(57)【要約】【課題】ＦＢＧセンサを用いた長距離伝送において支配的な雑音となるレイリー散乱光を除去し、長距離伝送においても測定精度の維持を可能としたシステムを提供する。【解決手段】広帯域光源からの入力光が往路伝送部を伝送し光サーキュレータを介してＦＢＧセンサに入力する。ＦＢＧセンサは入力光に対し荷重に応じて周波数変動した光を反射する。この反射光は光サーキュレータを介して復路伝送部に入力して伝送し、波長検出器で反射光の波長が検出される。ここで光サーキュレータは可能な限りＦＢＧセンサの近傍に設置されるため、往路伝送部で発生したレイリー散乱光は復路伝送部へは進入せず、純粋な信号光のみを伝送することとなる。そして波長検出器では雑音のない信号光を検出することができる。【選択図】      図１
2004334712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を伝送する第１の伝送路と、
荷重に応じて周波数変動した反射光を出力するＦＢＧセンサと、
前記ＦＢＧセンサからの反射光を伝送する第２の伝送路と、
一端からは前記入力光が入力して他端へ伝送し、該他端からは前記反射光が入力して該一端へ伝送し、該他端がＦＢＧセンサに接続された第３の伝送路と、
前記第１の伝送路及び前記第２の伝送路及び前記第３の伝送路に接続され、該第１の伝送路からの入力光を該第３の伝送路へ伝送し、該第３の伝送路からの反射光を該第２の伝送路へ伝送する光サーキュレーターとを備え、
前記光サーキュレータを前記ＦＢＧセンサの近傍に設けたことを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項２】
入力光に対し荷重に応じて周波数変動した反射光を出力する第１及び第２のＦＢＧセンサと、
一端からは前記入力光が入力して他端へ伝送し、該他端からは前記反射光が入力して該一端へ伝送する第１及び第２の伝送部と、
一端からは前記入力光が入力して他端へ伝送し、該他端からは前記反射光が入力して該一端へ伝送し、該他端がそれぞれ第１及び第２のＦＢＧセンサに接続された第３及び第４の伝送部と、
前記第１及び第２の伝送部の他端と前記第３及び第４の伝送部の一端とに接続され、該第１の伝送路からの入力光を該第３の伝送路へ、該第２の伝送路からの入力光を該第４の伝送路へ、該第３の伝送路からの反射光を該第２の伝送路へ、該第４の伝送路からの反射光を該第１の伝送路へ伝送する光サーキュレーターとを備え、
前記光サーキュレータを前記第３及び第４の伝送路の近傍に設けたことを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項３】
各々が一端より光信号を入力して他端へ伝送する第１乃至第３の伝送路と、
前記第１乃至第３の伝送路のそれぞれに設けられ、各々が予め定めた特定波長の光信号に対して荷重に応じて周波数変動した反射光を出力すると共にそれ以外の波長の光信号をそのまま伝送するＦＢＧセンサと、
前記第１乃至第３の伝送路のそれぞれの他端に共通に接続され、前記第１乃至第３の伝送路の一の伝送路より光信号を受け入れて他の一の伝送路へと光信号を伝送し、該伝送路に設けたＦＢＧセンサで反射された反射光を残りの伝送路へと伝送する光サーキュレータを備え、
前記ＦＢＧセンサをそれぞれ前記光サーキュレータの近傍に配置し、
前記第１乃至第３の伝送路のそれぞれの一端よりＦＢＧセンサに応じて前記反射光を形成する所定周波数の光信号を入力し、互いに異なる伝送路から前記反射光を出力させることを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項４】
入力光に対し荷重に応じて周波数変動した反射光を出力するＦＢＧセンサと、
一端から前記入力光が入力して他端へ伝送し、該他端から前記反射光が入力して該一端へ伝送する第１の伝送路と、
一端から前記入力光が入力して他端へ伝送し、該他端から前記反射光が入力して該一端へ伝送し、該他端が前記ＦＢＧセンサに接続された第２の伝送路と、
前記入力光に対しては前方励起ラマン増幅を行い、前記反射光に対しては後方励起ラマン増幅を行う励起光を出力するポンプ光源と、
前記第１の伝送路の他端及び前記第２の伝送路の一端及び前記ポンプ光源の出力端と接続され、該第１の伝送路からの入力光及び前記励起光を該第２の伝送路へ伝送し、該第２の伝送路からの反射光を該第１の伝送路へ伝送する光サーキュレータとを備えたことを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項５】
請求項４記載の長距離伝送システムおいて、前記第２の伝送路であって前記ＦＢＧセンサの近傍の一部をエルビウムドープファイバで構成することを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項６】
一端からの入力光に対しては荷重に応じて周波数が変動した反射光を出力し、他端からの入力光に対しては透過するＦＢＧセンサと、
一端から前記入力光を入力して他端へ伝送し、他端から前記反射光を入力して一端へ伝送し、該他端が前記ＦＢＧセンサの一端に接続された伝送路と、
