CN112654840B - 光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法 - Google Patents

光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法 Download PDF

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Abstract

光纤特性测定装置(1)具有：光源部(11)，其将频率调制后的激光输出；入射部(12、13、14、15)，其使得从光源部输出的激光作为连续光(L1)以及脉冲光(L2)而分别从被测定光纤(FUT)的一端及另一端射入；光检测部(16)，其对从被测定光纤射出的光进行检测并将检测信号(D1)输出；以及检波部(17、18a)，其基于在能够从被测定光纤射出基于连续光以及脉冲光的散射光的第1期间(T1)、以及比第1期间短的期间且无法从被测定光纤射出散射光的第2期间(T2)的各期间内，以规定时间对检测信号进行积分所得的积分值而对散射光进行检波。

Description

光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法
技术领域
本发明涉及光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法。
背景技术
光纤特性测定装置是如下装置，即，使连续光或脉冲光射入至被测定光纤，接受被测定光纤内产生的散射光或反射光而对被测定光纤的长度方向上的温度分布、应变分布、其他特性进行测定。在该光纤特性测定装置中，接受的散射光或反射光根据对被测定光纤造成影响的物理量(例如温度、应变)而变化，因此将被测定光纤本身用作传感器。
作为这种光纤特性测定装置之一而存在BOCDR(Brillouin Optical CorrelationDomain Reflectometry)方式的装置。该BOCDR方式的光纤特性测定装置使频率调制后的连续光(泵浦光及探测光)从被测定光纤的两端分别射入，在泵浦光及探测光的调制相位一致的位置(出现相关峰值的位置)，利用通过受激布里渊散射(SBS：Stimulated BrillouinScattering)使探测光增幅的性质而对被测定光纤的特性进行测定。
在BOCDR方式的光纤特性测定装置中，对泵浦光及探测光的调制频率、延迟量进行调整以使得被测定光纤内仅存在1个相关峰值。而且，在BOCDR方式的光纤特性测定装置中，对泵浦光及探测光的调制频率进行操作而使得被测定光纤内的相关峰值的位置移动，接受在各位置处增幅后的探测光(下面，称为受激布里渊散射光)，由此对被测定光纤的长度方向上的特性进行测定。
这里，在BOCDR方式的光纤特性测定装置中，如果被测定光纤的长度变长，则即使对泵浦光及探测光的调制频率、延迟量进行调整，有时也会在被测定光纤内出现多个相关峰值。在这种情况下，需要选择多个相关峰值中的1个，仅提取出现了选择的相关峰值的位置的受激布里渊散射光，不提取其他出现了相关峰值的位置的布里渊散射光。作为这种选择相关峰值的方法之一，存在称为时间门法的方法。
下面的专利文献1、2中公开了利用时间门法的当前BOCDA方式的光纤特性测定装置。在该光纤特性测定装置中，使频率调制后的连续光(探测光)以及脉冲光(泵浦光)分别从被测定光纤的一端及另一端射入，在不同的定时产生被测定光纤内出现的多个相关峰值各自的位置处的受激布里渊散射光。而且，对接受受激布里渊散射光的定时进行调整，从而仅提取出现了选择的相关峰值的位置处的受激布里渊散射光。
另外，下面的专利文献2中公开的光纤特性测定装置，针对从被测定光纤射出的光的检测信号，利用具有规定周期的同步信号进行同步检波，从而不会导致测定精度的恶化、稳定性/再现性的恶化，能够实现空间分辨率的提高以及成本的降低。具体而言，利用以(“泵浦光在被测定光纤中往返所需的时间trt”+“泵浦光的幅度(时间幅度)tpw”)×2的时间为周期的同步信号进行同步检波。
专利文献1：日本特许第3607930号公报
专利文献2：日本特许第5654891号公报
发明内容
但是，关于上述专利文献2中公开的光纤特性测定装置，利用具有规定周期((“泵浦光在被测定光纤中往返所需的时间trt”+“泵浦光的时间幅度tpw”)×2的时间)的同步信号进行同步检波。因此，关于当前的光纤特性测定装置，如果在使1束泵浦光射入至被测定光纤之后未经过上述规定周期，则无法使后续的泵浦光射入至被测定光纤。因此，当前的光纤特性测定装置中存在如下问题，即，如果要大范围地对被测定光纤的长度方向上的特性进行测定，则测定所需的时间大幅延长。
另外，泵浦光在被测定光纤中往返所需的时间trt随着被测定光纤的长度的变长而延长。这里，如果泵浦光的时间幅度tpw小于泵浦光在被测定光纤中往返所需的时间trt，则受激布里渊散射光的测定值变小。于是，还存在如下问题，即，作为受激布里渊散射光的测定值与噪音之比的S/N比(信噪比)降低，测定精度变差。
本发明就是鉴于上述情形而提出的，其目的在于提供与当前相比而能够缩短被测定光纤的特性的测定所需的时间、且能够提高测定精度的光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法。
