JP2011085515A - 偏光強度測定装置及び偏光強度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ長が不足する場合でも偏光強度変化の測定を可能とする。
【解決手段】試験光送出器１は、試験光を出射する。偏波制御部２は、試験光を直線偏光に固定する。偏光回転子３は、試験光の偏光角度を制御する。光カプラ４は、試験光を被測定光ファイバ９へ出射し、被測定光ファイバ９からの後方散乱光を受信する。偏光子５は、後方散乱光の１つの偏光成分を抽出する。信号制御部７は、偏光成分から、被測定光ファイバ９における距離毎の後方散乱光の偏光強度を測定し、偏光強度の測定結果から、後方散乱光の偏光強度の変化周期を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、偏光強度測定装置及び偏光強度測定方法に関する。

通信網において、加入者宅と通信設備ビルをつなぐ光ファイバ網の保守運用が高度化することで、光線路の故障時や設備更改時の作業効率が改善される。光線路の故障時には、当該光線路を構成する光設備の位置を迅速かつ正確に特定する必要がある。
非特許文献１には、偏光変化の周期性を用いて光設備の正確な位置を光学的に特定する技術が記載されている。この技術によれば、光設備内のファイバ曲げ部における周期的な偏光強度変化が観測される。観測された偏光強度変化周期をパラメータとして、当該光設備の位置が特定される。

非特許文献２には、偏波に対して連続追随しながら無限回転可能な光ファイバ型波長素子が記載されている。

井上雅晶，本田奈月，荒木則幸，東裕司，電子情報通信学会総合大会，B-10-22，p342，2009. 松本隆男，長瀬亮，加納晴生，電子情報通信学会論文誌，Vol.J70-C，No.7，pp.1021-1030，1987.

上述の光設備の位置特定では、偏光強度変化の一周期Ｌを取得するためには、Ｌ／４以上の光ファイバ長が必要となる。光ファイバ曲げ部の曲げ径Ｄは、周期ＬにＤの二乗のオーダで影響を与える。したがって、曲げ径Ｄが大きくなると、光クロージャなどの光設備に収容されている曲げ部の光ファイバ長より、周期測定に必要な光ファイバ長Ｌ／４が長くなってしまい測定が困難となる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、光ファイバ長が不足する場合でも偏光強度変化の測定を可能とする偏光強度測定装置及び偏光強度測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る偏光強度測定装置は以下のような態様の構成とする。
（１）試験光を出射する光送出手段と、前記試験光を直線偏光に固定する偏波制御手段と、前記試験光の偏光角度を制御する偏光回転子と、前記試験光を被測定光ファイバへ出射し、前記被測定光ファイバからの後方散乱光を受信する光入出力手段と、前記後方散乱光の１つの偏光成分を抽出する抽出手段と、前記偏光成分から、前記被測定光ファイバにおける距離毎の前記後方散乱光の偏光強度を測定する測定手段と、前記後方散乱光の偏光強度の測定結果から、前記後方散乱光の偏光強度の変化周期を算出する算出手段とを具備する態様とする。
この態様によれば、偏光回転子による偏光角度の制御によって、偏光強度の変化周期の位相を制御し、位相を変えて偏光強度変化を測定することができる。このため、光ファイバ長が不足する場合でも、偏光強度変化の測定が可能となる。

（２）（１）の構成において、前記測定手段は、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度を測定し、前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合して１周期の偏光強度変化を復元し、当該復元された偏光強度変化から前記変化周期を算出する態様とする。
この態様によれば、偏光回転子による偏光角度の回転の都度、偏光強度を測定し、その変化部分を結合することで１周期分の変化を復元できる。復元されたデータから、偏光強度の変化周期が算出される。

（３）（１）の構成において、光ファイバの種類ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された特性データから前記変化周期に応じたデータを検出し、光ファイバの種類を特定する態様とする。
この態様によれば、算出された変化周期から、被測定光ファイバの種類を特定することができる。

（４）（１）の構成において、前記測定手段は、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度を測定し、前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合し、当該結合された部分における２つの変極点間の距離から前記変化周期を算出し、当該算出された変化周期から前記被測定光ファイバの曲げ部の曲げ径を算出する態様とする。
この態様によれば、偏光強度の変化部分における２つの変極点間の距離から変化周期を算出し、算出された変化周期から被測定光ファイバの曲げ径を算出することができる。

（５）（１）の構成において光ファイバの曲げ部の曲げ径ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度から偏光強度変化の偏角を算出し、前記記憶手段に記憶された特性データから前記偏角に対応するデータを検出する態様とする。
この態様によれば、偏光強度変化の偏角から、被測定光ファイバの曲げ部の曲げ径を求めることができる。

