(57)【要約】【課題】  スペクトルアナライザのような高価な光学系を使用しないため安価であり、また、測定系の損失変動に影響されないため高精度の測定が可能な光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の提供。【解決手段】  光路途中にブラッグ回折格子１１が形成された基準光ファイバ９と圧電アクチュエータ５とを基準光ファイバ９の長手方向と圧電アクチュエータ５の変位方向とが同方向となるように一体化させることにより、圧電アクチュエータ５の変位によって基準光ファイバ９のブラッグ回折格子間隔が変化可能に構成された光フィルター装置４を用い、光路途中にブラッグ回折格子が形成された被測定光ファイバ８からの反射光を光フィルター装置４に入力させると共に、光フィルター装置４から出力される光電力量を測定し、光電力量が最小になるときの圧電アクチュエータ５の変位量に基づいて被測定光ファイバ８のブラッグ回折格子反射光の波長を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路途中にブラッグ回折格子が形成された基準光ファイバと圧電アクチュエータとを前記基準光ファイバの長手方向と前記圧電アクチュエータの変位方向とが同方向となるようにして一体化させることにより、前記圧電アクチュエータの変位によって前記基準光ファイバのブラッグ回折格子間隔が変化可能に構成された光フィルター装置を用い、
光路途中にブラッグ回折格子が形成された被測定光ファイバからの反射光を前記光フィルター装置に入力させると共に、前記光フィルター装置から出力される光電力量を測定し、当該光電力量が最小になるときの前記圧電アクチュエータの変位量に基づいて前記被測定光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長を測定することを特徴とする光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータとして電荷制御型圧電アクチュエータを使用することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータとして単結晶ニオブ酸リチウムを圧電体とする圧電アクチュエータを使用することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法。
【請求項４】
前記光フィルター装置は一定温度に保持することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の光ファイバのブラッグ回折格子間反射光の波長測定方法。
【請求項５】
前記光フィルター装置の温度変化を別途装置で計測し、温度変化によるフィルター装置に一体となる測定側ブラッグ回折格子間反射光変化量を予め求めておき、それにより校正を行う請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の光ファイバのブラッグ回折格子間反射光の波長測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ファイバのブラッグ回折格子での反射光の波長を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  光路途中にブラッグ回折格子が形成された光ファイバのブラッグ回折格子での反射光の波長（ブラッグ回折格子間隔に対応）を測定して各ブラッグ回折格子の位置における温度、圧力、歪み等の物理量を測定する方法が知られている。【０００３】  従来の光ファイバブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の一例を図５を参照して説明する。【０００４】  光源５１からの出力光は光ファイバ５７ａおよびカプラ５２を経て被測定光ファイバ５８に入力され、被測定光ファイバ５８の光路に形成されたブラッグ回折格子５５のブラッグ回折格子間隔に対応する特定波長帯域の光はブラッグ回折格子５５で反射され、他の波長帯域の光は被測定光ファイバ５８を透過し消滅するようになっている。【０００５】  ブラッグ回折格子５５で反射された光は、カプラ５２および光ファイバ５７ｂを介してスペクトルアナライザ５０に入力され、ここで被測定光ファイバ５８のブラッグ回折格子５５での反射光の波長が測定され、更には、この反射光の波長に対応したブラッグ回折格子間隔が測定される。
【特許文献１】特開平８−１０１０７８号公報（図１、００５２段落）
