JP2010197170A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で被測定光伝送媒体の特性を正確に測定可能とする。
【解決手段】被測定光伝送媒体から射出されるブリルアン散乱光に基づいて上記被測定光伝送媒体の特性を測定する測定装置であって、基準環境において上記被測定光伝送媒体に音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形を基準波形として取得する基準波形取得手段１３ｅと、測定環境において上記被測定光伝送媒体に上記マルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいてブリルアン散乱光強度を取得し、該ブリルアン散乱光強度に基づいて上記基準波形を周波数軸上で移動してブリルアン周波数シフト量を算出する算出手段１３ｇとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、被測定光伝送媒体から射出されるブリルアン散乱光に基づいて上記被測定光伝送媒体の特性を測定する測定装置に関するものである。

被測定光伝送媒体の１つである被測定光ファイバ中に光パルスを入射することによって発生するブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定することで、被測定光ファイバの長さ方向の歪み分布や温度分布を測定する方法がある。

このような測定方法の中には、いわゆるＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）方式、及びＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）方式の３つの方式が知られている。
ＢＯＴＤＲ方式の測定方法は、歪みや温度に依存して速度が変化する音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の周波数シフト量（以下、ブリルアン周波数シフト量と称する）を測定する方法であり、被測定光ファイバの一端から光パルスを入射することによって得られるブリルアン散乱光を検出してブリルアン周波数シフト量を測定する方法である（特許文献１，２参照）。
一方、ＢＯＴＤＡ方式の測定方法は、被測定光ファイバの一端から光パルスを入射し、被測定光ファイバの他端から連続光を入射し、両光の相互作用によって生じる誘導ブリルアン散乱現象による連続光の変化成分を測定する方法である（特許文献３参照）。
また、ＢＯＣＤＡ方式の測定方法は、時間領域計測とは全く異なる原理にて、ｃｍレベルの高空間分解能を実現可能な方式である。この方式は、被測定光ファイバの一端から入射する光パルスの中心周波数と他端から入射するポンプ光の中心周波数との差が被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の近傍となるように設定し、その上で光パルスあるいはポンプ光の周波数を変調することで、両光の位相が同期する位置において選択的にポンプ光から光パルスへのパワーの移動が発生することに着目したものである（特許文献４）。

ところで、被測定光ファイバの長さ方向におけるある測定対象位置におけるブリルアン周波数シフト量を算出する場合には、上記測定対象位置において発生するブリルアン散乱光の強度を周波数軸上の複数箇所において測定し、これらの測定点を繋ぐ近似曲線を描く。そして、当該近似曲線からブリルアンスペクトルのピーク値すなわちブリルアン周波数を算出して最終的にブリルアン周波数シフト量を算出する。
ところが、精密な近似曲線を描くためには、上記測定点を多数必要とする。このため、被測定光ファイバの全長に亘って正確なブリルアン周波数シフト量を算出する場合には、測定時間が非常に長くなる。

そこで、特許文献５には、被測定光ファイバの長さ方向に位置が変化した場合であっても、上記近似曲線が周波数軸上を平行移動するのみであり、近似曲線のプロファイルが略同一であるとの知見に基づいて、基準環境において取得された基準波形を、測定環境で得られたブリルアン散乱光の強度に基づいて平行移動（フィッティング）させることによってブリルアン周波数シフト量を算出する方法が提案されている。
このような方法によれば、予め基準環境において正確な基準波形を得ていれば、測定環境（すなわち測定時）においては、少ない測定点のみで正確なブリルアン周波数シフト量を算出することができ、短時間で被測定光ファイバの特性を測定することが可能となる。

特許第２５７５７９４号公報 特許第３４８１４９４号公報 特許第２５８９３４５号公報 特許第３６６７１３２号公報 特許第３３９２３６８号公報

しかしながら、上記測定方法によって得られるブリルアンスペクトルは、形状がブロードであるがために被測定光ファイバの歪み分布が上記測定方法の距離分解能以下であったり、測定対象位置が歪みの変曲点であったり、光パルスのパルス幅が変動したりすると、これらの影響によってブリルアンスペクトルの形状が大きく影響される。
このため、上記影響によってブリルアンスペクトルの形状が変化する位置においては上記方法によるフィッティングが行えない。このため、上記方法では、被測定光ファイバの全長に亘るブリルアン周波数シフト量の信頼ある測定を実現できない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、短時間で被測定光伝送媒体の特性を正確に測定可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第１の発明は、被測定光伝送媒体から射出されるブリルアン散乱光に基づいて上記被測定光伝送媒体の特性を測定する測定装置であって、基準環境において上記被測定光伝送媒体に音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形を基準波形として取得する基準波形取得手段と、測定環境において上記被測定光伝送媒体に上記マルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいてブリルアン散乱光強度を取得し、該ブリルアン散乱光強度に基づいて上記基準波形を周波数軸上で移動してブリルアン周波数シフト量を算出する算出手段とを備えるという構成を採用する。
第２の発明は、上記第１の発明において、上記狭窄ブリルアンスペクトル波形が、最大ピーク周波数を含む第１山部と上記最大ピーク周波数を含まない第２山部とを有する場合に、上記算出手段は、上記第１山部を周波数軸上で移動して得られた上記ブリルアン周波数シフト量を、上記第２山部を周波数軸上で移動して得られた上記ブリルアン周波数シフト量に基づいて補正するという構成を採用する。
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記基準波形取得手段が、上記マルチ光パルスの各光パルスが同一音響波によって散乱されて得られる複数のブリルアン散乱光同士を干渉させて上記狭窄ブリルアンスペクトル波形を取得するという構成を採用する。
第４の発明は、上記第１または第２の発明において、上記基準波形取得手段が、上記マルチ光パルスの各光パルスによって誘起された音響波から得られるブリルアン散乱光の強度変化に基づいて上記狭窄ブリルアンスペクトル波形を取得するという構成を採用する。
なお、本発明において、狭窄ブリルアンスペクトル波形とは、被測定光伝送媒体にシングル光パルスを入射した際に得られるブリルアン散乱光に基づいて得られるブリルアンスペクトル波形よりも周波数軸上において狭い幅のブリルアンスペクトル波形を意味する。
また、本発明において、ブリルアン散乱光強度は、ブリルアン散乱光そのものの強度の他、ブリルアン散乱光同士を干渉させた場合の強度を含む意味である。
また、本発明において基準環境とは、被測定光伝送媒体の特性（例えば歪み分布や温度分布）が既知の環境を意味する。
また、本発明において測定環境とは、被測定光伝送媒体の特性が未知の環境を意味する。

