(57)【要約】本発明によるシステムは、少なくとも１つの光学的センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を具備していて、各センサが、２つの光学的導波路内に書込形成された２つのブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２；Ｂ２１，Ｂ２２；Ｂ３１，Ｂ３２）を備えている。これらブラッグ格子は、測定対象をなす１つまたは複数のパラメータに依存した相対的スペクトルシフトを示すように調節された感度を有している。このシステムは、さらに、２つの光学的導波路に対して光を供給する光源（６）と；同じセンサ内の２つのブラッグ格子を光が順次的に通過することを可能とする手段と；一方においては、２つの光学的導波路の一方だけを通過した光（Ｒ１）のパワーレベルを測定し、他方においては、２つの光学的導波路の双方を順次的に通過した光（Ｒ'１）のパワーレベルを測定する、複数の光検出器と；それらパワーレベルを処理するとともに、測定したパラメータの値を供給する手段と；を具備している。
2004530899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学的センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を具備していて、少なくとも１つのパラメータを測定するためのシステムであって、
前記各センサが、２つのブラッグ格子を備え、
これらブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２；Ｂ２１，Ｂ２２；Ｂ３１，Ｂ３２）が、測定対象をなす１つまたは複数のパラメータに依存した相対的スペクトルシフトをこれらブラッグ格子のそれぞれのスペクトルが示すように調節された感度を備え、
前記ブラッグ格子が、２つの光学的導波路（３，５；４４，４６）のそれぞれ内に書込形成され、
このようなシステムが、さらに、
−前記２つの光学的導波路に対して光を供給する光源（６）と、
−同じセンサ内の２つのブラッグ格子を光が順次的に通過することを可能とする手段と、
−一方においては、前記２つの光学的導波路の一方だけを通過した光（Ｒ１）のパワーレベルを測定し、他方においては、前記２つの光学的導波路の双方を順次的に通過した光（Ｒ'１）のパワーレベルを測定する、複数の光検出器と、
−それらパワーレベルを処理するとともに、測定したパラメータの値を供給する手段と、
を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記光学的導波路（３，５）が、各々が単一のコアを有している複数の光ファイバ（２，４）の各コアであることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記光学的導波路が、マルチコア光ファイバ（４２）の複数のコア（４４，４６）であることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
さらに、前記光源（６）と前記２つの光学的導波路とを接続するサーキュレータ（８）を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記システム内における前記光学的センサの数（Ｎ）が、２以上とされ、
前記システムの前記光源が、前記複数の光学的センサのそれぞれの共鳴波長のうちの最小波長から最大波長までにわたる範囲よりも以上の波長バンドの光を放出することができ、
前記システムが、Ｎ個の第１光検出器上を光が通過するようにしておよびＮ個の第２光検出器上を光が通過するようにして、前記Ｎ個の光学的センサに対して光を分散させ得るスペクトル分離手段を備え、
前記Ｎ個の第１光検出器が、前記２つの光学的導波路の一方だけを通過しかつそれぞれ対応する波長を有したＮ個の第１光の各パワーレベルを測定することができ、
前記Ｎ個の第２光検出器が、前記２つの光学的導波路の双方を順次的に通過しかつそれぞれ対応する波長を有したＮ個の第２光の各パワーレベルを測定することができることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、さらに、
前記光源（６）と前記２つの光学的導波路とを接続するサーキュレータと、
第１光カプラ（１０）と、
第１および第２のスペクトル分離デバイス（１２，１８）と、
を具備し、
前記第１光カプラが、前記サーキュレータ（８）と、前記２つの光学的導波路のうちの一方と、の間に接続され、
これにより、前記２つのブラッグ格子のうちの一方によって反射された信号と、前記２つのブラッグ格子の双方によって反射された信号とを、前記第１および第２のスペクトル分離デバイスの各々によって解析し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、
さらに、２×２のスイッチ（２６）を具備し、
このスイッチが、一方サイドにおいては、前記第１光カプラ（１０）に対しておよび前記サーキュレータ（８）に対して接続され、他方サイドにおいては、前記２つの光学的導波路に対して接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項６または７記載のシステムにおいて、
さらに、第２光カプラ（２８）と、第３スペクトル分離デバイス（３０）と、を具備し、
この第３スペクトル分離デバイスが、前記第２光カプラを介して前記光源に対して接続され、前記光源から放出された光を解析することができることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記ブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２；Ｂ２１，Ｂ２２；Ｂ３１，Ｂ３２）が、重なり制御されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記パラメータが、歪みとされ、
前記２つのブラッグ格子のそれぞれの長手方向軸が、前記歪みの軸に対して互いに異なる角度を形成していることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記パラメータが、歪みとされ、
前記システムが、さらに、２つの部分（３６，３８）を有した支持体（３４）を具備し、
前記２つの部分（３６，３８）のそれぞれの横断面積が、互いに異なるものとされ、
前記２つのブラッグ格子の一方が、それら２つの部分の一方の中に配置され、かつ、前記２つのブラッグ格子の他方が、それら２つの部分の他方の中に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のまたは請求項３〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記２つのブラッグ格子が、デュアルコア光ファイバの２つのコア（４４，４６）の各々内に形成され、
前記２つのコアが、それぞれの中に形成されているブラッグ格子に対して互いに異なる測定感度を付与し得るよう、互いに相違するものとされていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記２つのコア（４４，４６）が、ドーピング態様において互いに相違していることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記２つのコア（４４，４６）が、直径において互いに相違していることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記２つのブラッグ格子が、測定対象をなす各パラメータに対しての感度を調節し得るよう、互いに異なるシースを有していることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項５〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記各スペクトル分離デバイス（１２，１８，３０）が、例えば回折格子やプリズムといったような分散部材（４８）と、マトリクスを形成し得る複数の光検出器（１４１，１４２，１４３）と、を有していることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項５〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記各スペクトル分離デバイス（１２，１８，３０）が、光分離器（５４）と、この光分離器に関連づけられた複数の干渉フィルタ（５６１，５６２，５６３）および複数の光検出器（１４１，１４２，１４３）と、を有していることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記分散部材が、単一とされて、複数の前記スペクトル分離デバイスに対して共有され、
前記複数の光検出器が、同じ光検出器マトリクスからなる複数の列とされていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のブラッグ格子を使用する測定システムに関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、温度や応力や圧力の測定に応用することができる。
【背景技術】
【０００３】
以下の文献を参照することができる。
［１］D.A. Jackson 氏、A.B. Lobo Ribeiro 氏、L. Reekie 氏および、J.L.Archambault氏による“Simple multiplexing scheme for a fibre-optic grating sensor network” と題する、Optics Letters, Vol. 19(14), 1993, pp 1192-1194
［２］R.W. Fallon 氏、L. Zhang 氏、A. Gloag 氏および、I. Bennion 氏による“Identical broadband chirped grating interrogation technique for temperature andstrain sensing”と題する、Electronics Letters, Vol. 33(8), 1997, pp 705-707
［３］L.A. Ferreira 氏、F.M. Araujo 氏、J.L. Santos 氏および、F. Farahi 氏による“Temperature and strain insensitive bend measurements with D-type fibre Bragggratings”と題する、OFS (Optical Fibre Sensors) Conference 14, WE 2-2, Venice,October 2000.
