JP2012132927A - Brillouin scattering measurement 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 a Brillouin scattering measurement apparatus, and more particularly, to a Brillouin scattering measurement apparatus for measuring two Brillouin scatterings that occur when two laser beams having different wavelengths are incident on an optical fiber to be measured. is there.
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 for measuring the distribution of spatial strain, temperature, and the like in an environment where an optical fiber is installed, a method using the Brillouin scattering phenomenon in the optical fiber is known. Brillouin scattering is a phenomenon in which when two light waves with different frequencies pass in an optical fiber, the power of the light moves from high-frequency light to low-frequency light via acoustic waves in the optical fiber. To do.
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。 Moreover, 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 specifying the frequency difference at which the moving power due to scattering is maximized and the location where the movement is occurring, it is possible to measure the temperature and strain distribution in the space where the optical fiber is laid.
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。
In
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路変換器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、光路変換器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 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
本出願人は、この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、先の特許出願(特許文献3)で提案した。 The present applicant solves such a problem and can measure the Brillouin scattering of the optical fiber under measurement with a resolution of 1 m or less while being able to measure over a wide area. A Brillouin scattering measurement device that can be easily automated was proposed in a previous patent application (Patent Document 3).
特許文献3に記載されたブリルアン散乱測定装置の一例では、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 an example of the Brillouin scattering measurement device described in
具体的には、図3に示すように、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。
Specifically, as shown in FIG. 3, a signal having a predetermined frequency f1 is input to 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 a
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。 One of the branched laser lights is modulated by the specific frequency f2 by the frequency converting means 24 for converting the frequency, and the center frequency of the laser light is shifted by a predetermined amount.
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 frequency converting means 24 enters one end of the
パルス変換器22の所定周期を調整することにより、被測定用光ファイバ内に発生するポンプ光とプローブ光とによる定在波の節(ブリルアン散乱が測定される場所)の数を一つに設定する。次に、駆動周波数f1を変化させて、被測定用光ファイバ内で当該節を移動させることが可能となる。
By adjusting the predetermined period of the
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路変換器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
光路変換器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、特許文献3では、プローブ光とポンプ光とでは異なるパルス変換器を同期制御して用いる方法や、複数の光源及び複数のパルス変換器を用いて、プローブ光とポンプ光とを別々に発生させる方法なども開示されている。
In
他方、上述した特許文献1乃至3のいずれの技術においても、被測定用光ファイバの両端には、プローブ光とポンプ光とを互いに対向するように入射させる必要がある。このため、ブリルアン散乱を実際に測定するには、図4(a)に示すように、構造物31等に配置された被測定用光ファイバ25に対して、測定装置30をその一方に配置し、被測定用光ファイバの他方には別の光ファイバで、プローブ光又はポンプ光のいずれか一方を案内することが不可欠である。
On the other hand, in any of the above-described techniques of
また、プローブ光とポンプ光とを異なる光源で生成する場合など、図4(b)に示すように、測定装置(33,34)を2つに分離する場合には、両者を電気ケーブル等で接続し、各測定装置(33,34)を高精度に制御することが不可欠となる。 Also, as shown in FIG. 4B, when the probe light and the pump light are generated by different light sources, when the measuring device (33, 34) is separated into two, both are connected by an electric cable or the like. It is essential to connect and control each measuring device (33, 34) with high accuracy.
このように被測定用光ファイバ以外の光ファイバを敷設したり、電気ケーブルを配線することは、作業工程が複雑化・煩雑化するなど測定効率が低下する上、測定の信頼性にも問題を生じることとなる。 In this way, laying optical fibers other than the optical fiber to be measured or laying electrical cables lowers the measurement efficiency and complicates and complicates the work process and causes problems in measurement reliability. Will occur.