本発明によれば、基準環境あるいは測定環境において、被測定光伝送媒体に音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形あるいはブリルアン散乱光強度が得られる。
音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光を用いることによって、被測定光伝送媒体の測定対象位置が歪みの変曲点であったり、光パルスのパルス幅が変動したりした場合であってもこれらに影響されない狭窄ブリルアンスペクトル波形あるいはブリルアン散乱光強度を得ることができる。そして、本発明においては、上記狭窄ブリルアンスペクトル波形及びブリルアン散乱光強度に基づいてブリルアン周波数シフト量を算出するため、被測定光伝送媒体の測定対象位置における歪みの状態や光パルスのパルス幅が変動に影響されずに、正確にブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
また、音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光を用いることによって、被測定光伝送媒体にシングル光パルスを入射した際に得られるブリルアン散乱光に基づいて得られるブリルアンスペクトル波形よりも周波数軸上において幅の狭い狭窄ブリルアンスペクトル波形が得られる。このため、被測定光伝送媒体の歪み分布が本発明における距離分解能以下となる虞を低減させることができる。このため、本発明によれば正確にブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
また、本発明によれば、測定環境において、ブリルアン散乱光強度に基づいて基準波形を周波数軸上で移動することによってブリルアン周波数シフト量を算出する。このため、少ない測定点（ブリルアン散乱光強度）に基づいてブリルアン周波数シフト量を算出することができ、短時間でブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
したがって、本発明によれば、短時間で被測定光伝送媒体の特性を正確に測定可能とすることが可能となる。

本発明の第１実施形態における光ファイバ特性測定装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における光ファイバ特性測定装置が備える信号処理部の機能ブロック図である。 シングル光パルスのブリルアンスペクトル波形を示す図である。 狭窄ブリルアンスペクトル波形を示す図である。 本発明の第２実施形態における光ファイバ特性測定装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における光ファイバ特性測定装置が備える信号処理部の機能ブロック図である。 パルス列の波形図である。 パルス列の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に一致する場合の音響波の振幅変化を示す図である。 パルス列の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量から外れた場合の音響波の振幅変化を示す図である。 パルス列の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に一致する場合の音響波によるブリルアン散乱光の強度を示す図である。 パルス列の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量から外れた場合の音響波によるブリルアン散乱光の強度を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る測定装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、被測定光伝送媒体の１つである被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置に本発明の測定装置を適用した形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡの機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡは、光源１、分岐カプラ２、光パルス発生回路３、光増幅器４、光方向性結合器５、光コネクタ６、バランス受光回路７、第１増幅器８、信号発生部９、ミキサ１０、ローパスフィルタ１１、第２増幅器１２、信号処理部１３、表示部１４及び制御部１５を備えている。

光源１は、狭線幅のコヒーレント光Ｌａを発光するものであり、例えば、１．５５μｍ帯のＭＱＷ−ＤＦＢ（多重量子井戸−分布帰還型）半導体レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態において、光源１が発光するコヒーレント光Ｌａの周波数は、周波数ｆ_０として表すものとする。

分岐カプラ２は、入射ポート１つと出射ポート２つを有する１×２の光分岐結合器であって、入射ポートに入射したコヒーレント光Ｌａを２つの出射ポートに分割し、それぞれコヒーレント光Ｌｂ，Ｌｃとして出射するものである。

光パルス発生回路３は、高速光スイッチ等であって、スイッチのオン／オフによってコヒーレント光Ｌｂから、要求される空間分解能を達成しうるパルス幅数ｎ秒程度の光パルスを生成して被測定光ファイバＦに向けて出射するものである。そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、光パルス発生回路３によって、単一の光パルスではなく、パルス幅数ｎ秒の光パルスが２つ連続されたパルス列Ｌｄ（マルチ光パルス）が生成される。

このパルス列Ｌｄが有する２つの光パルスのうち、先に生成される第１光パルスと、後に生成される第２光パルスとの時間間隔は、被測定光ファイバＦ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされ、好ましくは１０ｎ秒以下であることが望ましい。なお、ここで言う音響波の寿命とは、広義には、被測定光ファイバＦの内部に発生する音響波の寿命であり、所定の音響波が発生してから消滅するまでの時間を含むものである。しかしながら、後述する基準波形をより確実に生成するためには、音響波のエネルギがピークパワーから該ピークパワーの５％以下になるまでの時間とすることが好ましい。例えば、音響波のエネルギが下式（１）に基づいて減衰するものとした場合には、ピークパワーが５％以下にまるまでの時間とは、（ｔ＞３Τａ）となるまでの時間と示すことができる。ただし、式（１）においてΤａは音響波の減衰時間である。
ｅｘｐ［−ｔ／Τａ］……（１）

また、パルス列Ｌｄの発生周期は、被測定光ファイバＦの長さ（すなわち、距離レンジ）に依存しており、例えば１０ｋｍの距離レンジであれば、その発生周期は２００μ秒程度であり、１ｋｍの距離レンジであればその発生周期は２０μ秒である。

光増幅器４は、Ｅｒ（エルビウム）ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器などであって、入射するパルス列Ｌｄを所定のレベルにまで増幅して出射するものである。

光方向性結合器５は、光サーキュレータ等が用いられる。この光方向性結合器５は、入射ポートに入射したパルス列Ｌｄを出射／入射ポートから出射するとともに、光コネクタ６を介して出射／入射ポートに入射される被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅを出射ポートから出射するものである。

光コネクタ６は、光方向性結合器５の出射／入射ポートと被測定光ファイバＦの片側端部とを接続するものであり、光方向性結合器５から入射するパルス列Ｌｄを被測定光ファイバＦに向けて出射するとともに、被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅを光方向性結合器５に向けて出射する。

