(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープ・ブラッグ反射器が組み込まれたライト・ガイド構造を介した光の伝送を確立する方法であって、
前記ライト・ガイド構造の入力端に所定の波長範囲内の光を導くステップであって、ここで前記チャープ・ブラッグ反射器は前記所定の波長範囲内の光を反射することができる、ステップと、
前記ライト・ガイド構造に沿って伝搬させるために、前記ライト・ガイド構造中に縦音響パルスを送り込むステップであって、前記縦音響パルスが、前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記縦音響パルスの位置毎に、前記縦音響パルスを印加しない状態での前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記位置に対応したブラッグ反射波長に対する反射率を変化させるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記縦音響パルスが前記ライト・ガイド構造に沿って伝搬することにより、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期が変化して、前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記縦音響パルスの位置毎に、前記位置に対応した波長の伝送が提供され、それにより、前記チャープ・ブラッグ反射器に沿った前記縦音響パルスの伝搬に応じて、伝送波長の波長スキャンが提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記縦音響パルスが第１のパートおよび第２のパートを有し、前記第１のパートが、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期を一時的に増加させ、かつ、前記第２のパートが、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期を一時的に減少させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記チャープ・ブラッグ反射器の前記縦音響パルスの第１のパートを含む部分が、音響パルスの存在しない非摂動状態において、前記チャープ・ブラッグ反射器の前記縦音響パルスの第２のパートを含む部分より長い格子周期を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ライト・ガイド構造を介して縦音響パルスを送り込むステップが反復して実行され、それにより複数の縦音響パルスが前記ライト・ガイド構造を介して送り込まれ、その複数の縦音響パルスのうちの１つの縦音響パルスのみが、任意の瞬間に前記チャープ・ブラッグ反射器中に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
伝送された光の強度を前記ライト・ガイド構造の出力端で検出するステップであって、特定の瞬時時間に検出される光が特定の波長に対応し、それにより前記ライト・ガイド構造中に導かれた光のパワー・スペクトルを分析することができるステッ
プをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記チャープ・ブラッグ反射器が反射する波長範囲と本質的に同じ波長範囲を通過させる広帯域フィルタによって、前記ライト・ガイド構造中に導かれる光を予備フィルタリングするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記縦音響パルスの第１および第２のパートのいずれか一方が優勢であり、それにより前記縦音響パルスが前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期を主として増加させ、あるいは主として減少させる、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記ライト・ガイド構造が光ファイバのコアである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
光信号のパワー・スペクトルを分析するための構造であって、
入力端部および出力端部を有するライト・ガイド構造と、
入力端部と出力端部の間の前記ライト・ガイド構造中に設けられたチャープ・ブラッグ反射器と、
前記ライト・ガイド構造に接続された音響アクチュエータと、
前記ライト・ガイド構造の出力端部に設けられ、前記チャープ・ブラッグ反射器を透過して前記ライト・ガイド構造の出力端部から出力される光のパワーを検出する検出器
とを備え、前記ライト・ガイド構造の入力端部が、分析すべき光信号を受信するように構成され、前記音響アクチュエータが、縦音響パルスを放出するように動作して前記ライト・ガイド構造に沿って伝搬させ、それによって前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記縦音響パルスの位置毎に、前記縦音響パルスを印加しない状態での前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記位置に対応したブラッグ反射波長に対する反射率を変化させ、前記検出器が、前記チャープ・ブラッグ反射器を介して伝送された光を検出し、かつ、前記光信号のパワー・スペクトルに対応した検出器出力信号を提供するように動作する、光信号のパワー・スペクトルを分析するための構造。
【請求項１１】
前記ライト・ガイド構造の入力端部の前段の光路中に設けられた、前記ライト・ガイド構造に所望の波長範囲の光のみを通過させるように構成された広帯域フィルタをさらに備える、請求項１０に記載の構造。
【請求項１２】
前記広帯域フィルタが、前記チャープ・ブラッグ反射器が反射する波長範囲と本質的に同じ波長範囲を通過させるように構成された、請求項１１に記載の構造。
【請求項１３】
前記音響アクチュエータに接続され、前記音響アクチュエータに駆動パルスを供給するためのロジック・ユニットをさらに備える、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１４】
前記ロジック・ユニットの動作を制御するように構成された処理装置をさらに備える、請求項１３に記載の構造。
【請求項１５】
前記ロジック・ユニットが、検出器出力信号の基本信号分析を実行するように構成された、請求項１３に記載の構造。
【請求項１６】
前記ロジック・ユニットによって実行される基本信号分析が、前記音響アクチュエータを制御するために利用される、請求項１５に記載の構造。
【請求項１７】
前記ライト・ガイド構造が、その第１のポイントおよび第２のポイントでクランプされ、それにより縦音響パルスが反射する第１および第２の反射ポイントが画定され、前記チャープ・ブラッグ反射器を介した縦音響パルスの多重通過が効果的に提供される、請求項１０に記載の構造。
【請求項１８】
前記音響アクチュエータが、前記第１および第２の反射ポイントのいずれか一方で前記ライト・ガイド構造に接続される、請求項１７に記載の構造。
【請求項１９】
前記音響アクチュエータが、先行する縦音響パルスが反射した後、前記アクチュエータが前記ライト・ガイド構造に接続されているポイントに到達した時点で、縦音響パルスを前記ライト・ガイド構造中に放出するように構成された、請求項１８に記載の構造。
