CN101427108B - 布里渊频谱测定方法及布里渊频谱测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有下述构造的布里渊频谱测定方法及测定装置，该构造用于更高精度地测定光纤中规定区间的布里渊频谱的参数。该测定方法中具有光纤部，其包括经由连接部串联连接的第一及第二光纤，上述第一及第二光纤具有如下布里渊频谱，即，在假定处于各自的使用环境时的规定的温度及规定的变形施加状态下，峰值频率差大于或等于规定的频率差。在该测定方法中，测定对应于供给至光纤部的泵浦光而得到的布里渊频谱，基于测定出的布里渊频谱的测定数据，确定第一及第二光纤的连接位置。

Description

布里渊频谱测定方法及布里渊频谱测定装置
技术领域
本发明涉及一种布里渊频谱测定方法及布里渊频谱测定装置。
背景技术
已知如下技术，即，对从设置于测定对象附近的光纤得到的、对应于泵浦光输入而产生的布里渊散射光的频谱进行测定，基于测定出的布里渊频谱的参数，测定光纤的温度或变形作为测定对象的物理变化(参照非专利文献1)。
但是，在非专利文献1记载的技术中存在下述问题：如果在测定区域和除此以外的区域(非测定区域)使用同种类的光纤，则各自的布里渊频谱重叠，无法准确地对测定区域的布里渊频谱进行测定，另外，难以了解测定对象的位置。
针对上述问题，例如在专利文献1中记载了如下技术，将波长1.55μm用光纤粘贴在测定区域，另一方面，将波长1.3μm用光纤与波长1.55μm用光纤连接，通过测定从上述两种光纤输出的布里渊散射光的频谱，来识别测定区域和非测定区域。
专利文献1：特开平11-287670号公报
非专利文献1：Nikles，et al.，“Brillouin Gain SpectrumCharacterization in Single-Mode Optical Fibers”，Journal of LightwaveTechnology，1997年10月，vol.15，no.10，p.1842-1851
发明内容
发明人对现有的测定技术进行研究，其结果发现下述问题。即，在上述专利文献1记载的技术中，粘贴在测定区域的光纤的布里渊频谱和位于非测定区域的其他光纤的布里渊频谱有时会相互重叠，无法识别各自的布里渊频谱的参数。在此情况下，无法高精度地对测定区域的温度及变形进行测定。另外，也无法明确地判别测定区域。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有下述构造的布里渊频谱测定方法及布里渊频谱测定装置，该构造用于实现更高精度地测定光纤中规定区间的布里渊频谱的参数，同时，高精度地掌握测定对象的位置。
本发明所涉及的布里渊频谱测定方法，能够利用从设置于测定对象附近的光纤内对应于规定波长的泵浦光输入而产生的布里渊散射光的频谱、即布里渊频谱，对与测定对象相关的物理量高精度地进行测定。具体地说，在该测定方法中，准备作为用于对测定对象的温度、变形等物理量进行测量的传感器而起作用的光纤。该光纤部包含第一及第二光纤，并经由连接部将上述第一及第二光纤串联连接，上述第一和第二光纤在假定处于各自的使用环境时的规定的温度及规定的变形施加状态下，所得到的布里渊频谱的峰值频率之间的差值大于或等于规定的频率差。另外，在该测定方法中，测定对应于供给至该光纤部的泵浦光而得到的布里渊频谱，并且，基于测定到的布里渊频谱的测定数据，确认上述第一及第二光纤之间的连接位置。此外，规定的变形施加状态表示向光纤施加变形的状态，在本说明书中，施加的变形(施加变形)是以百分比表示的将光纤两端沿其长度方向进行拉伸时该光纤的长度变化量的数值。
另外，在本发明所涉及的布里渊频谱测定方法中，优选第一及第二光纤具有如下布里渊频谱，即，在假定处于各自的使用环境时的规定的温度范围及规定的变形施加状态下，布里渊频谱的峰值的线宽部分之间不互相重叠。即，从第一光纤得到的布里渊频谱的峰值频率和从第二光纤得到的布里渊频谱的峰值频率之间的差值，大于或等于各自的布里渊频谱的线宽。这样，在该测定方法中，由于第一光纤的布里渊频谱和第二光纤的布里渊频谱不重叠，所以能够明确地判别各自的布里渊频谱。另外，能够高精度地测定各自的布里渊频谱的参数。此外，作为布里渊频谱的形状参数，具有例如频谱峰值频率、频谱峰值线宽、频谱峰值、相邻的频谱峰值之间的频率范围等。
在本发明所涉及的布里渊频谱测定方法中，第一及第二光纤除了熔接连接以外，也可以机械地连接。具体地说，机械连接包括例如经由连接器将第一及第二光纤光学连接的结构，或在具有V型槽的基板上对接连接的结构。
在本发明所涉及的布里渊频谱测定方法中，第一及第二光纤之间的连接部设置在测定对象的测定区域和测定区域以外的非测定区域之间的边界处。该测定方法能够高精度地判别与测定对象的测定区域对应的第一光纤的布里渊频谱的参数和第二光纤的布里渊频谱的参数(即，能够判别与测定对象的测定区域对应的布里渊频谱和与非测定区域对应的布里渊频谱)，可以根据测定数据明确地确认测定对象的测定区域。
在本发明所涉及的布里渊频谱测定方法中，优选第一及第二光纤中设置在非测定区域的一方，包含布里渊频谱相对于变形或温度的敏感度低的光纤。通过上述结构，使非测定区域内的温度改变和变形的影响不易反映到测定数据中。
另外，在本发明所涉及的布里渊频谱测定方法中，也可以使第一及第二光纤中的至少一方包含多个光纤要素，同时，光纤部具有将属于第一光纤的光纤要素和属于第二光纤的光纤要素交替配置的构造。在此情况下，位于光纤部内的、属于第一光纤的光纤要素和属于第二光纤的光纤要素之间的连接位置，作为布里渊频谱测定时的标记而起作用。
本发明所涉及的布里渊频谱测定装置，利用从设置于测定对象附近的光纤内对应于规定波长的泵浦光输入而产生的布里渊散射光的频谱、即布里渊频谱，测定与测定对象相关的物理量。具体地说，该测定装置具有光纤部、检测部、以及一个测定部。光纤部包含第一光纤和经由连接部与上述第一光纤串联连接的第二光纤。第一及第二光纤中的某一方通过粘贴在测定对象上等方式设置在该测定对象附近，另一方设置在该测定对象的非测定区域。通过上述结构，能够高精度地判别第一光纤的布里渊频谱的参数和第二光纤的布里渊频谱的参数，能够判别与测定对象区间内的各位置对应的布里渊频谱。
另外，检测单元向光纤部供给用于得到布里渊频谱的泵浦光，另一方面，检测对应于泵浦光的供给而从上述光纤部得到的布里渊频谱。并且，位置测定部基于检测出的布里渊频谱，确定第一及第二光纤之间的连接部的位置。
在本发明所涉及的布里渊频谱测定装置中，优选连接部是用于将第一及第二光纤之间机械连接的连接机构，包括例如连接器、V型槽基板。另外，第一及第二光纤分别具有峰值频率彼此不同的布里渊频谱。通过上述结构，能够根据测定数据明确地确认测定对象的测定区域。此外，为了明确地区分测定对象的测定区域和非测定区域，优选第一光纤包含纯二氧化硅纤芯光纤，并且，上述第二光纤包含纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差大于或等于0.083％的光纤。
本发明所涉及的布里渊频谱测定装置，还可以具有计算部，其基于检测出的布里渊频谱，计算测定对象的温度分布或变形分布。通过上述结构，即使不使用BOTDR(Brillouin Optical Time DomainReflectometry)、BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)、BOCDA(Brillouin Optical Correlation DomainAnalysis)等技术，也能够通过更简便的测定对温度分布或变形分布进行测定。
此外，本发明所涉及的各实施例，通过下述详细说明及附图，能够进一步地充分理解。这些实施例仅用于例示，不能认为本发明限定于此。
另外，根据下面的详细说明可以明确本发明的更多应用范围。虽然详细说明及特定的事例示出了本发明的最佳实施例，但仅用于例示，本发明的思想及范围中的各种变形及改进，根据该详细说明对于本领域技术人员来说显然是显而易见的。
发明的效果
根据本发明，能够更高精度地测定光纤中规定区间的布里渊频谱的参数。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的布里渊频谱测定装置的第1实施例的结构的图。
图2是表示第一光纤和第二光纤之间的连接部的具体形式的图。
图3是布里渊散射光的频谱(布里渊频谱)。
图4是将作为第一光纤(连接用光纤)而准备的各种试样的参数汇总而成的表。
图5是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的第一及第二光纤的布里渊频谱。
图6是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的布里渊频谱。
