JP2015021748A - Characteristic analyzer for optical fiber line and characteristic analysis method thereof - Google Patents

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千尋 鬼頭
Chihiro Kito
千尋 鬼頭
央 高橋
Hiroshi Takahashi
央 高橋
邦弘 戸毛
Kunihiro Komo
邦弘 戸毛
伊藤 文彦
Fumihiko Ito
文彦 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the reduction of measurement time about an optical fiber strain variation of an optical fiber line in a lengthwise direction of the optical fiber line.SOLUTION: Measurement in a short time can be achieved by allowing a Brillouin gain spectrum at a point on an optical fiber line to be obtained in a single measurement. Concretely, the Brillouin gain spectrum is obtained by counter propagation of a probe light pulse train including X probe light beams different by frequencies and a pump light pulse train including X pump light beams different by frequencies, which pair with the probe light beams. A frequency difference of an i-th probe-pump pair (pair of a probe light beam and a pump light beam) is changed from that of an (i-1)th probe-pump pair by Δf, and the Brillouin gain spectrum is obtained from Brillouin gains of respective probe light beams obtained by this change of frequency differences.

Description

本発明は、被測定光線路の特性を測定する光線路の特性解析装置とその解析方法に関する。   The present invention relates to an optical line characteristic analyzer for measuring characteristics of an optical line to be measured and an analysis method therefor.

光ファイバなどの光線路を使用する光通信システムでは、光線路の故障を検出し、または故障位置を特定するために、光パルス線路監視装置が用いられる。この光パルス線路監視装置としては、OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)が代表的である。   In an optical communication system using an optical line such as an optical fiber, an optical pulse line monitoring device is used to detect a failure of the optical line or to specify a failure position. A typical optical pulse line monitoring device is an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer).

ところで、PDS(Passive Double Star)型光線路構成の光線路監視においては、加入者側の光反射フィルタを利用し、プローブ光パルスとポンプ光パルスに時間差を与えて入射し、2つのパルスの衝突に伴うブリルアン利得を解析することで光線路特性を把握する方法(非特許文献1)が提案されている。従来、この方法では、平均化処理のために繰り返し測定を行っており、測定時間が長いことが課題であったが、最近では、光線路長手方向の光損失分布を短時間で得る方法(非特許文献2)が提案されている。   By the way, in the optical line monitoring of the PDS (Passive Double Star) type optical line structure, the light reflection filter on the subscriber side is used, the probe light pulse and the pump light pulse are incident with a time difference, and the two pulses collide. A method (Non-Patent Document 1) for grasping the optical line characteristics by analyzing the Brillouin gain associated with is proposed. Conventionally, in this method, repeated measurement is performed for averaging processing, and a long measurement time has been a problem. Recently, however, a method of obtaining a light loss distribution in the longitudinal direction of an optical line in a short time (non- Patent Document 2) has been proposed.

しかしながら、光線路特性を表す特性項目には、距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置など光損失分布により特定されるものの他に、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量など、光ファイバのブリルアン周波数シフト量変化により特定されるものがあり、後者の測定については、測定時間が長い、という問題が解消されていなかった。   However, in addition to those specified by the optical loss distribution, such as the optical attenuation with respect to the distance, the position of the bending obstacle, the degree of bending, the position of the disconnection obstacle, etc. Some are specified by the change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber, such as the amount of change in the optical fiber strain in the longitudinal direction of the path, and the latter measurement has not solved the problem that the measurement time is long.

ところで、被測定光線路形態を一心の線路に限定して、光コムの中心周波数を必要とする周波数分解能だけシフトさせながら繰り返し測定することで、一つのブリルアン利得スペクトルを得る技術が提案されている(非特許文献3)。しかしながら、この手法では、光線路特性の空間分解能と測定すべきブリルアン利得スペクトルの周波数分解能にトレードオフの関係があり、空間分解能とブリルアン利得スペクトルの周波数分解能を任意に決定することができない。このため、周波数分解能を高める場合にはサンプリングレートが劣化してしまい、動的な特性変化に対応できなくなることが懸念される。   By the way, a technique for obtaining one Brillouin gain spectrum by limiting the form of the optical line to be measured to a single line and repeatedly measuring while shifting the center frequency of the optical comb by the required frequency resolution has been proposed. (Non-Patent Document 3). However, this method has a trade-off relationship between the spatial resolution of the optical line characteristics and the frequency resolution of the Brillouin gain spectrum to be measured, and the spatial resolution and the frequency resolution of the Brillouin gain spectrum cannot be arbitrarily determined. For this reason, there is a concern that when the frequency resolution is increased, the sampling rate deteriorates and it becomes impossible to cope with a dynamic characteristic change.

H. Takahashi, et al., "Individual loss distribution measurement in 32-branched PON using pulsed pump-probe Brillouin Gain Analysis," Opt. Express, 21, No.6, 6739-6748, (2013).H. Takahashi, et al., "Individual loss distribution measurement in 32-branched PON using pulsed pump-probe Brillouin Gain Analysis," Opt. Express, 21, No. 6, 6739-6748, (2013). 高橋央, 戸毛邦弘, 伊藤文彦, 鬼頭千尋, “遠端反射のパルス光ブリルアン利得解析による分岐モニタリング技術,”Proceedings of 51th Meeting on Lightwave Sensing Technology, LST51-18, (2013).Hiroshi Takahashi, Kunihiro Toge, Fumihiko Ito, Chihiro Kito, “Branching monitoring technology by Brillouin gain analysis of far-end reflection,” Proceedings of 51th Meeting on Lightwave Sensing Technology, LST51-18, (2013). P. Chaube, et al., “Distributed Fiber-Optic Sensor for Dynamic Strain Measurement,” IEEE Sens. J., 8, No.7, (2008).P. Chaube, et al., “Distributed Fiber-Optic Sensor for Dynamic Strain Measurement,” IEEE Sens. J., 8, No. 7, (2008). 熊谷達弥,佐藤忍,“フィジカルセキュリティ用サニャック干渉型光ファイバセンサの開発,”電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌), 132, No.11, (2012).Tatsuya Kumagai and Shinobu Sato, “Development of Sagnac Interferometric Optical Fiber Sensor for Physical Security,” IEEJ Transactions E (Sensor Micromachine Division), 132, No. 11, (2012).

以上述べたように、光線路の光デバイスを監視するにあたり、加入者側の光反射フィルタを利用し、プローブ光パルスとポンプ光パルスに時間差を与えて入射し、2つのパルスの衝突に伴うブリルアン利得を解析することで光線路特性を把握する方法では、平均化処理のために繰り返し測定を行っており、測定時間が長いことが課題であった。   As described above, when monitoring the optical device in the optical line, the light reflection filter on the subscriber side is used, the probe light pulse and the pump light pulse are incident with a time difference, and the Brillouin accompanying the collision of the two pulses is used. In the method of grasping the optical line characteristic by analyzing the gain, the measurement is repeatedly performed for the averaging process, and the measurement time is long.

最近では、光線路長手方向の光損失分布を短時間で得る方法が提案されているが、光線路特性を表す特性項目には、距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置など光損失分布により特定されるものの他に、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量など、光ファイバのブリルアン周波数シフト量変化により特定されるものがあり、後者の測定については、測定時間が長い、という問題が解消されていなかった。   Recently, a method for obtaining the optical loss distribution in the longitudinal direction of the optical line in a short time has been proposed, but the characteristic items indicating the optical line characteristics include the optical attenuation with respect to the distance, the position of the bending obstacle, the degree of bending, and the disconnection. In addition to what is specified by the optical loss distribution such as the position of the fault, there are those specified by the Brillouin frequency shift amount change of the optical fiber, such as the temperature change with respect to the distance and the optical fiber strain change in the longitudinal direction of the optical line. In the measurement of, the problem of long measurement time has not been solved.

本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、ブリルアン利得スペクトル分布を任意の周波数分解能にて一回の試行で測定可能であり、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量などの測定時間を短縮することのできる光線路の特性解析装置およびその特性解析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made by paying attention to the above circumstances, and can measure the Brillouin gain spectrum distribution with an arbitrary frequency resolution in a single trial, and measure the amount of change in optical fiber strain in the longitudinal direction of the optical line. An object of the present invention is to provide an optical line characteristic analysis apparatus and its characteristic analysis method capable of reducing time.

本発明に係る光線路の特性解析装置は、以下のような態様の構成とする。
(1)被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析装置であって、互いに波長の異なる第1試験光および第2試験光を時間的に制御してX個(Xは自然数)の周波数に変調する試験光周波数変調手段と、前記試験光変調手段と同期し、周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化する試験光パルス化手段と、前記パルス化されたX個の第1試験光によるプローブ光パルス列およびX個の第2試験光によるポンプ光パルス列を合波する合波手段と、前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出するサーキュレータと、前記サーキュレータで抽出された試験光からX個の第1試験光の周波数成分を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段で抽出された第1試験光を受光して電流に変換する光・電気変換手段と、前記電流に変換された第1試験光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射された第1試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からX個の周波数成分ごとに信号分離する周波数分離手段と、前記X個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理手段とを具備し、前記試験光周波数変調手段は、所定の時間間隔ごとに第1試験光および第2試験光を周波数変調する手段であって、特定の第1試験光と第2試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第1試験光および第2試験光に対する周波数変調を施し、前記演算処理手段は、前記第1試験光と第2試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する態様とする。
The optical line characteristic analyzing apparatus according to the present invention has the following configuration.
(1) An optical line characteristic analyzing apparatus for analyzing the characteristics of an optical line to be measured, wherein the first test light and the second test light having different wavelengths are temporally controlled to obtain X pieces (X is a natural number). Test light frequency modulating means for modulating the frequency, and test light pulse forming means for synchronizing X probe light and X pump light having different frequencies with an arbitrary time difference in synchronization with the test light modulating means And means for combining the pulsed probe light pulse train of the X first test lights and the pump light pulse train of the X second test lights, and the combined probe light pulse train and the pump light A pulse train is sequentially incident on the optical path to be measured, and a circulator for extracting the test light returned from the optical path to be measured, and a frequency component of X first test lights from the test light extracted by the circulator. Means for extracting the first test light extracted by the filter means and converting it into a current, and an analog for converting the first test light converted into the current into a digital signal -Digital conversion means, decoding the digital signal, specifying which digital signal of the first test light is incident on the branched lower optical fiber from the control information at the time of generation and the light receiving timing, and specifying the specified digital Frequency separation means for separating the signal for each of X frequency components from the signal, Brillouin gain of each of the X frequency components is analyzed, and the above measurement is repeated while changing the incident time difference between the probe light pulse train and the pump light pulse train And an arithmetic processing means for obtaining a Brillouin gain characteristic distribution of the optical line to be measured from measurement results repeatedly measured, and the test The frequency modulation means is means for frequency-modulating the first test light and the second test light at predetermined time intervals, and causes the Brillouin interaction only between the specific first test light and the second test light. The first and second test lights are subjected to frequency modulation, and the arithmetic processing means changes the frequency interval between the first test light and the second test light at predetermined time intervals, and the frequency interval and the Brillouin frequency are changed. A Brillouin gain spectrum at a measurement point is acquired from the scattered intensity, and Brillouin gain spectrum distribution information is formed by repeatedly performing the above measurement while changing the difference in incident time between the probe light pulse train and the pump light pulse train. It is set as the aspect which analyzes the optical line characteristic of the longitudinal direction of a measurement optical line.