【請求項２０】
光信号のパワー・スペクトルを分析する方法であって、
分析すべき光信号を、チャープ・ブラッグ反射器が組み込まれたライト・ガイド構造中に導くステップと、
前記ライト・ガイド構造に沿って伝搬させるために、前記ライト・ガイド構造中に縦音響パルスを送り込むステップであって、前記縦音響パルスが、前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記縦音響パルスの位置毎に、前記縦音響パルスを印加しない状態での前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記位置に対応したブラッグ反射波長に対する反射率を変化させるステップと、
前記ライト・ガイド構造を介して伝送される光をモニタするステップと、
前記ライト・ガイド構造中に導かれた光信号のパワー・スペクトルを分析するために、モニタした光を分析するステップ
とを含む上記の方法。
【請求項２１】
前記縦音響パルスが前記ライト・ガイド構造に沿って伝搬することにより、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期が変化して、前記チャープ・ブラッグ反射器中における前記縦音響パルスの位置毎に、前記位置に対応した波長の伝送が提供され、それにより、前記チャープ・ブラッグ反射器に沿った縦音響パルスの伝搬に応じて、伝送波長の波長スキャンが提供される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記縦音響パルスが第１のパートおよび第２のパートを有し、前記第１のパートが、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期を一時的に増加させ、かつ、前記第２のパートが、前記チャープ・ブラッグ反射器の局部格子周期を一時的に減少させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記チャープ・ブラッグ反射器の前記縦音響パルスの第１のパートを含む部分が、音響パルスの存在しない非摂動状態において、前記チャープ・ブラッグ反射器の前記縦音響パルスの第２のパートを含む部分より長い格子周期を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ライト・ガイド構造を介して伝送される光をモニタするステップが、伝送光信号のパワーに関連した検出器出力信号を提供する検出器によって前記伝送光を検出するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記ライト・ガイド構造が光ファイバのコアである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記ライト・ガイド構造に沿って縦音響パルスを送り込むステップが反復して実行され、それにより複数の縦音響パルスが前記ライト・ガイド構造に沿って送り込まれ、その複数の縦音響パルスのうちの１つの縦音響パルスのみが、任意の瞬間に前記チャープ・ブラッグ反射器中に存在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記各縦音響パルスが、前記ライト・ガイド構造中の２つの反射ポイント間を前後に反射し、前記複数の縦音響パルスの各パルスが、先行する縦音響パルスが反射した後、前記音響アクチュエータに到達した時点で、続いて前記ライト・ガイド構造中に送り込まれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記縦音響パルスが前記チャープ・ブラッグ反射器を介して通過することによって得られる波長スキャンが、前記ライト・ガイド構造中に導かれた光信号のスペクトルを分析するために、次の波長スキャンと共に利用される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記検出器出力信号を解釈し、特定の瞬間における検出器出力を特定の波長に帰するために、検出器出力信号の異なる波長スキャン間の相関が取られる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記チャープ・ブラッグ反射器が反射する波長範囲と本質的に同じ波長範囲を通過させる広帯域フィルタによって、前記ライト・ガイド構造中に導かれる光を予備フィルタリングするステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記検出器出力信号がロジック・ユニットに供給され、前記ロジック・ユニットが前記検出器出力信号を処理し、前記ライト・ガイド構造中に導かれた光信号のパワー・スペクトルを表すロジック・ユニット出力信号を提供する、請求項２４に記
載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は光ブラッグ反射器に関し、より詳細には光ブラッグ反射器の反射特性の変更に関する。
【０００２】
【発明の背景】
通信ネットワークにおける容量の必要性は、指数的に増加しており、今日では容量に対する要求は、１８カ月毎に、さらにはより短期間で倍増している。電気通信およびコンピュータ業界では、この驚くべき帯域幅要求の増加に合致すべく努力がなされている。
【０００３】
帯域幅要求の増加に対応する明白なアクションの１つは、単純にネットワークのノード間に新たに光ケーブルを敷設することである。しかしながらこの手法は費用がかかり、やがて現れる要求との合致に成功する方法ではない。光ケーブルを新たに敷設する代わりに、可能な場合には、既存のファイバ・ネットワークの容量を増加させる手段に焦点が当てられている。
【０００４】
波長分割多重化方式（ＷＤＭ）は、既存のファイバ・ネットワークの転送容量を増加させるために広く使用されている方法の１つである。ＷＤＭでは、チャネルの各々が特定の波長で関連している複数チャネルの情報が、１本の光ファイバを使用して伝送されている。この技術の背景については、「Ａ ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ ＷＤＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｏｐｔ．Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌ.，５，ｐｐ.３−３９（１９９９年））を参照されたい。
【０００５】
光ネットワークにＷＤＭを使用することにより、実質的に転送容量が増加しているが、それに伴って通信システムにおける複雑度も増している。また、ネットワークの各リンクにおける物理コンポーネントの数の増加に伴って、各コンポーネントに対する要件が増加し、また、ネットワーク内におけるエラーすなわち欠陥の検出および局部化をますます困難にしている。
【０００６】
今日の光ネットワークは、主としてポイント・ツー・ポイント通信を採用しており、ネットワーク内のあるノードで電子工学的に符号化された情報が、光学的に符号化された情報に変換され、一連の光ファイバ増幅器および光移送ファイバを介して他のノードへ転送され、そこで光学的に符号化された情報が、電気的に符号化された情報に再変換されている。
