光ファイバ歪測定装置
【課題】 歪を精度良く測定可能で高分解能化が可能である光ファイバ歪測定装置を実現する。
【解決手段】 測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、光パルス変調器の出力光をポンプ光として光ファイバの一端に入射すると共に光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、出力光をプローブ光として光ファイバの他端に入射する光源と、第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差からポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求める。
【解決手段】 測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、光パルス変調器の出力光をポンプ光として光ファイバの一端に入射すると共に光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、出力光をプローブ光として光ファイバの他端に入射する光源と、第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差からポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光（ブリルアン増幅を受けた後方散乱光）を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置に関し、特に歪を精度良く測定可能で高分解能化が可能である光ファイバ歪測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ中を伝播する光の一部は、ガラスの構造分子の運動エネルギーとして吸収される。吸収されたエネルギーは一定値を超えたときに音響フォノンとして放出される。そして、ブリルアン散乱とは、放出された音響フォノンと透過光との相互干渉により、音響フォノンの周波数分だけシフト（ブリルアン周波数シフト）したストークス光が発生する現象である。
【０００３】
従来の被測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−００６７２５号公報
【特許文献２】特開平０６−２３００９１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２６５号公報
【特許文献４】特開２００３−０１４５８４号公報
【０００５】
図５はこのような従来の（Brillouin Optical Time Domain Analysis：ＢＯＴＤＡ）の光ファイバ歪測定装置の一例を示す構成ブロック図である。図５において、１はレーザ光を出射する半導体レーザ光源等の光源、２及び５は光を分岐する光分岐手段、３は入射光を強度変調する光変調器、４は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させると共に光周波数シフトを可変できる光パルス変調器、６は歪の測定対象である光ファイバ、７はフォトダイオード等の光検出器である。
【０００６】
光源１からの出射光は光分岐手段２に入射され、一方の分岐光は光変調器３の入射端に入射され、他方の分岐光は光パルス変調器４の入射端に入射される。光変調器３の出力光はプローブ光として光ファイバ６の一端に入射され、光パルス変調器４の出力パルス光はポンプ光として光分岐手段５を介して光ファイバ６の他端に入射される。
【０００７】
一方、光ファイバ６からのブリルアン散乱光は光ファイバ６の他端から出射され、光分岐手段５で分岐され光検出器７に入射される。
【０００８】
ここで、図５に示す従来例の動作を図６及び図７を用いて説明ずる。図６はプローブ光、パルス光及びブリルアン散乱光の関係を説明する説明図、図７は光検出器７で検出される光強度の一例を示す特性曲線図である。
【０００９】
図６中”ＴＭ０１”に示す光ファイバ６の一端に入射されるプローブ光の光周波数を”ｆ０”、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端から入射されるポンプ光の光周波数は光パルス変調器４で”Δｆ”だけ光周波数シフトされた”ｆ０＋Δｆ”であるとする。
【００１０】
光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、ブリルアン散乱は発生せず、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端からは光ファイバ６を伝播してきたプローブ光が出射される。
【００１１】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、図７中”ＣＨ１１”に示す光強度の特性曲線が光検出器７で測定される。言いかえれば、図７中”ＣＨ１１”に示すようにプローブ光の光強度に相当する光強度が時間経過と共に測定される。
【００１２】
一方、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合に、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端から光周波数が”ｆ０＋ｆＢ”であるブリルアン散乱光（パルス光）が、光ファイバ６を伝播してきたプローブ光と共に出射される。
【００１３】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合には、図７中”ＣＨ１２”に示す光強度の特性曲線が光検出器７で測定される。言いかえれば、図７中”ＣＨ１２”に示すように図７中”ＰＳ１１”に示すある時刻にパルス状の光強度変化（ブリルアン散乱光（パルス光））を伴う特性が時間経過と共に測定される。
【００１４】
すなわち、光ファイバ６中で歪が発生している部分のブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と光周波数のシフト分”Δｆ”が一致すれば、当該歪が発生している部分からブリルアン散乱光（パルス光）が戻ってくることになる。
【００１５】
ここで、図７に示す特性曲線図の横軸の時間は、光ファイバ６内の光の伝播速度を勘案すれば光ファイバの位置（或いは、光ファイバの他端からの距離）に相当するので、図７中”ＰＳ１１”に示すある時刻に相当する位置を特定することにより、光ファイバ６内で発生している歪の位置を得ることが可能になる。
【００１６】
また、ブリルアン周波数シフトは歪の大きさに依存する性質を有する、言い換えれば、歪の大きさによってブリルアン周波数シフトが変化することになるので、光パルス変調器４で光周波数シフト”Δｆ”を走査することにより、光ファイバ６中の大きさの異なる歪が発生している部分からブリルアン散乱光（パルス光）が順次戻ってくることになる。
【００１７】
この結果、光ファイバ６の一端からプローブ光（光周波数”ｆ０”）を入射し、光ファイバ６の他端から光周波数をシフトさせたパルス光（光周波数”ｆ０＋Δｆ”）を入射させ、光ファイバ６の他端から出射される光を光検出器で測定すると共に光周波数シフトを走査することにより、光ファイバ６内で発生している様々な大きさの歪の位置を測定することが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来の光ファイバ歪測定装置では高分解能化を実現するためには、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くする必要性があるものの、パルス幅（時間）を狭くすると、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下する。
