微分フィルタ部１０５の入力端に接続されている。平滑化微分フィルタ部１０５の出力端は、演算区間設定部１０６の入力端に接続され、演算区間設定部１０６の出力端は、計算処理部１０７の入力端に接続されている。
【００３１】
波長計算処理部１０３の出力端は、波長走査制御部１０４の入力端に接続され、波長走査制御部１０４の出力端は、狭帯域フィルタ部１０１の制御端に接続されている。演算区間設定部１０６の他の出力端は、利得調整部１０８の入力端に接続され、利得調整部１０８の出力端は利得可変型光検出処理部１０２の利得制御端に接続されている。
【００３２】
狭帯域フィルタ部１０１は、一般的にはバンドパスフィルタとも呼ばれており、機能的には必要な波長の光のみが選択透過する干渉型の波長フィルタである。
【００３３】
利得可変型光検出処理部１０２は、入射した光信号が光−電気信号に変換される図示しない光電変換器と、光電変換器で変換された電気信号を増幅するための図示しない電力増幅器を内包して形成され、入射した光信号を光電変換した後、この光電変換された信号を増幅する光検出処理を行うためのものである。
【００３４】
波長走査制御部１０４は、ＦＢＧからの反射光に対して適切な波長区間を一定波長間隔で波長走査制御させるように、狭帯域フィルタ部１０１に制御信号を発し、狭帯域フィルタ部１０１における透過波長を制御するためのものである。
【００３５】
平滑化微分フィルタ部１０５は、入力した信号の最大値を検出するための平滑化微分を行うものである。
【００３６】
演算区間設定部１０６は、入力した信号に対して演算に必要なデータ部分を設定するための演算区間を設けるためのものであり、この演算区間設定部１０６の出力信号は計算処理部１０７及び利得調整部１０８に送出される。
【００３７】
計算処理部１０７は、入力した信号のデータを加重平均計算してデータの平均値を求める演算処理を行うためのものである。
【００３８】
利得調整部１０８は、利得調整部１０８に入力する入力信号がゼロクロスレベル点を発生した場合または演算区間設定部１０６の出力信号がゼロクロスレベル点を発生した場合に、利得可変型光検出処理部１０２に対して利得を下げるための制御信号を一定時間送出するためのものである。
【００３９】
このような波長検出装置１は、図２に示すようなＦＢＧ反射波長計測システムに接続され用いられる。
【００４０】
ＦＢＧ反射波長計測システムは、光を発光する光源３１と、通過する光を所定の方向に出力する光サーキュレータ３２と、光ファイバ３５に一定間隔で回折格子が設けられたＦＢＧ３３と、ＦＢＧ３３で反射した光の波長を測定する波長検出装置１を備えて構成される。
【００４１】
光源３１の出力端は、光サーキュレータ３２の一端に接続され、光サーキュレータ３２の他端は、ＦＢＧ３３が設けられた光ファイバ３５に接続されている。光サーキュレータ３２の更に他の一端は、波長検出装置１に接続されている。
【００４２】
次にこのＦＢＧ反射波長計測システムの波長検出方法について説明する。
【００４３】
光源３１は、ＦＢＧ３３の反射波長をカバーするスペクトル幅の広い発光素子が用いられており、この光源３１からの出射光は光サーキュレータ３２を経由して光ファイバ３５及びＦＢＧ３３に伝送される。
【００４４】
ＦＢＧ３３に到達した光信号は、ＦＢＧ３３に設けられた回折格子に対応した波長の光のみを反射し他の波長の光信号は透過する。反射した波長のＦＢＧ反射光は、光サーキュレータ３２を通り波長検出装置１に伝送される。波長検出装置１では、到達した光信号を電気信号に変換して、この変換後の電気信号の信号処理を行い、到達した光信号の波長を算出する。
【００４５】
次に波長検出装置１の動作について図１、２により説明する。
【００４６】
光ファイバ３５に設けられたＦＢＧ３３で反射したＦＢＧ反射光は、狭帯域フィルタ部１０１に入射し、狭帯域フィルタ部１０１では必要な波長の光のみが選択され透過する。
【００４７】
狭帯域フィルタ部１０１を透過したＦＢＧ反射光は、図示しない光電変換器やこの光電変換器で変換された電気信号を増幅する図示しない電力増幅器などが内包された利得可変型光検出処理部１０２に入射され、入射されたＦＢＧ反射光は電気信号に変換、増幅され、ＦＢＧ反射光の光強度に対応した強度値のデータとして平滑化微分フィルタ部１０５に出力される。
【００４８】
平滑化微分フィルタ部１０５に出力される強度値のデータをプロットしてみると、ＦＢＧ反射光の波長のスペクトラムに近似した形状をしており、これらの強度値のデータを平滑化微分フィルタ部１０５を通して波長により平滑化微分すると、ＦＢＧ反射光の光強度データに対する微係数値データが得られる。
【００４９】
この得られた微係数値データに対して演算区間設定部１０６では、予め設定した閾値内の領域を探索して、探索の結果得られたデータを計算処理部１０７及び利得調整部１０８に出力する。
【００５０】
計算処理部１０７では、演算区間設定部１０６で決定した適切な演算区間内から光強度値と走査波長値のデータとを抽出する。
【００５１】
そして、これら光強度値と波長値のデータの加重平均計算をして反射光の中心波長を求めるか、或いはこれら走査波長値のデータの加重平均計算をして波長シフト量を求める。
【００５２】
また、演算区間設定部１０６で得られ利得調整部１０８に入力する信号がゼロクロスレベル点を発生している場合には、利得可変型光検出処理部１０２の利得を下げるための制御信号を一定時間利得可変型光検出処理部１０２に対して送出する。
【００５３】
利得調整部１０８から利得を下げるための制御信号を受けた利得可変型光検出処理部１０２は、利得が０またはマイナスになり、利得可変型光検出処理部１０２の出力は、低減するか０になる。