しかしながらこの従来技術は、大きな欠点および限界を抱えている。
例えば、ファイバ増幅器の１つにエラーが発生しても、一連の増幅器の中からどの増幅器に障害があるか判定することが極めて困難である。
【０００７】
また、技術は、光学−電気変換あるいは電気−光学変換を何ら必要とすることなく信号が経路化される全光スイッチング・ノードを介して光信号が通過する通信システムに向かって押し進められており、したがって、通信ネットワークの受信ノードでエラーが検出されても、エラーの源を局部化することは極端に困難である。
【０００８】
光移送ファイバ中を伝搬する光信号を、信号を妨害することなく正確かつ簡単に分析することができれば、光通信ネットワーク内のあらゆる欠陥を初期の段階で検出することができる。従来技術においては、このような分析は、あまりにも複雑かつ高価であり、また、広く受け入れられるためには、あまりにも不正確である。
【０００９】
光移送ファイバ中を伝搬する光のパワー・スペクトルをモニタすることができるようにすることが最重要であることは明らかである。
【００１０】
広帯域光信号から所望の波長を１つだけ取り出すために、位相格子を光ファイバ内に使用することは、従来技術では知られている。位相格子は、好ましい波長を１つだけ反射し、他の波長を本質的に妨害することなく通過させている。
【００１１】
光位相格子は、光学的に透明な媒体の屈折率を本質的に周期的に変化させる構造になっている。その技術の概説については、Ｍ．Ｃ．Ｈｕｔｌｅｙ著「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ」（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ（１９８２年））を参照されたい。光が光位相格子に入射すると、入射光の若干の部分が、各格子エレメントで反射する（周期）。相前後して多数の格子エレメントが配列される（すなわち、位相格子として配列される）と、総反射光は、これらの単一反射光をすべて合計したものになる。各格子エレメントで反射した入射光の一部が、位相格子の屈折率変調の深さ（振幅）によって正確に測定される。変調が深いほど、各格子エレメントで反射する入射光の割合が大きくなる。光が格子（すなわち、格子エレメント）に本質的に垂直に入射する場合、格子はブラッグ領域で作用するとされており、そのためにブラッグ格子と呼ばれている。したがって各格子エレメントで反射した光が、他のエレメントで反射した光とオーバラップし、干渉の原因になっている。特定の波長に対して、これらの反射光はすべて同相であり、そのために強めあう干渉をもたらしている。個々の反射は小さいが、強めあう干渉により、実質的な反射が得られる。強めあう干渉をもたらす波長は、ブラッグ波長λBraggと呼ばれ、
λBragg＝２ｎΛ
で与えられる（垂直入射角にて）。ｎは、屈折率の平均であり、Λは、格子周期である。
【００１２】
格子周期Λが格子に沿って変化する場合、格子は、チャープ・ブラッグ格子になるとされている。チャープ・ブラッグ格子の場合、様々な波長が格子の様々な部分で反射し、実際に、ブラッグ格子を広帯域反射器であるチャープ・ブラッグ反射器にしている。
【００１３】
ＵＳ−Ａ−６ ０５２ １７９に、光ファイバを介して伝送される光の平均波長を正確に測定するためのシステムが開示されている。このシステムでは、光ファイバ内に、ファイバ格子の第１の端部から第２の端部にかけて変調振幅が変化するチャープ・ブラッグ格子が設けられている。したがって、様々な波長が格子の様々な部分で反射するため、波長によって反射率が異なっている。一方が格子を介して伝送される光を検出し、もう一方が基準として作用する２つの光検出器の出力に基づいて、格子を介して伝送される光の平均波長が測定されている。しかしながらこの手法にはいくつかの欠点がある。第１の欠点は、分析すべき光を２本の個別ファイバに分割しなければならず、そのこと自体が著しく複雑であることである。第２の欠点は、平均波長しか測定することができないことである。上で参照した開示システムを使用して、スペクトルを正しく分析することは不可能である。また、システムは、検出アプリケーション向けを意図したものであり、外部の影響が、システムに入力される平均波長を変化させている。
【００１４】
光ブラッグ格子の反射特性を変化させるためのこれまでの試行には、チャープ・ブラッグ格子に加えられる音響光学超格子の生成が含まれている。このような構造については、Ｃｈｅｎらによる「Ｓｕｐｅｒｃｈｉｒｐｅｄ  ｍｏｉｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ａｎ  ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ａ  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ」（ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ.２４，Ｎｏ.２２，ｐｐ．１５５８−１５６０）の中に記述されている。それによれば、チャープ・ブラッグ格子に音響波を重畳させることによって、多重伝送ピークを得ている。伝送ピークの間隔は、音響周波数によって変化させている。しかしながらこの構造は、単一波長のみの伝送を可能とせず音響周波数による伝送ピークの間隔の変化も、ごく限られた範囲でしかない。
【００１５】
【発明の概要】
本発明により、反射ブラッグ格子を介した光の伝送を確立し、かつ、光信号の特性を分析するべく、このような伝送を利用するための新しい方法および構造が提供される。特許請求の範囲の各請求項に示す、一般的な種類の方法および構造により、従来の技術に関わる欠点および限界が有効に除去される。
本発明は、さらに他の利点を有しており、それらについては、以下に示す本明細書から明らかになるであろう。
【００１６】
本発明の一般的な目的は、広帯域チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送を確立する方法を提供することである。この方法は、光信号のパワー・スペクトルを分析するために使用することができ、また、ある特定の瞬時時間にある構造を介して、光の特定の波長成分を伝送することが望ましい他のアプリケーションにも使用することができる。
【００１７】
また、本発明の目的は、光信号のスペクトルを分析するための、本質的に前述の従来技術が抱えている欠点および制限のない方法および構造を提供することである。簡潔に記述すると、この目的は、格子構造中に存在する縦音響パルスによって、チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送を確立することによって達成される。音響パルスが存在することにより、ブラッグ反射器の反射特性が変化し、それにより、ブラッグ反射器中の音響パルスの位置毎に、光の特定波長の伝送が引き起こされる。