前記反射光に対して前方励起ラマン増幅を行い、前記入力光に対して後方励起ラマン増幅を行う励起光を出力するポンプ光源とを備え、
前記ポンプ光源の出力端を前記ＦＢＧセンサの他端に接続することを特徴とする長距離伝送システム。
【請求項７】
一端からの入力光に対しては荷重に応じて周波数が変動した反射光を出力し、他端からの入力光に対しては透過するＦＢＧセンサを伝送路上に直列に配置し、該伝送路の入力端側に前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長を検出する波長検出部を設け、
各前記ＦＢＧセンサから出力される反射光の出力レベルが前記波長検出部においてそれぞれ等しくなるよう各該ＦＢＧセンサの反射率を設定したことを特徴とする長距離伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：以下ＦＢＧと呼ぶ）を用いた光ファイバセンサに関するものであり、従来のＦＢＧ光ファイバセンサに対して長距離計測を可能とするシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバセンサは、圧電子を用いたセンサに対し、センサ部分に電源を必要としないため電磁誘導による影響をほとんど受けず、また光伝送が低損失であるとともに、１本の光ファイバの中に複数の信号を送信することが出来るため、長距離かつ大規模な多点計測に対して非常に有効である。この光ファイバセンサの特徴を生かした製品としては、水中で用いられる音響センサや、海底に設置されて海底の揺れを検出する加速度センサ等がある。
また、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下ＷＤＭと呼ぶ）光通信用デバイスとして急速に普及しているＦＢＧは、使用する波長が複数の中から選べること、小型で低損失であること、さらにはコストが安いといった利点を備えており、最近では上記の光ファイバセンサで用いられるデバイスとして大いに注目されている。
【０００３】
ここで、ＦＢＧの反射波長について説明する。
ＦＢＧの反射波長（λＢ）は、コアの実効屈折率を（ｎｅｆｆ）、ＦＢＧの格子間隔を（Λ）とおくと、
【０００４】
【数１】
2004334712.tif 000003
で与えられ、外部の温度・変位・圧力などによりＦＢＧに歪みが加わると、１５５０ｎｍ帯域においては、約１．２［ｐｍ／με］の歪み感度で反射波長がシフトする。
【０００５】
次に、ＦＢＧセンサを用いた波長検出型の長距離伝送測定システムの構成を図８に示す。
光ファイバ１０ｂ１を介して広帯域光源１０ａと光サーキュレータ１０ｃ、光ファイバ１０ｂ２を介して光サーキュレータ１０ｃと波長検出器１０ｄ、光ファイバ１０ｂ３を介して光サーキュレータ１０ｃとＦＢＧセンサ群１０ｅが接続されている。ここで、広帯域光源１０ａはスペクトル幅が３０ｎｍであり、光源として自発放射光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：以下ＡＳＥと呼ぶ）、端面発光ＬＥＤ（Ｅｄｇｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ：以下ＥＬＥＤと呼ぶ）、あるいはスーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下ＳＬＥＤと呼ぶ）などが一般的に使われる。光ファイバ１０ｂ３は長距離伝送路用として数ｋｍ以上の長さを有している。
【０００６】
光サーキュレータ１０ｃは入力された信号を一つとなりのポートから出力するものである。図８においては一つ右のポートから出力されている。ＦＢＧセンサ群１０ｅには、ＷＤＭ方式で多重化するため、それぞれ反射波長が異なり半値全幅が０．２ｎｍの挟帯域ＦＢＧを用いた複数のＦＢＧセンサ１０ｅ１、１０ｅ２・・・が備えられている。そして夫々のセンサ間は光ファイバ１０ｂ４、１０ｂ５・・・により接続されている。波長検出器１０ｄには高精度測定用として、ＷＤＭ光通信部品の特性評価に用いられる多波長計（Ｍｕｌｔｉ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｍｅｔｅｒ：以下ＭＷＭ）等が使用される。
【０００７】
次いで、測定時の動作について説明する。光源１０ａから特定のスペクトル幅をもったスペクトル信号光が出力されると、各光ファイバ及びサーキュレータ１０ｃを介してスペクトル信号光がＦＢＧセンサ群１０ｅに入力する。そして夫々のセンサにおいて、入力した光信号についてのある一定パワーはそのまま通過し、残りのパワー分については反射し信号として出力される。この出力信号は、ＦＢＧセンサにおいて測定物理量が検出されていない場合には、予めＦＢＧセンサ毎の決まった波長となるが、測定物理量が検出されるとその量に応じて波長がシフトする。そして出力信号は各光ファイバ及び光サーキュレータ１０ｃを介して波長検出器１０ｄに入力され、波長のシフト量からＦＢＧセンサに加わった測定物理量が算出される。
【０００８】