图7是用于说明第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的动作的流程图(本发明所涉及的布里渊频谱测定方法)。
图8是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的布里渊频谱。
图9是对比例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的布里渊频谱。
图10是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第1变形例中使用的光纤部的布里渊频谱。
图11是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第2变形例中使用的光纤部的布里渊频谱。
图12是表示第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第3变形例的结构的图。
图13是表示本发明所涉及的布里渊频谱测定装置的第2实施例的结构的图。
图14是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的构造的图。
图15是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第1变形例中使用的光纤部的构造的图。
图16是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第2变形例中使用的光纤部的构造的图。
图17是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第3变形例中使用的光纤部的构造的图。
图18是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第4变形例中使用的光纤部的构造的图。
图19是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第5变形例中使用的光纤部的构造的图。
图20是用于说明本发明所涉及的布里渊频谱测定装置的第3实施例中使用的光纤部的构造的图。
符号的说明
1、1a、2…布里渊频谱测定装置，5、5a…测定器，7…判别部，9…温度/变形测定部，10、10a…光纤部，11…传感光纤，12、13…连接用光纤，25…测定器，27…判别部，29…分布测定部，30、30a～30f…光纤部，41～45…第一～第五光纤。
具体实施方式
下面，参照图1～图20详细说明本发明所涉及的布里渊频谱测定方法的各实施例。另外，在附图的说明中，对相同要素、相同部分标注相同标号，省略重复说明。
(第1实施例)
图1是表示本发明所涉及的布里渊频谱测定装置的第1实施例的结构的图。本第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1是对测定对象3的温度及变形进行测定的装置，具有测定器(检测单元)5、判别部7、作为计算部的温度/变形测定器(温度测定单元、变形测定单元)9、以及光纤部10。此外，光纤部10具有传感光纤11以及连接用光纤12、13，上述传感光纤11和连接用光纤12、13经由具有如图2所示构造的连接部串联连接。图2是表示传感光纤11和连接用光纤12、13之间的连接部的具体形式的图。
测定器5检测从光纤部10输出的布里渊散射光的频谱(布里渊频谱)。即，测定器5从光纤部10的两端或一端向该光纤部10供给规定波长的泵浦光，并对响应于该泵浦光的供给而得到的、来自光纤部10的布里渊频谱进行检测。此外，布里渊散射光是指通过泵浦光与由该泵浦光引发的声波之间的相互作用，在与泵浦光的前进方向相反的方向降频变换(down convert)而获得的散射光。声波是光纤中传输泵浦光时，通过该泵浦光在光纤中产生的。另外，布里渊频谱是指布里渊散射光得到的增益频谱。
在这里，图3是布里渊频谱。如图3所示，布里渊频谱通过以下算式(1)的洛伦兹型函数表示，其中v表示泵浦光和布里渊散射光之间的频率差。
[算式1]
g B ( v ) = g 0 1 + { 2 ( v - v B ) / v B } 2 · · · ( 1 )
在算式(1)中，g0表示最大增益，vB表示峰值频率(布里渊频谱中峰值的中心频率)，ΔvB表示峰值线宽(布里渊频谱中峰值的半高宽)。最大增益g0、峰值频率vB及线宽ΔvB是表征布里渊频谱的参数。最大增益g0、峰值频率vB及峰值线宽ΔvB随着光纤的温度及变形的不同而变化。
光纤部10具有传感光纤11以及连接用光纤12、13，上述传感光纤11和连接用光纤12、13通过如图2所示的各种具体形式进行连接。如图2的区域(a)和图1所示，传感光纤11和连接用光纤12、13也可以通过连接器14(机械连接机构)进行光学连接。另外，如图2的区域(b)所示，传感光纤11和连接用光纤12、13也可以熔接连接(图中14a表示熔接点)。另外，也可以如图2的区域(c)所示，将传感光纤11和连接用光纤12、13通过具有V型槽的基板14b及盖板14c机械地进行连接。此外，图2的区域(c)所示的连接机构是以下述方式实现的，即，在将传感光纤11的前端和连接用光纤12、13的任意一个前端配置在设置于基板14b上的V型槽内的状态下，将该基板14b和盖板14c粘接。
传感光纤11配置在测定对象3的附近。具体地说，传感光纤11以粘贴、浸渍或埋设于测定对象3上的状态进行设置。因此，传感光纤11的温度及变形施加状态受测定对象3的温度及变形的影响而变化。另外，传感光纤11例如是具有纯二氧化硅纤芯、长度为100m的光纤。传感光纤11在规定的温度及规定的变形施加状态下的布里渊频谱的峰值频率为11.08GHz左右，峰值线宽(频谱峰值半高宽)为50MHz左右。此外，这时的温度为室温(300K)，施加变形为0％(以百分比表示拉伸传感光纤11的两端时该传感光纤11的长度变化量)。
另一方面，连接用光纤12、13分别经由连接器14串联连接在传感光纤11的两端。分别使连接用光纤12、13的一端与传感光纤11光学连接，另一端与测定器5连接。连接用光纤12、13也可以包含在测定器5内。此外，连接用光纤12、13不接触测定对象3。连接用光纤12、13例如是在规定的温度及规定的变形施加状态下的布里渊频谱的峰值频率为10.85GHz左右，峰值线宽为50MHz左右的单模光纤。另外，连接用光纤12、13的合计长度为20m左右。
即，在规定的温度及规定的变形施加状态下的传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率，和在规定的温度及规定的变形施加状态下的连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差为170MHz左右，该差值大于或等于在规定的温度及规定的变形施加状态下的传感光纤11和连接用光纤12、13各自的布里渊频谱的峰值线宽(50MHz)。
此外，优选上述连接用光纤12、13是布里渊频谱相对于施加变形或温度的敏感度低的光纤。这是为了能够高精度地对与测定对象的测定区域对应的传感光纤11的布里渊频谱的参数和连接用光纤12、13的布里渊频谱的参数进行判别。图4是将作为连接用光纤12、13而准备的各种试样的参数汇总而成的表。即，图4中作为连接用光纤12、13示出了试样1～3的参数，试样1具有纯二氧化硅纤芯，试样2、3具有相对于纯二氧化硅的相对折射率差大于或等于0.80％的纤芯。具体地说，试样1的连接用光纤在77K时具有0.60MHz/K的频移温度系数，同时，在300K时具有1.40MHz/K的频移温度系数。试样2的连接用光纤在77K时具有0.17MHz/K的频移温度系数，同时，在300K时具有1.20MHz/K的频移温度系数。试样3的连接用光纤在77K时具有0MHz/K的频移温度系数，同时，在300K时具有0.74MHz/K的频移温度系数。
