CN101201292B - 光纤特性测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤特性测定装置，其在使用布里渊散射现象的测定方法中，通过信号光仅从光纤的一侧端部入射而实现高空间分辨率。其具有：光脉冲生成部(3)，其由相干光(2a)生成脉冲序列(3a)并出射至光纤(7)，该脉冲序列的第1脉冲光和第2脉冲光之间的时间间隔小于或等于声波寿命；检波部(8)，其将由第1脉冲光的后向布里渊散射光和相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号；信号处理部(14)，其通过对该电信号和将该电信号延迟第1脉冲光和上述第2脉冲光的时间间隔量的电信号进行求和，生成干涉信号，基于该干涉信号求出上述光纤的特性；以及电气或光学式频率可变部(10)，其用于通过上述电信号得到布里渊频谱。

Description

光纤特性测定装置

技术领域

本发明涉及一种光纤特性测定装置，其向光纤出射由相干光生成的脉冲光，将对来自上述光纤的后向布里渊散射光和上述相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，基于该电信号求出上述光纤的特性。

本申请基于在2006年12月13日申请的日本国专利申请第2006-336200号而要求优先权，在这里引用其内容。

背景技术

已知一种通过测定向光纤中入射脉冲光而产生的布里渊散射光的中心频率，测定光纤在所设定的环境中的变形或温度分布的方法。在该测定方法中，由于将进设置的光纤自身作为检测变形或温度的介质利用，所以与配置多个点型传感器的方法相比，能够以简单的结构测定变形及温度分布。

在这种测定方法中，具有所谓的BOTDR(Brillouin Optical TimeDomain Reflectometry)方式和BOTDA(Brillouin Optical TimeDomain Analysis)方式。

BOTDR方式的测定方法，是通过测定被速度依赖于变形或温度而变化的声波反射的自然布里渊散射光(后向布里渊散射光)的频移量的方法，该方法通过从光纤的一端入射脉冲光，检测出从光纤的相同端出射的后向布里渊散射光。该方法在专利第2575794号公报及专利第3481494号公报中公开。

另一方面，BOTDA方式的测定方法，是从光纤的一端入射大于或等于规定阈值的光强度的光脉冲(泵浦光)，从光纤的另一端入射探测光，通过由泵浦光产生的诱导布里渊散射现象而测定探测光的变化成分的方法。该方法在专利第2589345号公报中公开。

但是，在BOTDR方式的测定方法及BOTDA方式的测定方法中，已知通过使入射至光纤中的脉冲光的脉宽变小而提高空间分辨率，但由于在脉宽小于或等于规定值的情况下，无法高精度地测定布里渊散射光的中心频率，所以其空间分辨率为2～3m左右。

为了在上述利用了布里渊散射光的测定方法中提高空间分辨率，提出了一种考虑声波瞬变现象的分布式光纤传感器系统。该提案由李哲贤、津田勉、岸田欣增、电子信息通信学会计数研究报告OFT2005-16、P.1-6《使用PPP-BOTDA测定技术实现10cm分辨率的布里渊分布测量》中公开。该分布式光纤传感器系统，着眼于由于引起布里渊散射的声波为机械振动，所以存在无法瞬间开始振动的瞬变现象。具体地说，通过将泵浦光分为第1泵浦光和第2泵浦光，在使第1泵浦光传递至光纤后，使用于产生测定用的布里渊散射光的第2泵浦光传递，从而防止在测定用的布里渊散射光中产生瞬变现象，能够实现10cm左右的高空间分辨率。

另外，提出一种能够利用与时域测量完全不同的原理，实现cm级的高空间分辨率的装置。该提案在专利第3667132号公报中公开。该装置着眼于，使用频率变换器变换探测光的中心频率，以使得泵浦光和探测光的中心频率的频率差处于布里渊频移附近，在此基础上，通过调制光源的振荡频率，在两种光的相位同步的位置上，选择性地进行从泵浦光向探测光的功率移动。然后，通过由光检测器检测从光纤出射的探测光的功率，测定两种光的相位同步的位置上的布里渊频谱。根据上述装置，能够实现1cm左右的高空间分辨率。这种方法称为BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)方式。

