JP2007139740A - 光ファイバ偏波変動検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】監視箇所と測定領域が離れている場合であっても、測定精度の劣化が少なく、か
つ、測定領域近傍に電源装置が不要なため信頼性が高く、コスト的にも好適な検知装置を
提供する。
【解決手段】光源と、前記光源に接続された往路側通信領域光ファイバと、前記往路通信
領域光ファイバにおいて生じた偏光を低減する偏光低減手段と、外力により光波の偏光状
態の変化を生じさせる測定領域光ファイバと、前記測定領域光ファイバに接続されて、偏
光状態の変化により透過する光波の強度を変化させるフィルター手段と、前記フィルター
手段に接続された復路側通信領域光ファイバと、前記復路側通信領域光ファイバに接続さ
れた受光検出器とを備えたことを特徴とする検知装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバによる検知装置、特に、外力により所定の光ファイバを伝播する
光波に偏光を生じさせ外力の有無や程度を測定する検知装置に関する。このような検知装
置は、例えば、地盤変動による歪・振動や、落石の衝突によって発生する外力を検知する
検知装置として適用される。また、施設内への不法侵入者の有無を検知する検知装置とし
て適用される。

地盤等の崩落や落石の予兆現象を、崩落、落石が予想される箇所に光ファイバを敷設し
、地盤変動による歪・振動や落石の衝突によって発生する外力により、光ファイバ中を進
行する光波に生じた偏光状態の変化を検知する検知装置が知られている。このような検知
装置によって、地盤の崩落・地崩れ、落石の予兆の検知が行われる。

また、光ファイバを使用して、施設内への不法侵入等の防止のために、防護フェンス等
に張り巡らした光ファイバ中で生じた偏光状態の変化を検知し、不法侵入の監視が行われ
ている。

特許文献１（特開２０００−１８２１５８）、特許文献２（特開２０００−４０１８７
）には侵入検知システムが開示されており、それらによれば、侵入検知システムにおいて
、フェンス等に張り巡らした光ファイバに、一方端から半導体レーザ等の光源で光波を入
力し、侵入者がフェンスを引っ張ったり、切断しようとしたりする際に発生する光ファイ
バへの外力によって、当該光ファイバを進行する光波に生じる偏光状態の変化を検知して
侵入者の有無を監視している。
特開２０００−１８２１５８号公報 特開２０００−４０１８７号公報

上述したセンシング系（検知系）を構成する際に、しばしば、侵入箇所等の測定領域（
現場）は、監視箇所（事務所）と離れていることが要求される。

検知システムを構成する場合に既設の通信用光ファイバを利用して検知系を構成することによって、光ファイバ線路の新たな敷設コストをかけずに構築することができる。しか
しながら、偏光状態の変化は、当該測定領域の落石・地崩れ・地盤崩落や侵入者の光ファ
イバへの外力でのみ発生するものではなく、監視箇所と測定領域の間の電柱上、地中埋設
部分、事務所建屋への引き込み部分等々の通信領域の光ファイバ上でも、風による振動、
道路横断部の自動車からの振動、線路上の各種工事等々によって偏光状態の変化が生じる
。これらの通信領域で生じた偏光状態の変化が測定領域で生じた測定目的である偏光状態
の変化に混入する場合には、測定精度の劣化を招くことになる。

このため従来において、監視箇所と測定領域を離間させる場合には、通信領域の光ファ
イバで生じる偏光状態の変化の影響を避けるため、図５に示すごとく構成するのが一般的
であった。即ち、光源１０１、測定領域光ファイバ１０２、偏光検知装置１０３、変換装
置１０４、伝送装置１０５を測定領域近傍に設置し、偏光検知装置１０３で検知、解析し
た結果を変換装置１０４により別途の信号に変換し、伝送装置１０５から電話線や通信用
光ファイバである通信線路１０６を介して監視箇所に設置された監視装置１０７内の受信
装置１０８に発信し、変換装置１０９にて偏光検知情報に再変換してモニタ１１０により
監視するのが一般的であった。

しかしながら、一般に偏光検知装置１０３に含まれるＯ／Ｅ（光電変換器）や偏波解析
装置および変換装置１０４、伝送装置１０５は電源を必要とし、電源装置１１１もまた、
測定領域近傍に設置されることになるが、測定領域は監視領域に比較して悪環境である場
合が多い。例えば、検知装置を山間部における落石検知装置として構成する場合、台風、
洪水、地震等災害発生時に落石が発生する懸念が高いため、特に検知装置の作動が必要と
なるのはこれらの災害の最中あるいはその前後である。このような環境下では、停電した
り、落雷による雷サージが電源線を通じて偏光検知装置や変換装置、伝送装置を破壊した
りして動作できない状態に陥る懸念が高く、装置の信頼性が低かった。また、偏光検知装
置での検知結果を別途に信号として伝送するための高価な変換装置、伝送装置が必要であり、コスト的にも改善の要求があった。