【００１９】
図８はポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）とスペクトラム幅との関係を示す説明図、図９はスペクトラム幅が広がった場合のブリルアン散乱光（パルス光）の関係を示す説明図である。
【００２０】
ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）が十分であれば、図８中”ＳＰ２１”に示すようにスペクトラム幅は狭くなるが、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くすると、図８中”ＳＰ２２”に示すようにスペクトラム幅が広がってしまう。
【００２１】
この時、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”と、ブリルアン周波数シフト”ｆＢ”とが少しずれていてもブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として光検出器７で検出されてしまう。
【００２２】
例えば、図９中”ＣＦ３１”に示す中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、スペクトラム幅が広がっている場合、図９中”ＦＢ３１”に示すブリルアン周波数シフト”ｆＢ”まで広がっているので、多少のブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として光検出器７で検出されてしまう。
【００２３】
すなわち、中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、異なるブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、大きさの異なる歪が発生している部分からのブリルアン散乱光（パルス光）が検出されてしまい歪を精度良く測定することができないと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、歪を精度良く測定可能で高分解能化が可能である光ファイバ歪測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光ファイバの一端に入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、出力光をプローブ光として前記光ファイバの他端に入射する光源と、前記第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、光源と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００２６】
請求項３記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
光源と、この光源の一方の出力光の光周波数をシフトさせる光周波数シフタと、この光周波数シフタの出力光を２つに分岐する光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の他方の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００２７】
請求項４記載の発明は、
請求項２若しくは請求項３記載の発明である光ファイバ歪測定装置において、
前記反射端が、
パルス光に対して低反射率であることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明である光ファイバ歪測定装置において、
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光、若しくは、前記光分岐手段の他方の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることにより、その後の信号処理が容易になる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光による正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００３０】
また、請求項２の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光による正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００３１】
また、請求項３の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００３２】
また、請求項４の発明によれば、反射端がパルス光に対して低反射率であることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００３３】
また、請求項５の発明によれば、ポンプ光に用いる光の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることにより、その後の信号処理が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【００３５】
図１において、８は出力光の光周波数（光波長）を変化させることが可能な可変波長光源、９及び１１は光を分岐する光分岐手段、１０は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、１２は歪の測定対象である光ファイバ、１３は連続光であるプローブ光を出射する光源、１４はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００３６】
可変波長光源８の出力光は光分岐手段９に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器１０の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器１４の一方の入射端に入射される。
【００３７】
光パルス変調器１０の出力光は光分岐手段１１を介して光ファイバ１２の一端に入射される。一方、光源１３の出力光は光ファイバ１２の他端に入射され、光ファイバ１２の一端からの出射光は光分岐手段１１で分岐され光検出器１４の他方の入射端に入射される。
【００３８】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は各種光の伝播経路を説明する説明図である。光源１３の出力光は図２中”ＬＧ４１”に示すようにプローブ光として光ファイバ１２の他端から入射される。
【００３９】
一方、可変波長光源８の出力光は光分岐手段９で分岐され、一方の分岐光は光パルス変調器１０によってパルス光となり、光分岐手段１１を介して図２中”ＬＧ４２”に示すようにポンプ光として光ファイバ１２の一端に入射される。
【００４０】
図２中”ＬＧ４１”に示すプローブ光の光周波数を”ｆ０”、図２中”ＬＧ４２”に示すポンプ光の光周波数を光周波数が”Δｆ”シフトした”ｆ０＋Δｆ”であるとする。
【００４１】
光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、ブリルアン散乱は発生せず、光ファイバ１２の一端からは光ファイバ１２を伝播してきたプローブ光が出射される。