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送を確立する方法が提供され、その方法により、特定の波長成分が、特定の（対応する）瞬時時間に、ブラッグ反射器を介して伝送される。非摂動状態では、ブラッグ反射器は、本質的に所定の波長範囲内のすべての入射光を反射している。本発明によれば、光は、チャープ・ブラッグ反射器が組み込まれた光導波路中に入射する。前記ブラッグ反射器の反射特性は、前記導波路中に縦音響パルスを送り込み、導波路に沿って伝搬させることによって変化する。チャープ・ブラッグ反射器内における前記音響パルスの位置毎に、前記ブラッグ反射器内の前記位置に関連した波長に対する反射率が変化し、それにより当該波長の伝送が確立される。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、光信号のパワー・スペクトルを分析する新しい方法が提供される。パワー・スペクトルを分析する方法は、チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送を確立する前述の方法に基づいている。簡潔に記述すると、パワー・スペクトルの分析は、ブラッグ反射器を介して伝送される光をモニタし、引き続いてモニタした信号を分析することによって実現される。
【００２０】
この方法の利点の１つは、光移送ファイバ中を伝搬する光の若干の部分（典型的には約１％、あるいは１％未満）を二次ファイバ中に引き出すだけで十分なことである。この二次ファイバ中の光が分析され、移送ファイバに対する干渉の影響はごく僅かである。光は、当分野で知られている非波長弁別結合手段によって移送ファイバから引き出される。本発明による方法によって二次ファイバ中の光を分析することにより、前記移送ファイバ中を伝搬する光信号のパワー・スペクトルを極めて高精度で測定することができる。また、移送ファイバ中の光信号は、引き出される１％を除き、本質的に妨害されることはない。
【００２１】
本発明の他の利点は、本発明により、さらに、ファイバ・ベース通信システムを実時間で監視することができることである。監視することによって得られた情報を有利に利用し、増幅器、フィルタ等、前記システムに接続されている他の装置を制御することができる。インライン増幅器およびフィルタは、本発明によるスペクトル分析器との帰還構成で制御することができる。
【００２２】
本発明のさらに他の利点は、伝送光の波長をスキャンすることができることである。波長のスキャンは、スペクトル分析には極めて好都合である。本発明によれば、波長スキャンを反復して実行することができるため、モニタした信号を容易に解釈し、分析することができる。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、光ファイバ中を伝搬する光信号のパワー・スペクトルを測定し、かつ、特性化するための構造が提供される。このような構造には、前述の方法に従って動作するチャープ・ブラッグ反射器が含まれている。
【００２４】
本発明は、格子に沿って伝搬する縦音響パルスによって、チャープ・ブラッグ格子（すなわちチャープ・ブラッグ反射器）の反射特性を変化させることができる、という一般的な見識に基づいている。より詳細には、本発明は、さらに、格子に沿って伝搬する、慎重に波形が選択された縦音響パルスが、チャープ・ブラッグ格子を介した精度の高い時間分割波長伝送を与える、というより深い見識に基づいている。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送を確立する方法には、前記ブラッグ反射器を備えた導光構造中に光を導くステップ、および前記導光構造に沿って縦音響パルスを送り込むステップが含まれており、それにより、移動中の音響パルスの瞬時位置に対応する特定の波長に対するブラッグ反射器の反射特性を、局部的かつ一時的に変化させている。
【００２６】
本発明の他の実施形態によれば、光ファイバは、チャープ・ブラッグ格子を備えている。ファイバは、光信号を前記ファイバ中に送り込み、また、前記光信号の伝送部分を出力するための入力端部および出力端部をそれぞれ有している。光ファイバには、縦音響パルスを前記ファイバ中に放出する音響アクチュエータが接続されている。音響パルスには、特定の瞬時時間における特定の波長に対するチャープ・ブラッグ反射器の反射率を小さくする効果を有する波形が与えられている。移動中の音響パルスの近傍にエタロン効果を実現する反対称の波形を音響パルスに与え、それによりチャープ・ブラッグ反射器の反射率を、局部的に本質的にゼロまで小さくすることが好ましい。
【００２７】
チャープ・ブラッグ反射器が、空間的に可変の格子周期を有する格子構造であることを理解すべきである。これは、光の様々な波長がブラッグ反射器の様々な部分で共振している（すなわち反射している）ことを意味している。チャープ・ブラッグ反射器の格子周期は、連続的あるいは階段状に変化させることができ、あるいは他の任意の方法で変化させることができる。「チャープ」という用語は、周期が格子に沿って変化することを特定しているに過ぎない。
【００２８】
また、興味深いことは、実効格子周期である。以前から分かっているように、実効格子周期は、実際の物理周期に、光が伝搬する媒体の屈折率を掛け合わせたものである。したがって、実際の物理周期を変化させることによって、あるいは屈折率を変化させることによって、もしくはそれらの組合せによって実効格子周期を変化させることができる。
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明は、添付の概略図面と共に読むことにより、より良く理解されよう。
【００２９】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
典型的には、また、本発明の一実施形態によれば、チャープ・ブラッグ反射器は、光ファイバ中に設けられている。上で説明したように、チャープ・ブラッグ反射器は、定義済み波長範囲内の光を反射する分布構造になっている。分布構造の各部分で反射する波長は、ブラッグ反射器を構成している格子の局部周期によって決まる。格子周期は、隣接する２つの格子エレメントの間の光学距離として定義され、格子周期が短いほど、反射する波長が短くなる。
【００３０】
格子と局部的に共振する光波の真空波長λBraggは、λBragg＝２ｎg(ｚ)Λg(ｚ)で定義され、ｎg(ｚ)は、１つの格子周期の平均屈折率であり、Λg(ｚ)は局部物理格子周期である。また、ｚは、格子に沿った空間座標である。したがって、実際の物理周期を変化させることによって、あるいは屈折率を変化させることによって、もしくはそれらの組合せによって共振波長（すなわち、格子の特定の部分で反射する波長）を変化させることができる。
【００３１】
チャープ格子では、格子周期は、一般的に定常方式（例えば、短周期から長周期へ、あるいは長周期から短周期へ）で格子に沿って変化している。周期は、連続的に、あるいは階段状に変化させることができる。格子周期が短い格子（すなわちチャープ・ブラッグ反射器）部分では短い波長が反射し、格子周期が長い格子部分では長い波長が反射する。実際には、チャープ・ブラッグ反射器の様々な部分で様々な波長が反射している。
【００３２】
ファイバを圧縮し、および／または伸張させると、チャープ・ブラッグ反射器の反射特性が変化する。本発明によれば、これは、ファイバに沿って伝搬する際に、ファイバを一時的に圧縮し、および／または伸張させる縦音響パルスによって実現される。実際にはこのような圧縮あるいは伸張によって、屈折率および実経路の両方が変化することになるが、後者の方が支配的である。光に対する総合的な効果は、ファイバ中における屈折率の変化および格子の実周期の変化の組合せである。現象論的観点からすれば、決定的な量は、ファイバ中を光が縦走する光路である。光路は、光が伝搬する媒体の屈折率を実際の物理経路に掛け合わせたものとして定義され、例えば、ファイバの屈折率を大きくすることによって、あるいは周期の物理長さ（すなわちファイバ）を長くすることによって、光ファイバ中のブラッグ格子の実効格子周期を長くすることができる。
