(57)【要約】【課題】安価で高速応答が可能な光ファイバグレーティングの反射波長測定方法及び物理量測定方法を提供する。【解決手段】光源としての発光ダイオード３１のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との関係の光出力波長特性を利用するので、高価な広帯域光源１１やスペクトルアナライザ１２を用いることなく通常の安価な発光ダイオード（若しくはスーパールミセントダイオード）３１を用いることができる。受光器として安価なフォトダイオード（若しくはフォトトランジスタ）３３を用いることにより、高速応答が可能になり反射波長測定の時間が短縮される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を光ファイバブラッググレーティングに入射して受光器で得られた反射光の波長を測定する光ファイバグレーティングの反射波長測定方法において、光源からの光のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との間の光出力波長特性を予め求めておき、上記光ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を上記光出力波長特性を用いて求めることを特徴とする光ファイバグレーティングの反射波長測定方法。
【請求項２】
上記光源に発光ダイオード若しくはスーパールミセントダイオードを用いて略山形のスペクトル分布の光を利用する請求項１に記載の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法。
【請求項３】
上記受光器としてフォトダイオード若しくはフォトトランジスタを用いる請求項１または２に記載の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法。
【請求項４】
光源からの光を光ファイバブラッググレーティングに入射して受光器で得られた反射光より、上記光ファイバブラッググレーティングの受けた歪み若しくは温度変化を測定する物理量測定方法において、光源からの光のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との間の光出力波長特性及び波長と物理量との間の波長物理量特性を予め求めておき、上記光ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を上記光出力波長特性及び上記波長物理量特性を用いて物理量を測定することを特徴とする物理量測定方法。
【請求項５】
上記光源に発光ダイオード若しくはスーパールミセントダイオードを用いて略山形のスペクトル分布の光を利用する請求項４に記載の物理量測定方法。
【請求項６】
上記受光器としてフォトダイオード若しくはフォトトランジスタを用いる請求項４または５に記載の物理量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバグレーティングの反射波長測定方法及び物理量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は波長可変光源を用いた測定系を示す従来例である。
【０００３】
この測定系１は、波長可変光源２と、波長可変光源２にポートＰａが接続され、ポートＰａからポートＰｂ、ポートＰｂからポートＰｃ、ポートＰｃからポートＰａへ光を入出力する順方向特性を有する３端子光サーキュレータ３と、３端子光サーキュレータ３のポートＰｃに接続された受光器４と、３端子光サーキュレータ３のポートＰｂに光ファイバ５を介して接続された光ファイバブラッググレーティング（以下「ＦＢＧ」という。）６とで構成されている。
【０００４】
波長可変光源２から発した光は、３端子光サーキュレータ３のポートＰａに入射されてポートＰｂから光ファイバ５に入射される。光ファイバ５に入射した光はＦＢＧ６で反射されて３端子光サーキュレータ３のポートＰｂに入射して分岐され、ポートＰｃから受光器４に入射する。受光器４で光出力の値が測定される。
【０００５】
ここで、ＦＢＧ６は、特定の波長の光のみ反射するので、波長可変光源２の波長を変化させながら受光器４からの光出力を測定し、光源波長と光出力との関係を測定すると、ＦＢＧ反射波長においてピーク値が得られる。
【０００６】
このことから、ＦＢＧ６の反射光波長を特定し、その反射光波長の変化からＦＢＧ６に印加された歪みや温度変化を測定することができる。
【０００７】
図１１は広帯域光源とスペクトルアナライザとを用いた測定系を示す従来例である。図１２は図１１に示した測定系に用いられる広帯域光源のスペクトル分布を示す図であり、横軸が光源波長を示し、縦軸が光出力を示す。
【０００８】
図１１に示す測定系１０は、広帯域光源１１と、広帯域光源１１にポートＰａが接続された３端子光サーキュレータ３と、３端子光サーキュレータ３のポートＰｂに光ファイバ５を介して接続されたＦＢＧ６と、３端子光サーキュレータ３のポートＰｃに接続されたスペクトルアナライザ１２とで構成されている。
【０００９】
広帯域光源１１から発した光は、３端子光サーキュレータ３を通過した後ＦＢＧ６で反射され、３端子光サーキュレータ３で分岐されてスペクトルアナライザ１２に導かれる。このスペクトルアナライザ１２でＦＢＧ６の反射光の波長を測定する。測定した反射光の波長変化よりＦＢＧ６に印加された歪みや温度変化を測定する。
【００１０】
図１３は広帯域光源と光カプラとを用いた測定系を示す従来例である。
【００１１】
この測定系２０は、広帯域光源１１と、一方（図では上側）の分岐側の端子が広帯域光源１１に接続された２×１光カプラ２１と、２×１光カプラ２１の合波側の端子に光ファイバ５を介して接続されたＦＢＧ６と、２×１光カプラ２１の他方（この場合下側）の分岐側の端子に接続された受光器４とで構成されている。
【００１２】
広帯域光源１１から発した光は、２×１光カプラ２１を通過した後ＦＢＧ６で反射され、２×１光カプラ２１で分岐されて受光器４に導かれる。受光器４で光出力の値を測定する。
【００１３】
