JP2016102690A - 光ファイバの曲げ形状測定装置及びその曲げ形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態では、マルチコア光ファイバ(Multi-core fiber)MCFを光ファイバセンサヘッドとし、各コアにかかる長手方向のひずみ量を解析することで、光ファイバセンサヘッドの曲げ形状を測定する。コア数がN(Nは3以上の整数)のマルチコアファイバMCFを、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの範囲が重ならないN種のブリルアン周波数シフト量のコアにて設計し、曲げ形状によって各コアに生じるひずみ量をブリルアン利得解析法によって測定することで、長距離かつシームレスな曲げ形状測定できる。ここで、曲げ形状とは、光ファイバセンサヘッドに外力や振動が付与されることによる光ファイバセンサヘッドの曲率変化の分布および各曲率の方向である。ブリルアン利得解析法は、ひずみの変化量(または温度の変化量)に対してブリルアン周波数シフト量が線形に変化することが知られており、ひずみ測定技術(または温度測定技術)として利用されている。
上記いずれの測定法を用いても、従来不可能であった数kmの長距離曲げ形状をクロストークによる感度劣化を低減して測定可能になる。
本実施形態では、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの範囲が重ならない互いに異なる4種のブリルアン周波数シフト量にて設計された4コアのマルチコア光ファイバMCFを一例として用いる。コアC1〜C4のブリルアン周波数シフト量をBFS1〜BFS4とし、各ブリルアン周波数シフト量BFS1〜BFS4はブリルアン利得帯域より十分離れているものとする。例えば、図1において隣接するブリルアン周波数シフト量BFS1とブリルアン周波数シフト量BFS2との間B1は、ブリルアン利得帯域より十分大きくなっている。ブリルアン周波数シフト量BFS2とブリルアン周波数シフト量BFS3との間、ブリルアン周波数シフト量BFS3とブリルアン周波数シフト量BFS4との間についても同様である。
本実施形態の曲げ形状測定装置は、ブリルアン解析器20と、複数の受光器21〜24と、を有している。本実施形態では、ブリルアン周波数シフト量BFSの異なるN種のコアからなるN個のコアで構成されるマルチコア光ファイバMCFを光ファイバセンサヘッドとしている。受光器21〜24の数は、測定対象であるマルチコア光ファイバMCFのコア数Nと同じである。図2に示した例では、測定対象であるマルチコア光ファイバMCFは4コアであるので、曲げ形状測定装置は4つの受光器21〜24を有している。
以下に述べる方法は本願において曲げ形状解析手段と称する。マルチコア光ファイバの曲げ形状測定の原理として例えば非特許文献2に開示される方式を用いることができる。
本実施形態では、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの範囲が重ならない互いに異なるブリルアン周波数シフト量を有する3以上のコアを備えたマルチコア光ファイバを光ファイバセンサヘッドとする(ステップA1)。
さらに、上記曲げ形状測定について、マルチコア光ファイバのコア間クロストークを低減することで、曲げによるひずみの測定精度を向上することができる。
Claims (4)
- 同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの範囲が重ならない互いに異なるブリルアン周波数シフト量を有する3以上のコアを備えた光ファイバセンサヘッドに対する曲げ形状測定装置であって、
前記光ファイバセンサヘッドの各コアに対して、前記同一のポンプ光と互いに異なるプローブ光とを入射させるブリルアン解析器と、
前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて前記3以上のコアのそれぞれに設けられ、前記各コアのブリルアン周波数シフト量の前記光ファイバセンサヘッドにおける長手方向分布を測定し、前記長手方向の各地点における前記各コアのブリルアン周波数シフト量から前記各地点における各コアのひずみ量を求め、前記光ファイバセンサヘッドの曲げの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線と、前記光ファイバセンサヘッドの任意コアの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線とがなす角θを解析し、前記角θと前記各コアのひずみ量とから前記光ファイバセンサヘッドの曲げ半径rを解析し、前記曲げ半径rの分布から前記光ファイバセンサヘッドの曲率分布と前記各地点における曲率の方向を求める受光器と、を備えたことを特徴とする曲げ形状測定装置。 - 前記光ファイバセンサヘッドに用いる3以上のコアのブリルアン周波数シフト量は互いにブリルアン利得帯域以上離れていることを特徴とする請求項1に記載の曲げ形状測定装置。
- 前記光ファイバセンサヘッドに用いる3以上のコアのブリルアン周波数シフト量は、互いに、ブリルアン利得帯域とひずみ量変化によるブリルアン周波数シフト量の変化分との和以上離れていることを特徴とする請求項1に記載の曲げ形状測定装置。
- 同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの範囲が重ならない互いに異なるブリルアン周波数シフト量を有する3以上のコアを備えた光ファイバセンサヘッドに対する曲げ形状測定方法であって、
前記光ファイバセンサヘッドの各コアに対して、前記同一のポンプ光と互いに異なるプローブ光とを入射させ、
前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて前記3以上のコアのそれぞれに設けられ、前記各コアのブリルアン周波数シフト量の前記光ファイバセンサヘッドにおける長手方向分布を測定し、前記長手方向の各地点における前記各コアのブリルアン周波数シフト量から前記各地点における各コアのひずみ量を求め、
前記光ファイバセンサヘッドの曲げの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線と、前記光ファイバセンサヘッドの任意コアの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線とがなす角θを解析し、前記角θと前記各コアのひずみ量とから前記光ファイバセンサヘッドの曲げ半径rを解析し、前記曲げ半径rの分布から前記光ファイバセンサヘッドの曲率分布と前記各地点における曲率の方向を求める
ことを特徴とする曲げ形状測定方法。
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