【００３３】
ブラッグ反射器を備えた光ファイバを引き伸ばし、あるいは圧縮する場合、物理経路の実際の変化と比較すると、屈折率の変化は無視し得る程度のものであり、したがってチャープ・ブラッグ反射器のどの部分が引き伸ばされても、その部分は、非摂動状態においてその部分が反射するであろう波長よりも長い波長を反射することになる。これは、例え格子周期が一定であっても、あらゆるブラッグ反射器に実際に適用されている。
【００３４】
次に、図１を参照して、本発明の根本をなす基本原理について、極めて詳細に説明する。
光ファイバ１０には、そのコア１０２内にチャープ・ブラッグ格子１０４が組み込まれている。ブラッグ格子は、当分野で知られている方法によって光ファイバに組み込まれたものである。ファイバ１０は、光信号の入力を受信し、出力信号を引き渡すための入力端部１１および出力端部１２をそれぞれ有している。チャープ・ブラッグ格子は、格子が非摂動状態にある場合に、本質的に定義済み波長範囲内のすべての入射光を反射するだけの十分に強力な変調を示している。そのために、チャープ・ブラッグ格子は、チャープ・ブラッグ反射器と呼ばれている。この場合、ブラッグ反射器は、λ0とλkの間のすべての光波長を反射すると仮定している。前記ブラッグ反射器が組み込まれた光ファイバ中に送り込まれると、この範囲内の光の波長はすべて反射することになる。
【００３５】
チャープ・ブラッグ反射器を介した、この波長範囲（λ0からλk）内の光の伝送を確立するために、先ず、矢印１１１で示すように、光ファイバ１０の入力端部１１に光信号が導かれる。光ファイバ、したがってチャープ・ブラッグ反射器が非摂動状態にある場合、光は、入力端部１１に向かって反射して戻ることになり、出力端部１２に伝送される光はない。次に縦音響パルス１２０が、光ファイバに沿って送り込まれる。この場合、縦音響パルス１２０の波形は、図に示すように反対称であり、それにより光ファイバ１０の一部が局部的かつ一時的に伸張し、また、光ファイバ１０の他の部分が局部的かつ一時的に圧縮することになる。音響パルス１２０は、チャープ・ブラッグ反射器１０４の反射特性を変化させ、光ファイバ１０を介した光の伝送を効果的に確立している。
【００３６】
図１に示すチャープ・ブラッグ反射器は、左から右に向かって格子周期が短くなっている。既に説明したように、これは、ブラッグ反射器の右側部分よりブラッグ反射器の左側部分で、より長い波長が反射することを意味している。縦音響パルスが、格子に沿って左から右へ移動し、それにより反射器の反射特性が局部的かつ一時的に変化すると、最初により長い波長が伝送され、続いてより短い波長が伝送される。
【００３７】
次に、チャープ・ブラッグ反射器の反射特性を変化させる根本となるメカニズムについて、より詳細に説明する。
光ファイバに沿って送り込まれる音響パルスは、上で言及したように、光ファイバを一時的に伸張させる伸張部分を１つと、光ファイバを一時的に圧縮する圧縮部分を１つ有している。この実施例では、音響パルスは本質的に反対称であり、前記部分の各々は、等しく重要である。音響パルスをチャープ・ブラッグ反射器（光ファイバ）に沿って、格子が格子周期の減少を示す方向に送り込む場合、音響パルスに、格子周期を減少させるリーディング部分（すなわち、光ファイバを圧縮する部分）、および格子周期を増加させるトレーリング部分（すなわち、光ファイバを伸張させる部分）を持たせることが重要である。そうすることにより、音響パルスのリーディング部分が局部格子周期を一時的に変化させ、変化した局部格子周期が、非摂動状態にある場合よりも実際に若干短い波長を反射することになる。同時に、音響パルスのトレーリング部分が局部格子周期を一時的に変化させ、変化した局部格子周期が、非摂動状態にある場合よりも実際に若干長い波長を反射する。実際には、チャープ・ブラッグ反射器の格子周期は、特定の波長を反射する格子周期が存在しなくなるように変化するため、反射率が小さくなった、あるいはまったく反射しないウィンドウが生成される。縦音響パルスがチャープ・ブラッグ反射器に沿って伝搬すると、上記の状況がより短い波長に対して逐次適用され、それにより伝送光の波長スキャンが生成される。
【００３８】
音響パルスをチャープ・ブラッグ反射器に沿って、格子周期が増加する方向に伝搬させる場合、前述の効果と同様の効果を得るためには、音響パルスに逆位相を持たせなければならないことは当然である。
音響パルスに圧縮部分と伸張部分の間の立上り（あるいは立下り）時間が十分に短い反対称波形を与えると、エタロン効果が得られ、特定の波長に対する反射率が本質的にゼロに低下する。
【００３９】
図１の下側部分は、２つの異なる瞬間における音響パルスを座標系で示したものである。圧縮／伸張が、時間ｔ1の第１のポイントおよび時間ｔ2の第２のポイントにおける縦方向の寸法変化Δｚとして示されている。時間ｔ1では、音響パルスは、非摂動格子周期の長い、ブラッグ反射器の第１の部分にあり、したがって光ファイバを介して長波長λ1を伝送させている。その後の時間ｔ2では、音響パルスは、非摂動格子周期が第１の部分より短い、ブラッグ反射器の第２の部分まで伝搬しており、したがって光ファイバを介して、より短い波長λ2を伝送させている。したがって、光ファイバの出力端部１２の特定の時間ポイントにおける出力パワーは、対応する波長のパワーに関連している。この実施例では、Ｐ(ｔ1)で示す、時間ｔ1における出力パワーは、Ｐ(λ1)で示す、波長λ1の入射光のパワーに関連している。したがって、Ｐ(ｔ1)＝Ｐ(λ1)、Ｐ(ｔ2)＝Ｐ(λ2）等々であり、損失はすべて無視されている。
非摂動ブラッグ反射器を介した若干の漏れは、それらの漏れを容易に補償することができるため、場合によっては許容されることもある。
【００４０】
図２は、波長を関数としたブラッグ反射器の透過率を図式的に示したものである。図には、本質的に伝送が存在しない反射帯域が示されている。この反射帯域の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例示的実施形態の場合、４０nmである。典型的には、反射帯域の約３０nmは、ブラッグ反射器が非摂動状態にある場合、何ら伝送を示していない。つまり、実質的に１００％反射である。しかし、格子周期すなわちチャープを選択することによって、ほぼ任意の反射帯域幅が得られることについては理解されよう。
【００４１】
図３は、ブラッグ反射器に沿った音響パルスの伝搬に応じて、反射帯域を通してスウィープする狭透過率ピークを示したものである。図に示す透過率ピークは、より長い波長からより短い波長に向かって（矢印で示すように、図の右側から左側へ）スウィープしており、この場合、音響パルスは、チャープ・ブラッグ反射器を介して、より長い格子周期からより短い格子周期の方向に伝搬している。音響パルスがチャープ・ブラッグ反射器を介して反対方向に伝搬する場合、透過率ピークは、当然、反対方向すなわちより短い波長からより長い波長に向かってスウィープすることになる。透過率ピークがチャープ・ブラッグ反射器の反射帯域を通してスウィープすると、伝送波長の波長スキャンが効果的に実現される。