また、本発明に係る偏光強度測定方法は以下のような態様の構成とする。
（６）試験光を出射する光送出手段と、前記試験光を直線偏光に固定する偏波制御手段と、前記試験光の偏光角度を制御する偏光回転子と、前記試験光を被測定光ファイバへ出射し、前記被測定光ファイバからの後方散乱光を受信する光入出力手段と、前記後方散乱光の１つの偏光成分を抽出する抽出手段を具備する偏光強度測定装置に用いられる偏光強度測定方法であって、前記偏光回転子を回転させて前記試験光の偏光角度を制御する角度制御ステップと、前記偏光成分から、前記被測定光ファイバにおける距離毎の前記後方散乱光の偏光強度を測定する測定ステップと、前記後方散乱光の偏光強度の測定結果から、前記後方散乱光の偏光強度の変化周期を算出する算出ステップとを具備する態様とする。
この態様によれば、偏光回転子による偏光角度の制御によって、偏光強度の変化周期の位相を制御し、位相を変えて偏光強度変化を測定することができる。このため、光ファイバ長が不足する場合でも、偏光強度変化の測定が可能となる。

（７）（６）の構成において、前記測定ステップでは、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度が測定され、前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合して１周期の偏光強度変化を復元し、当該復元された偏光強度変化から前記変化周期が算出される態様とする。
この態様によれば、偏光回転子による偏光角度の回転の都度、偏光強度を測定し、その変化部分を結合することで１周期分の変化を復元できる。復元されたデータから、偏光強度の変化周期が算出される。

（８）（６）の構成において、前記偏光強度測定装置は、光ファイバの種類ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、前記算出ステップでは、前記記憶手段に記憶された特性データから前記変化周期に応じたデータが検出され、光ファイバの種類が特定される態様とする。
この態様によれば、算出された変化周期から、被測定光ファイバの種類を特定することができる。

（９）（６）の構成において、前記測定ステップでは、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度が測定され、前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合して１周期の偏光強度変化を復元し、当該復元された偏光強度変化における２つの変極点間の距離から前記変化周期が算出される態様とする。
この態様によれば、偏光強度の変化部分における２つの変極点間の距離から変化周期を算出し、算出された変化周期から被測定光ファイバの曲げ径を算出することができる。

（１０）（６）の構成において、前記偏光強度測定装置は、光ファイバの種類、及び曲げ部の曲げ径ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度から偏光強度変化の偏角が算出され、前記記憶手段に記憶された特性データから前記偏角に対応するデータが検出される態様とする。
この態様によれば、偏光強度変化の偏角から、被測定光ファイバの曲げ部の曲げ径を求めることができる。

本発明によれば、光ファイバ長が不足する場合でも偏光強度変化の測定を可能とする偏光強度測定装置及び偏光強度測定方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る偏光強度測定装置の構成を示すブロック図。 偏光強度測定装置によって測定された被測定ファイバのｓ波成分又はｐは成分の偏光波形を示す図。 図２に示す状態から、偏光回転子をπ／８回転させた場合の偏光波形を示す図。 偏光強度の変化周期の測定方法を説明するための図。 偏光強度の変化周期を測定する際に実行される処理のフローチャート。 偏光強度の変化周期の測定から、コイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する方法を説明するための図。 偏光強度の変化周期の測定から、コイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する方法を説明するための図。 偏光強度の測定結果からコイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する際に実行される処理のフローチャート。 偏光回転子の回転角θ＝０の場合に観測される偏波波形の一例を示す図。 偏波波形における変極点の偏角の算出を説明するための図。 偏波波形の理論的なシミュレーション結果の一例を示す図。 偏光強度の偏角からコイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する際に実行される処理のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る偏光強度測定装置の構成を示すブロック図である。
偏光強度測定装置８は、送出部１０、光カプラ４、信号制御部７、及び検出部２０を具備している。被測定ファイバ９は、偏光強度測定装置８が偏光強度測定を行う対象となる光ファイバである。被測定ファイバ９は、図２に示すようなコイル状曲げ収容部９ａを有する。例えば光ファイバの接続点で余長処理のためにファイバをコイル状に曲げた状態で収納する光クロージャでは、直径６０ｍｍのコイル状の曲げ状態で光ファイバが収容されている。

送出部１０は、試験光送出器１、偏波制御部２及び偏光回転子３を備えている。試験光送出器１は所定の光源を備え、信号制御部７による制御に基づいて、例えばパルス光を測定用の試験光として出力する。出力された試験光は偏波制御部２及び偏光回転子３を介して光カプラ４に出力される。

光カプラ４は光ファイバを分岐又は結合する装置である。光カプラ４の１つの入力ポートは、被測定ファイバ９に接続されている。この光カプラ４は光信号を２系統に分岐させ、一方の分岐ポートは送出部１０に接続され、他方の分岐ポートは検出部２０に接続されている。