【０００６】  続いて、従来の光ファイバブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の他の例を図６を参照して説明する。【０００７】  光源６１からの出力光は光ファイバ６７およびカプラ６２を経て被測定光ファイバ６８に入力され、被測定光ファイバ６８の光路に形成されたブラッグ回折格子６１０のブラッグ回折格子間隔に対応する特定波長帯域の光はブラッグ回折格子６１０で反射され、他の波長帯域の光は被測定光ファイバ６８を透過し消滅するようになっている。【０００８】  ブラッグ回折格子６１０で反射された光は、カプラ６２を介して基準光ファイバ６９に入力され、この基準光ファイバ６９からの出力光は光電力計６３に入力される。【０００９】  基準光ファイバ６９の光路にはブラッグ回折格子６１１が形成されており、基準光ファイバ６９のブラッグ回折格子間隔と被測定光ファイバ６８のブラッグ回折格子間隔とを同じに設定したときは、カプラ６２を経由してきた被測定光ファイバ６８からの反射光は基準光ファイバ６９のブラッグ回折格子６１１で全反射されるため、光電力計６３で受光される光電力量は最小（ゼロ）となる。【００１０】  被測定光ファイバ６８に圧力などが加わり、ブラッグ回折格子間隔が変化して反射光の波長が変動したときは、被測定光ファイバ６８と基準光ファイバ６９との間のブラッグ回折格子間隔のズレ量分に相当する波長の光が基準光ファイバ６９を透過し、光電力計６３で受光される。【００１１】  被測定光ファイバ６８のブラッグ回折格子間隔で発生する反射光の波長帯域と基準光ファイバ６９のブラッグ回折格子間隔における通過光の波長帯域との相対的な差分が光電力計で受光される光電力量であり、相対的な差分と光電力量との相関関係を予め知っておくことにより、被測定光ファイバ６８のブラッグ回折格子反射光の波長、更には、被測定光ファイバ６８と基準光ファイバ６９とのブラッグ回折格子間隔差を測定することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  図５に示したスペクトルアナライザを使用した反射光の波長測定方法は、極めて正確に波長の変化を測定できるが、スペクトルアナライザの光学系は、フォトダイオードアレイなどの精密光部品で構成されているため高価であり、一般的な計測対象への適用は困難である。【００１３】  また、図６に示した光電力量を測定する反射光の波長測定方法は、光電力量の測定機器として安価なフォトダイオードを使用できるため、計測部分は経済性のあるものにはなるが、光路中の光ファイバの長さや曲がりなどによる損失変動が測定の誤差になり、精度の高い計測は困難である。【００１４】  そこで、本発明は、スペクトルアナライザのような高価な光学系を使用しないため安価であり、また、測定系の損失変動に影響されないため高精度の測定が可能な光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  前記目的を達成するため、請求項１の発明は、光路途中にブラッグ回折格子が形成された基準光ファイバと圧電アクチュエータとを前記基準光ファイバの長手方向と前記圧電アクチュエータの変位方向とが同方向となるようにして一体化させることにより、前記圧電アクチュエータの変位によって前記基準光ファイバのブラッグ回折格子間隔が変化可能に構成された光フィルター装置を用い、光路途中にブラッグ回折格子が形成された被測定光ファイバからの反射光を前記光フィルター装置に入力させると共に、前記光フィルター装置から出力される光電力量を測定し、当該光電力量が最小になるときの前記圧電アクチュエータの変位に基づいて前記被測定光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長を測定する光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を特徴としている。【００１６】  また、請求項２の発明は、圧電アクチュエータとして電荷制御型圧電アクチュエータを使用することを特徴としている。【００１７】  また、請求項３の発明は、圧電アクチュエータとして単結晶ニオブ酸リチウムを圧電体とする圧電アクチュエータを使用することを特徴としている。【００１８】  また、請求項４の発明は、光フィルター装置は一定温度に保持することを特徴としている。【００１９】  また、請求項５の発明は、光フィルター装置の温度変化を別途装置で計測し、温度変化によるフィルター装置に一体となる測定側ブラッグ回折格子間反射光変化量を予め求めておき、それにより校正を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】  請求項１の発明では、光路途中にブラッグ回折格子が形成された基準光ファイバと圧電アクチュエータとを一体化させた光フィルター装置を用い、当該光フィルター装置から出力される光電力量が最小になるときの圧電アクチュエータの変位に基づいて被測定光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長を測定するため、スペクトルアナライザのような精密高価な光部品を使用するのではなく、汎用の電気部品や圧電アクチュエータなどの廉価な部品で測定回路を構成するため、安価な装置で光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２１】  また、基準光ファイバと圧電アクチュエータとを一体化させた光フィルター装置を用いることにより、測定系の損失変動に影響されない安定した光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２２】  