このように複数のＦＢＧセンサに対し異なる波長帯域を割り振ると、ＷＤＭ方式で多重化することができ、多点計測を可能とした測定システムを提供することが出来る。同様のシステムとして、例えば特開２０００−１８０２７０号公報には波長帯域が異なる複数のＦＢＧセンサを用いた測定システムの構成が記載されている。
【０００９】
【先行文献１】
特開２０００−１８０２７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＢＧセンサを用いて長距離伝送を行う場合には、距離が長くなるほどレイリー散乱光による雑音が大きくなるという課題がある。図９は従来のＦＢＧセンサを用いた測定システムにおける、レイリー散乱光による雑音発生の様子を示したものである。なお、同図は図８と同一の構成であるため、記号についての詳細な説明は省略する。
【００１１】
広帯域光源１１ａからＦＢＧセンサ１１ｅにスペクトル信号光が送られると、光が進む方向とは反対方向、図９ではＦＢＧセンサ１１ｅ１から光サーキュレータ１１ｃの方向に向けてスペクトル信号光と同一波長のレイリー散乱光が発生する。また図示していないが、ＦＢＧセンサ１１ｅから出力される光信号に対しても、反対方向に同一波長のレイリー散乱光が発生する。光信号が一方向にのみ送信される場合にはレイリー散乱光による影響は生じないが、双方向に送信される場合には、ＦＢＧセンサからの信号光にレイリー散乱光が重なってしまい、正確な信号の検出が困難になる。この現象は伝送距離が長くなるほどＦＢＧセンサからの信号光とレイリー散乱光とのレベル差が小さくなるため、顕著となっている。
【００１２】
光源１１ａから入射パワーｌｉｎの連続光をＬ［ｋｍ］の伝送路に入射した場合、全伝送路から波長検出器１１ｄへと戻ってくるレイリー散乱光の総パワーＩＲは、
【００１３】
【数２】
2004334712.tif 000004
で与えられる。ここで、Ｓはレイリー・キャプチャー係数、αは途中経路における光ファイバによる伝送損失を表し、通常の分散シフトファイバにおいてＳ＝０．００２２、α＝０．２５［ｄＢ／ｋｍ］である。一方、信号光のパワーは、往復２Ｌ［ｋｍ］の伝送損失を受けるので、波長検出器１１ｄへと戻ってくる信号光パワーＩｏｕｔは
【００１４】
【数３】
2004334712.tif 000005
となる。レイリー散乱光による雑音（以下、レイリー散乱雑音と呼ぶ）に対するＳＮＲをＳＮＲＲＳ＝Ｉｏｕｔ／ＩＲＳと定義すると、
【００１５】
【数４】
2004334712.tif 000006
となる。ここで、伝送距離５０ｋｍまでのＳＮＲＲＳの計算結果を図１０に示す。これを見ると長距離伝送化に伴い、ＳＮＲが著しく劣化するのが分かる。ＳＮＲが劣化するとＦＢＧセンサからの信号を波長検出器で検出する際に入力された信号光がＦＢＧセンサからのものか、レイリー散乱光によるものかの区別がつかなくなってしまい、測定精度についてもレイリー散乱雑音のＳＮＲと共に劣化していく。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、入力光を伝送する第１の伝送路と、荷重に応じて周波数変動した光を反射するＦＢＧセンサと、ＦＢＧセンサからの反射光を伝送する第２の伝送路と、一端からは入力光が入力して他端へ伝送し、他端からは反射光が入力して一端へ伝送し、他端がＦＢＧセンサに接続された第３の伝送路と、第１の伝送路及び第２の伝送路及び第３の伝送路に接続され、第１の伝送路からの入力光を第３の伝送路へ伝送し、第３の伝送路からの反射光を第２の伝送路へ伝送する光サーキュレーターとを備え、光サーキュレータをＦＢＧセンサの近傍に設けたことを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００１７】
また本発明は、入力光に対し荷重に応じて周波数変動した光を反射する第１及び第２のＦＢＧセンサと、一端からは入力光が入力して他端へ伝送し、他端からは反射光が入力して一端へ伝送する第１及び第２の伝送部と、一端からは入力光が入力して他端へ伝送し、他端からは反射光が入力して一端へ伝送し、他端がそれぞれ第１及び第２のＦＢＧセンサに接続された第３及び第４の伝送部と、第１及び第２の伝送部の他端と第３及び第４の伝送部の一端とに接続され、第１の伝送路からの入力光を第３の伝送路へ、第２の伝送路からの入力光を第４の伝送路へ、第３の伝送路からの反射光を第２の伝送路へ、第４の伝送路からの反射光を第１の伝送路へ伝送する光サーキュレーターとを備え、前記光サーキュレータを第３及び第４の伝送路の近傍に設けたことを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００１８】