送出部１０から出力された試験光は、光カプラ４から被測定ファイバ９に入力し、後方散乱しながら被測定ファイバ９内を伝搬する。後方散乱光は、光カプラ４を介して検出部２０に入力する。
検出部２０は、偏光子５及び試験光検出部６を備えている。偏光子５は、試験光の後方散乱光のｓ波成分（ファイバ断面に垂直な成分）又はｐ波成分（ファイバ断面に平行な成分）を抽出する。試験光検出器６は、抽出された試験光成分を光電変換して電気信号を生成し、生成された電気信号を信号制御部７に出力する。

信号制御部７は、図示しないＣＰＵやプログラムメモリ、ワークメモリ等を備え、プログラムメモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵが動作することで、偏光強度測定装置８による測定動作を制御する。また、信号制御部７は、測定データをバッファするための偏光強度テーブル７ａを備えている。信号制御部７は、被測定ファイバの種類や、曲げ部の曲げ直径に応じた種々の偏光強度データの理論値（シミュレーション結果）を予め格納する理論値格納部７ｂを備えていてもよい。

信号制御部７は、光電変換された電気信号を所定間隔でサンプリングする。信号制御部７は、サンプリング信号の測定時間から、当該信号が被測定ファイバ９内で散乱された地点について、偏光強度測定装置８からの距離（測定距離）ｘを算出する。また、信号制御部７は、測定距離ｘごとに信号強度（後方散乱光強度）を算出する。算出された測定距離毎の偏光強度の値は、偏光強度テーブル７ａに格納される（図６参照）
ｓ波成分についての後方散乱光強度は以下の式（１）から算出される。

また、ｐ波成分についての以下の式（２）より算出される。

式（２）においてＡの値は、以下の式（３）より与えられる。

上記式（１）〜（３）において、Ｉ_ｏは後方散乱光強度（単位：ｍＷ)、θは入力角、Ｄはコイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径（単位：ｍ）、ｄはクラッド径（単位：ｍ）、Ｃ_ｆは光ファイバ特性定数（材料、屈折率、波長等で決まる定数）、ｘは測定距離（単位：ｍ）である。

検出部２０では偏光子５がｓ波（又はｐ波）成分を抽出しているため、複屈折率が生じる。測定距離ｘに対する後方散乱光強度を示す偏光波形上では、被測定ファイバ９におけるコイル状曲げ収容部９ａに対応する部分に、周期性を有する偏光強度変化が生じる（例えば図２参照）。信号制御部７は、偏光強度の変化周期Ｌ（単位：ｍ）を以下の式（４）より算出する。

この偏光強度の変化周期は、被測定ファイバ９の種類毎に異なる。すなわち、式（４）より偏光強度の変化周期Ｌが算出できれば、理論値格納部７ｂに格納された理論値より、変化周期Ｌに対応する被測定ファイバ９の種類を特定できることになる。例えば、図２に示す光クロージャの偏光強度変化周期は１．６４ｍである。

１周期分の偏光強度変化を取得するためには、少なくともＬ／４［ｍ］以上にわたる信号測定が必要とされる。すなわち、測定必要長はＬ／４で与えられる。式（４）より、コイル状ファイバの直径Ｄは必要長Ｌ／４に対して２乗のオーダで影響を与える。従って、コイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径Ｄが大きくなると、測定必要長が、コイル状曲げ収容部９ａに収容されているファイバ長より長くなり、偏光強度変化の周期測定が困難となることがある。

本実施形態に係る送出部１０は、コイル状曲げ収容部９ａのファイバ長より必要長Ｌ／４が長い場合でも、部分的な偏光強度変化から偏光周期を求めることができるよう、偏波制御部２及び偏光回転子３を備えている。
偏波制御部２は、試験光送出器１から送出された試験光を直線偏光に固定する。偏波制御部２で直線偏光に固定された試験光φ_０は、以下の式（５）によって表される。

偏光回転子３は、当該直線偏光の偏光面を任意に回転させる。この偏光回転子３の回転角θに応じて、偏波波形の位相を制御することが可能になる。偏光回転子３による直線偏光の回転式は、式（６）によって与えられる。

従って、送出部１０から出力される試験光φ_Ｔは、式（７）で表される。

この試験光φ_Ｔは光カプラ４を介して被測定ファイバ９へ入力する。検出部２０及び信号制御部７は、偏光回転子３が回転する都度、偏波波形を測定する。散乱光の偏光強度変化はＪｏｎｅｓ行列の直線偏光の回転を用いて算出できる。
被測定ファイバ９中を後方に散乱する後方散乱光のs波成分φ_ｓとp波成分φ_pは、式（８）で表されるＪｏｎｅｓ行列Ｔ_θ，εを用いて、式（９）のように表される。