ここで、被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅに含まれる光信号のうち、自然ブリルアン散乱光（ブリルアン散乱光）は、被測定光ファイバＦに入射されたパルス列Ｌｄの周波数すなわちコヒーレント光Ｌａの周波数ｆ_０に対して約９〜１２ＧＨｚ周波数がシフトしている。つまり、周波数のシフト量（ブリルアン周波数シフト量）をｆｓとすれば、戻り光Ｌｅの周波数ｆｂには“ｆ_０±ｆｓ”が含まれることとなる。一方、戻り光Ｌｅに含まれる光信号のうち、レイリー散乱光やフレネル反射光に関しては周波数シフト量ｆｓが“０”であることから、戻り光Ｌｅの周波数ｆｂには、“ｆ_０”が含まれることとなる。
なお、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、被測定光ファイバＦに入射されるパルス列Ｌｄは、時間間隔が音響波の寿命以下の時間間隔とされた第１光パルスと第２光パルスとを有している。このため、被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅには、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光と第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光とが含まれている。

バランス受光回路７は、コヒーレント光Ｌｃと戻り光Ｌｅとを合波することによって得られる光信号を電気信号に変換するものであり、合分岐カプラ７１と光−電気変換回路７２とを備える。
合分岐カプラ７１は、上記分岐カプラ２から出射された周波数ｆ_０のコヒーレント光Ｌｃと光方向性結合器５を介して出射された周波数ｆｂ（＝“ｆ_０±ｆｓ”、 “ｆ_０”）の戻り光Ｌｅとを合波することによって光信号Ｌｆを得るものである。なお、光信号Ｌｆの周波数成分は、 “ｆ_０”と、“ｆ_０±ｆｓ”との３つの周波数成分となる。
光−電気変換回路７２は、光信号Ｌｆを電気信号Ｓａに変換して直流と“ｆｓ”を出力するものである。
ここで、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、上述のように、被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅには、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光と第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光が含まれている。このため、合分岐カプラ７１での合波によって生じる光信号Ｌｆ及びこの光信号Ｌｆから変換される電気信号Ｓａについても、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分と、第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分とが含まれることとなる。そして、第１光パルスと第２光パルスとは、音響波の寿命以下の時間間隔を有しているため、バランス受光回路７から出力される電気信号Ｓａには、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分と、第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分とが、第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔と同一の時間間隔に相当する遅延差をもって含まれている。

第１増幅器８は、ミキサ１０（後述）が処理するのに適したレベルまで電気信号Ｓａを増幅して出力するものである。
なお、電気信号Ｓａに含まれる周波数成分のうち、直流成分は電気回路を交流結合等することによって除去するものとする。

信号発生部９は、正弦波のＲＦ（無線周波数）信号１０ａを混合用信号として発生させる信号発生回路９ａと、ＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒを設定する制御回路９ｂとによって構成されている。なお、本実施形態において、周波数ｆｒは、ブリルアン周波数シフト量ｆｓの近傍である約８〜１２ＧＨｚの範囲で可変される。このように、信号発生部９において周波数ｆｒを可変することによって、電気信号Ｓａのスペクトル（すなわちブリルアン散乱光のスペクトル）が測定可能となる。

ミキサ１０は、バランス受光回路７から出力される電気信号Ｓａと信号発生部９から出力されるＲＦ信号１０ａを混合して、電気信号Ｓａの周波数をＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒだけ低下させた電気信号Ｓｂ（ベースバンド信号）を出力する。ここで、ＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒは戻り光の周波数シフト量ｆｓの近傍に設定されているため、上述した２つの周波数成分のうち、周波数シフト量ｆｓの値を周波数ｆｒだけ低減させた周波数成分が直流成分（ベースバンド）に近づくことになる。したがって、この周波数成分は、ミキサ１０の後段に位置する電気回路（すなわち、ローパスフィルタ１１、第２増幅器１２、信号処理部１３）で容易に処理可能な周波数領域となる。
ここで、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、バランス受光回路７から、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分と、第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分とが、第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔と同一の時間間隔に相当する遅延差をもって含まれた電気信号Ｓａが出力される。このため、ミキサ１０から出力される電気信号Ｓｂにも、第１光パルスが音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分と、第２光パルスが同一音響波によって散乱されたブリルアン散乱光の成分とが、第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔と同一の時間間隔に相当する遅延差をもって含まれている。
ここでは、所望の電気信号Ｓｂを得るためにミキサ１１、信号発生部９を用いたが、合波に用いるコヒーレント光を光周波数変換して上記ブリルアン散乱光に略一致する光周波数を有するコヒーレント光を生成し、該コヒーレント光を合波することで同様な効果が得られる。あるいはパルス列Ｌｄをブリルアン周波数シフト量に略一致する周波数だけシフトさせる光周波数変換器を用いても同様の効果が得られる。

ローパスフィルタ１１は、ミキサ１０から出力される電気信号Ｓｂに含まれるノイズ等の高周波成分を除去してＳ／Ｎ比（信号／ノイズ比）を向上させるための回路である。

第２増幅器１２は、ローパスフィルタ１１から出力される電気信号Ｓｂを信号処理部１３に適したレベルまで増幅するものである。

信号処理部１３は、ブリルアン散乱光の成分を含む電気信号Ｓｂに基づいて基準波形を算出すると共に、ブリルアン散乱光成分を含む電気信号Ｓｂに基づいてブリルアン周波数シフト量を算出して被測定光ファイバＦの特性を算出するものである。
この信号処理部１３は、図２の機能ブロック図に示すように、Ａ／Ｄコンバータ１３ａと、遅延部１３ｂと、加算部１３ｃと、二乗検波処理部１３ｄと、基準波形作成部１３ｅ（基準波形取得手段）と、基準波形記憶部１３ｆと、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇ（算出手段）と、特性算出部１３ｈとを備えている。

Ａ／Ｄコンバータ１３ａは、第２増幅器１２から入力されるアナログの電気信号Ｓｂをデジタル信号に変換して並列に出力する。遅延部１３ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１３ａから出力されたデジタル信号の一方を第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔分だけ遅延させる。加算部１３ｃは、遅延部１３ｂにおいて遅延されたデジタル信号と、遅延部１３ｂに入力されずに遅延されていないデジタル信号との和をとることによって干渉信号を生成する。二乗検波処理部１３ｄは、干渉信号を二乗検波処理するものである。
なお、アナログの電気信号Ｓｂを分岐させ、各々を別のＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換しても良い。また、アナログの電気信号Ｓｂを分岐させ、デジタル信号に変換する前に、上記遅延及び加算を行っても良い。また、二乗検波処理としてソフトウェアを用いた処理を想定しているため、いずれの構成も、Ａ／Ｄコンバータを備えているが、二乗検波処理としてハードウェアを用いた処理を行う場合には、信号処理部１３は、必ずしもＡ／Ｄコンバータを備える必要はない。

