光ファイバの解析装置および光ファイバの解析方法
【課題】光ファイバ中の複屈折の増加位置を、簡素な構成で短時間に検出するための解析装置および解析方法を提供する。
【解決手段】光源２および偏波コントローラ３によって、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスが発生される。偏波解析器５は、複数の偏光パルスの各々が光ファイバ１を伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する。信号処理部６は、偏波解析器５によって算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバ１の長手方向の分布を算出する。信号処理部６は、その分布から、偏光度の最大値および最小値の差分のピークを検出する、あるいは、偏光度のピークを検出することによって、光ファイバ１における複屈折の増加位置を検出する。
【解決手段】光源２および偏波コントローラ３によって、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスが発生される。偏波解析器５は、複数の偏光パルスの各々が光ファイバ１を伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する。信号処理部６は、偏波解析器５によって算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバ１の長手方向の分布を算出する。信号処理部６は、その分布から、偏光度の最大値および最小値の差分のピークを検出する、あるいは、偏光度のピークを検出することによって、光ファイバ１における複屈折の増加位置を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの解析装置および解析方法に関し、特に、光ファイバ中における複屈折の増加位置を探査するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの一部に応力が加わった場合、その部分において複屈折が増加する。したがって、複屈折が増加している部分を探査することによって、応力が加わっている点を検出することができる。
【０００３】
複屈折が増加した場合、偏波モード分散値が増大する。偏波モード分散測定に関して以下のような技術が提案されている。
【０００４】
たとえば特開２００５−４３２６５号公報（特許文献１）は、偏波ＯＴＤＲを利用して、光ファイバの長手方向に沿った偏波モード分散分布を測定する方法を開示している。この方法では、波長が異なる光パルスを光ファイバに入射し、その光パルスが光ファイバを伝搬する際に発生する後方散乱光の偏波状態を測定する。
【０００５】
たとえば特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された偏波モード分散分布測定装置は、以下の方法によって、光ファイバの各位置における偏波モード分散を測定する。すなわち、互いに異なる波長を有する複数の光パルスを波長多重し、その波長多重された複数のパルスを偏光器に通して光ファイバに入射する。その光ファイバから出射される後方散乱光の０°、４５°、９０°および円の各成分を選択的に抽出して、その成分を異なる波長の光に分波する。その分波された光に基づいて、偏波モード分散が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４３２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００５−４３２６５号公報（特許文献１）に開示された方法では波長可変光源を利用して波長をスイープすることにより、波長が異なる光パルスが生成される。このため、測定に時間を要するという課題が発生する。
【０００８】
特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された方法では、互いに異なる波長を有する複数の光パルスを波長多重して光ファイバに入射する。これにより、波長をスイープする場合に比較して測定時間を短縮できると考えられる。しかし、特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された方法は、ＪＭＥ法（ジョーンズ行列固有値解析法）を前提としているため、測定が複雑化するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、光ファイバ中の複屈折の増加位置を、簡素な構成で短時間に検出するための解析装置および解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係る光ファイバの解析装置は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させる偏光パルス発生部と、複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する偏光度算出部と、複数の偏光パルスの各々を光ファイバに導くとともに、後方散乱光を偏光度算出部に導く結合器と、処理部とを備える。処理部は、偏光度算出部によって算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出する。処理部は、分布に基づいて、光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出する。
【００１１】
好ましくは、処理部は、偏波状態ごとの分布から、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差の、光ファイバの長手方向の分布を算出する。処理部は、差のピークの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１２】
好ましくは、処理部は、偏波状態として取り得るすべての状態での分布のうちの少なくとも１つに対する分布に偏光度のピークが存在する場合に、ピークが検出される光ファイバの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１３】
好ましくは、処理部は、偏波状態ごとの偏光度の分布を一定時間ごとに平均することにより、光ファイバの長手方向の距離に対する偏光度の平均値の関係を示す曲線を得て、当該曲線の変曲点または低下部分を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１４】
本発明の他の局面に係る光ファイバの解析方法は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させるステップと、複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受光することによって偏光度を算出するステップと、算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出するステップと、算出された分布に基づいて、光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出するステップとを備える。
【００１５】
好ましくは、検出するステップにおいて、偏波状態ごとの分布から、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差の、光ファイバの長手方向の分布を算出して、差のピークの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１６】
好ましくは、検出するステップにおいて、偏波状態として取り得るすべての状態での分布のうちの少なくとも１つに対する分布に偏光度のピークが存在する場合に、ピークが検出される光ファイバの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１７】
好ましくは、算出するステップは、偏波状態ごとの偏光度の分布を一定時間ごとに平均して、光ファイバの長手方向の距離に対する偏光度の平均値の関係を示す曲線を得るステップを含む。検出するステップにおいて、曲線の変曲点または低下部分を、複屈折の増加位置として検出する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバ中の複屈折の増加位置を、簡素な構成で短時間に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ファイバの解析装置５１の構成を示した図である。
【図２】偏波コントローラの一例を示した図である。
【図３】偏波を表わすためのポアンカレ球を示した図である。
【図４】図１に示した偏波解析器の構成例を概略的に示した図である。
【図５】正常な光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。
【図６】応力を受けた光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。
【図７】図１に示した信号処理部によって得られる、偏光度の距離分布を模式的に示した図である。
【図８】光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合における、偏光度の最大値と最小値との差分の距離分布を示した図である。