【００４２】
一方、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合に、図２中”ＬＧ４３”に示すように光周波数が”ｆ０＋ｆＢ”であるブリルアン散乱光（パルス光）が、光ファイバ１２を伝播してきたプローブ光と共に出射される。
【００４３】
そして、このようなブリルアン散乱光（光周波数：”ｆ０＋ｆＢ”）はヘテロダイン検波型の光検出器１４に入射され、図２中”ＬＧ４４”に示す光分岐手段９で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００４４】
この時、
Δｆ＝ｆＢ
であるので、周波数差は”０”になり、可変波長光源８で与えた光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と同一であることが確認される。
【００４５】
一方、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くした場合、前述のように、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下する。
【００４６】
ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）が十分であれば、図８中”ＳＰ２１”に示すようにスペクトラム幅は狭くなるが、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くすると、図８中”ＳＰ２２”に示すようにスペクトラム幅が広がってしまう。
【００４７】
そして、例えば、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合、図９中”ＣＦ３１”に示す中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、スペクトラム幅が広がっている場合、図９中”ＦＢ３１”に示すブリルアン周波数シフト”ｆＢ”まで広がっているので、多少のブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として戻ってくる。
【００４８】
但し、図１に示す実施例ではヘテロダイン検波型の光検出器１４でヘテロダイン検波を行っているので、
ΔＦ＝ｆＢ−Δｆ’≠０
なる周波数差”ΔＦ”の信号として検波される。
【００４９】
したがって、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”は、
ｆＢ＝Δｆ’＋ΔＦ
となる。
【００５０】
ここで、中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００５１】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００５２】
また、図３は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の第２の実施例を示す構成ブロック図である。
【００５３】
図３において、１５は連続光であるプローブ光を出射する光源、１６は入射光を合波し分岐させる光合分岐手段、１７は歪の測定対象である光ファイバ、１８は光ファイバの他端に設けられた反射端、１９は出力光の光周波数（光波長）を変化させることが可能な可変波長光源、２０は光を分岐する光分岐手段、２１は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、２２はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００５４】
光源１５の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端にプローブ光として入射される。一方、可変波長光源１９の出力光は光分岐手段２０に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器２１の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器２２の一方の入射端に入射される。
【００５５】
光パルス変調器２１の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端にポンプ光として入射される。また、光ファイバ１７の一端からの出射光は光合分岐手段１６で分岐され光検出器２２の他方の入射端に入射される。
【００５６】
ここで、図３に示す実施例の動作を説明する。但し、図１に示す実施例と同様の動作に関しては説明を省略する。
【００５７】
光源１５の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端に入射され、光ファイバ１７の他端に設けられた反射端１８において反射され折り返し、プローブ光として光ファイバ１７内を伝播する。
【００５８】
一方、可変波長光源１９の出力光は光パルス変調器２１でパルス光に変換され、光ファイバ１７の一端からポンプ光として入射され、折り返してくるプローブ光と対向して光ファイバ１７内を伝播する。
【００５９】
このような状態で、ポンプ光の光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致すれば、ブリルアン散乱光（パルス光）発生して、光ファイバ１７の一端から出射され、ヘテロダイン検波型の光検出器２２において光分岐手段２０で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００６０】
ここで、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下した状態で、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合であっても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００６１】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００６２】
また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００６３】
また、図４は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
【００６４】
図４において、２３は連続光であるプローブ光を出射する光源、２４は入射光を合波し分岐させる光合分岐手段、２５は歪の測定対象である光ファイバ、２６は光ファイバの他端に設けられた反射端、２７は光周波数をシフトさせる光周波数シフタ、２８は光を分岐する光分岐手段、２９は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、３０はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００６５】
光源２３の一方の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ２５の一端にプローブ光として入射される。光源２３の他方の出力光は光周波数シフタ２７に入射される。
【００６６】