さて、ブリルアン散乱光は、被測定光ファイバＦ中の同一の音響波に光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光同士が干渉し、異なる音響波に光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光同士が干渉しないという特性を有している。また音響波は速度を有しているものの、光パルスの速度に対して極めて遅いため、同一の音響波に光パルスが散乱されることによって生成されたブリルアン散乱光同士は、被測定光ファイバＦ中の同一箇所にて生成されたものと考えることができる。すなわち、ブリルアン散乱光同士が、被測定光ファイバＦ中の同一箇所にて生成されたものであれば干渉するが、被測定光ファイバＦ中の異なる箇所にて生成されたものであれば干渉しない。
ここで、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔が、被測定光ファイバＦ中の音響波の寿命以下とされている。このため、被測定光ファイバＦ中の所定の音響波にて第１光パルスが散乱することによってブリルアン散乱光が生成されると、同一の音響波によって第２光パルスも散乱され、戻り光Ｌｅに干渉可能なブリルアン散乱光が含まれることとなる。よって、信号処理部１３において両者を時間を合わせて和をとることにより干渉信号を生成することが可能となっている。つまり、この干渉信号は、パルス列Ｌｄの各光パルスが同一音響波によって散乱されて得られるブリルアン散乱光同士を干渉させた成分を含んでいる。

基準波形作成部１３ｅは、被測定光ファイバＦの特性が把握された基準環境とされた状態で、ＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒが周波数シフト量ｆｓの近傍で可変されて上記処理が繰り返されることによって入力される複数の上記干渉信号に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形（基準波形）を算出するものである。
なお、コヒーレント光Ｌａが光源１から射出されてその戻り光Ｌｅに基づく干渉信号が信号処理部１３に入力されるタイミングは、被測定光ファイバＦの距離に依存する。このため、干渉信号の取得タイミングを変化させることによって被測定光ファイバＦの長さ方向における全ての箇所（測定対象位置）からのブリルアン散乱光の成分を含む干渉信号を取得することができる。そして、基準波形作成部１３ｅは、被測定光ファイバＦの長さ方向の全長に亘って上記基準波形を算出する。

ここで、被測定光ファイバＦのある一箇所からのブリルアン散乱光について考えると、パルス列Ｌｄの第１光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光に基づくブリルアンスペクトル波形は、従来測定方法のように、シングル光パルスのみを被測定光ファイバＦに入射した場合と同様に、図３に示すようなブロードなものとなる。また、パルス列Ｌｄの第２光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光に基づくブリルアンスペクトル波形も、第１光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光に基づくブリルアンスペクトル波形と同様に、ブロードなものとなる。一方、第１光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光に基づくブリルアンスペクトル波形と、第２光パルスが散乱することによって生成されたブリルアン散乱光に基づくブリルアンスペクトル波形とを干渉させた場合には、図４に示すような狭窄化されて急峻となったブリルアンスペクトル波形が得られる。
つまり、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいて、電気信号Ｓｂに含まれる第１光パルスが被測定光ファイバＦのある一箇所で散乱されて生成されたブリルアン散乱光の成分と第２光パルスが被測定光ファイバＦのある一箇所で散乱されて生成されたブリルアン散乱光の成分と干渉されて得られる干渉信号に基づくブリルアンスペクトル波形は、上述の図４に示すような狭窄化されたブリルアンスペクトル波形となる。このようなブリルアン散乱光同士を干渉させて得られる狭窄ブリルアンスペクトル波形は、干渉される前のブリルアンスペクトル波形の形状に影響されずに狭窄化される。そして、基準波形作成部１３ｅは、この図４に示すような狭窄化されたブリルアンスペクトル波形を狭窄ブリルアンスペクトル波形として取得し、この狭窄ブリルアンスペクトル波形を基準波形とする。
なお、上述のように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいて狭窄ブリルアンスペクトル波形とは、被測定光ファイバＦにシングル光パルスを入射した際に得られるブリルアン散乱光に基づいて得られるブリルアンスペクトル波形よりも周波数軸上において狭い幅のブリルアンスペクトル波形を意味する。

また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいて基準波形作成部１３ｅは、基準波形を近似曲線化した関数として算出する。ここでは、基準波形作成部１３ｅは、基準波形を下式（１）の関数にて示される２次曲線に近似する。なお、下式（１）においてＰが信号レベル、νが波長、ａ，ｂ，ｃが係数である。
Ｐ＝ａν^２＋ｂν＋ｃ （１）

また、図４に示すように、狭窄ブリルアンスペクトル波形は、最大ピーク周波数νｐを含む中央山部Ａ（第１山部）と、最大ピーク周波数νｐを含まない側山部Ｂ（第２山部）とを有している。そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいて基準波形作成部１３ｅは、上式（１）を用いて中央山部Ａを近似した下式（２）と、上式（１）を用いて２つの側山部Ｂを近似した下式（３），（４）を基準波形として算出する。
Ｐ_１＝ａ_１ν^２＋ｂ_１ν＋ｃ_１ （２）
Ｐ_２＝ａ_２ν^２＋ｂ_２ν＋ｃ_２ （３）
Ｐ_３＝ａ_３ν^２＋ｂ_３ν＋ｃ_３ （４）

図２に戻り、基準波形記憶部１３ｆは、上記基準波形作成部１３ｅにおいて算出された基準波形、すなわち本実施形態においては上式（２）〜（４）を記憶する。

ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、被測定光ファイバＦの特性が把握された基準環境下において、入力される上記干渉信号の強度（ブリルアン散乱光強度）を取得し、この信号レベルと上記基準波形記憶部１３ｆに記憶された基準波形とに基づいてブリルアン周波数シフト量を算出するものである。
そして、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、入力される干渉信号が示す被測定光ファイバＦ上の位置に相当する基準波形を基準波形記憶部１３ｆから取得し、当該基準波形を上記干渉信号の信号レベルに基づいて周波数軸上において平行移動してブリルアン周波数シフト量を算出する。