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、被測定用光ファイバのみを用いてブリルアン散乱を測定可能なブリルアン散乱測定装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a Brillouin scattering measuring apparatus that solves the above-described problems and can measure Brillouin scattering using only the optical fiber to be measured.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、プローブ光とポンプ光とを生成する測定用光生成手段と、該測定用光生成手段で生成されたプローブ光とポンプ光とを、偏波面が異なる状態で合成する偏波合成手段と、該偏波合成手段からの合成光が一端に入射される被測定用光ファイバと、該被測定用光ファイバの他端側に配置され、合成光の偏波面を回転すると共に、合成光中の少なくともプローブ光を反射させて該被測定用光ファイバの他端に再入射させる回転反射手段と、該被測定用光ファイバの一端側に配置され、該回転反射手段により反射したプローブ光を検出するプローブ光検出手段とを有することを特徴とするブリルアン散乱測定装置である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
特に、請求項1に係る発明は、該回転反射手段はプローブ光のみを該被測定用光ファイバの他端に再入射させることを特徴とする。
In particular, the invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のブリルアン散乱測定装置において、該被測定用光ファイバは偏波保持ファイバであることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のブリルアン散乱測定装置において、前記合成光の偏波面の回転は、偏波面を90°回転させることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、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対象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 claim 4 is the Brillouin scattering measurement device according to any one of
請求項5に係る発明は、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対象物の温度分布を測定するための温度分布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、プローブ光とポンプ光とを生成する測定用光生成手段と、該測定用光生成手段で生成されたプローブ光とポンプ光とを、偏波面が異なる状態で合成する偏波合成手段と、該偏波合成手段からの合成光が一端に入射される被測定用光ファイバと、該被測定用光ファイバの他端側に配置され、合成光の偏波面を回転すると共に、合成光中の少なくともプローブ光を反射させて該被測定用光ファイバの他端に再入射させる回転反射手段と、該被測定用光ファイバの一端側に配置され、該回転反射手段により反射したプローブ光を検出するプローブ光検出手段とを有することを特徴とするブリルアン散乱測定装置であるため、被測定用光ファイバ以外の光ファイバを必要とせず、しかも測定装置を被測定用光ファイバの一端側に配置した状態で測定することも可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the measurement light generation means for generating the probe light and the pump light, and the probe light and the pump light generated by the measurement light generation means are combined with different polarization planes. Polarization combining means, an optical fiber to be measured on which one of the combined lights from the polarization combining means is incident, and the other end of the optical fiber to be measured are arranged to rotate the polarization plane of the combined light And a rotary reflection means for reflecting at least the probe light in the combined light and re-entering the other end of the optical fiber for measurement, and disposed on one end side of the optical fiber for measurement and reflected by the rotary reflection means A Brillouin scattering measuring device characterized by having a probe light detecting means for detecting the probe light that has been detected, so that no optical fiber other than the optical fiber for measurement is required, and the measuring device is connected to the optical fiber for measurement. one It is possible to measure a state arranged on the side.
特に、回転反射手段はプローブ光のみを被測定用光ファイバの他端に再入射させるため、プローブ光の復路時のみブリルアン散乱の測定が可能となり、往路時も復路時も測定する場合と比較し、測定距離が少なく測定時間の短縮も可能となる。 In particular, since the rotary reflecting means re-enters only the probe light to the other end of the optical fiber to be measured, Brillouin scattering can be measured only during the return path of the probe light. The measurement distance is short and the measurement time can be shortened.
請求項2に係る発明により、被測定用光ファイバは偏波保持ファイバであるため、プローブ光とポンプ光とが同じ方向に進行する際に両者が干渉するのを避け、より高精度にブリルアン散乱を測定することが可能となる。
According to the invention of
請求項3に係る発明により、合成光の偏波面の回転は、偏波面を90°回転させるため、被測定用光ファイバの他端においてプローブ光やポンプ光が折り返す際に、各光が異なる偏波面に変換され、被測定用光ファイバ内を一方向に進む時と、逆方向に戻る時とでは、各光が異なる偏波面となる。これにより、一本の被測定用光ファイバのみで、折り返した光ファイバを敷設した場合と実質的に同様な効果を得ることが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, since the polarization plane of the synthesized light is rotated by 90 °, when the probe light or the pump light is turned back at the other end of the optical fiber to be measured, each light has a different polarization. When converted to a wavefront and travels in one direction through the optical fiber to be measured, each light has a different polarization plane when it travels in the opposite direction. This makes it possible to obtain substantially the same effect as when a folded optical fiber is laid with only one optical fiber to be measured.