従って、この発明の目的は、監視箇所と測定領域が離れている場合であっても、測定精
度の劣化が少なく、かつ、測定領域近傍に電源装置が不要なため信頼性が高く、コスト的
にも好適な検知装置を提供することにある。

この発明の検知装置の第1の態様は、光源と、前記光源に接続された往路側通信領域光ファイバと、前記往路通信領域光ファイバにおいて生じた偏光を所望の偏光状態とする第１の偏光可変手段と、外力により光波の偏光状態の変化を生じさせる測定領域光ファイバと、前記測定領域光ファイバに接続されて、偏光状態の変化により透過する光波の強度を変化させるフィルター手段と、前記フィルター手段に接続された復路側通信領域光ファイバと、前記復路側通信領域光ファイバに接続された受光検出器とを備えたことを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第２の態様は、前記第１の偏光可変手段は偏光子であることを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第３の態様は、前記光源と前記往路側通信領域光ファイバの間に第１の偏光低減手段を備えたことを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第４の態様は、前記第１の偏光低減手段は、結晶型デポラライザ又は光ファイバ型デポラライザであることを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第５の態様は、前記第１の偏光可変手段は、第２の偏光低減手段であることを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第６の態様は、前記第２の偏光低減手段は、結晶型デポラライザ又は光ファイバ型デポラライザであることを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第７の態様は、前記フィルター手段は、所定の偏光成分のみを透過する偏光子であることを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第８の態様は、前記フィルター手段は、少なくとも１つの偏波保存分波器と、それぞれ異なる偏光成分のみを透過する複数の偏光子とを備えており、前記復路側通信領域光ファイバは、前記複数の偏光子ごとに設けられたことを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第９の態様は、前記フィルター手段は、少なくとも１つの前記偏光子の入光側に１／４波長板をさらに備えたことを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第１０の態様は、前記測定領域光ファイバから前記フィルター手段を経由せずに前記受光検出器に光波を伝播する線路をさらに備えたことを特徴とする検知装置である。

この発明の検知装置の第１１の態様は、前記第２の偏光低減手段と前記測定領域光ファイバの間にさらに第２の偏光可変手段を備えたことを特徴とする検知装置である。

この発明の第１態様によると、往路側通信領域光ファイバで生じた偏光は偏光可変手段で所望の偏光状態とされるため、測定領域の光ファイバで測定に好適な偏光状態を得ることができる。また、測定領域光ファイバで偏光状態の変化が生じたか否かは、フィルター手段を透過した光波の強度変化として検知できるので、仮に復路側通信領域光ファイバで偏光状態の変化が生じても、通常の伝送損失以上の強度変化がない限り測定領域光ファイバで生じた偏光状態の変化の有無及び程度が検知可能で測定精度が損なわれることがない。従って、一般に電源が必要な光源及び受光検出器を測定領域と離間した監視箇所側に設置する場合であっても測定精度の劣化が少なく好適である。即ち、一般に電源が必要な光源及び受光検出器を時に過酷な環境である測定領域近傍に設置する必要がなくなり、このような環境に曝されることによるトラブルを防止できる。

本発明第２態様のごとく、偏光可変手段として偏光子を用いた場合は、該偏光子で完全偏光されるため、事実上、往路側通信領域光ファイバ上で生じた偏光状態をキャンセルすることができる。

更に、本発明第３態様のごとく、光源と往路側通信領域光ファイバの間に偏光低減手段を備える場合は、光源からの完全偏光状態の出力光を偏光低減手段に入力することが可能であり、ある角度で完全偏光した光を入力しないと無偏波状態を出力できないという例えばデポラライザである偏光低減手段の性能を十分に発揮することができる。したがって、好適に無偏波状態の出力が出るように調整することが可能であり、より好適な偏光状態の光波を測定領域光ファイバに伝播することが可能である。

偏光低減手段としては、本発明第４態様のごとく、結晶型デポラライザや光ファイバ型デポラライザは電源を必要とせず、また、市場からの入手も容易であり、好適である。特に結晶型デポラライザは相当長さの光ファイバを収容する必要のある光ファイバ型デポラライザに比べ小型化が容易なためより好適である。