发明内容

但是，非专利文献1及专利文献4都是通过从光纤的两端入射测定光的方式而实现的，没有提出能够在BOTDR方式的测定方法中实现高空间分辨率的方案。

在BOTDA方式或BOCDA方式的测定方法中，必须从光纤的两端入射测定光(泵浦光及探测光)，由于装置结构复杂化，装置成本变高，所以期望能够在BOTDR方式的测定方法中实现高空间分辨率的方法。

本发明就是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于，在使用布里渊散射现象的测定方法中，通过信号光仅从光纤的一侧端部入射而实现高空间分辨率。

为了实现上述目的，本发明是一种光纤特性测定装置，其具有分支耦合器，该分支耦合器将相干光分为第1相干光和第2相干光，该光纤特性测定装置使由第1相干光生成的脉冲光向光纤出射，将通过将来自光纤的后向布里渊散射光和第2相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，基于该电信号求出光纤的特性，特征在于，具有：光脉冲生成部，其由第1相干光生成连续2个脉冲光的脉冲序列并向光纤出射，该脉冲序列的第1脉冲光和第2脉冲光之间的时间间隔小于或等于光纤中的声波寿命，脉冲序列的产生周期依赖于被测光纤的长度；检波部，其将通过对后向布里渊散射光和第2相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，该后向布里渊散射光包括第1脉冲光的后向布里渊散射光及第2脉冲光的后向布里渊散射光；信号处理部，其通过对该电信号和将该电信号延迟第1脉冲光和第2脉冲光的时间间隔量的电信号进行求和，从而生成干涉信号，基于该干涉信号求出光纤的特性；以及电气或光学式频率可变部，其用于根据由检波部变换的电信号得到布里渊频谱。

根据具有上述特征的本发明，从第1相干光生成使第1脉冲光和第2脉冲光之间的时间间隔小于或等于声波寿命的脉冲序列，将对包括第1脉冲光的后向布里渊散射光及第2脉冲光的后向布里渊散射光的后向布里渊散射光、与第2相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，通过对该电信号和将该电信号延迟第1脉冲光和第2脉冲光的时间间隔量的电信号进行求和，生成干涉信号，基于该干涉信号求出光纤的特性。

另外，在本发明中，还具有偏振面变更部，其可以变更第2相干光的偏振面，或变更后向布里渊散射光的偏振面，该后向布里渊散射光包含第1脉冲光的后向布里渊散射光及第2脉冲光的后向布里渊散射光。

另外，在本发明中，还具有多余成分去除部，其将通过由光放大器放大上述脉冲序列而附加在上述脉冲序列中的噪声成分去除。

另外，在本发明中，还具有：信号发生部，其生成具有与上述后向布里渊散射光的频移量大致一致的频率的混频用信号；以及混频部，其将上述混频用信号与由上述检波部变换的上述电信号混频。

另外，在本发明中，上述声波的寿命，是上述声波的能量从峰值功率下降至小于或等于该峰值功率的5％的时间。

根据本发明，通过从上述第1相干光生成使第1脉冲光和第2脉冲光之间的间隔成为小于或等于声波寿命的时间间隔的脉冲序列，将对包括第1脉冲光的后向布里渊散射光及第2脉冲光的后向布里渊散射光的后向布里渊散射光、与第2相干光进行合波而得到的光信号，变换为电信号，通过对该电信号和将该电信号延迟第1脉冲光和上述第2脉冲光的时间间隔量的电信号进行求和，生成干涉信号。由此生成的干涉信号的布里渊频谱，表示将第1脉冲光的后向布里渊散射光的布里渊频谱及第2脉冲光的后向布里渊散射光的布里渊频谱进行比较而产生的陡峭的布里渊频谱。由此，通过基于干涉信号求出上述光纤的特性，能够非常容易地检测布里渊频移，有效地实现空间分辨率的提高。

由此，根据本发明，在使用布里渊散射现象的测定方法中，能够通过信号光仅从光纤的一侧端部入射而实现高空间分辨率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置的功能结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置所具有的信号处理部的具体结构的一个例子的框图。