【０００４】
文献［１］［２］には、複数のブラッグ格子を使用するとともに、それらブラッグ格子からの２つのスペクトルのオーバーラップの解析をベースとした測定技術が開示されている。すなわち、一対をなすブラッグ格子の重なり積分をベースとした測定技術が開示されている。
【０００５】
２つのブラッグ格子のうちの一方のみが、トランスデューサであって、他方のブラッグ格子が、解析対象をなすスペクトル信号をもたらしていることに、注意されたい。
【０００６】
さらに、文献［２］に記載の技術においては、チャープ格子を使用している。チャープ格子は、製造が困難であるとともに、長さのために歪みを受けやすく、そのため、測定信号にノイズが誘発されやすい。
【０００７】
文献［３］には、トランスデューサを形成する一対のブラッグ格子を備えたセンサを使用する測定技術が開示されている。この技術においては、これらトランスデューサによって供給された信号のシフトに関しての、完全にスペクトル的な解析を使用する。すなわち、スペクトルの重なり積分を原理としたものではない。
【０００８】
光学的スペクトルアナライザの使用を必要とするという点において、この技術は、複雑であり高価である。この技術は、さらに、取得周波数という観点から制約を受ける。
【非特許文献１】
D.A. Jackson 氏、A.B. Lobo Ribeiro 氏、L. Reekie 氏および、J.L.Archambault氏による“Simple multiplexing scheme for a fibre-optic gratingsensor network” と題する、Optics Letters, Vol. 19(14), 1993, pp 1192-1194
【非特許文献２】
R.W. Fallon 氏、L. Zhang 氏、A. Gloag 氏および、I. Bennion 氏による“Identical broadband chirped grating interrogation technique fortemperature and strain sensing”と題する、Electronics Letters, Vol. 33(8), 1997,pp 705-707
【非特許文献３】
L.A. Ferreira 氏、F.M. Araujo 氏、J.L. Santos 氏および、F. Farahi 氏による“Temperature and strain insensitive bend measurements withD-type fibre Bragg gratings”と題する、OFS (Optical Fibre Sensors) Conference 14,WE 2-2, Venice, October 2000.
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、上述した公知技術における各種欠点を克服することである。
【００１０】
本発明の主題をなすシステムの主要な独自性は、少なくとも一対をなすブラッグ格子の使用にある。各ブラッグ格子は、変換機能と分析機能とを有している。
【００１１】
これら２つのブラッグ格子は、全体的に同様のものとされているものの、（測定対象をなす物理量に対しての）スペクトル感度においては互いに相違している。このスペクトル感度の差は、わずかなものとされる。よって、２つの格子の分析を関連づけることにより、正確なスペクトル分析を必要としないような差分測定を行うことができる。
【００１２】
本発明の主題をなすシステムは、複数のタイプの物理量を測定することができ、特に、温度や応力や圧力を測定することができる。しかも、このような測定を、上述した様々な公知技術よりも、安価な態様で行うことができる。
【００１３】
特に、本発明によるシステムは、重なり制御された複数の格子を使用することができる。このような重なり制御された複数の格子は、文献［２］に記載された公知技術において使用されているようなチャープ格子と比較して、より容易に製造することができる。
【００１４】
より詳細には、本発明の主題は、少なくとも１つの光学的センサを具備していて、少なくとも１つのパラメータを測定するためのシステムであって、各センサが、２つのブラッグ格子を備え、これらブラッグ格子が、測定対象をなす１つまたは複数のパラメータに依存した相対的スペクトルシフトをこれらブラッグ格子のそれぞれのスペクトルが示すように調節された感度を備え、それらブラッグ格子が、２つの光学的導波路のそれぞれ内に書込形成され、このようなシステムが、さらに、
−２つの光学的導波路に対して光を供給する光源と、
−同じセンサ内の２つのブラッグ格子を光が順次的に通過することを可能とする手段と、
−一方においては、２つの光学的導波路の一方だけを通過した光のパワーレベルを測定し、他方においては、２つの光学的導波路の双方を順次的に通過した光のパワーレベルを測定する、複数の光検出器と、
−それらパワーレベルを処理するとともに、測定したパラメータの値を供給する手段と、
を具備している。
【００１５】
複数の光学的導波路は、有利には、各々が単一のコアを有している複数の光ファイバの各コアとすることができる。あるいは、複数の光学的導波路は、マルチコア光ファイバの複数のコアとすることができる。
【００１６】
本発明の主題をなすシステムの好ましい実施形態においては、このシステムは、さらに、光源と２つの光学的導波路とを接続するサーキュレータを具備している。
【００１７】
本発明の主題をなすシステムの他の好ましい実施形態においては、システム内における光学的センサの数（Ｎ）は、２以上とされ、システムの光源は、複数の光学的センサのそれぞれの共鳴波長のうちの最小波長から最大波長までにわたる範囲よりも以上の波長バンドの光を放出することができ、システムは、Ｎ個の第１光検出器上を光が通過するようにしておよびＮ個の第２光検出器上を光が通過するようにして、Ｎ個の光学的センサに対して光を分散させ得るスペクトル分離手段を備え、Ｎ個の第１光検出器は、２つの光学的導波路の一方だけを通過しかつそれぞれ対応する波長を有したＮ個の第１光の各パワーレベルを測定することができ、Ｎ個の第２光検出器は、２つの光学的導波路の双方を順次的に通過しかつそれぞれ対応する波長を有したＮ個の第２光の各パワーレベルを測定することができる。
【００１８】
好ましくは、システムは、さらに、光源と２つの光学的導波路とを接続するサーキュレータと、第１光カプラと、第１および第２のスペクトル分離デバイスと、を具備し、第１光カプラは、サーキュレータと、２つの光学的導波路のうちの一方と、の間に接続され、これにより、２つのブラッグ格子のうちの一方によって反射された信号と、２つのブラッグ格子の双方によって反射された信号とを、第１および第２のスペクトル分離デバイスの各々によって解析し得るものとされている。
【００１９】
システムは、さらに、２×２のスイッチを具備することができ、このスイッチは、一方サイドにおいては、第１光カプラに対しておよびサーキュレータに対して接続され、他方サイドにおいては、２つの光学的導波路に対して接続される。
【００２０】
システムは、さらに、第２光カプラと、第３スペクトル分離デバイスと、を具備することができ、この第３スペクトル分離デバイスは、第２光カプラを介して光源に対して接続されていて、光源から放出された光を解析することができる。
【００２１】
ブラッグ格子は、好ましくは、重なり制御された格子とされる。
【００２２】