在这里，传感光纤11除了如上述的纯二氧化硅纤芯光纤(纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差Δ：0％，300K时布里渊频谱的峰值频率vB：11.08GHz、峰值线宽：50MHz)外，还适用后述的单模光纤(纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差Δ：0.35％，300K时布里渊频谱的峰值频率vB：10.85GHz、峰值线宽：30～50MHz左右)、弯曲损耗改善光纤(纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差Δ：0.80％，300K时布里渊频谱的峰值频率vB：10.57GHz、峰值线宽：30～50MHz左右)。这样，对于传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率vB，纤芯的相对折射率差Δ每增加1％则以大约600MHz的比例向低频率侧移动。因此，在温度为300K、施加变形为0％的条件下，为了将传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的间隔设定为大于或等于峰值线宽(50MHz)，需要使传感光纤11的纤芯的相对折射率差和连接用光纤12、13的纤芯的相对折射率差之间的差大于或等于0.083％(≈50MHz/600MHz)。即，在传感光纤11为纯二氧化硅纤芯光纤的情况下，作为连接用光纤12、13选择纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差大于或等于0.083％的光纤即可。
下面，参照图5更详细地说明2种光纤(第一及第二光纤)的布里渊频谱的参数的关系。图5是2种光纤的布里渊频谱。对于测定器5来说，第一光纤和第二光纤中的某一方作为传感光纤11起作用，另一方作为连接用光纤12、13起作用。
布里渊频谱B1是在规定的温度及规定的变形施加状态下的第一光纤的布里渊频谱。峰值频率vB1是在规定的温度及规定的变形施加状态下的布里渊频谱B1的峰值频率。布里渊频谱B1n是在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，峰值频率成为最小值vB1min的第一光纤的布里渊频谱。布里渊频谱B1x是在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，峰值频率成为最大值vB1max的第一光纤的布里渊频谱。频率范围C1表示在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤的布里渊频谱的峰值频率变动范围。
布里渊频谱B2是在规定的温度及规定的变形施加状态下的第二光纤的布里渊频谱。峰值频率vB2是在规定的温度及规定的变形施加状态下的布里渊频谱B2的峰值频率。布里渊频谱B2n是在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，峰值频率成为最小值vB2min的第二光纤的布里渊频谱。布里渊频谱B2x是在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，峰值频率成为最大值vB2max的第二光纤的布里渊频谱。频率范围C2表示在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第二光纤的布里渊频谱的峰值频率变动范围。
如图5所示，频率范围C1和频率范围C2不相互重叠。即，在本第1实施例中，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min比第二光纤的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max大。
另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min和第二光纤的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max之间的差，大于或等于第一光纤的布里渊频谱B1以及第二光纤的布里渊频谱B2的峰值线宽。
回到图1，测定器5通过检测从光纤部10输出的布里渊频谱，来检测传感光纤11的布里渊频谱和连接用光纤12、13的布里渊频谱这两者。测定器5向判别部7输出表示检测出的布里渊频谱的信息。图6是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1中使用的光纤部的布里渊频谱。图6是在向传感光纤11及连接用光纤12、13施加的变形为0％，并且连接用光纤12、13的温度为室温的状态下，从光纤部10得到的布里渊频谱。
布里渊频谱Ba是在测定对象3以及传感光纤11的温度为227K的情况下得到的。布里渊频谱Ba包含传感光纤11的布里渊频谱B11a和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12a。布里渊频谱Bb是在测定对象3以及传感光纤11的温度为296K的情况下得到的。布里渊频谱Bb包含传感光纤11的布里渊频谱B11b和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12b。布里渊频谱Bc是在测定对象3以及传感光纤11的温度为323K的情况下得到的。布里渊频谱Bc包含传感光纤11的布里渊频谱B11c和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12c。
如图6所示，传感光纤11的布里渊频谱B11a～B11c的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12a～S12c的峰值频率之间的差，大于或等于布里渊频谱B11a～B11c和布里渊频谱B12a～S12c各自的峰值线宽。另外，传感光纤11的布里渊频谱B11a～B11c的峰值频率比连接用光纤12、13的布里渊频谱B12a～B12c的峰值频率高，传感光纤11的温度越高则越向高频率侧移动。
回到图1，判别部7基于测定器5检测出的光纤部10的布里渊频谱，分别判别传感光纤11的布里渊频谱和连接用光纤12、13的布里渊频谱(根据测定数据确认传感光纤11和连接用光纤12、13的连接位置)。例如，如果从测定器5输入来表示图6中的布里渊频谱Ba的信息，则判别部7判别为布里渊频谱B11a与传感光纤11对应，布里渊频谱B12a与连接用光纤12、13对应。判别部7将表示判别为与传感光纤11对应的布里渊频谱信息向作为计算部的温度/变形测定部9输出。
温度/变形测定部9利用从判别部7输出的信息所表示的布里渊频谱的峰值频率、峰值线宽、或增益中的至少一个，对传感光纤11的温度以及变形进行测定。然后，温度/变形测定部9使用测定出的温度及变形来解析测定对象3的温度及变形。
在本第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1中，通过图7所示的布里渊频谱测定方法来测定传感光纤11的布里渊频谱，解析测定对象3的温度及变形。图7是用于说明第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的动作的流程图(本发明所涉及的布里渊频谱测定方法)。首先，在检测步骤S1中，测定器5检测从光纤部10输出的布里渊频谱。
检测步骤S1是在传感光纤11及连接用光纤12、13处于规定的温度范围及规定的变形施加范围的状态下进行的。规定的温度范围及规定的变形施加范围是指如下范围，即，使传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min和连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max之间的差，大于或等于传感光纤11的布里渊频谱B1及连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的线宽(50MHz)。
图8是第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1中使用的光纤部10的布里渊频谱。即，图8是在施加在传感光纤11及连接用光纤12、13上的变形为0％，并且连接用光纤12、13的温度为室温的状态下，测定器5检测的来自光纤部10的布里渊频谱。
布里渊频谱Bd是在测定对象3以及传感光纤11的温度为300K的情况下得到的。布里渊频谱Bd包含传感光纤11的布里渊频谱B11d和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12d。传感光纤11的布里渊频谱B11d的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12d的峰值频率，在频率轴上分离距离大于或等于布里渊频谱B11d和布里渊频谱B12d的线宽。
布里渊频谱Bx是在测定对象3以及传感光纤11的温度为77K的情况下得到的。在布里渊频谱Bx中，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上比各自的布里渊频谱的峰值线宽小。因此，根据布里渊频谱Bx无法高精度地判别传感光纤11的布里渊频谱的参数和连接用光纤12、13的布里渊频谱的参数。