また、被測定光ファイバのブラッグ回折格子間隔で発生する反射光の波長帯域と基準光ファイバのブラッグ回折格子間隔における通過光の波長帯域との相対的な差分と光電力量との相関関係の線形性が良くなり、測定が容易であり、かつ高精度の測定が可能な光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２３】  また、請求項２の発明では、圧電アクチュエータとして電荷制御型圧電アクチュエータを使用することにより、加えられる電流や電圧値とアクチュエータの変位が極めて直線的に変化するため変位精度の向上が図れるとともに、アクチュエータの変位とブラック回折格子間隔の変位量の相関関係の換算も容易になる光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２４】  また、請求項３の発明では、圧電アクチュエータとして単結晶ニオブ酸リチウムを圧電体とする圧電アクチュエータを使用することにより、被測定光ファイバのブラッグ回折格子間隔で発生する反射光の波長帯域と基準光ファイバのブラッグ回折格子間隔における通過光の波長帯域との相対的な差分と光電力量との相関関係の線形性が非常に良くなり、制御回路を小型簡易化して低コスト化を図ることができ、かつ高精度の測定が可能な光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２５】  また、請求項４の発明では、光フィルター装置を一定温度に保持することにより、圧電アクチュエータおよびブラック回折格子間隔ともにそれらが周囲温度から受ける温度伸縮の影響を無くすことができ、圧電アクチュエータに加えられる電流や電圧値とブラック回折格子間隔の相関関係としての計測値が得られ、測定精度を大幅に向上できる光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法を提供することができる。【００２６】  また、請求項５の発明では、光フィルター装置の温度変化を別途装置で計測し、温度変化によるフィルター装置に一体となる測定側ブラッグ回折格子間反射光変化量を予め求めておき、それにより校正を行うことにより、周囲温度変化により発生する圧電アクチュエータおよびブラック回折格子間隔が受ける変化量を補正することで測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】  以下、本発明の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の最良の実施の形態を添付図面を参照して説明する。【００２８】  図１には、本実施例の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定装置のブロック図が示されており、当該測定装置は、光源１と被測定光ファイバ８とは、光ファイバ７およびカプラ２を介して接続され、また、カプラ２からの出力光は光フィルタ装置４を介して光電力計３に入力されるように構成されている。【００２９】  光源１としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）といった連続的な波長を有する光を発生するものが使用される。【００３０】  被測定光ファイバ８（後述する基準光ファイバ９も同様の構成である）は、図２に示すように、光路としてのコア１２に紫外光を照射することによりブラッグ回折格子１０を形成したもので、このブラッグ回折格子１０において特定波長帯域の光のみが反射される。【００３１】  光フィルター装置４は、光路（コア）途中にブラッグ回折格子１１が形成された基準光ファイバ９と圧電アクチュエータ５とを、基準光ファイバ９の長手方向と圧電アクチュエータ５の変位方向とが同方向となるように一体化し、圧電アクチュエータ５の変位によって基準光ファイバ９のブラッグ回折格子間隔が変化するように構成したものである。【００３２】  図３には、圧電アクチュエータ５の詳細が示されており、圧電セラミックス薄板１３を複数枚積層し、圧電セラミックス薄板１３の間に内部電極１５を配置し、また、圧電セラミックス薄板１３を積層した側面に外部電極１４を配置し、制御回路６から外部電極１４間に課電した電圧は内部電極１５間に印加され、この印加電圧によって各圧電セラミックス薄板１３が変位し、圧電アクチュエータ５として図中の矢印Ａ方向に変位を生じる。【００３３】  本実施例においては、圧電アクチュエータ５の側面に基準光ファイバ９のブラッグ回折格子１１が位置するように圧電アクチュエータ５と基準光ファイバ９とを接着等により一体化させており、圧電アクチュエータ５に変位が生じると、この変位量に応じて基準光ファイバ９のブラッグ回折格子１１の間隔が変化し、これに従い、ブラッグ回折格子１１で反射される光の波長帯域も変化する。