JP2009031040A - Brillouin scattering measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブリルアン散乱測定装置に関するものであり、特に、被測定用光ファイバに波長の異なる2つのレーザ光を異なる方向から入射させ、その際に生じるブリルアン散乱を測定するためのブリルアン散乱測定装置に関するものである。 The present invention relates to blanking Lil Ann scattering measuring apparatus, in particular, for measuring by the incidence of two laser beams of different wavelengths in the optical fiber to be measured from different directions, the blanking Lil Ann scattering caused during the it relates to blanking Lil Anne scattering measurement device.
従来、光ファイバを利用し、該光ファイバが設置された環境の温度や歪みなどの物理量分布を測定することが行われている。このような光ファイバを用いた物理量の測定方法は、光通信路の保守管理、ダム・堤防等の大規模構造物の保守管理、欠陥・故障についての自己診断機能を有する材料・構造物(スマートマテリアル・ストラクチャ)に利用されている。 Conventionally, an optical fiber is used to measure a physical quantity distribution such as temperature and strain of an environment in which the optical fiber is installed. Such physical quantity measurement methods using optical fibers include: maintenance and management of optical communication paths, maintenance and management of large-scale structures such as dams and dikes, and materials and structures that have self-diagnosis functions for defects and failures (smart It is used for material structure.
光ファイバが設置されている環境における空間歪みや温度などの分布を測定する方法としては、光ファイバ中のブリルアン散乱現象を用いるものが知られている。ブリルアン散乱現象とは、光ファイバ中で周波数の異なる2つの光波がすれ違うと、高周波数の光から低周波数の光へと、光ファイバ中の音響波を介して光のパワーが移動する現象を意味する。 As a method of measuring the distribution of such spatial distortion and temperature in the environment in which the optical fiber is installed, those using blanking Lil Ann scattering phenomenon in the optical fiber is known. The Bed Lil Ann scattering phenomenon, the pass by two light waves of different frequencies in the optical fiber, a phenomenon with a high frequency of light to a low frequency of light, the power of the light travels through the acoustic wave in the optical fiber Means.
しかも、移動するパワーが最大となる周波数差は、光ファイバ中の屈折率や音響波の速度に依存し、これらは光ファイバ周辺の温度や光ファイバに付加された歪みに依存することから、ブリルアン散乱による移動パワーが最大となる周波数差や移動が発生している場所を特定することにより、光ファイバが敷設された空間における温度や歪み分布を測定することが可能となる。 In addition, the frequency difference at which the moving power is maximum depends on the refractive index in the optical fiber and the velocity of the acoustic wave, which depends on the temperature around the optical fiber and the strain applied to the optical fiber. by moving power by Lil Ann scattering to identify where maximum frequency difference becomes and movement has occurred, it is possible to measure the temperature and strain distribution in the optical fiber laid space.