如果传感光纤11的温度升高1℃，则传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率vB以1～1.36MHz的比例向高频率侧移动。因此，如果测定对象3以及传感光纤11的温度落在大于或等于150K的范围内，则传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min和连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max之间的差，变为大于或等于传感光纤11的布里渊频谱B1和连接用光纤12、13的布里渊频谱B2各自的峰值线宽(50MHz)。这时，温度范围大于或等于150K，施加变形为0％左右。
此外，为了使传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min大于连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max，需要在规定的温度范围ΔT(最大温度(TMAX)—最小温度(TMIN))、施加变形为0％的情况下，满足以下的条件。
600(MHz)×ΔD(％)—1(MHz/K)×ΔT(K)≥0(MHz)
在这里，ΔD是连接用光纤12、13的纤芯的相对折射率差和传感光纤11的纤芯的相对折射率差之间的差。例如，在温度范围为150K～300K的情况下，ΔD大于或等于0.25％即可，只要以满足该条件的方式选择传感光纤11和连接用光纤12、13即可。
另外，为了使传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率vB和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率vB之间的差大于峰值线宽50MHz，需要在规定的温度范围ΔT(最大温度(TMAX)—最小温度(TMIN))、施加变形为0％的情况下，满足以下的条件。
600(MHz)×ΔD(％)—1(MHz/K)×ΔT(K)≥50(MHz)
例如，在温度范围为150K(TMIN)～300K(TMAX)的情况下，ΔD大于或等于0.33％即可，只要以满足该条件的方式选择传感光纤11和连接用光纤12、13即可。
回到图7，在判别步骤S2中，判别部7基于在检测步骤S1检测出的布里渊频谱，分别判别传感光纤11的布里渊频谱和连接用光纤12、13的布里渊频谱(根据测定数据确认传感光纤11和连接用光纤12、13的连接位置)。然后，在测定步骤S3中，温度/变形测定部9基于在判别步骤S2判别出的传感光纤11的布里渊频谱的参数，测定传感光纤11的温度及变形。然后，温度/变形测定部9基于测定出的温度及变形来解析测定对象3的温度及变形。
如以上说明所述，在第1实施例中，在规定的温度及规定的变形施加状态下的传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率和在规定的温度及规定的变形施加状态下的连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率之间的差，大于或等于在规定的温度及规定的变形施加状态下的传感光纤11以及连接用光纤12、13的布里渊频谱各自的峰值线宽。
另外，在第1实施例中，在规定的温度范围或规定的变形施加范围内的传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min，大于在规定的温度范围或规定的变形施加范围内的连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max。
在第1实施例中，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min和连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max之间的差，大于或等于传感光纤11的布里渊频谱B1以及连接用光纤12、13的布里渊频谱B2各自的峰值线宽。
另外，检测步骤S1是在规定的温度范围及规定的变形施加范围内进行的，在上述规定的温度范围及规定的变形施加范围内，传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值vB1min和连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值vB2max之间的差，大于或等于传感光纤11的布里渊频谱B1以及连接用光纤12、13的布里渊频谱B2各自的峰值线宽。
由此，对于测定器5检测的来自光纤部10的布里渊频谱，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够准确地判别传感光纤11的布里渊频谱和连接用光纤12、13的布里渊频谱。其结果，能够高精度地测定与传感光纤11和连接用光纤12、13分别对应的布里渊频谱的参数。即，能够对设置有传感光纤11的测定对象3的温度及变形更高精度地进行解析。
在室温且施加变形为0％的状态下，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率比连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率高。另外，如果传感光纤11的温度升高，则传感光纤的布里渊频谱的峰值频率向高频率侧移动。因此，本第一实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1特别适合于大于或等于室温的温度测定。
(对比例)
下面，为了与上述第1实施例进行比较，对使用长度为5m的单模光纤作为传感光纤的对比例进行说明，其中，该单模光纤具有通过添加锗而使相对于纯二氧化硅的相对折射率差为0.35％的纤芯。图9是对比例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的布里渊频谱。此外，图8是在施加在传感光纤及连接用光纤12、13上的变形为0％、且连接用光纤12、13的温度为室温的状态下，从光纤部输出的布里渊频谱。
布里渊频谱B1z是在测定对象3以及传感光纤的温度为323K(50℃)的情况下得到的。在布里渊频谱B1z中，传感光纤的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上比各自的布里渊频谱的峰值线宽小。因此，根据布里渊频谱B1z无法高精度地测定传感光纤的布里渊频谱的参数和连接用光纤12、13的布里渊频谱的参数。
另外，布里渊频谱B2z是在测定对象3以及传感光纤的温度为273.5K的情况下得到的。在布里渊频谱B2z中，传感光纤的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上比各自的布里渊频谱的峰值线宽小。因此，根据布里渊频谱B2z无法高精度地提取传感光纤的布里渊频谱的参数和连接用光纤12、13的布里渊频谱的参数。
即，在本对比例所涉及的布里渊频谱测定装置中，在使用上述传感光纤的情况下，在大于或等于150K的规定的温度范围内，传感光纤的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上比各自的布里渊频谱的线宽小。因此，无法测定传感光纤的布里渊频谱的参数。
与本对比例相对地，在上述第1实施例中以下述方式选择传感光纤11和连接用光纤12、13，即，使在作为测定对象的温度范围及变形施加范围内，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，在上述第1实施例中，能够高精度地测定传感光纤的布里渊频谱的参数和连接用光纤12、13的布里渊频谱的参数。
本第1实施例可以进行各种变形。例如，规定的温度范围可以是包括67～77K的范围，或者也可以包括300K，还可以是200～600K。另外，规定的变形施加范围可以是—1％～+1％、—0.1％～+0.1％或—0.01％～+0.01％的范围，也可以是包括0％的范围。
下面，说明本第1实施例的第1～第3变形例。
(第1变形例)
在上述第1实施例中，作为传感光纤11，使用具有纯二氧化硅纤芯、长度为100m的光纤(纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差为0％)。在第1实施例的第1变形例中，作为传感光纤，使用纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差为0.35％、长度为100m左右的单模光纤。