【００３４】  次に、本実施例の作用を説明すると、光源１からの出力光は光ファイバ７およびカプラ２を経て被測定光ファイバ８に入力され、被測定光ファイバ８の光路に形成されたブラッグ回折格子１０のブラッグ回折格子間隔に対応する特定波長帯域の光はブラッグ回折格子１０で反射され、他の波長帯域の光は被測定光ファイバ８を透過し消滅する。【００３５】  ブラッグ回折格子１０で反射された光は、カプラ２を介して光フィルター装置４の基準光ファイバ９に入力され、この基準光ファイバ９からの出力光は光電力計３に入力され、電力量として計測される。【００３６】  光電力計３における光電力量の測定値は光フィルター装置４の制御回路６にフィードバックされ、この制御回路６が圧電アクチュエータ５に付与する電圧値または電流値を変化させて圧電アクチュエータ５に伸縮による変位を与える。【００３７】  このような操作によって、基準光ファ��バ９のブラッグ回折格子間隔が被測定光ファイバ８のブラッグ回折格子間隔と合致したとき光電力量は最小になる。【００３８】  このため、予め圧電アクチュエータ５の電圧値または電流値と基準光ファイバ９のブラッグ回折格子間隔との相対的な変位関係を知っておくことで、被測定光ファイバ８のブラッグ回折格子間隔、または、被測定光ファイバ８のブラッグ回折格子反射光の波長を測定することができる。【００３９】  図４には、本発明の他の実施例の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定装置のブロック図が示されており、当該測定装置は、カプラ２にカプラ２１を接続し、カプラ２１にはカプラ２２を、更にカプラ２３を多段に接続し、カプラ２１にはブラッグ回折格子１０１を備えた被測定光ファイバ８１を接続し、カプラ２２にはブラッグ回折格子１０２を備えた被測定光ファイバ８２を接続し、最終段のカプラ２３にはブラッグ回折格子１０３を備えた被測定光ファイバ８３およびブラッグ回折格子１０４を備えた被測定光ファイバ８４を接続したものであり、その他の構成および作用は前記実施例と同様である。【００４０】  被測定光ファイバ８１，８２，８３，８４に与えるブラッグ回折格子１０１，１０２，１０３，１０４の回折格子間隔の変化幅の絶対値を予め設計することにより、本実施例のような波長測定が可能となる。【００４１】  本実施例のようにカプラ２１，２２，２３を多段に配置した光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定装置によれば、一つの圧電アクチュエータ５でもって同時に複数の被測定光ファイバ８１，８２，８３，８４の波長を計測できるようになる。【００４２】  本発明における光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法は、温度や圧力の測定に応用することができ、この場合、被測定光ファイバ８と基準光ファイバ９とを同じブラッグ回折格子間隔のものを使用し、被測定光ファイバ８が温度変化あるいは圧力変化を受けてブラッグ回折格子間隔が変化した場合、光フィルター装置４から出力される光電力量が最小になるときの圧電アクチュエータ５の変位量を電圧値または電流値として求めることにより、温度測定器あるいは圧力測定器として使用することができる。【００４３】  以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】  本発明の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の最良の実施の形態を説明するブロック図である。
【図２】  本発明の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の最良の実施の形態において使用される被測定光ファイバおよび基準光ファイバの側面図である。
【図３】  本発明の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の最良の実施の形態において使用される圧電アクチュエータの側面図である。
【図４】  本発明の光ファイバのブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の最良の実施の形態の他の例を説明するブロック図である。
【図５】  従来の光ファイバブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の一例を説明するブロック図である。
【図６】  従来の光ファイバブラッグ回折格子反射光の波長測定方法の他の例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】１    光源
２    カプラ
３    光電力計
４    光フィルター装置
５    圧電アクチュエータ
８    被測定光ファイバ
９    基準光ファイバ
１０，１１    ブラッグ回折格子
【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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