また本発明は、各々が一端より光信号を入力して他端へ伝送する第１乃至第３の伝送路と、第１乃至第３の伝送路のそれぞれに設けられ、各々が予め定めた特定波長の光信号に対して荷重に応じて周波数変動した光を反射すると共にそれ以外の波長の光信号をそのまま伝送するＦＢＧセンサと、第１乃至第３の伝送路のそれぞれの他端に共通に接続され、第１乃至第３の伝送路の一の伝送路より光信号を受け入れて他の一の伝送路へと光信号を伝送し、伝送路に設けたＦＢＧセンサで反射された反射光を残りの伝送路へと伝送する光サーキュレータを備え、ＦＢＧセンサをそれぞれ光サーキュレータの近傍に配置し、第１乃至第３の伝送路のそれぞれの一端よりＦＢＧセンサに応じて反射光を形成する所定周波数の光信号を入力し、互いに異なる伝送路から反射光を出力させることを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００１９】
また本発明は、入力光に対し荷重に応じて周波数変動した光を反射するＦＢＧセンサと、一端から入力光が入力して他端へ伝送し、他端から反射光が入力して一端へ伝送する第１の伝送路と、一端から入力光が入力して他端へ伝送し、他端から反射光が入力して一端へ伝送し、他端がＦＢＧセンサに接続された第２の伝送路と、入力光に対しては前方励起ラマン増幅を行い、前記反射光に対しては後方励起ラマン増幅を行う励起光を出力するポンプ光源と、第１の伝送路の他端及び第２の伝送路の一端及び前記ポンプ光源の出力端と接続され、第１の伝送路からの入力光及び励起光を第２の伝送路へ伝送し、第２の伝送路からの反射光を第１の伝送路へ伝送する光サーキュレータとを備えたことを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００２０】
また本発明は、上記解決手段において、第２の伝送路であってＦＢＧセンサの近傍の一部をエルビウムドープファイバで構成することを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００２１】
また本発明は、一端からの入力光に対しては荷重に応じて周波数が変動した光を反射し、他端からの入力光に対しては透過するＦＢＧセンサと、一端から入力光を入力して他端へ伝送し、他端から反射光を入力して一端へ伝送し、他端がＦＢＧセンサの一端に接続された伝送路と、反射光に対して前方励起ラマン増幅を行い、入力光に対して後方励起ラマン増幅を行う励起光を出力するポンプ光源とを備え、ポンプ光源の出力端をＦＢＧセンサの他端に接続することを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００２２】
また本発明は、入力光に対し荷重に応じて周波数変動した光を反射する複数のＦＢＧセンサを伝送路上に直列に配置し、伝送路の入力端側にＦＢＧセンサからの反射光の波長を検出する波長検出部を設け、各ＦＢＧセンサから出力される反射光の出力レベルが波長検出部においてそれぞれ等しくなるよう各ＦＢＧセンサの反射率を設定したことを特徴とする長距離伝送システムを提供するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の実施の形態を図１により説明する。
光ファイバ１ｂ１を介して光源１ａと光サーキュレータ１ｃ、光ファイバ１ｂ２を介して光サーキュレータ１ｃと波長検出器１ｄ、光ファイバ１ｂ３を介して光サーキュレータ１ｃとＦＢＧセンサ群１ｅが接続されている。ＦＢＧセンサ群では複数のＦＢＧセンサ１ｅ１、１ｅ２・・・が光ファイバ１ｂ４、１ｂ５・・・によって接続されている。そして光ファイバの末端には無反射終端処理部１ｈがあり、ここに入力された光は反射しないようになっている。また、光ファイバ１ｂ１及び光ファイバ１ｂ２は長距離伝送用であるため、長さは数ｋｍから数十ｋｍとなっている。なお、ここでの説明では例えばＦＢＧセンサ１ｅ１と光ファイバ１ｂ３を別の構成として説明しているが、光ファイバ１ｂ３を含めてＦＢＧセンサ１ｅ１と考えても差し支えはない。
【００２４】
１ｇ１はスペクトル信号光、１ｇ２はスペクトル信号光１ｇ１から発生するレイリー散乱光、１ｇ３はＦＢＧセンサ１ｅ１からの信号光、１ｇ４は信号光１ｇ３から発生するレイリー散乱光である。なお、広帯域光源１ａ、波長検出器１ｃ及びＦＢＧセンサ１ｅ１、１ｅ２・・・は従来技術で説明したものと同一なので詳細な説明は省略する。
【００２５】
次に動作について説明する。広帯域光源１ａからスペクトル信号光１ｇ１が出力されると光ファイバ１ｂ１、光サーキュレータ１ｃ、光ファイバ１ｂ３を経由してＦＢＧセンサ群１ｅに入力される。そして複数のＦＢＧセンサ１ｅ１、１ｅ２・・・からはセンサに加えられた物理量に応じた波長の信号光１ｇ３・・・が出力される。そして信号光１ｇ３・・・は光ファイバ１ｂ３、光サーキュレータ１ｃ、光ファイバ１ｂ２を経由して波長検出器１ｃに入力される。
【００２６】
ここで、夫々の信号光から発生したレイリー散乱光に注目してみる。スペクトル信号光１ｇ１から発生したレイリー散乱光１ｇ２は、光ファイバ１ｂ１と光ファイバ１ｂ３の区間において発生する。そして、光ファイバ１ｂ１で発生したレイリー散乱光（１ｇ２１とする）は広帯域光源に向かって進み、光ファイバ１ｂ３で発生したレイリー散乱光（１ｇ２２とする）は波長検出器に向かって進む。また、信号光１ｇ３から発生したレイリー散乱光１ｇ４は波長検出器１ｃに向かって進む。したがって、波長検出器１ｄに到達の可能性があるレイリー散乱光は１ｇ２２のみとなる。ここで、光ファイバ１ｂ３の長さは光ファイバ１ｂ２に比べると非常に短いため、レイリー散乱光１ｇ２２は波長検出器１ｃに到達する前に減衰してしまう。すなわち波長検出器１ｄでは、ＦＢＧセンサ群１ｅからの信号光１ｇ３のみを受光することとなり、長距離伝送であっても測定精度を維持することが出来る。