【図９】実施の形態１に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。
【図１１】実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を模式的に説明した図である。
【図１２】実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの解析装置５１の構成を示した図である。図１を参照して、解析装置５１は、パルス光源２と、偏波コントローラ３と、光サーキュレータ４と、偏波解析器５と、信号処理部６と、出力部７とを備える。
【００２２】
パルス光源２は、解析対象の光ファイバ１を伝搬する光パルスを送出するための光源である。パルス光源２は、単一のピーク波長λを有する光パルスを送出する。
【００２３】
パルス光源２は、レーザ光源によって実現可能である。多くの場合、レーザ光源から発せられるレーザ光は直線偏光に近い円偏光である。レーザ光源の種類は特に限定されず、たとえば半導体レーザをパルス光源２に適用することができる。
【００２４】
偏波コントローラ３は、パルス光源２から送出された光パルスの偏波状態を、任意の偏波状態へと変化させる。偏波コントローラ３から出射された光パルスは、光サーキュレータ４を介して光ファイバ１に入力される。なお、パルス光源２および偏波コントローラ３は、本発明における「偏光パルス発生部」を実現する。偏光パルス発生部は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の光パルスを発生させる。
【００２５】
光ファイバ１は、たとえば既設の光ファイバである。なお、光ファイバ１の長手方向の距離は特に限定されるものではない。
【００２６】
光パルスが光ファイバ１を伝搬するに伴い、光ファイバ１内で後方散乱光が発生する。後方散乱光は、光ファイバ１の入射端側（光パルスが入射された端部）に戻る。光サーキュレータ４は、偏波状態が互いに異なる光パルスの各々を光ファイバ１に導くとともに、光ファイバ１内で発生した各々のパルスからの後方散乱光を偏波解析器５へと導く結合器である。
【００２７】
偏波解析器５は、光サーキュレータ４を介して入力された後方散乱光の偏波特性を解析して、偏光度を算出する。偏光度とは、平均全光パワーと、完全に偏光した光の強度との比を表わしたものである。偏波解析器５は、その算出された偏光度を信号処理部６に送出する。
【００２８】
信号処理部６は、偏波解析器５から送られる偏光度を用いて、光ファイバ１の長手方向に沿った偏光度の分布（偏光度の距離分布）を求める。信号処理部６は、さらに、その偏光度の距離分布から、複屈折が増加している点を決定することができる。信号処理部６は、具体的にはコンピュータによって実現される。
【００２９】
出力部７は、信号処理部６による処理の結果を出力する。たとえば出力部７はディスプレイあるいはプリンタによって実現される。
【００３０】
図２は、偏波コントローラの一例を示した図である。図２を参照して、偏波コントローラ３は、λ／４波長板１１とλ／２波長板１２とを含む。λ／４波長板１１およびλ／２波長板１２の各々は独立に回転可能である。λ／４波長板１１は、円偏波を直線偏波に変換する。λ／２波長板１２は、直線偏波の主軸角を回転させる。これにより、任意の偏波状態を有する光パルス（偏光パルス）を発生させることができる。λ／４波長板１１およびλ／２波長板１２は、たとえば複屈折結晶によって実現可能であるが、光ファイバによって実現することもできる。
【００３１】
次に、偏波解析器５による偏光度の算出について説明する。図３は、偏波を表わすためのポアンカレ球を示した図である。図３を参照して、単位半径上の各ポイントは、一意の偏波状態を表わす。赤道上のポイントは直線偏波の状態を表わす。北極と南極は円偏波を表わし、残りのエリアは円偏波状態を表わす。円偏波の右回りの状態は北半球に表示され、左回りの状態は南半球に表示される。偏波状態が変化する様子は球表面のトレースによって表現される。
【００３２】
図４は、図１に示した偏波解析器の構成例を概略的に示した図である。図４を参照して、入力光は、４つのサブビームに分割される。各ビームは、偏光フィルタ（２１ａ〜２１ｄ）を通される。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄは、４つのサブビームに対応してそれぞれ設けられて、対応する成分を検出する。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄからの信号は増幅器２３ａ〜２３ｄでそれぞれ増幅される。４チャネルＡＤＣ（ＡＤ変換器）２４は各増幅器からのアナログ信号をデジタル値に変換する。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）／メモリ２５は、４チャネルＡＤＣ２４から出力されるデジタル値を用いて、ポアンカレ球上で偏波状態を表現するために用いられるストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を算出し、そのストークスパラメータに基づいて、偏光度を算出する。偏光度は以下の式に従って表わされる。
【００３３】
（偏光度）＝√（Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2）
なお、ストークスパラメータの算出方法については、公知の方法を適用可能であるので詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００３４】
本発明の実施の形態では、上記の構成を用いて、光ファイバ１における複屈折の増加位置を探査する。
【００３５】
図５は、正常な光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。図５を参照して、光ファイバ１が応力を受けていない場合、すなわち光ファイバ１が正常である場合には光ファイバ１の断面はほぼ円形である。この場合には光ファイバ１の複屈折が小さいため、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播するのにともなう偏波状態の変化は緩やかである。すなわち、光信号Ｓ（偏波）の主軸は光ファイバ１を伝播するのにともなって緩やかに回転する。
【００３６】
さらに、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、偏波状態の異なる光信号Ｓが光ファイバ１に入射した場合の偏波状態の変化を示している。光ファイバ１が正常な場合には、光信号の偏波状態が異なっていても、光ファイバ１の内部での偏波状態の変化は緩やかである。
【００３７】
図６は、応力を受けた光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。図６を参照して、光ファイバ１が一方向（Ｘ軸方向）の応力を受けることによって、光ファイバ１の複屈折が増加する。この様子を光ファイバ１の楕円の断面形状として表わす。複屈折は光ファイバ内に、一般に光ファイバの速軸（fast axis）と遅軸（slow axis）として知られる２つの光学軸を形成する。光ファイバの速軸と遅軸とが楕円の長軸と短軸とに相当する。図６（ａ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の長軸（Ｙ軸方向）に一致する場合を示す。図６（ｃ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の短軸（Ｘ軸方向）に一致する場合を示す。これらの場合には、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播する間に、主軸の方向がほとんど変化しない。すなわち、これらの場合には偏波状態が保持される。この状態からの後方散乱光は、偏光度が高くなって観測される。
【００３８】
これに対して、図６（ｂ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の軸からずれた場合を示す。この場合には、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播する間に、主軸が大きく回転する。すなわち、この場合には偏波状態が大きく変化する。この状態からの散乱光は、偏光度が低くなって観測される。
【００３９】
このように、複屈折が増加すると、光ファイバ１に入力される光信号（偏波）に応じて偏光度が高い場合と低い場合とが生じる。この実施の形態では、このことを利用して、複屈折が増加した位置を探査する。
【００４０】
図１に戻り、パルス光源２は、複数の光パルスを順次発生させる。偏波コントローラ３は、各光パルスの偏波状態を異ならせることによって、光ファイバ１の中に複数の偏波状態を発生させる。光ファイバ１の正常な部分で光パルスの偏波状態が緩やかに回転すること、また、複屈折が増加した部分に印加されている応力の方向が不明であることを考慮すると、できるだけ多くの偏波状態を発生させることが好ましい。これにより、光ファイバ１に入射した光パルスが、複屈折の増加した点（障害点）の直前で直線偏光となる可能性が高くなるとともに、直線偏光の主軸の角度が複屈折の方向と一致する可能性も高くなる。