【００４２】
図４は、透過率ピークを拡大して示したものである。透過率ピークの幅は、ブラッグ反射器のチャープ（すなわち、格子周期の変化率）および格子の変調度を適切に選択することによって選択することができる。透過率ピークは、４０pmの狭さにすることができるが、本発明をＷＤＭシステムのスペクトル分析器に利用する場合、異なるチャネルを分離するためには、約０.１nmの透過率ピーク（ＦＷＨＭ）で十分である。図４に示すように、システム・パラメータを適切に選択することによって、透過率ピークを１００％に到達させることができる。
【００４３】
図５は、本発明による、光信号のパワー・スペクトルを分析するための構造の好ましい実施形態の概要を示したものである。
【００４４】
この構造は、光移送ファイバ中を伝搬する光信号のパワー・スペクトルの分析に利用されている。光移送ファイバ中を伝搬する光の若干の部分（典型的には約１％）がファイバ結合器によって引き出される。引き出された光は、続いて、チャープ・ブラッグ反射器を備えたファイバ中に導かれる。チャープ・ブラッグ反射器を介した光の伝送は、上で説明した本発明による方法に従って、音響パルスをファイバに沿って送り込むことによって実現される。したがって伝送される光が、ファイバ中に導かれる光信号のスペクトルを分析するためにモニタされ、分析される。
【００４５】
次に、図５を参照して、本発明による好ましい構造について、極めて詳細に説明する。
本発明による好ましい構造は、ファイバ結合器５１０を介して光移送ファイバ５００に有効に接続されている。結合器５１０は、光移送ファイバ５００中を伝搬する光のパワーの１％を引き出す引出し結合器である。結合器５１０は、波長に関しては非弁別であり、ファイバ５００中を伝搬する各波長成分は、同じ結合係数で引き出される。事実上、引き出される１％のパワー・スペクトルのプロファイルは、移送ファイバ５００中を伝搬する元の光信号のパワー・スペクトルのプロファイルと同じであるが、ピーク・パワーが小さくなっている。
【００４６】
移送ファイバ５００から引き出された光は、二次ファイバ５０２中に導かれ、ファイバ５０２中に組み込まれた広帯域ブラッグ反射器５２０に入射する。広帯域ブラッグ反射器は、入射光に対する広帯域フィルタとして動作している。フィルタリング反射器５２０の反射率帯域内の光だけが、二次ファイバ５０２中に反射して戻されるため、広帯域ブラッグ反射器５２０は、分析すべき光信号を予備フィルタリングしている。典型的には、この、フィルタリング反射器５２０による光の予備フィルタリングによって、電気通信帯域のＣ帯域またはＬ帯域中の信号が選択される（すなわち、反射によって取り出される）。反射した光は、次に、第２のブラッグ反射器５５０が組み込まれた二次ファイバの一部の中に導かれる。第２のブラッグ反射器５５０は、フィルタリング反射器５２０と本質的に同じ波長帯域を反射するチャープ・ブラッグ反射器である。
【００４７】
第２のブラッグ反射器５５０は、二次ファイバ５０２の出力端部に設けられた光検出器５５６に向かう光の伝送を確立するために利用されている。光検出器５５６に向かう光の伝送は、本発明に従って、二次ファイバ５０２のチャープ・ブラッグ反射器５５０が組み込まれた部分に沿って、縦音響パルスを送り込むことによって実現されている。縦音響パルスをチャープ・ブラッグ格子５５０に沿って送り込むことにより、二次光ファイバ５０２を介した伝送が、極めて正確に実現される。伝送の根本をなすメカニズムについては、上で詳細に説明した通りである。
【００４８】
本発明によれば、パワー・スペクトルを分析するための構造には、縦音響パルスを、二次光ファイバ５０２中のチャープ・ブラッグ反射器５５０に沿って送り込むための音響アクチュエータ（図５には図示せず）、ブラッグ反射器５５０を介して伝送される光のパワーを検出するための光検出器５５６、駆動パルスの波形を記憶し、かつ、他のハードウェアを制御して単純な信号分析を実行するための、ＦＰＧＡ（書替え可能ゲート・アレイ）形態のプログラマブル・ロジック６００、ＦＰＧＡ６００からのディジタル符号化出力をアナログ形態に変換するためのディジタル／アナログ変換器６１０（ＤＡＣ）、モニタしたアナログ信号をさらに記憶し、かつ、処理するためにディジタル形態に変換するアナログ／ディジタル変換器６３０（ＡＤＣ）、測定したデータを記憶するためのメモリ６４０（Ｍｅｍ）、測定分解能を向上させるためのサブ・サンプリング・データに対する遅延線路６５０（Ｄｅｌ）、ロジック６００にクロック・パルスを供給するためのクロック回路６２０（Ｃｌｋ）、クロック周波数に同調し、それにより音響アクチュエータに対する駆動パルスの繰返しレートを整調するためのディジタル・シンセサイザ回路６２２（ＤＤＳ）、およびデータを処理し、かつ、ロジック６００および他の周辺装置と通信するための処理装置６６０（ＣＰＵ）が含まれている。
【００４９】
チャープ・ブラッグ反射器５５０に沿って送り込まれる縦音響パルスは、二次ファイバ５０２に取り付けられた音響アクチュエータ（図５には図示されていないが、図６〜９に極めて詳細に示されている）によって励起されている。音響アクチュエータに対する駆動パルスの供給は、プログラマブル・ロジック６００（ＦＰＧＡ）によって制御されている。ＦＰＧＡ６００では、駆動パルスの波形がディジタルの形で記憶されている。ＦＰＧＡ６００の第１の出力部６０１は、ディジタル／アナログ変換器６１０（ＤＡＣ）の第１の入力部に接続されている。ＤＡＣは、ディジタル符号化された駆動パルスの波形をアナログ波形に変換し、かつ、アナログ出力信号を増幅器６１２に送るように動作している。増幅された増幅器６１２の出力が、駆動パルスとして音響アクチュエータに供給される。制御信号をＦＰＧＡ６００から増幅器６１２に提供するために、ＦＰＧＡ６００の第２の出力部６０２が増幅器６１２に接続されている。
【００５０】
ＦＰＧＡ６００は、クロック回路６２０（Ｃｌｋ）からのクロック・パルスによってトリガされている。クロック回路６２０の出力部は、ディジタル・シンセサイザ回路６２２（ＤＤＳ）を介して、ＦＰＧＡ６００に有効に接続されている。ディジタル・シンセサイザ回路６２２は、音響アクチュエータに対する駆動パルスの同調能力を得るために、クロック回路６２０の周波数に同調するように動作している。ＤＤＳ６２２を制御するために、ＦＰＧＡ６００の第３の出力部６０３がＤＤＳに接続されている。また、クロック回路６２０は、前記ＤＤＳを介して、ＤＡＣ６１０、遅延線路６５０、およびＡＤＣ６３０に有効に接続されている。
【００５１】
光検出器５５６は、チャープ・ブラッグ反射器５５０を介した伝送後の、二次ファイバ５０２の出力信号のパワーを検出するように動作している。上で説明したように、各瞬時における出力パワーは、二次ファイバ５０２内に導かれる光信号中の特定の波長成分のパワーに対応している。その、二次ファイバ内に導かれる光は、今度は光移送ファイバ５００中を伝搬する光に１対１で対応している。光検出器５５６は、検出した信号のパワーに関連した検出器出力信号を前置増幅器６３２に提供するように構成されている。前置増幅器６３２の出力信号は、ＡＤＣ６３０に引き渡されている。ＡＤＣ６３０は、増幅された検出器出力信号をディジタル符号化形態に変換し、かつ、ディジタル符号化測定データを格納するべくメモリ６４０に提供するように動作している。遅延線路６５０および増幅器６３２（延いてはＡＤＣ６３０）は、それぞれＦＰＧＡの第４の出力部６０４および第５の出力部６０５を介してＦＰＧＡ６００によって制御されている。