图10是在第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第1变形例中使用的光纤部的布里渊频谱。即，图10是在施加在传感光纤11及连接用光纤12、13上的变形为0％，且连接用光纤12、13的温度为室温的状态下，从光纤部10输出的布里渊频谱。
布里渊频谱Be是在测定对象3以及传感光纤11的温度为77K的情况下得到的。布里渊频谱Be包含传感光纤的布里渊频谱B11e和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12e。传感光纤11的布里渊频谱B11e的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12e的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于布里渊频谱B11e和布里渊频谱B12e各自的峰值线宽。
布里渊频谱By是在测定对象3以及传感光纤11的温度为300K的情况下得到的。在布里渊频谱By中，传感光纤的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上比各自的布里渊频谱的峰值线宽小。
在本第1变形例中使用的传感光纤11的情况下，如果测定对象3以及传感光纤11的温度为小于或等于200K或大于或等于400K，并且施加在光纤部10整体上的变形为0％，则传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率最小值和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率最大值之间的差，大于或等于传感光纤11的布里渊频谱及连接用光纤12、13的布里渊频谱各自的峰值线宽。在本第1变形例中，规定的温度范围为小于或等于200K、以及大于或等于400K，规定的施加变形为0％。
即，在温度小于或等于200K且施加变形为0％的状态下，传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最大值比连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最小值小。而且，在温度大于或等于400K且施加变形为0％的状态下，传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最小值比连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最大值大。
这样，在第1变形例中，对于测定器5检测的布里渊散射光的频谱，传感光纤的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够高精度地测定分别与传感光纤和连接用光纤12、13对应的布里渊频谱的参数。其结果是，可以高精度地解析测定对象3的温度或变形。
(第2变形例)
在上述第1实施例的第2变形例中，作为传感光纤11，使用长度为100m左右的弯曲损耗改善后的单模光纤(弯曲损耗改善光纤)，该单模光纤具有通过添加锗而将相对于纯二氧化硅的相对折射率差设定为0.8％的纤芯。图11表示第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第2变形例中使用的光纤部的布里渊频谱。图11表示在施加在传感光纤11以及连接用光纤12、13上的变形为0％，且连接用光纤12、13的温度为室温的状态下，从光纤部输出的布里渊散射光的频谱。
布里渊频谱Bg是在测定对象3以及传感光纤11的温度为77K的情况下得到的。布里渊频谱Bg包含传感光纤的布里渊频谱B11g和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12g。传感光纤11的布里渊频谱B11g的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12g的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于布里渊频谱B11g和布里渊频谱B12g各自的峰值线宽。
布里渊频谱Bf是在测定对象3以及传感光纤11的温度为300K的情况下得到的。布里渊频谱Bf包含传感光纤的布里渊频谱B11f和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12f。传感光纤11的布里渊频谱B11f的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱B12f的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于布里渊频谱B11f和布里渊频谱B12f各自的峰值线宽。
在本第2变形例中使用的传感光纤11的情况下，如果测定对象3以及传感光纤11的温度小于或等于300K，并且施加在光纤部10整体上的变形为0％，则传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率最小值和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率最大值之间的差，大于或等于传感光纤11的布里渊频谱及连接用光纤12、13的布里渊频谱各自的峰值线宽。此外，在本第2变形例中，规定的温度范围为小于或等于300K，规定的施加变形为0％。
另外，在小于或等于300K且施加变形为0％的状态下，传感光纤11的布里渊频谱B1的峰值频率最大值比连接用光纤12、13的布里渊频谱B2的峰值频率最小值小。
这样，在第2变形例中，对于测定器5检测的来自光纤部10的布里渊频谱，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率和连接用光纤12、13的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够更高精度地测定分别与传感光纤11和连接用光纤12、13对应的布里渊频谱的参数。其结果是，可以高精度地解析测定对象3的温度或变形。
在温度为300K且施加变形为0％的状态下，传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率比连接用光纤12、13的布里渊频谱中的峰值频率低。另外，如果传感光纤的温度下降，则传感光纤11的布里渊频谱的峰值频率向低频率侧移动。因此，本第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置1特别适合于小于或等于300K的温度测定。
(第3变形例)
图12是表示第1实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第3变形例的结构的图。对于本第3变形例所涉及的布里渊频谱测定装置1a具有的测定器5a，其与光纤部10a的一端连接，从这一端向光纤部10a输入脉冲光(泵浦光)。
另外，本第3变形例中的光纤部10a由一根传感光纤11和一根连接用光纤12构成。传感光纤11的一端与连接用光纤12的一端连接，连接用光纤12的另一端与测定器5a连接。从以上述方式构成的光纤部10得到的布里渊频谱，是通过测定器5a进行检测的。
(第2实施例)
图13是表示本发明所涉及的布里渊频谱测定装置的第2实施例的结构的图。本第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置2是对测定对象3的温度及变形的分布进行测定的装置，其具有测定器25(检测单元)、判别部27(判别单元)、作为计算部的分布测定部(测定单元)29、以及光纤部30。
光纤部30的两端与测定器25连接。另外，光纤部30如图14所示，具有1根第一光纤41作为传感光纤，以及2根第二光纤42作为连接用光纤。图13是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部的结构的图。特别地，图14的区域(a)表示光纤部的结构。此外，第一及第二光纤41，42之间的连接部具有如图2所示的构造。
第一光纤41以从一端至另一端位置都与测定对象3接触的状态设置。例如，第一光纤41配置为粘贴、浸渍或埋设于测定对象3上。
2根第二光纤42分别串联连接在第一光纤41的两端。上述2根第二光纤42的一端各自与第一光纤41的两端连接，另一端与测定器25连接。此外，2根第二光纤42不接触测定对象3。
图14的区域(b)表示在规定的温度及规定的变形施加状态下的光纤部30的布里渊频谱的参数分布。图14的区域(b)中的横轴是从光纤部30的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。布里渊频谱的参数是布里渊频谱的峰值频率、峰值线宽或增益中的任意一种。布里渊频谱的参数随着光纤的温度及变形的不同而变化。