ただし、式（８）において、εは位相進みを示す（後述）。従って、後方散乱光のs波成分φ_ｓについて、偏光強度Ｉ_ｓは以下の式（１０）より求められる。

また、後方散乱光のｐ波成分φ_ｐについて、偏光強度Ｉ_ｐは以下の式（１１）より求められる。

ここで位相進みεは、ε＝２βｘと変換することができる。βは複屈折率を表し、式（１２）より得られる。

ただし、式（１２）において、dはクラッド径（単位：ｍ）、ｘは測定距離（単位：ｍ）、Ｃ_ｆは光ファイバ特性定数（材料，屈折率，波長等で決まる定数）、Ｄはコイル径（単位：）をあらわす。光ファイバ特性定数Ｃ_ｆは、非特許文献２の記載に基づいて、４３９［ｒａｄ／ｍｍ］が用いられてもよい。

図２は、偏光強度測定装置８によって測定された被測定ファイバ９のｓ波成分又はｐは成分の偏光波形Ｗ２を示す図である。図２に示す例では、被測定ファイバ９として、ＳＭＦ（Single Mode Fiber）が用いられている。コイル状曲げ収容部９ａとしては光クロージャが用いられ、光クロージャの収納部の最小曲率である直径６０ｍｍで９巻きのコイル状に曲げられたＳＭＦを収容している。

図２に示す偏光波形において、コイル状曲げ収容部９ａ（光クロージャ）に相当する部分には、変化周期Ｌ＝１．６４ｍの偏光強度変化Ｐ２が生じている。
図３は、図２に示す状態から、偏光回転子３をπ／８回転させた場合の偏光波形Ｗ３を示す図である。偏光波形Ｗ３には、コイル状曲げ収容部９ａに相当する周期的な強度変化を表す部分波形Ｐ３が生じている。この部分波形Ｐ３の位相は、図２に示す部分波形Ｐ２の位相に比べてπ／４進んでいる。式（１０）〜（１２）によって示されるように、偏光回転子３を回転させることで、偏光強度の変化周期の位相を制御することが可能となる。

本実施形態に係る偏光強度測定装置８では、偏光強度の変化周期の位相遅延を制御できるため、コイル状曲げ収容部９ａに収容されたコイル状ファイバ長が最低長Ｌ／４を下回っても、変化周期を測定できるようになる。
以下に、偏光強度測定装置８による偏光周期の測定方法を説明する。

図４は、偏光強度の変化周期の測定方法を説明するための図である。図４では、被測定ファイバ９として、ＳＭＦ（Single Mode Fiber）が用いられ、コイル状曲げ収容部９ａとしては光クロージャが用いられているものとする。コイル状曲げ収容部９ａには、直径６０ｍｍで１巻きのコイル状に曲げられたＳＭＦが収容されている。図４には、偏光強度測定装置８が測定した被測定ファイバ９の偏光波形Ｗ４１〜Ｗ４ｎが図示されている。

偏光回転子３の回転角θ＝０の場合、偏波波形Ｗ４１が測定される。偏波波形Ｗ４１において、距離ｘ_Ｉから距離ｘ_Ｔの間の区間Ｘ（＝０．１８ｍ）の部分波形Ｐ４１は、コイル状曲げ部収容部９ａに相当する偏光強度の変化を示す。区間Ｘは、コイル状ファイバの１巻き分の長さ（測定可能区間Ｘ＝０．１８ｍ）に相当する。偏波波形Ｗ４１では、区間Ｘにおいて部分波形Ｐ４１のように周期性を有する強度変化が生じ、その他の区間では、偏波波形に周期性が見られない。ここで、コイル状ファイバの１巻き分の長さＸは、以下の式（１３）で表される。ただしｎは巻き数であり、図４に示す被測定ファイバ９では、Ｄ＝６０ｍｍ、ｎ＝１である。

偏光回転子３を回転させ、偏光強度の変化周期の位相をコイルの１巻き分の長さ（Ｘ＝０．１８ｍ）だけ進ませると、偏波波形Ｗ４２が観測される。
式（９）あるいは式（１０）では、右辺における絶対値の二乗の操作により偏光強度の負値は正値に変換される。このため、偏光回転子３が回転角度πだけ回転すると、偏光強度の変化周期は一周する。従って、偏光強度の変化周期の位相をコイルの１巻き分進ませるための回転角度θ_Ｘは、以下の式（１４）により与えられる。

図４に示す例では、偏光強度の変化周期の位相を、コイルの１巻き分の長さＸだけ進ませるための回転角度は、θ_Ｘ＝１１π／１００で表される。偏波波形Ｗ４２は、偏光回転子３をθ_Ｘ回転させた場合に観測される偏波波形を表す。偏波波形Ｗ４２でも、区間Ｘにおいて周期性を有する部分波形Ｐ４２が生じている。この部分波形Ｐ４２は、偏波波形Ｗ４１における部分波形Ｐ４１に連続する波形である。