【００５２】
プログラマブル・ロジック６００は、メモリ６４０の内容を読み出すことができる。プログラマブル・ロジック６００は、記憶されている測定データをメモリ６４０から読み出し、かつ、記憶されているデータの単純な信号分析を実行するように構成されている。ロジック６００によるＤＤＳ６２２および遅延線路６５０の制御、およびＤＡＣ６１０に供給する駆動パルスは、プログラマブル・ロジック６００が実行する分析が基礎になっている。また、プログラマブル・ロジック６００は、測定データをさらに処理するために転送し、かつ、システムの性能を監視するために、処理装置６６０（ＣＰＵ）と通信することができる。
【００５３】
処理装置６６０は、処理済みデータおよび未処理データを記憶するためのメモリ６６２を有している。また、処理装置は、表示装置、キーボード、他の装置と通信するためのＩ／Ｏデバイス等、他の周辺装置（図示せず）と通信するための接続６６４を有している。
【００５４】
また、フィルタリング反射器５２０の出力部は、本発明による第２の構造に有利に接続することができる。例えば、通信帯域のＣ帯域を本発明による第１の構造の第１のフィルタリング反射器で取り出し、かつ、分析する場合、第２の構造を第１の構造に結合することにより、通信帯域のＬ帯域中の光信号のパワー・スペクトルを分析することができる。２つの異なる通信帯域を同時に分析するために、本発明による２つの構造を容易に結合することができることは、当分野の技術者には理解されよう。
【００５５】
次に、図６〜９を参照して、音響アクチュエータおよび二次光ファイバ５０２のチャープ・ブラッグ反射器５５０が組み込まれた部分への縦音響パルスの供給について、より詳細に説明する。
【００５６】
図６は、音響アクチュエータ・モジュール７００および音響アクチュエータ・モジュールに取り付けられた二次ファイバ５０２を図式的に示したものである。
【００５７】
音響アクチュエータは、縦方向の軸に沿って音響パルスを導くことができるロッド７０６および７０８中に配列された、圧電材料製のピエゾ・デバイス７０５を備えている。ロッドはアルミニウム製であるが、例えば、銅製または他の適切な材料製であっても良い。ピエゾ・デバイス７０５は、その表面に取り付けられた、ピエゾ・デバイスに駆動パルスを供給するための２つのコネクタを有している。ピエゾ・デバイスは、駆動パルスに応答してその縦方向のサイズを変化させている。したがって、ピエゾ・デバイス７０５に電圧が印加されると、それに応じてピエゾ・デバイスのサイズが変化する。音響アクチュエータを適切に駆動すると、音響アクチュエータは、ロッド７０６、７０８中に音響パルス（図の４つの実線矢印で示す）を放出し、ロッドは、その端部に向けて前記パルスを導くことになる。ロッドの一方の端部７０６には音響減衰器７０７が設けられており、音響パルスを本質的にゼロ振幅に有効に減衰させている。ロッドのもう一方の端部７０８は、ファイバ５０２に堅固に取り付けられており、それにより、音響アクチュエータが放出する音響パルスをファイバ５０２へ確実に転送している。音響パルスがロッド７０８のファイバ端部７０９に到達すると、音響パワーの一部がピエゾ・デバイス７０５に向かって反射して戻り、音響パワーの一部がファイバ５０２へ伝達される。音響パワーのうちのピエゾ・デバイス７０５を通過してロッド中に反射して戻る部分は、音響減衰器７０７によって効果的に減衰し、それにより、ピエゾ・デバイス７０５を駆動する毎に、ただ１つのパルスのみが確実にファイバ５０２に送り込まれる。
【００５８】
音響パルスは、ファイバ５０２に沿って、つまりチャープ・ブラッグ反射器５５０に沿って伝搬し、それによりブラッグ反射器５５０を介した光の伝送が確立され、検出器５５６に向かって伝送される波長に対する波長スキャンが効果的に実行される。
【００５９】
二次ファイバ５０２の出力端では、ファイバは、クランピング・ブロック７０２によってクランプされている。クランピング・ブロック７０２は、第１の反射ポイント７１０を形成し、音響パルスをロッド７０８および音響アクチュエータ７０５に向けて反射して戻すように構成されている。また、反射した音響パルスが、ファイバとアクチュエータの連結部に到達すると、パルスは、今度は、ファイバの出力端に向かって再び反射する。したがってファイバとアクチュエータの連結部は、音響パルスに対する第２の反射ポイント７２０を形成している。
【００６０】
伝送波長に対するスキャンを反復して実行するためには、音響パルスを反復してファイバに送り込むことが好ましい。この実施形態では、音響パルスは、先行するパルスがロッドとファイバの間の連結ポイントに到達し、ファイバ中に反射する時点で、ファイバ５０２に送り込まれている。そのために、パルスがアクチュエータ７２０の反射ポイントに到達する毎に、反射ポイント７１０と７２０の間を前後に伝搬する音響パルスの振幅が若干大きくなる。各反射ポイント７１０、７２０における音響パルスの反射は、ある程度の定義済み損失を示すことが好ましく、それにより音響パルスは、知られている方法で最終的に確実に消滅する。このような損失によって得られるもう１つの利点は、アクチュエータからの音響パルスに対するタイミング要求事項が、ある程度軽減されることである。アクチュエータからの音響パルスが、望ましくないことであるがスケジュールから僅かに外れて、あるいは不時にファイバ５０２に送り込まれると、その音響パルスは最終的に消滅し、それによりシステムとしてのエラーの蓄積が回避される。
【００６１】
上で説明したように、所望の結果を得るためには、音響パルスの位相がブラッグ反射器のチャープに対応していることが重要である。好都合なことに、各反射ポイント７１０、７２０における音響パルスの反射は、音響パルスに１８０度の位相変化をもたらしている。したがって音響パルスの位相は、音響パルスがアクチュエータに向かって逆方向に伝搬している場合においても、ブラッグ反射器を介した所望の伝送を確立するために適している。本発明によるこのデュアル・パスの特徴は、分解能を向上させるため、および／または起こり得るあらゆる欠陥を検出し、かつ、修正するための相関評価に便利に利用することができる。
【００６２】
また、デュアル・パスの特徴は、検出した光信号を実際に解釈するためにも利用されている。特定の波長を特定の瞬間、すなわち特定の時間における検出器の出力信号に帰するために、相関手順が利用されている。チャープ・ブラッグ反射器を介した音響パルスの第１のパスにより、第１のスペクトル・プロファイルが伝送される。チャープ・ブラッグ反射器を介した音響パルスの、反対方向の第２のパスにより、第２のスペクトル・プロファイルが伝送される。第２のスペクトル・プロファイルは、第１のスペクトル・プロファイルと本質的に同じスペクトル・プロファイルであるが、この場合、音響パルスは、ブラッグ反射器を介して反対方向に伝搬しているため、時間的に順序が逆になっている。音響パルスは、次に、３回目の反射によってブラッグ反射器に向かって戻り、第３のスペクトル・プロファイルが伝送される。チャープ・ブラッグ反射器を介した音響パルスの第１のパスと第３のパスが時間的に十分に接近している場合、第３のスペクトル・プロファイルは、第１のスペクトル・プロファイルと本質的に同じである（分析すべき光信号に、第１のパスと第３のパスの間で大きく変化するだけの時間がないため）。