光周波数シフタ２７の出力光は光分岐手段２８に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器２９の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器３０の一方の入射端に入射される。
【００６７】
光パルス変調器２９の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ１７の一端にポンプ光として入射される。また、光ファイバ１７の一端からの出射光は光合分岐手段２４で分岐され光検出器３０の他方の入射端に入射される。
【００６８】
ここで、図３に示す実施例の動作を説明する。但し、図１に示す実施例と同様の動作に関しては説明を省略する。
【００６９】
光源２３の一方の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ２５の一端に入射され、光ファイバ２５の他端に設けられた反射端２６において反射され折り返し、プローブ光として光ファイバ２５内を伝播する。
【００７０】
一方、光源２３の他方の出力光は光周波数シフタ２７で光周波数がシフト”Δｆ”され、光パルス変調器２９でパルス光に変換され、光ファイバ２５の一端からポンプ光として入射され、折り返してくるプローブ光と対向して光ファイバ２５内を伝播する。
【００７１】
このような状態で、ポンプ光の光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致すれば、ブリルアン散乱光（パルス光）が発生して、光ファイバ１７の一端から出射され、ヘテロダイン検波型の光検出器３０において光分岐手段２０で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００７２】
ここで、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下した状態で、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合であっても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により補償することにより、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００７３】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００７４】
また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００７５】
なお、図３及び図４に示す実施例では、反射端をパルス光に対して低反射率にすることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００７６】
また、ヘテロダイン検波型の光検出器に入射するポンプ光に用いる光の分岐光の光周波数を、検波後の信号処理に適した周波数になるように、一定周波数シフト（例えば、〜１００ＭＨｚ程度）させても構わない。
【００７７】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合、ヘテロダイン検波によって得られる周波数差は”０”になり、実際にはその後の信号処理が難しい。このため、ポンプ光に用いる光の分岐光の光周波数を一定周波数シフト（例えば、〜１００ＭＨｚ程度）させることにより、ヘテロダイン検波によって得られる周波数差は”０”にならず、その後の信号処理が容易になる。
【００７８】
また、必要に応じて光増幅器を適宜用いても構わないし、入射させるパルス光を広スペクトラム化（或いは、フラットトップ）して、ヘテロダイン検波後にブリルアン散乱光の波長（周波数）を検出しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】相関型の光ファイバ歪測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】各種光の伝播経路を説明する説明図である。
【図３】相関型の光ファイバ歪測定装置の第２の実施例を示す構成ブロック図である。
【図４】相関型の光ファイバ歪測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
【図５】従来の光ファイバ歪測定装置の一例を示す構成ブロック図である。
【図６】プローブ光、パルス光及びブリルアン散乱光の関係を説明する説明図である。
【図７】光検出器で検出される光強度の一例を示す特性曲線図である。
【図８】ポンプ光のパルス幅とスペクトラム幅との関係を示す説明図である。
【図９】スペクトラム幅が広がった場合のブリルアン散乱光の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１３，１５，２３ 光源
２，５，９，１１，２０，２８ 光分岐手段
３，１０ 光変調器
４，２１，２９ 光パルス変調器
６，１２，１７，２５ 光ファイバ
７，１４，２２，３０ 光検出器
８，１９ 可変波長光源
１６，２４ 光合分岐手段
１８，２６ 反射端
２７ 光周波数シフタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光（ブリルアン増幅を受けた後方散乱光）を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置に関し、特に歪を精度良く測定可能で高分解能化が可能である光ファイバ歪測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ中を伝播する光の一部は、ガラスの構造分子の運動エネルギーとして吸収される。吸収されたエネルギーは一定値を超えたときに音響フォノンとして放出される。そして、ブリルアン散乱とは、放出された音響フォノンと透過光との相互干渉により、音響フォノンの周波数分だけシフト（ブリルアン周波数シフト）したストークス光が発生する現象である。
【０００３】
従来の被測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−００６７２５号公報
【特許文献２】特開平０６−２３００９１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２６５号公報
【特許文献４】特開２００３−０１４５８４号公報
【０００５】
図５はこのような従来の（Brillouin Optical Time Domain Analysis：ＢＯＴＤＡ）の光ファイバ歪測定装置の一例を示す構成ブロック図である。図５において、１はレーザ光を出射する半導体レーザ光源等の光源、２及び５は光を分岐する光分岐手段、３は入射光を強度変調する光変調器、４は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させると共に光周波数シフトを可変できる光パルス変調器、６は歪の測定対象である光ファイバ、７はフォトダイオード等の光検出器である。
【０００６】
光源１からの出射光は光分岐手段２に入射され、一方の分岐光は光変調器３の入射端に入射され、他方の分岐光は光パルス変調器４の入射端に入射される。光変調器３の出力光はプローブ光として光ファイバ６の一端に入射され、光パルス変調器４の出力パルス光はポンプ光として光分岐手段５を介して光ファイバ６の他端に入射される。
【０００７】
一方、光ファイバ６からのブリルアン散乱光は光ファイバ６の他端から出射され、光分岐手段５で分岐され光検出器７に入射される。
【０００８】