图3是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置所具有的信号处理部的具体结构的一个例子的框图。

图4是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置所具有的信号处理部的具体结构的一个例子的框图。

图5是用于说明第1脉冲光电信号的布里渊频谱的说明图。

图6是用于说明干涉信号的布里渊频谱的说明图。

图7是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置的模拟结果的曲线图。

图8是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置的测定结果的曲线图。

图9是表示现有的光纤特性测定装置的测定结果的曲线图。

图10是表示本发明的实施方式2中的光纤特性测定装置的功能结构的框图。

图11是表示本发明的实施方式3中的光纤特性测定装置的功能结构的框图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明所涉及的光纤特性测定装置的一个实施方式。此外，在下述附图中，为了使各部件成为可以识别的大小，适当地变更了各部件的比例。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1中的光纤特性测定装置S1的功能结构的框图。如图1所示，本实施方式的光纤特性测定装置S1具有光源1、分支耦合器2、光脉冲发生回路3(光脉冲生成部)、光放大器4、光方向性结合器5、光纤连接器6、被测光纤7、平衡受光回路8(检波部)、第1放大器9、信号发生部10(信号发生部)、混频器11(混频部)、低通滤波器12、第2放大器13及信号处理部14(信号处理部)。

光源1产生窄线宽的相干光1a，例如可以使用1.55μm频带的MQW-DFB(多量子阱-分布反馈型)半导体激光器。另外，在本实施方式中，光源1发出的相干光1a的频率，以频率f₀表示。

分支耦合器2是具有1个入射端口和2个出射端口的1×2的光分支耦合器，入射至入射端口的相干光1a分配至2个出射端口中，分别作为相干光2a、2b而出射。

光脉冲发生回路3为高速光开关等，通过开关的接通/断开而由相干光2a生成能够实现要求的空间分辨率的、脉宽为数纳秒左右的脉冲光，向被测光纤7出射。另外，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，由光纤发生回路3生成连续2个脉宽为数纳秒的脉冲光的脉冲序列3a，而不是生成单一的脉冲光。

在该脉冲序列3a所具有的2个脉冲光中，先生成的第1脉冲光3a1和后生成的第2脉冲光3a2之间的时间间隔，成为小于或等于被测光纤7中的声波的寿命的时间间隔，优选小于或等于10纳秒。此外，这里所说的声波寿命，广义上是指在被测光纤7的内部产生的声波的寿命，包括规定声波从产生至消失的时间。但是，为了更可靠地生成后述的干涉信号，优选声波寿命为上述声波的能量从峰值功率下降直至小于或等于该峰值功率的5％的时间。例如，在声波的能量基于下式(1)衰减的情况下，所谓直至小于或等于峰值功率的5％的时间，表示为直至成为(t＞3Ta)的时间。其中，式(1)中的Ta是声波的衰减时间。

exp[-t/Ta]    …(1)

另外，脉冲序列3的产生周期依赖于被测光纤7的长度(即距离范围)，例如如果是10km的距离范围，则其产生周期为200μ秒左右，如果是1km的距离范围，则其产生周期为20μ秒。

光放大器4是使用了掺Er(铒)光纤的光纤放大器等，将入射的脉冲序列3a放大至规定水平而出射。

光方向性结合器5使用光循环器等。该光方向性结合器5将入射至入射端口51的脉冲序列3a从出射/入射端口52出射，同时将从被测光纤7经由光纤连接器6入射至出射/入射端口52的折返光7a从出射端口53出射。

光纤连接器6将光方向性结合器5的出射/入射端口52与被测光纤7的一侧端部进行连接，将从光方向性结合器5入射的脉冲序列3a向被测光纤7出射，同时将来自被测光纤7的折返光7a向光方向性结合器5出射。

在这里，在来自被测光纤7的折返光7a所包含的光信号中，自然布里渊散射光(后向布里渊散射光)，相对于入射至被测光纤7的脉冲序列3a的频率、即相干光1a的频率f₀，频移大约9～12GHz。即，如果使频移的频率为fs，则折返光7a的频率fb中包含“f₀±fs”。另一方面，由于在折返光7a包含的光信号中，瑞利散射光或菲涅耳反射光的频移fs为“0”，所以在折返光7a的频率fb中包含“f₀”。