本発明の主題をなすシステムの特別の実施形態においては、パラメータは、歪みとされ、２つのブラッグ格子のそれぞれの長手方向軸は、歪みの軸に対して互いに異なる角度を形成する。
【００２３】
他の特別の実施形態においては、パラメータは、歪みとされ、システムは、さらに、２つの部分を有した支持体を具備し、２つの部分のそれぞれの横断面積は、互いに異なるものとされ、２つのブラッグ格子の一方は、それら２つの部分の一方の中に配置され、かつ、２つのブラッグ格子の他方は、それら２つの部分の他方の中に配置される。
【００２４】
他の特別の実施形態においては、２つのブラッグ格子は、デュアルコア光ファイバの２つのコアの各々内に書込形成され、２つのコアは、それぞれの中に形成されているブラッグ格子に対して互いに異なる測定感度を付与し得るよう、互いに相違するものとされている。
【００２５】
この場合、２つのコアは、ドーピング態様において互いに相違するものとすることができる、あるいは、直径において互いに相違するものとすることができる。
【００２６】
他の特別の実施形態においては、２つのブラッグ格子は、測定対象をなす各パラメータに対しての感度を調節し得るよう、互いに異なるシースを有している。
【００２７】
各スペクトル分離デバイスは、例えば回折格子やプリズムといったような分散部材と、マトリクスを形成し得る複数の光検出器と、を有することができる。
【００２８】
この場合、ある特別の実施形態においては、分散部材は、単一とされて、複数のスペクトル分離デバイスに対して共有され、複数の光検出器は、同じ光検出器マトリクスからなる複数の列とすることができる。
【００２９】
変形例においては、各スペクトル分離デバイスは、光分離器と、この光分離器に関連づけられた複数の干渉フィルタおよび複数の光検出器と、を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００３１】
本発明の主題をなすシステムの一例が、図１に概略的に示されている。この例においては、３つのセンサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）が使用されている。センサ（Ｃ１）（あるいは、それぞれ、Ｃ２，Ｃ３）は、２つのブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２）（あるいは、それぞれ、Ｂ２１，Ｂ２２；Ｂ３１，Ｂ３２）を有している。各ブラッグ格子は、トランスデューサを形成している。
【００３２】
ブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ２１，Ｂ３１）（あるいは、Ｂ１２，Ｂ２２，Ｂ３２）は、光ファイバ（２）（あるいは、光ファイバ（４））内に形成されている。
【００３３】
ブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２）は、共鳴波長（λ１）を有しており、ブラッグ格子（Ｂ２１，Ｂ２２）は、共鳴波長（λ２）を有しており、ブラッグ格子（Ｂ３１，Ｂ３２）は、共鳴波長（λ３）を有している。
【００３４】
このシステムに対する入力部分においては、まず最初に、広帯域ファイバ光源（６）が設けられている。この光源（６）は、赤外において発光し、典型的には、１．５μｍ周辺で発光する（しかしながら、他の任意のスペクトル帯域を使用することができる）。光源（６）のスペクトルバンド幅は、関連するセンサの数に依存する。
【００３５】
例えば、各トランスデューサにおいて１０ｎｍというスペクトル変動が許容されている場合には（ファイバ上における１％という伸びと等価である）、３０ｎｍよりも大きいような合計スペクトルバンド幅が、図１の例では、必要とされる。実際には、光源の有効スペクトルバンド幅と、測定ダイナミックレンジとは、センサ数を設定する複数の格子に関連する。
【００３６】
光源（６）からの光信号（Ｓ）は、その後、３つのチャネル（I，II，III）を有した光ファイバサーキュレータ（８）へと到達する。信号（Ｓ）は、チャネル（I） を通してサーキュレータ内に導入され、チャネル（II）を通してサーキュレータから導出される。
【００３７】
このようにして光ファイバ（２）（チャネル（II）に対して接続されている）内へと案内された光波は、様々なセンサにおいて第１トランスデューサを形成している複数のブラッグ格子に導入される。したがって、信号の一部は、様々な格子の共鳴波長（λ１，λ２，λ３）において反射される。
【００３８】
その場合、サーキュレータは、反射信号（Ｒ）をチャネル（III） に向けて案内し、したがって、このチャネル（III） に対して接続されている５０／５０タイプの光カプラ（１０）に向けて案内する。
【００３９】
反射信号（Ｒ）の第１半分（Ｒ１）は、スペクトル分離デバイス（１２）に向けて案内され、反射信号（Ｒ）の他の半分（Ｒ２）は、光ファイバ（４）に向けて案内される。
【００４０】
第１半分（Ｒ１）は、デバイス（１２）を構成している光検出器アセンブリ（１４）の３つの光検出器上の３つの領域へと、スペクトル的に分離される。これら３つの光検出器からのパワーレベルは、それぞれ、ｖ１，ｖ２，ｖ３である。これら３つの光検出器は、それぞれ、λ１，λ２，λ３という変化範囲に対応している。
【００４１】
実際には、任意のスペクトル分離手段（１６）（例えば、回折格子や、バルクフィルタや、ブラッグ格子や、あるいは、薄膜）を使用することによって、複数の光検出器の上流側におけるこの分離を行うことができる。これについては、後述する。
【００４２】
第２半分（Ｒ２）は、相補ファイバ（４）へと伝達され、したがって、３つのセンサ内に属している第２シリーズをなすブラッグ格子へと導入される。したがって、この信号は、信号（Ｒ' ）という形態でもって（フィルタを形成する）各格子から反射され、カプラ（１０）に向けて逆向きに戻される。
【００４３】
反射信号（Ｒ' ）の半分は、カプラ内で失われ、反射信号（Ｒ' ）の他の半分（Ｒ'１）が、デバイス（１２）と同じスペクトル分離デバイス（１８）に向けて案内される。したがって、デバイス（１８）は、スペクトル分離手段（２０）と、３つの光検出器からなる光検出器アセンブリ（２２）と、を有している。これにより、３つの光検出器からの各パワーレベル（ｗ１，ｗ２，ｗ３）が測定される。
【００４４】
図１のシステムは、さらに、測定したパワーレベル（ｖ１，ｖ２，ｖ３；ｗ１，ｗ２，ｗ３）を処理するための手段（２４）を備えている。この処理手段（２４）は、センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）によって測定された各パラメータの値を供給する。
【００４５】
図１のシステムにおいては、信号が、各センサを構成する２つのトランスデューサ格子の各々によって次々と反射されるという事実が、使用される。したがって、信号（Ｒ' ）は、それら２つの格子の反射スペクトルどうしの交差を積分する。２つのスペクトルが重なり合っている場合に、最大の信号が得られる。２つのスペクトルが離間していれば、信号は、ゼロとなる。これら２つの極端な状況の間のすべての中間状況が、測定領域を規定する。
【００４６】
つまり、初期的にはλｉ（１≦ｉ≦３） を中心とした２つの格子は、それらの反射スペクトルの重なり積分が、測定対象をなすパラメータ（例えば、温度や応力や圧力）の関数となるようにして、パッケージングされるあるいは製造される。
【００４７】