更に偏光回転子３をθ_Ｘ＝１１π／１００だけ回転させると、偏波波形Ｗ４３が観測される。偏波波形Ｗ４３でも、区間Ｘにおいて周期性を有する部分波形Ｐ４３が生じている。この部分波形Ｐ４３は、偏波波形Ｗ４２における部分波形Ｐ４２に続く波形である。

偏光回転子３は更に１１π／１００ずつ回転される。信号制御部７は、偏光回転子３の回転の都度、偏波波形の観測を行なう。偏波波形Ｗ４ｎは、偏光回転子３のｎ回の回転の後、偏光回転子３の回転角がπに成った時点で観測される偏波波形である。偏波波形Ｗ４ｎでも、区間Ｘにおいて周期性を有する部分波形Ｐ４ｎが生じている。偏光回転子３がπだけ回転しているので、偏光強度の１周期分の部分波形Ｐ４１〜Ｐ４ｎが得られたことになる。これらの部分波形Ｐ４１〜Ｐ４ｎを順次つなぎ合わせて合成すると、偏波波形Ｗαのように、1周期分の偏光強度変化周期を復元することができる。

偏光強度変化の１周期Ｌが求められれば、理論値格納部７ｂに格納された理論値との比較により、当該変化周期Ｌに対応する被測定ファイバ９の種類を特定できることになる。
図５は、偏光強度の変化周期を測定する際に、偏光強度測定装置８において実行される処理を示すフローチャートである。

まず、偏光回転子３の回転角は、θ＝０に設定される（ステップＳ５０１）。信号処理部７による制御のもとで、送出部１０から被測定ファイバ９へ試験光が送出され、その後方散乱光が検出部２０によって検出される。信号制御部７では、θ＝０の時の偏波波形が測定される（ステップＳ５０２）。測定結果は、偏光強度テーブル７ａに格納される。

そして偏光回転子３は、所定の角度θ_Ｘ（例えばθ_Ｘ＝１１π／１００）だけ回転される（ステップＳ５０３）。送出部１０から被測定ファイバ９へ試験光が送出され、その後方散乱光が検出部２０によって検出される。信号制御部７では、θ＝θ_Ｘの時の偏波波形が測定される（ステップＳ５０４）。測定結果は、偏光強度テーブル７ａに格納される。

続いて、偏光回転子３の回転角がπとなり、１周期分の偏光強度の変化が測定されたか否かが判定される（ステップＳ５０５）。１周期分の変化が測定されていなければ（ステップＳ５０５でＮｏ）、ステップＳ５０３に戻り、偏光回転子３を更に回転させて、以降の処理を繰り返す。

偏光回転子３の回転角がπとなり、１周期分の変化が測定されていれば（ステップＳ５０５でＹｅｓ）、信号処理部７は、測定によって得られた部分波形を結合する（ステップＳ５０６）。図４において、偏波波形Ｗαで示されるように、偏光強度変化の１周期分が復元される。この復元された偏波波形から、強度変化の１周期Ｌが算出される（ステップＳ５０７）。

以上のように、この偏光強度測定装置８によれば、コイル状曲げ部収容部９ａが存在する区間Ｘ（距離ｘ_Ｉから距離ｘ_Ｔの間の区間）を、偏波波形において周期的な変化を示す部分波形として検出することができる。また、コイル状曲げ収容部９ａに収容されたコイル状ファイバ長が最低長Ｌ／４を下回っても、偏光回転子３を回転させながら偏光強度を測定することで、変化周期Ｌを算出できるようになる。

次に、偏光強度の変化周期の測定から、コイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出する方法について説明する。
図６及び図７は、偏光強度の変化周期の測定から、コイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する方法を説明するための図である。

ここではコイル状ファイバの直径Ｄ´が分かっていないため、式（１３）より、測定可能区間Ｘの範囲も未定である。偏光回転子３の回転角θ＝０の場合、偏光強度テーブル７ａには、テーブル７ａ−１に示すような測定データが格納される。また、このテーブル７ａ−１に格納された測定データより、偏波波形Ｗ６１が生成できる。雑音の影響を抑えるため、信号制御部７は測定データに平均化処理を施してもよい。偏波波形Ｗ６１には、コイル状曲げ部９ａに相当し、周囲とは測定数値が大きく異なる部分波形Ｐ６１が生じている。テーブル７ａ−１には、この部分波形Ｐ５１に相当する測定データのみが格納されてもよい。図６に示す例では、偏光強度測定装置８からの距離が５．０１ｍ〜５．４１ｍまでの偏光強度の測定データがテーブル７ａ−１に格納されている。