此外，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，入射至被测光纤7的脉冲序列3a，具有时间间隔小于或等于声波寿命的第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2。因此，在来自被测光纤7的折返光7a中，第1脉冲光3a1的折返光和第2脉冲光3a2的折返光重叠存在。即，来自被测光纤7的折返光7a包含第1脉冲光3a1的折返光和第2脉冲光3a2的折返光。

平衡受光回路8将通过对相干光2b和折返光7a进行合波而得到的光信号变换为电信号，其具有合波耦合器81和光-电变换电路82。

合波耦合器81，通过对从上述分支耦合器2出射的频率f₀的相干光2b、和经由光方向性结合器5出射的频率fb(＝“f₀±fs”、“f₀”)的折返光7a进行合波，得到光信号81a。此外，光信号81a的频率成分具有“f₀”和“f₀±fs”这3种。

光-电变换电路82将光信号81a变换为电信号82a而输出直流和“fs”。

在这里，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，如上述所示，来自被测光纤7的折返光7a中含有第1脉冲光3a1的折返光和第2脉冲光3a2的折返光这两种。因此，对于通过由合波耦合器81的合波产生的光信号81a及由该光信号81a变换的电信号82a，包含属于第1脉冲光3a1的折返光的成分和属于第2脉冲光3a2的折返光的成分这两种。另外，由于第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间具有小于或等于声波寿命的时间间隔，所以在从平衡受光回路8输出的电信号82a中，在属于第1脉冲光3a1的折返光的成分和属于第2脉冲光3a2的折返光的成分之间，具有相当于与第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔相同的时间间隔的延迟差。

第1放大器9对电信号82a进行放大，直至适合混频器11(后述)处理的电平，进行输出。

此外，在电信号82a包含的频率成分中，直流成分通过对电路进行交流结合等而去除。

信号发生部10由下述部分构成：信号发生电路101，其生成正弦波的RF(无线频率)信号10a，作为混频用信号；以及控制电路102，其设定RF信号10a的频率fr。另外，在本实施方式中，频率fr在用于检测布里渊散射光的折返光的频移fs附近即大约8～12GHz的范围内可变。由此，通过在信号发生部10中使频率fr可变，能够测定电信号82a的频谱。即，在本实施方式中，信号发生部10还起到作为本发明的频率可变部的功能。

混频器11对从平衡受光回路8输出的电信号82a和从信号发生器10输出的RF信号10a进行混频，将电信号82a的频率降低RF信号10a的频率大小而输出电信号11a(基带信号)。在这里，由于RF信号10a的频率fr设定在折返光的频移fs附近，所以上述2个频率成分中，将频移fs的值降低频率fr后的频率成分接近直流成分(基带)。由此，该频率成分成为位于混频器11后段的电路(即、低通滤波器12、第2放大器13、信号处理部14)能够容易地进行处理的频率区域。

在这里，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，从平衡受光回路8输出电信号82a，该电信号82a包含属于第1脉冲光3a1的折返光的成分和属于第2脉冲光3a2的折返光的成分，这两种成分之间具有相当于与第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔相同的时间间隔的延迟差。因此，在从混频器11输出的电信号11a中也包含属于第1脉冲光3a1的折返光的成分和属于第2脉冲光3a2的折返光的成分，这两种成分之间具有相当于与第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔相同的时间间隔的延迟差。

在这里，为了得到期望的电信号11a，使用混频器回路11、信号发生部10，但通过将合波中使用的相干光变换光频率而生成具有与上述布里渊散射光大致一致的光频率的相干光，将该相干光进行合波，也能够得到相同效果。或者对送出的脉冲光3a使用光频率变换器，该光频率变换器使其频移与后方散射光的频移量大致一致的频率，也能够得到相同效果。

低通滤波器12是用于去除从混频器11输出的电信号11a中所包含的噪声等高频成分而提高S/N比(信号/噪声比)的电路。

第2放大器13将从低通滤波器12输出的电信号11a放大至适合信号处理部14的电平。

信号处理部14通过将电信号11a和将该电信号11a延迟第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔量的电信号进行求和，生成干涉信号，即通过将电信号11a中包含的属于第1脉冲光3a1的折返光的成分(下面称为第1脉冲光成分)、和属于第2脉冲光3a2的折返光的成分(下面称为第2脉冲光成分)在时间轴上对齐而进行求和，从而生成干涉信号，根据该干涉信号测定光纤7的特性。