図２は、２つのブラッグ格子の反射スペクトル（ＳＰ１，ＳＰ２）を使用した測定原理を示している。応力（ε）は、ε１を経由して、０με〜εｆの間にわたって変化する。
【００４８】
図２に例示するように、応力（ε）がセンサ上において増加したときには、相対的なスペクトルシフトδλ（ε）が、もたらされる。その結果、２つのスペクトルの重なり積分が減少する。よって、交差領域（Ｒ' ）に対応したパワーレベルを測定することにより、対応した応力（ε）を測定することができる。
【００４９】
さらに、後述するように、複数のブラッグ格子は、好ましくは、起こり得る二次的ローブによるパワー擾乱を防止し得るよう、重なり制御される（アポダイズされる）。
【００５０】
破線の長方形（ＲＰ）によって囲まれているような図２の領域は、スペクトル分離デバイスの各光検出器に対応した積分ウィンドウのスペクトルバンド幅（Ｄλ）（格子の合計シフト）を示している。
【００５１】
以下、測定原理について説明する。
【００５２】
図１の広帯域光源（６）に由来する信号（Ｓ）は、波長（λ）に依存する。よって、この信号は、以下においては、Ｓ（λ）と記述される。さらに、
−ｒ１（λ）とｒ'１（λ）とは、センサ（Ｃ１）をなす２つのブラッグ格子の反射係数であり、
−αｉｊは、I≦ｉ≦III，II≦ｊ≦III，ｉ＜ｊ としたときに、チャネル（ｉ）からチャネル（ｊ）に向けてのサーキュレータ（８）の損失係数であり、
−γは、カプラ（１０）における分離度合い（図１の例においては、γ＝０．５）である。
【００５３】
信号Ｒ１（λ） は、第１格子（Ｂ１１）によってのみ反射され、その後、スペクトル分離デバイス（１２）へと向かう。よって、次式のように書き表すことができる。
【００５４】
【数１】
2004530899.tif 000003
【００５５】
信号Ｒ'１（λ）は、センサ（Ｃ１）の２つの格子（Ｂ１１，Ｂ１２）によって反射されその後スペクトル分離デバイス（１８）へと向かったものであるので、次式のように書き表すことができる。
【００５６】
【数２】
2004530899.tif 000004
【００５７】
２つの出力ビームのスペクトル分離により、信号を、幅がＤλであるようなスペクトルバンド幅［λ０；λ０＋Ｄλ］にわたって積分することができる。したがって、測定されたパワー（ｖ１，ｗ１）は、次式のように書き表すことができる。
【００５８】
【数３】
2004530899.tif 000005
【００５９】
実際に、Ｄλにわたって積分を実行しようとすれば、ごく小さなスペクトルバンド幅（Δλｒ）を、積分計算において考慮しなければならない。これは、ｒ１（λ）×ｒ'１（λ）がゼロではないようなバンド幅である。このバンド幅（Δλｒ）は、ブラッグ格子によって形成されたフィルタのバンド幅の２倍よりも小さいままである。
【００６０】
このバンド幅が極めて狭い（Δλｒ＜１ｎｍ）であることにより、したがって、Ｓ（λ）と様々な係数（αｉｊ）とγとを、積分範囲にわたって定数と仮定することが、妥当である。したがって、等式は、以下のように簡単化される。
【００６１】
【数４】
2004530899.tif 000006
【００６２】
これら様々な値の比を計算するならば、光源信号Ｓ（λ１）に対する依存性が除去される。その結果、システムレスポンスは、光源のパワー擾乱に対して独立となり、光検出器の感度の様々な変動に対して独立となる。これにより、次式となる。
【００６３】
【数５】
2004530899.tif 000007
【００６４】
センサを形成する２つの格子は、互いに同一であると見なされる（それら格子は、同一条件下において製造されている）。したがって、それらのスペクトル反射係数は、規格化された反射係数ｒ１０（λ）の関数として表現することができる。
【００６５】
外部媒体内において使用されていることにより、ファイバごとに損失が発生し得る。この等式においては、損失は、因子（ρ１，ρ'１）として次のように考慮される。
【００６６】
【数６】
2004530899.tif 000008
【００６７】
したがって、上述した比は、次式のように書き表すことができる。ここで、δλは、上述した相対的スペクトルシフトである。
【００６８】
【数７】
2004530899.tif 000009
【００６９】
等式（１）における主要な未知数は、以下のものである。
【００７０】
【数８】
2004530899.tif 000010
【００７１】
したがって、等式（１）は、サーキュレータのチャネル（I） に関する測定結果を与える。損失に関する項が接続に基づくものであると仮定すれば（例えば、ファイバどうしに沿った接合損失）、同一ファイバのすべての格子に関して、同一であると仮定することができる。したがって、（図１に示すような）３つのチャネルに関しての総合的な結果は、次のように書き表すことができる。
【００７２】
【数９】
2004530899.tif 000011
【００７３】
等式系（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）は、損失項（ρ'１）のために、Γｉ（１≦ｉ≦３） の値に対する直接的アクセスが存在しないことを示している。この項を除去するために、いくつかの手法を講じることができる。以下、そのようないくつかの手法について説明する。
【００７４】
第１の手法においては、図３に示すように２つのファイバ（２，４）の入力部分のところに２×２の光スイッチ（２６）を配置することによって、図１のシステムを改良する。
【００７５】
このスイッチ（２６）は、一方サイドにおいては、カプラ（１０）に対しておよびサーキュレータ（８）のチャネル（II）に対して接続され、他方サイドにおいては、ファイバ（２，４）に対して接続される。
【００７６】
この場合、スイッチングを行うことによって、等式（２ａ）〜（２ｃ）において、第２ファイバの係数（ρ'１）を、第１ファイバの係数（ρ１）によって置換することができる。スイッチ（２６）に由来する損失係数（β）が、また、導入される。これにより、等式（２ａ）〜（２ｃ）は、以下のようになる。
【００７７】
【数１０】
2004530899.tif 000012
【００７８】
これらの等式においては、アセンブリ（１４）（あるいは、アセンブリ（２２））の３つの光検出器によって供給されるパワーは、ｖ'１，ｖ'２，ｖ'３（あるいは、ｗ'１，ｗ'２，ｗ'３）と記述されている。
【００７９】
これにより、最大のダイナミックレンジ（最小の損失係数）を有した結果をもたらす構成を選択することができる。
【００８０】
この構成は、また、どちらかのファイバにおいて起こり得るポイント故障を認識して修正するための手段でもある。
【００８１】
例えば局所的に大きな曲げといったような理由によって、一方のファイバの２つの第１格子の間においてそのファイバが損傷した場合、例えば、ファイバ（２）の格子（Ｂ１１，Ｂ２１）の間においてファイバ（２）が損傷した場合、一方の係数ρ（例えば、ρ'１）が、一方の格子に関する測定と、他方の格子に関する測定と、の間にわたって変化することとなる（その場合、値ρ'１ａおよび値ρ'１ｂとなる）。この場合には、次式となる。
【００８２】
【数１１】
2004530899.tif 000013
【００８３】
定義により、値ρ'１ａが値ρ'１ｂよりも大きいことにより、上記の２つの比の正確な値が、最小値となる。
【００８４】
第２の手法においては、１つのセンサを犠牲とする。
【００８５】