図１４は図１３に示す測定系の挿入波長と分岐光量との関係を示す図であり、横軸は反射光の波長を示し、縦軸は分岐光量を示す。
【００１４】
ここで、２×１光カプラ２１は、図１３に示す測定系２０の波長と分岐光量との関係を有し、挿入される波長変化により分岐される光の光量、すなわち光出力が変化するようになっている。
【００１５】
したがって、ＦＢＧ６からの反射光の波長の変化により分岐される光の光出力が変化し、その変化量を受光器４で測定することにより反射波長が特定できる。測定により得られた反射光の波長を換算することによりＦＢＧ６に印加された歪や温度変化が算出される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０〜図１４に示した従来例は、以下のような問題がある。
【００１７】
（１）波長可変光源２を用いた測定系
高価な波長可変光源２が必要であり、波長掃引に時間がかかるため測定時間が長い。
【００１８】
（２）広帯域光源１１及びスペクトルアナライザ１２を用いた測定系
高価な広帯域光源１１やスペクトルアナライザ１２が必要であり、スペクトルアナライザでの波長測定には時間がかかる。
【００１９】
（３）光カプラの分岐比波長特性を用いた測定系
高価な広帯域光源１１が必要であり、光カプラの温度特性に影響される。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、安価で高速応答が可能な光ファイバグレーティングの反射波長測定方法及び物理量測定方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、光源からの光を光ファイバブラッググレーティングに入射して受光器で得られた反射光の波長を測定する光ファイバグレーティングの反射波長測定方法において、光源からの光のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との間の光出力波長特性を予め求めておき、光ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を光出力波長特性を用いて求めるものである。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、光源に発光ダイオード若しくはスーパールミセントダイオードを用いて略山形のスペクトル分布の光を利用するのが好ましい。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、受光器としてフォトダイオード若しくはフォトトランジスタを用いるのが好ましい。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、光源からの光を光ファイバブラッググレーティングに入射して受光器で得られた反射光より、光ファイバブラッググレーティングの受けた歪み若しくは温度変化を測定する物理量測定方法において、光源からの光のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との間の光出力波長特性及び波長と物理量との間の波長物理量特性を予め求めておき、光ファイバブラッググレーティングからの反射光の波長を光出力波長特性及び波長物理量特性を用いて物理量を測定するものである。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成に加え、光源に発光ダイオード若しくはスーパールミセントダイオードを用いて略山形のスペクトル分布の光を利用するのが好ましい。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の構成に加え、受光器としてフォトダイオード若しくはフォトトランジスタを用いるのが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、光源のスペクトル分布のうち光出力が変化する部分の光出力と波長との関係の光出力波長特性を利用するので、高価な広帯域光源やスペクトルアナライザを用いることなく通常の安価な発光ダイオード若しくはスーパールミセントダイオードを用いることができる。受光器として安価なフォトダイオード若しくはフォトトランジスタを用いることにより、高速応答が可能になり反射波長測定の時間が短縮される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２９】
図１は本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２は図１に示した測定装置に用いられる光源のスペクトル分布を示す図であり、横軸が光源波長を示し、縦軸が光出力を示している。
【００３０】
図１に示す測定装置３０は、図２に示す略山形のスペクトル分布を有する光を出力する光源としての発光ダイオード（若しくはスーパールミセントダイオード、以下「ＳＬＤ」という。）３１と、発光ダイオード３１に入力端が接続された光分岐器３２と、光分岐器３２の入出力端に光ファイバ５を介して接続されたＦＢＧ６と、光分岐器３２の出力端に接続された受光器としてのフォトダイオード（若しくはフォトトランジスタ）３３とで構成されている。
【００３１】
図１に示す測定装置３０は、スペクトル分布のうち立ち上がり部にＦＢＧ６の反射波長の中心値λｎ及び波長変化分λＮ−１、λＮ＋１に含まれる発光ダイオード３１を用いたものである。これら波長成分λｎ、λｎ−１、λｎ＋１に対する光出力はＰｎ、Ｐｎ−１、Ｐｎ＋１となる。
【００３２】
ＦＢＧ６は特定の波長成分を反射することから、反射波長に対応した光出力成分が反射され、図３に示すような特性を得ることができる。
【００３３】
図３は図１に示した測定装置で得られる反射光の波長と反射光量との関係を示す光量波長特性図であり、横軸がＦＢＧ６からの反射光の波長を示し、縦軸が反射光量を示している。
【００３４】
このようにＦＢＧ６からの反射光の光出力変化を測定することにより、ＦＢＧ６の反射波長の測定を実現できる。また、受光器に用いられるフォトダイオード３３等は高速応答が可能な素子であるため、測定の高速化を図ることができる。