为了解决上述问题，本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置具有：光源部(11)，其将进行了频率调制的激光输出；入射部(12、13、14、15)，其使得从所述光源部输出的激光作为连续光(L1)以及脉冲光(L2)而分别从光纤(FUT)的一端及另一端射入；光检测部(16)，其对从所述光纤射出的光进行检测并将检测信号(D1)输出；以及检波部(17、18a)，其基于在能够从所述光纤射出基于所述连续光以及所述脉冲光的散射光的第1期间(T1)、和比所述第1期间短的期间且无法从所述光纤射出所述散射光的第2期间(T2)的各期间内，以规定时间对所述检测信号进行积分所得的积分值，对所述散射光进行检波。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述检波部具有：定时调整器(17a)，其以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切；以及积分器(17c)，其在所述规定时间内进行由所述定时调整器进行了剪切的所述检测信号的积分。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述检波部具有运算部(18a)，该运算部(18a)针对所述积分器的积分值进行预先规定的运算而求出所述散射光。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述检波部具有极性反转部(17b)，该极性反转部(17b)在所述第1期间以及所述第2期间的任一期间内使得由所述定时调整器剪切出的所述检测信号的极性反转，所述运算部对所述第1期间内获得的积分值和所述第2期间内获得的积分值进行加法运算而求出所述散射光。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述定时调整器在所述第1期间内，从多个不同时刻起以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切，所述积分器分别进行对由所述定时调整器进行了剪切的各个所述检测信号的积分。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述第1期间是在所述脉冲光射入至所述光纤之后直至经过了将所述脉冲光在所述光纤中往返所需的时间(trt)与所述脉冲光的时间幅度(tpw)相加所得的时间为止的期间。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述第2期间是从所述第1期间的经过时刻起直至经过了所述脉冲光的时间幅度为止的期间。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述规定时间为所述脉冲光的时间幅度。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述入射部具有偏移部(13)，该偏移部(13)使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的光频率偏移，所述散射光为受激布里渊散射光。
另外，根据本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定装置，所述偏移部具有：微波发生器(13a)，其将微波输出；以及调制器(13b)，其根据从所述微波发生器输出的所述微波而使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的所述光频率偏移。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，利用光源部(11)将频率调制后的激光输出，利用入射部(12、13、14、15)使从所述光源部输出的激光作为连续光(L1)以及脉冲光(L2)而分别从光纤(FUT)的一端及另一端射入，利用光检测部(16)对从所述光纤射出的光进行检测并将检测信号(D1)输出，利用检波部(17、18a)基于在能够从所述光纤射出基于所述连续光以及所述脉冲光的散射光的第1期间(T1)、和比所述第1期间短的期间且无法从所述光纤射出所述散射光的第2期间(T2)的各期间内，以规定时间对所述检测信号进行积分所得的积分值而对所述散射光进行检波。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述检波部具有定时调整器(17a)以及积分器(17c)，利用所述定时调整器以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切，利用所述积分器在所述规定时间内进行由所述定时调整器进行了剪切的所述检测信号的积分。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述检波部还具有运算部(18a)，利用所述运算部针对所述积分器的积分值进行预先规定的运算而求出所述散射光。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述检波部还具有极性反转部(17b)，利用所述极性反转部在所述第1期间以及所述第2期间的任一期间内使得由所述定时调整器剪切出的所述检测信号的极性反转，利用所述运算部对所述第1期间内获得的积分值和所述第2期间内获得的积分值进行加法运算而求出所述散射光。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，利用所述定时调整器在所述第1期间内，从多个不同的时刻起以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切，利用所述积分器分别进行对由所述定时调整器进行了剪切的各个所述检测信号的积分。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述第1期间是在所述脉冲光射入至所述光纤之后直至经过了将所述脉冲光在所述光纤中往返所需的时间(trt)与所述脉冲光的时间幅度(tpw)相加所得的时间为止的期间。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述第2期间是从所述第1期间的经过时刻起直至经过了所述脉冲光的时间幅度为止的期间。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述规定时间为所述脉冲光的时间幅度。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述入射部具有偏移部(13)，利用所述偏移部使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的光频率偏移，所述散射光为受激布里渊散射光。