複数の格子対のうちの１つが保護環境内に配置されたと仮定すると、関数Γ（δλ）は、常にΓ（０）に等しくなる。したがって、比（ｗ／ｖ）により、損失係数（ρ'１）を測定することができる。その場合、他の２つの比が、所望の測定をもたらす。この場合には、１つの対をなすブラッグ格子を犠牲にする必要があることに注意されたい。
【００８６】
第３の手法においては、差分測定を行う。
【００８７】
３つの等式（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）は、Γ１（δλ）／Γ２（δλ）、 Γ１（δλ）／Γ３（δλ）、Γ２（δλ）／Γ３（δλ） の測定を可能とする。したがって、例えば、３つのポイントにおける応力の相対分散にアクセスすることができる。したがって、測定は、差分のままであり、歪みの絶対値を得ることはできない。
【００８８】
この手法の利点は、当然のことながら、一対の格子を犠牲にする必要がないことである。この手法は、多数のセンサを一緒に使用する場合の最大の可能性を示しており、全体的測定に対しての絶対的参照値をもたらすような電気ゲージを１つのセンサの近くに配置することによって、多数のセンサは、複数の歪みを正確にマップ付けすることができる。
【００８９】
互いに十分に近接して配置された２対のセンサからの信号の比は、さらに、ファイバ内部における損失係数（ρ）の擾乱を、除去することができる。これは、光スイッチを備えた構成が考慮されている場合でさえも、成立する。
【００９０】
第４の手法は、光源を標準化することである。
【００９１】
損失項の存在が、システムの動作に関して本当に許容し得ないものである場合には、付加的な標準化チャネルを、システムに対して付加することができる。
【００９２】
これは、センサどうしの間のファイバリンクが保護されていないような用途に関するものである（これは、例えば美術品といったような非常に大きな構造物を観測するような場合や、複合材料内に複数のセンサを配置する場合、である）。
【００９３】
この標準化は、図４に概略的に図示されている。追加のカプラ（２８）が、光源（６）の出力部分に配置されている。このカプラ（２８）の一方のチャネルは、サーキュレータ（８）のチャネル（I） に対して接続されており、光源（６）から放出された光のうちの部分（１−ν）を、サーキュレータ（８）のチャネル（I） に対して送出するものとされている。このカプラ（２８）の他方のチャネルは、光源（６）から放出された光の残部（ν）を、追加のスペクトル分離デバイス（３０）に対して送出する。
【００９４】
デバイス（３０）は、デバイス（１２，１８）と同じものであって、このデバイス（３０）の３つの光検出器によって供給された各パワーは、ｓ１，ｓ２，ｓ３と記述されている。これらパワー（ｓ１，ｓ２，ｓ３）は、また、処理手段（２４）に対して送出されることに、注意されたい。これにより、標準化が行われる。
【００９５】
例えば、信号（ｓ１）は、以下のようにして（光源が、積分範囲（Ｄλ）にわたって一定のパワーＳ（λ１）を有していることが仮定されている）、得られる。
【００９６】
【数１２】
2004530899.tif 000014
【００９７】
これにより、以下の式が得られる。
【００９８】
【数１３】
2004530899.tif 000015
【００９９】
したがって、光源（６）の擾乱に対しての依存性の場合と同様に、ファイバ損失に対する依存性を除去し得ることがわかる。測定は、先の項Γ（δλ）に関して行われる。
【０１００】
先の等式においては、積分範囲（Ｄλ）は、ブラッグ格子のバンド幅が現れることのためにシステムの事前的特性づけによって正確に既知でなければならないような比に関連している。
【０１０１】
この手法は、センサシステムの完全に標準化された特性づけを可能とする。他方、スペクトル分離デバイスの積分範囲にわたって光源が安定していることを必要としている。
【０１０２】
次に、関数Γ（δλ）に関して考察する。この関数は、『準規格化された』自動相関関数と見なすことができる。測定の目的のためには、理想的には、その関数は、例えば次のような、規格化された線形応用例の形態として表現される。
【０１０３】
【数１４】
2004530899.tif 000016
【０１０４】
これは、実効的には、格子のスペクトルレスポンスが『ゲート』関数の形状を有しているような場合である。
【０１０５】
図５および図６は、使用しているブラッグ格子に依存した自動相関関数の例を示している。以下の状況が想定されている。
−一様な格子（I） ：Ｌ＝６ｍｍ；Δｎ＝８×１０−４。
−ガウシアンによって重なり制御された格子（II）：Ｌ＝６ｎｍ；Ｇ＝２；ｐ＝２；Δｎ＝８×１０−４。
−スーパーガウシアンによって重なり制御された格子（III） ：Ｌ＝６ｎｍ；Ｇ＝４；ｐ＝１．５；Δｎ＝８×１０−４。
【０１０６】
重なり制御（アポダイゼーション）は、以下の関数から計算された。
【０１０７】
【数１５】
2004530899.tif 000017
【０１０８】
これら３つのタイプの格子反射係数（Ｒ）が、図５にプロットされている。ガウシアンによる重なり制御が、ゲート関数に対しての強い類似性を示していることが、注目に値する。一様な格子の場合には、非常に大きな二次ローブの存在が、また、注目に値する。
【０１０９】
これら曲線が、中心波長からのシフト（Δλ）に対してプロットされていることに、注意されたい。
【０１１０】
図６は、１ｎｍという最大相対スペクトルシフト（δλｍａｘ）を勘案した場合の、自動相関関数のモデル化の結果を示している。センサを形成する２つの格子は、良好な測定ダイナミックレンジをもたらし得るようにしてパッケージングされていることが、仮定されている。この例においては、それら格子は、互いに１３．２°だけ傾斜されている。これに関しては、後述する。
【０１１１】
最大のダイナミックレンジをもたらすとともに直線に最も近似している曲線が、スーパーガウシアンによって重なり制御された場合に対応したものであることは、注目に値する。これに対し、一様なブラッグ格子の場合には、ダイナミックレンジが小さく、擾乱が大きい。したがって、システム内において使用される格子に対して付与すべき重なり制御を、注意深く選択することが必要である。
【０１１２】
本発明の主題をなす測定システムの構成の大部分は、同一センサをなすブラッグ格子対からの各レスポンスにおいて差を得るための手段に関するものである。まず最初に、この相対シフトの原理について、詳細に説明する。
【０１１３】
上述したように、ブラッグ格子のスペクトルレスポンスは、入射光信号に対しての、狭幅バンド（約１００ｐｍというバンド幅を有している）からなる反射である。このバンドは、ブラッグ波長と称されるようなレスポンス波長（λＢ）を中心としている。ブラッグ波長（λＢ）は、 λＢ＝２×ｎｅｆｆ×Λ によって与えられる。ここで、Λは、格子の周期であり、ｎｅｆｆは、格子が形成されているファイバ内を伝搬するモードの実効屈折率である。
【０１１４】
格子の近傍における物理量が変化する場合には、パラメータ（Λ，ｎｅｆｆ）が変化し、ブラッグ波長のシフト（ΔλＢ）が引き起こされる。このシフトの測定が、ブラッグ格子測定の基本原理である。
【０１１５】
スペクトルシフトを、長手方向応力（εＺ）や温度（ΔＴ）や圧力（ΔＰ）といったような物理量に対して関連づける式は、以下のようなものである。
【０１１６】
【数１６】
2004530899.tif 000018
【０１１７】
ここで、ｐｅ＝ｎｃ２［ｐ１２−ν(ｐ１１＋ｐ１２)］／２ であって、