特許文献1においては、ブリルアン散乱を用いた測定方法として、所定の変調周波数で周波数変調された第1の連続発振光と前記所定の変調周波数と等しい変調周波数で周波数変調された第2の連続発振光とを用いるものが述べられている。特に、前記第1の連続発振光を被測定光ファイバの一端面から入射させ、前記第2の連続発振光の中心周波数を周波数シフトし、該周波数シフトにより中心周波数のシフトした前記第2の連続発振光を被測定光ファイバの他端面から入射させ、前記第2の連続発振光の中心周波数の周波数シフト量を変化させて、被測定光ファイバの前記一端面または前記他端面から出射された光のパワーを測定することで、被測定光ファイバにおいて、前記第1および第2の連続発振光の周波数変調の位相が同期し相関値が高まる位置におけるブリルアンゲインスペクトルを測定することを特徴としている。
具体的には、図1に示すように、信号発生回路2で駆動される半導体レーザ1から出射されたレーザ光は、光分岐器3により2つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器4で駆動される光強度変調器5により、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光L1として、被測定光ファイバ6の一端から入射される。なお、プローブ光は、光強度変調器5により生成される低周波側の側波帯が用いられる。
Specifically, as shown in FIG. 1, the laser light emitted from the
また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光L2として、被測定光ファイバ6の他端から入射される。なお必要に応じて、レーザ光L2の被測定光ファイバ6に入射するタイミングを調整するため、光遅延器7が介在されている。
The other branched laser beam is incident from the other end of the measured
被測定光ファイバ6から出射するプローブ光を、サーキュレータなどの光分岐器8で光検出器側に導出し、光波長フィルタ9によりプローブ光L1の周波数(上述した低周波側の側波帯に対応した周波数)の光波を分離透過させ、光検出器10で該光波の光強度を検出するものである。
The probe light emitted from the
また、特許文献2においては、次のような光ファイバ特性測定装置が開示されている。レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光の一部を被測定光ファイバの一端から連続光のプローブ光として入射させる入射手段と、前記光源から出射されたレーザ光の一部の残りをパルス化して前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射させるパルス変調器と、前記被測定光ファイバの他端から出射される光のうち、前記被測定光ファイバに設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出して、前記被測定光ファイバの特性を測定する検出器とを備えることを特徴とする光ファイバ特性測定装置である。
具体的には、図2に示すように、信号発生回路2で駆動される半導体レーザ1から出射されたレーザ光は、光分岐器3により2つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器4で駆動される光強度変調器5により、図1と同様に、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光L1として、被測定光ファイバ6の一端から入射される。
Specifically, as shown in FIG. 2, the laser light emitted from the
また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光L2として、被測定光ファイバ6の他端から入射される。なお、レーザ光L2は、パルス変調器11によりパルス化されている。
The other branched laser beam is incident from the other end of the measured
被測定光ファイバ6から出射するプローブ光は、光分岐器8で光検出器側に導出され、被測定光ファイバ6に設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器12に入射される。タイミング調整器12を通過した光波は、光波長フィルタ9によりプローブ光L1の周波数の光波が選択され、該光波長フィルタ9を通過した光波の光強度が、光検出器10により検出される。
The probe light emitted from the optical fiber to be measured 6 is led out to the optical detector side by the
しかしながら、特許文献1の測定方法では、第1及び第2の連続光が周期的に周波数変調されているため、約10〜50mの周期的ポイントで相関ピークを示す。このため、ブリルアン散乱を測定しても、これらの複数の周期的ポイントを同時に測定することとなる。この問題を解決するためには、測定距離を相関ピークの周期、つまり10−50m以下に制限する必要が生じる。
However, in the measurement method of
特許文献2の測定方法では、パルス変調器とタイミング調整器とにより、上記の制限を解除することができる。しかし、この方法では、測定サンプルが替わるたびにタイミング調整することが必要となり、測定作業が煩雑化する上、自動調整も困難である。
In the measurement method of
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、広範な領域に渡って測定可能でありながら1m以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to solve is to solve the problems as described above, can measure the blanking Lil Ann scattering of the measured optical fiber at 1m or less resolution, yet measurable over a wide area, the to provide a blanking Lil Ann scattering measuring apparatus that can be measured for the optical fiber to easily automated be replaced.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設けたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the invention according to
請求項2に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有することを特徴とする。
In the invention according to
請求項3に係る発明では、レーザ光を出射する2つの光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有することを特徴とする。
In the invention according to
請求項4に係る発明では、請求項1乃至3のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、SSB光変調器を用いることを特徴とする。
The invention according to
請求項5に係る発明では、請求項1乃至4のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設けることにより、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を1m以下の分解能で変化させることが可能となる。しかも、従来のようなタイミング調整器を用いる必要も無いため、被測定用光ファイバが替わっても、パルス変調器とタイミング調整器との間の調整が不要となり、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, a light source that emits laser light, a modulation unit that periodically changes the wavelength of the laser light, a branching unit that branches the laser light emitted from the light source, and one of the branched light sources Frequency conversion means for converting the frequency of the laser light, and a light wave output from the frequency conversion means is incident on one end of the optical fiber for measurement, and the other branched laser light is supplied to the optical fiber for measurement. An optical fiber to be measured configured to be incident on the other end; and a light wave emitted from the other end of the optical fiber to be measured provided between the branch portion and the other end of the optical fiber to be measured. and deriving means for deriving a non-branching portion, the blanking Lil Ann scattering measuring apparatus having a photodetector for detecting light waves derived from the electrically detecting means, pulsed continuous light at an integer multiple of the period of the cycle of the modulation means Pulse conversion means By providing between the light source and the branch portion, it is possible to perform periodic intensity modulation in synchronization with the probe light and the pump light, and the measurement target position can be measured over a wide area. Can be changed with a resolution of 1 m or less. Moreover, since there is no need to use a conventional timing adjuster, adjustment between the pulse modulator and the timing adjuster is not required even if the optical fiber to be measured is changed, and can be easily automated. it is possible to provide a blanking Lil Anne scattering measurement device.