作为该信号处理部14的具体结构，例如图2所示，可以举出具有下述部分的结构：A/D转换器141，其将包含第1脉冲光成分及第2脉冲光成分的模拟信号11a变换为数字信号11a1而并行输出；延迟器142，其将一个数字信号11a1延迟第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔量，作为数字信号11a2输出；加法器143，其通过将数字信号11a1和数字信号11a2进行求和而生成干涉信号11a3；以及平方律检波处理部144，其对干涉信号11a3进行平方律检波处理。此外，该延迟器142的功能可以由软件进行。

另外，作为信号处理部14的其他结构，例如图3所示，可以举出具有下述部分的结构：A/D转换器145，其将分支后的一个模拟信号11a变换为数字信号11a1；A/D转换器146，其将分支后的另一个模拟信号11a变换为数字信号11a1；延迟器142，其使从该A/D转换器146输出的数字信号11a1延迟第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔量，作为数字信号11a2输出；加法器143；以及平方律检波处理部144。

另外，作为信号处理部14的另一个结构，例如图4所示，可以举出具有下述部分的结构：延迟器147，其使分支的一个模拟信号11a延迟第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔量，作为模拟信号11a4输出；加法器148，其通过将模拟信号11a和延迟的模拟信号11a4以模拟信号进行求和而生成干涉信号11a5；A/D转换器149，其将干涉信号11a5变换为数字信号，作为干涉信号11a3输出；以及平方律检波处理部144。

另外，由于作为平方律检波处理假定使用软件进行处理，所以在上述结构中均具有A/D转换器，但在作为平方律检波处理使用硬件进行处理的情况下，信号处理部14并不必须具有A/D转换器。

然后，通过一边为了检测布里渊散射光而使RF信号10a的频率fr在频移fs的附近可变，一边重复上述处理，可以得到布里渊频谱。

另外，本实施方式的信号处理部14，不仅测定被测光纤7的特性(变形或损耗)，还通过在时间轴上检测折返光7a而求出变形特性或损耗特性的距离分布。

此外，布里渊散射光具有下述特性：因脉冲光在被测光纤7中的相同声波中反射而生成的布里渊散射光相互干涉，因脉冲光在不同的声波中反射而生成的布里渊散射光不相互干涉。由于声波虽然具有速度，但与脉冲光的速度相比非常慢，所以可以认为因脉冲光在相同声波中反射而生成的布里渊散射光彼此在被测光纤7中的相同的位置生成。即，布里渊散射光如果在被测光纤7中的相同位置生成，则相互干涉，如果在被测光纤7中的不同位置生成，则相互不干涉。

在这里，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔，小于或等于被测光纤7中的声波寿命。因此，如果第1脉冲光3a1由被测光纤7中的规定声波反射而生成后向布里渊散射光，则第2脉冲光3a2也由相同声波反射，在折返光7a中包含能够进行干涉的后向布里渊散射光。由此，能够通过在信号处理部14中将两者的时间对齐而进行求和，从而生成干涉信号。

在本实施方式中，将能够产生可以干涉的后向布里渊散射光的第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的最长时间间隔，设为声波寿命。由此，例如在第1脉冲光3a1由即将消失的声波反射的情况下，该声波在第2脉冲光3a2到达之前会消失，所以认为存在由第1脉冲光3a1生成的布里渊散射光的干涉对象不存在的情况。在上述情况下，在信号处理部14中无法生成干涉信号，但如果使第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔小于或等于声波寿命，则不会出现所有的布里渊散射光都不存在干涉对象的情况。另外，在生成了干涉信号的情况下，通过使用该干涉信号测定被测光纤7的特性，能够沿被测光纤7的整个长度充分地进行特性测定。

下面，说明本实施方式的光纤特性测定装置S1的动作，在下述说明中，以第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2到达被测光纤7中的相同声波处为前提。