具体的には、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、Δνを周波数変化量とする下式（５）、及び基準波形の最大ピーク周波数νｐを記憶しており、上式（２）と下式（５）を用いてΔνを算出し、当該Δνに基づいて基準波形を平行移動する。そして、平行移動後の基準波形から、移動後の最大ピーク周波数を算出する。
Ｐ＝ａ（ν＋Δν）^２＋ｂ（ν＋Δν）＋ｃ （５）

なお、Δνの解は、２つ算出される。つまり、基準波形の平行移動方向が、高周波数側に移動する場合と、低周波数側に移動される場合との２つのパターンが考えられる。このため、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、入力された干渉信号の周波数において干渉信号の強度と基準波形における強度とを比較して、Δνの最終解を決定する。
具体的には、干渉信号の周波数が基準波形における強度の増加領域である場合において、干渉信号の強度が基準波形の強度よりも大きいことは測定環境における狭窄ブリルアンスペクトル波形が基準波形よりも低周波数側に平行移動していることを示すため、基準波形を低周波数側に平行移動させてΔνの最終解を決定する。また、干渉信号の周波数が基準波形における強度の増加領域である場合において、干渉信号の強度が基準波形の強度よりも小さいことは測定環境における狭窄ブリルアンスペクトル波形が基準波形よりも高周波数側に平行移動していることを示すため、基準波形を高周波数側に平行移動させてΔνの最終解を決定する。
一方、干渉信号の周波数が基準波形における強度の減少領域である場合において、干渉信号の強度が基準波形の強度よりも大きいことは測定環境における狭窄ブリルアンスペクトル波形が基準波形よりも高周波数側に平行移動していることを示すため、基準波形を高周波数側に平行移動させてΔνの最終解を決定する。また、干渉信号の周波数が基準波形における強度の減少領域である場合において、干渉信号の強度が基準波形の強度よりも小さいことは測定環境における狭窄ブリルアンスペクトル波形が基準波形よりも低周波数側に平行移動していることを示すため、基準波形を低周波数側に平行移動させてΔνの最終解を決定する。

また、本実施形態においては、基準波形として、上式（２）の他、狭窄ブリルアンスペクトル波形の側山部Ｂを示す式（３），（４）が基準波形記憶部１３ｆに記憶されている。そして、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、各々の側山部Ｂの周波数範囲に含まれる干渉信号を取得し、これらの干渉信号の信号レベルと上式（３），（４），（５）を用いて、側山部Ｂの周波数変化量を算出し、上述のように上式（２）と上式（５）を用いて算出した中央山部Ａの周波数変化量Δνが正しいかを判定し、側山部Ｂの周波数変化量と中央山部Ａの周波数変化量Δνが異なる場合には、必要に応じて中央山部Ａの周波数変化量Δνの補正を行う。具体的には、例えば、側山部Ｂの周波数変化量と中央山部Ａの周波数変化量Δνとを平均化した値を最終的な中央山部Ａの周波数変化量Δνとする。

なお、狭窄ブリルアンスペクトル波形は、第１光パルスと第２光パルスの時間間隔に依存して中央山部Ａと側山部Ｂとの間隔が変化するものの、被測定光ファイバＦの特性変化によっては中央山部Ａと側山部Ｂとの間隔が変化せず、周波数軸上を移動するのみである。つまり、狭窄ブリルアンスペクトル波形は、被測定光ファイバＦの特性変化によって、周波数軸上を平行移動するのみである。また、狭窄ブリルアンスペクトル波形の周波数軸上の移動可能範囲は予め推測することができる。したがって、上記中央山部Ａと側山部Ｂとの間隔及び狭窄ブリルアンスペクトル波形の周波数軸上の移動可能範囲に基づくことによって、中央山部Ａ及び側山部Ｂの各々の周波数範囲に含まれる干渉信号を容易に取得することが可能となる。
本実施形態の被測定光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、中央山部Ａ及び側山部Ｂの各々の周波数範囲に含まれる干渉信号を取得する場合には、ＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒが可変される。しかしながら、例えば信号発生部９及びミキサ１０を３つ並列に設置することによって、中央山部Ａ及び側山部Ｂの各々の周波数範囲に含まれる干渉信号を一度に取得することもできる。

特性算出部１３ｈは、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇによって算出されたブリルアン周波数シフト量に基づいて被測定光ファイバＦの特性を算出するものである。この特性算出部１３ｈは、例えば、ブリルアン周波数シフト量と、被測定光ファイバＦの歪み量や温度とが関連付けられたテーブルを記憶している。

図１に戻り、表示部１４は、特性算出部１３ｈによって算出された被測定光ファイバＦの特性を可視化して表示するものであり、ディスプレイ等を用いることができる。

制御部１５は、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡ全体の制御を行うものである。そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいて制御部１５は、信号処理部１３と電気的に接続されており、信号処理部１３に基準波形の算出や被測定光ファイバＦの特性の算出を指示する。

次に、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡの動作について説明する。なお、以下の動作説明においては、第１光パルスと第２光パルスとが被測定光ファイバＦ中において同一の音響波に到達することを前提とする。

まず制御部１５は、基準波形の取得を行う。具体的には、制御部１５は、被測定光ファイバＦの特性が把握された状態で、光源１からコヒーレント光Ｌａを射出する。
光源１からコヒーレント光Ｌａが出射されると、コヒーレント光Ｌａは、分岐カプラ２に入射し、分岐カプラ２によって光パルス発生回路３へ出射されるコヒーレント光Ｌｂと、バランス受光回路７へ出射されるコヒーレント光Ｌｃとに分岐される。
コヒーレント光Ｌｂが光パルス発生回路３に入射すると、光パルス発生回路３によって、コヒーレント光Ｌｂから、被測定光ファイバＦ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされる第１光パルスと第２光パルスとからなるパルス列Ｌｄが生成される。

パルス列Ｌｄは、光増幅器４によって増幅された後、光方向性結合器５の入射ポートに入射する。その後、パルス列Ｌｄは、光方向性結合器５の出射／入射ポートから出射され、光コネクタ６を介して被測定光ファイバＦの片側端部から入射する。

このように、被測定光ファイバＦの片側端部からパルス列Ｌｄが入射すると、被測定光ファイバＦ中において、第１光パルスと第２光パルスとが同一音響波に到達することによって、ブリルアン散乱光が発生する。このため、被測定光ファイバＦからの戻り光Ｌｅには、第１光パルスが音響波によって散乱されて生成されたブリルアン散乱光の成分と第１２光パルスが同一音響波によって散乱されて生成されたブリルアン散乱光の成分とが、第１光パルスと第２光パルスとの時間間隔を有して含まれている。