本発明第５態様によると、往路側通信領域光ファイバで生じた偏光は偏光低減手段で低減されるため、測定領域の光ファイバで生じた偏光に混入することがない。また、測定領域光ファイバで偏光状態の変化が生じたか否かは、フィルター手段を透過した光波の強度変化として検知できるので、仮に復路側通信領域光ファイバで偏光状態の変化が生じても、通常の伝送損失以上の強度変化がない限り測定領域光ファイバで生じた偏光状態の変化の有無及び程度が検知可能で測定精度が損なわれることがない。従って、一般に電源が必要な光源及び受光検出器を測定領域と離間した監視箇所側に設置する場合であっても測定精度の劣化が少なく好適である。即ち、一般に電源が必要な光源及び受光検出器を時に過酷な環境である測定領域近傍に設置する必要がなくなり、このような環境に曝されることによるトラブルを防止できる。

本発明第６態様によると、結晶型デポラライザや光ファイバ型デポラライザは電源を必要とせず、また、市場からの入手も容易であり、偏光低減手段として好適である。特に結晶型デポラライザは相当長さの光ファイバを収容する必要のある光ファイバ型デポラライザに比べ小型化が容易なためより好適である。

光波の偏光状態に変化が生じると、所定の偏光成分の強度に変化が生じる。従って、偏
光子を透過する所定の偏光成分の強度は偏光状態の変化によって変化する。本発明第７態様によると、偏光子は電源を必要とせず、また、市場からの入手も容易であり、フィルター手段として好適である。

測定領域で生じる偏光状態の変化は、種々の偏光成分の変化を伴う。本発明第８態様のごとく偏波保存分波器によって光波を複数の偏光子に導く場合には複数の偏光成分ごとに強度変化を検知できるため、偏光状態の変化について、より詳しく、高精度な検知が可能である。

本発明第９態様によると、１／４波長板で位相をずらすことにより、円偏波の変化も検知可能でありさらに好ましい。

本発明第１０態様によると、フィルター手段を経由しない光波も受光検知器に伝播されるので、フィルター手段を経由した光波と比較を行うことにより、より高度な検知が可能である。

ところで、上述の態様においては、偏光低減手段により、測定領域光ファイバに入射する光波は略無偏波の状態になる。しかしながら、測定領域光ファイバやフィルター手段の特性によっては、予め所定の偏光状態とした方が、外力による偏光状態の変化を鋭敏に捉えることができる場合がある。そこで、本発明第１１態様によれば、偏光低減手段と測定領域光ファイバの間に例えば、偏光子などの偏光可変手段を設け、往路側通信領域光ファイバで生じた偏光状態に影響されない偏光状態を作りだすことにより、検知精度を高めることができる。

この発明の検知装置の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１は、この発明の一形態である検知装置を説明する図である。この形態の検知装置は、監視事務所から離れた山間部における落石検知装置として構成されている。

図１に示すように、検知装置は、光源１、光源１に接続された往路側通信領域光ファイ
バ２、往路側通信領域光ファイバ２において生じた偏光を低減する偏光低減手段としての
デポラライザ３、落石の際の外力により偏光状態の変化を生じる測定領域光ファイバ４、
フィルター手段としての偏光子５、偏光子５に接続された復路側通信領域光ファイバ６、
受光検出器７を備えている。本形態において、光源１と受光検出器７は監視箇所である事
務所内に設置されている。

光源１及びＯ／Ｅ変換器７１、偏光解析装置７２を含む受光検出器７は電源を必要する
電子機器であり、その他の要素は電源を必要としない光受動部品である。本形態において
、監視箇所と測定領域は離れているので、通信領域光ファイバ２、６は所定の長さが必要
であり、通信領域光ファイバ２、６上での偏光状態の変化が生じる。しかし、往路側通信
領域光ファイバ２で生じた偏光状態の変化は測定領域入側に設けられたデポラライザ３に
より低減されるので測定領域光ファイバ４に伝播される程度が低減される。落石などが発
生した場合は、その際生じる外力が測定領域光ファイバ４に伝わり、測定領域光ファイバ
４上に偏光状態の変化を生じさせる。