在图14的区域(b)中，区域A41是与第一光纤41对应，并且受测定对象3的温度及变形施加的影响的测定区域。区域A42是与第二光纤42对应的非测定区域。如图14的区域(b)所示，第一光纤41和第二光纤42的至少1个布里渊频谱参数的值不相同。
在规定的温度及规定的变形施加状态下，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱各自的峰值线宽。另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率最小值比第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率最大值大。
另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率最小值和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率最大值之间的差，大于或等于第一光纤41和第二光纤42的布里渊频谱各自的峰值线宽。
在本第2实施例中，规定的温度范围可以是67～77K、273～323K、或者包括300K，也可以是0～200K或200～600K的范围。另外，在本第2实施例中，规定的变形施加范围可以是—1％～+1％、—0.1％～+0.1％或—0.01％～+0.01％的范围，也可以是包括0％的范围。
第一光纤41和第二光纤42是以下述方式选择的，即，在如上述规定的温度范围及上述规定的变形施加范围内，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率最小值和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率最大值之间的差，大于或等于在规定的温度及规定的变形施加状态下的第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱各自的峰值线宽。
在本第2实施例中，例如，将通用的SMF(单模光纤)用作第二光纤42。通用的SMF在室温且无变形的状态下，布里渊频谱的峰值频率为10.8～10.9GHz左右，峰值线宽为50MHz左右。在此情况下，作为第一光纤41，适用例如具有纯二氧化硅纤芯的光纤。具有纯二氧化硅纤芯的光纤在室温且无变形的状态下，布里渊频谱的峰值频率为11.08GHz左右，峰值线宽为50MHz左右。
回到图13，测定器25检测从光纤部30输出的布里渊频谱。测定器25是例如BOCDA(Brillouin Optical Correlation DomainAnalysis)。BOCDA是从光纤部30的两端分别以彼此相反的传输方向入射按照彼此相等的调制频率进行调频后的泵浦光和探测光，并测定由于彼此相位一致而使相干值增高的位置处的布里渊频谱。
另外，BOCDA通过改变泵浦光和探测光的调制频率，使测定位置沿光纤部30的长度方向变化，从而测定沿光纤部30的长度方向的布里渊频谱分布。测定器25向判别部27输出表示检测出的布里渊频谱的信息、和泵浦光及探测光的调制频率的相关信息。
判别部27基于测定器25检测出的布里渊频谱，分别判别第一光纤41的布里渊频谱和第二光纤42的布里渊频谱(根据测定数据，确认第一光纤41和第二光纤42的连接位置。)。判别部27向分布测定部29输出表示第一光纤42的布里渊频谱的信息、和对应的泵浦光及探测光调制频率的相关信息。
分布测定部29基于判别部27判别出的第一光纤41的布里渊频谱和对应的泵浦光及探测光调制频率的相关信息，测定第一光纤41的沿长度方向的温度分布或变形分布。然后，分布测定部29基于测定结果，解析测定对象3的温度分布或变形分布。
另外，BOCDA是测定由于泵浦光和探测光的相位一致而使相干值增高的位置处的布里渊频谱。但是，通过BOCDA难以直接确定布里渊频谱的发生位置。
根据本第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置，在测定器25检测的布里渊散射光中，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够更明确地测定第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱的参数。通过比较由测定器25测定出的布里渊频谱参数的长度方向分布测定结果和设置第二光纤42的实际位置，能够使测定位置明确化。即，能够直接确定与第一光纤41对应的区间，能够明确地识别与测定对象3对应的布里渊频谱。其结果是，第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置可以更高精度地测定与测定对象对应的布里渊频谱。
本发明不限于上述第2实施例，可以进行各种变形。例如，也可以在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，使第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率最大值比第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率最小值小，并且第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率最大值和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率最小值之间的差，大于或等于在规定的温度及规定的变形施加状态下第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱各自的峰值线宽。
在上述第2实施例中，测定器25使用BOCDA进行光纤部30的沿长度方向的布里渊频谱的分布测定。但是，测定器25也可以使用BOTDR或BOTDA等进行布里渊频谱的分布测定。使用BPTDR的情况下的布里渊频谱是指由泵浦光产生的后方布里渊散射光的频谱。BOTDA或BOCDA是以相反的传输方向入射泵浦光和探测光，观测通过由泵浦光产生的布里渊增益而放大后的探测光。使用BOTDA或BOCDA的情况下的布里渊频谱是指探测光从泵浦光得到的布里渊增益的频谱。
例如，光纤部30也可以具有如下述第1～第5变形例这样的构造。另外，利用测定器25进行布里渊频谱测定的方法，也可以如第6变形例那样进行。
(第1变形例)
第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第1变形例中使用的光纤部30a如图15所示，具有第一光纤41和第二光纤42。图15是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第1实施例中使用的光纤部的构造的图。特别地，图15的区域(a)表示光纤部30a的结构。
第一光纤41设置为与测定对象3接触。第二光纤42分别插入第一光纤41的与测定对象3接触的部分的两端，而与第一光纤41串联连接。另外，第二光纤42以不与测定对象3接触的状态设置。在本第1变形例中，第二光纤42的长度比第一光纤41的与测定对象3接触的部分的长度短。另外，光纤部30a的两端部由第一光纤41构成，第一光纤41的端部与测定器25连接。
图15的区域(b)表示光纤部30a的布里渊频谱参数分布。图15的区域(b)中的横轴是从光纤部30a的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。在图15的区域(b)中，区域A41是与第一光纤41对应的区域，特别地，夹在区域A42之间的区域是受测定对象3的温度及变形施加的影响的测定区域。区域A42是与第二光纤42对应的区域。
如图15的区域(b)所示，对于第一光纤41和第二光纤42，至少有1个布里渊频谱参数的值彼此不同。另外，在通过测定器25检测的布里渊散射光中，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够判别与测定区域(测定对象区域)的开始位置对应的布里渊频谱和与结束位置对应的布里渊频谱。即，能够直接确定与第一光纤41对应的区间(测定区域)，能够更高精度地测定与测定对象3对应的布里渊频谱的参数。另外，能够更高精度地分别测定第一光纤41和第二光纤42的布里渊频谱的参数。
(第2变形例)