このような戻り光Ｌｅは光コネクタ６を介して光方向性結合器５の出射／入射ポートから入射された後、出射ポートから出射されてバランス受光回路７に入射する。
バランス受光回路７に入射した戻り光Ｌｅは、合分岐カプラ７１によってコヒーレント光Ｌｃと合波される。これによって光信号Ｌｆが生成され、この光信号Ｌｆが光−電気変換回路７２によって電気信号Ｓａに変換される。

電気信号Ｓａは、第１増幅器８によって増幅され、この際、自らが含む周波数成分のうち直流成分が除去される。そして、増幅された電気信号Ｓａは、ミキサ１０に入力される。
一方、信号発生部９では、制御回路９ｂが信号発生回路９ａを制御することによって、周波数シフト量ｆｓの近傍に設定された周波数ｆｒのＲＦ信号１０ａが生成される。そして、このＲＦ信号１０ａもミキサ１０に入力される。
この結果、電気信号ＳａとＲＦ信号１０ａとが混合される。このように、電気信号ＳａとＲＦ信号１０ａとを混合して電気信号Ｓａの周波数を周波数ｆｒだけ低下させると、周者数シフト“ｆｓ”の周波数成分が直流成分の近くまで低減され、その結果、ベースバンド領域まで周波数ダウンした電気信号Ｓｂが得られる。
そして電気信号Ｓｂはローパスフィルタ１１にて高周波成分を除去され、第２増幅器１２で増幅された後に信号処理部１３に入力する。

信号処理部１３に入力した電気信号Ｓｂは、Ａ／Ｄコンバータ１３ａによってデジタル信号に変換されて並列に出力され、その一方が、第１光パルスと第２光パルスの時間間隔分だけ遅延部１３ｂによって遅延された後、並列出力された各々が加算器において加算される。これによって干渉信号が生成され、当該干渉信号は二乗検波処理部１３ｄによって処理された後、基準波形作成部１３ｅに入力する。

そして、制御部１５は、ＲＦ信号１０ａの周波数ｆｒを可変しながら、上記工程を繰り返し行う。これによって基準波形作成部１３ｅに、周波数軸上に分散した複数の干渉信号が蓄積される。基準波形作成部１３ｅは、このように蓄積された複数の干渉信号から、上述のように基準波形（上式（２）〜（４））を算出する。
なお、制御部１５の制御の下、信号処理部１３の電気信号Ｓｂの入力タイミングが変化され、さらに上記工程が繰り返されることによって、基準波形作成部１３ｅは、被測定光ファイバＦの全長に亘って基準波形を算出する。
そして、このような基準波形が基準波形記憶部１３ｆに記憶されることによって、基準波形の取得が完了する。

続いて、制御部１５は、被測定光ファイバＦの特性が把握されていない測定環境において、被測定光ファイバＦの特性を算出する。具体的には、制御部１５は、光源１からコヒーレント光Ｌａを射出する。なお、干渉信号が生成されて二乗検波を行うまでの工程は、上述の基準波形を取得する工程と同一であるため、説明を省略する。
そして、生成された干渉信号は、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇに入力する。ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、入力された干渉信号の強度に基づいて、基準波形記憶部１３ｆに記憶された基準波形を周波数軸上において平行移動させることによって、ブリルアン周波数シフト量を算出する。
その後、特性算出部１３ｈが、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇにおいて算出されたブリルアン周波数シフト量に基づいて被測定光ファイバＦの特性を算出する。
最後に、表示部１４において特性算出部１３ｈで算出された被測定光ファイバＦの特性が可視化される。

以上のような本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡによれば、基準環境あるいは測定環境において、被測定光ファイバＦに音響波の寿命以下のパルス間隔とされたパルス列Ｌｄを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形あるいは干渉信号の強度（ブリルアン散乱光強度）が得られる。
音響波の寿命以下のパルス間隔とされたパルス列Ｌｄを入射させて得られるブリルアン散乱光同士を干渉させることによって、干渉される前のブリルアンスペクトル波形の形状に影響されずに、狭窄ブリルアンスペクトル波形や干渉信号の強度を得ることができる。つまり、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡによれば、被測定光ファイバＦの測定対象位置が歪みの変曲点であったり、光パルスのパルス幅が変動したりした場合であってもこれらに影響されない狭窄ブリルアンスペクトル波形あるいは干渉信号の強度を得ることができる。そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、上記狭窄ブリルアンスペクトル波形及び干渉信号の強度に基づいてブリルアン周波数シフト量を算出するため、被測定光ファイバＦの測定対象位置における歪みの状態や光パルスのパルス幅が変動に影響されずに、正確にブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
また、音響波の寿命以下のパルス間隔とされたパルス列Ｌｄを入射させて得られるブリルアン散乱光を用いることによって、被測定光ファイバＦにシングル光パルスを入射した際に得られるブリルアン散乱光に基づいて得られるブリルアンスペクトル波形よりも周波数軸上において幅の狭い狭窄ブリルアンスペクトル波形が得られる。このため、被測定光ファイバＦの歪み分布が本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおける距離分解能以下となる虞を低減させることができる。このため、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡによれば正確にブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡによれば、測定環境において、ブリルアン散乱光強度に基づいて基準波形を周波数軸上で移動することによってブリルアン周波数シフト量を算出する。このため、周波数軸上の少ない測定点（原理的には１点）に基づいてブリルアン周波数シフト量を算出することができ、短時間でブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
したがって、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡによれば、短時間で被測定光ファイバＦの特性を正確に測定可能とすることが可能となる。

また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、基準波形の中央山部Ａのみならず、側山部Ｂを周波数軸上において平行移動させ、これによって得られたブリルアン周波数シフト量を用いて、中央山部Ａを平行移動させて得られたブリルアン周波数シフト量を補正する構成を採用した。このため、より正確なブリルアン周波数シフト量を算出することが可能となる。