次に、偏光回転子３をπ／２以下の角度θ_Ｂで回転させ、偏波波形の位相を進ませる。例えばθ_Ｂ＝π／１０００の場合には、偏光強度テーブル７ａには、テーブル７ａ−２に示すような測定データが格納される。また、このテーブル７ａ−２に格納された測定データより、偏波波形Ｗ６２が観測される。偏波波形Ｗ６２には、コイル状曲げ部９ａに相当し、周囲とは測定数値が大きく異なる部分波形Ｐ６２が生じている。テーブル７ａ−２は、この部分波形Ｐ６２に相当する測定データのみが格納されてもよい。図６に示す例では、偏光強度測定装置８からの距離が５．０１ｍ〜５．４１ｍまでの偏光強度の測定データがテーブル７ａ−２に格納されている。

信号制御部７は、テーブル７ａ−１に格納された部分波形Ｐ６１の測定データとテーブル７ａ−２に格納された部分波形Ｐ６２の測定データとを比較し、偏光強度の値が一致している部分を検出する。図６に示す例では、テーブル７ａ−１の距離５．０１ｍ、５．０３ｍ、５．０５ｍ、５．０７ｍ、５．０９ｍ及び５．１０ｍにおける偏光強度の数値が、テーブル７ａ−２の５．０５ｍ、５．０７ｍ、５．０９ｍ、５．１０ｍ、５．１２ｍ及び５．１４ｍにおける偏光強度の数値とそれぞれ一致する。

信号制御部７は、テーブル７ａ−２に格納された測定データとテーブル７ａ−１に格納された測定データを結合する。すなわち、テーブル７ａ−２の測定データのうち、テーブル７ａ−１には格納されていない５．０１ｍ及び５．０３ｍの測定データ（図６のテーブル７ａ−２において破線で囲まれた部分）を、テーブル７ａ−１に追加する。

図７に示すテーブル７ａ−１では、距離４．９７ｍ及び４．９９ｍに対応して、テーブル７ａ−２のデータが移動している（図７のテーブル７ａ−１においては線で囲まれた部分）。
その後、更に偏光回転子３がθ_Ｂ＝π／１０００だけ回転され、コイル状曲げ部９ａに相当する偏光強度データが測定される。得られた測定データは上記と同様に、テーブル７ａ−１に追加される。これらの動作を繰り返す事で、図７に示すように連続する偏波波形Ｗ７が補完される。

この偏波波形Ｗ７において、傾きが最小になるｘ＝ｘ_ｍ１とｘ＝ｘ_ｍ２の点は、変極点である。この変極点間の距離Ｘｍ（＝ｘ_ｍ２−ｘ_ｍ１）は、偏光強度の変化周期Ｌの１／２となっている。従って、変極点間距離Ｘｍの２倍が、被測定ファイバ９の偏光強度の変化周期でＬである（Ｌ＝２Ｘｍ）。このため、式（４）よりコイル状ファイバの直径Ｄ´を求めることができる。

測定された数値データはノイズ等の影響により、多少の誤差を含む場合がある。しかしながら、２点以上のデータの変化分を比較し、最も誤差の小さい値をとる点を結合させることで雑音の影響を抑えることができる。
図８は、偏光強度の測定結果からコイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出する際に、偏光強度測定装置８において実行される処理を示すフローチャートである。

まず、偏光回転子３の回転角は、θ＝０に設定される（ステップＳ８０１）。信号処理部７による制御のもとで、送出部１０から被測定ファイバ９へ試験光が送出され、その後方散乱光が検出部２０によって検出される。信号制御部７では、θ＝０の時の偏波波形が測定される（ステップＳ８０２）。測定結果は、偏光強度テーブル７ａに格納される。

そして偏光回転子３は、所定の角度θ_Ｂだけ回転される（ステップＳ８０３）。送出部１０から被測定ファイバ９へ試験光が送出され、その後方散乱光が検出部２０によって検出される。信号制御部７では、回転角がθ_Ｂである場合の偏波波形が測定される（ステップＳ８０４）。測定結果は、偏光強度テーブル７ａに格納される。

信号制御部７は、偏光強度テーブル７ａに格納された測定データを結合する（ステップＳ８０５）。すなわち、回転角θ＝０の場合の測定データを、回転角θ＝θ_Ｂである場合の測定データで補完する。回転角θ＝θ_Ｂである場合の測定データのうち、回転角θ＝０の場合の測定データと一致しないデータが、回転角θ＝０の場合の測定データに追加される。

続いて、予め定められた１周期分以上の角度だけ、偏光回転子３が回転しているか否かが判定される（ステップＳ８０６）。所定の角度の回転が終了していなければ（ステップＳ８０６でＮｏ）、ステップＳ８０３に戻り、偏光回転子３を更に回転させて、以降の処理を繰り返す。