【００２７】
なお、光ファイバ１ｂ１と光ファイバ１ｂ２が非常に長い場合にはＦＢＧセンサ群１ｅからの信号光１ｇ３も減衰してしまうが、波長検出器１ｄの近傍の光ファイバ１ｂ２上にアンプを設ければ、信号光１ｇ３のみ増幅することが出来る。
【００２８】
次に第２の実施の形態について図２より説明する。光ファイバ２ｂ１を介して広帯域光源２ａと光スイッチ２ｈ１、光ファイバ２ｂ２を介してスイッチ２ｈ１と光サーキュレータ２ｃ１、光ファイバ２ｂ４を介して光サーキュレータ２ｃ１と４ポートサーキュレータ２ｃ３が接続されている。
【００２９】
また、光ファイバ２ｂ５を介して波長検出器２ｄとスイッチ２ｈ２、光ファイバ２ｂ６を介してスイッチ２ｈ２と光サーキュレータ２ｃ２、光ファイバ２ｂ８を介して光サーキュレータ２ｃ２と４ポートサーキュレータ２ｃ３が接続されている。また、光ファイバ２ｂ３を介してスイッチ２ｈ１と光サーキュレータ２ｃ２、光ファイバ２ｂ７を介してスイッチ２ｈ２と光サーキュレータ２ｃ１、光ファイバ２ｂ９を介して４ポートサーキュレータ２ｃ３とＦＢＧセンサ群２ｅ１、光ファイバ２ｂ１０を介して４ポートサーキュレータ２ｃ３と光ファイバセンサ群２ｅ２が接続されている。
【００３０】
なお、広帯域光源２ａ、光サーキュレータ２ｃ１、２ｃ２、ＦＢＧセンサ群２ｅ１、２ｅ２は第１の実施の形態と同じであり、ＦＢＧセンサ群２ｅ１は、ＦＢＧセンサ２ｅ１１、２ｅ１２・・・と無反射終端処理部２ｆ１から構成されている。閉ループ４ポートサーキュレータ２ｃ３はポートに光信号が入力されると、一つ隣に位置するポートから入力された信号光を出力する機能を有している。例えば同図の閉ループ４ポートサーキュレータ２ｃ３において、ｃ１１に入力した光はｃ１４から出力され、ｃ１３から入力した光はｃ１１から出力される。光スイッチ２ｈ１及び光スイッチ２ｈ２は切り替え装置により光が通る経路を切り替えることができ、例えば光スイッチ２ｈ１においては、ＳＷ１１とＳＷ１２を繋ぐ経路、又はＳＷ１１とＳＷ１３を繋ぐ経路のいずれかに切り替えることが出来る。
【００３１】
次に、動作について説明する。本実施の形態は２ラインのＦＢＧセンサ群を交互に測定することが出来る。光スイッチ２ｈ１の経路がＳＷ１１とＳＷ１２であり、光スイッチ２ｈ２の経路がＳＷ２１とＳＷ２３である場合、広帯域光源２ａから出力されたスペクトル信号光は、２ｂ１、２ｈ１、２ｂ２、２ｃ１、２ｂ４、２ｃ３（ｃ１１、ｃ１２）、２ｂ１０を経由してＦＢＧセンサ群２ｅ２に入力する。そして、各ＦＢＧセンサから信号光が出力されると、この信号光は２ｂ１０、２ｃ３（ｃ１２、ｃ１３）、２ｂ８、２ｃ２、２ｂ６、２ｈ２、２ｂ５を経由して波長検出器に入力される。この場合、波長検出器２ｄに到達する可能性があるレイリー散乱光は、往路の光ファイバ２ｂ１０で発生したものであるが、光ファイバ長が短く、また波長検出器から充分離れているため波長検出器２ｄまでは届かない。したがって、波長検出器２ｄではレイリー散乱光が取り除かれたＦＢＧセンサ群２ｅ２からの信号光のみを受光することができる。
【００３２】
また、光スイッチ２ｈ１の経路がＳＷ１１とＳＷ１３、光スイッチ２ｈ２の経路がＳＷ２１とＳＷ２２である場合には、広帯域光源２ａから出力されたスペクトル信号光は、２ｂ１、２ｈ１、２ｂ３、２ｃ２、２ｂ８、２ｃ３（ｃ３１、ｃ３４）、２ｂ９を経由してＦＢＧセンサ群２ｅ１に入力する。そして、各ＦＢＧセンサから信号光が出力されると、この信号光は２ｂ９、ｃ１４、２ｃ３（ｃ１１、ｃ１４）、２ｂ４、２ｃ１、２ｂ７、２ｈ２、２ｂ５を経由して波長検出器に入力される。この場合も波長検出器２ｄに到達する可能性があるレイリー散乱光は、往路の光ファイバ２ｂ９で発生したものであるが、光ファイバ長が短く、また波長検出器から充分離れているため波長検出器２ｄまでは届かない。したがって、波長検出器２ｄではレイリー散乱光が取り除かれたＦＢＧセンサ群２ｅ１からの信号光のみを受光することができる
【００３３】
次に第３の実施の形態について図３より説明する。光ファイバ３ｂ１を介して広帯域光源３ａと分波器３ｉ１、光ファイバ３ｂ２を介して分波器３ｉ１と第１の光サーキュレータ３ｃ１、光ファイバ３ｂ３を介して分波器３ｉ１と第２の光サーキュレータ３ｃ２、光ファイバ３ｂ４を介して分波器３ｉ１と第３の光サーキュレータ３ｃ３、光ファイバ３ｂ５を介して第１の光サーキュレータ３ｃ１と第２のＦＢＧセンサ群３ｅ２、光ファイバ３ｂ６を介して第２の光サーキュレータ３ｃ２と第３のＦＢＧセンサ群３ｅ３、光ファイバ３ｂ７を介して第３の光サーキュレータ３ｃ３と第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１が接続されている。
【００３４】