この場合、偏光状態の変化の前後では、偏光子５を透過する所定の偏光成分の強度が変
化するため受光検出器７に伝播される光波の強度が変化する。換言すれば、受光検出器７
に到達した光波の強度変化があるということは測定領域光ファイバ４上で偏光状態の変化
が生じた、即ち落石等による外力が検知されたということである。これは、受光検出器７
に到達する光波がいかなる偏光状態であるかにかかわらず成り立つことである。即ち、偏
光子５と受光検出器７の間にある所定長さの復路側通信領域光ファイバ６上で偏光状態の
変化が生じたとしても落石等の外力の検知には影響を与えることがない。従って、電子機
器と測定領域を離れた場所に設置する際に好適であり、電子機器を測定領域の過酷な環境
に曝す必要がなく結果として信頼性の高い検知装置を構築できる。

図２は、この発明の別の形態である検知装置を説明する図である。
この形態の検知装置は、監視事務所から離れた山間部における落石検知装置として構成さ
れている。

図２に示すように、検知装置は、光源１、光源１に接続された往路側通信領域光ファイ
バ２、往路側通信領域光ファイバ２において生じた偏光を低減する偏光低減手段としての
結晶型デポラライザ３、落石の際の外力により偏光状態の変化を生じる測定領域光ファイ
バ４、フィルター手段５として、偏波保存分波器９と偏光子５１・・５４、及び１／４波
長板５５を備える。即ち、測定領域光ファイバ４を経由した光波は偏波保存分波器内９内
のハーフミラー９１・・９３により４つに分波され、それぞれ、偏光子５１・・５４に導
かれる。偏光子５１・・５４は透過可能な偏波成分がそれぞれ異ならせて構成されている
。

なお、偏光子５４の入光側にはさらに１／４波長板５５が設けられている。偏光子５１
・・５４を透過した光波は偏光子ごとに設けられた復路側通信領域光ファイバ６１・・６
４をそれぞれ伝播し、受光検出器７に到達する。本形態においても、光源１と受光検出器
７は監視箇所である事務所内に設置されている。光源１及び、Ｏ／Ｅ変換器７１１・・７
１４、偏光解析装置７２を含む受光検出器７は電源を必要とする電子機器であり、その他
の要素は電源を必要としない光受動部品である。本形態において、監視箇所と測定領域は
離れているので、通信領域光ファイバ２、６は所定の長さが必要であり、通信領域光ファ
イバ２、６上での偏光が生じる。

しかし、往路側通信領域光ファイバ２で生じた偏光は測定領域入側に設けられた結晶デ
ポラライザ３により低減されるので測定領域光ファイバ４に伝播される程度が低減される
。落石などが発生した場合は、その際生じる外力が測定領域光ファイバ４に伝わり、測定
領域光ファイバ４上に偏光状態の変化を生じさせる。この場合、偏光状態の変化の前後で
は、偏光子５１・・５４を透過する所定の偏光成分の強度が変化するため各復路側通信領
域光ファイバ６１・・６４を経由して受光検出器７に伝播されるいずれかあるいはいずれ
もの光波の強度が変化する。

換言すれば、いずれかの光波の強度変化があるということは測定領域光ファイバ４上で
偏光状態の変化が生じた、即ち落石等による外力が検知されたということである。これは、受光検出器７に到達する光波がいかなる偏光状態であるかにかかわらず成り立つことである。即ち、偏光子５と受光検出器７の間にある所定長さの復路側通信領域光ファイバ６上で偏光が生じたとしても落石等の外力の検知には影響を与えることがない。従って、電子機器と測定領域を離れた場所に設置する際に好適であり、電子機器を測定領域の過酷な環境に曝す必要がなく結果として信頼性の高い検知装置を構築できる。ところで、上記落石等の外力により測定領域光ファイバ４で生じる偏光状態の変化はいかなる偏光成分の変化となって現れるか予測困難な場合がある。

このような場合、測定領域光ファイバ６で生じたいかなる偏光成分の変化も落石等の外
力が作用した結果であり、検出すべきものである。本形態の検知装置においては、測定領
域光ファイバ６を経由した光波を４つに分波し、それぞれ異なる偏光成分を透過可能な偏
光子５１・・５４に導くことで、偏光子５１・・５４のいずれかを透過可能な偏波成分の
変化があれば、その変化を受光検出器７に到達させることが可能である。

また、本形態では、偏光子５４の入光側に１／４波長板を設け、光波の位相をずらすことにより円偏波成分の変化も検知可能であり、４つの偏光子５１・・５４を並列させたフ
ィルタ手段５全体としてより多様な偏光状態の変化を伝播可能である。さらには、複数の
偏光子を並列させることにより、いかなる偏波成分がどの程度変化したかを検知すること
ができ、測定領域光ファイバに作用した外力についてより詳しく検知することができる。
従って、落石検知装置としてより高度な検出力を発揮することができる。