【００６３】
この時点で、第１のスペクトル・プロファイルと第３のスペクトル・プロファイルの間の相関により、ファイバ中における２つの反射ポイント間の１往復を完了するための音響パルスの通過時間に対応する第１の時間インターバルが手元に得られる。この第１の時間インターバルは、例えば温度変化によってファイバの長さが変化（すなわち、ファイバが熱膨張あるいは収縮）しない限り、一定である。
【００６４】
第２のスペクトル・プロファイルと第１のスペクトル・プロファイルを相関させるためには、先ず第２のプロファイルをミラー化しなければならない。第２のスペクトル・プロファイルを基準波長の周りにミラー化し、続いて、ミラー化したスペクトルと第１のスペクトルの間の相関を取ることにより、前記基準波長の第１の伝送と、チャープ・ブラッグ反射器を介した音響パルスが次に通過する際の、次の同一基準波長の伝送との間に経過する時間に対応する第２の時間インターバルが手元に得られる。
【００６５】
第１の時間インターバルと第２の時間インターバルの間の関係は、例えば温度変化によってファイバの長さが変化した場合においても一定である。このことは、各基準波長に関連した固有数（第１の時間インターバルと第２の時間インターバルの間の関係に等しい）が存在していることを意味している。時間インターバルを測定し、関係を計算し、かつ、計算した関係とルックアップ・テーブルに記憶されている値とを比較することにより、各基準波長に対する対応実数値が得られる。
【００６６】
スペクトル・プロファイルの分析は、検出器出力信号をディジタル符号化形態にサンプリングした後に実行することが好ましく、それにより各時間インターバルを特定のサンプル数に対応させることができる。
【００６７】
また、前記第１の時間インターバルをモニタすることにより、例えば温度変化によるファイバ長の変化を検出することができる。したがって、音響パルスの繰返しレートをファイバの長さに応じて制御することができ、それにより、ファイバの長さが変化しても、アクチュエータから音響パルスを共振供給することができる。
【００６８】
基本的な対称考察により、ファイバ５０２に送り込む音響パルスの所望のパルス幅に適合させるためには、ピエゾ・デバイス７０５の長さを慎重に選択しなければならないことは明らかである。当分野の技術者であれば、単純な試験および／またはコンピュータ・シミュレーションによって、ピエゾ・デバイスの適切な長さを見出すことができよう。
【００６９】
以上、音響アクチュエータの一般的な特徴について説明したが、次に、図７〜９を参照して、音響アクチュエータへのファイバ５０２の取付けについて、より詳細に説明する。
【００７０】
図７は、ファイバ５０２が取り付けられるアクチュエータ・ロッドの端部７０８を図式的に示したものである。図に示すように、ロッドの端部には、ファイバ５０２を支えるショルダ７１８が設けられている。
【００７１】
図８は、ロッドの端部を極めて詳細に示したものである。ファイバ５０２は、ショルダ７１８に支えられ、コンタクト・ブロック７２８によってショルダに固定されている。コンタクト・ブロック７２８は、ワイヤ７３０によってファイバ５０２に確実に締め付けられている。この場合、ワイヤ７３０はタングステン・ワイヤであり、ロッド７０８全体を取り巻いている。コンタクト・ブロック７２８の目的は、ワイヤ７３０からの力を分散させ、かつ、ファイバ５０２とアクチュエータ・ロッドの間に、明確な相互作用長Ｌを与えることである。
【００７２】
ショルダ７１８の配置および長さには、ある程度の考慮が必要である。ショルダ７１８は、アクチュエータ・ロッドの端部近くに配置しなければならない。これは、事実上、ショルダの中心が音響パルスを強化する最短波長（最高周波数）のほんの何分の一の範囲内になければならないことを意味している。ショルダをこのような構造にすることにより、ロッドからファイバへの転送時における音響パルスのひずみが最小化される。また、ショルダ７１８の配置を利用して、音響パルスが光ファイバ５０２に入る際に、音響パルスの所望のひずみ、例えば低域通過フィルタリングを得ることができる。
【００７３】
図９は、アクチュエータ・ロッド７０８へのファイバ５０２の取付けを示す横断面図である。ファイバ５０２は、コンタクト・ブロック７２８によってロッド７０８にクランプされ、ワイヤ７３０によって所定の位置に固定されている。ワイヤ７３０は、図に示すように、ロッド７０８の周囲を完全に一巻きしており、スプリング７３２によって確実に締め付けられている。この構造により、ファイバ５０２をアクチュエータ・ロッド７０８に確実な方法で確実に取り付けることができる。
【００７４】
したがって、取付けポイント（すなわちショルダ７１８）のアクチュエータ・ロッド７０８の端部への近接が、ファイバ５０２中への音響パルスの信頼性の高い転送を可能にしている。より詳細には、ショルダ７１８がロッドの端部に接近していることにより、一方の方向を伝搬する音響パルスの一部と、反射した後、反対方向を伝搬する音響パルスの一部との間に起こり得る干渉によるあらゆる影響を除去している。
【００７５】
図１０は、本発明による縦音響パルスの実施例を示したもので、縦音響パルスがアクチュエータ・ロッド７０８中および光ファイバ５０２中を伝搬する際の波形が示されている。図に示す実施例では、パルスは反対称であり、長さの変化Δｚの形でプロットされている。図に示す波形は、このような波形が特定波長の１００％伝送に近い透過率ピークをもたらすため、好ましい波形である。
【００７６】
以上、図面を参照し、好ましい実施形態によって本発明について説明したが、説明した実施形態に、特許請求の範囲の各請求項で主張する本発明の範囲を逸脱することなく、いくつかの変更および修正を加えることができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の根本をなす基本原理の概略アウトラインを示す図である。
【図２】  非摂動状態におけるチャープ・ブラッグ反射器の典型的な透過率プロファイルを示すグラフである。
【図３】  チャープ・ブラッグ反射器中に音響パルスが存在することによって生じる、ブラッグ反射器の反射率帯域を通してスウィープする透過率ピークを示すグラフである。
【図４】  ブラッグ反射器中に音響パルスが存在することによって生じる透過率ピークを拡大したグラフである。
【図５】  本発明による、スペクトル分析のための構造の概要を示す図である。
【図６】  本発明による、音響アクチュエータおよびファイバ構造を示す図である。
【図７】  音響アクチュエータへのファイバの取付けを極めて詳細に示す図である。
【図８】  音響アクチュエータへのファイバの取付けを極めて詳細に示す図である。
【図９】  音響アクチュエータへのファイバの取付けを極めて詳細に示す図である。
【図１０】  本発明による音響パルスの波形を示すグラフである。
【図１１】  本発明による相関解釈方法を示す、検出器の出力信号を示すグラフである。
【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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【図１１】
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