−ｎｃは、ファイバのコアの光学的屈折率であり、
−ｐ１１およびｐ１２は、弾性光学的係数であり、
−νは、ポアッソン比であり（ν＝０．１７）、
−αは、熱膨張係数であり（α＝０．４５×１０−６Ｋ−１）、
−ζは、熱光学的係数であり、
−Ｅは、ヤング率である（Ｅ＝７×１０１０Ｎ／ｍ２）。
【０１１８】
ここで使用した方法は、対象をなす物理量の変動範囲が事前に既知であることを仮定している。応力の場合を例にとって説明する。
【０１１９】
図２に示すように、最大の歪みが起こった場合には、２つの格子は、スペクトルバンド幅（数百ｐｍ）において離間する必要がある。
【０１２０】
１０ｎｍという合計シフト量の場合に、センサをなす２つの格子の伸びに応答した意図した変化、および、５００ｐｍという最終的差分シフトが、図７に示されている。応力（εＺ）をｘ軸として、および、シフト量（ΔλＢ）をｙ軸として、図示がなされている。曲線（I ，II）は、センサをなす２つの格子のそれぞれに対応している。
【０１２１】
したがって、単一のセンサを形成している２つの格子のパッケージングは、主に、
−使用している格子のスペクトルバンド幅と、
−所望測定範囲（例えば、εｍａｘ，ΔＴｍａｘ，あるいは，ΔＰｍａｘ）と、
に依存する。
【０１２２】
以下においては、２つのブラッグ格子のための特別のパッケージングを使用したような、すなわち、それら格子の波長シフトという物理的特性において利点を有するような、様々な手段を提供する。
【０１２３】
第１の手段においては、図８に示すように、２つのブラッグ格子を角度的にシフトさせる。
【０１２４】
図８の例においては、センサ（Ｃ１）の２つのブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ１２）は、それぞれ対応するファイバ（２，４）のコア内に形成されている。この例においては、各ファイバのうちの、格子が形成されている部分は、変形可能支持体（３２）に対して堅固に固定されている。
【０１２５】
この支持体上においては、直交座標系（０，ベクトルｉ，ベクトルｊ）が規定されている。
【０１２６】
ベクトルｉに沿った変形（Ｆ）について考察する。格子支持体に対する歪みテンソルは、次のように書き表すことができる。
【０１２７】
【数１７】
2004530899.tif 000019
【０１２８】
格子（Ｂ１１）は、ベクトルｉに対して平行である。したがって、格子（Ｂ１１）は、歪みの軸に対して同一直線的である。よって、ε１＝εｉである。
【０１２９】
格子（Ｂ１２）は、格子（Ｂ１１）に対して角度（θ）を形成している。したがって、この格子（Ｂ１２）は、ベクトル（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）に対して同一直線的である。よって、格子（Ｂ１２）に対して印加される歪みは、次式によって与えられる。
【０１３０】
【数１８】
2004530899.tif 000020
【０１３１】
この式により、ε２＝ε１×［ｃｏｓ２θ − ｓｉｎ２θ］を得る。
【０１３２】
したがって、２つの格子（Ｂ１１，Ｂ１２）に関する波長シフトの値は、それぞれ、
ΔλＢ１＝（１−ｐｅ）×λＢ×ε１
ΔλＢ２＝（１−ｐｅ）×λＢ×ε１×［ｃｏｓ２θ − νｓｉｎ２θ］
となる。
【０１３３】
これにより、２つの格子の差分シフトに関する表式は、次のようになる。
δΔλＢ＝（１−ｐｅ）×λＢ×ε１×ｓｉｎ２θ×（１＋ν）
【０１３４】
εｍａｘを歪みの最大値とし、かつ、Δλｒを格子のスペクトルバンド幅としたときには、角度（θ）の値は、次のように求めることができる。
【０１３５】
【数１９】
2004530899.tif 000021
【０１３６】
例示するならば、（１−ｐｅ）＝０．７８，λＢ＝１５５０ｎｍ，ν＝０．１７である。
【０１３７】
εｍａｘ＝０．０１かつΔλｒ＝５００ｐｍに対しては、θ＝０．１９ラジアン＝１０°が得られる。
【０１３８】
この構成においては、温度が方向性を有していないことにより、センサが、温度に対して非感応性であることが、注目に値する。２つの格子のスペクトルは、温度変動に対しては、スペクトル領域において互いに平行にシフトするだけであって、相対的にはシフトしない。熱の影響による伸びの変化だけが測定される。
【０１３９】
第２の手段においては、固体の歪みとその固体の横断面積とを関係づける等式を外挿する。
【０１４０】
力（Ｆ）を受けているとともに横断面積（Ｓ）の固体は、フックの法則により、Ｅをその固体のヤング率としたときに、次式のような伸び（ε）を受ける。
【０１４１】
【数２０】
2004530899.tif 000022
【０１４２】
この第２手段においては、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、２つの格子（Ｂ１１，Ｂ１２）を、例えばポリマー製の支持体といったような支持体（３４）内にパッケージングする。これら格子は、支持体の横断面積の変化によって、差が付与されている。
【０１４３】
より詳細には、支持体（３４）は、２つの部分（３６，３８）を備えている。それら部分は、それぞれの横断面積（Ｓ１，Ｓ２）において互いに相違しており、それぞれ対応する格子（Ｂ１１，Ｂ１２）を収容している。両格子は、互いに平行とされ、歪み（Ｆ）は、これら格子に対して平行に発生する。図９Ａの場合には（あるいは、図９Ｂの場合には）、部分（３８）の方が、部分（３６）と比較して、高さが大きい（あるいは、幅が広い）。
【０１４４】
この手法は、図１におけるセンサ（Ｃ２，Ｃ３）に関しても同様に適用される。
【０１４５】
各支持体は、測定対象をなす歪みを有した構造体（図示せず）上に配置され、両端部において構造体上に固定される。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、歪み（Ｆ）は、各格子に対して互いに異なる２つの歪みをもたらすような力を生成する。各部分（３６，３８）の長さをそれぞれＬ１およびＬ２とするとともに、支持体（３４）の全体長さをＬとすると、支持体（３４）の２つの部分に対しての、構造体の伸びに関する式は、以下のようになる。
【０１４６】
【数２１】
2004530899.tif 000023
【０１４７】
ここで、α＝Ｌ１／Ｌとすれば、次式が得られる。
【０１４８】
【数２２】
2004530899.tif 000024
【０１４９】
例示するならば、（１−ｐｅ）＝０．７８，λＢ＝１５５０ｎｍ，α＝０．５である。
【０１５０】
εｍａｘ＝０．０１かつΔλｒ＝５００ｐｍに対しては、Ｓ１／Ｓ２＝０．９６が得られる。
【０１５１】
例えば図９Ａの形状の場合には、支持体（３４）の部分（３６）（あるいは、部分（３８））は、１ｍｍ×５ｍｍという寸法（あるいは、１．０４ｍｍ×５ｍｍという寸法）とすることができる。
【０１５２】
この構成においても、また、歪みだけが考慮されている。したがって、温度変化は、構造体の歪みを生成する場合にのみ、信号に影響をもたらす。しかしながら、このことは、歪みゲージが、測定対象をなす歪みの起源を区別しないことにより、極めて正常である。歪みは、熱的−機械的起源のものとすることができる。
【０１５３】
第３の手段においては、２つのファイバ（２，４）を別々にパッケージングし、これにより、外部物理量に対してわずかに相違するようにして応答させる。
【０１５４】