偏光回転子３の回転角が所定の角度以上となったら（ステップＳ８０６でＹｅｓ）、信号処理部７は、結合されたデータに基づいて、偏光強度の変極点を２点以上検出する（ステップＳ８０７）。変極点間の距離Ｘｍ（あるいはその平均値）から、被測定ファイバ９の偏光強度の変化周期Ｌ（＝２Ｘｍ）が算出される（ステップＳ８０８）。

更に、変化周期Ｌに基づいて、式（４）よりコイル状ファイバの直径Ｄ´が算出される（ステップＳ８０９）
以上のように、この偏光強度測定装置８によれば、偏光回転子３を回転させながら、コイル状曲げ部収容部９ａに対応する部分波形を測定して、部分波形のデータを結合し、変化周期Ｌの１／２の値（変極点間距離Ｘｍ）を算出することができる。このため、式（４）からコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出することができる。

次に、偏光強度の変化角度から、コイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出する方法について説明する。
図９〜図１１は、偏光強度偏角から、コイル状曲げ収容部におけるコイル状ファイバの直径を算出する方法を説明するための図である。

図９は、偏光回転子３の回転角θ＝０の場合に観測される偏波波形Ｗ９の一例を示す図である。偏波波形Ｗ９には、コイル状曲げ収容部９ａに相当し、周囲とは測定数値が大きく異なる部分波形Ｐ９が生じている。
信号処理部７は、この部分波形Ｐ９を微小な区間で距離方向に微分し、傾きが０である変極点Ｋを検出する。

そして信号処理部７は、図１０に示すように、部分波形Ｐ９において点Ｋを原点とした場合に、距離ｘ_ａに対応する部分波形Ｐ９上の点Ｊを検出する。信号処理部７は、偏光強度軸に対する点Ｊの偏角θ_ａを求める。偏角θ_ａを与える距離ｘ_ａは、予め定められており、コイル状ファイバの長さより短い任意の長さである。

理論値格納部７ｂには、式（１０）あるいは式（１１）においてε＝２βｘ_ａを代入して理論的に算出される偏波波形のシミュレーション結果（例えば図１１に示す偏波波形Ｗ１１）が、種々の直径Ｄの値について格納されている。
信号処理部７は、シミュレーション波形の偏角が測定した偏角θ_aと一致するＤの値を求める。このときＤ＝Ｄ´となり、コイル状ファイバの直径Ｄ´が求められる。

以上の手順により、偏光強度の変化周期の測定範囲の不足分を補完し、部分的な偏光強度変化からコイル状ファイバの直径を求めることができる。
図１２は、偏光強度の偏角からコイル状曲げ収容部９ａにおけるコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出する際に、偏光強度測定装置８において実行される処理を示すフローチャートである。

まず、偏光回転子３の回転角は、θ＝０に設定される（ステップＳ１２１）。信号処理部７による制御のもとで、送出部１０から被測定ファイバ９へ試験光が送出され、その後方散乱光が検出部２０によって検出される。信号制御部７では、θ＝０の時の偏波波形が測定される（ステップＳ１２２）。測定結果は、偏光強度テーブル７ａに格納される。

信号制御部７は、偏光強度テーブル７ａに格納された測定データに基づき、コイル状曲げ収容部９ａに相当する部分波形Ｐ９を検出する（ステップＳ１２３）。そして信号制御部７は、この部分波形Ｐ９において、傾きが０である変極点Ｋを検出する（ステップＳ１２４）。

続いて、変極点Ｋを原点とした場合に、距離ｘ_ａに対応する偏波波形の偏角θ_ａが算出される（ステップＳ１２５）。信号制御部７は、算出された偏角θ_ａと偏角が一致するシミュレーション波形を、理論値格納部７ｂに格納された各波形データから検出する（ステップＳ１２６）。

信号処理部７は、検出したシミュレーション波形に対応するＤの値を、コイル状巻き収容部９ａのコイル状ファイバの直径Ｄ´として算出する（ステップＳ１２７）。
以上のように、この偏光強度測定装置８によれば、コイル状曲げ部収容部９ａに対応する部分波形を測定して、部分波形を取得し、部分波形の偏角からからコイル状ファイバの直径Ｄ´を算出することができる。

以上のべたように、本発明による偏光強度測定装置８によれば、測定対象の光ファイバの曲げ径が大きい箇所であっても、部分的な偏光強度変化から偏光周期を求めることが可能となる。また、将来的に光クロージャが小型化され、収容スペースが限られた空間に敷設されるＲ１５ファイバやＨＡＦ（Hole Assisted Fiber）を用いる等して、曲げが印加されるファイバ長が短い場合であっても、偏光強度測定が可能となる。更に、本発明による偏光強度測定装置８は、検出器前に偏光子を備えるのみの簡易な構成が可能であり、装置コストを抑えることが可能である。