【００４１】
１つの形態では、偏波コントローラ３のλ／４波長板１１を０°〜１８０°の間で３０°回転させるたびに、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。すなわち、λ／４波長板１１の角度を０°にして、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。次にλ／４波長板１１の角度を３０°にして、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。このようなλ／４波長板１１およびλ／２波長板１２の回転を、λ／４波長板１１の角度が１８０°になるまで繰り返す。
【００４２】
図７は、図１に示した信号処理部によって得られる、偏光度の距離分布を模式的に示した図である。図７を参照して、同一グラフ中の複数の曲線は、光ファイバ１に入射される光パルスの偏波状態を変化させた場合における、偏光度の距離分布を表わしている。
【００４３】
光ファイバ１に複屈折増加点が存在しない場合には、図７（ａ）に示されるように、偏光度は、光ファイバ１の位置および光ファイバ１に入射される光パルスの偏波状態によらず、ほぼ同じである。
【００４４】
一方、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合、図７（ｂ）に示されるように、その複屈折増加点の位置では、偏波状態に応じて偏光度が高くなったり低くなったりする。実施の形態１では、偏光度の最大値と最小値との差分の、光ファイバ１に沿った分布を生成する。
【００４５】
図８は、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合における、偏光度の最大値と最小値との差分の距離分布を示した図である。図８に示すように、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合、その位置において、偏光度の最大値と最小値との差分がピークとなる。実施の形態１では、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差分がピークとなる位置を複屈折増加点（すなわち光ファイバ１の障害点）として検出する。
【００４６】
図９は、実施の形態１に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。図１および図９を参照して、ステップＳ１１において、光ファイバ１に光パルスを入射する。パルス光源２から光パルスが発せられ、その光パルスが偏波コントローラ３を通されることにより、ある偏波状態の光パルスが光ファイバ１に入射される。
【００４７】
ステップＳ１２において、偏光度の距離分布を算出する。光ファイバ１を光パルスが伝播することによって後方散乱光が生じる。後方散乱光は、光ファイバ１から光サーキュレータ４を介して偏波解析器５へと送られる。偏波解析器５は、後方散乱光を受けて偏光度を算出する。算出された偏光度は、信号処理部６に送られる。後方散乱光は、光ファイバ１の長手方向におけるさまざまな位置で発生する。したがって、後方散乱光が偏波解析器５に到着する時間と、その後方散乱光から求められる偏光度とを用いて、信号処理部６は偏光度の距離分布を算出する。これにより、ある１つの偏波状態に対する偏光度の距離分布が得られる。
【００４８】
ステップＳ１３において、偏波状態を変更するかどうかが判定される。この判定は、たとえば信号処理部６により実行される。偏光度の距離分布がまだ得られていない偏波状態がある場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１４に進む。この場合、ステップＳ１４において、光パルスの偏波状態が変更される。たとえば、図２に示した構成において、λ／４波長板１１および／またはλ／２波長板１２の角度が変更される。ステップＳ１４の処理が終了すると、処理はステップＳ１１に戻される。なお、偏波コントローラ３の制御は、たとえば信号処理部６によって実行される。
【００４９】
一方、取り得るすべての偏光状態に対して偏光度の距離分布が得られた場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、信号処理部６は、全偏波状態における偏光度の距離分布に基づいて、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差分を光ファイバ１の各点について算出する。
【００５０】
次にステップＳ１５において、その差分においてピークが存在するかどうかを判定する。この判定は、たとえば信号処理部６によって実行される。たとえば、ある位置における差分が基準値を上回ることにより、ピークが存在すると判定される。
【００５１】
ピークが存在する場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、差分のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。一方、ピークが存在しない場合（ステップＳ１５においてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判断される。ステップＳ１６，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。ステップＳ１６またはステップＳ１７の処理が終了すると、全体の処理が終了する。
【００５２】
以上のように実施の形態１によれば、単一のピーク波長の光を用いて光ファイバ１における複屈折の増加位置を検出することができる。従来の構成であれば、互いに異なる波長の光を発生させる。このため波長可変光源あるいは複数の光源が必要となる。波長可変光源を用いた場合には、波長をスイープするために偏光度の測定に時間を要する。また、複数の光源からの光を波長多重して光ファイバに入射する場合には、複数の光源、光源と同数の受光素子、合波器および分波器が必要となる。このため構成が複雑化する。
【００５３】
これに対して実施の形態１によれば、単一の光源を用いることによって、簡素な構成で複屈折の増加位置を検出できる。
【００５４】
さらに、実施の形態１によれば、光パルスの波長をスイープする必要がないため、短時間での測定が可能となる。
【００５５】
さらに、実施の形態１によれば、偏光度の最大値と最小値との差分を算出する。差分を算出することによってピークが明確に発生しやすくなる。したがって、複屈折が増加した位置をより確実に検出することができる。
【００５６】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る光ファイバの解析装置の構成は、図１に示した解析装置５１の構成と同様である。実施の形態２は、複屈折の増加位置を検出するための処理の点において実施の形態１と異なっている。
【００５７】
図７（ｂ）に示されるように、光ファイバ１の複屈折増加点が存在する場合、その複屈折増加点の位置において、特定の偏波状態では偏光度がピークとなる。特定の偏波状態とは、たとえば図６に示されたような状態である。すなわち、一方向の応力によって光ファイバ１に複屈折が生じ、光ファイバ１に速軸と遅軸とが形成されて、光ファイバ１の断面がいわば楕円形状となっており、光ファイバ１に入射する偏波の主軸が、その楕円の長軸あるいは短軸に一致している状態である。
【００５８】
図１０は、実施の形態２に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。図９および図１０を参照して、実施の形態２に従う光ファイバの解析方法は、ステップＳ２０の処理が省略される点および、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理に代えてステップＳ１５Ａ，Ｓ１６Ａの処理が実行される点において実施の形態１に従う光ファイバの解析方法と相違する。他のステップの処理は実施の形態１，２で同じである。したがって、ステップＳ１５Ａ以後の処理について以下に説明し、他のステップの処理の説明は繰り返さない。
【００５９】
ステップＳ１５Ａにおいて、信号処理部６は、偏光状態ごとに得られた偏光度の分布の中に、偏光度のピークが存在するかどうかを判定する。偏光度のピークが存在するかどうかの判定は、たとえば偏光度を基準値と比較することによって判定される。
【００６０】
少なくとも１つの偏光状態に対する偏光度の分布に偏光度のピークが存在する場合（ステップＳ１５ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ａに進む。ステップＳ１６Ａにおいて、偏光度のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。
【００６１】
一方、いずれの偏光状態に対応する偏光度の分布にもピークが存在しない場合（ステップＳ１５ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判定される。実施の形態１と同様に、ステップＳ１６Ａ，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。偏光度の距離分布におけるピークを検出することによって、複屈折増加点を検出する。なお、図６に示したように、一方向の応力によって光ファイバ１に複屈折が生じ、光ファイバ１に速軸と遅軸とが形成されて、光ファイバ１の断面がいわば楕円形状となっている場合、偏光の主軸が楕円の長軸または短軸に一致するときに偏光度が高くなる。