(2)(1)において、前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる態様とする。
(3)(1)において、前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかの態様とする。
(2) In (1), in the optical line under measurement, one end of the backbone optical fiber is branched into a plurality of systems by an optical branching device, and one end of the branching optical fiber is optically connected to each branching end portion of the optical branching device. It is set as the aspect formed by couple | bonding.
(3) In (1), the optical line characteristics include optical attenuation with respect to the distance of the optical line to be measured, position of bending failure, degree of bending, position of disconnection failure, temperature change amount with respect to distance, optical line longitudinal direction The optical fiber strain change amount is at least one of the aspects.

(4)(1)において、前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現する態様とする。
また、本発明に係る光線路の特性解析方法は、以下のような態様の構成とする。
(5)被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析方法であって、互いに波長の異なる第1試験光および第2試験光を時間的に制御してX個(Xは自然数)の周波数に変調し、前記変調と同期し、周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化し、前記パルス化されたX個の第1試験光によるプローブ光パルス列およびX個の第2試験光によるポンプ光パルス列を合波し、前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出し、前記抽出された試験光からX個の第1試験光の周波数成分を抽出し、前記抽出された第1試験光を受光して電流に変換し、前記電流に変換された第1試験光をデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングから被測定光線路に入射された第1試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からX個の周波数成分ごとに信号分離し、前記X個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理を実行するものとし、前記所定の時間間隔ごとに第1試験光および第2試験光を周波数変調する際に、特定の第1試験光と第2試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第1試験光および第2試験光に対する周波数変調を施し、前記演算処理は、前記第1試験光と第2試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する態様とする。
(4) In (1), the frequency modulation means is realized by a modulated electric signal of a single sideband modulator or a low noise phase modulator and an arbitrary waveform signal generator.
The optical line characteristic analysis method according to the present invention has the following configuration.
(5) A method for analyzing characteristics of an optical line for analyzing characteristics of an optical line to be measured, wherein the first test light and the second test light having different wavelengths are temporally controlled to obtain X pieces (X is a natural number). Modulating to frequency, synchronizing with the modulation, pulsing X probe light and X pump light having different frequencies with an arbitrary time difference, and probe by the pulsed X first test lights The optical pulse train and the pump optical pulse train of the X second test lights are combined, and the combined probe optical pulse train and pump optical pulse train are sequentially incident on the optical path to be measured and returned from the optical path to be measured. The test light is extracted, frequency components of X first test lights are extracted from the extracted test light, and the extracted first test light is received and converted into current, which is converted into the current. The first test light The digital signal is decoded, and it is determined whether it is a digital signal of the first test light incident on the optical path to be measured from the control information at the time of generation and the light reception timing, and X signals are identified from the specified digital signal. The signal is separated for each frequency component, the Brillouin gain of each of the X frequency components is analyzed, the above measurement is repeated while changing the incident time difference between the probe light pulse train and the pump light pulse train, An arithmetic process for obtaining a Brillouin gain characteristic distribution of the optical line to be measured is executed, and when the first test light and the second test light are frequency-modulated at each predetermined time interval, a specific first test light and The first test light and the second test light are frequency-modulated so as to cause a Brillouin interaction only between the second test lights, and the arithmetic processing includes the first test light and the second test light. The frequency interval between the test light and the second test light is changed at predetermined time intervals, the Brillouin gain spectrum at the measurement point is obtained from the frequency interval and the Brillouin scattering intensity, and the difference in incident time between the probe light pulse train and the pump light pulse train is obtained. The Brillouin gain spectrum distribution information is formed by repeatedly performing the above measurement while changing, and the optical line characteristic in the longitudinal direction of the measured optical line is analyzed from the distribution information.

(6)(5)において、前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる態様とする。
(7)(5)において、前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかの態様とする。
(6) In (5), in the optical line under test, one end of the trunk optical fiber is branched into a plurality of systems by an optical branching device, and one end of the branching optical fiber is optically connected to each branching end portion of the optical branching device. It is set as the aspect formed by couple | bonding.
(7) In (5), the optical line characteristics are: optical attenuation with respect to the distance of the optical line to be measured, position of bending failure, degree of bending, position of disconnection failure, temperature change amount with respect to distance, optical line longitudinal direction The optical fiber strain change amount is at least one of the aspects.

(8)(5)において、前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現する態様とする。   (8) In (5), the frequency modulation means is realized by a modulated electric signal of a single sideband modulator or a low noise phase modulator and an arbitrary waveform signal generator.

以上のように、本発明によれば、ブリルアン利得スペクトル分布を任意の周波数分解能にて一回の試行で測定可能であり、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量などの測定時間を短縮することのできる光線路の特性解析装置およびその特性解析方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the Brillouin gain spectrum distribution can be measured with a single trial at an arbitrary frequency resolution, and the measurement time of the optical fiber strain variation in the longitudinal direction of the optical line can be shortened. It is possible to provide an optical line characteristic analyzing apparatus and a characteristic analyzing method thereof.

本発明の第1の実施形態に係る光線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the characteristic analyzer of the optical line which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態において、ポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル(BGS)とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得の変化を示す概念図である。In a 1st embodiment, it is a key map showing change of Brillouin gain which probe light included in a Brillouin gain spectrum (BGS) which a pump light pulse train comprises and a probe light pulse train. 第1の実施形態における特性解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the characteristic analysis process in 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る光線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the characteristic analyzer of the optical line which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態における特性解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the characteristic analysis process in 2nd Embodiment.

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
まず、本発明を概略説明するに、本発明に係る光線路の特性解析装置は、以下の態様で構成される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
First, to outline the present invention, an optical line characteristic analyzing apparatus according to the present invention is configured in the following manner.

(被測定光線路の条件)
本発明を適用する被測定光線路は、一心の光ファイバの遠端に試験光反射フィルタを具備し、または一心の光ファイバを光スプリッタにより第1から第Nの光ファイバに分岐した各分岐下部光ファイバの遠端に試験光反射フィルタを具備し、かつ光スプリッタによる分岐点から光フィルタまでのN本の分岐下部光ファイバについての長さの最小の差が本発明装置の光ファイバ識別分解能以上を有する光分岐線路である。
(Conditions for optical line under measurement)
An optical line to be measured to which the present invention is applied includes a test light reflection filter at the far end of a single optical fiber, or each branched lower part obtained by branching a single optical fiber from a first optical fiber to an Nth optical fiber by an optical splitter. A test light reflection filter is provided at the far end of the optical fiber, and the minimum difference in length of the N branched lower optical fibers from the branch point to the optical filter by the optical splitter is greater than or equal to the optical fiber identification resolution of the device of the present invention. An optical branch line having

(装置構成の概要)
本発明の試験光は、ブリルアン相互作用を生じる周波数差を持つ第一試験光(プローブ光)と第二試験光(ポンプ光)のペアを生成するために、プローブ光およびポンプ光は周波数変調電気信号を受けて動作する周波数変調器によりX個(Xは自然数)の異なる周波数に変調される。
(Outline of device configuration)
The test light of the present invention generates a pair of first test light (probe light) and second test light (pump light) having a frequency difference that causes Brillouin interaction. It is modulated to X different frequencies (X is a natural number) by a frequency modulator that operates in response to the signal.

ここで、第一試験光に内包されるi番目の周波数をf1i、第二試験光に内包されるi番目の周波数f2iとすると(iは自然数)、第一試験光と第二試験光は被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の初期値fBに対し、以下の4つの式を満たすように周波数変調する。 Here, if the i-th frequency included in the first test light is f 1i , and the i-th frequency f 2i included in the second test light (i is a natural number), the first test light and the second test light Performs frequency modulation so as to satisfy the following four expressions with respect to the initial value f B of the Brillouin frequency shift amount assumed in the optical line to be measured.

ペアを成す第一試験光と第二試験光の周波数差:f2i-f1i=fB+iΔf
ペアを成さない第一試験光と第二試験光の周波数差:f2i-f1j=fB+(i-j)Δf+kΔfB
第一試験光に内包されるプローブ光の周波数差:|f1i-f1j|≧Δf+kΔfB
第二試験光に内包されるポンプ光の周波数差:|f2i-f2j|≧Δf+kΔfB
ただし、0<iΔf≦ΔfB, ΔfBはブリルアンスペクトル幅、nは自然数、Δfは測定するブリルアン利得スペクトルの周波数軸上のプロット間隔(周波数分解能)、iとjはX以下の自然数、i≠j、kは1以上の定数であり、kΔfBは被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する)となるようにプローブ光またはポンプ光の変調周波数を制御する。Δfは任意に設定可能であり、必要とする空間分解能には制限を受けない。
Frequency difference between the first test light and the second test light that make a pair: f 2i -f 1i = f B + iΔf
Frequency difference between the first test light and the second test light that do not form a pair: f 2i -f 1j = f B + (ij) Δf + kΔf B
Frequency difference of probe light included in first test light: | f 1i -f 1j | ≧ Δf + kΔf B
Frequency difference of pump light contained in second test light: | f 2i -f 2j | ≧ Δf + kΔf B
However, 0 <iΔf ≦ Δf B , Δf B is the Brillouin spectrum width, n is a natural number, Δf is the plot interval (frequency resolution) on the frequency axis of the Brillouin gain spectrum to be measured, i and j are natural numbers less than X, i ≠ j and k are constants of 1 or more, and kΔf B is set to be sufficiently larger than the larger of the Brillouin frequency shift amount assumed for the optical line to be measured or Δf B ) The modulation frequency of the probe light or pump light is controlled. Δf can be set arbitrarily and is not limited by the required spatial resolution.

また、前記周波数変調電気信号は、任意波形発生器に予めプログラムされた周波数変調電気信号である。また、前記任意波形発生器は、パルス・パターン・ジェネレータ(PPG)またはファンクション・ジェネレータ(FG)からのトリガー信号によって時間的に制御されて動作する。   The frequency-modulated electrical signal is a frequency-modulated electrical signal pre-programmed in the arbitrary waveform generator. The arbitrary waveform generator operates by being controlled in time by a trigger signal from a pulse pattern generator (PPG) or a function generator (FG).

また、周波数変調器はシングルサイドバンド変調器やLN位相変調器を使用可能である。前記PPGまたはFGのトリガー信号は、受信信号収録のトリガー信号と共用することで、変調周波数の送信側と受信側の同期をとることができる。
周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光は、周波数変調器と共用するPPGまたはFGのトリガー信号に基づき同期したパルス化装置によって相対的に任意の時間差を持ってパルス化され、それぞれプローブ光パルス列、ポンプ光パルス列となる。
As the frequency modulator, a single sideband modulator or an LN phase modulator can be used. The trigger signal of the PPG or FG can be shared with the trigger signal for reception signal recording, so that the transmission side and the reception side of the modulation frequency can be synchronized.
X probe lights and X pump lights having different frequencies are pulsed with a relatively arbitrary time difference by a synchronized pulse generator based on a PPG or FG trigger signal shared with the frequency modulator, It becomes a probe light pulse train and a pump light pulse train.

ここで、パルス化装置は音響光学変調器やLN強度変調器、光スイッチが使用可能である。
上記試験光パルス列は、それ以前に送信された試験光パルス列が被測定光線路から排出された後に送信される。
以上の構成により、被測定光線路に入射する第一試験光および第二試験光は、所定の時間間隔ごとに所定の周波数間隔で変化し、f2i-f1i=fB+iΔfに一致する周波数差を持って対を成し、かつX個のプローブ光およびX個のポンプ光の周波数はいずれも一致しない試験光パルス列となる。
Here, an acousto-optic modulator, an LN intensity modulator, and an optical switch can be used as the pulsing device.
The test optical pulse train is transmitted after the previously transmitted test optical pulse train is discharged from the optical line to be measured.
With the above configuration, the first test light and the second test light incident on the measured optical line change at a predetermined frequency interval every predetermined time interval and coincide with f 2i -f 1i = f B + iΔf The test light pulse trains are paired with a frequency difference, and the frequencies of X probe light and X pump light do not match.