また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡにおいては、パルス列Ｌｄを構成する各光パルスが同一音響波によって散乱されて得られるブリルアン散乱光同士を干渉させて狭窄ブリルアンスペクトル波形を取得する構成を採用することにより、被測定光ファイバＦの一端側のみに装置を集約することが可能となっている。このため、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＡは、被測定光ファイバＦの両端側に装置を配置する場合と比較して装置構成を簡略化して小型化を図ることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図５は、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢの機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、光ファイバ特性測定装置ＳＢは、第１光源１、光パルス発生回路３、光増幅器４、光方向性結合器５、第１光コネクタ６、第２光源２０、第２光コネクタ２１、光周波数制御装置２２、光検出器２３、信号処理部１３、表示部１４及び制御部１５を備えている。
なお、第１光源１と上記第１実施形態の光源１、及び、第１光コネクタ６と上記第１実施形態の光コネクタ６とは同一構成であるためその説明を省略する。また、光パルス発生回路３、光増幅器４、光方向性結合器５は、上記第１実施形態と同一構成であるためその説明を省略する。

第２光源２０は、狭線幅のコヒーレント光を発光して連続光Ｌｇとして射出するものであり、上記第１光源１と同様に、例えば、１．５５μｍ帯のＭＱＷ−ＤＦＢ（多重量子井戸−分布帰還型）半導体レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態において、第２光源２０が発光するコヒーレント光の周波数すなわち連続光Ｌｇの周波数は、周波数ｆｔとして表すものとする。
第２光コネクタ２１は、第２光源と被測定光ファイバＦの片側端部とを接続するものである。

光周波数制御装置２２は、第１光源１を制御することによって第１光源１から射出されるコヒーレント光Ｌａの周波数すなわちパルス列Ｌｄの周波数を可変可能であるとともに、第２光源２０を制御することによって第２光源２０から射出されるコヒーレント光の周波数すなわち連続光Ｌｇの周波数を可変可能なものである。なお、第１光源１あるいは第２光源２０のいずれかが周波数可変可能でも良い。
そして、光周波数制御装置２２は、第１光源１あるいは／及び第２光源２０を制御することによって、パルス列Ｌｄの周波数と連続光Ｌｇの周波数との差が、被測定光ファイバＦの有するブリルアン周波数シフト量ｆｓを含むように可変する。
なお、光周波数制御装置２２に代えて連続光Ｌｇを強度変調するマイクロ波発生装置を設置しても良い。

このように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、第１光源１、光パルス発生回路３及び光周波数制御装置２２によって、周波数ｆｐのコヒーレント光Ｌａから、第１光パルスのパルス幅中心と第２光パルスのパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバＦ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列Ｌｄが生成され、該パルス列Ｌｄが被測定光ファイバＦの一端から入射される。
また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、第２光源２０及び光周波数制御装置２２によって、周波数ｆｔのコヒーレント光が連続光Ｌｇとして被測定光ファイバＦの他端から入射される。

光検出器２３は、光方向性結合器５の出射ポートから射出された射出光Ｌｈを検出して電気信号Ｓｃに変換して出力するものである。
信号処理部１３は、光検出器２３の検出結果すなわち電気信号Ｓｃに基づいて、被測定光ファイバＦの特性を測定するものである。
図６は、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢの信号処理部１３の機能ブロック図である。この図に示すように、本実施形態の信号処理部１３は、Ａ／Ｄコンバータ１３ａ、二乗検波処理部１３ｄ、基準波形作成部１３ｅ、基準波形記憶部１３ｆ、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇ及び特性算出部１３ｈを備えている。

このように構成された本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、制御部１５の制御の下、第１光源１から周波数ｆｐのコヒーレント光Ｌａが射出されると、パルス列Ｌｄが被測定光ファイバＦの一端から入射する。一方で、第２光源から周波数ｆｔのコヒーレント光が射出されると、該コヒーレント光は、第２光コネクタ２１を介して、連続光Ｌｇとして被測定光ファイバＦの他端に入射する。

このように、パルス列Ｌｄが被測定光ファイバＦの一端から入射され、パルス列Ｌｄに対し被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓの周波数差をもつ連続光Ｌｇが被測定光ファイバＦの他端から入射されると、音響波が強く誘起され、強い散乱光が得られる。つまり、パルス列Ｌｄと連続光Ｌｇと間で強いエネルギの授受が行われる。

ここで、音響波と２つの光波（パルス列Ｌｄ及び連続光Ｌｇ）間の位相速度が不整合の場合、すなわちパルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓから外れた場合（ｆｐ−ｆｔ＝ｆａ≠ｆｓ）、時刻ｔ＝ｔ１に誘起された音響波と時刻ｔ＝ｔ２に誘起された音響波の間に位相差を生じる。

ここで、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、パルス列Ｌｄは、パルス幅中心間が被測定光ファイバＦ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされる第１光パルスと第２光パルスとを有している。このため、第１光パルスにより誘起された音響波と第２光パルスにより誘起された音響波が干渉し、両者が重畳して成る音響波の振幅はパルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔの差に応じて変化する。すなわち、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、先に第１光パルスによって誘起された音響波が次に第２光パルスによってさらに誘起されると考えられ、この結果得られた音響波の振幅は、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔの差に応じて変化する。

図８及び図９は、図７に示すような第１光パルスのパルス幅中心と第２光パルスのパルス幅中心との時間間隔が５ｎｓｅｃのパルス列により音響波が誘起された場合における音響波の振幅変化を示す図である。そして、図８が、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓに一致する場合の音響波の振幅変化を示す図であり、図９が、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓから外れた場合の音響波の振幅変化を示す図である。
図８に示すように、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓに一致する場合、すなわち、（ｆｐ−ｆｔ＝ｆａ＝ｆｓ）で位相速度が整合する場合には、第１光パルスで誘起される音響波と第２光パルスで誘起される音響波とは同位相で加算される。つまり、第１光パルスによって誘起された振幅が、第２光パルスによってさらに大きくなる。
一方、図９に示すように、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓから外れる場合、すなわち、（ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋１００ＭＨｚ）で位相速度が不整合の場合には、第１光パルスで誘起される音響波と第２光パルスで誘起される音響波との位相差がπ（２π・１００ＭＨｚ・５ｎｓｅｃ）となり、打ち消しあう。つまり、第１光パルスによって誘起された音響波が第２光パルスによって打ち消されて音響波の振幅が一旦零となり、その後再び立ち上がる。
なお、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓから外れる場合であっても、位相速度が整合する場合（位相差が２πの整数倍の場合）には、第１光パルスによって誘起された音響波と、第２光パルスによって誘起された音響波は同位相で加算される。