【００６２】
少なくとも１つの分布において偏光度のピークが存在する場合（ステップＳ１５ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ａに進む。ステップＳ１６Ａにおいて、偏光度のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。
【００６３】
一方、いずれの分布にも偏光度のピークが存在しない場合（ステップＳ１５ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判定される。なお、ステップＳ１６Ａ，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。
【００６４】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、簡素な構成で短時間に複屈折が増加した位置を検出できる。
【００６５】
また、実施の形態２によれば、偏光度の最大値および偏光度の最小値の差分を算出する必要がない。これにより、より短時間で複屈折増加位置を検出できる。
【００６６】
なお、ステップＳ１５Ａにおいて、少なくとも２つの分布において偏光度のピークが存在する場合に、ステップＳ１６Ａの処理が実行されてもよい。これにより、偏光度の分布にピークが存在するという判断の確実性を高めることができる。すなわち光ファイバ中に複屈折の増加位置が存在することをより確実に判断できる。
【００６７】
［実施の形態３］
実施の形態１，２では、偏光度の最大値と最小値との差のピーク、あるいは偏光度のピークを検出することにより、複屈折の増加位置が検出される。しかしながら、複屈折の増加した部分が短い場合には、偏光度の最大値と最小値との差が顕著に出現しにくくなる。また、複屈折の増加の程度が小さい場合には、ノイズの影響を無視できない。実施の形態３によれば、このような場合にも複屈折の増加位置を検出可能である。なお、本発明の実施の形態３に係る光ファイバの解析装置の構成は、図１に示した解析装置５１の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。
【００６８】
図１１は、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を模式的に説明した図である。図１および図１１を参照して、まず、偏波コントローラ３が各光パルスの偏波状態を異ならせることによって、光ファイバ１の中に複数の偏波状態を発生させる。偏波解析器５は、光サーキュレータ４を介して入力された後方散乱光の偏波特性を解析して、全ての偏波状態について偏光度を算出する。この処理は、実施の形態１，２で説明した処理と同じである。なお、図１１では、全ての偏波状態に対して得られた偏光度が、図７（ａ）と同様に偏光度の距離分布として示されている。
【００６９】
次に、信号処理部６は一定時間ごとに偏光度の平均値を求める。これにより光ファイバ１の長手方向に沿った距離と偏光度の平均値との関係を示す曲線が得られる。信号処理部６は、その曲線において変曲点あるいは偏光度の平均値の低下部分が存在する場合に、その変曲点あるいは偏光度の平均値の低下部分に対応する位置を複屈折増加点として検出する。「低下部分」とは、たとえば曲線により形成される底の部分のことである。なお、曲線における変曲点あるいは低下部分を検出するための方法には種々の公知の方法を用いることができるので、以後の詳細な説明は繰り返さない。
【００７０】
図１２は、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するためのフローチャートである。図９および図１２を参照して、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法は、ステップＳ２０，Ｓ１５，Ｓ１６の処理に代えてステップＳ２１，Ｓ１５Ｂ，Ｓ１６Ｂの処理が実行される点で、実施の形態１に係る光ファイバの解析方法と異なる。図１２に示した他のステップの処理は、図９の対応するステップの処理と同様である。したがって、以下では、ステップＳ２１，Ｓ１５Ｂ，Ｓ１６Ｂの処理について詳細に説明する。
【００７１】
ステップＳ２１において、信号処理部６は、全偏波状態における偏光度の距離分布に基づいて、偏光度の時間平均（一定時間ごとの平均）を算出し、光ファイバの長手方向の距離と偏光度の平均値との関係を示す曲線を取得する。ステップＳ１５Ｂにおいて、信号処理部６は、その曲線において変曲点または低下部分が存在するかどうかを判定する。
【００７２】
変曲点または低下部分が存在する場合（ステップＳ１５ＢにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ｂに進む。ステップＳ１６Ｂにおいて、変曲点または低下部分に対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。一方、変曲点および低下部分のいずれも検出されない場合（ステップＳ１５ＢにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進み、光ファイバが正常であると判定される。
【００７３】
実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様に、簡素な構成で短時間に複屈折が増加した位置を検出できる。加えて、実施の形態３によれば、複屈折の増加した部分が短い場合あるいは複屈折の増加の程度が小さい場合にも複屈折の増加位置を検出することができる。
【００７４】
なお、実施の形態３に係る解析方法は、単独で実行されてもよいし、実施の形態１または実施の形態２に係る解析方法と組み合わせて実行されてもよい。
【００７５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１ 光ファイバ、２ パルス光源、３ 偏波コントローラ、４ 光サーキュレータ、５ 偏波解析器、６ 信号処理部、７ 出力部、１１ λ／４波長板、１２ λ／２波長板、２１ａ〜２１ｄ 偏光フィルタ、２２ａ〜２２ｄ フォトダイオード、２３ａ〜２３ｄ 増幅器、２４ ４チャネルＡＤＣ、２５ ＤＳＰ／メモリ、５１ 解析装置、Ｓ 光信号。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの解析装置および解析方法に関し、特に、光ファイバ中における複屈折の増加位置を探査するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの一部に応力が加わった場合、その部分において複屈折が増加する。したがって、複屈折が増加している部分を探査することによって、応力が加わっている点を検出することができる。
【０００３】
複屈折が増加した場合、偏波モード分散値が増大する。偏波モード分散測定に関して以下のような技術が提案されている。
【０００４】
たとえば特開２００５−４３２６５号公報（特許文献１）は、偏波ＯＴＤＲを利用して、光ファイバの長手方向に沿った偏波モード分散分布を測定する方法を開示している。この方法では、波長が異なる光パルスを光ファイバに入射し、その光パルスが光ファイバを伝搬する際に発生する後方散乱光の偏波状態を測定する。
【０００５】
たとえば特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された偏波モード分散分布測定装置は、以下の方法によって、光ファイバの各位置における偏波モード分散を測定する。すなわち、互いに異なる波長を有する複数の光パルスを波長多重し、その波長多重された複数のパルスを偏光器に通して光ファイバに入射する。その光ファイバから出射される後方散乱光の０°、４５°、９０°および円の各成分を選択的に抽出して、その成分を異なる波長の光に分波する。その分波された光に基づいて、偏波モード分散が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４３２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００５−４３２６５号公報（特許文献１）に開示された方法では波長可変光源を利用して波長をスイープすることにより、波長が異なる光パルスが生成される。このため、測定に時間を要するという課題が発生する。
【０００８】