請求項4に係る発明により、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対象物の歪を測定するための歪測定装置であるため、対象物内外に配置する光ファイバは、対象物内に配置する被測定用光ファイバのみでよく、測定作業が効率が高く、測定の信頼性も高い歪測定が可能となる。 According to the invention according to claim 4, since the Brillouin scattering measuring device is a strain measuring device for measuring the strain of the object on which the optical fiber to be measured is arranged, the optical fiber arranged inside and outside the object is Only the optical fiber to be measured arranged in the object is sufficient, and the strain measurement can be performed with high measurement efficiency and high measurement reliability.
請求項5に係る発明により、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対象物の温度分布を測定するための温度分布測定装置であるため、対象物内外に配置する光ファイバは、対象物内に配置する被測定用光ファイバのみでよく、測定作業が効率が高く、測定の信頼性も高い温度測定が可能となる。
According to the invention of
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図5は、本発明のブリルアン散乱測定装置の実施例を示す図である。
本発明のブリルアン散乱測定装置は、プローブ光(a0〜a3)とポンプ光(b0〜b3)とを生成する測定用光生成手段と、該測定用光生成手段で生成されたプローブ光とポンプ光とを、偏波面が異なる状態で合成する偏波合成手段40と、該偏波合成手段からの合成光が一端に入射される被測定用光ファイバ41と、該被測定用光ファイバの他端側に配置され、合成光の偏波面を回転すると共に、合成光中の少なくともプローブ光を反射させて該被測定用光ファイバの他端に再入射させる回転反射手段42と、該被測定用光ファイバの一端側に配置され、該回転反射手段により反射したプローブ光(a3)を検出するプローブ光検出手段とを有することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the Brillouin scattering measuring apparatus of the present invention.
The Brillouin scattering measurement apparatus of the present invention includes a measurement light generation unit that generates probe light (a 0 to a 3 ) and pump light (b 0 to b 3 ), and a probe generated by the measurement light generation unit. Polarization combining means 40 for combining the light and the pump light with different polarization planes, an
本発明に係るプローブ光及びポンプ光を生成する測定用光生成手段としては、図1乃至図3の各種技術を採用することができ、プローブ光L1、ポンプ光L2を生成するまでの光学系をそのまま利用することが可能である。
また、プローブ光a0及びポンプ光b0は、各々偏波面が被測定ファイバ41に対し直交するように予め調整されることが好ましく、そのためには、図1乃至3で生成された光波L1,L2を偏光子などを介して偏波面を調整する方法や、半導体レーザ1(20)と光分岐器3(23)との間、又は光分岐器3(23)から被測定用光ファイバ6(25)までの間などに偏光子やファラデーローテータなどを配置し、最終的に生成されるプローブ光L1(a0)とポンプ光L2(b0)とが、互いに偏波面が直交するよう調整することも可能である。
As the measurement light generating means for generating the probe light and the pump light according to the present invention, various techniques shown in FIGS. 1 to 3 can be adopted, and an optical system for generating the probe light L1 and the pump light L2 is used. It can be used as it is.
Further, the probe light a 0 and the pump light b 0 are preferably adjusted in advance so that their polarization planes are orthogonal to the
プローブ光a0とポンプ光b0とは互いに偏波面を維持しながら、偏波合成器40により合成される。偏波合成器40から出射する光波はプローブ光及びポンプ光を含んでいるが、両者は偏波面が直交しているため互いに干渉せず、被測定用光ファイバ41内を同一方向に伝搬していく。
被測定用光ファイバ41を、偏波保持ファイバ(PMF)で構成することにより、プローブ光a1とポンプ光b1が互いに偏波面を維持しながら伝搬するため、より一層、両者が干渉するのを避けることが可能となり、例えば、図5に示したように、プローブ光a1とポンプ光(反射光)b2との干渉、プローブ光(反射光)a2とポンプ光b1との干渉のみが発生し、より高精度にブリルアン散乱を測定することが可能となる。
The probe light a 0 and the pump light b 0 are combined by the
By configuring the optical fiber for
次に、被測定用光ファイバ41の端面における回転反射手段42について説明する。
回転反射手段42は、合成光の偏波面を回転すると共に、合成光中の少なくともプローブ光を反射させて該被測定用光ファイバの他端に再入射させる機能を有する。具体的には、調整反射手段42においては、プローブ光a1は必ず反射されるが、ポンプ光b1は必要に応じて反射されることとなる。
Next, the rotational reflection means 42 on the end face of the
The rotation reflecting means 42 has a function of rotating the polarization plane of the combined light and reflecting at least the probe light in the combined light so as to re-enter the other end of the optical fiber for measurement. Specifically, in adjusting the reflection means 42, the probe light a 1 but is always reflected pump light b 1 becomes to be reflected as required.