単純な例においては、図１０に示すように、２つのファイバのうちの一方のファイバに関して、内部に格子を収容している部分の周囲に、材料層を成膜する。図１０においては、光ファイバ（２）のうちの、格子（Ｂ１１）が光学的に書込形成されている部分が、材料層（４０）によって被覆されている。
【０１５５】
ファイバ（２）（あるいは、ファイバ（４））に関して、例えば格子（Ｂ１１）（あるいは、格子（Ｂ１２））といったようなブラッグ格子が光学的に書込形成されているコア（３）（あるいは、コア（５））が、図１０に示されている。
【０１５６】
温度センサの場合には、一方の格子に関する膨張効果を増強するような金属コーティングを使用することができる。構造体内に埋設されたセンサの場合には、構造体の性質とは異なる性質を有した材料を使用することができる。よって、ヤング率がより小さな材料を使用した場合には、２つの格子のうちの一方の格子が受ける歪みを低減することができ、したがって、歪みに対するスペクトルレスポンスに差をもたらすことができる。
【０１５７】
第４の手段においては、ブラッグ格子の書込形成に関して互いに相違する構成を有した２つのファイバを使用する。その場合、ファイバの熱光学的係数および弾性光学的係数に、差が付与される。この手段は、何らの特別のパッケージングを必要とすることなく、構造体内に複数のセンサを組み込み得るという利点を有している。
【０１５８】
例示するならば、光ファイバ（２，４）を使用する場合に、これらファイバの各コアが、互いに相違する態様でドーピングされる。あるいは、それらファイバの各コアが、互いに相違する直径を有したものとされる。
【０１５９】
第５の手段においては、マルチコア光ファイバを使用する。すなわち、各々が単一のコアを有した複数の光ファイバを使用することに代えて、複数のコアを有した単一の光ファイバを使用する。この場合、複数のブラッグ格子が、マルチコアファイバの複数のコア内に書込形成され、それぞれ対応するブラッグ格子どうしが外部パラメータに対して互いに相違する応答性を有しているようにして、各コアが形成される。
【０１６０】
デュアルコアファイバ（４２）という例が、図１１に概略的に図示されている。このファイバ（４２）は、ファイバ（２，４）の各コアに対応した２つのコア（４４，４６）を収容している。１つの利点は、２つのファイバを使用することに代えて、単一のファイバを使用することである。
【０１６１】
図１１の場合には、ブラッグ格子（Ｂ１１，Ｂ２１，Ｂ３１）（あるいは、Ｂ１２，Ｂ２２，Ｂ３２）が、ファイバ（４２）のコア（４４）（あるいは、４６）内に光学的に書込形成され、これにより、センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）が形成される（図１１においては、格子（Ｂ１１，Ｂ１２）だけが図示されている）。例示するならば、２つのコア（４４，４６）は、ドーピング特性が互いに異なるもの、あるいは、直径が互いに異なるもの、とされる。
【０１６２】
次に、本発明によるシステムの様々なセンサにおけるスペクトル分離のための様々な手段について説明する。
【０１６３】
図２は、対象をなす測定範囲に関して、格子からの反射信号が、すなわち、２つの格子の『交差』が、幅（Ｄλ）というバンド上にわたって、スペクトル的に移動する様子を示している。したがって、パワーレベル（ｖｉ，ｗｉ（１≦ｉ≦３））を供給する図１の各検出器は、隣接センサからの信号を排除して、このバンド上におけるパワー変化を測定しなければならない。
【０１６４】
この意味において、システムの２つの出力チャネルに関し、スペクトル分離が必要とされる。
【０１６５】
このスペクトル分離に関する構成は、本発明の主題をなすシステムにおける１つのキーポイントである。分離デバイスに対して要求されている性能が低いことのために、単純であって安価でありさらに低容積型の検出器を使用することができる。
【０１６６】
このデバイスは、実際、図１２に示すように、Ｄλよりも大きな距離にわたって互いに離間しているようなかなり狭幅の（約１０ｎｍというＤλ）スペクトルバンドどうしを分離しなければならない。図１２の例は、３つのセンサの場合に関連していることにより、これらバンドの中心波長は、λｉ（１≦ｉ≦３）として記述されている。
【０１６７】
以下、スペクトル分離デバイスのいくつかの例を例示する。
【０１６８】
このデバイスは、角度的に分散させる分散部材を備えることができる。
【０１６９】
図１３の例においては、この分散部材は、プリズム（４８）とされている。図１３は、図１の３つのセンサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）に関連するものであり、サーキュレータ（８）およびカプラ（１０）を経由した後に、図１のファイバ（２）に由来する関するものである。光ファイバ（５０）が、カプラ（１０）とスペクトル分離デバイス（１２）とを接続している。
【０１７０】
ファイバ（５０）は、まず最初に、コリメータ（５２）に対して接続されており、これにより、スペクトル分離デバイス（１２）の入力部分に対して、平行な光ビーム（５３）を供給し得るようになっている。
【０１７１】
このビームは、プリズム（４８）上に入射し、３つの波長（λ１，λ２，λ３）を角度的に分離する。図１３における複数の光検出器（１４１，１４２，１４３）は、光検出器アセンブリを形成する。この例においては、光検出器アセンブリは、３つのＣＣＤ検出器からなる直線状アレイ（１４）とされていて、３つの波長へと分散した各パワーを収集することができる。これにより、信号（ｖｉ）（１≦ｉ≦３）が得られる。共鳴波長が相違することにより、各ビームは、直線状アレイをなす各部材の検出表面内においてシフトする。
【０１７２】
同じデバイスを、図１のカプラ（１０）の他の出力チャネルに対して、使用することができる。
【０１７３】
変形例においては、図１のデバイス（１２，１８）は、同一のプリズム（４８）を共有することができる。
【０１７４】
また、プリズムに代えて、回折格子を使用することができる。原理は、同じままである。すなわち、平行化された光信号が形成されて、その後、回折格子によって回折され、ＣＣＤリニアアレイによって測定される。
【０１７５】
一体型スペクトル分離デバイス（１２）の他の例が、図１２に概略的に図示されている。このデバイスにおいては、光分離器（５４）と、干渉フィルタ（５６１，５６２，５６３）と、を使用している。
【０１７６】
約１０ｎｍというスペクトルバンド幅を有したバンドパス型干渉フィルタ、あるいは、先鋭な降下エッジを有したローパスフィルタが、実際に市販されている。
【０１７７】
図１４に示すように、ファイバ（５０）は、光分離器（５４）の入力部分に配置されている。したがって、信号は、３つのチャネルにわたって分配される。干渉フィルタ（５６１，５６２，５６３）は、それぞれ対応するチャネルの端部に配置されている。各干渉フィルタの後方側には、それぞれ対応する光検出器（１４１，１４２，１４３）が配置されている。フィルタ（５６１，５６２，５６３）が、間隔（Ｄλ）を通過させるバンドパスフィルタである場合には、所望信号（ｖｉ）を、直接的に回収することができる。ローパスフィルタ（あるいは、ハイパスフィルタ）が使用されている場合には、正確な測定を行うためには、異なるチャネル間にわたっての引き算を行う必要がある。
【０１７８】
図１のデバイス（１８）および図４のデバイス（３０）は、デバイス（１２）と同様にして製造することができる。
【０１７９】