なお、光電変換器７で電気信号に変換されモニターされた信号は例えばデジタルオシロ
スコープ等の偏波解析装置８で信号波形として取り込み、パソコン（ＰＣ）等のソフトウ
エアで、波形パターンとして識別、分類して、落石等が発生したかどうかを判定すること
もできる。

以上のように構成することで、測定領域に設置する装置は無電源で動作する光受動部品
のみで構成することが可能となり、停電等で動作がストップすることが無くなるとともに
、雷撃で破壊されたり、電気的ノイズで誤動作したりすることがなく、また遠隔地の監視
箇所（事務所）と測定領域間に、すでに設置している通信用光ファイバを利用して、信頼
性の高い、ローコストな光ファイバ検知装置を構成することが可能となる。

本形態では、偏光子を４つ利用したが、加えられる外力の性質によっては、その数、及
び透過可能な偏光成分の方向は適宜変更可能である。

図３は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。
この形態の検知装置は、監視事務所から離れた山間部における落石検知装置として構成さ
れている。

図３に示すように、検知装置は、光源１、光源１に接続された往路側通信領域光ファイ
バ２、往路側通信領域光ファイバ２において生じた偏光を低減する偏光低減手段としての
結晶型デポラライザ３、落石の際の外力により偏光状態の変化を生じる測定領域光ファイ
バ４、フィルター手段として、偏波保存分波器９と偏光子５１・・５３、及び１／４波長
板５５を備える。即ち、測定領域光ファイバ４を経由した光波は偏波保存分波器内９内の
ハーフミラー９１、９２により３つに分波され、それぞれ、偏光子５１・・５３に導かれ
る。偏光子５１・・５３は透過可能な偏波成分をそれぞれ異ならせて構成されている。

なお、偏光子５３の入光側にはさらに１／４波長板５５が設けられている。偏光子５１
・・５３を透過した光波は偏光子ごとに設けられた復路側通信領域光ファイバ６１・・６
３をそれぞれ伝播し、受光検出器７に到達する。本形態においては、さらに、ハーフミラ
ー９５で分波された一方の光波を測定領域光ファイバ４からフィルタ手段５を経由せずに
受光検出器７に光波を伝播する線路６５を備えている。従って、フィルター手段５を経由
した光波とフィルター手段５を経由しない光波を受光検出器７において比較可能であり、
より高度な検知をすることができる。

図４は、この発明の一形態である検知装置を説明する図である。
この形態の検知装置は、監視事務所から離れた山間部における落石検知装置として構成さ
れている。

図４に示すように、検知装置は、光源１、光源１に接続された往路側通信領域光ファイ
バ２、往路側通信領域光ファイバ２において生じた偏光を低減する偏光低減手段としての
結晶型デポラライザ３、偏光可変手段としての偏光子３１、落石の際の外力により偏光状
態の変化を生じる測定領域光ファイバ４、フィルター手段としての偏光子５、偏光子５に
接続された復路側通信領域光ファイバ６、受光検出器７を備えている。

本形態において、光源１と受光検出器７は監視箇所である事務所内に設置されている。
光源１及びＯ／Ｅ変換器７１、偏光解析装置７２を含む受光検出器７は電源を必要する電
子機器であり、その他の要素は電源を必要としない光受動部品である。本形態において、
監視箇所と測定領域は離れているので、通信領域光ファイバ２、６は所定の長さが必要で
あり、通信領域光ファイバ２、６上での偏光状態の変化が生じる。しかし、往路側通信領
域光ファイバ２で生じた偏光状態の変化は測定領域入側に設けられた結晶デポラライザ３
により低減されるので測定領域光ファイバ４に伝播される程度が低減される。落石などが
発生した場合は、その際生じる外力が測定領域光ファイバ４に伝わり、測定領域光ファイ
バ４上に偏光状態の変化を生じさせる。

この場合、偏光状態の変化の前後では、偏光子５を透過する所定の偏光成分の強度が変
化するため受光検出器７に伝播される光波の強度が変化する。換言すれば、受光検出器７に到達した光波の強度変化があるということは測定領域光ファイバ４上で偏光状態の変化
が生じた、即ち落石等による外力が検知されたということである。これは、受光検出器７に到達する光波がいかなる偏光状態であるかにかかわらず成り立つことである。即ち、偏
光子５と受光検出器７の間にある所定長さの復路側通信領域光ファイバ６上で偏光状態の
変化が生じたとしても落石等の外力の検知には影響を与えることがない。