また、回転反射手段42の合成光の偏波面の回転において、偏波面を90°回転させる場合には、被測定用光ファイバの他端においてプローブ光やポンプ光が折り返す際に、各光が異なる偏波面に変換され、被測定用光ファイバ内を一方向に進む時と、逆方向に戻る時とでは、各光が異なる偏波面となる。これにより、一本の被測定用光ファイバのみで、折り返した光ファイバを敷設した場合と実質的に同様な効果を得ることが可能となる。 Further, when the polarization plane is rotated by 90 ° in the rotation of the polarization plane of the combined light of the rotary reflection means 42, each light is different when the probe light or the pump light is folded at the other end of the optical fiber for measurement. When the light is converted into a polarization plane and travels in one direction through the optical fiber to be measured, each light has a different polarization plane when returning to the opposite direction. This makes it possible to obtain substantially the same effect as when a folded optical fiber is laid with only one optical fiber to be measured.
回転反射手段42において、プローブ光とポンプ光との両方を被測定用光ファイバ41の他端に再入射させることにより、被測定用光ファイバ内をプローブ光が往復する際にブリルアン散乱が測定可能であり、被測定用光ファイバの同一箇所をプローブ光の往路時でも復路時でも測定でき、より高精度な測定が可能となる。また、偏波保持ファイバを用いることにより、プローブ光の往路時と復路時でブリルアン散乱の状態を比較し、温度変化によるブリルアン散乱か歪負荷によるブリルアン散乱かを特定することも可能となる。
Brillouin scattering can be measured when the probe light reciprocates in the optical fiber to be measured by causing both the probe light and the pump light to reenter the other end of the optical fiber for
特に、偏波保持ファイバを用いた場合には、非特許文献1にも開示されているように、各偏波保持面(スロー軸,ファースト軸)に対し、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数が異なり、かつ、それぞれの偏波面に対するブリルアンシフトの温度・歪依存性も異なるため、被測定用光ファイバの同一箇所において、プローブ光の往路時と復路時を測定し、結果値から算出することにより、温度変化と歪を分離し判定することが可能となる。
In particular, when a polarization maintaining fiber is used, the peak frequency of the Brillouin gain spectrum is different for each polarization maintaining surface (slow axis, fast axis) as disclosed in
プローブ光とポンプ光とを共に反射させるには、図6に示すように、プローブ光a1又はポンプ光b1を、ファラデー回転子と磁石とを組み合わせたファラデーローテータ43により偏波面を45°回転させ、回転されたプローブ光a4とポンプ光b4を次の全反射ミラー44で反射する。次に、反射ミラー44で反射されたプローブ光a5とポンプ光b5は、再度、ファラデーローテータで偏波面が45°回転され、結局入射した時点の偏波面と90°異なる偏波面に回転変化された状態で反射する(a2又はb2)こととなる。
In order to reflect both the probe light and the pump light, as shown in FIG. 6, the polarization plane of the probe light a 1 or the pump light b 1 is rotated by 45 ° by a
次に、回転反射手段42により、プローブ光のみを被測定用光ファイバの他端に再入射させる場合には、プローブ光(a2)の復路時のみブリルアン散乱の測定が可能となり、往路時も復路時も測定する場合と比較し、測定距離が少なく測定時間の短縮も可能となる。 Next, when only the probe light is reincident on the other end of the optical fiber to be measured by the rotary reflecting means 42, the Brillouin scattering can be measured only when the probe light (a 2 ) is returned, and also during the forward pass. Compared to the case of measurement on the return path, the measurement distance is short and the measurement time can be shortened.