本発明においては、多重化し得るセンサの数は、多くのパラメータに依存する。しかしながら、理論的には、限定されるものではない。これらパラメータは、特に、
−関連する光源のスペクトルバンド幅や、
−測定すべき物理量の変動に対応した格子のスペクトル変動範囲（Ｄλ）や、
−スペクトル分離デバイスの性能、
である。
【０１８０】
市販されてる光源のスペクトルバンド幅は、４０ｎｍ〜８０ｎｍである。さらに、格子が共鳴的に受領し得る歪みの限界は、典型的には、１０ｎｍという合計スペクトルシフトに対応する。したがって、１ラインあたりに８個のセンサを設けることが、大きさの面から合理的であると考えられる。この値は、測定対象をなす物理量のタイプに応じて、増加させることができる。
【０１８１】
市販の光検出器の性能が与えられれば、本発明の主題をなすシステムは、数ＭＨｚという、あるいは、それ以上という、大きな取得周波数を有することができる。
【０１８２】
上述した特性以外にも、本発明の主題をなすシステムは、以下のような様々な利点を有している。
−パッケージング態様に依存して、各センサは、温度に対して非感受性のものとして形成することができる。
−チャネルどうしのスペクトル分離に要求される性能が低いことにより、アセンブリをコンパクトなものとして安価なシステムを得ることができる。
−２×２の光学的スイッチを追加することによって、システムを、実質的に、ファイバ内において発生し得るポイント故障に対して独立なものとすることができる。
−本発明によるシステムは、２つのファイバからなるアセンブリのいずれの端部からでも独立にアクセスすることができる。これにより、ファイバ故障の場合でも測定を継続することができる。
【０１８３】
本発明は、
−サーキュレータもスペクトル分離手段も使用することがなく、ただ１つの光学的センサとしての利点しか有していないような、最も一般的な態様と、
−少なくとも２つの光学的センサを使用する特別の態様と、
の間にわたるものとすることができる。
【０１８４】
後者の場合、広帯域光源とスペクトル分離デバイスとを使用する必要がある。しかしながら、サーキュレータの使用は、好ましいものではあるけれども、必須ではない。
【０１８５】
例示するならば、共鳴波長（λ１，λ２，…，λｎ）を有したｎ個の光学的センサ（Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ）（ｎは、２以上）と、少なくともλ１〜λｎにわたる範囲の波長バンドの光を放出する光源と、パワーレベル（ｖ１，ｖ２，…，ｖｎ）を測定するｎ個の光検出器と、パワーレベル（ｗ１，ｗ２，…，ｗｎ）を測定するさらなるｎ個の光検出器と、それら光検出器上においてｎ個のセンサを通過するように光を分散させ得るスペクトル分離手段と、が使用される。例えば、ｎ＝３とされている図１を参照することができる。
【０１８６】
さらに、図１３の例においては、この例において使用されているプリズムは、複数のスペクトル分析デバイスにおいて共有することができる。
【０１８７】
例えば、特定の実施形態においては、図１におけるデバイス（１２，１８）（あるいは、図４におけるデバイス（１２，１８，３０））は、同じプリズムを共有することができる。あるいは、より一般的には、同じスペクトル分離部材を共有することができる。その場合、検出は、１次元のリニアアレイをなす複数の光検出器によってではなく、２次元マトリクスをなす複数の光検出器によって、行われる。よって、図１３は、少なくとも２つのファイバ（５０）と、同一のプリズム（４８）に対向した少なくとも２つのコリメータ（５２）と、からなるスタックを示している平面図と見なすことができる。その場合、アセンブリ（１４）は、１つの光ファイバあたりに少なくとも１つの検出部材を有したＣＣＤマトリクスの平面図をなす。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】３対をなす差分ブラッグ格子を使用した本発明による測定システムを概略的に示す図である。
【図２】重なり制御されたブラッグ格子からの２つの反射スペクトルを使用した本発明による測定原理を概略的に示す図である。
【図３】本発明の主題をなすシステムの特別の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】本発明の主題をなすシステムの他の特別の実施形態を概略的に示す図である。
【図５】自動相関関数をモデル化するために使用された３つのタイプのブラッグ格子に関し、中心波長に対してのシフトの関数としてスペクトル反射係数の変化を示すグラフである。
【図６】一様なブラッグ格子の場合と、ガウシアンによって重なり制御した格子の場合と、スーパーガウシアンによって重なり制御した格子の場合と、に関し、自動相関関数のモデル化を概略的に示すグラフである。
【図７】応力に対しての、センサを形成する２つのブラッグ格子によって形成された各レスポンスの変動例を概略的に示すグラフである。
【図８】歪みの軸に対して互いに異なる角度をなしている２つのブラッグ格子を備えた歪みセンサを概略的に示す図である。
【図９Ａ】横断面積が互いに相違するような２つの部分を有した支持体の中に配置された２つのブラッグ格子を備えた歪みセンサを概略的に示す図である。
【図９Ｂ】横断面積が互いに相違するような２つの部分を有した支持体の中に配置された２つのブラッグ格子を備えた歪みセンサを概略的に示す図である。
【図１０】本発明によるシステムをなすセンサに関し、２つのブラッグ格子の間における互いに相違したパッケージングの一例を概略的に示す図である。
【図１１】本発明において使用可能であるような複数コア光ファイバを概略的に示す図である。
【図１２】３つのセンサを使用する場合に関し、バンド幅（Ｄλ）上においてのスペクトル分離の原理を概略的に示す図である。
【図１３】３つのセンサを使用した本発明によるシステムにおいて使用可能なプリズムを備えているような、スペクトル分離デバイスの一例を概略的に示す図である。
【図１４】３つのセンサを使用した本発明によるシステムにおいて使用可能な光分離器と干渉フィルタとを備えているような、スペクトル分離デバイスの一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１８９】
２    光ファイバ
３    コア（光学的導波路）
４    光ファイバ
５    コア（光学的導波路）
６    光源
８    サーキュレータ
１０    第１光カプラ
１２    スペクトル分離デバイス
１４１  光検出器
１４２  光検出器
１４３  光検出器
１８    スペクトル分離デバイス
２６    ２×２のスイッチ
２８    第２光カプラ
３０    スペクトル分離デバイス
３４    支持体
３６    部分
３８    部分
４２    マルチコア光ファイバ
４４    コア（光学的導波路）
４６    コア（光学的導波路）
４８    プリズム（分散部材）
５４    光分離器
５６１   干渉フィルタ
５６２   干渉フィルタ
５６３   干渉フィルタ
Ｂ１１  ブラッグ格子
Ｂ１２  ブラッグ格子
Ｂ２１  ブラッグ格子
Ｂ２２  ブラッグ格子
Ｂ３１  ブラッグ格子
Ｂ３２  ブラッグ格子
Ｃ１   光学的センサ
Ｃ２   光学的センサ
Ｃ３   光学的センサ
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004530899.tif 000067
2004530899.tif 000068