【００５４】
この作用のため、従来隣接した波長の信号が重なって入力した場合に波長検出ができなかったものが、図３に示すような動作により波長検出が可能となる。
【００５５】
図３（ａ）は、波長検出装置の狭帯域フィルタ部を通過した反射光を示す信号波形図である。図３（ｂ）は、波長検出装置の利得可変型光検出処理部の出力信号を示す信号波形図である。図３（ｃ）は、波長検出装置の平滑化微分フィルタ部の出力信号を示す信号波形図である。
【００５６】
ＦＢＧ反射光のスペクトルの隣接間隔が狭くなると、図３（ａ）に示すようにこの隣接した反射波長を有する２つの信号波形Ｗ１、Ｗ２が重なる。これらの重なった信号波形Ｗ１、Ｗ２は、利得可変型光検出処理部１０２に入射するが、反射波長の信号波形Ｗ１、Ｗ２が重なっていることで既に入射された波長の信号波形Ｗ１により、利得調整部１０８に入力されたデータは処理され、信号波形Ｗ１があることが分かる。この信号波形Ｗ１があることの判定により、続いて隣接した波長の信号波形Ｗ２が入射されたときに利得調整部１０８は、利得可変型光検出処理部１０２の利得を下げるための制御信号を一定時間だけ利得可変型光検出処理部１０２に対して送出する。
【００５７】
利得調整部１０８から利得を下げるための制御信号を受けた利得可変型光検出処理部１０２からの出力信号は、低減するか０になる。この出力信号が図３（ｂ）に示す出力波形である。図を見ると分かるように、図３（ａ）で重なった隣接した波長間の信号波形Ｗ１、Ｗ２は、利得可変型光検出処理部１０２の利得低減により、図３（ｂ）では重ならず隣接した波長間に隙間が生じ、２つの波長の信号（基の信号は、信号波形Ｗ１、Ｗ２である）が入力したことが分かる。
【００５８】
これらの２つの波長の信号が次に平滑化微分フィルタ部１０５に入力されて処理されると、図３（ｃ）に示すように平滑化微分フィルタ部１０５ではゼロクロスレベルを領域Ｚ１〜Ｚ３で各々横切るため、演算区間設定部１０６において各々演算を行う区間を設定でき、従来できなかった隣接した反射波長の波長検出が可能となる。
【００５９】
また、このように重なった信号波形Ｗ１、Ｗ２の各々の波長検出ができるため、波長隣接波長間隔を狭めることができるようになり、従来よりも測定する波長の数を増やすことができる。
【００６０】
以上説明したように従来の波長計測装置３０４の代わりに波長検出装置１を用いることによって、波長検出装置１は、利得可変型光検出処理部１０２の利得を調整するための利得調整部１０８を設け、利得可変型光検出処理部１０２の利得を利得調整部１０８により調整することにより、波長の隣接した重なったＦＢＧ反射光信号（信号波形Ｗ１、Ｗ２）が入射した場合でも、利得可変型光検出処理部１０２から出力される信号は重ならなくなり、隣接した波長間に隙間が生じる。
【００６１】
これらの２つの波長の信号が平滑化微分フィルタ部１０５に入力されて処理され、処理された信号はゼロクロスレベルを横切るため、演算区間設定部１０６において演算を行う区間を設定でき、従来できなかった波長検出が可能となる優れた効果を得られる。
【００６２】
また、波長隣接波長間隔を狭めることができるようになり、従来よりも測定する波長の数を増やすことができる優れた効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態である波長検出装置を示すブロック図である。
【図２】波長検出装置を接続したＦＢＧ反射波長測定システムを示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施の形態である波長検出装置の狭帯域フィルタ部を通過した反射光を示す信号波形図である。図３（ｂ）は、波長検出装置の利得可変型光検出処理部の出力信号を示す信号波形図である。図３（ｃ）は、波長検出装置の平滑化微分フィルタ部の出力信号を示す信号波形図である。
【図４】ＦＢＧ反射波長測定システムを示すブロック図である。
【図５】従来の波長計測装置を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）は、従来の波長計測装置の狭帯域フィルタ部を通過した反射光を示す信号波形図である。図６（ｂ）は、光検出処理部の出力信号を示す信号波形図である。図６（ｃ）は、平滑化微分フィルタ部の出力信号を示す信号波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  波長検出装置
３１  光源
３２  光サーキュレータ
３３  ＦＢＧ
３５  光ファイバ
１０１  狭帯域フィルタ部
１０２  利得可変型光検出処理部
１０３  波長計算処理部
１０４  波長走査制御部
１０５  平滑化微分フィルタ部
１０６  演算区間設定部
１０７  計算処理部
１０８  利得調整部
３０１  光源
３０２  光サーキュレータ
３０３  ＦＢＧ
３０４  波長計測装置
４０１  狭帯域フィルタ部
４０２  光検出処理部
４０３  波長計算処理部
４０４  波長走査制御部
４０５  平滑化微分フィルタ部
４０６  演算区間設定部
４０７  計算処理部
Ｗ１〜Ｗ４  信号波形
Ｚ１〜Ｚ６  領域
【図１】
2006023111.tif 000003
【図２】
2006023111.tif 000004
【図３】
2006023111.tif 000005
【図４】
2006023111.tif 000006
【図５】
2006023111.tif 000007
【図６】
2006023111.tif 000008