特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された方法では、互いに異なる波長を有する複数の光パルスを波長多重して光ファイバに入射する。これにより、波長をスイープする場合に比較して測定時間を短縮できると考えられる。しかし、特開２００３−１０６９４２号公報（特許文献２）に開示された方法は、ＪＭＥ法（ジョーンズ行列固有値解析法）を前提としているため、測定が複雑化するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、光ファイバ中の複屈折の増加位置を、簡素な構成で短時間に検出するための解析装置および解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係る光ファイバの解析装置は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させる偏光パルス発生部と、複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する偏光度算出部と、複数の偏光パルスの各々を光ファイバに導くとともに、後方散乱光を偏光度算出部に導く結合器と、処理部とを備える。処理部は、偏光度算出部によって算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出する。処理部は、分布に基づいて、光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出する。
【００１１】
好ましくは、処理部は、偏波状態ごとの分布から、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差の、光ファイバの長手方向の分布を算出する。処理部は、差のピークの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１２】
好ましくは、処理部は、偏波状態として取り得るすべての状態での分布のうちの少なくとも１つに対する分布に偏光度のピークが存在する場合に、ピークが検出される光ファイバの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１３】
好ましくは、処理部は、偏波状態ごとの偏光度の分布を一定時間ごとに平均することにより、光ファイバの長手方向の距離に対する偏光度の平均値の関係を示す曲線を得て、当該曲線の変曲点または低下部分を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１４】
本発明の他の局面に係る光ファイバの解析方法は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させるステップと、複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受光することによって偏光度を算出するステップと、算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出するステップと、算出された分布に基づいて、光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出するステップとを備える。
【００１５】
好ましくは、検出するステップにおいて、偏波状態ごとの分布から、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差の、光ファイバの長手方向の分布を算出して、差のピークの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１６】
好ましくは、検出するステップにおいて、偏波状態として取り得るすべての状態での分布のうちの少なくとも１つに対する分布に偏光度のピークが存在する場合に、ピークが検出される光ファイバの位置を、複屈折の増加位置として検出する。
【００１７】
好ましくは、算出するステップは、偏波状態ごとの偏光度の分布を一定時間ごとに平均して、光ファイバの長手方向の距離に対する偏光度の平均値の関係を示す曲線を得るステップを含む。検出するステップにおいて、曲線の変曲点または低下部分を、複屈折の増加位置として検出する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバ中の複屈折の増加位置を、簡素な構成で短時間に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ファイバの解析装置５１の構成を示した図である。
【図２】偏波コントローラの一例を示した図である。
【図３】偏波を表わすためのポアンカレ球を示した図である。
【図４】図１に示した偏波解析器の構成例を概略的に示した図である。
【図５】正常な光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。
【図６】応力を受けた光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。
【図７】図１に示した信号処理部によって得られる、偏光度の距離分布を模式的に示した図である。
【図８】光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合における、偏光度の最大値と最小値との差分の距離分布を示した図である。
【図９】実施の形態１に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。
【図１１】実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を模式的に説明した図である。
【図１２】実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの解析装置５１の構成を示した図である。図１を参照して、解析装置５１は、パルス光源２と、偏波コントローラ３と、光サーキュレータ４と、偏波解析器５と、信号処理部６と、出力部７とを備える。
【００２２】
パルス光源２は、解析対象の光ファイバ１を伝搬する光パルスを送出するための光源である。パルス光源２は、単一のピーク波長λを有する光パルスを送出する。
【００２３】
パルス光源２は、レーザ光源によって実現可能である。多くの場合、レーザ光源から発せられるレーザ光は直線偏光に近い円偏光である。レーザ光源の種類は特に限定されず、たとえば半導体レーザをパルス光源２に適用することができる。
【００２４】
偏波コントローラ３は、パルス光源２から送出された光パルスの偏波状態を、任意の偏波状態へと変化させる。偏波コントローラ３から出射された光パルスは、光サーキュレータ４を介して光ファイバ１に入力される。なお、パルス光源２および偏波コントローラ３は、本発明における「偏光パルス発生部」を実現する。偏光パルス発生部は、ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の光パルスを発生させる。
【００２５】
光ファイバ１は、たとえば既設の光ファイバである。なお、光ファイバ１の長手方向の距離は特に限定されるものではない。
【００２６】
光パルスが光ファイバ１を伝搬するに伴い、光ファイバ１内で後方散乱光が発生する。後方散乱光は、光ファイバ１の入射端側（光パルスが入射された端部）に戻る。光サーキュレータ４は、偏波状態が互いに異なる光パルスの各々を光ファイバ１に導くとともに、光ファイバ１内で発生した各々のパルスからの後方散乱光を偏波解析器５へと導く結合器である。
【００２７】
偏波解析器５は、光サーキュレータ４を介して入力された後方散乱光の偏波特性を解析して、偏光度を算出する。偏光度とは、平均全光パワーと、完全に偏光した光の強度との比を表わしたものである。偏波解析器５は、その算出された偏光度を信号処理部６に送出する。
【００２８】
信号処理部６は、偏波解析器５から送られる偏光度を用いて、光ファイバ１の長手方向に沿った偏光度の分布（偏光度の距離分布）を求める。信号処理部６は、さらに、その偏光度の距離分布から、複屈折が増加している点を決定することができる。信号処理部６は、具体的にはコンピュータによって実現される。
【００２９】
出力部７は、信号処理部６による処理の結果を出力する。たとえば出力部７はディスプレイあるいはプリンタによって実現される。
【００３０】
図２は、偏波コントローラの一例を示した図である。図２を参照して、偏波コントローラ３は、λ／４波長板１１とλ／２波長板１２とを含む。λ／４波長板１１およびλ／２波長板１２の各々は独立に回転可能である。λ／４波長板１１は、円偏波を直線偏波に変換する。λ／２波長板１２は、直線偏波の主軸角を回転させる。これにより、任意の偏波状態を有する光パルス（偏光パルス）を発生させることができる。λ／４波長板１１およびλ／２波長板１２は、たとえば複屈折結晶によって実現可能であるが、光ファイバによって実現することもできる。
【００３１】
次に、偏波解析器５による偏光度の算出について説明する。図３は、偏波を表わすためのポアンカレ球を示した図である。図３を参照して、単位半径上の各ポイントは、一意の偏波状態を表わす。赤道上のポイントは直線偏波の状態を表わす。北極と南極は円偏波を表わし、残りのエリアは円偏波状態を表わす。円偏波の右回りの状態は北半球に表示され、左回りの状態は南半球に表示される。偏波状態が変化する様子は球表面のトレースによって表現される。
【００３２】
図４は、図１に示した偏波解析器の構成例を概略的に示した図である。図４を参照して、入力光は、４つのサブビームに分割される。各ビームは、偏光フィルタ（２１ａ〜２１ｄ）を通される。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄは、４つのサブビームに対応してそれぞれ設けられて、対応する成分を検出する。フォトダイオード２２ａ〜２２ｄからの信号は増幅器２３ａ〜２３ｄでそれぞれ増幅される。４チャネルＡＤＣ（ＡＤ変換器）２４は各増幅器からのアナログ信号をデジタル値に変換する。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）／メモリ２５は、４チャネルＡＤＣ２４から出力されるデジタル値を用いて、ポアンカレ球上で偏波状態を表現するために用いられるストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を算出し、そのストークスパラメータに基づいて、偏光度を算出する。偏光度は以下の式に従って表わされる。