另外，在本发明的一个方式所涉及的光纤特性测定方法中，所述偏移部还具有微波发生器(13a)以及调制器(13b)，利用所述微波发生器将微波输出，利用所述调制器根据从所述微波发生器输出的所述微波而使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的所述光频率偏移。
参照附图并通过下面叙述的实施方式的详细说明而使得本发明的特征及方式变得更加明朗。
发明的效果
根据本发明，能够获得如下效果，即，与当前相比能够缩短被测定光纤的特性的测定所需的时间，并且能够提高测定精度。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的光纤特性测定装置的要部结构的框图。
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的光纤特性测定装置的动作例的流程图。
图3是表示随着泵浦光的行进而在光纤内出现了相关峰值的情形的图。
图4是用于说明在本发明的第1实施方式中利用检波装置进行的处理的图。
图5是用于说明在本发明的第2实施方式中利用检波装置进行的处理的图。
图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的光纤特性测定装置的要部结构的框图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法进行详细说明。
[第1实施方式]
<光纤特性测定装置的结构>
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的光纤特性测定装置的要部结构的框图。如图1所示，本实施方式的光纤特性测定装置1具有光源部11、光分流器12(入射部)、光调制器13(入射部、偏移部)、脉冲调制器14(入射部)、定向耦合器15(入射部)、光检测器16
(光检测部)、检波装置17(检波部)以及控制装置18。光纤特性测定装置1对被测定光纤FUT的长度方向上的特性(例如温度分布、应变分布等)进行测定。
本实施方式的光纤特性测定装置1是基于使探测光L1(连续光)从被测定光纤FUT的一端射入、且使泵浦光L2(脉冲光)从被测定光纤FUT的另一端射入而获得的散射光，对被测定光纤FUT的特性进行测定的所谓BOCDA方式的光纤特性测定装置。此外，上述泵浦光L2是将作为实施了频率调制的连续光的激光脉冲化的光。另外，上述散射光是被测定光纤FUT内的受到受激布里渊散射现象的影响的散射光(受激布里渊散射光)。
光源部11具有半导体激光器11a以及信号发生器11b，在控制装置18的控制下，将以规定的调制频率fm进行了频率调制的激光射出。这里，半导体激光器11a例如可以是小型、且将频谱幅度较小的激光射出的MQW·DFB·LD(Multi-Quantum Well·DistributedFeed-Back·Laser Diode)等。信号发生器11b由控制装置18控制，将以调制频率fm对从半导体激光器11a射出的激光进行频率调制的正弦波信号(调制信号)输出至半导体激光器11a。光分流器12例如以1比1的强度比使从光源部11射出的激光分流为2束。
光调制器13具有微波发生器13a以及SSB(Single Side Band：单边带)光调制器13b。光调制器13在控制装置18的控制下对利用光分流器12分流后的一束激光进行调制(使光频率偏移)，形成相对于激光的中心频率的频带(单边带)。此外，在本实施方式中，从光调制器13输出低频侧的单边带光波。
微波发生器13a由控制装置18控制，将具有与对利用光分流器12分流后的一束激光赋予的频移量相应的频率的微波输出。此外，通过控制装置18的控制而能够改变从微波发生器13a输出的微波的频率。SSB光调制器13b产生相对于输入光的中心频率而具有与从微波发生器13a输出的微波的频率相等的频率差的单边带光波。利用光调制器13调制的光作为探测光L1(连续光)而从被测定光纤FUT的一端射入至被测定光纤FUT内。
脉冲调制器14具有信号发生器14a和光强度调制器14b。脉冲调制器14在控制装置18的控制下使利用光分流器12分流后的另一束激光脉冲化而生成脉冲光。信号发生器14a由控制装置18控制，将规定使激光脉冲化的定时的定时信号输出。光强度调制器14b例如为EO(Electro-Optic：电光学)开关，在由从信号发生器14a输出的定时信号规定的定时，使来自光分流器12的激光脉冲化。
这里，脉冲调制器14例如以下面的(1)式所示的周期T而生成具有由下面的(2)式表示的脉冲幅度tpw的脉冲光。其中，下面的(1)、(2)式中的L为被测定光纤FUT的长度(一端至另一端的长度)，n为被测定光纤FUT的折射率，c为光速，dm为被测定光纤FUT中形成的相关峰值的间隔，fm为从光源部11射出的激光的调制频率。
T≥T1+T2＝(2×L)/(c/n)+2×tpw…(1)
tpw＝(2×dm)/(c/n)＝1/fm…(2)
即，根据上述(1)式，脉冲调制器14生成脉冲光的周期T至少设定为如下时间，即，脉冲光在被测定光纤FUT的一端与另一端之间往返所需的时间trt加上脉冲光的时间幅度tpw所得的时间(期间T1)与脉冲光的时间幅度tpw(期间T2)相加的时间。
定向耦合器15使从脉冲调制器14输出的脉冲化后的激光作为泵浦光L2(脉冲光)而从被测定光纤FUT的另一端射入至被测定光纤FUT内。另外，定向耦合器15使包含在被测定光纤FUT中传播且从被测定光纤FUT的另一端射出的探测光L1在内的光(检测光L11)朝向光检测器16射出。此外，检测光L11的强度受到被测定光纤FUT内产生的受激布里渊散射现象的影响。
光检测器16例如具有雪崩光电二极管等高灵敏度的受光元件。光检测器16对上述检测光L11(从被测定光纤FUT的另一端射出且经由定向耦合器15的光)进行检测(受光)并输出检测信号D1。此外，图1中简化了图示，光检测器16在上述受光元件的基础上还具有光波长滤波器，从检测光L11中仅选择与探测光L1相关的低频侧的边带而对其功率进行检测。此外，在本实施方式中利用了SSB光调制器13b，因此可以省略上述光波长滤波器。但是，因设置光波长滤波器而导致成本提升，但能够抑制不需要的频率分量，因此能够进一步提高测定精度。