従って、電子機器と測定領域を離れた場所に設置する際に好適であり、電子機器を測定
領域の過酷な環境に曝す必要がなく結果として信頼性の高い検知装置を構築できる。さら
に、本形態においては、結晶型デポラライザ３と測定領域光ファイバ４の間に偏光子３１
を設けたため、結晶型デポラライザで往路側通信領域光ファイバ２で生じた偏光状態を取
り除いた後、測定領域光ファイバ４や偏光子５（フィルター手段）の特性に応じた適宜の
偏光状態を作り出すことが可能で、より高精度な検知が可能である。

図５は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。即ち、上述した形態の検知装置においては、光源が往路側通信領域光ファイバと接続され、偏光可変手段が、往路側通信領域光ファイバに接続されて、往路通信領域光ファイバにおいて生じた偏光を所望の偏光状態とするが、この形態の検知装置においては、偏光可変手段が光源と往路側通信領域光ファイバの間に接続されている。

図５に示すように、検知装置は、光源としての半導体レーザ１、半導体レーザ１に接続された、無偏波状態の光を出力する偏光可変手段としてのデポラライザ３、デポラライザ３に接続された往路側通信領域光ファイバ２、往路側通信領域光ファイバ２に接続された偏光子Ｄ、落石の際の外力により偏光状態の変化を生じる測定領域光ファイバ４、偏光のみを透過するフィルター手段としての、所定の偏光成分のみを透過する偏光子５、偏光子５に接続された復路側通信領域光ファイバ６、受光検出器７を備えている。本形態において、光源１、デポラライザ３、および、受光検出器７は監視箇所である事務所内に設置されている。

図１を参照して説明したように、光源１及びＯ／Ｅ変換器７１、偏光解析装置７２を含む受光検出器７は電源を必要とする電子機器であり、その他の要素は電源を必要としない光受動部品である。本形態において、監視箇所と測定領域は離れているので、通信領域光ファイバ２、６は所定の長さが必要である。しかし、光源１と往路側通信領域光ファイバ２の間にデポラライザを接続しているので、半導体レーザの出力光（完全偏光）をデポラライザに入力する際に最適な角度に調整するので、無偏波状態の出力が出るように調整することが可能であり、更に、無偏波状態の光は、通信用光ファイバ上で偏波状態が変わっても、大きな偏光は生じない。更に、偏光子Ｄで完全偏光される。従って、落石などが発生した場合は、その際生じる外力が測定領域光ファイバ４に伝わり、測定領域光ファイバ４上に偏光状態の変化を生じさせる。

この場合、偏光状態の変化の前後では、偏光子５を透過する所定の偏光成分の強度が変化するため偏光が所定の偏光成分を含む場合には偏光子５を透過し、光波が受光検出器７に伝播される光波の強度が変化する。換言すれば、偏光子５を透過し受光検出器７に到達した光波の強度変化があるということは測定領域光ファイバ４上で偏光状態の変化が生じた、即ち落石等による外力が検知されたということである。これは、受光検出器７に到達する光波がいかなる偏光状態であるかにかかわらず成り立つことである。即ち、偏光子５と受光検出器７の間にある所定長さの復路側通信領域光ファイバ６上で偏光状態の変化が生じたとしても落石等の外力の検知には影響を与えることがない。従って、電子機器と測定領域を離れた場所に設置する際に好適であり、電子機器を測定領域の過酷な環境に曝す必要がなく結果として信頼性の高い検知装置を構築できる。

図６は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。

図６に示すように、検知装置は、光源としての半導体レーザ１、半導体レーザ１に接続された、無偏波状態の光を出力する偏光可変手段としてのデポラライザ３、デポラライザ３に接続された往路側通信領域光ファイバ２、往路側通信領域光ファイバ２に接続された偏光子Ｄ、落石の際の外力により偏光状態の変化を生じる測定領域光ファイバ４、偏光のみを透過するフィルター手段５として、偏波保存分波器９と偏光子５１・・５３、及び１／４波長板５５を備える。即ち、測定領域光ファイバ４を経由した光波は偏波保存分波器内９内のハーフミラー９１・・９３により４つに分波され、それぞれ、偏光子５１・・５３に導かれる。偏光子５１・・５３は透過可能な偏波成分がそれぞれ異ならせてそれぞれ４５度づつずらして構成されている。