【００３３】
（偏光度）＝√（Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2）
なお、ストークスパラメータの算出方法については、公知の方法を適用可能であるので詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００３４】
本発明の実施の形態では、上記の構成を用いて、光ファイバ１における複屈折の増加位置を探査する。
【００３５】
図５は、正常な光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。図５を参照して、光ファイバ１が応力を受けていない場合、すなわち光ファイバ１が正常である場合には光ファイバ１の断面はほぼ円形である。この場合には光ファイバ１の複屈折が小さいため、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播するのにともなう偏波状態の変化は緩やかである。すなわち、光信号Ｓ（偏波）の主軸は光ファイバ１を伝播するのにともなって緩やかに回転する。
【００３６】
さらに、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、偏波状態の異なる光信号Ｓが光ファイバ１に入射した場合の偏波状態の変化を示している。光ファイバ１が正常な場合には、光信号の偏波状態が異なっていても、光ファイバ１の内部での偏波状態の変化は緩やかである。
【００３７】
図６は、応力を受けた光ファイバを偏波が伝播する状態を説明した図である。図６を参照して、光ファイバ１が一方向（Ｘ軸方向）の応力を受けることによって、光ファイバ１の複屈折が増加する。この様子を光ファイバ１の楕円の断面形状として表わす。複屈折は光ファイバ内に、一般に光ファイバの速軸（fast axis）と遅軸（slow axis）として知られる２つの光学軸を形成する。光ファイバの速軸と遅軸とが楕円の長軸と短軸とに相当する。図６（ａ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の長軸（Ｙ軸方向）に一致する場合を示す。図６（ｃ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の短軸（Ｘ軸方向）に一致する場合を示す。これらの場合には、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播する間に、主軸の方向がほとんど変化しない。すなわち、これらの場合には偏波状態が保持される。この状態からの後方散乱光は、偏光度が高くなって観測される。
【００３８】
これに対して、図６（ｂ）は、光信号Ｓの主軸が楕円の軸からずれた場合を示す。この場合には、光信号Ｓが光ファイバ１を伝播する間に、主軸が大きく回転する。すなわち、この場合には偏波状態が大きく変化する。この状態からの散乱光は、偏光度が低くなって観測される。
【００３９】
このように、複屈折が増加すると、光ファイバ１に入力される光信号（偏波）に応じて偏光度が高い場合と低い場合とが生じる。この実施の形態では、このことを利用して、複屈折が増加した位置を探査する。
【００４０】
図１に戻り、パルス光源２は、複数の光パルスを順次発生させる。偏波コントローラ３は、各光パルスの偏波状態を異ならせることによって、光ファイバ１の中に複数の偏波状態を発生させる。光ファイバ１の正常な部分で光パルスの偏波状態が緩やかに回転すること、また、複屈折が増加した部分に印加されている応力の方向が不明であることを考慮すると、できるだけ多くの偏波状態を発生させることが好ましい。これにより、光ファイバ１に入射した光パルスが、複屈折の増加した点（障害点）の直前で直線偏光となる可能性が高くなるとともに、直線偏光の主軸の角度が複屈折の方向と一致する可能性も高くなる。
【００４１】
１つの形態では、偏波コントローラ３のλ／４波長板１１を０°〜１８０°の間で３０°回転させるたびに、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。すなわち、λ／４波長板１１の角度を０°にして、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。次にλ／４波長板１１の角度を３０°にして、λ／２波長板１２を０°〜１８０°の間で３０°ずつ回転させる。このようなλ／４波長板１１およびλ／２波長板１２の回転を、λ／４波長板１１の角度が１８０°になるまで繰り返す。
【００４２】
図７は、図１に示した信号処理部によって得られる、偏光度の距離分布を模式的に示した図である。図７を参照して、同一グラフ中の複数の曲線は、光ファイバ１に入射される光パルスの偏波状態を変化させた場合における、偏光度の距離分布を表わしている。
【００４３】
光ファイバ１に複屈折増加点が存在しない場合には、図７（ａ）に示されるように、偏光度は、光ファイバ１の位置および光ファイバ１に入射される光パルスの偏波状態によらず、ほぼ同じである。
【００４４】
一方、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合、図７（ｂ）に示されるように、その複屈折増加点の位置では、偏波状態に応じて偏光度が高くなったり低くなったりする。実施の形態１では、偏光度の最大値と最小値との差分の、光ファイバ１に沿った分布を生成する。
【００４５】
図８は、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合における、偏光度の最大値と最小値との差分の距離分布を示した図である。図８に示すように、光ファイバ１に複屈折増加点が存在する場合、その位置において、偏光度の最大値と最小値との差分がピークとなる。実施の形態１では、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差分がピークとなる位置を複屈折増加点（すなわち光ファイバ１の障害点）として検出する。
【００４６】
図９は、実施の形態１に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。図１および図９を参照して、ステップＳ１１において、光ファイバ１に光パルスを入射する。パルス光源２から光パルスが発せられ、その光パルスが偏波コントローラ３を通されることにより、ある偏波状態の光パルスが光ファイバ１に入射される。
【００４７】
ステップＳ１２において、偏光度の距離分布を算出する。光ファイバ１を光パルスが伝播することによって後方散乱光が生じる。後方散乱光は、光ファイバ１から光サーキュレータ４を介して偏波解析器５へと送られる。偏波解析器５は、後方散乱光を受けて偏光度を算出する。算出された偏光度は、信号処理部６に送られる。後方散乱光は、光ファイバ１の長手方向におけるさまざまな位置で発生する。したがって、後方散乱光が偏波解析器５に到着する時間と、その後方散乱光から求められる偏光度とを用いて、信号処理部６は偏光度の距離分布を算出する。これにより、ある１つの偏波状態に対する偏光度の距離分布が得られる。
【００４８】
ステップＳ１３において、偏波状態を変更するかどうかが判定される。この判定は、たとえば信号処理部６により実行される。偏光度の距離分布がまだ得られていない偏波状態がある場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１４に進む。この場合、ステップＳ１４において、光パルスの偏波状態が変更される。たとえば、図２に示した構成において、λ／４波長板１１および／またはλ／２波長板１２の角度が変更される。ステップＳ１４の処理が終了すると、処理はステップＳ１１に戻される。なお、偏波コントローラ３の制御は、たとえば信号処理部６によって実行される。
【００４９】
一方、取り得るすべての偏光状態に対して偏光度の距離分布が得られた場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、信号処理部６は、全偏波状態における偏光度の距離分布に基づいて、偏光度の最大値と偏光度の最小値との差分を光ファイバ１の各点について算出する。
【００５０】
次にステップＳ１５において、その差分においてピークが存在するかどうかを判定する。この判定は、たとえば信号処理部６によって実行される。たとえば、ある位置における差分が基準値を上回ることにより、ピークが存在すると判定される。
【００５１】
ピークが存在する場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、差分のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。一方、ピークが存在しない場合（ステップＳ１５においてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判断される。ステップＳ１６，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。ステップＳ１６またはステップＳ１７の処理が終了すると、全体の処理が終了する。