また、周波数変調電気信号、パルス化装置、受信信号収録の動作開始は一つのトリガー信号を共用するため、受信側の特性解析装置では、任意時間における送信側出力状態(周波数、出力の有無)を把握することができる。
プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列は合波素子で合波され、被測定光線路に順次入射する。被測定光線路遠端の試験光反射フィルタで反射されたX個のプローブ光は、各々f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差で対をなすポンプ光のみと被測定光線路中でブリルアン相互作用を生じ、ブリルアン利得を受ける。一方、ペアリングされていないプローブ光とポンプ光パルス間では周波数差がf2i-f1j=fB+(i-j)Δf+kΔfBとなり、fB+ΔfBと比較して十分大きく(または十分小さく)なるため、ブリルアン相互作用を生じることはなく、同一プローブ光が被測定光線路中で多重にブリルアン利得を受けることはない。
Also, since the frequency modulation electrical signal, pulsing device, and reception signal recording start operation share one trigger signal, the receiving side characteristic analysis device sets the transmission side output state (frequency, presence / absence of output) at an arbitrary time. I can grasp it.
The probe light pulse train and the pump light pulse train are combined by a multiplexing element and sequentially enter the optical path to be measured. The X probe lights reflected by the test light reflection filter at the far end of the optical path to be measured are only the pump light paired with the frequency difference of f 2i -f 1i = f B + iΔf and in the optical path to be measured. Generates Brillouin interaction and receives Brillouin gain. On the other hand, the frequency difference between the unpaired probe light and the pump light pulse is f 2i -f 1j = f B + (ij) Δf + kΔf B , which is sufficiently large (or sufficient) compared to f B + Δf B Therefore, the Brillouin interaction does not occur, and the same probe light does not receive multiple Brillouin gains in the measured optical line.

戻ってきた試験光は光サーキュレータで抽出され、さらにX個のプローブ光の周波数成分のみが光フィルタで抽出される。
光フィルタで抽出されたプローブ光はフォトディテクタなどで受光して電流に変換し、電流に変換されたプローブ光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換され、デジタル信号を復号化し、被測定光線路が分岐線路である場合には試験光生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射されたプローブ光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号はフーリエ変換などの演算処理にてX個の周波数成分ごとに分離し、各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光とポンプ光の衝突地点までの線路特性情報を出力する。
The returned test light is extracted by an optical circulator, and only the frequency components of X probe lights are extracted by an optical filter.
The probe light extracted by the optical filter is received by a photodetector and converted into a current, and the probe light converted into a current is converted into a digital signal by analog / digital conversion, the digital signal is decoded, and the measured optical line is If it is a branch line, specify which digital signal of the probe light is incident on the lower branch optical fiber from the control information and the light reception timing at the time of test light generation, and the specified digital signal is Fourier transform etc. It is separated into X frequency components by calculation processing, Brillouin gain of each frequency component is analyzed, and line characteristic information up to the collision point of probe light and pump light is output.

さらに、プローブ光およびポンプ光の入射時間差を変化させることでプローブ光とポンプ光の衝突地点を変化させながら上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から光スプリッタの下部分岐ファイバそれぞれのブリルアン利得特性分布を出力する。   Furthermore, the Brillouin gain characteristic of each of the lower branch fibers of the optical splitter is determined by repeating the above measurement while changing the collision point of the probe light and the pump light by changing the incident time difference between the probe light and the pump light. Output the distribution.

(測定する特性項目)
光線路特性は、被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかである。
(演算処理)
演算処理手段は、予めポンプ光パルス列を入射しない条件下でプローブ光パルス列を入射し、一心の被測定光線路からのプローブパルス列の先頭の戻り時間t1、またはN本の分岐下部光ファイバを有する被測定光線路からのプローブパルス列の先頭の戻り時間t1〜tNを各々測定し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間と前記周波数変調手段による周波数変調時間の情報から、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間を特定し、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間から周波数変調時間にかけて受信すべき変調周波数を特定し、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間から周波数変調時間内において受信信号強度の時間変化をフーリエ変換して周波数分離を行い、当該時間に受信すべきプローブ光周波数成分を抽出し、当該周波数信号成分の参照プローブ光パワーとする。
(Characteristic items to be measured)
The optical line characteristics include at least one of the optical attenuation with respect to the distance of the optical line to be measured, the position of the bending failure, the degree of bending, the position of the disconnection failure, the temperature change with respect to the distance, and the optical fiber strain change in the longitudinal direction of the optical line. It is.
(Calculation processing)
The arithmetic processing means has the probe light pulse train incident in advance under the condition that the pump light pulse train is not incident, and has the return time t 1 at the head of the probe pulse train from one optical fiber to be measured, or N branch lower optical fibers respectively measuring the head of the return time t 1 ~t N probe pulse train from the measured light path, from the information of the frequency modulation time by the head of the return time and the frequency modulating means of the probe optical pulse train, it is included in the probe optical pulse train The return time of each of the X probe optical frequencies is specified, the modulation frequency to be received from the return time of each of the X probe optical frequencies included in the probe optical pulse train to the frequency modulation time is specified, and the probe optical pulse train Frequency is obtained by Fourier-transforming the time variation of received signal strength within the frequency modulation time from the return time of each X probe optical frequencies included. It performed away, to extract the probe light frequency component to be received in the time, and the reference probe light power of the frequency signal components.

続いて、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列を所定の時間差で入射し、参照プローブ光パワーの測定と同様にして、ポンプ光によるブリルアン利得を受けたプローブ光シグナルパワーを測定する。そして、プローブ信号パワーと参照プローブ光パワーの当該周波数成分の強度の比率から当該プローブ光周波数成分が得たブリルアン利得をそれぞれ独立に解析する態様とする。   Subsequently, the probe light pulse train and the pump light pulse train are incident at a predetermined time difference, and the probe light signal power subjected to the Brillouin gain by the pump light is measured in the same manner as the measurement of the reference probe light power. Then, the Brillouin gain obtained by the probe light frequency component is independently analyzed from the ratio of the intensity of the frequency component of the probe signal power and the reference probe light power.

このとき、対を成すプローブ光とポンプ光の周波数差はペアによって異なるため、プローブ光が得られるブリルアン利得量も各々異なる。本手法で使用する帯域(100GHz以下)のポンプ光がなすブリルアン周波数シフト量νBは、不変とみなすことができるため、同一プローブ光パルス列に内包される各プローブ光のブリルアン利得について、プローブ光とポンプ光の周波数差f2i-f1i=fB+iΔfを横軸にとってプロットすることで、当該衝突地点におけるブリルアン利得スペクトルを一度の測定で取得することができる。この最大値をとる周波数差がブリルアン周波数シフトの測定値νBである。プローブ光パルス列とポンプ光パルス列の入射時間差を順次変化させることで被測定光線路長手方向のブリルアン利得スペクトル分布を形成することができる。これらブリルアン利得スペクトル分布からブリルアン周波数シフトνBの分布を得ることでひずみ分布や温度分布の測定が可能である。あるいは、ブリルアン利得スペクトルの最大値または面積を求めることで損失分布の測定が可能である。 At this time, since the frequency difference between the paired probe light and pump light differs depending on the pair, the amount of Brillouin gain from which the probe light is obtained also differs. Since the Brillouin frequency shift amount ν B made by the pump light in the band (100 GHz or less) used in this method can be regarded as unchanged, the Brillouin gain of each probe light included in the same probe light pulse train is By plotting the frequency difference f 2i -f 1i = f B + iΔf of the pump light with respect to the horizontal axis, the Brillouin gain spectrum at the collision point can be obtained by one measurement. The frequency difference taking the maximum value is the measured value ν B of the Brillouin frequency shift. By sequentially changing the incident time difference between the probe light pulse train and the pump light pulse train, the Brillouin gain spectrum distribution in the longitudinal direction of the measured optical line can be formed. By obtaining the Brillouin frequency shift ν B distribution from these Brillouin gain spectrum distributions, the strain distribution and temperature distribution can be measured. Alternatively, the loss distribution can be measured by obtaining the maximum value or area of the Brillouin gain spectrum.

以上の光線路特性データ取得のサンプリングレートは、1回の試行(1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定)で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。特に1回で信号対雑音比が1以上になる測定条件において、本手法はダイナミックにひずみが変動する被測定光線路について、1地点のひずみ変動情報を光サンプリングレートにて計測可能である。   The sampling rate for acquiring the optical line characteristic data described above is based on the length of the optical line to be measured when the signal-to-noise ratio is 1 or more in one trial (measured with one set of probe optical pulse train and pump optical pulse train). It is determined only by the reciprocal of the round trip time of the test light. When the signal-to-noise ratio is less than 1 in one trial, the value obtained by dividing the reciprocal of the round-trip time of the test light with respect to the measured optical line length by the average number of times until the signal-to-noise ratio becomes 1 or more This is the sampling rate of this method. In particular, under the measurement conditions in which the signal-to-noise ratio is 1 or more at a time, the present technique can measure the strain fluctuation information at one point at the optical sampling rate for the optical line to be measured whose strain changes dynamically.

以上のように、ブリルアン利得解析を用いる光線路の特性解析技術において、一心または分岐線路を有する被測定光線路にブリルアン周波数シフト量が長手方向に変化する場合に、周波数差の異なる試験光パルス対による一括並列測定によって1地点のブリルアン利得スペクトルを一回の測定で取得することが可能であるため、高サンプリングレートでブリルアン周波数シフト量変化を計測可能であり、かつ、繰り返し試行を重ねることで被測定光線路長手方向のブリルアン利得スペクトル分布を測定可能であり、かつ、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能や特性分布分解能、ブリルアン利得スペクトル分解能を劣化させずに以上の測定結果を取得可能な光線路と分岐光線路の特性解析装置を提供することができる。   As described above, in the optical line characteristic analysis technique using the Brillouin gain analysis, when the Brillouin frequency shift amount changes in the longitudinal direction in the optical line to be measured having a single core or a branch line, the test optical pulse pairs having different frequency differences are used. The Brillouin gain spectrum at one point can be acquired by a single measurement by the collective parallel measurement by, so that the Brillouin frequency shift change can be measured at a high sampling rate, and repeated trials are repeated. The Brillouin gain spectrum distribution in the longitudinal direction of the measurement optical line can be measured, and the above measurement results can be obtained without degrading the branch optical fiber identification resolution, characteristic distribution resolution, and Brillouin gain spectrum resolution compared to the conventional technology. It is possible to provide a characteristic analysis device for a simple optical line and a branched optical line.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光分岐線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。図1に示す装置(点線で囲まれた被測定光ファイバを除く、他の全構成部分)は、周波数の異なるX個のプローブ光がそれぞれペアを成す周波数の異なるX個のポンプ光との対向伝搬により被測定ファイバ23中で受けたブリルアン利得の特性分布を求めることができるものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the optical branch line characteristic analyzer according to the first embodiment. The apparatus shown in FIG. 1 (all other components excluding the optical fiber to be measured surrounded by a dotted line) is opposed to X pump lights having different frequencies, each paired with X probe lights having different frequencies. The characteristic distribution of the Brillouin gain received in the measured fiber 23 by propagation can be obtained.