なお、偏光子５３の入光側にはさらに１／４波長板５５が設けられている。偏光子５１・・５３を透過した光波は偏光子ごとに設けられた復路側通信領域光ファイバ６２・・６４をそれぞれ伝播し、受光検出器７に到達する。本形態においても、光源１、デポラライザ３、および、受光検出器７は監視箇所である事務所内に設置されている。光源１及びＯ／Ｅ変換器７１１・・７１４、偏光解析装置７２を含む受光検出器７は電源を必要とする電子機器であり、その他の要素は電源を必要としない光受動部品である。本形態において、監視箇所と測定領域は離れているので、通信領域光ファイバ２、６は所定の長さが必要である。

しかし、光源１と往路側通信領域光ファイバ２の間にデポラライザを接続しているので、半導体レーザの出力光（完全偏光）をデポラライザに入力する際に最適な角度に調整するので、無偏波状態の出力が出るように調整することが可能であり、更に、無偏波状態の光は、通信用光ファイバ上で偏波状態が変わっても、大きな偏光は生じない。更に、偏光子Ｄで完全偏光される。落石などが発生した場合は、その際生じる外力が測定領域光ファイバ４に伝わり、測定領域光ファイバ４上に偏光状態の変化を生じさせる。この場合、偏光状態の変化の前後では、偏光子５１・・５３を透過する所定の偏光成分の強度が変化するため偏光が所定の偏光成分を含む場合には偏光子５を透過し、光波が各復路側通信領域光ファイバ６１・・６４を経由して受光検出器７に伝播されるいずれかあるいはいずれもの光波の強度が変化する。

換言すれば、いずれかの光波の強度変化があるということは偏光子５を透過し受光検出器７に到達した光波があるということは測定領域光ファイバ４上で偏光状態の変化が生じた、即ち落石等による外力が検知されたということである。これは、受光検出器７に到達する光波がいかなる偏光状態であるかにかかわらず成り立つことである。即ち、偏光子５と受光検出器７の間にある所定長さの復路側通信領域光ファイバ６上で偏光が生じたとしても落石等の外力の検知には影響を与えることがない。従って、電子機器と測定領域を離れた場所に設置する際に好適であり、電子機器を測定領域の過酷な環境に曝す必要がなく結果として信頼性の高い検知装置を構築できる。ところで、上記落石等の外力により測定領域光ファイバ４で生じる偏光状態の変化はいかなる偏光成分の変化となって現れるかをもつか予測困難な場合がある。

このような場合、測定領域光ファイバ４で生じた偏光がいかなる偏光成分の変化をもつものであっても落石等の外力が作用した結果であり、検出すべきものである。本形態の検知装置においては、測定領域光ファイバ４を経由した光波を４つに分波し、それぞれ異なる偏光成分を透過可能な偏光子５１・・５３に導くことで、偏光子５１・・５３のいずれかを透過可能な偏光子を透過可能な偏波成分の変化があれば、その変化を有する光波を受光検出器７に到達させることが可能である。

またなお、偏光は、光波の進行方向に対して水平成分と垂直成分をもっているが上記の角度を４５度ずつずらした３つの偏光子５１・・５３はさまざまな水平成分の偏光のいずれかを透過させるべく並列させたものである。対して、本形態では、偏光子５３の入光側に１／４波長板を設け、光波の位相をずらすことにより円偏波成分の変化も検知垂直成分をもつ偏光を透過可能であり、３つの偏光子５１・・５３を並列させたフィルタ手段５全体としてより多様な偏光状態の変化を伝播透過可能である。さらには、複数の偏光子を並列させることにより、いかなる偏波成分がどの程度変化したかを検知することができ、測定領域光ファイバに作用した外力についてより詳しく検知することができる。

従って、測定領域光ファイバ４がいかなる偏光を生じた場合でもその発生を検知可能で、落石検知装置としてより高度な検出力を発揮することができる。

なお、光電変換器７で電気信号に変換されモニターされた信号は例えばデジタルオシロスコープ等の偏波解析装置８で信号波形として取り込み、パソコン（ＰＣ）等のソフトウエアで、波形パターンとして識別、分類して、落石等が発生したかどうかを判定することもできる。

以上のように構成することで、測定領域に設置する装置は無電源で動作する光受動部品のみで構成することが可能となり、停電等で動作がストップすることが無くなるとともに、雷撃で破壊されたり、電気的ノイズで誤動作したりすることがなく、また遠隔地の監視箇所（事務所）と測定領域間に、すでに設置している通信用光ファイバを利用して、信頼性の高い、ローコストな光ファイバ検知装置を構成することが可能となる。
本形態では、偏光の方向によって、偏光子を４つ利用したが、地盤変移を含む落石加えられる外力の性質によっては、その数、及び透過可能な偏光成分の方向は適宜変更可能である。
上述の各形態の各構成は相互に置換可能である。