【００５２】
以上のように実施の形態１によれば、単一のピーク波長の光を用いて光ファイバ１における複屈折の増加位置を検出することができる。従来の構成であれば、互いに異なる波長の光を発生させる。このため波長可変光源あるいは複数の光源が必要となる。波長可変光源を用いた場合には、波長をスイープするために偏光度の測定に時間を要する。また、複数の光源からの光を波長多重して光ファイバに入射する場合には、複数の光源、光源と同数の受光素子、合波器および分波器が必要となる。このため構成が複雑化する。
【００５３】
これに対して実施の形態１によれば、単一の光源を用いることによって、簡素な構成で複屈折の増加位置を検出できる。
【００５４】
さらに、実施の形態１によれば、光パルスの波長をスイープする必要がないため、短時間での測定が可能となる。
【００５５】
さらに、実施の形態１によれば、偏光度の最大値と最小値との差分を算出する。差分を算出することによってピークが明確に発生しやすくなる。したがって、複屈折が増加した位置をより確実に検出することができる。
【００５６】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る光ファイバの解析装置の構成は、図１に示した解析装置５１の構成と同様である。実施の形態２は、複屈折の増加位置を検出するための処理の点において実施の形態１と異なっている。
【００５７】
図７（ｂ）に示されるように、光ファイバ１の複屈折増加点が存在する場合、その複屈折増加点の位置において、特定の偏波状態では偏光度がピークとなる。特定の偏波状態とは、たとえば図６に示されたような状態である。すなわち、一方向の応力によって光ファイバ１に複屈折が生じ、光ファイバ１に速軸と遅軸とが形成されて、光ファイバ１の断面がいわば楕円形状となっており、光ファイバ１に入射する偏波の主軸が、その楕円の長軸あるいは短軸に一致している状態である。
【００５８】
図１０は、実施の形態２に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するフローチャートである。図９および図１０を参照して、実施の形態２に従う光ファイバの解析方法は、ステップＳ２０の処理が省略される点および、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理に代えてステップＳ１５Ａ，Ｓ１６Ａの処理が実行される点において実施の形態１に従う光ファイバの解析方法と相違する。他のステップの処理は実施の形態１，２で同じである。したがって、ステップＳ１５Ａ以後の処理について以下に説明し、他のステップの処理の説明は繰り返さない。
【００５９】
ステップＳ１５Ａにおいて、信号処理部６は、偏光状態ごとに得られた偏光度の分布の中に、偏光度のピークが存在するかどうかを判定する。偏光度のピークが存在するかどうかの判定は、たとえば偏光度を基準値と比較することによって判定される。
【００６０】
少なくとも１つの偏光状態に対する偏光度の分布に偏光度のピークが存在する場合（ステップＳ１５ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ａに進む。ステップＳ１６Ａにおいて、偏光度のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。
【００６１】
一方、いずれの偏光状態に対応する偏光度の分布にもピークが存在しない場合（ステップＳ１５ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判定される。実施の形態１と同様に、ステップＳ１６Ａ，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。偏光度の距離分布におけるピークを検出することによって、複屈折増加点を検出する。なお、図６に示したように、一方向の応力によって光ファイバ１に複屈折が生じ、光ファイバ１に速軸と遅軸とが形成されて、光ファイバ１の断面がいわば楕円形状となっている場合、偏光の主軸が楕円の長軸または短軸に一致するときに偏光度が高くなる。
【００６２】
少なくとも１つの分布において偏光度のピークが存在する場合（ステップＳ１５ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ａに進む。ステップＳ１６Ａにおいて、偏光度のピークに対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。
【００６３】
一方、いずれの分布にも偏光度のピークが存在しない場合（ステップＳ１５ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、光ファイバ１が正常であると判定される。なお、ステップＳ１６Ａ，Ｓ１７の処理は、たとえば信号処理部６によって実行される。
【００６４】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、簡素な構成で短時間に複屈折が増加した位置を検出できる。
【００６５】
また、実施の形態２によれば、偏光度の最大値および偏光度の最小値の差分を算出する必要がない。これにより、より短時間で複屈折増加位置を検出できる。
【００６６】
なお、ステップＳ１５Ａにおいて、少なくとも２つの分布において偏光度のピークが存在する場合に、ステップＳ１６Ａの処理が実行されてもよい。これにより、偏光度の分布にピークが存在するという判断の確実性を高めることができる。すなわち光ファイバ中に複屈折の増加位置が存在することをより確実に判断できる。
【００６７】
［実施の形態３］
実施の形態１，２では、偏光度の最大値と最小値との差のピーク、あるいは偏光度のピークを検出することにより、複屈折の増加位置が検出される。しかしながら、複屈折の増加した部分が短い場合には、偏光度の最大値と最小値との差が顕著に出現しにくくなる。また、複屈折の増加の程度が小さい場合には、ノイズの影響を無視できない。実施の形態３によれば、このような場合にも複屈折の増加位置を検出可能である。なお、本発明の実施の形態３に係る光ファイバの解析装置の構成は、図１に示した解析装置５１の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。
【００６８】
図１１は、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を模式的に説明した図である。図１および図１１を参照して、まず、偏波コントローラ３が各光パルスの偏波状態を異ならせることによって、光ファイバ１の中に複数の偏波状態を発生させる。偏波解析器５は、光サーキュレータ４を介して入力された後方散乱光の偏波特性を解析して、全ての偏波状態について偏光度を算出する。この処理は、実施の形態１，２で説明した処理と同じである。なお、図１１では、全ての偏波状態に対して得られた偏光度が、図７（ａ）と同様に偏光度の距離分布として示されている。
【００６９】
次に、信号処理部６は一定時間ごとに偏光度の平均値を求める。これにより光ファイバ１の長手方向に沿った距離と偏光度の平均値との関係を示す曲線が得られる。信号処理部６は、その曲線において変曲点あるいは偏光度の平均値の低下部分が存在する場合に、その変曲点あるいは偏光度の平均値の低下部分に対応する位置を複屈折増加点として検出する。「低下部分」とは、たとえば曲線により形成される底の部分のことである。なお、曲線における変曲点あるいは低下部分を検出するための方法には種々の公知の方法を用いることができるので、以後の詳細な説明は繰り返さない。
【００７０】
図１２は、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法（複屈折増加位置の探査方法）を説明するためのフローチャートである。図９および図１２を参照して、実施の形態３に係る光ファイバの解析方法は、ステップＳ２０，Ｓ１５，Ｓ１６の処理に代えてステップＳ２１，Ｓ１５Ｂ，Ｓ１６Ｂの処理が実行される点で、実施の形態１に係る光ファイバの解析方法と異なる。図１２に示した他のステップの処理は、図９の対応するステップの処理と同様である。したがって、以下では、ステップＳ２１，Ｓ１５Ｂ，Ｓ１６Ｂの処理について詳細に説明する。
【００７１】
ステップＳ２１において、信号処理部６は、全偏波状態における偏光度の距離分布に基づいて、偏光度の時間平均（一定時間ごとの平均）を算出し、光ファイバの長手方向の距離と偏光度の平均値との関係を示す曲線を取得する。ステップＳ１５Ｂにおいて、信号処理部６は、その曲線において変曲点または低下部分が存在するかどうかを判定する。
【００７２】
変曲点または低下部分が存在する場合（ステップＳ１５ＢにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ１６Ｂに進む。ステップＳ１６Ｂにおいて、変曲点または低下部分に対応する位置が、複屈折の増大点、すなわち応力が加わった障害点として検出される。一方、変曲点および低下部分のいずれも検出されない場合（ステップＳ１５ＢにおいてＮＯ）、処理はステップＳ１７に進み、光ファイバが正常であると判定される。
【００７３】