図1に示す第1の実施形態において、レーザ光源11から出力された連続光は、分岐素子12によって2系統に分岐される。
分岐素子12で分岐された光の一方を第1試験光(プローブ光)、他方を第2試験光(ポンプ光)とする。第1試験光は、光周波数シフタ13により周波数がブリルアン周波数シフト量νBだけシフトされる。具体的には、光周波数シフタ13は、正弦波発生器(図示せず)からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器(LN位相変調器)、振幅強度変調器やSSB変調器が使用可能である。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the continuous light output from the laser light source 11 is branched into two systems by the branch element 12.
One of the lights branched by the branch element 12 is a first test light (probe light) and the other is a second test light (pump light). The first test light is shifted in frequency by the Brillouin frequency shift amount ν B by the optical frequency shifter 13. Specifically, the optical frequency shifter 13 may be any external modulator having a function of frequency of the modulation sidebands is changed according to the signal frequency from the sine wave generator (not shown), a LiNbO 3 The used phase modulator (LN phase modulator), amplitude intensity modulator, or SSB modulator can be used.

光周波数シフタ13で周波数シフトされた第1試験光は分岐素子14で2系統に分岐され、一方はプローブ光、他方はローカル光となる。プローブ光は光周波数変調装置15に入射され、時間的に制御されたX段階に周波数が変調された光となる。さらに、プローブ光は光パルス化装置16によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたプローブ光パルス列となる。   The first test light frequency-shifted by the optical frequency shifter 13 is branched into two systems by the branch element 14, one being probe light and the other being local light. The probe light is incident on the optical frequency modulation device 15 and becomes light whose frequency is modulated in the X stage controlled temporally. Further, the probe light becomes a probe light pulse train arranged in time with different frequencies of the X wave by pulsed modulation by the optical pulse device 16.

一方、分岐素子12によって分岐された第2試験光も同様にして、光周波数変調装置17にて周波数変調され、さらに光パルス化装置18によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたポンプ光パルス列となる。X個のプローブ光とポンプ光の内、1波目のプローブ光とポンプ光、2波目のプローブ光とポンプ光、…X波目のプローブ光とポンプ光は互いにνBの周波数差を持ち、プローブ−ポンプ対をなす。プローブ−ポンプ対でのみブリルアン相互作用を生じる条件を満たし、いずれのプローブ光およびポンプ光も互いに異なる周波数を持つ。 On the other hand, the second test light branched by the branching element 12 is similarly frequency-modulated by the optical frequency modulation device 17 and further arranged temporally with different X-wave frequencies by pulsed modulation by the optical pulse device 18. The pump light pulse train thus obtained is obtained. Of the X probe lights and pump lights, the first wave probe light and pump light, the second wave probe light and pump light, ... the X wave probe light and pump light have a frequency difference of ν B. A probe-pump pair. Only the probe-pump pair satisfies the condition for causing the Brillouin interaction, and both the probe light and the pump light have different frequencies.

ここで、f0をレーザ光源11の無変調の光周波数、νBをブリルアン後方散乱による光周波数シフト量、ΔνBをブリルアン利得帯域の半値幅、Aを定数とすると、レーザ光源(周波数f0)11が与える誘導ブリルアン散乱の利得係数gBは以下の式で表される。 Here, when f 0 is an unmodulated optical frequency of the laser light source 11, ν B is an optical frequency shift amount due to Brillouin backscattering, Δν B is a half-value width of the Brillouin gain band, and A is a constant, the laser light source (frequency f 0 ) The gain coefficient g B of stimulated Brillouin scattering given by 11 is expressed by the following equation.

Figure 2015021748
(1)式によれば、本実施形態の手法においてポンプ光パルス列に内包されるi番目のポンプ光の光周波数f2i = f0 -iΔf -ikΔfBとし、プローブ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iはプローブ−ポンプ対において互いにνBの周波数差を持つようなf1i = f0 -iΔf -ikΔfB B に一致する場合、プローブ光はポンプ光から最大の利得を得る。
Figure 2015021748
According to the equation (1), the optical frequency f 2i = f 0 -iΔf -ikΔf B of the i-th pump light included in the pump light pulse train in the method of the present embodiment, and the i-th included in the probe light pulse train. If the frequency f 1i of the probe light coincides with f 1i = f 0 -iΔf -ikΔf BB , which has a frequency difference of ν B in the probe-pump pair, the probe light has the maximum gain from the pump light. Get.

本手法の目的である、一回の測定である地点のブリルアン利得スペクトルを取得するため、一心の被測定光線路に想定されるνBに対して、プローブ光とポンプ光の周波数差の初期値をfBとし、ポンプ光パルス列に内包されるi番目のポンプ光の光周波数f2i = f0 -iΔf-ikΔfB、プローブ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1i= f0 -iΔf -ikΔfB -fBに設定する。ただし、fB B -ΔfB/2程度に設定することが効率的な測定のために望ましいが、fB <νB-ΔfB/2であり、なおかつ、ペアを成す試験光の組数をXとすると、XΔf>ΔfBとなるようにXおよびΔfを設定する。これにより、ブリルアン利得スペクトルを測定することが可能となる。 In order to obtain the Brillouin gain spectrum at the point of one measurement, which is the purpose of this method, the initial value of the frequency difference between the probe light and the pump light with respect to ν B assumed for a single measured optical line was a f B, i th 0 optical frequency f 2i = f of the pump light -iΔf-ikΔf B which is contained in the pump optical pulse train, the i th probe light to be encapsulated in the probe optical pulse train frequency f 1i = f 0 -iΔf -ikΔf B Set to -f B. However, although it is desirable for efficient measurement to set to about f B = ν B -Δf B / 2, f BB -Δf B / 2 and a pair of test lights forming a pair If the number is X, set X and Delta] f such that XΔf> Δf B. This makes it possible to measure the Brillouin gain spectrum.

また、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包される各周波数成分については、周波数空間で隣接する成分同士を、被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きく離して配置する。これにより、ペア間以外でのブリルアン相互作用の発生を回避することができる。 In addition, for each frequency component included in the probe light pulse train and the pump light pulse train, adjacent components in the frequency space are the larger of the change amount of the Brillouin frequency shift assumed in the optical line to be measured or Δf B Place them far enough apart. Thereby, generation | occurrence | production of the Brillouin interaction except between pairs can be avoided.

図2に、本手法のポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル(BGS)とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得の概念図を示す。図2(a)に示すように、ポンプ光パワーP21、P22、P23、P24により、ブリルアン周波数シフト量νBだけ低周波側にブリルアン利得スペクトルBGS1,BGS2,BGS3,BGS4をそれぞれ形成する。プローブ光パルス列に内包されるプローブ光(周波数f11、f12、f13、f14)は各BGS中の丸点で示すブリルアン利得を得る。 FIG. 2 shows a conceptual diagram of the Brillouin gain spectrum (BGS) formed by the pump light pulse train of this method and the Brillouin gain obtained by the probe light included in the probe light pulse train. As shown in FIG. 2A, Brillouin gain spectra BGS1, BGS2, BGS3, and BGS4 are formed on the low frequency side by the Brillouin frequency shift amount ν B by the pump light powers P 21 , P 22 , P 23 , and P 24 , respectively. To do. The probe light (frequency f 11 , f 12 , f 13 , f 14 ) included in the probe light pulse train obtains a Brillouin gain indicated by a round dot in each BGS.

ここで、図2(b)に示すように、ポンプ光の周波数帯域(ここではf24-f21)においてブリルアン周波数シフト量νBは不変とみなせる上に、周波数f11、f12、f13、f14は初期設定ブリルアン周波数シフト量に対してΔf、2Δf、3Δf、4Δfの周波数差を持つため、各プローブ光成分は異なるブリルアン利得を得ることになる。ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、各プローブ光が得たブリルアン利得をプロットすることで、ブリルアン利得スペクトルを得ることができる。 Here, as shown in FIG. 2B, the Brillouin frequency shift amount ν B can be regarded as unchanged in the frequency band of pump light (here, f 24 -f 21 ), and the frequencies f 11 , f 12 , f 13 , f 14 is to have Δf, 2Δf, 3Δf, the frequency difference 4Δf the initial setting Brillouin frequency shift amount, the probe light component would get different Brillouin gain. A Brillouin gain spectrum can be obtained by plotting the Brillouin gain obtained by each probe light with the horizontal axis representing the frequency difference between the probe light and the pump light forming a pair.

上記光パルス化装置16、光パルス化装置18は、具体的には、任意波形駆動したLiNbO3を用いた振幅変調器や音響光学変調器が利用可能である。ここで、光パルス化とは、連続光のプローブ光およびポンプ光を強度変調し、m波目(mは自然数)の試験光と(m-1)波目の試験光を時間的に分離することである。また、光周波数変調装置15,17による光周波数変調および光パルス化装置16,18による光パルス化変調の順序は任意である。 As the optical pulse device 16 and the optical pulse device 18, specifically, an amplitude modulator or an acousto-optic modulator using LiNbO 3 driven with an arbitrary waveform can be used. Here, optical pulsing means intensity-modulating the continuous probe light and pump light to temporally separate the m-th (m is a natural number) test light and the (m-1) -th test light. That is. The order of the optical frequency modulation by the optical frequency modulators 15 and 17 and the optical pulse modulation by the optical pulse generators 16 and 18 are arbitrary.

ただし、光周波数変調装置15,17の変調周波数を制御する変調周波数制御器19と光パルス化装置16,18を制御する光パルス化制御器20、信号処理装置(PC)28に接続されたアナログ/デジタル(A/D)変換器27は、パルス・パターン・ジェネレータ(PPG)またはファンクション・ジェネレータ(FG)のトリガー信号によって同期動作する。   However, the analog frequency connected to the modulation frequency controller 19 for controlling the modulation frequency of the optical frequency modulators 15 and 17, the optical pulse controller 20 for controlling the optical pulse generators 16 and 18, and the signal processor (PC) 28. The digital / digital (A / D) converter 27 operates in synchronization with a trigger signal of a pulse pattern generator (PPG) or a function generator (FG).

X個の周波数(波長)の異なるプローブ光によるプローブ光パルス列とX個の周波数(波長)の異なるポンプ光によるポンプ光パルス列は、合波素子21によって合波され、サーキュレータ22を通過して被測定光線路(光ファイバ)23に順次入射される。被測定光線路23は、光ファイバ23aと光ファイバ終端に設置された試験光反射フィルタ23bで構成される。   A probe light pulse train using probe lights having different X frequencies (wavelengths) and a pump light pulse train using pump lights having different X frequencies (wavelengths) are combined by a multiplexing element 21 and pass through a circulator 22 to be measured. The light is sequentially incident on the optical line (optical fiber) 23. The measured optical line 23 includes an optical fiber 23a and a test light reflection filter 23b installed at the end of the optical fiber.

被測定光線路23に入射したプローブ光パルス列とポンプ光パルス列は、被測定光線路23の伝搬中にプローブ−ポンプ対のみでブリルアン相互作用を生じ、プローブ光は被測定光線路23を伝搬往復中に一度だけブリルアン増幅を受ける。このブリルアン増幅を受けたプローブ光パルス列に内包される各プローブ光は光サーキュレータ22に到達し、この光サーキュレータ22によって光フィルタ24に導かれる。ポンプ光パルス列も同様にして、光フィルタ24に導かれるが、この光フィルタ24はプローブ光パルス列のみを透過するもので、ここで透過したプローブ光パルス列は、光受信器26で受信される。なお、合波素子25にて分岐素子14で分岐された無変調のローカル光と合波してヘテロダイン検波をしてもよい。   The probe light pulse train and the pump light pulse train incident on the measured optical line 23 cause Brillouin interaction only by the probe-pump pair during propagation in the measured optical line 23, and the probe light propagates back and forth along the measured optical line 23. Receive Brillouin amplification only once. Each probe light included in the probe light pulse train subjected to the Brillouin amplification reaches the optical circulator 22 and is guided to the optical filter 24 by the optical circulator 22. Similarly, the pump light pulse train is guided to the optical filter 24. The optical filter 24 transmits only the probe light pulse train, and the probe light pulse train transmitted here is received by the optical receiver 26. Note that heterodyne detection may be performed by combining with unmodulated local light branched by the branch element 14 by the multiplexer 25.