【００３５】
ここで、光出力の値は図３に示す特性を有するので、予め歪又は温度変化等の物理量をＦＢＧ６に印加したときの反射波長すなわち、反射光波長出力の値を測定し、図４に示す物理量と反射光量との関係を予め求めておく。その結果、ＦＢＧ６を任意の測定対象に設置したときの反射光量変化をフォトダイオード３３等で測定することにより、測定対象の歪み又は温度変化の測定が可能となる。この場合、本発明の物理量測定方法を適用したことになる。
【００３６】
尚、図４は図１に示した測定装置のＦＢＧが受ける物理量とＦＢＧからの反射光量との関係を示す図であり、横軸が歪又は温度変化を示し、縦軸が反射光量を示している。
【００３７】
図５は本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００３８】
本測定装置４０の特徴は、光分岐器として光カプラ４１を用いた点である。
【００３９】
光カプラ４１には、波長変化に対して分岐の変化がある光カプラか、波長変化に対して分岐比の安定している広帯域のカプラが用いられる。
【００４０】
光カプラ４１に波長特性のあるカプラを用いた場合、波長変化によりスペクトル分布による光出力変化と分岐比の変化における光出力の変化とが足し合わされ、さらに大きな変化が得られる。
【００４１】
光カプラ４１に広帯域のカプラを用いた場合、波長変化による光出力の変動がなくなり、スペクトル分布による光出力の変化だけが測定できる。
【００４２】
いずれのカプラを用いても、予め校正し、図４に示した特性図の歪又は温度変化と反射光量との関係を求めておくことで安定した測定ができる。
【００４３】
図６は本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示した測定装置４０との相違点は、光分岐器として３端子サーキュレータ３を用いた点である。
【００４５】
このような測定装置５０においても図５に示した測定装置３０と同様の効果が得られる。
【００４６】
図７は本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００４７】
図６に示した測定装置５０との相違点は、３端子サーキュレータ３の代わりに波長フィルタ６１を用いた点である。
【００４８】
このような測定装置６０においても図６に示した測定装置と同様の効果が得られる。
【００４９】
図８は光源のスペクトル分布のうち、立ち上がり部の波長域λｎ−１、λｎ、λｎ＋１と立ち下がり部の波長域λ’ｎ−１、λ’ｎ、λ’ｎ＋１との２つの波長域を用いる場合についての説明図であり、横軸は光源波長を示し、縦軸は光出力を示している。
【００５０】
これら２つの波長域を用いることにより、光ファイバに接続できるＦＢＧの数量を増加させることができる。
【００５１】
図９は本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００５２】
図７に示した測定装置６０との相違点は、多点を測定できるように複数（図では２箇所であるが、限定されない。）のＦＢＧ６ａ、６ｂを接続した点である。
【００５３】
一つの発光ダイオード３１から発した光は、複数（図では２箇所であるが限定されない。）のＦＢＧ６ａ、６ｂに対応した波長λ１、λ２の光が反射される。反射された光は波長スプリッタ７１で波長λ１、λ２の２つの光に分岐され、２つのフォトダイオード３３ａ、３３ｂにそれぞれ導かれる。フォトダイオード３３ａ、３３ｂの光出力変化を各々測定することで、複数のＦＢＧ６ａ、６ｂそれぞれの波長変化が測定できる。また、ＦＢＧ６ａ、６ｂの波長間隔を適宜選択することで、さらに多くの測定を同時に行うことができる。この場合、光分岐器としてＦＢＧ６ａ、６ｂの中心波長に対応した多チャンネルの波長スプリッタ７１を用いるのが好ましい。
【００５４】
以上において、
（１）安価なＦＢＧ反射波長の測定系が得られる。
（２）高速応答が可能なＦＢＧ反射波長の測定系が得られる。
（３）多点のＦＢＧの反射波長を同時、かつ高速で測定できる測定系が得られる。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、安価で高速応答が可能な光ファイバグレーティングの反射波長測定方法及び物理量測定方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した測定装置に用いられる光源のスペクトル分布を示す図である。
【図３】図１に示した測定装置で得られる反射光の波長と反射光量との関係を示す光量波長特性図である。
【図４】図１に示した測定装置のＦＢＧが受ける物理量とＦＢＧからの反射光量との関係を示す図である。
【図５】本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】光源のスペクトル分布のうち、立ち上がり部及び立ち下がり部の２つの波長域を用いる場合についての説明図である。
【図９】本発明の光ファイバグレーティングの反射波長測定方法を適用した測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】波長可変光源を用いた測定系を示す従来例である。
【図１１】広帯域光源とスペクトルアナライザとを用いた測定系を示す従来例である。
【図１２】図１１に示した測定系に用いられる広帯域光源のスペクトル分布を示す図である。
【図１３】広帯域光源と光カプラとを用いた測定系を示す従来例である。
【図１４】図１３に示す測定系の挿入波長と分岐光量との関係を示す図である。
【符号の説明】
５  光ファイバ
６  光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
３０  測定装置
３１  発光ダイオード
３２  光分岐器
３３  フォトダイオード
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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