ここで、図５に示す従来例の動作を図６及び図７を用いて説明ずる。図６はプローブ光、パルス光及びブリルアン散乱光の関係を説明する説明図、図７は光検出器７で検出される光強度の一例を示す特性曲線図である。
【０００９】
図６中”ＴＭ０１”に示す光ファイバ６の一端に入射されるプローブ光の光周波数を”ｆ０”、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端から入射されるポンプ光の光周波数は光パルス変調器４で”Δｆ”だけ光周波数シフトされた”ｆ０＋Δｆ”であるとする。
【００１０】
光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、ブリルアン散乱は発生せず、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端からは光ファイバ６を伝播してきたプローブ光が出射される。
【００１１】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、図７中”ＣＨ１１”に示す光強度の特性曲線が光検出器７で測定される。言いかえれば、図７中”ＣＨ１１”に示すようにプローブ光の光強度に相当する光強度が時間経過と共に測定される。
【００１２】
一方、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合に、図６中”ＴＭ０２”に示す光ファイバ６の他端から光周波数が”ｆ０＋ｆＢ”であるブリルアン散乱光（パルス光）が、光ファイバ６を伝播してきたプローブ光と共に出射される。
【００１３】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合には、図７中”ＣＨ１２”に示す光強度の特性曲線が光検出器７で測定される。言いかえれば、図７中”ＣＨ１２”に示すように図７中”ＰＳ１１”に示すある時刻にパルス状の光強度変化（ブリルアン散乱光（パルス光））を伴う特性が時間経過と共に測定される。
【００１４】
すなわち、光ファイバ６中で歪が発生している部分のブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と光周波数のシフト分”Δｆ”が一致すれば、当該歪が発生している部分からブリルアン散乱光（パルス光）が戻ってくることになる。
【００１５】
ここで、図７に示す特性曲線図の横軸の時間は、光ファイバ６内の光の伝播速度を勘案すれば光ファイバの位置（或いは、光ファイバの他端からの距離）に相当するので、図７中”ＰＳ１１”に示すある時刻に相当する位置を特定することにより、光ファイバ６内で発生している歪の位置を得ることが可能になる。
【００１６】
また、ブリルアン周波数シフトは歪の大きさに依存する性質を有する、言い換えれば、歪の大きさによってブリルアン周波数シフトが変化することになるので、光パルス変調器４で光周波数シフト”Δｆ”を走査することにより、光ファイバ６中の大きさの異なる歪が発生している部分からブリルアン散乱光（パルス光）が順次戻ってくることになる。
【００１７】
この結果、光ファイバ６の一端からプローブ光（光周波数”ｆ０”）を入射し、光ファイバ６の他端から光周波数をシフトさせたパルス光（光周波数”ｆ０＋Δｆ”）を入射させ、光ファイバ６の他端から出射される光を光検出器で測定すると共に光周波数シフトを走査することにより、光ファイバ６内で発生している様々な大きさの歪の位置を測定することが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、従来の光ファイバ歪測定装置では高分解能化を実現するためには、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くする必要性があるものの、パルス幅（時間）を狭くすると、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下する。
【００１９】
図８はポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）とスペクトラム幅との関係を示す説明図、図９はスペクトラム幅が広がった場合のブリルアン散乱光（パルス光）の関係を示す説明図である。
【００２０】
ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）が十分であれば、図８中”ＳＰ２１”に示すようにスペクトラム幅は狭くなるが、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くすると、図８中”ＳＰ２２”に示すようにスペクトラム幅が広がってしまう。
【００２１】
この時、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”と、ブリルアン周波数シフト”ｆＢ”とが少しずれていてもブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として光検出器７で検出されてしまう。
【００２２】
例えば、図９中”ＣＦ３１”に示す中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、スペクトラム幅が広がっている場合、図９中”ＦＢ３１”に示すブリルアン周波数シフト”ｆＢ”まで広がっているので、多少のブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として光検出器７で検出されてしまう。
【００２３】
すなわち、中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、異なるブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、大きさの異なる歪が発生している部分からのブリルアン散乱光（パルス光）が検出されてしまい歪を精度良く測定することができないと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、歪を精度良く測定可能で高分解能化が可能である光ファイバ歪測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光ファイバの一端に入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、出力光をプローブ光として前記光ファイバの他端に入射する光源と、前記第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、この可変波長光源の出力光を２つに分岐する光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、光源と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００２６】
請求項３記載の発明は、
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
光源と、この光源の一方の出力光の光周波数をシフトさせる光周波数シフタと、この光周波数シフタの出力光を２つに分岐する光分岐手段と、一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の他方の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００２７】
請求項４記載の発明は、