光受信器26からの出力電流は、A/D変換器27でデジタル信号に変換されてから、信号処理装置(PC)28に入力される。信号処理装置28では入力された電流値に対して、後に説明する演算処理を行う。
以上の光線路特性データのサンプリングレートは、1回の試行(1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定)で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路23の光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。
The output current from the optical receiver 26 is converted into a digital signal by the A / D converter 27 and then input to the signal processing device (PC) 28. The signal processing device 28 performs arithmetic processing described later on the input current value.
When the signal-to-noise ratio is 1 or more in one trial (measurement with one set of probe light pulse train and pump light pulse train), the sampling rate of the above optical line characteristic data is the light beam of the measured optical line 23. It is determined only by the reciprocal of the round trip time of the test light with respect to the path length. When the signal-to-noise ratio is less than 1 in one trial, the value obtained by dividing the reciprocal of the round-trip time of the test light with respect to the measured optical line length by the average number of times until the signal-to-noise ratio becomes 1 or more This is the sampling rate of this method.

例えば、1回の試行で信号対雑音比が上回る場合(理論的には、必要な空間分解能を10mとすると、片道の線路損失が18dB程度以下の場合)、片道1kmの被測定光線路23を100kHzのサンプリングレートで測定可能であり、自然の風で揺れることによってひずみが数十〜数百Hzで変化する(非特許文献4)架空ケーブルのひずみ量時間変化なども測定可能な高サンプリングレートを実現できる。   For example, if the signal-to-noise ratio exceeds a single trial (theoretically, if the required spatial resolution is 10 m, the one-way line loss is about 18 dB or less), the one-way optical path 23 to be measured is 1 km. It can be measured at a sampling rate of 100 kHz, and the distortion changes by several tens to several hundreds of Hz by shaking with natural wind (Non-Patent Document 4). realizable.

次に上述した本実施形態の光線路特性解析装置の動作について説明する。光周波数変調装置15,17、光パルス化装置16,18、光受信器26、被測定光線路23は、次の条件を満足する必要がある。
(条件1) プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iおよびi番目のポンプ光の周波数f2iは、被測定光線路23に想定されるブリルアン周波数シフトの初期値fBに対し、f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差のプローブ-ポンプ対をなすように光周波数変調装置15,17が動作し、かつ対をなすプローブ光とポンプ光が任意の時間差にて被測定光線路に入射するように光パルス化装置16,18が動作すること。
Next, the operation of the above-described optical line characteristic analyzing apparatus of the present embodiment will be described. The optical frequency modulation devices 15 and 17, the optical pulse devices 16 and 18, the optical receiver 26, and the measured optical line 23 need to satisfy the following conditions.
(Condition 1) The frequency f 1i of the i-th probe light and the frequency f 2i of the i-th pump light included in the probe light pulse train and the pump light pulse train are the initial values of the Brillouin frequency shift assumed in the measured optical line 23. The optical frequency modulators 15 and 17 operate so as to form a probe-pump pair having a frequency difference of f 2i -f 1i = f B + iΔf with respect to the value f B , and the probe light and pump light that make a pair are arbitrary The optical pulse generators 16 and 18 operate so as to be incident on the measured optical line with a time difference of.

(条件2) プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列からなる試験光パルス列を順次被測定光線路23に入射する際、第一群の試験光パルス列が被測定光線路23から排出された後に第二群の試験光パルス列を被測定光線路23に入射し、かつ各試験光パルス列に内包される試験光パルスはいずれも互いにkΔfBだけ異なる周波数を持つこと。ただし、kΔfBは被測定光線路23に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する。 (Condition 2) When a test light pulse train composed of a probe light pulse train and a pump light pulse train is sequentially incident on the optical path under measurement 23, the second group of test optical pulse trains are ejected from the optical path under measurement 23 after being discharged from the optical path under measurement 23. The test optical pulse trains are incident on the optical line to be measured 23, and all the test optical pulses included in the test optical pulse trains have frequencies different from each other by kΔf B. However, k is set so that kΔf B is sufficiently larger than the larger one of the change amount of the Brillouin frequency shift assumed in the optical line to be measured 23 or Δf B.

ここで、条件1、2は次のような意味を持っている。
条件1は、プローブ光がポンプ光によりブリルアン増幅を受けるための条件である。
条件2は、任意の位置zのみのブリルアン利得情報を取得するための条件である。
条件1、2を満たした場合、本実施形態により一心の被測定光線路について、1点で変動するブリルアン利得スペクトルを被測定光線路長のみで決まるサンプリングレートにて測定可能であり、かつ試行を繰り返すことで被測定光線路全体のブリルアン利得スペクトル分布を測定可能である。このため、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能やブリルアン利得スペクトル分布の空間解能と周波数分解能を劣化させることなく、測定時間を短縮することができる。
Here, conditions 1 and 2 have the following meanings.
Condition 1 is a condition for the probe light to undergo Brillouin amplification by the pump light.
Condition 2 is a condition for acquiring Brillouin gain information only at an arbitrary position z.
When the conditions 1 and 2 are satisfied, the Brillouin gain spectrum, which fluctuates at one point, can be measured at a sampling rate determined only by the length of the optical line to be measured for a single optical line to be measured according to the present embodiment, and the trial is performed. By repeating, it is possible to measure the Brillouin gain spectrum distribution of the entire measured optical line. Therefore, the measurement time can be shortened without degrading the branch optical fiber identification resolution and the spatial resolution and frequency resolution of the Brillouin gain spectrum distribution as compared with the prior art.

上記演算処理装置28では、上記の測定を踏まえ、図3に示すフローチャートに従って演算処理を行う。この演算処理は全てコンピュータで制御可能である。
被測定光線路23からのプローブ光パルス列のみを入射し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間tdを記録する(ステップS11)。ブリルアン利得を受けない(ポンプ光を入射しない)条件下でのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光振幅強度を参照プローブ光強度として収録記録した先頭の戻り時間tdとプローブ光パルス幅から、いずれのプローブ光の参照プローブ光強度かを紐づけておく(ステップS12)。また、ブリルアン利得を受ける(ポンプ光を入射する)条件下でのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光振幅強度を信号プローブ光強度として収録記録した先頭の戻り時間tdとプローブ光パルス幅から、いずれのプローブ光の参照プローブ光強度かを紐づけておく(ステップS13)。続いて、参照プローブ光強度と信号プローブ光強度を比較し、ブルリアン利得情報を得る(ステップS14)。最後に、ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、ブリルアン利得をプロットして当該地点におけるブリルアン利得スペクトルを得て(ステップS15)、一連の処理を終了する。
The arithmetic processing unit 28 performs arithmetic processing according to the flowchart shown in FIG. 3 based on the above measurement. All of this arithmetic processing can be controlled by a computer.
Only the probe light pulse train from the measured optical line 23 is incident, and the return time t d at the head of the probe light pulse train is recorded (step S11). From the return time t d at the beginning and the probe light pulse width recorded as the reference probe light intensity, the probe light amplitude intensity included in the probe light pulse train under the condition that Brillouin gain is not received (no pump light is incident) The reference probe light intensity of the probe light is linked (step S12). Also, from the return time t d at the beginning and the probe light pulse width recorded and recorded as the probe light amplitude intensity included in the probe light pulse train under the condition of receiving the Brillouin gain (entering the pump light), Which probe light is the reference probe light intensity is linked (step S13). Subsequently, the reference probe light intensity is compared with the signal probe light intensity to obtain bullian gain information (step S14). Finally, the horizontal axis indicates the frequency difference between the paired probe light and pump light, the Brillouin gain is plotted to obtain the Brillouin gain spectrum at the point (step S15), and the series of processes is terminated.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、特に分岐を有する光線路を被測定光線路とする。
図4は、第2の実施形態に係る光線路特性解析装置の構成を示すブロック図である。図4に示す装置(点線で囲まれた被測定光線路を除く、他の全構成部分)は、周波数の異なるX個のプローブ光がそれぞれペアを成す周波数の異なるX個のポンプ光との対向伝搬により被測定光線路中で受けたブリルアン利得の特性分布を求めることができるものである。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an optical line having a branch is a measured optical line.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the optical line characteristic analyzing apparatus according to the second embodiment. The apparatus shown in FIG. 4 (all other components excluding the optical line to be measured surrounded by a dotted line) is opposed to X pump lights having different frequencies, each paired with X probe lights having different frequencies. The characteristic distribution of the Brillouin gain received in the measured optical line by propagation can be obtained.

図4に示す第2の実施形態において、レーザ光源11から出力された連続光は、分岐素子12によって2系統に分岐される。
分岐素子12で分岐された光の一方を第一試験光、他方を第二試験光とする。第一試験光は、光周波数シフタ13により周波数が被測定光線路23に想定されるブリルアン周波数シフト量の初期設定値fBだけシフトされる。具体的には、光周波数シフタ13は、正弦波発生器(図示せず)からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器(LN位相変調器)、SSB変調器が使用可能である。
In the second embodiment shown in FIG. 4, the continuous light output from the laser light source 11 is branched into two systems by the branch element 12.
One of the lights branched by the branch element 12 is referred to as a first test light, and the other is referred to as a second test light. The first test light is shifted by the optical frequency shifter 13 by an initial set value f B of the Brillouin frequency shift amount assumed in the optical line 23 to be measured. Specifically, the optical frequency shifter 13 may be any external modulator having a function of frequency of the modulation sidebands is changed according to the signal frequency from the sine wave generator (not shown), a LiNbO 3 The used phase modulator (LN phase modulator) and SSB modulator can be used.

光周波数シフタ13で周波数シフトされた第一試験光は分岐素子2で2系統に分岐され、一方はプローブ光、他方はローカル光となる。プローブ光は光周波数変調装置15に入射され、時間的に制御されたX段階に周波数が変調された光となる。
さらに、プローブ光は光パルス化装置16によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたプローブ光パルス列となる。
The first test light frequency-shifted by the optical frequency shifter 13 is branched into two systems by the branch element 2, one being probe light and the other being local light. The probe light is incident on the optical frequency modulation device 15 and becomes light whose frequency is modulated in the X stage controlled temporally.
Further, the probe light becomes a probe light pulse train arranged in time with different frequencies of the X wave by pulsed modulation by the optical pulse device 16.

一方、分岐素子12によって分岐された第二試験光も同様にして、光周波数変調装置17にて周波数変調され、さらに光パルス化装置18によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたポンプ光パルス列となる。X個のプローブ光とポンプ光の内、1波目のプローブ光とポンプ光、2波目のプローブ光とポンプ光、…X波目のプローブ光とポンプ光は互いにf2i-f1i=fB+iΔfの周波数差を持ち、プローブ−ポンプ対をなす。プローブ−ポンプ対でのみブリルアン相互作用を生じる条件を満たし、いずれのプローブ光およびポンプ光は互いに異なる周波数を持つ。 On the other hand, the second test light branched by the branching element 12 is similarly frequency-modulated by the optical frequency modulation device 17 and further arranged temporally with different X-wave frequencies by pulsed modulation by the optical pulse device 18. The pump light pulse train thus obtained is obtained. Of the X probe lights and pump lights, the first wave probe light and pump light, the second wave probe light and pump light, ... the X wave probe light and pump light are f 2i -f 1i = f It has a frequency difference of B + iΔf and forms a probe-pump pair. Only the probe-pump pair satisfies the condition for causing Brillouin interaction, and any probe light and pump light have different frequencies.