実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様に、簡素な構成で短時間に複屈折が増加した位置を検出できる。加えて、実施の形態３によれば、複屈折の増加した部分が短い場合あるいは複屈折の増加の程度が小さい場合にも複屈折の増加位置を検出することができる。
【００７４】
なお、実施の形態３に係る解析方法は、単独で実行されてもよいし、実施の形態１または実施の形態２に係る解析方法と組み合わせて実行されてもよい。
【００７５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１ 光ファイバ、２ パルス光源、３ 偏波コントローラ、４ 光サーキュレータ、５ 偏波解析器、６ 信号処理部、７ 出力部、１１ λ／４波長板、１２ λ／２波長板、２１ａ〜２１ｄ 偏光フィルタ、２２ａ〜２２ｄ フォトダイオード、２３ａ〜２３ｄ 増幅器、２４ ４チャネルＡＤＣ、２５ ＤＳＰ／メモリ、５１ 解析装置、Ｓ 光信号。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させる偏光パルス発生部と、
前記複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する偏光度算出部と、
前記複数の偏光パルスの各々を前記光ファイバに導くとともに、前記後方散乱光を前記偏光度算出部に導く結合器と、
前記偏光度算出部によって算出された前記偏光度を用いて、前記偏波状態ごとに、前記偏光度の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出し、前記分布に基づいて、前記光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出する処理部とを備える、光ファイバの解析装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記偏波状態ごとの前記分布から、前記偏光度の最大値と前記偏光度の最小値との差の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出して、前記差のピークの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項３】
前記処理部は、偏波状態として取り得るすべての状態での前記分布のうちの少なくとも１つに対する前記分布に前記偏光度のピークが存在する場合に、前記ピークが検出される前記光ファイバの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記偏波状態ごとの前記偏光度の分布を一定時間ごとに平均することにより、前記光ファイバの前記長手方向の距離に対する前記偏光度の平均値の関係を示す曲線を得て、当該曲線の変曲点または低下部分を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項５】
ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させるステップと、
前記複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受光することによって偏光度を算出するステップと、
算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、前記偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出するステップと、
算出された分布に基づいて、前記光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出するステップとを備える、光ファイバの解析方法。
【請求項６】
前記検出するステップにおいて、前記偏波状態ごとの前記分布から、前記偏光度の最大値と前記偏光度の最小値との差の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出して、前記差のピークの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【請求項７】
前記検出するステップにおいて、偏波状態として取り得るすべての状態での前記分布のうちの少なくとも１つに対する前記分布に前記偏光度のピークが存在する場合に、前記ピークが検出される前記光ファイバの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【請求項８】
前記算出するステップは、前記偏波状態ごとの前記偏光度の分布を一定時間ごとに平均して、前記光ファイバの前記長手方向の距離に対する前記偏光度の平均値の関係を示す曲線を得るステップを含み、
前記検出するステップにおいて、前記曲線の変曲点または低下部分を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【請求項１】
ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させる偏光パルス発生部と、
前記複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受けて、偏光度を算出する偏光度算出部と、
前記複数の偏光パルスの各々を前記光ファイバに導くとともに、前記後方散乱光を前記偏光度算出部に導く結合器と、
前記偏光度算出部によって算出された前記偏光度を用いて、前記偏波状態ごとに、前記偏光度の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出し、前記分布に基づいて、前記光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出する処理部とを備える、光ファイバの解析装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記偏波状態ごとの前記分布から、前記偏光度の最大値と前記偏光度の最小値との差の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出して、前記差のピークの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項３】
前記処理部は、偏波状態として取り得るすべての状態での前記分布のうちの少なくとも１つに対する前記分布に前記偏光度のピークが存在する場合に、前記ピークが検出される前記光ファイバの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記偏波状態ごとの前記偏光度の分布を一定時間ごとに平均することにより、前記光ファイバの前記長手方向の距離に対する前記偏光度の平均値の関係を示す曲線を得て、当該曲線の変曲点または低下部分を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項１に記載の光ファイバの解析装置。
【請求項５】
ピーク波長が同じであり、偏波状態が互いに異なる複数の偏光パルスを発生させるステップと、
前記複数の偏光パルスの各々が光ファイバを伝播することによって生じる後方散乱光を受光することによって偏光度を算出するステップと、
算出された偏光度を用いて、偏波状態ごとに、前記偏光度の、光ファイバの長手方向の分布を算出するステップと、
算出された分布に基づいて、前記光ファイバにおける複屈折の増加位置を検出するステップとを備える、光ファイバの解析方法。
【請求項６】
前記検出するステップにおいて、前記偏波状態ごとの前記分布から、前記偏光度の最大値と前記偏光度の最小値との差の、前記光ファイバの長手方向の分布を算出して、前記差のピークの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【請求項７】
前記検出するステップにおいて、偏波状態として取り得るすべての状態での前記分布のうちの少なくとも１つに対する前記分布に前記偏光度のピークが存在する場合に、前記ピークが検出される前記光ファイバの位置を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【請求項８】
前記算出するステップは、前記偏波状態ごとの前記偏光度の分布を一定時間ごとに平均して、前記光ファイバの前記長手方向の距離に対する前記偏光度の平均値の関係を示す曲線を得るステップを含み、
前記検出するステップにおいて、前記曲線の変曲点または低下部分を、前記複屈折の増加位置として検出する、請求項５に記載の光ファイバの解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４７６６９（Ｐ２０１３−４７６６９Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４０９６７（Ｐ２０１２−１４０９６７）
【出願日】平成２４年６月２２日（２０１２．６．２２）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２２日（２０１２．６．２２）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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