請求項２若しくは請求項３記載の発明である光ファイバ歪測定装置において、
前記反射端が、
パルス光に対して低反射率であることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明である光ファイバ歪測定装置において、
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光、若しくは、前記光分岐手段の他方の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることにより、その後の信号処理が容易になる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光による正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００３０】
また、請求項２の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光による正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００３１】
また、請求項３の発明によれば、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００３２】
また、請求項４の発明によれば、反射端がパルス光に対して低反射率であることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００３３】
また、請求項５の発明によれば、ポンプ光に用いる光の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることにより、その後の信号処理が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【００３５】
図１において、８は出力光の光周波数（光波長）を変化させることが可能な可変波長光源、９及び１１は光を分岐する光分岐手段、１０は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、１２は歪の測定対象である光ファイバ、１３は連続光であるプローブ光を出射する光源、１４はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００３６】
可変波長光源８の出力光は光分岐手段９に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器１０の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器１４の一方の入射端に入射される。
【００３７】
光パルス変調器１０の出力光は光分岐手段１１を介して光ファイバ１２の一端に入射される。一方、光源１３の出力光は光ファイバ１２の他端に入射され、光ファイバ１２の一端からの出射光は光分岐手段１１で分岐され光検出器１４の他方の入射端に入射される。
【００３８】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は各種光の伝播経路を説明する説明図である。光源１３の出力光は図２中”ＬＧ４１”に示すようにプローブ光として光ファイバ１２の他端から入射される。
【００３９】
一方、可変波長光源８の出力光は光分岐手段９で分岐され、一方の分岐光は光パルス変調器１０によってパルス光となり、光分岐手段１１を介して図２中”ＬＧ４２”に示すようにポンプ光として光ファイバ１２の一端に入射される。
【００４０】
図２中”ＬＧ４１”に示すプローブ光の光周波数を”ｆ０”、図２中”ＬＧ４２”に示すポンプ光の光周波数を光周波数が”Δｆ”シフトした”ｆ０＋Δｆ”であるとする。
【００４１】
光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致しなければ、ブリルアン散乱は発生せず、光ファイバ１２の一端からは光ファイバ１２を伝播してきたプローブ光が出射される。
【００４２】
一方、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合に、図２中”ＬＧ４３”に示すように光周波数が”ｆ０＋ｆＢ”であるブリルアン散乱光（パルス光）が、光ファイバ１２を伝播してきたプローブ光と共に出射される。
【００４３】
そして、このようなブリルアン散乱光（光周波数：”ｆ０＋ｆＢ”）はヘテロダイン検波型の光検出器１４に入射され、図２中”ＬＧ４４”に示す光分岐手段９で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００４４】
この時、
Δｆ＝ｆＢ
であるので、周波数差は”０”になり、可変波長光源８で与えた光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と同一であることが確認される。
【００４５】
一方、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くした場合、前述のように、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下する。
【００４６】
ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）が十分であれば、図８中”ＳＰ２１”に示すようにスペクトラム幅は狭くなるが、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くすると、図８中”ＳＰ２２”に示すようにスペクトラム幅が広がってしまう。
【００４７】
そして、例えば、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合、図９中”ＣＦ３１”に示す中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、スペクトラム幅が広がっている場合、図９中”ＦＢ３１”に示すブリルアン周波数シフト”ｆＢ”まで広がっているので、多少のブリルアン散乱光（パルス光）が発生して戻り光として戻ってくる。
【００４８】
但し、図１に示す実施例ではヘテロダイン検波型の光検出器１４でヘテロダイン検波を行っているので、
ΔＦ＝ｆＢ−Δｆ’≠０
なる周波数差”ΔＦ”の信号として検波される。
【００４９】
したがって、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”は、
ｆＢ＝Δｆ’＋ΔＦ
となる。
【００５０】
ここで、中心周波数がポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”であったとしても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００５１】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００５２】
また、図３は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の第２の実施例を示す構成ブロック図である。
【００５３】
図３において、１５は連続光であるプローブ光を出射する光源、１６は入射光を合波し分岐させる光合分岐手段、１７は歪の測定対象である光ファイバ、１８は光ファイバの他端に設けられた反射端、１９は出力光の光周波数（光波長）を変化させることが可能な可変波長光源、２０は光を分岐する光分岐手段、２１は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、２２はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００５４】