第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第2变形例中使用的光纤部30b如图16所示，具有第一光纤41和第二光纤42。图16是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第2变形例中使用的光纤部的构造的图。特别地，图16的区域(a)表示光纤部30b的结构。
光纤部30b具有将长度已知的第一光纤41和第二光纤42交替地串联连接的构造。即，在光纤部30b中，长度已预先确定的第二光纤42以插入至第一光纤41的预先确定的位置的状态与第一光纤41串联连接。在本第2变形例中，多根第一光纤41的长度彼此相同。多根第二光纤42的长度彼此相同，但将其各自的长度设定为比第一光纤41的长度短。
另外，光纤部30b设置为与测定对象3接触。即，光纤部30b所包含的多根第一光纤41和多根第二光纤42以与测定对象3接触的方式设置。
图16的区域(b)表示光纤部30b的布里渊频谱参数分布。图16的区域(b)中的横轴是从光纤部30b的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。在图16的区域(b)中，区域A41是与第一光纤41对应的区域，区域A42是与第二光纤42对应的区域。
如图16的区域(b)所示，对于第一光纤41和第二光纤42，至少有1个布里渊频谱参数的值彼此不同。另外，对于通过测定器25检测的来自光纤部30b的布里渊散射光的频谱，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够高精度地测定第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱的参数，进而能够高精度地检测光纤部30b的沿长度方向的布里渊频谱的分布。
在光纤部30b中，相对于第一光纤41，以预先确定的间隔或在预先确定的位置按照预先确定的长度插入有布里渊频谱不同的第二光纤42。因此，第二光纤42的插入部分可以作为位置标记而起作用。即，通过将由测定器25测定的布里渊频谱参数的长度方向分布测定结果与设置第二光纤42的实际位置进行比较，能够使测定位置明确化。由于第一光纤41的布里渊频谱及第二光纤42的布里渊频谱分别随着测定对象的物理量的变化(温度变化/施加变形)而变化，所以即使是在第二光纤42的插入部分也可以进行温度和变形的分布测定，而不会中断。
(第3变形例)
第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第3变形例中使用的光纤部30c如图17所示，具有第一光纤41和第二光纤42。图17是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第3变形例中使用的光纤部的构造的图。特别地，图17的区域(a)表示光纤部30c的结构。
光纤部30c具有将长度已知的第一光纤41和第二光纤42交替地串联连接的构造。即，在光纤部30c中，长度已预先确定的第二光纤42以插入至第一光纤41的预先确定的位置的状态进行串联连接。在本第3变形例中，多根第一光纤41和多根第二光纤42的长度彼此相同。另外，光纤部30c设置为与测定对象3接触。即，光纤部30c所包含的多根第一光纤41和多根第二光纤42以与测定对象3接触的方式设置。
图17的区域(b)表示光纤部30c的布里渊频谱参数分布。图17的区域(b)中的横轴是从光纤部30b的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。在图17的区域(b)中，区域A41是与第一光纤41对应的区域，区域A42是与第二光纤42对应的区域。
如图17的区域(b)所示，对于第一光纤41和第二光纤42，至少有1个布里渊频谱参数的值彼此不同。另外，对于通过测定器25检测的来自光纤部30c的布里渊频谱，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率之间的差，在频率轴上大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，能够高精度地测定第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱参数，从而高精度地检测光纤部30c的沿长度方向的布里渊频谱的分布。
相对于第一光纤41，以预先确定的间隔或在预先确定的位置按照预先确定的长度插入布里渊频谱不同的第二光纤42。因此，第二光纤42的插入部分可以作为位置标记而起作用。即，通过将由测定器25测定的布里渊频谱参数的长度方向分布测定结果与设置第二光纤42的实际位置进行比较，能够使测定位置明确化。由于第一光纤41的布里渊频谱及第二光纤42的布里渊频谱分别随着测定对象的物理量的变化(温度变化/施加变形)而变化，所以即使是在第二光纤42的插入部分也可以进行温度和变形的分布测定，而不会中断。
(第4变形例)
第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第4变形例中使用的光纤部30d如图18所示，具有第一～第五光纤41～45。图18是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第4变形例中使用的光纤部的构造的图。特别地，图18的区域(a)表示光纤部30d的结构。
光纤部30d具有如下构造，即，将长度已预先确定的第二～第五光纤42～45以插入至第一光纤41的预先确定的位置的状态进行串联连接。即，第二～第五光纤42～45按照一定的规定间隔并且以一定的规定长度依次地插入第一光纤41。
光纤部30d以与测定对象3接触的方式设置。光纤部30d所包含的多根第一～第五光纤41～45以与测定对象3接触的方式设置。另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一～第五光纤41～45各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。
图18的区域(b)表示光纤部30d的布里渊频谱参数分布。图18的区域(b)中的横轴是从光纤部30d的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。在图18的区域(b)中，区域A41～45是分别与第一～第五光纤41～45对应的区域。
如图18的区域(b)所示，第一～第五光纤41～45的至少1个布里渊频谱参数的值彼此不同。另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一～第五光纤41～45的各个布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，可以高精度地测定第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱参数。进而，可以高精度地检测光纤部30d的沿长度方向的布里渊频谱的分布。
在第4变形例中，相对于第一光纤41，以预先确定的间隔或在预先确定的位置按照预先确定的长度插入有布里渊频谱不同的第二～第五光纤42～45。因此，第二～第五光纤42～45的插入部分可以作为位置标记而起作用。换句话说，由于成为位置标记的第二～第五光纤42～45的布里渊频谱的值彼此不同，所以作为更明确的位置标记而起作用。
即，通过将由测定器25测定出的布里渊频谱参数的长度方向分布测定结果与设置第二光纤42的实际位置进行比较，能够使测定位置明确化。由于第一光纤41的布里渊频谱及第二光纤42的布里渊频谱分别随着测定对象的物理量的变化(温度变化/施加变形)而变化，所以即使是在第二光纤42的插入部分也可以进行温度和变形的分布测定，而不会中断。
(第5变形例)
第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第5变形例中使用的光纤部30e如图19所示，具有第一～第五光纤41～45。图19是用于说明第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的第5变形例中使用的光纤部的构造的图。特别地，图19的区域(a)表示光纤部30e的结构。
光纤部30e具有将长度彼此相同的第一～第五光纤41～45依次串联连接的构造。另外，光纤部30e以与测定对象3接触的方式设置。即，光纤部30e所包含的多根第一～第五光纤41～45以与测定对象3接触的方式设置。在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一～第五光纤41～45各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。