被測定光ファイバＦ中において生じるブリルアン散乱光の強度は、音響波の強度すなわち振幅の二乗に比例する。そして、その符号は、音響波振幅が増加傾向にある場合に正、減少傾向にある場合に負となる。ここで、符号が正とは、第２光パルスから連続光Ｌｇにエネルギが移り、被測定光ファイバＦの一端から射出される射出光Ｌｈが増加することを意味し、符号が負とは、連続光Ｌｇから第２光パルスにエネルギが移り、被測定光ファイバＦの一端から射出される射出光Ｌｈが減少することを意味する。
このため、例えば、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓに一致する等によって位相速度が整合する場合（ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ，ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋２００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋４００ＭＨｚ）には、図１０に示すように、被測定光ファイバＦの一端から射出される射出光Ｌｈに、第２光パルスのブリルアン散乱光が強く含まれる。
一方、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフト量ｆｓから外れ、位相速度が不整合な場合（ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ，ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋１００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋３００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｔ＝ｆｓ＋５００ＭＨｚ）には、図１１に示すように、被測定光ファイバＦの一端から射出される射出光Ｌｈに、第２光パルスのブリルアン散乱光が弱く含まれることとなる。
このように、パルス列Ｌｄに含まれる光パルスのうち、第１光パルスのブリルアン散乱光の強度は、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差にほとんど依存しないが、第２光パルスのブリルアン散乱光の強度は、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差に依存して周期的に増減する。

そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいては、光周波数制御装置２２によって、パルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が、被測定光ファイバＦの有するブリルアン周波数シフト量ｆｓを含むように可変される。
このようにパルス列Ｌｄの周波数ｆｐと連続光Ｌｇの周波数ｆｔとの差が可変されることによって、被測定光ファイバＦの一端からは、周波数差ｆｐ−ｆｔに伴って変動する第２光パルスのブリルアン散乱光を含む射出光Ｌｈが射出される。

このような射出光Ｌｈが光検出器２３において強度検波されることによって電気信号Ｓｃに変換され、電気信号Ｓｃが信号処理部１３に入力される。そして、各々の周波数差における時間ｔの関数として射出光Ｌｈの強度を測定することにより、狭窄ブリルアンスペクトル波形が得られる。

そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢにおいて基準波形作成部１３ｅは、上記基準環境において、射出光Ｌｈ、すなわちパルス列Ｌｄの第１パルス及び第２パルスによって誘起された音響波から得られるブリルアン散乱光の強度変化から基準波形を算出する。
また、ブリルアン周波数シフト量算出部１３ｇは、測定環境において、射出光Ｌｈからブリルアン散乱光強度を取得し、当該ブリルアン散乱光強度を用いて基準波形を平行移動させることによってブリルアン周波数シフト量を算出する。

以上のような本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢによれば、測定環境において、ブリルアン散乱光強度に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形である基準波形を周波数軸上で移動することによってブリルアン周波数シフト量を算出する。このため、周波数軸上の少ない測定点（原理的には１点）に基づいてブリルアン周波数シフト量を算出することができ、短時間でかつ正確にブリルアン周波数シフト量を算出することができる。
したがって、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢによれば、短時間で被測定光ファイバＦの特性を正確に測定可能とすることが可能となる。

また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置ＳＢによれば、すなわちパルス列Ｌｄの第１パルス及び第２パルスによって誘起された音響波から得られるブリルアン散乱光の強度変化から基準波形を算出する構成を採用するにあたり、被測定光ファイバＦの両端から光を入射させる構成を採用している。
このため、強度の強い射出光Ｌｈからブリルアン散乱光強度を得ることができ、容易にブリルアン散乱光強度を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、パルス列Ｌｄが２つの光パルス（第１光パルス及び第２光パルス）を備える構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、パルス列Ｌｄがさらに複数の光パルスを備える構成を採用することもできる。

１……光源、第１光源、２……分岐カプラ、３……光パルス発生回路、４……光増幅器、５……光方向性結合器、６……光コネクタ、第１光コネクタ、７……バランス受光回路、８……第１増幅器、９……信号発生部、１０……ミキサ、１１……ローパスフィルタ、１２……第２増幅器、１３……信号処理部、１４……表示部１４、１５……制御部、２０……第２光源、２１……第２光コネクタ、２２……光周波数制御装置、２３……光検出器、１３ｅ……基準波形作成部（基準波形取得手段）、１３ｆ……基準波形記憶部、１３ｇ……ブリルアン周波数シフト量算出部（算出手段）、１３ｈ……特性算出部、Ｌｄ……パルス列（マルチ光パルス）、Ｌｅ……戻り光、Ｌｇ……射出光、Ｆ……被測定光ファイバ（被測定光伝送媒体）

Claims (4)

1. 被測定光伝送媒体から射出されるブリルアン散乱光に基づいて前記被測定光伝送媒体の特性を測定する測定装置であって、
   基準環境において前記被測定光伝送媒体に音響波の寿命以下のパルス間隔とされたマルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいて狭窄ブリルアンスペクトル波形を基準波形として取得する基準波形取得手段と、
   測定環境において前記被測定光伝送媒体に前記マルチ光パルスを入射させて得られるブリルアン散乱光に基づいてブリルアン散乱光強度を取得し、該ブリルアン散乱光強度に基づいて前記基準波形を周波数軸上で移動してブリルアン周波数シフト量を算出する算出手段と
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記狭窄ブリルアンスペクトル波形が、最大ピーク周波数を含む第１山部と前記最大ピーク周波数を含まない第２山部とを有する場合に、前記算出手段は、前記第１山部を周波数軸上で移動して得られた前記ブリルアン周波数シフト量を、前記第２山部を周波数軸上で移動して得られた前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて補正することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記基準波形取得手段は、前記マルチ光パルスの各光パルスが同一音響波によって散乱されて得られる複数のブリルアン散乱光同士を干渉させて前記狭窄ブリルアンスペクトル波形を取得することを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
4. 前記基準波形取得手段は、前記マルチ光パルスの各光パルスによって誘起された音響波から得られるブリルアン散乱光の強度変化に基づいて前記狭窄ブリルアンスペクトル波形を取得することを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。

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