なお、本発明の実施形態は、上述の各実施形態に限定されない。上述の説明では、試験光送出器１はパルス光を試験光として送出するものとしたが、試験光はパルス光に限定されない。例えばOFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry)等の連続光を周波数変調する測定装置であっても、同様に送出光の位相制御することができ、偏光強度変化周期を復元することができる。

本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

また、本発明は、コンピュータに所定の手段を実行させるため、コンピュータを所定の手段として機能させるため、コンピュータに所定の機能を実現させるため、あるいはプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体としても実施することもできる。

１…試験光送出器、２…偏波制御部、３…偏光回転子、４…光カプラ、５…偏光子、６…試験光検出器、７…信号制御部、７ａ…偏光強度テーブル、９…被測定ファイバ、９ａ…コイル状曲げ収容部、１０…送出部、２０…検出部。

Claims (10)

1. 試験光を出射する光送出手段と、
   前記試験光を直線偏光に固定する偏波制御手段と、
   前記試験光の偏光角度を制御する偏光回転子と、
   前記試験光を被測定光ファイバへ出射し、前記被測定光ファイバからの後方散乱光を受信する光入出力手段と、
   前記後方散乱光の１つの偏光成分を抽出する抽出手段と、
   前記偏光成分から、前記被測定光ファイバにおける距離毎の前記後方散乱光の偏光強度を測定する測定手段と、
   前記後方散乱光の偏光強度の測定結果から、前記後方散乱光の偏光強度の変化周期を算出する算出手段と、
   を具備する偏光強度測定装置。
2. 前記測定手段は、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度を測定し、
   前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合して１周期の偏光強度変化を復元し、当該復元された偏光強度変化から前記変化周期を算出する請求項１に記載の偏光強度測定装置。
3. 光ファイバの種類ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、
   前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された特性データから前記変化周期に応じたデータを検出し、光ファイバの種類を特定する請求項１に記載の偏光強度測定装置。
4. 前記測定手段は、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度を測定し、
   前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合し、当該結合された部分における２つの変極点間の距離から前記変化周期を算出し、当該算出された変化周期から前記被測定光ファイバの曲げ部の曲げ径を算出する請求項１に記載の偏光強度測定装置。
5. 光ファイバの曲げ部の曲げ径ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、
   前記算出手段は、前記測定手段によって測定された偏光強度から偏光強度変化の偏角を算出し、前記記憶手段に記憶された特性データから前記偏角に対応するデータを検出する請求項１に記載の偏光強度測定装置。
6. 試験光を出射する光送出手段と、前記試験光を直線偏光に固定する偏波制御手段と、前記試験光の偏光角度を制御する偏光回転子と、前記試験光を被測定光ファイバへ出射し、前記被測定光ファイバからの後方散乱光を受信する光入出力手段と、前記後方散乱光の１つの偏光成分を抽出する抽出手段を具備する偏光強度測定装置に用いられる偏光強度測定方法であって、
   前記偏光回転子を回転させて前記試験光の偏光角度を制御する角度制御ステップと、
   前記偏光成分から、前記被測定光ファイバにおける距離毎の前記後方散乱光の偏光強度を測定する測定ステップと、
   前記後方散乱光の偏光強度の測定結果から、前記後方散乱光の偏光強度の変化周期を算出する算出ステップと、
   を具備する偏光強度測定方法。
7. 前記測定ステップでは、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度が測定され、
   前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分を順次結合して１周期の偏光強度変化を復元し、当該復元された偏光強度変化から前記変化周期が算出される請求項６に記載の偏光強度測定方法。
8. 前記偏光強度測定装置は、光ファイバの種類ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、
   前記算出ステップでは、前記記憶手段に記憶された特性データから前記変化周期に応じたデータが検出され、光ファイバの種類が特定される請求項６に記載の偏光強度測定方法。
9. 前記測定ステップでは、前記偏光回転子が前記偏光角度を変化させる都度、前記後方散乱光の偏光強度が測定され、
   前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度の変化部分が順次結合され、当該結合された部分における２つの変極点間の距離から前記変化周期が算出され、当該算出された変化周期から前記被測定光ファイバの曲げ部の曲げ径が算出される請求項６に記載の偏光強度測定方法。
10. 前記偏光強度測定装置は、光ファイバの曲げ部の曲げ径ごとに理論的な特性データを予め記憶する記憶手段を更に具備し、
    前記算出ステップでは、前記測定手段によって測定された偏光強度から偏光強度変化の偏角が算出され、前記記憶手段に記憶された特性データから前記偏角に対応するデータが検出される請求項６に記載の偏光強度測定方法。

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