检波装置17具有定时调整器17a、增幅器17b(极性反转部)以及积分器17c。检波装置17在控制装置18的控制下进行从光检测器16输出的检测信号D1的检波。具体而言，在能够从被测定光纤FUT射出基于探测光L1以及泵浦光L2的散射光(受激布里渊散射光)的期间T1(第1期间)、以及作为比期间T1短的期间且无法从被测定光纤FUT射出受激布里渊散射光的期间T2(第2期间)的各期间，检波装置17以规定时间对检测信号D1进行积分而分别求出积分值。这是因为，通过这样求解积分值，与当前相比能够缩短被测定光纤FUT的特性的测定所需的时间、且提高测定精度。
这里，上述期间T1是如下期间，即，在泵浦光L2射入至被测定光纤FUT之后直至经过了将泵浦光L2在被测定光纤FUT中往返所需的时间trt与泵浦光L2的时间幅度(脉冲幅度tpw)相加所得的时间为止的期间。另外，上述期间T2例如是从上述期间T1的经过时刻起直至经过了将泵浦光L2的时间幅度与对积分器17c进行重置所需的时间相加所得的时间为止的期间。此外，如果对积分器17c进行重置所需的时间充分小于泵浦光L2的时间幅度，则可以忽略对积分器17c进行重置所需的时间。另外，对检测信号D1进行积分的规定时间例如是与泵浦光L2的时间幅度相当的时间。下面，将对检测信号D1进行积分的规定时间称为“单位积分时间”。
定时调整器17a例如由能够高速地进行接通状态(使检测信号D1通过的状态)和断开状态(切断检测信号D1的状态)的切换的电开关(高速模拟开关)实现。该定时调整器17a通过控制装置18对接通状态以及断开状态进行控制，以规定时间(例如上述单位积分时间)为单位而进行检测信号D1的剪切。这里，剪切是指从时间上连续的信号提取所需的部分。例如，定时调整器17a在上述期间T1内从由控制装置18指定的时刻起直至经过了上述单位积分时间为止而设为接通状态。另外，定时调整器17a在上述期间T2内在开始时刻起至结束时刻为止的期间(泵浦光L2的时间幅度的期间)形成为接通状态。
这里，定时调整器17a能够以几nsec左右的时间间隔对检测信号D1进行剪切，优选为低损耗(例如小于或等于1dB)的结构。如果能够以几nsec左右的时间间隔进行检测信号的剪切，则能够不使脉冲光的时间幅度tpw(例如100ns)变差地使信号通过。另外，如果是低损耗，则S/N比不会大幅降低，因此能够提高测定精度。另外，作为定时调整器17a而使用电开关，从而能够实现小型化以及成本的降低，并且不具有光开关之类的偏振依赖性，因此不会导致稳定性、再现性变差，并且能够在-40～+80℃左右的较大的温度范围内进行测定。
增幅器17b在控制装置18的控制下使从定时调整器17a通过的检测信号D2(利用定时调整器17a进行了剪切的检测信号)增幅。例如，增幅器17b基于从控制装置18输出的控制信号SY(参照图4)使上述期间T1内进行了剪切的检测信号D2以增益“1”而增幅(不使极性翻转而保持原样地输出)，使上述期间T2内进行了剪切的检测信号D2以增益“-1”而增幅(使极性反转而输出)。此外，针对在期间T1、T2内进行了剪切的检测信号D2的上述增益的极性可以相反，另外，增益的绝对值可以是除了“1”以外的值。
积分器17c在控制装置18的控制下进行从增幅器17b输出的输出信号S1(利用定时调整器17a进行剪切、且利用增幅器17b增幅的信号)的积分。例如，积分器17c在上述期间T1内从由控制装置18指定的时刻起直至经过了上述单位积分时间为止而进行输出信号S1的积分。另外，积分器17c在上述期间T2内在开始时刻至结束时刻的期间(泵浦光L2的时间幅度的期间)进行输出信号S1的积分。此外，能够通过控制装置18的控制对积分器17c进行重置。此外，积分器17c的积分结果由未图示的A/D(模拟/数字)变换器变换为数字信号并输出至控制装置18。
控制装置18对光纤特性测定装置1的动作统一进行控制。例如，控制装置18对设置于光源部11的信号发生器11b进行控制，使从光源部11输出的连续光的调制频率fm变更。另外，控制装置18对设置于光调制器13的微波发生器13a进行控制，使探测光L1的边带(单边带)的频率变更。另外，控制装置18对设置于脉冲调制器14的信号发生器14a进行控制，对将利用光分流器12分流后的激光脉冲化的定时进行控制。另外，控制装置18对设置于检波装置17的定时调整器17a、增幅器17b以及积分器17c进行控制，对检测信号D1的剪切、检测信号D2的极性以及输出信号S1的积分进行控制。
另外，控制装置18具有运算部18a(检波部)。运算部18a针对从检波装置17输出的测定值V1(从积分器17c输出的积分值)，进行预先规定的运算而对受激布里渊散射光进行检波。例如，运算部18a对期间T1内获得的测定值V1和期间T2内获得的测定值V2进行加法运算而求出受激布里渊散射光。此外，控制装置18的运算部18a可以设置于检波装置17。
<光纤特性测定装置的动作>
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的光纤特性测定装置的动作例的流程图。此外，例如通过对光纤特性测定装置1进行测定开始的指示而开始图2所示的流程，在整个长度方向上对被测定光纤FUT的特性进行测定的情况下，以恒定的周期反复实施该流程。在反复实施图2所示的流程图的处理的情况下，例如以前述的(1)式所示的周期T反复实施处理。
如果针对光纤特性测定装置1进行测定开始的指示，则光纤特性测定装置1开始实施图2所示的流程图的处理。首先，光纤特性测定装置1的控制装置18设定调制频率(步骤S11)。这里，将预先设定的初始值设定为调制频率fm。如果进行调制频率fm的设定，则控制装置18对设置于光源部11的信号发生器11b进行控制，从信号发生器11b输出正弦波信号(调制信号)。如果这种正弦波信号输入至半导体激光器11a，则半导体激光器11a将以调制频率fm进行了频率调制的作为连续光的激光射出。