プローブ光a1のみを反射させるには、図7に示すように、プローブ光a1又はポンプ光b1をファラデーローテータ43により偏波面を45°回転させる。そして、回転されたプローブ光a4とポンプ光b4を45°の偏光子45に入射させ、この際に、プローブ光a4のみを通過させると共に、ポンプ光b4は遮蔽されるよう偏光子45が配置されている。そして、プローブ光a4のみを全反射ミラー44で反射する。反射ミラー44で反射されたプローブ光a5は、再度、偏光子45を通過し、ファラデーローテータで偏波面が45°回転され、結局入射した時点の偏波面と90°異なる偏波面に回転変化された状態で反射する(a2)こととなる。
To reflect only the probe light a 1, as shown in FIG. 7, 45 ° rotates the polarization plane by the
なお、回転反射手段42は、図6又は7の構成に限定されるものではなく、本発明に必要な回転反射手段42の機能を実現するものであれば良い。 The rotation reflection means 42 is not limited to the configuration shown in FIG. 6 or 7, and any rotation reflection means 42 may be used as long as the function of the rotation reflection means 42 necessary for the present invention is realized.
次に、反射されたプローブ光a2は、被測定用光ファイバ41を逆方向に伝搬し、さらに、偏波合成器40を逆方向に伝搬して、プローブ光a3として偏波合成器40から出射される。このようなプローブ光を検出するには、図1乃至3に開示した各種のブリルアン散乱測定装置にあるようなプローブ光検出手段が利用可能である。具体的には、図1乃至3のように、光分岐器8(26)を介してポンプ光b0の光路からプローブ光a3を分離し、該分離したプローブ光を光検出器10(27)で検出する。また、必要に応じて、光波長フィルタやタイミング調整器などが配置される。
Next, the reflected probe light a 2 propagates in the optical fiber for
上述した本発明のブリルアン散乱測定装置は、被測定用光ファイバが配置された対象物の歪を測定するための歪測定装置、あるいは、被測定用光ファイバが配置された対象物の温度分布を測定するための温度分布測定装置として利用することができる。しかも、このような装置では、対象物内外に配置する光ファイバは、対象物内に配置する被測定用光ファイバのみでよく、測定作業が効率が高く、測定の信頼性も高い歪測定又は温度測定が可能となる。 The Brillouin scattering measuring device of the present invention described above is a strain measuring device for measuring strain of an object in which an optical fiber for measurement is arranged, or a temperature distribution of an object in which an optical fiber for measurement is arranged. It can be used as a temperature distribution measuring device for measurement. Moreover, in such an apparatus, the optical fiber to be arranged inside and outside the object need only be the optical fiber to be measured arranged in the object, and the measurement operation is highly efficient and the measurement reliability is high. Measurement is possible.
本発明によれば、被測定用光ファイバのみを用いてブリルアン散乱を測定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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the Brillouin scattering measuring apparatus which can measure a Brillouin scattering only using the to-be-measured optical fiber.
1,20 半導体レーザ
2,21 信号発生器
3,23 光分岐器
4 マイクロ波発生器
5 光強度変調器
6,25 被測定用光ファイバ
7 光遅延器
8,26 光路変換器(導出手段)
9 光波長フィルタ
10,27 光検出器
11 パルス変調器
12 タイミング調整器
22 パルス変換器
24 周波数変換器
30,33,34 測定手段
31 対象物
32 光ファイバ
35 電気ケーブル
40 偏波合成器
41 偏波保持ファイバ
42 回転反射手段
43 ファラデーローテータ
44 反射ミラー
45 偏光子
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該測定用光生成手段で生成されたプローブ光とポンプ光とを、偏波面が異なる状態で合成する偏波合成手段と、
該偏波合成手段からの合成光が一端に入射される被測定用光ファイバと、
該被測定用光ファイバの他端側に配置され、合成光の偏波面を回転すると共に、合成光中のプローブ光のみを反射させて該被測定用光ファイバの他端に再入射させる回転反射手段と、
該被測定用光ファイバの一端側に配置され、該回転反射手段により反射したプローブ光を検出するプローブ光検出手段とを有することを特徴とするブリルアン散乱測定装置。 Measurement light generating means for generating probe light and pump light;
Polarization combining means for combining the probe light and the pump light generated by the measurement light generating means with different polarization planes;
An optical fiber for measurement in which the combined light from the polarization beam combining means is incident on one end;
Rotational reflection that is arranged on the other end of the optical fiber to be measured, rotates the polarization plane of the combined light, reflects only the probe light in the combined light, and re-enters the other end of the optical fiber to be measured Means,
A Brillouin scattering measuring apparatus, comprising probe light detecting means arranged on one end side of the optical fiber for measurement and detecting probe light reflected by the rotary reflecting means.
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