图19的区域(b)表示光纤部30e的布里渊频谱参数分布。图19的区域(b)中的横轴是从光纤部30e的一端开始的距离，纵轴表示布里渊频谱的参数。在图19的区域(b)中，区域A41～A45是分别与第一～第五光纤41～45对应的区域。
如图19的区域(b)所示，第一～第五光纤41～45的至少1个布里渊频谱参数的值彼此不同。另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一～第五光纤41～45各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。因此，可以高精度地测定第一光纤41及第二光纤42的布里渊频谱参数。进而，可以高精度地检测光纤部30e的沿长度方向的布里渊频谱的分布。
在本第5变形例中，相对于第一光纤41，以预先确定的间隔或在预先确定的位置按照预先确定的长度插入有布里渊频谱不同的第二～第五光纤42～45。因此，第二～第五光纤42～45的插入部分可以作为位置标记而起作用。即，由于成为位置标记的第二～第五光纤42～45的布里渊频谱的值彼此不同，所以作为更明确的位置标记而起作用。
即，通过将由测定器25测定出的布里渊频谱参数的长度方向分布测定结果与设置第二光纤42的实际位置进行比较，能够使测定位置明确化。由于第一光纤41的布里渊频谱及第二光纤42的布里渊频谱分别随着测定对象的物理量的变化(温度变化/施加变形)而变化，所以即使是在第二光纤42的插入部分也可以进行温度和变形的分布测定，而不会中断。
(第3实施例)
第3实施例所涉及的布里渊频谱测定装置具有与上述第2实施例所涉及的布里渊频谱测定装置2相同的结构。但是，本第3实施例所涉及的布里渊频谱测定装置中使用的光纤部30f如图20所示，具有第一～第三光纤41～43。图20是用于说明第3实施例所涉及的布里渊频谱测定装置的一部分、即光纤部的构造的图。图20的区域(a)表示光纤部30f的结构和第一～第三光纤41～43的布里渊频谱。图20的区域(b)是光纤部30f的布里渊频谱。图20的区域(c)表示基于第一～第三光纤41～43的布里渊频谱解析出的光纤部30f的温度分布或变形分布。
光纤部30f具有将长度彼此相同的第一～第三光纤41～43依次串联连接的构造。另外，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一～第三光纤41～43各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差，大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。
即，在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率vB1的最大值比第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率vB2的最小值小。在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率vB2的最大值比第三光纤43的布里渊频谱的峰值频率vB3的最小值小。
在规定的温度范围及规定的变形施加范围内，第一光纤41的布里渊频谱的峰值频率vB1的最大值和第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率vB2的最小值之间的差，大于或等于第一光纤41和第二光纤42的布里渊频谱的线宽。另外，第二光纤42的布里渊频谱的峰值频率vB2的最大值和第三光纤43的布里渊频谱的峰值频率vB3的最小值之间的差，大于或等于第二光纤42和第三光纤43的布里渊频谱的线宽。
在本第3实施例中，测定器25并不使用BOTDR、BOTDA、BOCDA等分布测定技术，而是通过测定光纤部30f整体的布里渊频谱，来对光纤部30f的布里渊频谱进行检测，无需进行分布测定。测定器25检测的来自光纤部30f的布里渊频谱如图20的区域(b)所示，包含布里渊频谱B1、B2、B3，各自的布里渊频谱的峰值频率之间的差大于或等于各自的布里渊频谱的峰值线宽。
判别部27基于测定器25检测出的来自光纤部30f的布里渊频谱，分别判别第一光纤41的布里渊频谱B1、第二光纤42的布里渊频谱B2和第三光纤43的布里渊频谱B3(根据测定数据确认第一～第三光纤41，42，43各自的连接位置)。
分布测定部29(分布确定单元)基于判别部27判别出的第一光纤41的布里渊频谱B1的参数，测定第一光纤41的温度或变形。另外，分布测定部29基于判别部27判别出的第二光纤42的布里渊频谱B2的参数，测定第二光纤42的温度或变形。另外，分布测定部29基于判别部27判别出的第三光纤43的布里渊频谱B3的参数，测定第三光纤43的温度或变形。
即，分布测定部29通过综合第一～第三光纤41～43各自的温度或变形信息，能够测定如图20的区域(c)所示的光纤部30f的沿长度方向的温度分布或变形分布。此外，在本第3实施例中，第一～第三光纤41～43的长度相当于距离分辨率。另外，光纤部30f中使用的光纤数不限于3根，也可以是大于或等于3根。
根据上述本发明的说明可知，能够对本发明进行各种变形。不能认为这些变形脱离本发明的精神及范围，所有对于本领域的技术人员来说显而易见的改良，都包括在所附权利要求书中。
工业实用性
本发明所涉及的布里渊频谱测定方法及测定装置可以用于使用光纤进行变形传感的技术，也适用于利用布里渊散射光测定/检测各种建筑物等的变形、环境温度的系统。

Claims (11)

1.一种布里渊频谱测定方法，其利用从设置于测定对象附近的光纤内对应于规定波长的泵浦光输入而产生的布里渊散射光的频谱、即布里渊频谱，测定与前述测定对象相关的物理量，
其特征在于，在该布里渊频谱测定方法中，
准备光纤部，其中，该光纤部包含第一和第二光纤，并经由连接部将前述第一及第二光纤串联连接，前述第一和第二光纤在假定处于各自的使用环境时的规定的温度及规定的变形施加状态下，所得到的布里渊频谱的峰值频率之间的差值大于或等于规定的频率差，
测定对应于供给至前述光纤部的泵浦光而得到的布里渊频谱，并且，
基于前述测定出的布里渊频谱的测定数据，确认前述第一及第二光纤之间的连接位置。
2.根据权利要求1所述的布里渊频谱测定方法，其特征在于，
前述第一及第二光纤具有如下布里渊频谱，即，在假定处于各自的使用环境时的规定的温度及规定的变形施加状态下，布里渊频谱的峰值的线宽部分之间不互相重叠。
3.根据权利要求1所述的布里渊频谱测定方法，其特征在于，
前述第一及第二光纤机械地连接。
4.根据权利要求1所述的布里渊频谱测定方法，其特征在于，
前述第一及第二光纤之间的连接部设置在前述测定对象的测定区域和前述测定区域以外的非测定区域之间的边界处。
5.根据权利要求4所述的布里渊频谱测定方法，其特征在于，
前述第一及第二光纤中设置于前述非测定区域的一方，包含布里渊频谱相对于变形或温度的敏感度低的光纤。
6.根据权利要求4所述的布里渊频谱测定方法，其特征在于，
前述第一及第二光纤中的至少一方包含多个光纤要素，同时，前述光纤部具有将属于前述第一光纤的光纤要素和属于前述第二光纤的光纤要素交替配置的结构，以及，
利用位于前述光纤部内的、属于前述第一光纤的光纤要素和属于前述第二光纤的光纤要素之间的连接位置，作为布里渊频谱测定时的标记。
7.一种布里渊频谱测定装置，其利用从设置于测定对象附近的光纤内对应于规定波长的泵浦光输入而产生的布里渊散射光的频谱、即布里渊频谱，测定与前述测定对象相关的物理量，
其特征在于，该布里渊频谱测定装置具有：
光纤部，其包含第一和第二光纤，并经由连接部将前述第一及第二光纤串联连接，前述第一和第二光纤在假定处于各自的使用环境时的规定的温度及规定的变形施加状态下，所得到的布里渊频谱的峰值频率之间的差值大于或等于规定的频率差；
检测单元，其向前述光纤部供给用于得到前述布里渊频谱的泵浦光，另一方面，检测对应于前述泵浦光的供给而从前述光纤部得到的布里渊频谱；以及
位置测定部，其基于检测出的布里渊频谱，确定前述第一及第二光纤之间的连接部的位置。
8.根据权利要求7所述的布里渊频谱测定装置，其特征在于，
前述连接部包括用于将前述第一及第二光纤之间机械连接的连接机构。
9.根据权利要求7所述的布里渊频谱测定装置，其特征在于，
前述第一及第二光纤分别具有峰值频率彼此不同的布里渊频谱。
10.根据权利要求7所述的布里渊频谱测定装置，其特征在于，
前述第一光纤包含纯二氧化硅纤芯光纤，并且，前述第二光纤包含纤芯相对于纯二氧化硅的相对折射率差大于或等于0.083％的光纤。
11.根据权利要求7所述的布里渊频谱测定装置，其特征在于，
该布里渊频谱测定装置还具有计算部，其基于前述检测出的布里渊频谱，计算前述测定对象的温度分布或变形分布。
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