光源１５の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端にプローブ光として入射される。一方、可変波長光源１９の出力光は光分岐手段２０に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器２１の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器２２の一方の入射端に入射される。
【００５５】
光パルス変調器２１の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端にポンプ光として入射される。また、光ファイバ１７の一端からの出射光は光合分岐手段１６で分岐され光検出器２２の他方の入射端に入射される。
【００５６】
ここで、図３に示す実施例の動作を説明する。但し、図１に示す実施例と同様の動作に関しては説明を省略する。
【００５７】
光源１５の出力光は光合分岐手段１６を介して光ファイバ１７の一端に入射され、光ファイバ１７の他端に設けられた反射端１８において反射され折り返し、プローブ光として光ファイバ１７内を伝播する。
【００５８】
一方、可変波長光源１９の出力光は光パルス変調器２１でパルス光に変換され、光ファイバ１７の一端からポンプ光として入射され、折り返してくるプローブ光と対向して光ファイバ１７内を伝播する。
【００５９】
このような状態で、ポンプ光の光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致すれば、ブリルアン散乱光（パルス光）発生して、光ファイバ１７の一端から出射され、ヘテロダイン検波型の光検出器２２において光分岐手段２０で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００６０】
ここで、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下した状態で、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合であっても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００６１】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００６２】
また、入射光を合波し分岐させる光合分岐手段によってポンプ光とプローブ光を光ファイバの同一端から入射することにより、光ファイバの両端からそれぞれの光を入射する必要がなくなる。
【００６３】
また、図４は本発明に係る光ファイバ歪測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
【００６４】
図４において、２３は連続光であるプローブ光を出射する光源、２４は入射光を合波し分岐させる光合分岐手段、２５は歪の測定対象である光ファイバ、２６は光ファイバの他端に設けられた反射端、２７は光周波数をシフトさせる光周波数シフタ、２８は光を分岐する光分岐手段、２９は光スイッチ等の入射光をパルス光にして出射させる光パルス変調器、３０はヘテロダイン検波型の光検出器である。
【００６５】
光源２３の一方の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ２５の一端にプローブ光として入射される。光源２３の他方の出力光は光周波数シフタ２７に入射される。
【００６６】
光周波数シフタ２７の出力光は光分岐手段２８に入射され、一方の分岐光は光パルス変調器２９の入射端に入射され、他方の分岐光は光検出器３０の一方の入射端に入射される。
【００６７】
光パルス変調器２９の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ１７の一端にポンプ光として入射される。また、光ファイバ１７の一端からの出射光は光合分岐手段２４で分岐され光検出器３０の他方の入射端に入射される。
【００６８】
ここで、図３に示す実施例の動作を説明する。但し、図１に示す実施例と同様の動作に関しては説明を省略する。
【００６９】
光源２３の一方の出力光は光合分岐手段２４を介して光ファイバ２５の一端に入射され、光ファイバ２５の他端に設けられた反射端２６において反射され折り返し、プローブ光として光ファイバ２５内を伝播する。
【００７０】
一方、光源２３の他方の出力光は光周波数シフタ２７で光周波数がシフト”Δｆ”され、光パルス変調器２９でパルス光に変換され、光ファイバ２５の一端からポンプ光として入射され、折り返してくるプローブ光と対向して光ファイバ２５内を伝播する。
【００７１】
このような状態で、ポンプ光の光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致すれば、ブリルアン散乱光（パルス光）が発生して、光ファイバ１７の一端から出射され、ヘテロダイン検波型の光検出器３０において光分岐手段２０で分岐された連続光である分岐光（光周波数：”ｆ０＋Δｆ”）との周波数差の信号として検波される。
【００７２】
ここで、高分解能化を実現するために、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光（パルス光）のスペクトラム幅が広がってしまい純度が低下した状態で、ポンプ光の光周波数シフト”Δｆ’”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”から少しずれた場合であっても、ヘテロダイン検波によって得られた周波数差”ΔＦ”により補償することにより、正確なブリルアン周波数シフト”ｆＢ”、言い換えれば、歪を精度良く測定することが可能になる。
【００７３】
この結果、ポンプ光（パルス光）のパルス幅（時間）を狭くし、ポンプ光と同一周波数の光とブリルアン散乱光とをヘテロダイン検波して周波数差を求めて、ポンプ光の光周波数シフトを補償することにより、正確なブリルアン周波数シフトを得ることができ、高分解能で歪を精度良く測定することが可能になる。
【００７４】
また、プローブ光を出射する光源の出力を光周波数シフトさせてポンプ光用の光を生成しているので、光源が１つで良くなり、構成が簡単になる。
【００７５】
なお、図３及び図４に示す実施例では、反射端をパルス光に対して低反射率にすることにより、ポンプ光（パルス光）の折り返しを防止し、発生するブリルアン散乱光（パルス光）との混在を低減することができる。
【００７６】
また、ヘテロダイン検波型の光検出器に入射するポンプ光に用いる光の分岐光の光周波数を、検波後の信号処理に適した周波数になるように、一定周波数シフト（例えば、〜１００ＭＨｚ程度）させても構わない。
【００７７】
例えば、光周波数のシフト分”Δｆ”がブリルアン周波数シフト”ｆＢ”と一致した場合、ヘテロダイン検波によって得られる周波数差は”０”になり、実際にはその後の信号処理が難しい。このため、ポンプ光に用いる光の分岐光の光周波数を一定周波数シフト（例えば、〜１００ＭＨｚ程度）させることにより、ヘテロダイン検波によって得られる周波数差は”０”にならず、その後の信号処理が容易になる。
【００７８】