請求項2に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を1m以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項1に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。
According to the invention of
請求項3に係る発明により、レーザ光を出射する2つの光源と、該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、測定対象位置を1m以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項1又は2に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。
According to the invention of
請求項4に係る発明により、請求項1乃至3のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、SSB光変調器を用いるため、プローブ光又はポンプ光のいずれか一方の周波数を容易にシフトすることが可能となる。
The invention according to
請求項5に係る発明により、請求項1乃至4のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であるため、構造物の歪をより高精度に測定することが可能となる。
The invention according to
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図3は、本発明のブリルアン散乱測定装置の第1の実施例を示す図である。
レーザ光を出射する光源として、半導体レーザ20を用いる。半導体レーザ20には、レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段である信号発生器21から、所定周波数f1の信号が入力され、半導体レーザ20からは所定周波数f1で周波数変調されたレーザ光が出射される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
Figure 3 is a diagram showing a first embodiment of the probe drill en scattering measuring apparatus of the present invention.
A
より具体的には、図6に示すように、半導体レーザ20を直流駆動した場合の波長をλ0とすると、所定周波数f1で駆動された場合には、半導体レーザ20から出射するレーザ光bは、波長がλ0±Δλ1の範囲で変動し、変動周期が1/f1となる。
More specifically, as shown in FIG. 6, when the wavelength when the
レーザ光はパルス変換手段であるパルス変換器22により、所定周期T1(通常、周期T1は、T1=N/f1,Nは自然数となる。つまり、変調手段による変調周期の整数倍の周期となる。)のパルス光に変換される。パルス状に変換されたレーザ光は、分岐部を構成する光分岐器23により2つのレーザ光に分岐される。
The laser light is converted into a predetermined cycle T1 (usually, T1 = N / f1, N is a natural number by the
分岐した一方のレーザ光は、周波数を変換する周波数変換手段24により、特定周波数f2による変調を受け、レーザ光の中心周波数が所定量シフトする。具体的には、図6に示すようにレーザ光bがレーザ光cとなるように中心波長が所定の波長シフト量(±Δλ2,ただし、Δλ2=C/f2,Cは伝搬媒体中の光速。)だけシフトする。
One of the branched laser lights is modulated by the specific frequency f2 by the
周波数変換手段24としては、SSB光変調器を使用することができ、マイクロ波発生器により周波数f2のマイクロ波をSSB光変調器に入力し、中心波長がλ0±Δλ2の側波帯を有する光波を発生させる。周波数変換手段を通過した光波をプローブ光として用いる場合には、λ0+Δλ2の低周波側の側波帯が利用される。また、ポンプ光として用いる場合にはλ0−Δλ2の高周波側の側波帯が用いられる。以下では、周波数変換手段から出たレーザ光は低周波側の側波帯を用いる例を中心に説明するが、仮に高周波側の側波帯を用いる場合には、図3における光分岐器23と光分岐器26との間、図4における光分岐器32と光分岐器38との間、図5における半導体レーザ46と光分岐器49との間に、周波数変換手段は配置される。
As the frequency conversion means 24, an SSB optical modulator can be used. A microwave having a frequency f2 is input to the SSB optical modulator by a microwave generator, and a sideband having a center wavelength of λ 0 ± Δλ 2 is obtained. The light wave which has is generated. When the light wave that has passed through the frequency converting means is used as the probe light, the sideband on the low frequency side of λ 0 + Δλ 2 is used. Further, when used as pump light, a sideband on the high frequency side of λ 0 −Δλ 2 is used. In the following, the laser light emitted from the frequency converting means will be described mainly using an example of using the sideband on the low frequency side. However, if the sideband on the high frequency side is used, the