プローブ光とポンプ光の周波数差の条件や、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列にそれぞれ内包されるプローブ光とポンプ光の周波数間隔の条件は第1の実施形態と同様である。また、第1の実施形態にて図2を用いて説明したポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル(BGS)とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得は、第2の実施形態についても同様に生じる事象であり、ペアをなすプローブ光とポンプ光の周波数間隔はペア間で異なり、そのため各プローブ光成分は異なる大きさのブリルアン利得を得ることになる。よって、第1の実施形態と同様にして、ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、各プローブ光が得たブリルアン利得をプロットすることで、ブリルアン利得スペクトルを得ることができる。   The conditions for the frequency difference between the probe light and the pump light and the conditions for the frequency interval between the probe light and the pump light included in the probe light pulse train and the pump light pulse train are the same as those in the first embodiment. In addition, the Brillouin gain spectrum (BGS) formed by the pump light pulse train described with reference to FIG. 2 in the first embodiment and the Brillouin gain obtained by the probe light included in the probe light pulse train are the same in the second embodiment. The frequency interval between the paired probe light and pump light differs between the pairs, so that each probe light component obtains a Brillouin gain of a different magnitude. Therefore, similarly to the first embodiment, the Brillouin gain spectrum can be obtained by plotting the Brillouin gain obtained by each probe light by taking the frequency difference between the paired probe light and pump light on the horizontal axis. .

光パルス化装置16、光パルス化装置18は、具体的には、任意波形駆動したLiNbO3を用いた振幅変調器や音響光学変調器が利用可能である。ここで、光パルス化とは、連続光のプローブ光およびポンプ光を強度変調し、m波目(mは自然数)の試験光と(m-1)波目の試験光を時間的に分離することである。
また、光周波数変調装置15,17による光周波数変調および光パルス化装置16,18による光パルス化変調の順序は任意である。
As the optical pulse device 16 and the optical pulse device 18, specifically, an amplitude modulator or an acousto-optic modulator using LiNbO 3 driven with an arbitrary waveform can be used. Here, optical pulsing means intensity-modulating the continuous probe light and pump light to temporally separate the m-th (m is a natural number) test light and the (m-1) -th test light. That is.
The order of the optical frequency modulation by the optical frequency modulators 15 and 17 and the optical pulse modulation by the optical pulse generators 16 and 18 are arbitrary.

ただし、光周波数変調装置15,17の変調周波数を制御する変調周波数制御器19と光パルス化装置16,18を制御する光パルス化制御器20、信号処理装置(PC)28に接続されたアナログ/デジタル(A/D)変換器27は、パルス・パターン・ジェネレータ(PPG)またはファンクション・ジェネレータ(FG)のトリガー信号によって同期動作し、光周波数変調装置15,17と光パルス化装置16,18を通過したパルス化試験光の時間的な周波数配列は、信号処理装置(PC)28が把握している状態にある。   However, an analog connected to a modulation frequency controller 19 for controlling the modulation frequency of the optical frequency modulators 15 and 17, an optical pulse controller 20 for controlling the optical pulse generators 16 and 18, and a signal processor (PC) 28. The digital / digital (A / D) converter 27 operates in synchronization with a trigger signal of a pulse pattern generator (PPG) or a function generator (FG), and the optical frequency modulators 15 and 17 and the optical pulse converters 16 and 18 are operated. The temporal frequency arrangement of the pulsed test light that has passed through is ascertained by the signal processing device (PC) 28.

X個の周波数(波長)の異なるプローブ光によるプローブ光パルス列とX個の周波数(波長)の異なるポンプ光によるポンプ光パルス列は合波素子21によって合波され、光サーキュレータ22を通過して被測定光線路23に順次入射される。被測定光線路23は、光スプリッタ231と分岐下部光ファイバ232i(iは1〜N)と分岐下部光ファイバ終端に設置された試験光反射フィルタ233iで構成される。光スプリッタ231でN分岐されたプローブ光パルス列とポンプ光パルス列は、被測定光線路23の伝搬中にプローブ−ポンプ対のみでブリルアン相互作用を生じ、プローブ光は被測定光線路23を伝搬往復中に一度だけブリルアン増幅を受ける。このブリルアン増幅を受けたプローブ光パルス列に内包される各プローブ光は光サーキュレータ22に到達し、この光サーキュレータ22によって光フィルタ24に導かれる。ポンプ光パルス列も同様にして、光フィルタ24に導かれるが、この光フィルタ24はプローブ光パルス列のみを透過するもので、ここで透過したプローブ光パルス列は分岐素子14によって分岐された無変調のローカル光と合波素子25によってヘテロダイン検波され、光受信器26で受信される。   A probe light pulse train using probe lights having different X frequencies (wavelengths) and a pump light pulse train using pump lights having different X frequencies (wavelengths) are combined by a multiplexer 21 and pass through an optical circulator 22 to be measured. The light is sequentially incident on the optical line 23. The measured optical line 23 includes an optical splitter 231, a lower branch optical fiber 232 i (i is 1 to N), and a test light reflection filter 233 i installed at the end of the lower branch optical fiber. The probe optical pulse train and the pump optical pulse train that are N-branched by the optical splitter 231 cause a Brillouin interaction only in the probe-pump pair during propagation in the optical line 23 to be measured. Receive Brillouin amplification only once. Each probe light included in the probe light pulse train subjected to the Brillouin amplification reaches the optical circulator 22 and is guided to the optical filter 24 by the optical circulator 22. Similarly, the pump optical pulse train is guided to the optical filter 24. The optical filter 24 transmits only the probe optical pulse train, and the probe optical pulse train transmitted here is an unmodulated local light branched by the branch element 14. Heterodyne detection is performed by the light and multiplexing element 25 and received by the optical receiver 26.

光受信器26からの出力電流は、A/D変換器27でデジタル信号に変換されてから、信号処理装置28に入力される。信号処理装置28では、入力された電流値に対して、後に説明する演算処理を行う。
以上の光線路特性データのサンプリングレートは、第1の実施形態と同様であり、1回の試行(1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定)で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。
The output current from the optical receiver 26 is converted into a digital signal by the A / D converter 27 and then input to the signal processing device 28. The signal processing device 28 performs arithmetic processing described later on the input current value.
The sampling rate of the above optical line characteristic data is the same as in the first embodiment, and the signal-to-noise ratio is 1 or more in one trial (measurement with one set of probe light pulse train and pump light pulse train) Is determined only by the reciprocal of the round trip time of the test light with respect to the length of the optical line to be measured. When the signal-to-noise ratio is less than 1 in one trial, the value obtained by dividing the reciprocal of the round-trip time of the test light with respect to the measured optical line length by the average number of times until the signal-to-noise ratio becomes 1 or more This is the sampling rate of this method.

次に上述した第2の実施形態の光線路の特性解析装置の動作について説明する。光周波数変調装置15,17、光パルス化装置16,18、光受信器26、被測定光線路23は、次の条件を満足する必要がある。
(条件1) プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iおよびi番目のポンプ光の周波数f2iは被測定光線路23に想定されるブリルアン周波数シフトの初期値fBに対し、f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差のプローブ−ポンプ対をなすように光周波数変調装置15と17が動作し、かつ対をなすプローブ光とポンプ光が任意の時間差にて被測定光線路23に入射するように光パルス化装置16および18が動作すること。
Next, the operation of the optical line characteristic analyzing apparatus of the second embodiment will be described. The optical frequency modulators 15 and 17, the optical pulse generators 16 and 18, the optical receiver 26, and the measured optical line 23 need to satisfy the following conditions.
(Condition 1) The frequency f 1i of the i-th probe light and the frequency f 2i of the i-th pump light included in the probe light pulse train and the pump light pulse train are the initial values of the Brillouin frequency shift assumed in the measured optical line 23 to f B, the frequency difference f 2i -f 1i = f B + iΔf probe - operating optical frequency modulation apparatus 15 and 17 to form a pump pair, and probe light and the pumping light in a pair of arbitrary The optical pulse generators 16 and 18 operate so as to be incident on the measured optical line 23 with a time difference.

(条件2) プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列からなる試験光パルス列を順次被測定光線路23に入射する際、第一群の試験光パルス列が被測定光線路23から排出された後に第二群の試験光パルス列を被測定光線路23に入射し、かつ各試験光パルス列に内包される試験光パルスはいずれも互いにkΔfBだけ異なる周波数を持つこと。ただし、kΔfBは被測定光線路23に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する。 (Condition 2) When a test light pulse train composed of a probe light pulse train and a pump light pulse train is sequentially incident on the optical path under measurement 23, the second group of test optical pulse trains are ejected from the optical path under measurement 23 after being discharged from the optical path under measurement 23. The test optical pulse trains are incident on the optical line to be measured 23, and all the test optical pulses included in the test optical pulse trains have frequencies different from each other by kΔf B. However, k is set so that kΔf B is sufficiently larger than the larger one of the change amount of the Brillouin frequency shift assumed in the optical line to be measured 23 or Δf B.

(条件3) 受信信号の信号処理装置(PC)28は、任意時間に被測定光線路23に入射するプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の周波数(周波数の時間的配列)、プローブ光に対するポンプ光の時間的な遅れを把握していること。
ここで、条件1〜3は次のような意味を持っている。
条件1は、プローブ光がポンプ光によりブリルアン増幅を受けるための条件である。
条件2は、任意の位置zのみのブリルアン利得情報を取得するための条件である。
条件3は、光受信器26で一括受信した信号を周波数の違いによって各分岐下部光ファイバ232iの特性情報を持った信号として分離・識別するために必要な条件である。
(Condition 3) The signal processing device (PC) 28 for the received signal includes the frequency of the probe light pulse train and the pump light pulse train that are incident on the measured optical line 23 at an arbitrary time (temporal arrangement of frequencies), You know the time delay.
Here, Conditions 1 to 3 have the following meanings.
Condition 1 is a condition for the probe light to undergo Brillouin amplification by the pump light.
Condition 2 is a condition for acquiring Brillouin gain information only at an arbitrary position z.
Condition 3 is a condition necessary for separating and identifying the signals collectively received by the optical receiver 26 as signals having the characteristic information of each branch lower optical fiber 232i depending on the frequency.

これら条件を満足する場合の第2の実施形態を用いた光線路の特性解析方法を示す。
図3に、被測定光線路23の各分岐下部光ファイバF1〜FNとプローブ光の光受信器に到達する時間の関係を示す。ここでは、分岐光ファイバが3心(3系統)の場合を示している。今、3心の分岐光ファイバの長さに、式(1)の関係がある場合を想定する。
An optical line characteristic analysis method using the second embodiment when these conditions are satisfied will be described.
FIG. 3 shows the relationship between the branched lower optical fibers F 1 to F N of the measured optical line 23 and the time required for the probe light to reach the optical receiver. Here, a case where the branch optical fiber has three cores (three systems) is shown. Assume that the length of the three-branch optical fibers has the relationship of equation (1).

Figure 2015021748
すると、プローブ光の光受信器26に到達する時間は、式(2)の関係が成り立つ。
Figure 2015021748
Then, the time for the probe light to reach the optical receiver 26 satisfies the relationship of the expression (2).

Figure 2015021748
周波数変調時間tとすると、
Figure 2015021748
If the frequency modulation time t is

Figure 2015021748
のとき、各分岐下部光ファイバ232iから戻ったプローブ光は光受信器26への到達時間に差が生じるため、どの心線から戻ったプローブ光であるかを時間的に切り分けることができる。つまり、周波数の異なるX個のプローブパルス列を順次入射した場合にも、光受信器に同一周波数のプローブ光が到達することはない。
Figure 2015021748
At this time, since the probe light returned from each branch lower optical fiber 232i has a difference in arrival time to the optical receiver 26, it can be determined in time from which core line the probe light has returned. That is, even when X probe pulse trains having different frequencies are sequentially incident, probe light having the same frequency does not reach the optical receiver.