また、光ファイバ３ｂ８を介して第１の波長フィルタ３ｊ１と第２の光サーキュレータ３ｃ２、光ファイバ３ｂ９を介して第２の波長フィルタ３ｊ２と第３の光サーキュレータ３ｃ３、光ファイバ３ｂ１０を介して第３の波長フィルタと第１の光サーキュレータ３ｃ１、光ファイバ３ｂ１１を介して第２のＦＢＧセンサ群３ｅ２と第４の光サーキュレータ３ｃ４、光ファイバ３ｂ１３を介して第３のＦＢＧセンサ群３ｅ３と第４の光サーキュレータ３ｃ４、光ファイバ３ｂ１２を介して第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１と第４の光サーキュレータ３ｃ４が接続されている。
【００３５】
また光ファイバ３ｂ１４を介して第１の波長フィルタと合波器３ｉ２、光ファイバ３ｂ１５を介して第２の波長フィルタと合波器３ｉ２、光ファイバ３ｂ１６を介して第３の波長フィルタと合波器３ｉ２、光ファイバ３ｂ１７を介して合波器３ｉ２と波長検出器３ｄが接続されている。
【００３６】
広帯域光源３ａ、光サーキュレーター３ｃ１、３ｃ２、３ｃ３は第１の実施例と同様のものである。光サーキュレータ３ｃ４は閉ループ３ポートサーキュレーターであり、入出力ポート数は３、入力した光信号は入力ポートから一つ隣に位置したポートから出力される。図３においては右隣となっている。分波器３ｉ１は入力したスペクトル信号光をある特定の周波数帯域毎に分割し３方向へ出力するものであり、第１の帯域光は光ファイバ３ｂ２へ、第２の帯域光は３ｂ３へ、第３の帯域光は３ｂ４へと出力される。
【００３７】
合波器３ｉ２は３方向から入力された、異なる周波数帯域からなる信号光を合波し出力するものである。波長フィルタ３ｊ１、３ｊ２、３ｊ３はある周波数帯域をもった入力光に対し、周波数が予め定められた特定範囲内の光のみ出力するものである。ＦＢＧセンサ群は入力するスペクトル信号光に対し反射する周波数の帯域が夫々異なっており、第１のセンサ群３ｅ１では第１の帯域光のみを、第２のセンサ群３ｅ２では第２の帯域光のみを、第３のセンサ群３ｅ３では第３の帯域光のみを反射する。
【００３８】
次に動作について説明する。広帯域光源３ａから出力されたスペクトル信号光は、分波器３ｉ１において３種の波長帯毎に分割され、それぞれ光ファイバ３ｂ２，３ｂ３、３ｂ４へ出力される。３ｂ２に出力されたスペクトル信号光は３ｃ１、３ｂ５を経由して第２のＦＢＧセンサ群３ｅ２に入力する。ここで、第２のＦＢＧセンサ群におけるＦＢＧセンサは第２の帯域光のみを反射するため入力したスペクトル項はそのまま通過する。そして、光ファイバ３ｂ１１、光サーキュレータ３ｃ４、光ファイバ３ｂ１２経由し、第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１に入力する。第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１では第１の帯域光に対して測定物理量に応じた信号光が出力される。出力された信号光は光ファイバ３ｂ１２、光サーキュレータ３ｃ４、光ファイバ３ｂ１３を経由して第３のＦＢＧセンサ群に入力される。第３のＦＢＧセンサ群では第３の帯域光のみを反射するので入力した信号光はそのまま通過し、光ファイバ３ｂ６、光サーキュレータ３ｃ２、光ファイバ３ｂ８を経由して波長フィルタ３ｊ１に入力する。そして、予め定められた帯域のみの信号光を抽出、出力し、光ファイバ３ｂ１４を経由して合波器３ｉ２に入力する。ここでは他のポートから入力された信号光と合波され、この合波光は光ファイバ３ｂ１７を経由して波長検出器３ｂに入力し、第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１での測定物理量が検出される。
【００３９】
また、分波器３ｉ１から光ファイバ３ｂ３に出力されたスペクトル信号光については、３ｃ２、３ｅ３、３ｃ４、３ｅ２、３ｃ４、３ｅ１、３ｃ３、３ｊ２、３ｉ２を経由して波長検出器３ｄに入力し、第２のＦＢＧセンサ群３ｅ２での測定物理量が検出される。また、分波器３ｉ１から光ファイバ３ｂ４に出力されたスペクトル信号光については、３ｃ３、３ｅ１、３ｃ４、３ｅ３、３ｃ４、３ｅ２、３ｃ１、３ｊ３、３ｉ２を経由して波長検出器３ｄに入力し、第３のＦＢＧセンサ群３ｅ３での測定物理量が検出される。
【００４０】
ここで第１のセンサ群３ｅ１からの信号光に影響のある波長帯域であって、波長検出器３ｄに到達可能性のあるレイリー散乱光は往路の光ファイバ３ｂ１２で発生したものである。しかし、光ファイバ長が短く、また波長検出器３ｄから充分離れているため途中の経路で減衰し波長検出器３ｄまでは届かない。したがって、波長検出器３ｄではレイリー散乱光が取り除かれた第１のＦＢＧセンサ群３ｅ１からの信号光のみを受光することができる。同様に第２、第３のＦＢＧセンサ群３ｅ２、３ｅ３からの信号光についてもレイリー散乱光が取り除かれた信号光のみを受信することが出来る。
【００４１】
なお、本実施例では、閉ループ３ポートサーキュレータを用いて説明したが、同様の構成でさらに閉ループサーキュレータのポート数を増やしたＦＢＧセンサ群の多重化も可能である。この場合、閉ループサーキュレータのポート数とＦＢＧセンサ群の数が同じとなり、例えば、閉ループ４ポートサーキュレータを用いた場合、４ラインのＦＢＧセンサ群と４本の伝送路光ファイバで構成されることとなる。