从半导体激光器11a射出的激光射入至光分流器12。光分流器12形成2束激光。利用光分流器12分流后的一束激光向光调制器13射入。SSB光调制器13b根据微波发生器13a输出的信号而对利用光分流器12分流后的一束激光进行调制。由此，产生相对于激光的中心频率的边带(单边带)。由光调制器13调制的光作为探测光L1而从被测定光纤FUT的一端射入至被测定光纤FUT内(步骤S12)。
与此相对，利用光分流器12分流后的另一束激光射入至脉冲调制器14。光强度调制器14b对利用光分流器12分流后的另一束激光进行强度调制而将其脉冲化。具体而言，生成具有前述的(2)式所示的脉冲幅度tpw的脉冲光。该脉冲光经由定向耦合器15并作为泵浦光L2而从被测定光纤FUT的另一端射入至被测定光纤FUT内(步骤S13)。此外，在图2中，为了容易理解，在步骤S12之后示出了步骤S13，并行地进行上述步骤S12、S13的处理。
如果以调制频率fm进行了频率调制的作为连续光的探测光L1和作为脉冲光的泵浦光L2射入至被测定光纤FUT内，则如图3所示，泵浦光L2在被测定光纤FUT内传播，与此相伴，在被测定光纤FUT中的不同的位置出现相关峰值P0～P4。图3是表示随着泵浦光的行进而在光纤内出现相关峰值的情形的图。
此外，在图3中，为了避免图示的复杂化而仅示出了5个相关峰值P0～P4。另外，在图3所示的例子中，示出了泵浦光L2从相关峰值P2附近通过的情形。在图3中，虚线所示的相关峰值P0、P1是以往出现的相关峰值，相关峰值P3、P4是随着泵浦光L2的行进而在此后出现的相关峰值。
此外，相关峰值的间隔dm由下面的(3)式表示。
dm＝(c/n)/(2×fm)…(3)
即，如果改变光源部11的调制频率fm，则能够使得相关峰值的间隔dm发生变化，能够使出现相关峰值P1～Pn的位置移动。但是，关于在探测光L1与泵浦光L2的光路差为0的位置出现的0次的相关峰值P0，即使使调制频率fm变化，也无法使其移动。因此，如图3所示，将0次的相关峰值P0出现的位置设定为被测定光纤FUT的外部。
在各相关峰值P1～P4的位置，探测光L1利用泵浦光L2而获得基于受激布里渊增幅的增益(gain)。如果在相关峰值的位置使泵浦光L2与探测光L1的频率差发生变化，则能够获得形成为以布里渊频移量νB为中心频率的洛伦兹函数的形状的、称为布里渊增益光谱(BGS)的光谱。该布里渊频移量νB根据被测定光纤FUT的材质、温度、应变等而变化，特别是相对于应变及温度而呈线性变化。因此，通过对布里渊增益光谱的峰值频率进行检测而能够求出被测定光纤FUT的应变量或温度。
经由被测定光纤FUT的探测光L1以及被测定光纤FUT内产生的受激布里渊散射光，在从被测定光纤FUT的另一端射出之后经由定向耦合器15而作为检测光L11射入至光检测器16。而且，利用光检测器16具有的未图示的光波长滤波器选择低频侧的边带的光，并对其强度进行检测，从光检测器16输出表示该检测结果的检测信号D1(步骤S14)。从光检测器16输出的检测信号D1输入至检波装置17。
图4是用于说明在本发明的第1实施方式中利用检波装置进行的处理的图。此外，下面为了简化说明，关于泵浦光L2射入至被测定光纤FUT的另一端的周期T，设定为在前述的(1)式中使得等号成立的周期。即，周期T设定为，在将泵浦光L2在被测定光纤FUT的一端与另一端之间往返所需的时间trt与脉冲光的时间幅度tpw相加所得的时间(期间T1)的基础上，加上脉冲光的时间幅度tpw(期间T2)所得的时间。这里，期间T1是能够从被测定光纤FUT射出基于探测光L1以及泵浦光L2的散射光(受激布里渊散射光)的期间，期间T2是比期间T1短的期间，且是无法从被测定光纤FUT射出受激布里渊散射光的期间。
在期间T1内，包含经由被测定光纤FUT的探测光L1和被测定光纤FUT内产生的受激布里渊散射光在内的检测光L11射入至光检测器16。因此，如图4所示，从光检测器16输出受到了受激布里渊散射光的影响的检测信号D1。此外，在图4中，由黑色条带表示受到了受激布里渊散射光的影响的部分，标注了标号P1～P4的部分，分别表示受到了在图3中的相关峰值P1～P4的位置产生的受激布里渊散射光的影响的部分。
与此相对，在期间T2内，包含经由被测定光纤FUT的探测光L1而不包含受激布里渊散射光在内的检测光L11射入至光检测器16。因此，如图4所示，从光检测器16输出未受到受激布里渊散射光的影响的(未标注黑色条带)检测信号D1。
如果检测信号D1输入至检波装置17，则首先进行以规定时间对期间T1的检测信号进行积分而计算出积分值(第1积分值)的处理(步骤S15)。例如，针对被测定光纤FUT的测定点设定于图3所示的相关峰值P2的位置。于是，通过控制装置18的控制，如图4所示，在从光检测器16输出的检测信号D1中，对定时调整器17a的接通状态/断开状态进行切换以使其从受到了在相关峰值P2的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分通过。由此，从定时调整器17a输出图4所示的以单位积分时间为单位而剪切的检测信号D2。
从定时调整器17a输出的检测信号D2由增幅器17b增幅而作为输出信号S1输出。例如，检测信号D2基于图4所示的控制信号SY而以增益a1(例如增益“1”)增幅，并作为输出信号S1而输出。利用积分器17c对从增幅器17b输出的输出信号S1进行积分。例如，对于输出信号S1，从其上升时刻直至下降时刻为止(从其上升时刻直至经过了单位积分时间为止)进行积分。积分器17c的积分结果作为测定值V1而输出至控制装置18。此外，如果积分器17c的积分结果输出至控制装置18，则通过控制装置18的控制而对积分器17c进行重置。
接下来，进行如下处理，即，以规定时间对期间T2的检测信号进行积分而计算出积分值(第2积分值)(步骤S16)。例如，通过控制装置18的控制，如图4所示，在从上述期间T1的经过时刻起直至经过了泵浦光L2的时间幅度为止的期间，定时调整器17a形成为接通状态。由此，从定时调整器17a输出图4所示的以单位积分时间为单位而剪切的检测信号D2。但是，需要注意下面这一点，即，这里剪切出的检测信号D2是未受到受激布里渊散射光的影响的(未标注黑色条带)信号。