如果从光源1出射频率为f₀的相干光1a，则相干光1a入射至分支耦合器2，由分支耦合器2分为出射至光脉冲发生回路3的相干光2a和出射至平衡受光回路8的相干光2b。

如果相干光2a入射至光脉冲发生回路3，则通过光脉冲发生回路3，由相干光2a生成脉冲序列3a，该脉冲序列3a由具有小于或等于被测光纤7中的声波寿命的第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2构成。

脉冲序列3a由光放大器4放大后，入射至光方向性结合器5的入射端口51。然后，脉冲序列3a从光方向性结合器5的出射/入射端口52出射，经由光纤连接器6从被测光纤7的一侧端部入射。

由此，如果脉冲序列3a从被测光纤7的一侧端部入射，则在被测光纤7中，由于第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2到达相同的声波处，所以产生布里渊散射光。因此，在来自被测光纤7的折返光7a中，第1脉冲光3a1的后向布里渊散射光成分和第2脉冲光3a2的后向布里渊散射光成分，以具有与第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔相同的时间间隔的延迟的状态重叠地出射。

此外，如上述所示，由于折返光7a受到布里渊散射现象中所特有的频移fs，所以在折返光7a的频率fb中包含“f₀±fs”。另外，由于在折返光7a中也包含瑞利散射光或菲涅耳反射光，所以在频率fb中包含“f₀”。

这样的折返光7a经由光纤连接器6而从光方向性结合器5的出射/入射端口52入射后，从出射端口53出射而入射至平衡受光回路8。

入射至平衡受光回路8的折返光7a通过合波耦合器81与相干光2b合波。由此生成光信号81a，该光信号81a利用光-电变换回路82变换为电信号82a。另外，如上述所示，在电信号82a中，包含直流成分、和“fs”这2种频率成分。

电信号82a由第1放大器9放大，此时，去除自身包含的频率成分中的直流成分。然后，放大后的电信号82a输入至混频器11。

另一方面，在信号发生部10中，通过控制电路102控制信号发生电路101，生成将频率fr设定在频移fs附近的RF信号10a。

然后，该RF信号输入至混频器11。

其结果，电信号82a和RF信号10a混频。由此，如果将电信号82a和RF信号10a混频而使电信号82a的频率降低频率fr，则频移“fs”的频率成分降低至接近直流成分，其结果，由第1脉冲光3a1及第2脉冲光3a2得到布里渊散射光的频率减低至基带区域的电气信号11a。即，能够从电信号82a包含的3个频率成分中仅检测出频率“fs”的信号成分，仅对相当于后向布里渊散射光的电信号进行处理。

然后，电信号82a由低通滤波器12去除高频成分，由第2放大器13放大后输入至信号处理部14。

在这里，在输入至信号处理部14的电信号11a中，包含属于第1脉冲光3a1的折返光(后向布里渊散射光)的成分、和属于第2脉冲光3a2的折返光(后向布里渊散射光)的成分。然后，该模拟信号11a输入至信号处理部14。此时，在基于第1脉冲光成分的布里渊频谱和基于第2脉冲光成分的布里渊频谱之间，具有与第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔相当的相位差。

基于第1脉冲光成分的布里渊频谱，与如现有的测定方法所示的，仅将单一脉冲光入射至被测光纤7的情况相同地，成为如图5所示的平坦频谱。另外，基于第2脉冲光成分的布里渊频谱，也与基于第1脉冲光成分的布里渊频谱相同地，成为平坦频谱。

并且，在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，通过将电信号11a和将该电信号11延迟第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的时间间隔量的电信号进行求和，即将第1脉冲光成分和第2脉冲光成分在时间轴上对齐而进行求和，生成干涉信号11a3。该干涉信号11a3的布里渊频谱中，由于基于第1脉冲光3a1的布里渊频谱和基于第2脉冲光3a2的布里渊频谱之间，具有与第1脉冲和第2脉冲之间的时间间隔相当的相位差，所以如图6所示，被狭窄化而成为陡峭的频谱。并且，信号处理部14使用具有该被狭窄化的陡峭的布里渊频谱的干涉信号11a3，测定被测光纤7的特性。通过使用上述具有被狭窄化的陡峭的布里渊频谱的干涉信号11a3，能够高精度地检测布里渊频移，提高空间分辨率。