周波数変換手段24から出力された光波は、プローブ光L1として、被測定用光ファイバ25の一端に入射する。また、前記分岐した他方のレーザ光は、ポンプ光L2として該被測定用光ファイバ25の他端に入射するよう構成される。
The light wave output from the
プローブ光とポンプ光とが交差することにより、被測定用光ファイバが配置されている環境における空間歪みや温度などの情報を含んだブリルアン散乱が発生し、ポンプ光の光エネルギーがプローブ光へとパワー移動する。 By the probe light and pumping light intersect, blanking Lil Ann scattering including information such as spatial distortion and temperature in the environment being disposed optical fiber to be measured is generated, the light energy of the pump light probe light Move power to.
本発明においては、パルス変換器22を用いてプローブ光もポンプ光も共にパルス化しているため、広範な領域を有する被測定用光ファイバの内部であっても、1m以下の分解能で、ブリルアン散乱を発生している場所を特定することが可能となる。
In the present invention, since the both pulsed also probe light is also the pump light using a
具体的には、パルス化しない前のプローブ光L1とポンプ光L2を被測定用光ファイバ(長さLの領域)に入射させた際に、図7(a)に示すように、プローブ光とポンプ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れ、このいわば定在波の節に相当する部分でブリルアン散乱現象が発生する。図7(a)で縦軸は、ポンプ光とプローブ光の周波数差の変動振幅である。0は、分岐部3から分岐した2つの光波が互いに等しい光路長で再度合流する点(以下、中間点という)であり、中間点では常に定在波の節が発生している。そして、図7(a)に記載の数字1,2,・・・n,n+1,・・・は、中間点から数えて何番目の節であるかを示したものである。nは自然数である。被測定用光ファイバは、範囲Lで示した領域であり、図7(a)では、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の4つの節(n〜n+3)の位置でブリルアン散乱が測定されることとなる。
Specifically, when the probe light L1 and the pump light L2 before being pulsed are incident on the optical fiber for measurement (region of length L), as shown in FIG. position the frequency difference between the pumping light does not fluctuate periodically appear, blanking Lil Ann scattering phenomenon at a portion corresponding to a node of the speak standing wave is generated. In FIG. 7A, the vertical axis represents the fluctuation amplitude of the frequency difference between the pump light and the probe light. 0 is a point where the two light waves branched from the branching
半導体レーザの中心波長λ0=1550nmとし、半導体レーザの駆動周波数f1=3MHzとする場合に、Δλ1は約0.04nm程度である。次に、周波数変換器に変調周波数10.5GHzを印加した場合の波長シフト量Δλ2は約0.08nmである。プローブ光もポンプ光も共に3MHzで周期的に変動しているため、定在波の節の間隔は、約30m(被測定用光ファイバなどの中心屈折率n=1.457と仮定した場合)となる。
When the center wavelength λ 0 of the semiconductor laser is 1550 nm and the
次に、駆動周波数f1を例えば1割程度(0.3MHz,3MHzから2.7MHzに)変化させた場合には、各節の間隔は約1割程度(3m)、逆に延びることとなる。この様子を示したものが図7(b)であり、この駆動周波数f1の調整により、第1番目の節はX1移動している。第n番目の節に着目すると、Xn(=X1×n)移動している。つまり、X1=3mで、n=16の場合は、Xn=48mとなり、f1を3MHz〜2.7MHzの間で連続的に変化させるだけで、第n番目の節は約50mの範囲を連続的に移動することが可能である。 Next, when the driving frequency f1 is changed, for example, by about 10% (from 0.3 MHz, 3 MHz to 2.7 MHz), the interval between the nodes is about 10% (3 m), which extends conversely. FIG. 7B shows this state, and the first node is moved by X1 by adjusting the driving frequency f1. When attention is paid to the n-th node, Xn (= X1 × n) moves. In other words, when X1 = 3 m and n = 16, Xn = 48 m, and f1 is continuously changed between 3 MHz and 2.7 MHz, and the n-th node has a continuous range of about 50 m. It is possible to move on.