从定时调整器17a输出的检测信号D2由增幅器17b增幅而作为输出信号S1输出。例如，检测信号D2基于图4所示的控制信号SY以增益a2(例如增益“-1”)而增幅，并作为输出信号S1而输出。利用积分器17c对从增幅器17b输出的输出信号S1进行积分。例如，对于输出信号S1从其上升时刻直至下降时刻为止(其上升时刻起直至经过了单位积分时间为止)进行积分。积分器17c的积分结果作为测定值V1而输出至控制装置18。此外，如果积分器17c的积分结果输出至控制装置18，则通过控制装置18的控制而对积分器17c进行重置。
如果以上处理结束，则控制装置18的运算部18a基于步骤S15中求出的积分值(第1积分值)和步骤S16中求出的积分值(第2积分值)，对受激布里渊散射光进行检波(步骤S17)。例如，运算部18a执行对步骤S15中求出的积分值(v11)和步骤S16中求出的积分值(v12)进行加法运算的处理。通过进行这种处理，使得期间T1内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d11进行积分所得的值、和期间T2内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d12进行积分所得的值相互抵消。通过使得对上述信号d11、d12进行积分所得的值相互抵消，从而使得由运算部18a求出的值表示受激布里渊散射光的电平。
在控制装置18的控制下，一边对从微波发生器13a输出的微波的频率进行扫描一边反复执行以上处理，由此求出相关峰值P2的位置处的布里渊增益光谱。而且，通过对布里渊增益光谱的峰值频率进行检测而求出相关峰值P2的位置处的被测定光纤FUT的特性(例如应变量)等。另外，控制装置18对调制频率fm和定时调整器17a的剪切定时以及积分器17c的积分范围进行变更，由此改变被测定光纤FUT内设定的测定点的位置，并且反复执行以上说明的动作。由此，光纤特性测定装置1能够对被测定光纤FUT的长度方向上的特性进行测定。
如以上说明，本实施方式的光纤特性测定装置1使得进行了频率调制的作为连续光的探测光L1和作为脉冲光的泵浦光L2分别从被测定光纤FUT的一端及另一端射入，对从被测定光纤FUT射出的光进行检测并输出检测信号。而且，本实施方式的光纤特性测定装置1，基于第1积分值和第2积分值，对受激布里渊散射光进行检测，该第1积分值是在能够从被测定光纤FUT射出基于探测光L1以及泵浦光L2的受激布里渊散射光的期间T1内以规定时间对检测信号进行积分而得到的，该第2积分值是在比期间T1短的期间且无法从被测定光纤FUT射出受激布里渊散射光的期间T2内以规定时间对所述检测信号进行积分而得到的。
由此，与当前相比能够缩短被测定光纤的特性的测定所需的时间，并且能够提高测定精度。具体而言，当前，为了进行1个测定点的测定，需要(“泵浦光L2在被测定光纤FUT中往返所需的时间trt”+“泵浦光L2的幅度(时间幅度)tpw”)×2的时间。与此相对，在本实施方式中，能够以“泵浦光L2在被测定光纤FUT中往返所需的时间trt”+(“泵浦光L2的幅度(时间幅度)tpw”)×2的时间进行1个测定点的测定。
此外，为了进行1个测定点的测定，如果以数学式表示当前所需的时间t0、以及本实施方式中所需的时间t1，则如下所示。
t0＝(trt+tpw)×2
t1＝trt+tpw×2
[第2实施方式]
本实施方式的光纤特性测定装置的结构与图1所示的光纤特性测定装置1大致相同。另外，本实施方式的光纤特性测定装置的动作与图1所示的光纤特性测定装置1的动作大致相同，基本上根据图2所示的流程图而执行动作。但是，对于本实施方式的光纤特性装置和图1所示的光纤特性测定装置1，由检波装置17以及控制装置18执行的动作不同。下面，主要对由检波装置17以及控制装置18执行的动作进行详细说明。
图5是用于说明在本发明的第2实施方式中利用检波装置执行的处理的图。此外，为了简化说明，将从光检测器16输出的检测信号D1设为与第1实施方式相同的信号。在前述的第1实施方式中，在步骤S15的处理中，仅对受到了在1个相关峰值(例如相关峰值P2)的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分进行剪切并进行积分而仅计算出1个积分值(第1积分值)。与此相对，在本实施方式中，在步骤S15的处理中，对受到了在多个相关峰值(图5所示的例子中为相关峰值P2、P3)的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分进行剪切，分别对剪切部分进行积分而计算出多个积分值(第1积分值)。
具体而言，针对被测定光纤FUT的测定点设定为例如图3所示的相关峰值P2、P3的位置。而且，通过控制装置18的控制，如图5所示，以使得从光检测器16输出的检测信号D1中的、受到了在相关峰值P2的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分通过，然后使得受到了在相关峰值P3的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分通过的方式，对定时调整器17a的接通状态/断开状态进行切换。由此，从定时调整器17a输出图5所示的以单位积分时间为单位而从多个不同的时刻剪切出的检测信号D2。
从定时调整器17a输出的检测信号D2由增幅器17b增幅而作为输出信号S1输出。例如，检测信号D2基于图5所示的控制信号SY而以增益a1(例如增益“1”)增幅，并作为输出信号S1而输出。利用积分器17c分别对从增幅器17b输出的输出信号S1进行积分。例如，在输出信号S1中，对于受到了在相关峰值P2的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分、以及受到了在相关峰值P3的位置及其附近产生的受激布里渊散射光的影响的部分，分别从其上升时刻直至下降时刻为止(各自在上升时刻之后直至经过了单位积分时间为止)进行积分。此外，各积分结果作为测定值V1而依次输出至控制装置18。每当积分器17c的积分结果输出至控制装置18时，通过控制装置18的控制对积分器17c进行重置。