続いて、周波数の異なるX個のプローブ光パルス列を試験光に用い、被測定光線路23に順次入射した場合の利得情報の分離方法について、まず、周波数空間での信号分離方法について以下に説明する。
パルス時間幅(=周波数変調時間)τの周波数の異なるX個のプローブ光からなるプローブ光パルス列の時間幅はXτである。図4には、パルス時間幅τ、周波数ν1、ν2、ν3、ν4の4種のプローブ光からなる時間幅4τのプローブ光パルス列を、3分岐スプリッタ231を持つ被測定光線路23に入射した場合に、プローブパルス列がtd1、td2、td3の時間に光受信器26に到達する様子を示す。
ここで、プローブ光パルス列の光受信器到達時間td1、td2、td3は測定済みであり既知量とする。また、心線#1からのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光を先頭から順に#1−1、#1−2、…#1−4と名付ける。同様に、心線#2からのプローブ光を#2−1、#2−2、…#2−4、心線#3からのプローブ光を#3−1、#3−2、…#3−4とする。
各プローブ光パルス列は、到達時間td1、td2、td3を基準に内包するプローブ光の数に応じて周波数変調時間tごとに時間的に分割された各グリッド(フーリエ窓)にてフーリエ変換し、抽出すべき周波数のプローブ光の受光パワーが検出される。
Subsequently, a method for separating gain information when X probe light pulse trains having different frequencies are used as test light and sequentially incident on the optical line to be measured 23 will be described first. .
The time width of a probe light pulse train composed of X probe lights having different pulse time widths (= frequency modulation time) τ is Xτ. In FIG. 4, a probe optical pulse train having a time width of 4τ composed of four types of probe lights having a pulse time width τ, frequencies ν 1 , ν 2 , ν 3 , and ν 4 is measured with an optical line to be measured 23 having a three-branch splitter 231. 2 shows how the probe pulse train reaches the optical receiver 26 at times t d1 , t d2 , and t d3 .
Here, the optical receiver arrival times t d1 , t d2 and t d3 of the probe optical pulse train have been measured and are known amounts. In addition, the probe lights included in the probe light pulse train from the core wire # 1 are named # 1-1, # 1-2,. Similarly, probe light from core wire # 2 is # 2-1, # 2-2, ... # 2-4, probe light from core wire # 3 is # 3-1, # 3-2, ... # 3 Set to -4.
Each probe light pulse train is Fourier-transformed in each grid (Fourier window) divided in time for each frequency modulation time t according to the number of probe lights contained with reference to arrival times t d1 , t d2 , t d3 Then, the light receiving power of the probe light having the frequency to be extracted is detected.

図4において、td1−td2>4τであり、光受信器では心線#1からのプローブパルス列を受光する間に他の心線からのプローブ光を同時に受信することはない。一方、td2−td3<4τであり、光受信器26では心線#2からのプローブパルス列の一部と心線#3からのプローブパルス列の一部を同時に受光する。 In FIG. 4, t d1 −t d2 > 4τ, and the optical receiver does not receive the probe light from the other cores simultaneously while receiving the probe pulse train from the core line # 1. On the other hand, t d2 −t d3 <4τ, and the optical receiver 26 simultaneously receives a part of the probe pulse train from the core wire # 2 and a part of the probe pulse train from the core wire # 3.

この場合について、#2-3の受信方法を述べる。#2-3の周波数成分ν3を受信すべきグリッド内には#3-1の周波数成分ν1も存在する。演算処理装置28は周波数変調装置15,17とパルス化装置16,18の同期をとるトリガー信号を受けているため、送信プローブ光パルス列に内包される周波数の時間的な配列(パルス幅、変調周波数)を把握している。よって、演算処理装置28はプローブ光パルス列の光受信器到達時間td1、td2、td3を基準として各プローブ光のグリッドの開始時間、およびグリッドに内包される解析すべきプローブ光の周波数がわかっている。 In this case, the reception method of # 2-3 is described. The frequency component ν 1 of # 3-1 also exists in the grid to receive the frequency component ν 3 of # 2-3. Since the arithmetic processing unit 28 receives a trigger signal that synchronizes the frequency modulators 15 and 17 and the pulse generators 16 and 18, a temporal arrangement of the frequencies included in the transmission probe optical pulse train (pulse width, modulation frequency) ). Therefore, the arithmetic processing unit 28 uses the optical receiver arrival times t d1 , t d2 , and t d3 of the probe light pulse train as a reference, and the start time of each probe light grid and the frequency of the probe light to be analyzed contained in the grid. know.

(n番目のプローブ光のグリッドの開始時間)
=(プローブ光パルス列の光受信器到達時間)+(n-1)×(周波数変調時間τ)
例えば、心線#1からのプローブ光パルス列について、n番目のグリッドの開始時間はtd1+(n-1)τで表される。
(Start time of the nth probe light grid)
= (Optical receiver arrival time of probe optical pulse train) + (n-1) × (frequency modulation time τ)
For example, for the probe light pulse train from the core line # 1, the start time of the nth grid is represented by t d1 + (n−1) τ.

このグリッドをフーリエ窓としてフーリエ変換し、#2-3の周波数成分ν3と#3-1の周波数成分ν1重なったパワースペクトルから、解析すべき周波数成分(ここではν3)のプローブ光パワーを得る。これによって、他の分岐下部光ファイバからのプローブ光を同時に受光した場合にも、信号成分の分離が可能である。 Using this grid as a Fourier window, Fourier transform is performed, and the probe light power of the frequency component to be analyzed (here, ν 3 ) from the power spectrum obtained by overlapping the frequency component ν 3 of # 2-3 and the frequency component ν 1 of # 3-1 Get. Thus, signal components can be separated even when probe light from other branched lower optical fibers is simultaneously received.

以上の処理は、演算処理装置28が任意の時間に送信される周波数とその時間配列を把握しており、かつプローブ光パルス列の到達時間を予め測定しておくことで可能となる。逆説的に言えば、演算処理装置28が送信時の周波数の時間配列を把握していない場合、フーリエ窓の設定および、フーリエ変換によって抽出すべき周波数成分が決定できないため、受信側で適切な演算処理が不能となる。   The above processing can be performed by the arithmetic processing unit 28 grasping the frequency transmitted at an arbitrary time and its time arrangement, and measuring the arrival time of the probe light pulse train in advance. Paradoxically speaking, if the arithmetic processing unit 28 does not grasp the time sequence of the frequencies at the time of transmission, the frequency components to be extracted cannot be determined by the Fourier window setting and the Fourier transform. Processing becomes impossible.

上記周波数信号分離手順に従い、かつ条件1〜3を満たした場合、本実施形態によりN本の分岐下部光ファイバ232iにおける個別の損失分布測定について、周波数の異なる試験光パルス対によって並列測定を可能にし、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能や特性分布分解能を劣化させることなく、測定時間を短縮可能な高速測定ができる。   When the above frequency signal separation procedure is followed and conditions 1 to 3 are satisfied, according to this embodiment, individual loss distribution measurements in the N branched lower optical fibers 232i can be performed in parallel by using test optical pulse pairs having different frequencies. Compared with the prior art, it is possible to perform high-speed measurement that can shorten the measurement time without degrading the branching optical fiber identification resolution and the characteristic distribution resolution.

上記演算処理装置28では、上記の測定を踏まえ、図5に示すフローチャートに従って演算処理を行う。この演算処理は全てコンピュータで制御可能である。
予め、演算処理装置28にプローブ光パルス列の時間的な周波数配列(周波数、周波数変調時間)を記録する(ステップS21)。これにより、演算処理装置28は任意時間におけるプローブ光周波数がわかる状態にある。プローブ光パルス列のみを入射し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間td1、td2、td3、…、tdNを分岐心線毎に記録する(ステップS22)。
The arithmetic processing unit 28 performs arithmetic processing according to the flowchart shown in FIG. All of this arithmetic processing can be controlled by a computer.
The temporal frequency arrangement (frequency, frequency modulation time) of the probe light pulse train is recorded in advance in the arithmetic processing unit 28 (step S21). Thereby, the arithmetic processing unit 28 is in a state in which the probe light frequency at an arbitrary time is known. Only the probe light pulse train is incident, and the head return times t d1 , t d2 , t d3 ,..., T dN of the probe light pulse train are recorded for each branch core (step S22).

次に、プローブパルス列の先頭の戻り時間tdと周波数変調時間τからプローブ光パルス列に内包する各プローブ光を抽出すべきフーリエ窓を決定し、n番目のフーリエ窓の開始時間をtd+(n-1)τに決定し、n番目のフーリエ窓から抽出すべき周波数成分は周波数配列から決定する(ステップS23)。   Next, a Fourier window in which each probe light included in the probe light pulse train is extracted is determined from the head return time td and the frequency modulation time τ of the probe pulse train, and the start time of the nth Fourier window is set to td + (n−1 ) τ, and the frequency component to be extracted from the nth Fourier window is determined from the frequency array (step S23).

なお、i番目のフーリエ窓から抽出すべき周波数成分は、予め演算処理装置28に記録されたプローブ光パルス列の時間的な周波数配列から決定することができる。
次に、ブリルアン利得を受けない(ポンプ光を入射しない)条件下で、プローブ光の各周波数成分の振幅強度を参照プローブ光強度として収録し(ステップS24)、ブリルアン利得を受ける(ポンプ光を入射する)条件下でそれぞれプローブ光の各周波数成分の振幅強度を信号プローブ光強度として収録する(ステップS25)。このように収録された参照プローブ光強度と信号プローブ光強度を比較することでブリルアン利得情報を得る(ステップS26)。
The frequency component to be extracted from the i-th Fourier window can be determined from the temporal frequency arrangement of the probe light pulse train recorded in the arithmetic processing device 28 in advance.
Next, the amplitude intensity of each frequency component of the probe light is recorded as the reference probe light intensity under the condition that the Brillouin gain is not received (no pump light is incident) (step S24), and the Brillouin gain is received (the pump light is incident). The amplitude intensity of each frequency component of the probe light is recorded as the signal probe light intensity (step S25). Brillouin gain information is obtained by comparing the thus recorded reference probe light intensity and signal probe light intensity (step S26).

最後に、プローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、ブリルアン利得をプロットして当該地点におけるブリルアン利得スペクトルを得て(ステップS27)、一連の処理を終了する。
以上のように、第1及び第2の実施形態によれば、異なる周波数数差でペアリングした複数のプローブ−ポンプ光パルス対について、内包する試験光の周波数を変えて時間的に並べてそれぞれプローブ光パルス列、ポンプ光パルス列とし、これら試験光パルス列を任意の入射時間差を与えて被測定光線路(1心または分岐光線路)に入射し、先に入射したプローブパルス列の反射光と後に入射したポンプ光パルス列が対向伝搬することにより誘導ブリルアン(Brillouin)散乱光を発生する。そして、その散乱光を光受信器26で受信し、光受信器26の出力電流を予め試験光の戻り時間を測定しておくことで第1〜第Nのどの分岐光ファイバからの誘導ブリルアン散乱かを特定することが可能であり、パルス列の先頭を基準に設けたフーリエ窓内でフーリエ変換して所定周波数成分の振幅強度を取り出しブリルアン利得解析を行い、プローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとってブリルアン利得をプロットすることで当該入射時間差に対応する当該地点でのブリルアン利得スペクトルを得られ、そのサンプリングレートは被測定光線路長で決定できる。さらに、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列の入射時間差を連続的に変化させて試行を繰り返すことで、一心全体あるいは分岐光ファイバ毎のブリルアン利得スペクトル分布が求められることから、ひずみ、温度、損失について特性分布を求められる。
Finally, taking the frequency difference between the probe light and the pump light on the horizontal axis, the Brillouin gain is plotted by plotting the Brillouin gain (step S27), and the series of processing is terminated.
As described above, according to the first and second embodiments, a plurality of probe-pump light pulse pairs paired at different frequency numbers are arranged in time with different frequencies of the included test light, respectively. An optical pulse train and a pump optical pulse train are used. These test optical pulse trains are incident on a measured optical line (single-core or branched optical line) with an arbitrary incident time difference, and the reflected light of the probe pulse train incident earlier and the pump incident later Stimulated Brillouin scattered light is generated by the opposite propagation of the optical pulse train. Then, the scattered light is received by the optical receiver 26, and the output current of the optical receiver 26 is measured in advance for the return time of the test light, whereby the stimulated Brillouin scattering from any of the first to N-th branched optical fibers. The Brillouin gain analysis is performed by performing Fourier transform in the Fourier window provided with the head of the pulse train as a reference to extract the amplitude intensity of the predetermined frequency component, and the frequency difference between the probe light and the pump light is measured laterally. By plotting the Brillouin gain for the axis, the Brillouin gain spectrum at the point corresponding to the incident time difference can be obtained, and the sampling rate can be determined by the length of the optical line to be measured. Furthermore, the Brillouin gain spectrum distribution for the entire core or for each branch optical fiber can be obtained by repeating trials by continuously changing the difference in the incident time between the probe light pulse train and the pump light pulse train. Distribution is required.