このため、駆動周波数f1の変化量を小さくするだけで容易に1m以下の分解能を実現することが可能となる。また、分解能を高くする他の方法としては、駆動周波数f1を高くするに従い、定在波の節の間隔は狭く設定することができるため、分解能を高くすることも可能となる。例えば、駆動周波数f1を10倍に上げると節の間隔は10分の1(約3m)となる。 For this reason, it is possible to easily realize a resolution of 1 m or less simply by reducing the amount of change in the drive frequency f1. As another method for increasing the resolution, the interval between the nodes of the standing wave can be set narrower as the drive frequency f1 is increased, so that the resolution can be increased. For example, when the driving frequency f1 is increased 10 times, the node interval becomes 1/10 (about 3 m).
ところで、図7(a)のように、被測定用光ファイバの内部には複数の節が存在しているため、単に光ファイバから出射するプローブ光を観察しても、被測定用光ファイバの複数箇所におけるブリルアン散乱の合計を測定することとなる。このため、どの箇所の現象であるか特定することが出来ない。これを避けるため、特許文献2においては、パルス変調器によるポンプ光のパルス化と光検出器に入射するプローブ光の入射タイミングを調整することにより、ブリルアン散乱現象が発生している位置の特定を行っている。
Incidentally, as shown in FIG. 7A, since there are a plurality of nodes inside the optical fiber to be measured, even if the probe light emitted from the optical fiber is simply observed, It becomes possible to measure the total of the probe Lil Anne scattering in a plurality of positions. For this reason, it is impossible to specify which part the phenomenon is. To avoid this, in
しかしながら、特許文献2の方法では、被測定用光ファイバが変化するたびに、パルス変調器やタイミング調整器を調整する必要があり、調整作業が煩雑であり、測定の自動化を困難なものとしていた。
本発明では、上述のパルス変換器22を用いてこの問題を解消している。つまり、プローブ光とポンプ光とを共に、所定周期T1(T1=N/f1,Nは自然数となる。)でパルス化すると、図7(c)又は図7(d)のように、所定位置の現象のみを抽出することが可能となる。具体的には、駆動周波数f1を分周した所定周期T1では、例えば、N=2の場合には図7(c)のように2の倍数番目の節を選択し、N=4では図7(d)のように4の倍数番目の節を選択することとなる。
However, in the method of
In the present invention, this problem is solved by using the
このように、選択する節の数を調節することで、図7(d)のように被測定用光ファイバの中に測定される節を一つとすることができ、このように着目している節を上述のように駆動周波数f1を変化させて移動させることで、被測定用光ファイバの中を広範囲に渡りかつ高い分解能でブリルアン散乱を測定することが可能となる。 Thus, by adjusting the number of nodes to be selected, one node can be measured in the optical fiber to be measured as shown in FIG. by moving the section by changing the driving frequency f1 as described above, it is possible to measure the blanking Lil Ann scattered extensively over and high resolution through the optical fiber to be measured.