【００４２】
次に、第４の実施の形態について図４より説明する。光ファイバ４ｂ１を介して広帯域光源４ａと光サーキュレータ４ｃ１、光ファイバ４ｂ２を介して光サーキュレータ４ｃ１と波長検出器４ｄ、光ファイバ４ｂ３を介して４ｃ１と双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２、光ファイバ４ｂ４を介して双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２とＦＢＧセンサ群４ｅ、光ファイバ４ｂ５を介して双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２とポンプ光源４ｆが接続されている。
【００４３】
広帯域光源４ａ、光サーキュレータ４ｃ１、波長検出器４ｄ、ＦＢＧセンサ群４ｅは第１の実施の形態と同様の構成である。双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２は光ファイバ４ｂ３、４ｂ５からの入力光は光ファイバ４ｂ４に出力し、光ファイバ４ｂ４からの入力光は光ファイバ４ｂ３に出力する。ポンプ光源４ｆは広帯域光源４ａから出力されるスペクトル信号光より約１００ｎｍ短波長のポンプ光を出力する。このポンプ光はスペクトル信号光と同一方向に進んでいる場合には、スペクトル信号光をラマン増幅する前方励起の働きをする。また、スペクトル信号光と逆方向に進んでいる時もスペクトル信号光をラマン増幅する後方励起の働きをする。ただし、前方励起、後方励起共に、ポンプ光源直後では増幅効率は大きいが、離れるに従いラマン増幅にポンプ光パワーが消費され減衰するため、前方励起及び後方励起の効果が得られるのはポンプ光源から数ｋｍの範囲内に限定される。
【００４４】
次に動作について説明する。広帯域光源４ａからスペクトル信号光が出力されると光サーキュレータ４ｃ１、双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２を介して光ファイバ４ｂ４に入力する。また、ポンプ光源４ｆからは一定レベルのポンプ光が出力されると、双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２を介して光ファイバ４ｂ４に入力する。スペクトル信号光は光ファイバ４ｂ４を伝送中、ポンプ光の前方励起によりラマン増幅されＦＢＧセンサ群４ｅに入力する。そしてＦＢＧセンサ群において物理量を検出後、光ファイバ４ｂ４に入力されると、双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２の近傍ではポンプ光の後方励起によりラマン増幅され双方向ＷＤＭカプラ４ｃ２、光サーキュレータ４ｃ１を介して波長検出器４ｄに入力する。
【００４５】
図５はラマンアンプを行った時のレベルダイヤを示したものであり、実線で示してある。なお破線はラマンアンプを使用せず、光源直後にブースターアンプを、検出器直前にプリアンプを設置した場合のレベルダイヤである。ブースターアンプ及びプリアンプを用いた場合は、光源の直後ではブースターアンプにより増幅され、その後は一定割合で減衰し、検出器の直前でプリアンプにより再び増幅されている事が分かる。この場合、レイリー散乱雑音のゲインも信号光と同じゲインで増幅されるため、精度劣化は改善されないままである。一方、ラマンアンプにより増幅を行った場合、往路及び復路ともにポンプ光が届く範囲では信号光が増幅されている事が分かる。この時、レイリー散乱のゲインよりも信号光のゲインの方が大きいため、ラマンアンプゲインを増すほど信号光に対するレイリー散乱雑音の割合を小さくする事ができる。したがって、長距離化に伴う精度劣化を抑える事ができる。
【００４６】
なお、本実施の形態ではポンプ光源からのポンプ光を、双方向ＷＤＭカプラを用いて挿入しているが、ポンプ光源をＦＢＧセンサ群の末端に配置しても同様の効果がえられる。この場合、広帯域光源から出力されるスペクトル信号光に対しては後方励起によって増幅し、ＦＢＧセンサ群から出力される信号光に対しては前方励起により増幅する事となる。
【００４７】
次に第５の実施の形態について図６より説明する。図４の構成に対し、光ファイバ５ｂ５上のＦＢＧセンサ群に近い位置にエルビウムドープファイバ５ｋが挿入されている。エルビウムドープファイバ５ｋはポンプ光の入射により、スペクトル信号光の光パワーを増幅する働きを有している。
【００４８】
続いて動作について説明する。第４の実施の形態と同様に広帯域光源から出力されたスペクトル信号光は光サーキュレーター５ｃ１、双方向ＷＤＭカプラ５ｃ２を介して光ファイバ５ｂ４に入力する。そしてポンプ光の前方励起によって増幅される。ここでポンプ光のパワーは前方励起と共に減衰する事となるが、エルビウムドープファイバはポンプ光が届く所に配置されているので、再び増幅される事となる。増幅後は第４の実施の形態と同様の動作により波長検出器に入力し検出される。
【００４９】