根据上述的本实施方式的光纤特性测定装置S1，由相干光2a生成第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的间隔设为小于或等于被测光纤7中的声波寿命的脉冲序列3a，包含第1脉冲光3a1的折返光(后向布里渊散射光)和第2脉冲光3a2的折返光的光信号，与相干光合波后变换为电信号，通过将第1脉冲光成分和第2脉冲光成分在时间轴上对齐而进行求和，生成干涉信号11a3。由此生成的干涉信号11a3，表示将基于第1脉冲光3a1的布里渊频谱和基于第2脉冲光3a2的布里渊频谱进行比较而被狭窄化的陡峭的频谱。由此，通过基于干涉信号11a3求出被测光纤7的特性，能够非常容易地检测布里渊频移，有效地实现空间分辨率的提高。

由此，根据本实施方式的光纤特性测定装置S1，在使用布里渊散射现象的测定方法中，能够由仅从光纤的一侧端部入射的信号光实现高空间分辨率。

图7是表示下述曲线图，即，在将第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2之间的间隔设为5nsec，将第1脉冲光3a1和第2脉冲光3a2的脉宽设为2nsec的情况下，根据本发明对从光纤中的一点折返的布里渊散射光测定的信号的模拟结果。在该图中，在-5nsec处表示的波形是基于第1脉冲光成分的布里渊频谱，在+5nsec处表示的波形是基于第2脉冲光成分的布里渊频谱。此外，在本模拟中，通过模拟而将第1脉冲光成分和第2脉冲光成分的时间轴对齐进行求和，生成干涉信号11a3。其结果为Onsec处所示的布里渊频谱。

根据该模拟可知，通过将表示平坦的布里渊频谱的第1脉冲光成分和第2脉冲光成分的时间轴对齐而进行求和，能够生成具有陡峭的布里渊频谱的干涉信号11a3。

另外，图8是表示在本实施方式的光纤特性测定装置S1中，在被测光纤7中有意地形成变形分布的情况下的测定结果的曲线图。另外，图9是表示在现有的光纤特性测定装置(使用单一脉冲光的测定方法)中，在被测光纤中有意形成相同变形分布的情况下的测定结果的曲线图。

通过比较这些图可知，本实施方式的光纤特性测定装置S1的测定结果，与现有的光纤特性测定装置的测定结果相比，接近于被测光纤中形成的变形分布。由此，根据本实施方式的光纤特性测定装置S1，能够有效地实现空间分辨率的提高。

另外，在图8所示的测定结果中，通过由信号处理部14进行运算处理而得到原始数据，通过对布里渊频谱实施噪声去除滤波，利用曲线拟合法进行近似处理，或者利用得到的布里渊频谱实施周期性变动而实施滤波处理，能够更高精度地测定变形分布。

(实施方式2)

下面，说明本发明的实施方式2。此外，在本实施方式2的说明中，对于与上述实施方式1相同的部分，省略或简化其说明。

图10是表示本实施方式2的光纤特性测定装置S2的功能结构的框图。

如该图所示，本实施方式2的光纤特性测定装置S2，在分支耦合器2和平衡受光回路8之间设置偏振控制装置20(偏振控制部)。该偏振控制装置20通过使相干光2b的偏振面高速变化而随机地进行变更。

在上述实施方式1中，假定向平衡受光回路8的合波耦合器81输入的相干光2b和折返光7a之间的偏振状态的关系恒定。

但是，满足上述条件的只有偏振保持光纤这样的特殊光纤、或偏振面随机化的多模光纤。

即，在使用普通的光纤作为被测光纤7的情况下，不满足上述条件。

另一方面，平衡受光回路8中的检波灵敏度，在相干光2b的偏振方向和折返光7a的偏振方向一致的情况下成为最大值，在正交时为0，即具有偏振依赖性。

因此，如本实施方式的光纤特性测定装置S2所示，通过利用偏振控制装置20使相干光2b的偏振面高速变化而随机变更，能够使平衡受光回路8中的检波灵敏度平均化。由此，能够消除平衡受光回路8的偏振依赖性。