被測定用光ファイバ25から出射するプローブ光L1を測定するため、光分岐器23と該被測定用光ファイバ25の他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射するプローブ光L1を該光分岐器23以外に導出する導出手段26を設ける。導出手段は、サーキュレータなどの光分岐器26を用いることが可能である。
In order to measure the probe light L1 emitted from the optical fiber for
光分岐器26により導出されたプローブ光L1は、光検出器27に入力され、プローブ光の光強度が測定される。なお、プローブ光に係る波長光を正確に測定するため、必要に応じて、光検出器27の前段に波長フィルタを配置することも可能である。
The probe light L1 derived by the
なお、本発明に係る第1の実施例においては、光分岐器23、周波数変換器、被測定用光ファイバ、及び光分岐器26が形成する光波が伝播するループ内で、光分岐器23で分岐した2つの光波が再度ループ内で出会う場所(中間点)は、被測定用ファイバ25内に位置しないよう該ループ形成に使用される光ファイバなどの導波路長を調整する必要がある。これは、分岐した光波同士が再度出会う場所は、パルス周期を変化させても変化しないため、被測定用光ファイバ内にそのような場所があると、常にその場所の光ファイバの状態を含む測定結果が観測されるためである。
In the first embodiment according to the present invention, the optical branching
本発明では、パルス変換器22の周期T1と信号発生器21を調整するだけで、被測定用ファイバ内の測定対象位置をより特定できるようになり、広範囲に対してブリルアン散乱現象を測定することが可能となるため、自動化したブリルアン散乱測定装置を提供することが可能である。
In the present invention, only by adjusting the period T1 and the
図4は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第2の実施例を示す図である。
第1の実施例と異なる点は、光分岐器23の前段に配置されていたパルス変換器が、光分岐器32の後段に配置されていることと、該光分岐器32により分岐された各光波をパルス化するためパルス変換器を複数使用すると共に、双方のパルス変換器を同期制御していることである。
Figure 4 is a diagram showing a second embodiment of the probe drill en scattering measuring apparatus according to the present invention.
The difference from the first embodiment is that the pulse converter arranged in the previous stage of the optical branching
パルス変換器33及び36は、同じ周波数のパルスを発生するように、また、パルスを発生するタイミングを調整するための同期制御手段37が配置されている。
同じ周波数のパルスを発生させることにより、第1の実施例の場合と同様に、該パルスの周期を変化させることで、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の特定の節を選択でき、しかも駆動周波数f1を調整することで、広範な領域を測定可能とすると共に、測定分解能を容易に調整することが可能となる。
The
By generating a pulse of the same frequency, as in the case of the first embodiment, by changing the period of the pulse, a specific node of the standing wave generated in the optical fiber for measurement can be changed. In addition, by adjusting the drive frequency f1, it is possible to measure a wide range and easily adjust the measurement resolution.
また、図3では変調周波数f1を大きく可変させて隣の節を測定する必要があるが、パルス変換器33と36のパルスの発生タイミングを調整することで、図7(e)のように、たとえば、あたかも中間点の0が数字1の位置にずれたように調整することができ、これにより隣接する場所にある節を選択することも可能となる。なお、図7では、パルス変換器の所定周期T1を2/f1とした場合の様子を示している。
Further, in FIG. 3, it is necessary to measure the adjacent node by changing the modulation frequency f1 greatly, but by adjusting the pulse generation timing of the
図5は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第3の実施例を示す図である。
第2の実施例と異なる点は、レーザ光源を半導体レーザ40及び46の2つで構成したことである。
Figure 5 is a diagram showing a third embodiment of the probe drill en scattering measuring apparatus according to the present invention.