また、上述の形態はいずれも落石検知装置として構成したが、検知対象は測定領域光フ
ァイバに外力を及ぼすものであれば種々のものが可能であり、例えば、地盤の歪や振動を
作用させて地割れ、地崩れ、地盤崩落の有無や可能性を検知したり、フェンスに測定領域
光ファイバを張り巡らせて、フェンスに外力を及ぼす侵入者の有無を検知したりできる。
さらには浮き子などの各種プルーブと組合わせて、水位、流量、流速などを検知すること
もできる。さらには、温度、湿度により変形する部材と組合わせて温度検知や湿度検知に
も適用することができる。このような様々な形態において、測定領域の環境が苛酷であり
、測定領域と監視箇所が離れている場合には特に好適である。

また、通信領域光ファイバ及び測定領域光ファイバは、一般的な通信用光ファイバを含
む、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、プラスチック光ファイバ等種
々の光ファイバが適用可能である。偏光低減手段としては結晶型デポラライザの他、ファ
イバ型デポラライザなど種々のものが適用可能である。

また、その他の要素についても、当業界で公知の種々の部品と置換可能である。

図１は、この発明の偏波変動検知装置を説明する図である。 図２は、この発明の偏波変動検知装置の実施例を示す図である。 図３は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。 図４は、この発明の一形態である検知装置を説明する図である。 図５は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。 図６は、この発明のさらに別の形態である検知装置を説明する図である。 図７は、従来の偏波変動検知装置を説明する図である。

符号の説明

１ 光源
２ 往路側通信領域光ファイバ
３ デポラライザ
４ 測定領域光ファイバ
５ 偏光子
６ 復路側通信領域光ファイバ
７ 受光検出器
９ 偏波保存分波器
５５ １／４λ
７２ 偏光解析装置
９１、９２、９３、９５ ハーフミラー
７１１、７１２、７１３、７１４ Ｏ／Ｅ
１００ 従来の偏波変動検知装置
１０１ 光源
１０２ 測定領域光ファイバ
１０３ 偏光検知装置
１０４ 変換装置
１０５ 伝送装置
１０６ 通信線路
１０７ 監視装置
１０８ 受信装置
１０９ 変換装置
１１０ モニタ
１１１ 電源装置

Claims (11)

1. 光源と、前記光源に接続された往路側通信領域光ファイバと、前記往路通信領域光ファイ
   バにおいて生じた偏光を所望の偏光状態とする第１の偏光可変手段と、外力により光波の偏光状態の変化を生じさせる測定領域光ファイバと、前記測定領域光ファイバに接続されて、偏光状態の変化により透過する光波の強度を変化させるフィルター手段と、前記フィルター手段に接続された復路側通信領域光ファイバと、前記復路側通信領域光ファイバに接続された受光検出器とを備えたことを特徴とする検知装置。
2. 前記第１の偏光可変手段は偏光子であることを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
3. 前記光源と前記往路側通信領域光ファイバの間に第１の偏光低減手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の検知装置。
4. 前記第１の偏光低減手段は、結晶型デポラライザ又は光ファイバ型デポラライザであることを特徴とする請求項３に記載の検知装置。
5. 前記第１の偏光可変手段は、第２の偏光低減手段であることを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
6. 前記第２の偏光低減手段は、結晶型デポラライザ又は光ファイバ型デポラライザであることを特徴とする請求項５に記載の検知装置。
7. 前記フィルター手段は、所定の偏光成分のみを透過する偏光子であることを特徴とする請
   求項１から６いずれか１項に記載の検知装置。
8. 前記フィルター手段は、少なくとも１つの偏波保存分波器と、それぞれ異なる偏光成分の
   みを透過する複数の偏光子とを備えており、前記復路側通信領域光ファイバは、前記複数
   の偏光子ごとに設けられたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の検知装
   置。
9. 前記フィルター手段は、少なくとも１つの前記偏光子の入光側に１／４波長板をさらに備
   えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の検知装置。
10. 前記測定領域光ファイバから前記フィルター手段を経由せずに前記受光検出器に光波を伝
    播する線路をさらに備えたことを特徴とする、請求項１から９の何れか１項に記載の検知
    装置。
11. 前記第２の偏光低減手段と前記測定領域光ファイバの間にさらに第２の偏光可変手段を備えたことを特徴とする、請求項５から１０の何れか１項に記載の検知装置。