另外，通过利用偏振控制装置20使相干光2b的偏振面在每个规定单位时间内变化90°，取得多个单位时间内的测定结果的平方和均值，这种方法也能够消除平衡受光回路8的偏振依赖性。

另外，在本实施方式的光纤特性测定装置S2中，采用在分支耦合器2和平衡受光回路8之间设置偏振控制装置20的结构。但是并不限于此，通过在分支耦合器2和光方向性结合器5之间或光方向性结合器5和被测光纤7之间设置偏振控制装置，变更脉冲序列3a或折返光7a的偏振状态，也能够得到相同效果。

(实施方式3)

下面，说明本发明的实施方式3。另外，在本实施方式3的说明中，对于与上述实施方式1相同的部分，省略或简化其说明。

图11是表示本实施方式3的光纤特性测定装置S3的功能结构的框图。

如该图所示，本实施方式3的光纤特性测定装置S3，设置ASE光去除用光开关30(多余成分去除部)。该ASE光去除用光开关30将通过由光放大器4放大脉冲序列3而附加在脉冲序列3a中的噪声成分(ASE光)去除。

在上述实施方式1中，假定能够忽略由光放大器4产生的噪声成分(多余成分)，但实际上，由于其有可能使脉冲序列3a或折返光7a的S/N恶化，所以优选进行去除。

由此，通过如本实施方式的光纤特性测定装置S3这样设置ASE光去除用光开关30，能够抑制脉冲序列3a或折返光7a的S/N恶化。

另外，从去除附加在脉冲序列3a中的噪声成分这一相同观点出发，也可以在光脉冲发生回路3的后段设置去除光脉冲发生回路3断开时的泄漏光的去除部。

以上，举例说明本发明的优选实施方式，但这些只是发明的例示，并不必须限定在其内进行考虑，可以在不脱离本发明的精神或范围的范围内进行追加、删除、置换或其他变更。即，本发明并不限定为上述实施方式，仅由权利要求书进行限定。

Claims (5)

1.一种光纤特性测定装置，其具有分支耦合器，该分支耦合器将相干光分为第1相干光和第2相干光，该光纤特性测定装置使由上述第1相干光生成的脉冲光向光纤出射，将通过对来自上述光纤的后向布里渊散射光和上述第2相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，基于该电信号求出上述光纤的特性，

其特征在于，具有：

光脉冲生成部，其由上述第1相干光生成连续2个脉冲光的脉冲序列并向上述光纤出射，该脉冲序列的第1脉冲光和第2脉冲光之间的时间间隔小于或等于光纤中的声波的寿命，上述脉冲序列的产生周期依赖于被测光纤的长度；

检波部，其将通过对后向布里渊散射光和上述第2相干光进行合波而得到的光信号变换为电信号，该后向布里渊散射光包括上述第1脉冲光的后向布里渊散射光及上述第2脉冲光的后向布里渊散射光；

信号处理部，其通过对该电信号和将该电信号延迟上述第1脉冲光和上述第2脉冲光的时间间隔量的电信号进行求和，从而生成干涉信号，基于该干涉信号求出上述光纤的特性；以及

电气或光学式频率可变部，其用于根据由上述检波部变换的上述电信号得到布里渊频谱。

2.根据权利要求1所述的光纤特性测定装置，其特征在于，

还具有偏振面变更部，其可以变更上述第2相干光的偏振面，或变更上述后向布里渊散射光的偏振面，该后向布里渊散射光包含上述第1脉冲光的后向布里渊散射光及上述第2脉冲光的后向布里渊散射光。

3.根据权利要求1所述的光纤特性测定装置，其特征在于，

还具有多余成分去除部，其将通过由光放大器放大上述脉冲序列而附加在上述脉冲序列中的噪声成分去除。

4.根据权利要求1所述的光纤特性测定装置，其特征在于，

还具有：信号发生部，其生成具有与上述后向布里渊散射光的频移量大致一致的频率的混频用信号；以及

混频部，其将上述混频用信号与由上述检波部变换的上述电信号混频。

5.根据权利要求1所述的光纤特性测定装置，其特征在于，

上述声波的寿命，是上述声波的能量从峰值功率下降至小于或等于该峰值功率的5％的时间。

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