また、必要に応じて光増幅器を適宜用いても構わないし、入射させるパルス光を広スペクトラム化（或いは、フラットトップ）して、ヘテロダイン検波後にブリルアン散乱光の波長（周波数）を検出しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】相関型の光ファイバ歪測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】各種光の伝播経路を説明する説明図である。
【図３】相関型の光ファイバ歪測定装置の第２の実施例を示す構成ブロック図である。
【図４】相関型の光ファイバ歪測定装置の第３の実施例を示す構成ブロック図である。
【図５】従来の光ファイバ歪測定装置の一例を示す構成ブロック図である。
【図６】プローブ光、パルス光及びブリルアン散乱光の関係を説明する説明図である。
【図７】光検出器で検出される光強度の一例を示す特性曲線図である。
【図８】ポンプ光のパルス幅とスペクトラム幅との関係を示す説明図である。
【図９】スペクトラム幅が広がった場合のブリルアン散乱光の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１３，１５，２３ 光源
２，５，９，１１，２０，２８ 光分岐手段
３，１０ 光変調器
４，２１，２９ 光パルス変調器
６，１２，１７，２５ 光ファイバ
７，１４，２２，３０ 光検出器
８，１９ 可変波長光源
１６，２４ 光合分岐手段
１８，２６ 反射端
２７ 光周波数シフタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、
この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光ファイバの一端に入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、
出力光をプローブ光として前記光ファイバの他端に入射する光源と、
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項２】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、
この可変波長光源の出力光を２つに分岐する光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
光源と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、
前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、
前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項３】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
光源と、
この光源の一方の出力光の光周波数をシフトさせる光周波数シフタと、
この光周波数シフタの出力光を２つに分岐する光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の他方の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、
前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、
前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項４】
前記反射端が、
パルス光に対して低反射率であることを特徴とする
請求項２若しくは請求項３記載の光ファイバ歪測定装置。
【請求項５】
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光、若しくは、前記光分岐手段の他方の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ歪測定装置。
【請求項１】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、
この可変波長光源の出力光を２つに分岐する第１の光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光ファイバの一端に入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する第２の光分岐手段と、
出力光をプローブ光として前記光ファイバの他端に入射する光源と、
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記第２の光分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項２】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
出力光の光周波数を変化させることが可能な可変波長光源と、
この可変波長光源の出力光を２つに分岐する光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
光源と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、
前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、
前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項３】
測定対象である光ファイバ内で発生するブリルアン散乱光を用いて光ファイバの歪を測定する光ファイバ歪測定装置において、
光源と、
この光源の一方の出力光の光周波数をシフトさせる光周波数シフタと、
この光周波数シフタの出力光を２つに分岐する光分岐手段と、
一方の分岐光を狭パルス光にして出射させる光パルス変調器と、
前記光パルス変調器の出力光をポンプ光として前記光源の他方の出力光をプローブ光として前記光ファイバの一端にそれぞれ入射すると共に前記光ファイバの一端からの出射光を分岐する光合分岐手段と、
前記光ファイバの他端に設けられた反射端と、
前記光分岐手段の他方の分岐光を用いて前記光合分岐手段の分岐光をヘテロダイン検波する光検出器とを備え、
ヘテロダイン検波して得られた周波数差から前記ポンプ光によるブリルアン散乱光の正確な周波数シフトを求めることを特徴とする光ファイバ歪測定装置。
【請求項４】
前記反射端が、
パルス光に対して低反射率であることを特徴とする
請求項２若しくは請求項３記載の光ファイバ歪測定装置。
【請求項５】
前記第１の光分岐手段の他方の分岐光、若しくは、前記光分岐手段の他方の分岐光の周波数を一定周波数シフトさせることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ歪測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４０２８７（Ｐ２００７−２４０２８７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６１９５４（Ｐ２００６−６１９５４）
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月８日（２００６．３．８）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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