The difference from the second embodiment is that the laser light source is composed of two
なお、半導体レーザ40,46は、同一の所定周波数で駆動する際には、図5に示すように周波数変換器43を用いて、プローブ光L1又はポンプ光L2の周波数をシフトすることが必要となるが、異なる周波数で駆動する場合には、周波数変換器43が不要となる。
また、同一の所定周波数で半導体レーザを駆動する際には、信号発生器41及び45をいずれか一方のみで共用することも可能である。
When the
Further, when the semiconductor lasers are driven at the same predetermined frequency, the
本発明のブリルアン散乱測定装置は、上述した被測定用光ファイバを、構造物などの内部に埋設された光ファイバとすることにより、構造物の内部歪を測定するための歪測定装置として用いることが可能となる。また、ブリルアン散乱は光ファイバの温度変化にも影響されるため、構造物内部の温度分布測定装置としても使用することが可能である。 Bed Lil Ann scattering measuring apparatus of the present invention, the optical fiber under test as described above, by the inside buried optical fiber, such as the structure, as the strain measuring apparatus for measuring the internal strain of the structure It can be used. Further, Bed Lil Ann scattering because it also affects the temperature change of the optical fiber, it can be also used as a temperature distribution measuring device of the internals.
本発明によれば、広範な領域に渡り、かつ1m以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、しかも、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, over a wide area, and can measure the blanking Lil Ann scattering of the measured optical fiber in the following resolution 1 m, moreover, can easily be automated even replaced is optical fiber under test it becomes possible to provide a blanking Lil Anne scattering measurement device.
1,20,30,40,46 半導体レーザ
2,21,31,41,45 信号発生器
3,23,32 光分岐器
4 マイクロ波発生器
5 光強度変調器
6,25,35,44 被測定用光ファイバ
7 光遅延器
8,26,38,49 光分岐器(導出手段)
9 光波長フィルタ
10,27,39,50 光検出器
11 パルス変調器
12 タイミング調整器
22,33,36,42,47 パルス変換器
24,34,43 周波数変換器
37,48 同期制御手段
1, 20, 30, 40, 46
9
Claims (5)
該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、
該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、
分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、
該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブルリアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設けたことを特徴とするブルリアン散乱測定装置。 A light source that emits laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser beam;
A branching section for branching the laser beam emitted from the light source;
A frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams;
The light wave output from the frequency converting means is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other branched laser beam is incident on the other end of the optical fiber for measurement. Optical fiber,
A derivation means provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and for deriving a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement to other than the branch portion;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
An apparatus for measuring Brillouin scattering, characterized in that pulse conversion means for pulsing continuous light at a period that is an integral multiple of the period of the modulation means is provided between the light source and the branching section.
該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、
該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、
分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、
該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブルリアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、
双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有することを特徴とするブルリアン散乱測定装置。 A light source that emits laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser beam;
A branching section for branching the laser beam emitted from the light source;
A frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams;
The light wave output from the frequency converting means is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other branched laser beam is incident on the other end of the optical fiber for measurement. Optical fiber,
A derivation means provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and for deriving a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement to other than the branch portion;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
Pulse conversion means for pulsing continuous light at a period that is an integral multiple of the period of the modulation means, both between the branching section and one end of the optical fiber to be measured and between the branching section and the deriving means Provided in
A Brillouin scattering measurement apparatus comprising synchronization control means for synchronizing both pulse conversion means.
該レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段と、
該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成された被測定用光ファイバと、
該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブルリアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、
双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有することを特徴とするブルリアン散乱測定装置。 Two light sources that emit laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser beam;
Frequency conversion means for converting the frequency of laser light emitted from one of the light sources;
The light wave output from the frequency converter is incident on one end of the optical fiber for measurement, and the laser beam emitted from the other of the light sources is incident on the other end of the optical fiber for measurement. An optical fiber for measurement;
A derivation means that is provided between the other light source and the other end of the optical fiber to be measured, and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber to be measured, other than the other light source;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
Pulse conversion means for pulsing continuous light at a period that is an integral multiple of the period of the modulation means, between the one light source and one end of the optical fiber to be measured, and between the other light source and the lead-out means In both
A Brillouin scattering measurement apparatus comprising synchronization control means for synchronizing both pulse conversion means.
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