したがって、上記の実施形態によれば、一回の測定で任意の周波数分解能にてブリルアン利得スペクトルを測定することが可能であり、かつ既存技術と比較して光ファイバ識別分解能や特性分布測定分解能を劣化されることなく、光線路の損失、ひずみ、温度特性を分岐線路個別に高速測定することを可能とする。   Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to measure the Brillouin gain spectrum with an arbitrary frequency resolution in one measurement, and the optical fiber identification resolution and the characteristic distribution measurement resolution compared with the existing technology. This makes it possible to measure the loss, distortion, and temperature characteristics of the optical line individually for each branch line without deterioration.

上記誘導ブリルアン散乱は、光媒質内の光減衰・温度・曲げなどによる歪みを測定することが可能であり、ここでの光線路特性とは距離に対する光減衰量、反射ピークの位置、曲げ障害の位置、曲げの程度、距離に対する温度変化量である。
本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
The stimulated Brillouin scattering can measure distortion due to optical attenuation, temperature, bending, etc. in the optical medium. The optical line characteristics here are the optical attenuation with respect to the distance, the position of the reflection peak, and the bending obstacle. It is the amount of temperature change with respect to position, degree of bending, and distance.
The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some configurations may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different example embodiments may be combined as appropriate.

11…レーザ光源、12…分岐素子、13…光周波数シフタ、14…分岐素子、15,17…光周波数変換装置、16,18…光パルス化装置、19…変調周波数制御器、20…PPGまたはFG、21…合波素子、22…光サーキュレータ、23…被測定光ファイバ、23a…光ファイバ、23b…光反射フィルタ、230…基幹光ファイバ、231…N分岐光スプリッタ、2321〜232N…下部分岐ファイバ、2331〜233N…光反射フィルタ、24…光フィルタ、25…合波素子、26…光受信器、27…A/D変換器、28…演算処理装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser light source, 12 ... Branch element, 13 ... Optical frequency shifter, 14 ... Branch element, 15, 17 ... Optical frequency converter, 16, 18 ... Optical pulse device, 19 ... Modulation frequency controller, 20 ... PPG or FG, 21 ... Multiplexing element, 22 ... Optical circulator, 23 ... Optical fiber to be measured, 23a ... Optical fiber, 23b ... Light reflection filter, 230 ... Main optical fiber, 231 ... N-branch optical splitter, 2321 to 232N ... Lower branch Fibers, 2331-233N: light reflection filters, 24: optical filters, 25: multiplexing elements, 26: optical receivers, 27: A / D converters, 28: arithmetic processing units.

Claims (8)

被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析装置であって、
互いに波長の異なる第1試験光および第2試験光を時間的に制御してX個(Xは自然数)の周波数に変調する試験光周波数変調手段と、
前記試験光変調手段と同期し、周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化する試験光パルス化手段と、
前記パルス化されたX個の第1試験光によるプローブ光パルス列およびX個の第2試験光によるポンプ光パルス列を合波する合波手段と、
前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出するサーキュレータと、
前記サーキュレータで抽出された試験光からX個の第1試験光の周波数成分を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で抽出された第1試験光を受光して電流に変換する光・電気変換手段と、
前記電流に変換された第1試験光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射された第1試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からX個の周波数成分ごとに信号分離する周波数分離手段と、
前記X個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理手段と
を具備し、
前記試験光周波数変調手段は、所定の時間間隔ごとに第1試験光および第2試験光を周波数変調する手段であって、特定の第1試験光と第2試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第1試験光および第2試験光に対する周波数変調を施し、
前記演算処理手段は、前記第1試験光と第2試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する光線路の特性解析装置。
An optical line characteristic analysis device for analyzing the characteristics of an optical line to be measured,
Test optical frequency modulation means for temporally controlling the first test light and the second test light having different wavelengths and modulating them to X (X is a natural number) frequencies;
Synchronizing with the test light modulation means, test light pulsing means for pulsing X probe lights and X pump lights having different frequencies with an arbitrary time difference;
Combining means for combining the pulsed probe light pulse train of X first test lights and the pump light pulse train of X second test lights;
A circulator for sequentially injecting the combined probe light pulse train and pump light pulse train into the measured optical line, and extracting test light returned from the measured optical line;
Filter means for extracting frequency components of X first test lights from the test light extracted by the circulator;
Photoelectric conversion means for receiving the first test light extracted by the filter means and converting it into current;
Analog-to-digital conversion means for converting the first test light converted into the current into a digital signal;
The digital signal is decoded, the control information at the time of generation and the light reception timing are used to identify which digital optical signal of the first test light is incident on the lower branch optical fiber, and X frequencies are identified from the identified digital signal. Frequency separation means for separating signals for each component;
Analyzing the Brillouin gain of each of the X frequency components, repeating the above measurement while changing the incident time difference between the probe light pulse train and the pump light pulse train, and from the measurement result repeatedly measured, the Brillouin gain characteristic distribution of the measured optical line And an arithmetic processing means for obtaining
The test light frequency modulation means is a means for frequency-modulating the first test light and the second test light at predetermined time intervals, and the Brillouin interaction is performed only between the specific first test light and the second test light. Performing frequency modulation on the first test light and the second test light so as to generate
The arithmetic processing means changes a frequency interval between the first test light and the second test light every predetermined time interval, acquires a Brillouin gain spectrum at a measurement point from the frequency interval and the Brillouin scattering intensity, and transmits the probe light. The Brillouin gain spectrum distribution information is formed by repeatedly performing the above measurement while changing the difference in incident time between the pulse train and the pump light pulse train, and the optical line characteristics in the longitudinal direction of the measured optical line are analyzed from the distribution information. Characteristic analysis device.
前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる光線路であることを特徴とする請求項1に記載の光線路の特性解析装置。   The measured optical line is an optical line formed by branching one end of a backbone optical fiber into a plurality of systems by an optical branching device, and optically coupling one end of the branching optical fiber to each branching end portion of the optical branching device. The apparatus for analyzing characteristics of an optical line according to claim 1. 前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の光線路の特性解析装置。   The optical line characteristics include at least the amount of optical attenuation with respect to the distance of the optical line to be measured, the position of the bending failure, the degree of bending, the position of the disconnection failure, the temperature change amount with respect to the distance, and the optical fiber strain change amount in the longitudinal direction of the optical line. The optical line characteristic analysis apparatus according to claim 1, wherein the optical line characteristic analysis apparatus is any one of the above. 前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現することを特徴とする請求項1に記載の光線路の特性解析装置。   2. The optical line characteristic analyzing apparatus according to claim 1, wherein the frequency modulation means is realized by a modulated electric signal of a single sideband modulator or a low noise phase modulator and an arbitrary waveform signal generator. 被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析方法であって、
互いに波長の異なる第1試験光および第2試験光を時間的に制御してX個(Xは自然数)の周波数に変調し、
前記変調と同期し、周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化し、
前記パルス化されたX個の第1試験光によるプローブ光パルス列およびX個の第2試験光によるポンプ光パルス列を合波し、
前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出し、
前記抽出された試験光からX個の第1試験光の周波数成分を抽出し、
前記抽出された第1試験光を受光して電流に変換し、
前記電流に変換された第1試験光をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングから被測定光線路に入射された第1試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からX個の周波数成分ごとに信号分離し、
前記X個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理を実行するものとし、
前記所定の時間間隔ごとに第1試験光および第2試験光を周波数変調する際に、特定の第1試験光と第2試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第1試験光および第2試験光に対する周波数変調を施し、
前記演算処理は、前記第1試験光と第2試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する光線路の特性解析方法。
An optical line characteristic analysis method for analyzing characteristics of an optical line to be measured,
The first test light and the second test light having different wavelengths are temporally controlled to be modulated to X frequencies (X is a natural number),
In synchronization with the modulation, X probe lights and X pump lights having different frequencies are pulsed with an arbitrary time difference from each other,
Combining the pulsed probe light pulse train by the X first test lights and the pump light pulse train by the X second test lights,
The combined probe light pulse train and pump light pulse train are sequentially incident on the measured optical line, and the test light returned from the measured optical line is extracted,
Extracting frequency components of X first test lights from the extracted test light;
Receiving the extracted first test light and converting it into a current;
Converting the first test light converted into the current into a digital signal;
Decode the digital signal, specify whether it is a digital signal of the first test light incident on the optical path to be measured from the control information at the time of generation and the light reception timing, and every X frequency components from the specified digital signal To separate the signal,
Analyzing the Brillouin gain of each of the X frequency components, repeating the above measurement while changing the incident time difference between the probe light pulse train and the pump light pulse train, and from the measurement result repeatedly measured, the Brillouin gain characteristic distribution of the measured optical line Execute the calculation process to obtain
When frequency-modulating the first test light and the second test light at the predetermined time intervals, the first test light and the first test light and the second test light are caused to cause a Brillouin interaction only between the specific first test light and the second test light. Apply frequency modulation to the second test light,
In the calculation process, the frequency interval between the first test light and the second test light is changed every predetermined time interval, a Brillouin gain spectrum at a measurement point is obtained from the frequency interval and the Brillouin scattering intensity, and the probe light pulse train The Brillouin gain spectrum distribution information is formed by repeating the above measurement while changing the incident time difference of the pump light pulse train, and the optical line characteristics in the longitudinal direction of the measured optical line are analyzed from the distribution information analysis method.
前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる光線路であることを特徴とする請求項5に記載の光線路の特性解析方法。   The measured optical line is an optical line formed by branching one end of a backbone optical fiber into a plurality of systems by an optical branching device, and optically coupling one end of the branching optical fiber to each branching end portion of the optical branching device. The method for analyzing characteristics of an optical line according to claim 5. 前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の光線路の特性解析方法。   The optical line characteristics include at least the amount of optical attenuation with respect to the distance of the optical line to be measured, the position of the bending failure, the degree of bending, the position of the disconnection failure, the temperature change amount with respect to the distance, and the optical fiber strain change amount in the longitudinal direction of the optical line. 6. The optical line characteristic analysis method according to claim 5, wherein the optical line characteristic analysis method is any one of the above. 前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現することを特徴とする請求項5に記載の光線路の特性解析方法。   6. The optical line characteristic analysis method according to claim 5, wherein the frequency modulation means is realized by a modulated electric signal of a single sideband modulator or a low noise phase modulator and an arbitrary waveform signal generator.
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