接下来，与第1实施方式相同地，执行如下处理，即，以规定时间对期间T2的检测信号进行积分而计算出积分值(第2积分值)(步骤S16)。此外，该处理与第1实施方式相同，因此省略说明。如果以上处理结束，则由控制装置18的运算部18a执行基于步骤S15中求出的积分值(第1积分值)以及步骤S16中求出的积分值(第2积分值)而对受激布里渊散射光进行检波的处理(步骤S17)。
具体而言，执行对步骤S15中求出的积分值(v21)和步骤S16中求出的积分值(v12)进行加法运算的处理，并且执行对步骤S15中求出的积分值(v22)和步骤S16中求出的积分值(v12)进行加法运算的处理。通过执行这种处理，使得期间T1内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d21进行积分所得的值、和期间T2内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d12进行积分所得的值相互抵消。另外，使得期间T1内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d22进行积分所得的值、和期间T2内对与仅检测探测光L1而获得的检测信号相当的信号d12进行积分所得的值相互抵消。使得对信号d21进行积分所得的值和对信号d12进行积分所得的值相互抵消，并且使得对信号d22进行积分所得的值和对信号d12进行积分所得的值相互抵消，由此使得由运算部18a求出的值表示受激布里渊散射光的电平。
在控制装置18的控制下，一边对从微波发生器13a输出的微波的频率进行扫描一边反复执行以上处理，由此求出相关峰值P2、P3的位置处的布里渊增益光谱。而且，对布里渊增益光谱的峰值频率进行检测，由此求出相关峰值P2、P3的位置处的被测定光纤FUT的特性(例如应变量)等。另外，控制装置18对调制频率fm、定时调整器17a的剪切定时以及积分器17c的积分范围进行变更，由此改变被测定光纤FUT内设定的测定点的位置、且反复执行以上说明的动作。由此，光纤特性测定装置1能够对被测定光纤FUT的长度方向上的特性进行测定。
如以上说明，本实施方式的光纤特性测定装置1，在能够从被测定光纤FUT射出基于探测光L1以及泵浦光L2的受激布里渊散射光的期间T1，求出多个不同时刻的多个第1积分值。而且，本实施方式的光纤特性测定装置1基于多个第1积分值、以及在比期间T1短的期间且无法从被测定光纤FUT射出受激布里渊散射光的期间T2求出的第2积分值，对受激布里渊散射光进行检测。由此，与第1实施方式相比能够缩短被测定光纤的特性的测定所需的时间。例如，如果在期间T1内求出N(N为大于或等于2的整数)个第1积分值，则与第1实施方式相比能够将被测定光纤的特性的测定所需的时间缩短为1/N。
[第3实施方式]
图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的光纤特性测定装置的要部结构的框图。如图6所示，本实施方式的光纤特性测定装置2为将图1所示的光纤特性测定装置1所具有的光调制器13设置于脉冲调制器14与定向耦合器15之间的结构。
图1所示的光纤特性测定装置1使得从被测定光纤FUT的一端射入的探测光L1产生单边带光波。与此相对，本实施方式的光纤特性测定装置2使得从被测定光纤FUT的另一端射入的泵浦光L2产生单边带光波。在本实施方式中，从光调制器13输出高频侧的单边带光波。此外，光调制器13也可以设置于光分流器12与脉冲调制器14之间。
在图1所示的光纤特性测定装置1中，在利用光分流器12分流后的探测光L1的光路上设置有光调制器13，在利用光分流器12分流后的泵浦光L2的光路设置有脉冲调制器14。因此，关于图1所示的光纤特性测定装置1，为了补偿因光调制器13以及脉冲调制器14引起的光损耗，有时在各光路上需要光增幅器。与此相对，在本实施方式的光纤特性测定装置2中，在利用光分流器12分流后的泵浦光L2的光路设置有脉冲调制器14以及光调制器13，在探测光L1的光路上未设置光调制器13。因此，关于本实施方式的光纤特性测定装置2，不会因光调制器13而产生探测光L1的光损耗，因此如果从光源部11输出的激光的功率充足，则能够实现在探测光L1的光路上无需光增幅器的低成本的结构。
以上对本发明的实施方式所涉及的光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式，可以在本发明的范围内自由地变更。例如，在上述实施方式中，对利用未图示的A/D变换器将积分器17c的积分结果变换为数字信号的例子进行了说明。然而，也可以将从光检测器16输出的检测信号D1变换为数字信号、且通过数字处理而进行检波装置17的处理。
另外，在上述实施方式中，说明了控制装置18通过对设置于检波装置17的增幅器17b的增益进行控制而改变检测信号D2的极性的例子。然而，也可以省略设置于检波装置17的增幅器17b，利用运算部18a进行与基于增幅器17b的检测信号D2的极性反转相当的处理。例如，如果省略增幅器17b，则图4中的积分值(v12)的极性与积分值(v11)相同。因此，如果增幅器17b能够进行从积分值(v11)减去积分值(v12)的运算，则能够获得与上述实施方式相同的结果。另外，在上述实施方式中，作为将SSB调制器用作偏移部13的结构而进行了说明，但也可以使用强度调制器。
在本说明书中，“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、纵、横、行及列”等表示方向的用语是针对本发明的装置的上述方向而述及的。因此，本发明的说明书中的上述用语应当针对本发明的装置进行相对的解释。
“构成为”之类的用语用于表示为了执行本发明的功能而构成为、或者表示装置的机构、要素、部分。
并且，技术方案中作为“方法及功能”而表述的用语应当包含能够用于执行本发明中包含的功能的所有构造。
“单元”之类的用语用于表示结构要素、单元、硬件、为了执行所需的功能而编制的软件的一部分。硬件的典型例为设备、电路，但并不局限于此。
以上对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。本发明并未受到前述说明的限定，仅由后附的权利要求书来限定。
标号的说明
11 光源部