波長検出器の近傍にエルビウムドープファイバが配置されている場合はスペクトル信号光だけではなく、レイリー散乱雑音も増幅されてしまうが、本実施の形態ではＦＢＧセンサ群の直前に配置されているため、スペクトル信号光のみを増幅することとなる。したがって、長距離化に伴う精度劣化を抑える事ができる。
【００５０】
次に第６の実施の形態について説明する。図７は第４の実施の形態と同じ構成で、ＦＢＧセンサ群で用いられている各ＦＢＧセンサの反射率が異なっている場合のレベルダイヤを示したものである。光源から出力されたスペクトル光６ｍ１は伝搬損失によってＦＢＧセンサ６ｅ１に入力時にはレベルが減衰したスペクトル光６ｍ２となる。ＦＢＧセンサ６ｅ１ではスペクトル光６ｍ２に対し、反射した信号光として６ｎ１が、また透過光として６ｍ３が出力される。そして透過したスペクトル光６ｍ３は伝搬損失によりレベル減衰し、ＦＢＧセンサ６ｅ２にはスペクトル６ｍ４が入力する。
【００５１】
ここでＦＢＧセンサ６ｅ１とＦＢＧセンサ６ｅ２の反射率が同じ場合、ＦＢＧセンサ６ｅ１からの信号光は６ｎ１、ＦＢＧセンサ６ｅ２からの信号光は６ｎ３となる。これらの信号光は伝搬中に伝送損失により減衰し、検出器６ａではＦＢＧセンサ６ｅ１から信号光６ｎ１は６ｎ５となり、またＦＢＧセンサ６ｅ２から信号光６ｎ３は６ｎ６となりＦＢＧセンサが広帯域光源の近くに位置するほど、ＦＢＧセンサからの信号光のレベルは大きくなる。この時、信号のレベルの大きさに比例して雑音も大きくなってしまう。図７に示すように信号光６ｎ５の雑音レベルと信号光６ｎ６の信号レベルとの差は６ｏ１となり、場合によって信号が雑音に隠れてしまうクロストーク誤差が発生する場合がある。
【００５２】
一方、ＦＢＧセンサ６ｅ１の反射率をＦＢＧセンサ６ｅ２よりも小さくし、検出器での互いの信号光のレベルが等しくなるようにした場合、ＦＢＧセンサ６ｅ１からの信号光は６ｎ２となる。そして信号光６ｎ２は伝送損失により検出器６ｄでは６ｎ４となる。この場合、信号光６ｎ４の雑音レベルと信号光６ｎ６の信号レベルの差は６ｏ２となり、クロストーク誤差を防ぐことが出来る。
【００５３】
なお、本実施の形態では第４の実施に形態に適用した場合について説明したが、他の実施の形態においても、ＦＢＧセンサの間隔が広い場合には有効である。
【００５４】
【発明の効果】
第１の実施の形態によれば、伝送路上のレイリー散乱光は取り除き、ＦＢＧセンサからの信号光のみを受光することが出来るため、ＦＢＧセンサを長距離計測システム適用しても、測定精度の低下を防ぐことができる。
【００５５】
第２の実施の形態によれば、測定精度が低下すること無くＦＢＧセンサを長距離測定システムに適用可能である。また、第１の実施例に対し、最も長い伝送路光ファイバの数を同様のまま、センサ群を倍にすることができる。また、センサ群がそれぞれ異なる物理量を測定するマルチセンサシステムを提供することが出来る。
【００５６】
第３の実施の形態によれば、測定精度が低下すること無くＦＢＧセンサを長距離測定システムに適用可能である。また、最も長い伝送路光ファイバの数をセンサ群の半分にすることができる。また、センサ群がそれぞれ異なる物理量を測定するマルチセンサシステムを提供することが出来る。
【００５７】
第４の実施の形態によれば、ポンプ光で信号光を前方励起及び後方励起する事で、レイリー散乱雑音よりも信号光を高い割合で増幅する事が出来るので精度劣化を抑える事ができる。
【００５８】
第５の実施例によれば、エルビウムドープファイバにより信号光のみを増幅する事が出来るので、精度劣化を抑える事が出来る。
【００５９】
第６の実施の形態によれば、ＦＢＧセンサの間隔が広い場合においても、クロストーク誤差の発生を抑える事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における構成図
【図２】第２の実施の形態における構成図
【図３】第３の実施の形態における構成図
【図４】第４の実施の形態における構成図
【図５】各増幅方法におけるレベルダイヤ図
【図６】第５の実施の形態における構成図
【図７】第６の実施の形態におけるレベルダイヤ図
【図８】ＦＢＧセンサを用いたシステムの構成図
【図９】レイリー散乱光の発生説明図
【図１０】伝送距離とＳＮＲの関係説明図
【符号の説明】
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、１０ａ、１１ａ：広帯域光源
１ｃ、２ｃ、３ｃ，４ｃ、５ｃ：光サーキュレータ
１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄ、５ｄ、１０ｄ、１１ｄ：波長検出器
１ｅ、２ｅ、２ｅ、３ｅ、３ｅ、４ｅ、５ｅ、６ｅ、１０ｅ、１１ｅ：ＦＢＧセンサ
４ｆ、５ｆ：ポンプ光源
２ｈ：光スイッチ
３ｊ：波長フィルタ
３ｉ１：分波器
３ｉ２：合波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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