12 光分流器
13 光调制器
14 脉冲调制器
15 定向耦合器
16 光检测器
17 检波装置
17a 定时调整器
17b 增幅器
17c 积分器
18a 运算部
D1 检测信号
FUT 被测定光纤
L1 探测光
L2 泵浦光
T1、T2 期间

Claims (16)

1.一种光纤特性测定装置，其中，
所述光纤特性测定装置具有：
光源部，其将频率调制后的激光输出；
入射部，其使从所述光源部输出的激光作为连续光以及脉冲光而分别从光纤的一端及另一端射入；
光检测部，其对从所述光纤射出的光进行检测而将检测信号输出；以及
检波部，其基于在能够从所述光纤射出基于所述连续光以及所述脉冲光的散射光的第1期间、和比所述第1期间短的期间且无法从所述光纤射出所述散射光的第2期间的各期间内，以规定时间对所述检测信号进行积分所得的积分值，对所述散射光进行检波，
所述检波部具有：
定时调整器，其在所述第1期间内，从多个不同时刻起以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切，在所述第2期间内，在所述第2期间的开始时刻起至结束时刻为止的期间继续进行所述检测信号的剪切；以及
积分器，其对由所述定时调整器进行了剪切的各个所述检测信号，分别进行所述规定时间内的积分。
2.根据权利要求1所述的光纤特性测定装置，其中，
所述检波部具有运算部，该运算部针对所述积分器的积分值进行预先规定的运算而求出所述散射光。
3.根据权利要求2所述的光纤特性测定装置，其中，
所述检波部具有极性反转部，该极性反转部在所述第1期间以及所述第2期间的任一期间内，使得由所述定时调整器剪切出的所述检测信号的极性反转，
所述运算部对所述第1期间内获得的积分值和所述第2期间内获得的积分值进行加法运算而求出所述散射光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤特性测定装置，其中，
所述第1期间是在所述脉冲光射入至所述光纤之后，直至经过了将所述脉冲光在所述光纤中往返所需的时间与所述脉冲光的时间幅度相加所得的时间为止的期间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤特性测定装置，其中，
所述第2期间是从所述第1期间的经过时刻起直至经过了所述脉冲光的时间幅度为止的期间。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤特性测定装置，其中，
所述规定时间为所述脉冲光的时间幅度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤特性测定装置，其中，
所述入射部具有偏移部，该偏移部使所述连续光以及所述脉冲光中的任一者的光频率偏移，
所述散射光为受激布里渊散射光。
8.根据权利要求7所述的光纤特性测定装置，其中，
所述偏移部具有：
微波发生器，其将微波输出；以及
调制器，其根据从所述微波发生器输出的所述微波而使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的所述光频率偏移。
9.一种光纤特性测定方法，其中，
利用光源部将频率调制后的激光输出，
利用入射部使从所述光源部输出的激光作为连续光以及脉冲光而分别从光纤的一端及另一端射入，
利用光检测部对从所述光纤射出的光进行检测并将检测信号输出，
利用检波部基于在能够从所述光纤射出基于所述连续光以及所述脉冲光的散射光的第1期间、和比所述第1期间短的期间且无法从所述光纤射出所述散射光的第2期间的各期间内，以规定时间对所述检测信号进行积分所得的积分值而对所述散射光进行检波，
所述检波部具有定时调整器以及积分器，
利用所述定时调整器在所述第1期间内，从多个不同时刻起以所述规定时间为单位而进行所述检测信号的剪切，在所述第2期间内，在所述第2期间的开始时刻起至结束时刻为止的期间继续进行所述检测信号的剪切，
利用所述积分器对由所述定时调整器进行了剪切的各个所述检测信号，分别进行所述规定时间内的积分。
10.根据权利要求9所述的光纤特性测定方法，其中，
所述检波部还具有运算部，
利用所述运算部针对所述积分器的积分值进行预先规定的运算而求出所述散射光。
11.根据权利要求10所述的光纤特性测定方法，其中，
所述检波部还具有极性反转部，
利用所述极性反转部在所述第1期间以及所述第2期间的任一期间内使得由所述定时调整器剪切出的所述检测信号的极性反转，
利用所述运算部对所述第1期间内获得的积分值和所述第2期间内获得的积分值进行加法运算而求出所述散射光。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光纤特性测定方法，其中，
所述第1期间是在所述脉冲光射入至所述光纤之后直至经过了将所述脉冲光在所述光纤中往返所需的时间与所述脉冲光的时间幅度相加所得的时间为止的期间。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的光纤特性测定方法，其中，
所述第2期间是从所述第1期间的经过时刻起直至经过了所述脉冲光的时间幅度为止的期间。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的光纤特性测定方法，其中，
所述规定时间为所述脉冲光的时间幅度。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的光纤特性测定方法，其中，
所述入射部具有偏移部，
利用所述偏移部使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的光频率偏移，
所述散射光为受激布里渊散射光。
16.根据权利要求15所述的光纤特性测定方法，其中，
所述偏移部还具有微波发生器以及调制器，
利用所述微波发生器将微波输出，
利用所述调制器根据从所述微波发生器输出的所述微波而使所述连续光以及所述脉冲光的任一者的所述光频率偏移。
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